Описание и общая схема нивелира

Цель работы:изучение основных углов прибора, степени пригодности и основных видов измерения точности нивелира. Изучить и выполнить поверки нивелира.

Задание: изучить устройство нивелира, показать схематический вид его частей, показать оптическую схему теодолита, показать схематический вид осей теодолита, изобразить поле зрения отсчетного микроскопа с указанием отсчета; выполнить комплекс поверок и сделать по измерительным результатам аргументированный вывод.

Нивелир – геодезический прибор, предназначенный для определения разности высот двух точек при помощи горизонтального луча и нивелирных реек, вертикально установленных в этих точках.

По классу точности нивелиры разделяют на: высокоточные Н-05; точные Н-3 и технические Н-10. Числа в шифре нивелира означают допустимую среднюю квадратическую погрешность, получаемую при нивелировании на 1 км двойного хода. Числа, стоящие впереди Н, — номера последующих моделей (3Н-3КЛ).

Нивелиры всех типов в зависимости от устройства, применяемого для приведения луча визирования в горизонтальное положение, выпускают в двух исполнениях: с уровнем при зрительной трубе (уровненные) и с компенсатором углов наклона (компенсационные). При наличии компенсатора к шифру нивелира добавляется индекс К, например Н-3К. Нивелиры типов Н-3 и Н-10 допускается изготовлять с лимбом для измерения горизонтальных углов с точность до 5΄. При наличии лимба к шифру нивелира добавляется индекс Л, например 2Н-10КЛ.

Нивелир Н-3 относится к точным нивелирам, увеличение зрительной трубы – 31,5х, наименьшее расстояние визирования – 1 м, цена деления уровней: круглого — 10΄, контактного цилиндрического — 15΄΄. Прибор предназначен для нивелирования III и IV классов, а также для инженерно-геодезических работ при изысканиях и в строительстве.

Описание и общая схема нивелира

а – вид со стороны круглого уровня;

б – вид со стороны цилиндрического уровня;

в – вид со стороны окуляра зрительной трубы без предохранительного колпачка:

1 – подъемные винты;

2 – элевационный винт;

3 – круглый уровень;

5 – корпус зрительной трубы;

6 – наводящий винт;

8 – закрепительный винт;

10 – окуляр с диоптрийным кольцом;

11 – контактный цилиндрический уровень;

12 – юстировочные винты цилиндрического уровня;

14 – сетка нитей;

15 – металлическая пластина;

16 – крепежные винты сетки нитей.

Нивелир крепят к штативу с помощью станового винта и пружинящей пластины. В отвесное положение ось вращения нивелира устанавливают по круглому уровню 3 с помощью подъемных винтов 1, винтовая нарезка которых входит в гнезда подставки (трегера) 7. Для приближенного наведения трубы на рейку служит мушка над объективом зрительной трубы нивелира, для точного — наводящий винт 6, который работает, когда труба зафиксирована закрепительным винтом 8. Винт кремальеры 4 служит для фокусировки трубы, а резкость изображения сетки нитей достигается вращением диоптрийного кольца окуляра 10. Перед каждым отсчетом по рейке визирную ось нивелира устанавливают в горизонтальное положение элевационным винтом 2. Изображения половинок концов пузырька контактного цилиндрического уровня 11 через систему призм передаются в поле зрения трубы. Если центр пузырька уровня совместить с нуль-пунктом ампулы, то произойдет оптический контакт — изображения половинок концов пузырька уровня будут равными по длине и образуют в верхней части один овал. При наклоне оси уровня контакт нарушается.

Оптическая схема нивелира Н-3

1 – объектив; 2 – фокусирующая линза; 3 – сетка нитей; 4 – окуляр; 5 – ампула уровня; 6 – пузырек цилиндрического уровня; 7 – блок из двух сфеноидов типа БМ-90΄΄; 8 – призма АР-90⁰; 10 – микрообъектив; 9 и 11 – ромб призмы БС-0⁰

Поле зрительной трубы нивелира

Поле зрения зрительной трубы нивелира Н-3 при положениях пузырька цилиндрического уровня вне нуль-пункта (а,б) и в нуль-пункте (в).

Поверки нивелира Н-3

В нивелире должны соблюдаться соответствующие геометрические и оптико-механические условия. Поэтому перед работой нивелир проверяют (делают поверки). Если будут обнаружены нарушения этих условий, нивелир исправляют (выполняют юстировку).

Лабораторная работа № 3

Работа с нивелиром

Выполнил: ст. гр. 12-ТВ-1

Проверил: ст. преп.

Новополоцк 2012 г.

Работа с нивелиром

Описание и общая схема нивелира

а – вид со стороны круглого уровня;

б – вид со стороны цилиндрического уровня;

в – вид со стороны окуляра зрительной трубы без предохранительного колпачка:

1 – подъемные винты;

2 – элевационный винт;

3 – круглый уровень;

5 – корпус зрительной трубы;

6 – наводящий винт;

8 – закрепительный винт;

10 – окуляр с диоптрийным кольцом;

11 – контактный цилиндрический уровень;

12 – юстировочные винты цилиндрического уровня;

14 – сетка нитей;

15 – металлическая пластина;

16 – крепежные винты сетки нитей.

Читайте так же:
Труборез по металлу ручной

Различия и преимущества современных нивелиров.

Нивелир (от франц. niveler — выравнивать, niveau — уровень), геодезический инструмент для измерения превышения точек земной поверхности — нивелирования, а также для задания горизонтальных направлений при монтажных и т.п. работах. Наибольшее распространение имеют оптико-механические нивелиры, снабженные зрительной трубой, при помощи которой производят отсчёт по рейке. Перед отсчётом визирную линиюзрительной трубы устанавливают горизонтально при помощи уровня; в Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования это осуществляется автоматически.

Главное требование, предъявляемое к нивелирус уровнем , — обеспечение близкого к параллельному и достаточно стабильного по времени и при изменениях температуры взаимного положения визирной линии и оси уровня, достигаемого при выверке инструмента, которую приходится часто повторять. Главным образом для упрощения выверки были созданы весьма разнообразные и многочисленные типы нивелиров, различающиеся родом соединения между собой трёх основных частей нивелира — зрительной трубы, уровня и подставки. Так, уровень может быть скреплен с трубой, перекладываемой на подставке, или с этой подставкой и т.д. Однако оказались наиболее стабильными и получили наибольшее распространение так называемые глухие нивелиры, в которых уровень и труба наглухо соединены с подставкой. Для облегчения установки пузырька уровня в нуль-пункт и повышения её точности глухие нивелиры часто снабжают элевационным винтом. Подставкой в этой схеме являются все детали, соединяющие зрительную трубу с горизонтальной осью. По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические, дающие на 1 км хода ошибки, не превышающие, соответственно, 0,5—1,0 мм, 4—8 мм и 15 мм.

Изредка применяют гидростатические нивелиры, в которых используется свойство сообщающихся сосудов. Многочисленные попытки создания так называемых нивелиров-автоматов, определяющих превышения интегрированием по пройдённому пути углов наклона движущейся по местности повозки (велосипеда, автомобиля и т.д.), пока не дали приемлемых результатов.

История нивелира.

Одним из первых геодезических инструментов можно считать нивелир. Герон Александрийский в своем сочинении во II веке до н.э. описывает устройство, состоящее из двух сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью – простейшего нивелира. В 17 веке произошел ряд существенных доработок нивелира: Галилей в 1609 году изготовил зрительную трубу, Кеплер в 1611 году дал нивелиру сетку нитей, Монтенари в 1674 году – дальномерные нити. Но апофеоз развития нивелиров в строительстве, топографо-геодезических работах и инженерных изысканиях был достигнут после разработки перекладного уровня, разработанного Амслером-Лаффоном в 1857 году, и создания высокоточного оптического нивелира Русским геодезистом Д.Д.Гедеоновым в 1890 году.

Для измерения превышений употребляют главным образом оптико-механические нивелиры с горизонтальным лучом визирования: ими производят отсчёт по рейкам, устанавливаемым на точках, разность высот которых надо определить. Известны также нивелиры с наклонным лучом визирования, позволяющие с одной установки определять значительные превышения, но из-за меньшей точности они не получили широкого распространения. В некоторых случаях, например для привязки островов к материку, употребляют т. н. гидростатические нивелиры, основанные на свойстве сообщающихся сосудов сохранять на одной высоте уровень наполняющей их жидкости.

Первые упоминания о нивелирах связаны с именами Герона Александрийского и римского архитектора Марка Витрувия (1 век до н. э.). Современные очертания нивелиры начали приобретать с появлением уровней и зрительных труб — с 17 века.

Нивелиры с горизонтальным лучом визирования отличаются схемой соединения между собой трёх основных частей нивелира: зрительной трубы с сеткой нитей — фиксирующей визирный луч; уровня — служащего для приведения этого луча в горизонтальное положение, и подставки — несущей трубу и соединённой с вертикальной осью вращения. С середины 20 века применяются преимущественно нивелиры с наглухо соединёнными между собой трубой, уровнем и подставкой, получившие название глухих нивелиров.

С середины 20 века широкое распространение получили нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования, в которых для горизонтирования визирной оси взамен уровня применяют компенсатор, представляющий собой оптическую деталь зрительной трубы, подвешенную на маятниковом подвесе. Впервые в мире такой нивелир был изготовлен в СССР в 1946.

При нивелировании употребляют рейки длиной от 1,5 до 4 м. Шкалы реек для точного нивелирования, где расстояние визирования не превосходит 50 м, имеют штрихи шириной в 1 мм, нанесённые через 5 мм на инварной ленте, натянутой в деревянном корпусе пружинами, обеспечивающими постоянство длины шкалы при колебаниях температуры. Для нивелирования низших классов, когда расстояние визирования может достигать 100 м, употребляют деревянные рейки со шкалами из шашек шириной в 1 см с таким же просветом между ними.

Специалисты и ученые из разных стран мира продолжали совершенствовать устройство нивелира и далее. Швейцария дала нивелиру устройство внутренней фокусировки в зрительной трубе, контактный уровень и оптический микрометр, Германия – самоустанавливающуюся линию визирования, Россия – автоматические компенсаторы Стодолкевича и Гусева.
В настоящее время совершенствованием и производством нивелиров занимаются практически во всех развитых или развивающихся странах – в России, Японии, США, Китае, Германии, Швейцарии и др. В настоящий момент основным производителем оптических нивелиров в России является Уральский оптико-механический завод (УОМЗ), продукция которого стала традиционной. Не менее известна в России и продукция Украинского Изюмского приборостроительного завода (ИПЗ). Основная доля рынка занята нивелирами зарубежных производителей и торговых марок: geo-Fennel (Германия), Robotoolz (США), Sokkia/Topcon и Nikon (Япония), Zeiss (Германия), Trimble/Spectra precision (США) и др.

Совершенствование устройства нивелира продолжается и по сей день. В 20 веке появились две новые группы нивелиров на ряду с оптическими: электронные и лазерные. Методика работы с этими приборами, а так же принцип устройства и работы отличаются в принципе, но преследуют одну и ту же цель.

Различия и преимущества современных нивелиров.

Оптические нивелиры в современном исполнении имеют следующие отличительные черты:

пылезащищенный и влагозащищенный корпус,
автоматический компенсатор (воздушный или воздушный с магнитным демпфером)
прямое изображение зрительной трубы
некоторые производители заполняют визирную трубу инертным газом (азот) для влагозащиты и профилактики запотевания
некоторые производители ставят линзы со специальным покрытием для создания эффекта «просветленной оптики»
увеличение трубы от 20х до 50х с минимальным фокусным расстоянием от 0,3 м

Автоматический компенсатор стал традиционным и используется в большинстве нивелиров, так как позволяет ускорить работу. Принцип устройства прост,но отличается по типу демпфера, прикрепленного к компенсатору:

воздушный (колебания гасятся весом компенсатора)
магнитный (колебания гасятся магнитным полем)
жидкостной (колебания гасятся сопротивлением жидкости)

Наиболее распространенными являются нивелиры с воздушным демпфером (как простейший и дешевый прибор для работы на небольших строительных площадках) и магнитным (магнитный демпфер более эффективно, чем воздушный, гасит колебания на ветру и при вибрациях, что актуально для больших строительных площадок, где работает тяжелая техника). Воздушный компенсатор можно найти в нивелирах ADA Basis или аналогичных, а магнитный используется в нивелирах BOIF AL120/AL132, ADA PROF-X20/X32, SOKKIA, NIKON и других. В модели BOIF дополнительно используется винт с двойным ходом для предварительного и точного наведения резкости. Некоторые нивелиры оснащены пылезащитным (спрятанным в корпус) лимбом и «бесконечными» наводящими винтами. Для прямого отображения пузырька круглого уровня используется зеркало или призма, закрепленная на боковой части визирной трубы снаружи.

Читайте так же:
Схемы диммеров для двигателей 220в

Практически все компании размещают производство нивелиров в Китае, что позволяет снизить производственные издержки и предоставлять клиентам приборы высокого качества, но по доступной цене. Но не только западные компании разместили свое производство в Китае, а есть и Китайские производители зарекомендовавшие себя с лучшей стороны. Например, марка Пекинского оптико-механического завода BOIF стала очень популярной в России за последние 5 лет, а ассортимент включает не только нивелиры, но и оптические и электронные теодолиты, тахеометры, GPS приемники и другое оборудование.
Основное преимущество оптического нивелира – невысокая цена, простота и неприхотливость в работе в сочетании с высокой точностью. Из недостатков можно перечислить необходимость работы двух человек (нивелир и рейка), полностью ручное выравнивание и контроль по уровню, отсутствие наглядности. Он идеально подходит для внешних работ при земельных и планировочных работах, работах по обустройству дорог и фундаментов сооружений, при установке оборудования на больших площадях. Казалось бы, что еще можно изменить в конструкции или добавить для повышения скорости/удобства/набора функциональных возможностей? Логическим этапом развития нивелиров стало появление электронных или цифровых нивелиров.

Электронный нивелир или цифровой нивелир – это оптическая часть, которая в большей части унаследована от оптических нивелиров, и электронный модуль, который позволяет производить считывание показаний через оптическую систему со специальных инварных реек с BAR-кодом (или штрихкодом). Эта группа нивелиров оснащена встроенными вычислительными функциями (измерение по определенной методике), которые позволяют обрабатывать и редактировать результаты измерений, выдавая результаты на дисплей, хранить данные в памяти или передавать на ПК, используя интерфейс RS232 или FLASH карты памяти. Функция измерения расстояний позволяет соблюдать равенство плеч в нивелирных ходах используя измерение и контроль расстояний до передней и задней реек. Цифровая клавиатура и электронная часть позволяют вносить номера или названия нивелируемых точек, отметки нивелирных реперов и т.д.

Основное преимущество электронного нивелира – функциональность, автоматическое измерение, которые позволяют снизить «человеческий фактор» при измерении (штрихкод на рейке уникален и не повторяется от пятки до верхней части рейки, при достаточной освещенности измерение расстояния может быть измерено с точностью до 0,5м).
А из недостатков – очень высокая цена и ограниченная возможностями электроники дальность работ. Отлично подходит для дорожных работ, особенно на больших расстояниях.

Цифровые нивелиры отлично подходят при нивелировании для определения уклонов и профилирования, съемки зон проседания, наблюдения за деформациями сооружений, проложение нивелирных ходов вдоль Ж/Д путей, нивелирование проезжей части дорожного полотна, русловые съемки и т.д.

В настоящее время в России широко представлены цифровые нивелиры Trimble, Leica, Topcon, Sokkia, но все чаще стала появляться и продукция Китайских производителей BOIF, KOLIDA и др.
Рост конкуренции среди производителей приборов и исполнителей работ, рост требований к функциональности, развитие технологий обусловили приход на рынок нового типа нивелиров, принципиально по методике применения отличающихся от своих предшественников.

Лазерный уровень — устройство и принцип работы

Для качественного выполнения строительных, монтажных или ремонтных работ недостаточно только знаний мастера. Для ровной кладки кирпича, для установки перегородок из гипсокартона, и даже просто для наклейки новых обоев, — необходимо точно нанести разметку или хотя бы выровнять элементы по вертикали или по горизонтали, чтобы все получилось аккуратно и ровно.

Во все времена для выравнивания поверхностей строители и монтажники использовали пузырьковый уровень или отвес, этого профессиональному работнику всегда хватало, скажем честно. Но насколько это удобно — пользоваться механическим инструментом? Может быть пора присмотреться к современным достижениям технического прогресса?

На самом деле в продаже давно появился инструмент, способный не только облегчить нанесение разметки, но и значительно ускорить работы. Для тех кто профессионально занимается строительными и монтажными работами данный инструмент станет незаменимым помощником. Речь о лазерном уровне.

Лазер сегодня много где используется: в полиграфии, в медицине, в электротехнике, в военной сфере, — везде, где требуется высокая точность и ответственный подход к решению тех или иных задач. Исторически о данной технологии еще в 1916 году заговорил Эйнштейн, и спустя почти 45 лет появился первый твердотельный лазер — его создал американский физик Теодор Мейман на базе возбуждаемого светом рубина.

Открытие Меймана по получению видимого лазерного луча явилось одним из наиболее значимых открытий, сделанных в ХХ веке, и стоит в одном ряду с квантовой теорией Планка. Сегодня лазер оказывается полезным и в такой широчайшей сфере человеческой деятельности как строительство, и в частности — в ремонтных работах.

Лазерный уровень, или более точно — лазерный нивелир, сильно облегчает работы. Для нанесения разметки достаточно навести лазерный луч на объект, и прибор сам выстроит ровные горизонтальную и вертикальную линии. Человеку останется сделать разметку карандашом либо даже сразу установить мебель или например наклеить плитку. Это гораздо удобнее, чем возиться с линейкой или с уровнем в надежде ровно вручную отстрелить вертикаль или горизонталь, не говоря уже о построении линии под определенным углом.

Не удивительно, что сегодня лазерные уровни пользуются такой популярностью у строителей, ведь им все время приходится возводить самые разные конструкции. А ремонтные бригады? Им тоже очень удобно делать ремонт и отделку, клеить обои, укладывать плитку, возводить потолки, пользуясь лазерным уровнем для выполнения ровной разметки. И сборщики мебели не обходятся без лазерного уровня, ведь с ним работы идут куда быстрее, особенно если устанавливается большой встраиваемый гарнитур или любая другая встраиваемая мебель.

Так, если всего несколько лет назад лазерный уровень был по карману лишь профессиональным организациям, то сегодня в продаже появились бытовые лазерные уровни, обладающие стандартным набором функций, которые с лихвой перекрывают возможности линейки и отвеса, делая работу более приятной и быстрой.

Цена лазерного нивелира, конечно, выше чем у обычного пузырькового уровня, однако затраты обязательно будут оправданы, тем более если мастер работает регулярно. А если речь идет об одном единственном ремонте? Стоит ли покупать дорогой уровень ради одного ремонта? Конечно стоит. Ведь после того как ремонт сделан, в жилище так или иначе будут перестановки, обновление интерьера и т. д.

Можно захотеть поклеить новые обои, повесить картину, полку, шкаф, сделать новую плитку в ванной комнате, поменять плинтус, сделать на стене несколько дополнительных розеток и т. д. С лазерным уровнем все эти новшества можно будет внести в интерьер без лишних мучений и без лазаний по стремянке с линейкой и рулеткой в руках.

Примеры электромонтажных работ, где может понадобиться использование лазерного уровня:

Устройство лазерного уровня довольно необычно, при том не очень сложно. Внутри корпуса установлен светодиодный источник света, который и порождает световой поток для лазера. Свет проходит сквозь линзу или призму (в зависимости от типа прибора), и в проекции на объекте получается ровная линия.

Прибор может строить линии на расстоянии в несколько десятков метров от себя. В самом простом виде лазерный уровень способен построить две взаимно перпендикулярные линии, более сложные профессиональные модели строят до девяти линий — чем больше проецируемых лучей — тем больше линий. Когда лучей несколько, удобно выстроить разметку например для укладки плитки, а с четырьмя лучами можно делать разметку сразу в нескольких плоскостях.

Лазерные нивелиры бывают двух типов: линейные и ротационные. В линейном нивелире свет проходит через перпендикулярные призмы, и в проекции получаются два взаимно перпендикулярных луча на плоскости объекта (луч как-бы размывается призмой в плоскость на 120 градусов).

Наиболее простые модели проецируют точку, более сложные — перекрещивающиеся прямые (вертикальную и горизонтальную). В ротационных уровнях свет фокусируется в точку проходя через линзу, а прямая получается за счет вращения светодиодного источника на 360 градусов вокруг оси.

Так, при помощи ротационного уровня можно разметить помещение по периметру, одновременно бригада мастеров может работать с одним прибором, выполняя работы в помещении одновременно. Ротационный уровень способен выполнить проекцию на расстояние до 100 метров.

Перед началом работ уровень выставляют на штативе, выравнивают его вручную, ориентируясь по встроенному в прибор пузырьковому уровню. Более профессиональные приборы имеют еще и встроенный компенсатор, который делает эти приборы самовыравнивающимися при отклонениях от горизонта в пределах 4 градусов (маятник с качающимся медным наконечником-грузиком тормозится в магнитном поле постоянных магнитов наведенными вихревыми токами). Когда прибор на штативе установлен, приступают к выполнению разметки. Вот и все, что нужно знать о лазерном уровне.

Давайте резюмируем теперь особенности и достоинства лазерного уровня.

Во-первых, использование лазерного уровня не требует особенных специальных знаний, достаточно установить прибор на штатив, включить требуемый режим разметки (один луч, два луча или несколько лучей), направить прибор на поверхность, и нанести по красным линиям отметки, либо сразу начать работу с отделочными или строительными материалами. С этим справится даже новичок.

Во-вторых, применение лазерного уровня значительно экономит время и силы человека. Не нужны ни отвес, ни стремянка, не нужно больше держать в руке отвес, пока помощник делает разметку. Один человек справится со всем самостоятельно, стоит только нажать кнопку на приборе — ровные световые линии появятся на стене или на потолке, там где нужно.

В-третьих, лазерный оптический прибор обладает высокой точностью. Погрешность профессионального лазерного прибора не превысит 0.3 мм на метр, а более простые приборы ошибутся максимум на 1 мм на метр.

В-четвертых, современные лазерные нивелиры отличаются наличием множества дополнительных функций. Этим не сможет похвастаться ни один отвес или уровень-линейка с пузырьком. Лазерный нивелир построит горизонтальный луч, вертикальный луч, сделает крест, построит по желанию пользователя дополнительные контрольные точки в зените или надире.

В-пятых, лазерный инструмент неприхотлив в хранении и легок при транспортировке. Весит средний профессиональный прибор не более 3 кг, а бытовой — не более 1 кг. Прочный пылезащищенный корпус в сочетании с сумкой или фирменным кейсом — надежная защита на время хранения.

Те мастера, кто впервые воспользовался лазерным нивелиром (строители, монтажники, ремонтники, и просто люди, любящие делать дома перестановки), оценили достоинства прогрессивного прибора. Все в один голос утверждают, что старые механические приспособления — это уже пережитки прошлого, и выбор однозначно делается в пользу современного лазерного прибора.

Нивелир устройство и назначение

Одними из самых известных и популярных в своей области, простых в обращении и точных геодезических приборов считаются оптические нивелиры. Основной принцип, задействованный в конструкциях вообще всех видов нивелиров, заключается в передаче на расстояние горизонтального луча, необходимого для его практического применения. Этот принцип применяется через осуществление взаимосвязи геометрических условий и оптической системы в конструкции прибора. По всей видимости, и способ измерений с применением этого инструмента получил его наименование, а именно геометрическое нивелирование.

Оптические нивелиры позволяют нам:

измерять превышение между точками относительно горизонтального луча, проходящего через визирную ось трубы;
определять отклонение от горизонтального луча измеряемых плоскостей и всевозможных поверхностей;
устанавливать высотные отметки точек относительно отсчетной системы координат (абсолютной, условной).

Классификация оптических нивелиров

В современном приборостроении и геодезии соответственно выпускаются и применяются оптические нивелиры, которые можно позволить классифицировать на два вида:

оптико-механические;
оптико-электронные, еще их называют цифровыми.

И в тех и других устройствах существующие системы наблюдения и ориентирования имеют одинаковую связь между оптикой и геометрией. Ориентирование обеспечивается через визирную ось относительно отвесной линии. Наблюдение осуществляется через зрительную трубу и механизм наведения. А вот отличие между ними заключается в отсчетных системах соответственно визуальной и электронной.

Оптические нивелиры также различают по степени точности. Среди них можно выделить:

высокоточные;
точные;
технической точности.

В соответствии с государственными стандартами к высокоточной группе относятся приборы со среднеквадратической погрешностью не более 0,5мм при проведении одного километра двойного хода. К ним относятся ранее изготовленные оптико-механические нивелиры Ni-002 (Цейс), Н-0,5 и современные цифровые, например SDL-1X (SOKKIA).

К точным нивелирам относятся инструменты со среднеквадратической погрешностью (СКП) до 3-х мм и наименованиями Н-3, Н-3К и многие современные марки ведущих иностранных производителей.

Технической точности считаются инструменты со среднеквадратической ошибкой не более десяти миллиметров, например, такой, как Н-10КЛ.

Еще, все производимые сегодня оптические нивелиры в зависимости от приведения визирного луча к горизонтали можно разделить на два вида:

с цилиндрическим установочным уровнем визирной оси, которая выводится в горизонтальное положение так называемым элевационным винтом, соединенным с уровнем (Н-3);
с самоустанавливающимся визирным лучом при помощи компенсаторов, автоматически выставляющих его в горизонтальную плоскость (Н-3К).

Все современные приборы сейчас изготавливаются большей частью с компенсаторами, позволяющими увеличивать производительность труда полевых работ.

Устройство оптического нивелира

Классическое устройство нивелира можно показать на такой широко используемой марке приборов как Н-3. В его составе необходимо выделить основные узлы, показанные на рисунке.

Рис. 1. Устройство.

На рисунке можно увидеть следующие детали и узлы оптического нивелира:

зрительная труба, предназначенная для наведения на рейку (1);
окуляр, часть оптической системы, предназначенная для наблюдения (2);
объектив, часть оптической системы, предназначенная для получения увеличенного изображения объектов (3);
трегер или другими словами подставка для размещения в нем самого прибора (4);
подъемные винты, служащие приведению инструмента в рабочее состояние, совпадающее с отвесной линией (5);
пластина, нижняя часть подставки, предающая жесткости всей ее конструкции и устойчивости подъемных винтов (6);
закрепительный винт прибора, предназначенный для фиксации зрительной трубы после грубого наведения на рейку (7);
цилиндрический уровень, соединенный с трубой и служащий для установления визирного луча в горизонтальное положение (8).
место установки юстировочных винтов, предназначенных для исправления положения цилиндрического уровня (9);
визир, расположенная сверху трубы деталь для ориентировочного наведения на рейку (10);
фокусировка (кремальера), предназначенный для фокусирования (придания резкости изображению) механизм, (11);
наводящий (микрометренный) винт, служащий точному наведению зрительной трубы на рейку (12);
круглый уровень, показывающий положение прибора относительно отвесной линии (13);
юстировочные винты круглого уровня, для исправления положения уровня (14);
элевационный винт, выводящий цилиндрический уровень на середину и связывающий его с визирным лучом (15).

Основные геометрические условия

Для работоспособности оптического нивелира требуется соблюдение геометрических условий, предусмотренных конструкцией самого прибора. Геометрическая схема прибора, в упрощенном виде представлена на приведенном ниже рисунке.

Рис.2. Геометрическая схема.

Элементы геометрической схемы представляют совокупность невидимых вертикальных и горизонтальных линий основных узлов и деталей инструмента:

(N – N) – вертикальная линия, представляющая ось круглого уровня;
(V – V) – линия, изображающая вертикальную ось вращения прибора;
(Z – Z) – визирный луч, проходящий через центр окуляра и объектива;
(L – L) – горизонтальная ось цилиндрического уровня;
(K – K) — вертикальная ось автоматического компенсатора.

Основные детали и конструкции оптических нивелиров геометрически связаны между собой и их элементами (осями). Все конструктивные геометрические условия приборов проверяются во время проведения поверок нивелира. К ним относятся:

поверка круглого уровня, ее условие состоит в параллельности оси круглого уровня и невидимой оси вращения прибора;
поверка сетки нитей, ее условие состоит в вертикальности оси сетки нитей;
поверка по определению угла і, суть которой заключается в параллельности визирного луча и горизонтальной оси цилиндрического установочного уровня;
поверка компенсатора, ее условие состоит в горизонтальности визирного луча.

Дополнительные принадлежности

Для проведения измерений с помощью оптических нивелиров используются дополнительные принадлежности:

Штативы необходимы для установки и жесткого крепления конструкции прибора, приведение его в рабочее положение и собственно выполнение измерений. Нивелирные штативы бывают деревянные, фиберглассовые, алюминиевые и обычно они легкие по весу и с меньшими головками крепления.

Рейки могут быть различной длины, изготовлены из разного материала с разграфленной шкалой на их поверхностях. В обозначения нивелирных реек, например РН-3-3000СП, входят:

сокращенное наименование (РН – рейка нивелирная);
первая цифра (3), означающая точность измерений в мм;
второе число (3000) означает длину в мм;
СП – сокращение означающее: складную конструкцию и прямое изображение.

Существуют различные виды реек:

деревянные складные двухсторонние;
алюминиевые выдвижные, с накладным круглым уровнем ;
инварные, повышенной точности.

Длина реек колеблется в пределах от одного до пяти метров. Деления на них бывают миллиметровые с одной стороны и сантиметровые Е-образные с другой или с обеих сторон сантиметровыми одновременно, но с чередованием цвета (красная, черная). Они могут быть штриховыми и с инварной проволокой для цифровых нивелиров. Вся градуировка на рейках, нанесенная краской, перед вводом ее в эксплуатацию должна быть исследована и соответствовать требованиям предельных отклонений метрового отрезка и длин делений шкал.

Нивели́р (от фр. niveler — «уравнивать», «ставить в уровень») — геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками земной поверхности. Основной метод определения превышений Геометрическое нивелирование.

Для приведения нивелира в рабочее положение служат подъёмные винты подставки, для точного горизонтирования визирной оси при взятии отсчёта — элевационный винт.

Маркировка нивелиров, выпускаемых в России, состоит из буквенно-цифрового кода примерно такого вида: 3Н2КЛ. Здесь цифра 3 обозначает модификацию прибора, буква Н — нивелир, цифра 2 — среднеквадратическая погрешность на 1 километр двойного хода в миллиметрах, К — наличие компенсатора, Л — наличие горизонтального лимба для измерения горизонтальных углов (обычно с точностью порядка одного градуса).

Современные оптические нивелиры оснащены автоматическим компенсатором — устройством автоматической установки зрительной оси прибора в горизонтальное (рабочее) положение. В нивелирах с компенсатором цилиндрический уровень, параллельный оси зрительной трубы, может отсутствовать. В большинстве нивелиров также имеется круглый уровень для грубого горизонтирования инструмента.

Все оптические нивелиры имеют также нитяной дальномер для определения расстояний по рейке. Это связано с необходимостью контролировать равенство плеч при нивелировании способом «из середины».

По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические. Высокоточные оптические нивелиры снабжены микрометренной пластиной или съёмной насадкой для взятия отсчётов по штриховой инварной рейке. Для технического нивелирования, а также нивелирования III и IV классов точности обычно применяются шашечные рейки.

Помимо оптических, в последние годы получили распространение цифровые нивелиры. Они используются со специальной штрихкодовой рейкой, что позволяет автоматизировать взятие отсчёта. Цифровые нивелиры обычно оснащены запоминающим устройством, позволяющим сохранять результаты наблюдений.

В настоящее время существует терминологическая путаница понятий построитель плоскостей и Лазерный нивелир. Сам по себе такой прибор не является измерительным, то есть нивелиром. Однако при наличии измерительной нивелирной рейки и достаточной стабильности указания уровня (в соответствии требованиями точности измерения для оптических нивелиров по ГОСТ 10528-90), эти приборы можно считать нивелирами. Если же требования по точности измерения, которые можно выполнить по проецируемой линии, не соответствуют этим требованиям, подобные приборы следует считать лазерными уровнями (большинство бытовых приборов), что соответствует функциям строительных уровней согласно ГОСТ 9416-83 по проверке горизонтальных и вертикальных плоскостей, но не измерению разности высот.

Нивелиром называют геодезический прибор, предназначенный для измерения превышений методом геометрического нивелирования. По своей точности нивелиры подразделяются на высокоточные, точные и технические. Высокоточные нивелиры предназначены для выполнения наиболее точных работ — нивелирования I и 11 классов, точные — для нивелирования 111 и IV классов, технические — для инженерно-технических работ, в том числе для технического нивелирования. Примером технического нивелира является нивелир Н-3 (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Нивелир Н-3:

1 — объектив; 2 — зрительная труба; 3 — защитный колпачок; 4 — диоптрийное кольцо; 5 — цилиндрический уровень; б — подставка; 7 — подъемные винты; 8 — пружинящая пластина; 9 — кремальера; 10 — визир; 11 — закрепительный винт; 12 — наводящий винт; 13 — круглый уровень; 14 — исправительный винт;
15 — элевационный винт

Нивелир Н-3 имеет подставку, расположенную на трех подъемных винтах. Для визирования используется зрительная труба с внутренней фокусировкой, имеющая сетку нитей. Для установки трубы по глазу — получения четкого изображения сетки нитей — используется диоптрийное кольцо окуляра. Для установки трубы по предмету — получения четкого изображения наблюдаемого предмета (рейки) — предназначена кремальера, при вращении которой внутри трубы перемещается фокусирующая линза.

Для быстрого приведения прибора в рабочее положение служит круглый уровень, его цена деления равна 5′. Для точного приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение предназначен цилиндрический уровень. Цилиндрический уровень нивелира имеет такую же конструкцию, как и цилиндрический уровень теодолита. Отличие заключается только в его более высокой чувствительности, цена деления цилиндрического уровня нивелира составляет 15". Цилиндрический уровень нивелира жестко скреплен со зрительной трубой, поэтому при наклонах цилиндрического уровня наклоняется и визирная ось зрительной трубы. И наоборот: при наклонах зрительной трубы наклоняется цилиндрический уровень, вследствие чего происходит перемещение его пузырька. Для приведения пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт слу-

жит элевсщионный винт. Одновременно с перемещением пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт визирная ось зрительной трубы занимает горизонтальное положение.

Рис. 7.3. Поле зрения нивелира

Цилиндрический уровень является контактным. Это означает, что нивелир имеет специальную оптическую систему для передачи изображения концов цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы (рис. 7.3). Если пузырек цилиндрического уровня находится в нуль-пункте, то изображения концов его пузырька в поле зрения трубы совпадают, что представлено на рис. 7.3, б. Если пузырек цилиндрического уровня не находится в нуль-пункте, то в поле зрения трубы изображения концов цилиндрического уровня расходятся так, как в увеличенном масштабе показано на рис. 7.3, а. Отсюда следует, что для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение необходимо с помощью элевационного винта совместить изображения концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы.

Для плавного перемещения зрительной трубы по горизонту служит наводящий винт зрительной трубы, который работает только при закрепленном положении закрепительного винта зрительной трубы. Увеличение зрительной трубы нивелира составляет 30 х , поле зрения — Г20".

Существуют нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. Для этой цели служат компенсаторы — специальные призмы, подвешенные на тонких металлических нитях. С помощью круглого уровня прибор приводится в рабочее положение. Если при этом отклонение оси вращения прибора от отвесной линии не превышает 5′, то с помощью компенсатора визирная ось нивелира автоматически приводится в горизонтальное положение.

echome.ru

Для работ по измерению перепадов точек земной поверхности (нивелирования), а также для определения горизонтальных направляющих при ремонтных, монтажных, строительных любительских и профессиональных работ предназначен этот геодезический инструмент – нивелир. Этот прибор является одним из самых несложных в использовании среди всего геодезического инструментария.

Основная классификация выделяет три класса нивелиров:

оптические – конструкция содержит визирную трубу прямого или прямого и обратного изображения на проградуированной сетке;
лазерные – их работа заключается в проецировании горизонтального и вертикального красного луча на плоскости;
цифровые – высокотехнологичные профессиональные инструменты, реализующие возможность автоматических замеров по штрих-кодам, нанесенным на специальную рейку.

Ведущие сферы применения: дорожные и дорожно-строительные работы, метрическая и картографическая съемка местности, топогеодезия, геологическая разведка, ремонтно-монтажные и бытовые измерения.

В один из подклассов оптических и лазерных приборов выделяются нивелиры с компенсатором.

Устройство нивелира с компенсатором

Весьма упрощенно оптический нивелир можно рассматривать как подзорную трубу: корпус, окуляр оператора и объектив. Система оптико-механических компонентов позволяет увидеть увеличенное изображение нивелирной рейки на фоне жестко закрепленной сетки нитей.

В корпус нивелира встроены две стеклянные призмы (входная и выходная), а также зеркальная поверхность, закрепленная на нитях-торсионах и постоянно находящаяся в «плавающем» по горизонтали положении при незначительном наклоне нивелира.

Визирная ось устройства для оператора совпадает с центром перекрестия сетки нитей и всегда должна быть перпендикулярна оси вращения трубы.

Лазерные нивелиры с компенсатором принципиально отличаются от оптических — они не имеют традиционной оптической системы и оборудованы самовыравнивающимся компенсатором:

автоматическим магнитным — гашение колебаний осуществляется за счет магнитного поля закрепленных на компенсаторе магнитов;
автоматическим электронным – выравнивание компенсатора осуществляется следящими приводами, в случае критическим отклонений происходит сигнализация и автоматическая настройка параметров.

Устройство нивелира с компенсаторами в случае возникновения проблем требует ремонта и настройки в специализированных мастерских и сервисных центрах.

Принцип действия

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:

нет необходимости постоянного контроля уровня отклонения прибора от горизонтального или вертикального положения;
работа становится более стабильной;
измерения выполняются быстрее и обеспечивают более точные и надежные показатели.

Из недостатков можно назвать:

возможность сбоя компенсирующей системы, невозможность устранения неполадок на месте;
наличие блокиратора, который не позволит выполнять измерения при превышении допустимых значений отклонений;
нестабильная работа и существенные отклонения в показаниях прибора компенсатором с магнитным демпфером вблизи линий электропередачи: побочные электромагнитные наводки оказывают серьезное влияние.

В настоящее время нивелиры с компенсаторами гораздо более востребованы и распространены, нежели приборы с цилиндрическими уровнями.

Как выбрать?

Ориентироваться на выбор прибора с магнитным или воздушным демпфером следует исходя из:

видов предполагаемых работ;
требуемой точности измерений – погрешность определения превышения высоты на тысячу километров, определяющее кратность изображения увеличение зрительной трубы;
места проведения измерений, климатических условий и возможности возникновения побочных магнитных полей, мешающих корректной работе магнитного компенсатора;
класса защиты корпуса, предохраняющий прибор от неблагоприятных климатических осадков и пылевых загрязнений;
внешнего вида устройства и качества комплектующих компенсаторной системы, которое, увы, при покупке визуально оценить невозможно, но можно полагаться на известность торговой марки: мировые бренды дают гарантию использования только качественных и надежных компонентов.

Не последним фактором приобретения нивелира с компенсатором является и его стоимость, и тут следует помнить: надежные и точные нивелиры известных производителей не могут стоить дешево.

Модельный ряд

Наиболее популярные торговые марки геодезических нивелиров среди покупателей:

Bosch – оптические нивелиры этой фирмы снабжены магнитными компенсаторами, позволяющими быстро гасить колебания вследствие наклона (Bosch GOL 20D-32D, стоимостью 8500-14000 руб.);
ADA – оптические и лазерные нивелиры, предназначенные для гражданских инженерно-строительных работ и съемочных измерений. ADA Basis A00117 — весьма популярный в бытовых работах оптический нивелир, имеет устанавливающий линию визирования точно в горизонт автоматический компенсатор (стоимость около 5500 руб.);
Condtrol – лазерные нивелиры отличаются мультипризменной конструкцией компенсатора. Новое поколение профессиональных устройств – Xliner Duo Condtrol, позволяющее строить плоскости с большим углом развертки (до 160°). Конструкция компенсатора исключает поломку системы при падении прибора или механическому воздействию на него. Купить модели этой линейки можно по цене от 9000 руб.;
и множество других компаний: LaserLiner, Umarex, X-Line, GeoBox и прочие.

Нивелиры с компенсаторами продолжают совершенствоваться с каждым годом, с каждой новой выпущенной моделью: они становятся все более надежными, точными и удобными в эксплуатации.

голоса

Рейтинг статьи