21. Как проверить и отъюстировать параллельность оси цилиндрического уровня и визирной оси зрительной трубы?

Д анное геометрическое условие называют главным геометрическим условием нивелира. Это вызвано тем, что если условие параллельности оси цилиндрического уровня и визирной оси зрительной трубы не выполняется, то после приведения оси цилиндрического уровня в горизонтальное положение (пузырек уровня в нуль-пункте) визирная ось зрительной трубы не будет горизонтальна, а следовательно будет нарушен принцип геометрического нивелирования. Тем самым отсчет по рейке b будет содержать погрешность ∆b = b - b_o, величина которой зависит от угла непараллельности оси τ и линии горизонта, а также от расстояния d от нивелира до рейки (рис.4.22).

Из рисунка 4.22 видно, что эта зависимость носит линейный характер и может быть записана в виде

∆b = τ″d/ρ″, (4.15)

где τ″ – угол между визирной осью и осью цилиндрического уровня,

ρ″ – число секунд в радиане (206265),

d – расстояние от нивелира до рейки в мм.

При нивелировании способом «вперед» и вычислении превышения по формуле h = i – b, погрешность ∆b =b – b₀ полностью войдет в измеренное превышение. Если нивелирование выполнять способом «из середины», то погрешность в отсчетах по рейкам в точках А и В будет равной по абсолютной величине. Учитывая, что превышение в этом случае равно разности отсчетов, погрешности сократятся. А, следовательно, оно будет свободным от погрешности невыполнения главного геометрического условия. Это является одним из главных преимуществ нивелирования «из середины» перед нивелированием «вперед». Однако нивелировать «из середины» не всегда имеется возможность. Поэтому необходимо регулярно производить поверку главного геометрического условия, и обязательно производить юстировку, если оно не выполняется.

Проверить, выполняется ли главное геометрическое условие нивелира, можно различными способами, но все они сводятся к двум этапам. На первом этапе находят превышение, свободное от невыполнения главного геометрического условия (эталонное превышение). На втором этапе измеряют то же самое превышение способом «вперед» и сравнивают его с эталонным. Если разность превышает установленный допуск, то производят юстировку нивелира.

Для проверки, выполняется ли это условие на местности выбирают линию длиной 50 -70 м с небольшим перепадом высот (не более 1,5 м), концы которой закрепляют деревянными кольями или металлическими штырями. Нивелируют эту линию способом «вперед» с концов этого базиса (рис.4.23). Нивелирование выполняют в следующем порядке

Устанавливают нивелир на станции 1 таким образом, чтобы при измерении высоты нивелира рейка занимала отвесное положение. Приведя его в рабочее положение, устанавливают элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нуль–пункт . Снимают отсчеты по черной и красной сторонам рейки, установленной отвесно в точке В, и вычисляют пятку рейки. Если она отличается от действительной не более чем на 4 мм, то отсчеты сделаны правильно. Затем измеряют высоту инструмента с помощью той же рейки, также по черной и красной сторонам, а правильность измерений контролируют по пятке рейки.

Р ис. 4.23. Схема поверки главного геометрического условия нивелированием вперед

Вычисляют превышения как разность отсчетов сначала по черным, а затем и по красным сторонам реек. Если они различаются не более чем на 4 мм, то вычисляют среднее значение h_1.

Аналогичные измерения и вычисления выполняют на станции 2. В результате получают превышение h₂.Совершенно очевидно, что если визирная ось параллельна оси цилиндрического уровня и отсутствуют другие погрешности измерения, то h₁ = -h₂. Однако погрешности измерения превышений h₁ и h₂, даже если выполняется главное геометрическое условие, не позволяют добиться выполнения этого равенства. Считается, что если ∆h =│h₁│– │h₂│ ≤ 4 мм, то условие параллельности визирного луча и оси цилиндрического уровня выполняется. Эта величина нашла отражение в учебной, справочной и нормативной литературе.

Но так как величина ∆h зависит от τ″ (угол непараллельности визирной оси и оси цилиндрического уровня) и расстояния d от нивелира до рейки, то во многих случаях более корректно в качестве критерия выполнения главного геометрического условия принимать не 4 мм, а величину угла τ″ (угла не параллельности осей). Его можно вычислить по формуле

τ″ = ∆h*ρ″/2d. (4.16)

Если τ″≤ 10″, то считается, что визирная ось параллельна оси цилиндрического уровня, если больше, то необходимо выполнить юстировку уровня. Для этого вычисляют отсчет по рейке (станция 2), свободный от не выполнения условия параллельности визирной оси и оси цилиндрического уровня как

a₀ = a_ч + τ″d /ρ″ (4.17)

и элевационным винтом устанавливают его на рейке. Исправительными винтами цилиндрического уровня совмещают концы пузырька (приводят пузырек в нуль–пункт). После этого поверку повторяют и при необходимости снова юстируют. Обычно, для повышения точности определения угла не параллельности визирной оси и оси цилиндрического уровня, выполняют не менее трех приемов и только после этого принимают решение о выполнении юстировки уровня. При сходимости результатов в пределах 5″ вычисляют среднее значение угла τ, которое используют при юстировке нивелира.

Отсчет по рейке, свободный от невыполнения условия можно вычислить другим путем. Для этого вычисляют h_cр = (│h₁│+│h₂ │)/2 и приписывают ему знак превышения h_2. Несложно доказать, что h_cр не зависит от угла не параллельности визирной оси и оси цилиндрического уровня, а следовательно, его можно принять за эталонное превышение. Тогда прибавив его к высоте прибора на станции 2, получим правильный отсчет по рейке, то есть a₀.

Элевационным винтом устанавливают вычисленный отсчет на рейке в точке А. Пузырек цилиндрического уровня уйдет из нуль–пункта. Ослабив боковой исправительный винт, вертикальными исправительными винтами (один ослабляя, второй на такую же величину затягивая) возвращают пузырек уровня в нуль–пункт. Затягивают ослабленный боковой винт и повторяют поверку.

П р и м е ч а н и е. Если юстировка нивелира не возможна, то по формуле (4.17) можно вычислять отсчеты по рейке, свободные от невыполнения главного геометрического условия. Такой подход в отдельных случаях может оказаться более эффективным по сравнению с юстировкой, даже очень тщательной. Это прежде всего относится к цифровым нивелирам.