Поверка круглого уровня.Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения прибора.
Подъемными винтами нивелира приводят пузырек круглого уровня в нульпункт. Поворачивают нивелир на 180° вокруг оси его вращения ii (рис. 9.5). Если после поворота пузырек остался в нульпункте, проверяемое условие выполнено – ось круглого уровня ee параллельна оси вращения прибора ii.
Если пузырек ушел из нульпункта, исправительными винтами 2 изменяют наклон уровня так, чтобы пузырек сместился в сторону нульпункта на половину отклонения. Для поворота исправительных винтов пользуются шпилькой.
Рис. 9.5. Оси и исправительные винты
нивелира: ss – визирная ось зрительной трубы; ii – ось вращения прибора; uu – ось цилиндрического уровня; ee – ось круглого уровня; 1 – исправительные винты цилиндрического уровня; 2 – исправительные винты круглого уровня
Поверка цилиндрического уровня.Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.
На расстоянии 75 – 100 м друг от друга закрепляют две точки, на которые устанавливают рейки (рис. 9.6). В середине, на равных расстояниях от реек устанавливают нивелир и, приводя пузырек цилиндрического уровня в нульпункт, берут отсчеты a и b по рейкам и вычисляют превышение .
Если визирная ось трубы не параллельна оси уровня и потому наклонена на угол i, то вместо верных отсчетов a и b будут прочтены отсчеты a1 и b1. Вследствие равенства расстояний до реек ошибки в обоих отсчетах будут одинаковыми, Da = Db. Вычисленное при этом превышение будет равно
Рис. 9.6. Поверка цилиндрического уровня. Измерения из середины
Нивелир переносят и устанавливают на расстоянии 2-3 м от одной из реек (рис. 9.7). Берут отсчет b2 по ближней рейке. Ввиду малости расстояния до рейки погрешность в отсчете b2, вызванная наклоном луча визирования, мала. Поэтому отсчет b2 считают безошибочным.
Рис. 9.7. Поверка цилиндрического уровня. Измерения с неравными расстояниями до реек
Вычисляют отсчет, который должен быть на дальней рейке, если луч визирования горизонтален: a0 = b2 + h.
Наводят нивелир на дальнюю рейку и берут фактический отсчет a2. Сравнивают вычисленный и фактический отсчеты.
Если вычисленный a0 и фактический a2 отсчеты различаются меньше, чем на 5 мм, то считают, что ось цилиндрического уровня uu (рис. 9.5) параллельна визирной оси ss.
Если вычисленный и фактический отсчеты различаются больше, чем на 5 мм, то положение цилиндрического уровня необходимо исправить.
Для этого элевационным винтом наводят средний штрих сетки нитей на отсчет a0 по дальней рейке. При этом пузырек цилиндрического уровня уйдет из нульпункта. Вертикальными исправительными винтами приводят пузырек цилиндрического уровня в нульпункт, совмещая изображения концов половинок пузырька в поле зрения трубы.
У нивелиров с компенсатором углов наклона цилиндрического уровня нет, и при выполнении поверки добиваются выполнения следующего условия.
Визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальна в пределах работы компенсатора.
Поверка выполняется в том же порядке, как и поверка цилиндрического уровня. Но при этом различие вычисленного a0 и фактического a2 отсчетов указывает на негоризонтальность визирной оси трубы.
Для исправления снимают колпачок, закрывающий исправительные винты сетки нитей зрительной трубы, и с помощью вертикальных исправительных винтов, наводят среднюю нить сетки нитей на отсчет по дальней рейке, равный вычисленному отсчету a0.
— 1, 2 – ср. кв. погрешность определения превышения на 1 км хода (двойного хода);
— С – с самоустанавливающейся линией визирования;
— К – с компенсатором;
Рейки
Рейки, применяемые в геодезии, бывают 3, 4 и 5-и метровые; складные, цельные; деревянные, металлические, инварные. Для привязки хода нивелирования к стенным знакам применяется специальная подвесная рейка длиной 1,2 м.
Принадлежности
Для исключения ошибок установки реек нивелирование выполняют по башмакам или костылям.
Отсчетные приспособления
На рис. 9.6 показано поле зрения нивелиров, у которых может быть прямое (а) или обратное (б) изображение.
а) б)
Рис. 9.6. Поле зрения нивелира:
а) с прямым изображением;
б) с обратным изображением
Устройство нивелиров
Линия визирования у нивелира приводится в горизонтальное положение двумя способами:
1) с помощью элевационного винта и цилиндрического уровня при трубе, например у нивелира Н3 (рис. 9.7);
2) автоматически с помощью компенсатора малых углов наклона визирной оси, например у 3Н3КЛ (рис. 9.8) или С410 (Sokkiл) (рис. 9.9).
Для работы с нивелиром необходимо изучить их устройство по рис. 9.7.-9.9.
Поверки нивелира связаны с его основными осями, которые для нивелиров с уровнем при трубе показаны на рис. 9.10.
Рис. 9.10. Основные оси нивелира:
Основные геометрические условия, которые должны быть соблюдены в таких нивелирах, заключаются в следующем:
1) ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира;
2) вертикальная нить сетки должна быть параллельна оси вращения нивелира;
3) ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.
Поверки нивелиров с уровнем при трубе
Для соблюдения этих условий выполняются следующие поверки нивелира:
1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.
Для поверки этого условия подъемными винтами приводят пузырек круглого уровня в нульпункт и поворачивают трубу нивелира на 180°. Если пузырек сместился с нульпункта более, чем на 0,5 деления, исправительными винтами круглого уровня (см. рис. 9.7, пункт 2 или рис. 9.8, пункт 10) перемещают пузырек к центру на половину дуги отклонения и окончательно совмещают пузырек уровня с центром ампулы с помощью подъемных винтов.
2. Вертикальная нить сетки должна быть параллельна оси вращения нивелира.
Рис. 9.11. К поверке нитей сетки
3. Поверка цилиндрического уровня. Она состоит из 2-х частей:
— отвесная плоскость, проходящая через ось уровня, должна быть параллельна отвесной плоскости, проходящей через визирную ось трубы;
— ось цилиндрического уровня и визирная ось зрительной трубы должны быть параллельны.
Для первой части поверки на расстоянии 50 м от рейки устанавливают нивелир так, чтобы один из подъемных винтов располагался в створе визирования на рейку. Два других винта займут симметричное положение относительно линии визирования (рис. 9.12).
Рис. 9.12. К поверке цилиндрического уровня (1 часть)
Нивелир приводят в рабочее положение. Зрительную трубу наводят на рейку. Элевационным винтом совмещают концы пузырька уровня, берут отсчет по рейке, например В = 1568 мм.
Вращая в противоположные стороны подъемные винты на 3 полных оборота, наклоняют нивелир влево. Элевационным винтом совмещают концы пузырька уровня, снова берут отсчет по рейке Вл =1566 мм.
Наклоняя нивелир вправо и повторяя еще раз все действия, берут отсчет
Вычисляют средний отсчет Вср и уклонения от него:
(9.1)
Рис. 9.13. К поверке цилиндрического уровня (2 часть)
Нивелир устанавливают вблизи точки 2, действия повторяют, снимают отсчеты на ближнюю (i2) и дальнюю (а1) рейки (рис. 9.13, б).
Пример : i1 =1563 мм, a2 = 1466 мм, i2 =1464 мм, a1 = 1673 мм.
Вычисляют ошибку D, указывающую на непараллельность визирной оси и оси цилиндрического уровня:
(9.4)
Если ошибка х превышает ± 4 мм, вычисляют исправленный отсчет по формуле
Вычисленный отсчет устанавливают по рейке элевационным винтом. Концы пузырька уровня разойдутся. Вертикальными юстировочными винтами уровня (см. рис. 9.7, пункт 14) совмещают изображение концов пузырька уровня.
Поверки нивелиров с компенсатором
В нивелирах с компенсатором типа 3Н3КЛ (см. рис. 9.8) проводят следующие поверки:
1) поверка круглого установочного уровня;
2) поверка сетки нитей;
3) поверка компенсатора;
4) поверка горизонтальности линии визирования.
Первую и вторую поверки проводят аналогично уровенным нивелирам. Перед следующими поверками, а также перед производством измерений необходимо убедиться, что компенсатор в нивелире срабатывает. Для этого нивелир приводят в рабочее положение и берут отсчет по рейке а. Повернув на 1/8 оборота подъемный винт, задают малый угол наклона вдоль линии визирования. Сетка нитей трубы с работающим компенсатором должна после небольших колебаний вернуться на тот же отсчет а по рейке. В противном случае нивелиром измерять нельзя, необходим ремонт компенсатора.
3. Поверка компенсатора. Определение диапазона его действия
Диапазон действия компенсатора – это угол наклона вертикальной оси нивелира, в пределах которого нормально работает маятник компенсатора. Его определяют при помощи отсчетов по рейке (в 50 м от нивелира) как для продольных (±a), так и для боковых (±b) наклонов нивелира. Перед началом работ поверяется и юстируется круглый уровень.
4. Поверка горизонтальности линии визирования
После срабатывания компенсатора в нивелире визирная ось должна располагаться в вертикальной плоскости, проходящей через оптическую ось объектива зрительной трубы, и быть горизонтальной.
Поверка выполняется аналогично поверке 3 нивелира с уровнем. Юстировка для первой части поверки выполняется в сервисных центрах завода-изготовителя.
Вторая часть поверки выполняется двойным нивелированием (см. рис. 9.13). Юстировка проводится поворотом оптического клина, установленного перед объективом, или при помощи вертикальных юстировочных винтов сетки, вращением которых устанавливают правильный отсчет , вычисленный по формуле (9.5).
Тема: Измерение превышений при геометрическом нивелировании трассы
1. Сущность геометрического нивелирования
_______ Существуют различные методы нивелирования. В инженерной практике наибольшее распространение получили методы геометрического и тригонометрического нивелирования. Наиболее точным является метод геометрического нивелирования.
2. Геодезические приборы: нивелиры, их устройство
_______ Выпускаемые нашей промышленностью нивелиры делятся на:
• высокоточные: Н – 05; m = 0.5 мм;
• точные: Н – 3 (НВ – 1), m = 3 мм;
• технические: Н – 10, m = 10 мм.
_______ Цифры показывают среднеквадратическую ошибку, определяемого превышения в миллиметрах, на один километр хода.
Устройство нивелира с компенсатором
_______ Компенсатор – приспособление в самоустанавливающихся нивелирах для автоматического удержания линии визирования в горизонтальном положении. При наклоне зрительной трубы нивелира на некоторый малый угол (от единиц до десятков минут). Компенсатор возвращает линию визирования в горизонтальное положение. Если угол наклона превосходит допустимую величину угла компенсации, то компенсатор работать не может. Аналогичные приспособления, но с целью автоматического удержания линии визирования в отвесном положении, имеют самоустанавливающиеся отвесы оптические.
_______ Существуют различные устройства компенсаторы, но всякий компенсатор представляет собой механический или гидромеханический маятник, расположенный в зрительной трубе между объективом и окуляром или перед объективом. Кроме маятника в компенсаторе имеется еще демпфер (гаситель колебаний) – приспособление для успокоения колебаний маятника.
_______ Первый в мире автоматический нивелир (нивелир с компенсатором) был изобретен в СССР в 1946 году. Именно с этого момента появилась потребность быстрого гашения колебаний маятниковой подвесной системы компенсатора, которая представляет собой свободно подвешенную призму или зеркало между призмами в оптической схеме нивелира, единственной целью которой, является поддержание горизонтального положения визирной оси прибора при любом наклоне прибора в пределах заданного диапазона. Если будет обеспечено строго горизонтальное положение такой призмы или зеркала, значит, будет обеспечено и качество строительных и геодезических работ. Например, из-за неверно определенной высоты не придется заливать лишние кубометры бетонной смеси или переделывать трассу ливневой канализации.
_______ Перед внедрением компенсаторов угла наклона использовались цилиндрические уровни, которые и до сих пор применяются в геодезических приборах для установки частей прибора в горизонтальное или вертикальное положение или для измерения малых углов отклонения элементов прибора от горизонтального или вертикального положения. И у компенсаторов угла наклона и у цилиндрических уровней имеются и достоинства и недостатки, однако, компенсаторы имеют большие преимущества перед цилиндрическими уровнями. При использовании автоматических компенсаторов угла наклона исчезает необходимость постоянного контроля, как для цилиндрического уровня, за пузырьком уровня отклонения прибора от горизонтального или вертикального положения, что делает работу за прибором медленной и менее стабильной. Поэтому использование компенсаторов угла наклона значительно увеличивает точность, скорость и стабильность геодезических работ. Но, как и любой прибор, компенсатор может давать сбой в своих рабочих функциях, и устранить поломку на месте будет невозможно.
_______ Уровни в геодезических приборах служат для установки частей прибора в горизонтальное или вертикальное положение или для измерения малых углов отклонения элементов прибора от горизонтального или вертикального положения. Уровни могут быть съемными (например, накладные или подвесные уровни на горизонтальной оси теодолита) или жестко связанными с прибором. В зависимости от принципа действия уровни подразделяют на жидкостные, электромеханические, маятниковые, «упругие» и т. п.
_______ Цилиндрические уровни:
_______ Основными элементами жидкостного уровня являются его чувствительный элемент (ампула с жидкостью) и оправа для крепления. Жидкостные уровни бывают круглые и цилиндрические. В круглом уровне (рис. 1, а) в качестве ампулы используется стеклянный сосуд 1, верхняя часть которого отшлифована по сферической поверхности. Сосуд заполнен легкоподвижной жидкостью и содержит свободное пространство (пузырек уровня). В цилиндрическом уровне (рис.1, б) ампула представляет собой стеклянную трубку 1, внутренняя поверхность которой отшлифована в виде бочкообразного тела вращения и заполнена жидкостью.
_______ Нежелательные для нивелира колебания могут быть вызваны сильными порывами ветра, вибрациями грунта на строительных и промышленных площадках, вблизи автомобильных и железнодорожных магистралей, линий метрополитенов и другими причинами. Не стоит забывать и о возможном остаточном наклоне при горизонтировании прибора или изменении наклона прибора в связи с проседанием ножек штатива в мягком грунте или расплавленном солнцем асфальте. Именно в такие моменты включается в работу компенсатор, важным элементом которого является де́мпфер.
_______ Термин демпфер произошел от немецкого слова «Dämpfer», которое переводится на русский язык как «гаситель колебаний», «успокоитель» или «амортизатор» и подразумевает устройство, предназначенное для гашения (демпфирования) или предотвращения колебаний различного типа, в том числе и механических.
_______ На сегодняшний день наибольшее распространение получили маятниковые системы компенсатора, как с воздушным, так и с магнитным демпферами. Давайте рассмотрим принцип работы обоих систем.
_______ Для начала необходимо понять, как же устроена оптическая схема нивелира. Все просто: луч, пройдя через объектив, попадает на приемную призму, которая преломляет его на подвешенное горизонтально зеркало. Далее, отражаясь от зеркала, луч попадает на передающую призму, а от неё на окуляр и сетчатку глаза человека.
_______ Оптическая схема нивелира
_______ Нивелир с магнитным компенсатором
_______ Нивелир с воздушным компенсатором
_______ Однозначно ответить на данный вопрос нельзя. Обе конструкции хорошо зарекомендовали себя, и в их надежности сомневаться не приходится. Правильнее всего, доверить выбор нивелира непосредственно исполнителю, который точно знает вид выполняемых работ, требуемую точность, место проведения работ и другие факторы. Например, при проведении нивелирных работ вблизи мощных источников электромагнитного поля, таких как трансформаторные подстанции и высоковольтные ЛЭП, предпочтение стоит отдать оптическому нивелиру, компенсатор которого имеет воздушным демпфер, не подверженный влиянию внешнего электромагнитного поля.
_______ У нивелиров с цилиндрическим уровнем визирная ось VV приводится в горизонтальное положение в два этапа. Вначале нивелир приводят в рабочее положение. Затем пузырек цилиндрического уровня приводят в нуль пункт вращением элевационного винта. Этот второй этап выполняют перед каждым отсчетом по рейке.
_______ У нивелиров с компенсатором углов наклона достаточно выполнить только первый этап, то есть привести ОО в приблизительно отвесное положение с помощью круглого уровня 7 и подъемных винтов 10. При этом визирная ось VV установится в горизонтальное положение автоматически, что значительно повышает производительность труда. В общем случае всякий компенсатор представляет собой механический или гидромеханический маятник.
_______ На этой схеме представлен нивелир с оптико-механическим компенсатором маятникового типа. Здесь роль компенсатора играет оптическая деталь 4 (в качестве которой может быть зеркало, призма, линза), укрепленная на подвесном маятниковом устройстве 3 и 5 (проволока, ленточки, струны, пружины, магнитная подвеска).
_______ Нивелир с оптико-механическим компенсатором маятникового типа
_______ У нивелира с компенсатором выполняются те же поверки, что и у нивелира Н-3. Дополнительно проверяется правильность работы компенсатора путем сравнения отсчетов по рейке при различных положениях пузырька круглого уровня внутри круга на его ампуле.
_______ Входящее через линзу объектива изображение преломляется поверхностью входной стеклянной призмы, отражается в зеркале и через преломляющие грани выходной призмы фиксируется на плоскости окуляра и в дальнейшем на сетчатке глаза оператора. Эта оптическая система называется автоматическим компенсатором, который может быть воздушным и магнитным. Схема работы нивелира с компенсатором достаточно проста и в то же время надежна.
_______ Если бы оптическая ось нивелира при отклонении не совпадала с горизонтом, то при измерении превышения высот между точками на земной поверхности были бы допущены существенные ошибки. Для исправления этой ситуации и предназначена система компенсатора: свободно расположенные ленточки-торсионы постоянно выравнивают зеркало в горизонтальную плоскость независимо от угла наклона визирной трубы и сохраняют ось визирования параллельной горизонту.
Преимущества и недостатки
_______ Автоматические компенсаторы угла наклона имеют существенные преимущества перед используемыми издавна цилиндрическими уровнями:
_______ Из недостатков можно назвать:
_______ В настоящее время нивелиры с компенсаторами гораздо более востребованы и распространены, нежели приборы с цилиндрическими уровнями.
_______ Использование компенсаторов угла наклона существенно повлияло на ход геодезических работ. C применением компенсаторов точность, скорость и стабильность геодезических работ возросла. Компенсатор надежен и именно поэтому это изобретение на сегодняшний день находит применение в практически всех новых геодезических оборудованиях в отличие от цилиндрического уровня.
_______ Компенсаторы существуют в различном многообразии, и виды и конструкции этого изобретения так же применяются в зависимости от рода выполняемых геодезических работ.
_______ Причиной возникновения компенсаторов угла наклона является точность и скорость измерений, и поскольку геодезические приборы стоят не на незыблемой поверхности, а на строительных площадках, вблизи дорог или других поверхностях, что создает вибрации транспорта и различные движения поверхности земли вблизи геодезического прибора, необходимость точных геодезических работ возрастает, и как то компенсировать не идеальность среды удается компенсатору.
_______ Нивелиры с компенсаторами продолжают совершенствоваться с каждым годом, с каждой новой выпущенной моделью: они становятся все более надежными, точными и удобными в эксплуатации.
3. Геодезические приборы: нивелирные рейки
_______ На черной стороне нуль рейки совмещен с пяткой. На красной стороне (контрольной) какое-то целое число.
_______ Например, 4687 или 4787.
_______ Цифры на рейке перевернутые, а в трубе они будут видны прямыми. Отсчет делают по средней нити.
_______ В случае, если нивелир прямого изображения, то рейка оцифровывается как на рис. 6.
4. Способы геометрического нивелирования вперед и из середины.
_______ Техническое нивелирование производится в основном при изысканиях и строительстве инженерных сооружений
_______ Существует два способа геометрического нивелирования.
_______ Формула вычисления превышения при движении «вперед»:
.
_______ Формула вычисления превышения при движении «из середины»:
.
5. Последовательное нивелирование.
6. Основные части нивелира
_______ Осью круглого уровня называется прямая, проходящая через нуль-пункт уровня перпендикулярно плоскости, касательной к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте.
_______ Установка трубы для наблюдений выполняется диоптрийным кольцом (по глазу) и кремальерой (по предмету).
_______ В настоящее время применяются нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. В этих нивелирах используются компенсатор.
_______ При помощи оптических линз, расположенных над уровнем, изображение концов пузырька уровня передается в поле зрение окуляра. Совмещение изображений концов пузырька уровня производится с помощью элевационного винта, который выполняет медленные перемещения визирной оси в вертикальной плоскости.
7. Поверки нивелира Н3
7.1. 1 проверка.Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира
_______ Подъемными винтами приводят пузырек в центр кружка на ампуле круглого уровня.
_______ При отклонении пузырька от центра ампулы перемещают его к центру на половину значения отклонения с помощью исправительных винтов круглого уровня.
7.2. 2 проверка.Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира
_______ С помощью круглого уровня приводят ось вращения нивелира в отвесное положение. Среднюю нить наводят на хорошо видимую точку и наводящим винтом плавно вращают трубу в горизонтальном направлении. Нить сетки не должна сходить с выбранной точки. Эту же поверку можно делать, наводя среднюю нить на нить отвеса. Средняя нить и нить отвеса должны совпадать.
_______ При несоблюдении условия необходимо снять защитный колпачок и развернуть сетку нитей, предварительно ослабив четыре винта в торце окулярной части трубы отверткой. Выполнение этого условия гарантируется заводом. Поверку делают путем вращения трубы по азимуту. Исправление делают поворотом сетки.
1-ая и 2-я поверка
7.3. 3 поверка. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы (главное геометрическое условие нивелира)
_______ Поверка выполняется в полевых условиях двойным нивелированием одной и той же линии.
_______ Нивелир закрепляют таким образом, чтобы окуляр находился над одним из колышков.
_______ Определяют высоту прибора I1
_______ X вычисляют по формуле:
_______ В нашем случае X будет превышать допустимое значение:
_______ Техническое нивелирование производится в основном при изысканиях и строительстве инженерных сооружений.
3-я поверка
8. Подготовка трассы для технического нивелирования
_______ Выполняется при изыскании и проектировании сооружений, вытянутых в длину (дорог, подземных коммуникаций и т.д.). По результатам нивелирования строится профиль, и по нему ведется проектирование.
_______ Пикетажный журнал изготовляется из миллиметровой бумаги, все расстояния наносятся в масштабе. Углы поворота трассы показываются стрелками, подписывается их величина.
_______ Нивелирование пикетных точек выполняется методом «из середины».
9. Связующие, промежуточные, иксовые точки
_______ В некоторых случаях (при нивелировании крутых склонов ) с одной стоянки нивелира нельзя взять отсчеты на два смежных пикета.
10. Порядок работы и контроль измерений на станции при техническом нивелировании
11. Приведение нивелира в рабочее положение
_______ Работа на станции складывается из следующих действий: • отсчет на заднюю рейку по черной стороне ( aч ), • отсчет на переднюю рейку по передней стороне ( bч ), • отсчет на переднюю рейку по красной стороне ( bк ), • отсчет на заднюю рейку по красной стороне ( aк ), • отсчеты по чёрной стороне на промежуточных точках.
Контроль:
_______ После того как работа на станции закончена, передняя рейка переходит на следующий пикет. В таком же порядке берутся отсчеты при привязке трассы к реперу.
.
а) б)
(9.1)
(9.4)
устанавливают по рейке элевационным винтом. Концы пузырька уровня разойдутся. Вертикальными юстировочными винтами уровня (см. рис. 9.7, пункт 14) совмещают изображение концов пузырька уровня.
.
.
