Нивелир и его устройство

Заводской шифр нивелиров, выпускаемых в России, состоит из заглавной буквы, обозначающей название геодезического прибора, в данном случае, нивелир – Н и последующих за буквой цифр, указывающих точность нивелира (среднюю квадратическую погрешность определения превышения в мм на 1 км двойного хода). Если в названии нивелира имеется буква К, то такой нивелир не имеет цилиндрического уровня, его визирная ось устанавливается в рабочее (горизонтальное) положение автоматически при помощи компенсатора. Буква Л в названии нивелира указывает на наличие в данной модификации лимба (горизонтального круга).

По точности нивелиры подразделяются на: высокоточные (Н – 05, Н – 2) которые служат для выполнения нивелирования I и II классов точности; точные (Н – 3, 2Н – 3Л; НС – 4, Н – 3К) – для нивелирования III и IV классов точности; технические (Н – 10, 2Н – 10КЛ) для технического нивелирования.

В зависимости от конструкции различают нивелиры: с цилиндрическим уровнем при трубе для приведения визирной оси в горизонтальное положение (Н – 3) и с самоустанавливающейся в горизонтальное положение линией визирования (H – 3K; H – 10 КЛ).

Устройство нивелиров. Нивелиры состоят из двух частей: нижняя часть представляет собой подставку (трегер) 1 с тремя подъемными винтами 2, позволяющими устанавливать прибор в горизонтальное положение по круглому установочному уровню 3. Верхняя часть состоит из зрительной трубы 4 и скрепленного с ней контактного цилиндрического уровня 5. Зрительная труба имеет визирную сетку. Контактный цилиндрический уровень имеет цену деления в зависимости от точности нивелира (высоко- Рис. 8.3

точные – 10´´; точные – 15÷23´´ и технические – 45´´).

Для грубого наведения на рейку используют целик и мушку зрительной трубы, а точное наведение осуществляется наводящим винтом 6. Нивелир крепится к штативу становым винтом.

Предварительная установка нивелира в рабочее положение осуществляется подъемными винтами подставки. Точное приведение в нуль-пункт пузырька цилиндрического уровня осуществляется элевационным винтом 7 по изображению его концов, которые с помощью оптической системы передаются в поле зрения зрительной трубы в виде контакта.

Нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования имеют компенсаторы, которые после приведения пузырька круглого уровня на середину устанавливают визирную ось в горизонтальное положение с точностью не более 1,5´´при наклоне зрительной трубы до ± 15´. Колебание компенсатора гасится воздушным демпфером. Нивелиры с компенсаторами позволяют повысить производительность труда при выполнении нивелирования.

В нивелирный комплект входят двусторонние нивелирные рейки На их поверхность нанесены сантиметровые деления, с одной стороны окрашенные в черный и белый цвета, а с другой – в красный и белый. Концы рейки оковываются полоской металла. Нижний конец рейки называется пяткой. Пятка черной стороны рейки совмещается с нулем шкалы, а красная (контрольная) – начинается с произвольной цифры. По конструкции рейки бывают цельные и складные, а по длине – трех- и четырехметровые. Подписи делений (цифры) соответствуют дециметрам и возрастают снизу вверх. Цифры этих подписей прямые или перевернутые в зависимости от вида изображения в зрительных трубах (прямое или обратное).

Чтобы точно фиксировать рейки по высоте выбранные точки закрепляют костылями, башмаками или деревянными (металлическими) колышками, на которые затем устанавливают рейки.

Цель работы: выполнить описание нивелира

Нивелир – это геодезический прибор, который служит для по лучения горизонтального визирного луча на местности и используется для определения превышений и высот (отметок) способом геометрического нивелирования. По своей точности нивелиры выпускают 3 типов:

а) высокоточные (Н-0,5);

в) технические (Н-10).

Цифры в шифре нивелира указывают среднюю квадратическую погрешность измерения превышения в миллиметрах на 1 км двойного нивелирного хода. Например, для нивелира Н-3 средняя квадратическая погрешность составляет 3 мм на 1км хода. В зависимости от способа получения горизонтального луча визирования каждый и трех типов нивелиров изготавливается в двух вариантах:

а) с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе;

б) с компенсатором, позволяющим автоматически приводить ось визирования зрительной трубы нивелир а в горизонтальное положение.

В настоящее время выпускаются нивелиры улучшенной конструкции 2 -го и 3-го поколений, например 2Н-5 КЛ и 3Н-3ЛП. Первая цифра обозначает поколение. При наличии компенсатора в шифр прибора добавляется буква «К». Если нивелир изготовлен с лимбом для измерения горизонтальных углов, то еще добавляется буква «Л». Если нивелир прямого изображения, то в шифр добавляется буква П.

Задание 1. Основные части, детали и оси нивелира марки Н3

Нивелир Н-3 относится к приборам с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе (рис. 1).

Рисунок 1 – Устройство нивелира Н-3

Зрительная труба 5 нивелира (рис. 1) с объективом 8 и окуляром 3 имеет коробку 6, в которую заключен цилиндрический уровень. Исправительные винты уровня закреплены в торцевой части коробки 4. Для приближенного наведения зри» тельной трубы на рейку используют мушку 7. Фокусировку зрительной трубы осуществляют вращением кремальеры 9. Для наведения трубы на предмет используют закрепительный 10 и наводящий 11 винты. Приведение пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт осуществляют вращением элевационного винта 2. Круглый уровень 12 снабжен тремя исправительными винтами 13. Подставка 1 имеет три подъемных винта 14.

В поле зрения зрительной трубы выведено изображение концов пузырька уровня. При нахождении пузырька в нуль-пункте изображение половинок совмещено, как на рисунке 2.

Для установки нивелира в рабочее положение его закрепляют на штативе и, действуя тремя подъемными винтами, приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы. При этом ось вращения нивелира занимает отвесное положение. Наведение зрительной трубы на рейку осуществляют вначале вручную с помощью мушки, а затем зажимают закрепительный винт зрительной трубы и наводящим винтом делают точное визирование на рейку.

Резкость изображения сетки нитей достигается вращением окулярного кольца, а резкость изображения рейки – вращение винта кремальеры. Перед каждым отсчетом по рейке визирную ось нивелира приводят в горизонтальное положение, добиваясь совмещения изображения концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы путем вращения элевационного винта (рис. 2).

Рисунок 2 – Поле зрение трубы нивелира Н-3:

1 – изображение концов пузырька цилиндрического уровня;

2 – средний горизонтальный штрих сетки нитей;

3 – штрихи нитяного дальномера;

4 – изображение рейки (отсчет 0652)

Отсчет по рейке состоит из четырех цифр и выражает величину в миллиметрах. Производить отсчет необходимо по среднему горизонтальному штриху сетки нитей. Отсчет по рейке берут от меньшего к большему числу.

Первые две цифры отсчета, обозначающие метры и дециметры на рейке подписаны (на рис. 2 эти цифры 06), третья цифра считается по числу сантиметровых шашек от начала дециметрового деления до среднего горизонтального штриха сетки нитей (на рис. 2 – их 5).

Следует отметить, что в каждом дециметре первые пять шашек с сантиметровыми делениями объединены в виде буквы Е. Четвертая цифра, обозначающая миллиметры, по рейке оценивается на глаз (на рис. 2 – 2 мм, полный отсчет по рейке – 0652).

Геометрическими элементами нивелира являются (рис.3): Ось вращения нивелира ВВ – это невидимая линия, вокруг которой вращаются все части нивелира при его повороте в горизонтальной плоскости. Визирная ось зрительной трубы В3- проходит через центр сетки нитей и на точку визирования. Ось цилиндрического уровня УУ – это прямая, проходящая через нуль-пункт уровня и касательная к дуге продольного сечения ампулы.

Ось круглого уровня Укр – это нормаль к сферической поверхности ампулы, проходящей через нуль-пункт круглого уровня.

Рисунок 3 – Геометрические элементы нивелира

Задание 2. Порядок действий при проложении хода технического нивелирования для определения высот точек теодолитного хода

Техническое нивелирование выполняют с целью получения высот точек съемочного обоснования.

Теодолитным ходом называют построенную на местности разомкнутую или замкнутую ломаную линию, в которой измерены все стороны и горизонтальные углы между ними. Начальные и конечные точки хода должны быть привязаны к реперам, планово-высотным пунктам или к условным реперам.

Нивелирование пунктов съемочной основы производят методом из середины. Неравенство расстояний от нивелира до реек не должно превышать 5 метров.

Нивелирование на станции производят следующим образом:

1) Устанавливают нивелир на штативе и приводят его в рабочее положение;

2) Совместив концы пузырька контактного уровня, снимают отчеты по рейкам в следующем порядке:

3) Отсчет по рабочей (черной) стороне задней рейки (зч);

4) Отсчет по рабочей стороне передней рейки (пч);

5) Отсчет по контрольной (красной) стороне передней рейки (пк);

6) Отсчет по контрольной стороне задней рейки (зк);

7)Отсчеты беру с точностью до 1 мм

Высота визирного луча над поверхностью земли не должна быть менее 0,2 м.

нивелир ось теодолитный ход

Результаты измерения заносим в журнал нивелирования.

После снятия отсчетов, не уходя со станции, производят следующие вычисления:

где hч , HК – превышения по рабочей и контрольной сторонам реек.

Расхождение между ними не должно быть более 5 мм.

Затем вычисляют среднее превышение hср:

hср округляют до целых миллиметров, причем 0,5 мм округляют до четного числа.

Таким образом, нивелируют весь ход.

Когда нет возможности изменить превышение между точками хода с одной станции, применяют сложное нивелирование. Между точками хода закрепляют иксовые (х1, х2, . ) точки и нивелируют эту сторону по частям. Нумерация иксовых точек единая по всему нивелирному ходу.

Задание 3. Условия поверок нивелира

Под поверками нивелира понимают действия контролирующие соблюдение условий, которым должен удовлетворять прибор для геометрического нивелирования. Поверки выполняют перед началом полевых работ. При невыполнении условий поверок производят необходимые исправления (юстировки). Нивелир Н-3 должен удовлетворять следующим геометрическим условиям:

Поверка 1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

После установки штатива и закрепления на нем нивелира тремя подъемными винтами приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы и поворачивают верхнюю часть нивелира на 180 градусов. Если пузырек уровня останется в центре ампулы, то условие выполнено, если нет, то нужно исправительными винтами круглого уровня переместить пузырек к центру на половину дуги отклонения. Поверку повторяют до полного выполнения условия.

Поверка 2. Средний горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен оси вращения нивелира.

Ось вращения нивелира устанавливают в отвесное положение. Наводят зрительную трубу на неподвижную рейку, установленную в 20 -30 м о т нивелира. Условие будет выполнено, если при плавном вращении трубы горизонтальный штрих не будет сходить с точки наведения (то есть отсчет по рейке будет оставаться неизменным). Если условие не выполняется, то отвинчивают и снимают окулярную часть зрительной трубы и поворачивают диафрагму с сеткой нитей, предварительно ослабив крепящие её винты.

Поверка 3. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

Это главное условие нивелира поверяется двойным нивелированием концевых точек линии 50-75 м (рис. 6).

Рисунок 6 – К поверке главного условия нивелира

На концевых точках забивают колышки. Нивелир устанавливают на начальной точке линии, а рейку – на конечной. Приведя элевационным винтом нивелира пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт, снимают отсчет по рейке П1 и измеряют высоту нивелира і1 с точностью до 1мм.

Например: П1=14 26 мм, і1=1371 мм.

Затем меняют нивелир и рейку местами и, приведя элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт, снимают отсчет по рейке П2 , измеряют высоту нивелира і2.

Например: П2=126 0 мм, і2=1337 мм.

Если ось цилиндрического уровня непараллельна визирной оси трубы, то отсчеты по рейке будут ошибочны на величину Х=1/2((П1+П2)-(і1+і2)).

Величина Х должна быть не более ±4 мм, если Х превышает указанную величину, тогда, не снимая нивелира со второй станции, элевационым винтом устанавливают средний горизонтальный штрих сетки нитей на отсчет по рейке, равный П2-Х. При этом произойдет смещение изображений половинок концов пузырька уровня в поле зрения трубы.

Сняв крышку коробки цилиндрического уровня, вертикальными исправительными винтами производят точное совмещение половинок концов пузырька уровня в поле зрения трубы. Затем поверку повторяют до соблюдения условия.

Пример для вышеуказанных отсчетов:

Х=1/2((1426+1260)-(1371+1337))=1/2(-22)= -11 мм>4 мм

Поэтому необходимо выполнить юстировку уровня. Для этого устанавливают элевационным винтом по рейке отсчет П2-Х=1260 мм – (-11 мм)=1271 мм и исправительными винтами совмещают концы пузырька уровня.

Поверка 4. При изменении фокусировки трубы визирная ось должна сохранять неизменное положение.

Для проверки этого условия на местности по окружности с радиусом в 50 м примерно через 20 м забивают десять колышков (рис. 7).

Рисунок 7 – К поверке фокусирования зрительной трубы

Установив нивелир в точке А, не изменяя фокусировки трубы снимают отсчёты на точки 1-10 и вычисляют превышения их над первой точкой. Затем нивелир устанавливают в точке В и вновь нивелируют точки 1-10 и опять вычисляют превышения над первой точкой. Превышения, вычисленные на точке В, должны отличаться от превышений, вычисленных на точке А не более чем на ±2 мм. В противном случае ход фокусирующей линз неправильный. Исправление поверки выполняют в мастерской.

Список используемой литературы

1. Дамдинова Д.Ш. Полевая учебная практика по Инженерной геодезии: Учебное пособие / Д.Ш.Дамдинова. – Улан-Удэ: ВСГТУ, 2005. – 94 с.

2. Михелев Д.Ш. Инженерная геодезия / Д.Ш.Михелев. – М.: Академия, 2004. – 481 с.

3. Поклад Г.Г. Геодезия: Учебник для вузов / Г.Г.Поклад. – М.: Недра, 1988. – 304 с.

4. Практикум по инженерной геодезии: пособие по выполнению лабораторных работ и учебной геодезической практики для студентов безотрывного обучения / Е.К.Атрошко, М.М.Иванова, Г.М.Куновская и др. – Гомель: БелГУТ, 2004. – 107 с.

5. Справочник геодезиста (в двух книгах) / В.Д.Большаков, Г.П.Левчук, Г.В.Багратуни и др. – М: Недра, 1975. – 1056 с.

Во многом процесс монтажных и строительных работ зависит от того, насколько точно были выполнены разметочные работы на площадке. Определить разницу между разными точками участка крайне сложно, поскольку идеально ровных поверхностей не бывает, а точки на плоскости разные по высоте. Здесь потребуется специальный инструмент под названием нивелир, которому и будет посвящена эта статья.

Применение геодезических умений при строительстве

Во время работ по вынесению планов в натуру следует знать, какова разница между высотами нескольких точках на участках поверхности и отметкой, выступающей в роли условного уровня. Нахождение разности высот называется геометрическим нивелированием и выполняется с помощью нивелира и специальных реек.

Ось нивелира имеет горизонтальное положение, из точки условного уровня имеются разницы высот показаний в зависимости от отметок на рейках. В процессе работы каждая точка располагается в ста метрах от точки размещения нивелира, уровень ее нужно мерить как минимум три раза, следует при этом принимать среднее арифметическое значение. Планы земельных участков строят на основе таких данных. Так, нивелир нужен с целью выяснения разницы высот в точках измерений.

Рейки и их описание

Под нивелирной рейкой понимается специальная планка, которая в точках для измерений высот устанавливается вертикально. Ее можно делать из дерева или металла (алюминия).

Такая рейка имеет длину около 3−4 метров, и чтобы ее удобно было транспортировать, можно складывать пополам посредством специального узла. Современные варианты подразумевают раздвижную телескопическую конструкцию.

На сторонах стандартной рейки часто имеется градуировка:

• с лицевой стороны разметка делается в метрической системе измерения;
• с обратной стороны — в дюймовой соответственно.

Перед началом работ рейку ставят на нижней металлической скобе в центр измерительной точки посредством специальной отметки.

С целью удобства для удержания инструментов на точке присутствуют специальные ручки. Если рейки качественные и сделаны на основе специального сплава железа и никеля, то на них есть пузырьковые уровни, чтобы можно было контролировать вертикальное размещение рейки.

Если работы находятся на начальном этапе исследований застройки, то нужно выполнить комплексное моделирование объекта в будущем во взаимодействии с окружающим ландшафтом и архитектурой.

Точки измерения фотографируют с переносом значений реальных масштабов как данные для разных компьютерных программ, благодаря чему объект можно смоделировать во взаимодействии с окружающим экстерьером.

Устройство нивелира оптического типа

Данный прибор включает в себя четыре ключевых элемента:

• зрительную трубу оптического типа. Принцип ее работы предусматривает свободное движение в горизонтальной плоскости. Ключевой функцией такой трубы является то, что она наводит систему на объект съемки;
• уровень цилиндрический. Такая деталь — это очень чувствительное устройство, оно нужно для того, чтобы точно определить ориентированность нивелира относительно отвеса. Определить точность размещения горизонтальной оси можно по нахождению пузырька уровня в т. н. «нуль-пункте»;
• трегер — это подстава для оптической трубы с тремя винтами, с помощью которых регулируется высота;
• элевационный винт — он нужен для однозначного ориентирования. Чтобы определить параметр, нужно привести в горизонтальное положение визирную линию устройства.

А еще в конструкции оптических нивелиров последнего поколения часто предусмотрен встроенный компенсатор. Он нужен для поддержки нивелира в строго горизонтальном положении. Это исключает погрешности, которые могут быть спровоцированы даже незначительным наклоном устройства, а геодезическая съемка будет более точной.

Выбирать тот или иной тип устройства нужно в зависимости от точности измерений и уровня проводимых работ.

Классы нивелирования

Существуют разные классы нивелирования. Ключевыми высотными основами являются первый и второй класс.

Нивелирование первого класса имеет высокую точность работ. Данный результат можно получить только с применением качественных современных геодезических устройств, с помощью которых можно проводить данные измерения. И только ультрасовременные разработки позволят не допускать даже мелких погрешностей и даже стандартных ошибок.

Конструкция данного оборудования включает в себя плоскопараллельную пластину, выступающую в роли составного элемента микрометра. Данную деталь ставят перед объективом движущейся зрительной трубы, а еще такой оптический нивелир должен быть оснащен компенсатором или же контактным уровнем, в котором пузырек отличается в поле зрения трубы. Есть несколько видов оптических нивелиров, которые применяются для выполнения работ первого класса. Все их функциональные особенности целиком должны соответствовать всем нужным требованиям.

Для проведения нивелирования второго класса тоже нужно применять высокоточные оптические приборы. Их конструкция предусматривает наличие плоскопараллельных пластин, а также компенсатора или же контактного уровня. Как и в предыдущем случае, есть специальные виды приборы для этой работы, но также можно применять и те устройства, что прошли сертификацию и имеют требуемый уровень точности.

Чтобы выполнять измерения третьего класса, нужен оптический нивелир, оснащенный встроенным компенсатором, а для четвертого класса нужен прибор с уровнем и компенсатором. В зависимости от классификации нивелирования, оптические приборы бывают таких видов:

Принцип работы во время съемок

Чтобы не допускать ошибок и понимать принцип работы устройства, нужно знать, как он устроен изнутри и какие существуют его виды. Самые распространенные оптические приборы обладают различной степенью точности измерения. Обычно они состоят из зрительной трубы со специальным цилиндрическим уровнем, с помощью которого можно контролировать горизонт оптической оси.

Сквозь оптическую призматическую систему изображение проецируется в оптику трубы, а затем постоянно контролируется. Для того чтобы правильно его настроить для выполнения измерительных работ, нужно внимательно прочесть инструкцию. Благодаря специальным винтовым механизмам (азимутальным, подставочным и элевационным) можно обеспечить максимальную точность выставленного горизонта. Устройство ставят на специальную треногу с осью вращения.

Чтобы результаты измерений были более точными, а погрешности в определении расстояния между разными точками были сведены к минимуму, следует использовать нивелиры цифрового типа. Но для них нужно иметь рейки со специальными штрих-кодами, благодаря которым обеспечивается автоматическая регистрация данных с помощью микропроцессоров.

Принцип работы данного нивелира можно увидеть в интернете в специальных роликах. Если подобные рейки отсутствуют, то данные виды нивелиров применятся по аналогии с обычными оптическими.

Но помните, что перед применением даже самого простого оптического нивелира, его следует подвергнуть таким проверкам:

• уровня при трубе;
• уровня круглого;
• горизонтальности сетей ниток.

Помимо этого, по уровню могут проверять и вертикаль сети ниток разметки устройства с уровнем при трубе.

Немаловажными показателями выступают еще цена деления уровня при трубе, а также ее краткость. Это позволяет определить пригодность.

Сами работы могут выполняться с применением оптических, а также водяных или лазерных уровней.

Нивелирование 4 класса методом средней нити

Для начала прибор приводится в рабочее положение посредством цилиндрического или контактного уровня. Потом зрительная труба наводится на поверхность темной стороны задней рейки, а пузырек уровня приводится в «нуль-пункт» элевационными или подъемными винтами. Отсчет можно снять посредством дальномерных и средних штрихов.

Таким же образом нужно выполнить съемку во время наведения трубы на поверхность темной стороны передней рейки, а затем на поверхность красной стороны передней части, а потом — на поверхность темной стороны задней части.

При условии применения оптического прибора с компенсатором следует, прежде всего, установить устройство в рабочее положение, а также проконтролировать нормальнее рабочее положение компенсатора. И только после этого приступать к процессу съемки.

Во время съемки все фиксируйте в полевом журнале. Удобнее всего применять для этого запоминающее устройство регистратора. Если была определена разница в значениях более 5 мм, то измерения проводят заново, при этом следует изменить высоту приборы как минимум на 3 см. По окончании полевых работ подсчитайте невязки по линии между исходными реперами. Это значение должно быть от 20 мм, все результаты нужно вносить в ведомость повышений.

Итак, выше были рассмотрены особенности и принцип работы оптического нивелира, который часто используется при строительных работах. В настоящее время альтернативы такому прибору не существует, поэтому при проведении геодезических работ он долго еще будет являться наиболее актуальным.