2.Нивелиры

2.1 Типы нивелиров

В соответствии с ГОСТ 10528-76 "Нивелиры. Общие технические условия" в основу классификации нивелиров положены два основных признака: точность измерений и конструктивное исполнение. По точности нивелиры разделяются на следующие три типа: высокоточные - Н-05, точные - Н-3 и технические - Н-10. Цифра в обозначении нивелира указывает на допу­стимую среднеквадратическую погрешность измерения превышения на 1 км двойного нивелирного хода. По конструктивному исполнению нивелиры раз­деляются на нивелиры с уровнем при зрительной трубе и нивелиры с компенсатором. В обозначении нивелира с компенсатором после цифры добав­ляется буква К, например Н-3К - нивелир точный с компенсатором. Буква Л свидетельствует о наличии горизонтального лимба, например, Н-10Л - нивелир технический с лимбом. Порядковый номер модели обозначается цифрой впереди, например, 2Н-10Л.

В нашей стране нивелиры типа H-3 и Н-10 выпускаются как с уров­нем, так и с компенсатором. Нивелир типа Н-05 выпускается пока только в одном исполнении с уровнем при трубе. В мировой практике геодезиче­ского приборостроения наблюдается тенденция полной замены уровенных нивелиров нивелирами с компенсатором. Экспериментально установлено, что такие приборы позволяют на 10-15% повысить производительность нивелирных работ. Ведущие зарубежные фирмы в последние годы перешли на выпуск нивелиров в основном с компенсаторами.

Высокоточные нивелиры предназначены для нивелирования 1 и 2 клас­сов в государственных геодезических сетях, на геодинамических полиго­нах, при инженерно-геодезических работах. Точные нивелиры предназначены для нивелирования 3 и 4 классов, инженерно-геодезических и маркшейдерских работ. Технические нивелиры предназначены для обоснования топографических съемок, инженерно-геодезических изысканий, маркшей­дерских работ и в строительстве.

Нивелирные рейки в нашей стране выпускаются в соответствии с ГОСТ 11158-76 следующих типов: РН-05 - рейка инварная длиной 3 м, имеющая шкалу делений через 0,5 см; нивелирные рейки типов РН-3 и РН-10 - деревянные длиной 3 или 4 м с делениями шкалы через 1 см.

Штативы к нивелирам выпускаются в соответствии с ГОСТ 11897-78.

Высокоточный нивелир Н-05 выпускается с 1978 г. До этого выпус­кались следующие высокоточные нивелиры: H1 - для нивелирования 1 и 2 классов; Н2 - для нивелирования 2 класса; НБ-3 - для нивелирования 1 и 2 классов; HA-1 - для нивелирования 2 класса. Эти нивелиры до сих пор применяются в маркшейдерско-геодезических работах.

Точный нивелир Н-3 выпускается с 1977 г. До этого для нивелиро­вания 3 и 4 классов выпускался нивелир НB-1. Точный нивелир Н-3К вы­пускается с 1976 г. До этого для нивелирования 3 и 4 классов выпус­кались соответственно нивелиры НС-3 и НС-4.

Технический нивелир H-1O выпускается с 1976 г. В последние годы нивелир выпускается в варианте 2Н-10Л. До этого для технического ни­велирования выпускались нивелиры НТ и НТК. Технический нивелир Н-10КЛ выпускается с 1977г

Основные параметры и характеристики нивелиров

Наименование			Нивелиры
параметров и
характеристик	Н-05	Н2	Н-3	Н-3К	Н-10	Н-10КЛ
I.Средняя квадрати-
ческая погрешность
измерения превыше-
ния, мм:
на 1км двойного хода	0,5	1	3	3	10	10
на станции	0,2	0,2	2	2	5	5
2.Увеличение зритель-
ной трубы, крат	42	40	30	30	23	20
З.Угол поля зрения,
мин	55	55	78	78	84	78
4.Минимальное расстоя-
ние визирования, м	2	2	2	2	1,5	1,5
5.Фокусное расстояние
объектива, мм	401	401	250	250	184	170
6.Цена деления уровня:
установочного, мин	5	5	10	10	10	10
при трубе, с	10	10	15	-	45	-
7.Цена деления шкалы
оптического микро-
метра, км	0,05	0,05	-	-	-	-
8.Длина зрительной
трубы, мм	400	380	175	180	145	-
9.Масса, кг:
нивелира	6	6,5	2,0	2,5	2	2
укладочного футляра	5	4,6	2,0	2,0	2	2
10.Диапазон работы
компенсатора, мин				15		20
11.Погрешность ком-
пенсации, с				0,5		I
12.Время затухания
колебаний подвес-
ной системы, сек				2		2
13.Допустимый угол
наклона визирной
оси, с	10	10	10	10	10	10
14.Коэффициент нитя-
ного дальномера	100	100	100	100	100	100

Нивелир Н-3 (рис.2.1) — точный нивелир с цилиндрическим уровнем и элевационным винтом. Предназначается для нивели­рования III и IV классов, а также для инженерно-геодезиче­ских работ при изысканиях и строительстве.

Основанием нивелира служит подставка 7 с тремя подъем­ными винтами 1. Подъемные винты упираются в прорези тре­угольной пружинящей пластинки, которая для крепления при­бора к штативу снабжена втулкой с резьбой.

Зрительная труба и контактный цилиндрический уровень 11 жестко скреплены между собой и имеют общий корпус 5, вра­щающийся вокруг вертикальной оси прибора. После грубой на­водки на рейку положение зрительной трубы фиксируют за­крепительным винтом 8 и, сфокусировав вращением кремаль­еры 4 изображение рейки, уточняют наведение с помощью наводящего винта 6.

Элевационным винтом 2 зрительная труба вместе с цилин­дрическим уровнем может наклоняться в небольших пределах в вертикальной плоскости.

Со стороны окуляра коробка цилиндрического уровня закры­вается крышкой 13, под которой находятся юстировочные винты 12. С помощью этих винтов добиваются параллельности оси уровня и визирной оси зрительной трубы.

Приведение нивелира в рабочее положение (установка оси вращения нивелира в отвесное положение) выполняется подъ­емными винтами / по круглому уровню 3. Перед отсчетом по рейке, глядя в окуляр зрительной трубы, наблюдают за поло­жением пузырька цилиндрического уровня и вращением элевационного винта 2 выводят пузырек в нуль-пункт, т. е. приводят в контакт изображения половинок противоположных концов пузырька в поле зрения трубы (рис. 2.2).

Рис.2.1. Точный нивелир Н-3:

а — вид со стороны круглого уровня; б — вид со стороны цилиндрического уровня;

в — поперечный разрез корпуса зрительной трубы и цилиндрического уровня:

1 — подъемные винты; 2 — элевационный винт; 3 — круглый уровень; 4 — кремальера;

5 — корпус зрительной трубы; € — наводящий винт; 7 — трегер; 8 — закрепительный винт; 9 — объектив; 10 — окуляр; 11—контактный цилиндрический уровень; /2—юстировочные винты; 13—крышка; 14 — сетка нитей; 15 — металлическая пластина; 16— крепежные винты

Рис. 2.2. Поле зрения зрительной трубы нивелира Н-3 при положениях пузырька цилиндрического уровня вне нуль-пункта (а. б) и в нуль-пункте (в)

Нивелир Н-10Л (рис.2.3,а и б) — малогабаритный ниве­лир с контактным цилиндрическим уровнем и элевационным винтом, снабженный лимбом для измерения горизонтальных углов. Нивелир обеспечивает выполнение технического нивели­рования со средней квадратической погрешностью порядка 6— 8 мм на 1 км нивелирного хода. Он может быть использован при инженерно-геодезических изысканиях, строительстве зда­ний, сооружений и на других видах работ.

Рис.2.3. Схема технического нивелира Н-10Л: а – вид с боку; б – вид со стороны окуляра; в – поле зрения зрительной трубы; 1 – объектив; 2 – мушка; 3 – откидное зеркало; 4 – окуляр; 5 – крышка, закрывающая юстировочные винты цилиндрического уровня; 6 – элевационный винт; 7- окошко для отсчетов по лимбу; 8- шаровая пята; 9 – штатив; 10 – рукоятка станового винта; 11 – становой винт; 12 – винты, скрепляющие подставку с корпусом; 13 – лимб горизонтального круга; 14 – кожух; 15 – юстировочные винты цилиндрического уровня; 16 – кремальера; 17 – зеркало; 18 – круглый уровень; 19 – юстировочные винты уровня.

Нивелир имеет ряд конструктивных особенностей, главная из которых отсутствие трегера с подъемными винтами. Для установки нивелира на станции по круглому уровню 18 служит шаровая пята 8 на головке специального штатива 9, на которой закрепляют нивелир. Приводя нивелир в рабочее положение, вывинчивают на 1—1,5 оборота становой винт 11 и, наклоняя нивелир рукояткой 10, приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт.

Лимб 13 горизонтального круга, отсчеты по которому берут с точностью до десятых долей градуса через окошко 7 в ко­жухе, позволяет применять этот нивелир и для приближенного измерения углов. Зрительная труба нивелира вращается по азимуту на 360°. Обычных закрепительного и наводящего винтов нивелир не имеет — труба наводится на рейку от руки. Для поворота трубы берутся за кожух 14 и, преодолевая фрикционное трение осевой пары, визируют поверх удлиненной мушки 2, устанавливая трубу в нужном направлении. Приведение пузырька контактного цилиндрического уровня в нуль-пункт выполняют элевационным винтом 6, расположен­ным между зрительной трубой и основанием прибора. Изобра­жение половинок противоположных концов пузырька переда­ется в поле зрения трубы (рис. 2.3, в). Цилиндрический уровень снабжен котировочными винтами 15 под крышкой 5.

Нивелир Н2 (рис.2.4, а) высокоточный с контактным цилин­дрическим уровнем и элевационным винтом. Снабжен оптиче­ским микрометром с плоскопараллельной пластинкой, позво­ляющим производить отсчеты по прецизионным инварным рей­кам. Оптический микрометр работает в пределах 5 мм, что со­ответствует наименьшему делению такой рейки. Отсчет по рейке с высокой точностью достигается измерением части ее деления, заключенной между проекцией средней горизонталь­ной нити сетки и ближайшим младшим штрихом рейки. Эта часть деления рейки выражается соответствующим числом де­лений барабана микрометра.

Рис.2.4. Высокоточный нивелир Н2 (а) и поле зрения его трубы (б): 1 – закрепленный рычаг; 2 – винт наводящего устройства; 3 – дополнительная линза; 4 – трегер; 5 – маховичок барабана оптического микрометра; 6 – элевационный винт; 7 – кремальера; 8 – кожух трубы; 9 – изображение половинок концов пузырька контактного цилиндрического уровня; 10-11 – основная и дополнительная шкалы рейки; 12 – биссектор; 13 – изображение шкалы оптического микрометра.

.

Полный оборот барабана вызывает параллельное смещение визирного луча по вертикали на 5 мм—величину деления ме­жду двумя соседними штрихами рейки. Барабан содержит 100 делений, следовательно, цена его наименьшего деления 0,05 мм.

Изображение шкалы оптического микрометра 13 (рис.2.4,6) передается в поле зрения трубы, где наблюдается также изо­бражение половинок концов пузырька 9 цилиндрического уровня и шкалы его ампулы. При наведении на рейку совме­щают изображения половинок концов пузырька, вращая элевационный винт 6. Для производства отсчета вращением маховичка 5 барабана оптического микрометра в середину клиновидного биссектора 12 вводят изображение ближайшего к го­ризонтальной нити штриха рейки.

С целью предохранения от неравномерного нагрева зри­тельная труба, цилиндрический уровень и механизм оптиче­ского микрометра заключены в дополнительный термостатирующий металлический кожух 8. Для изменения направления визирной оси (при юстировке нивелира) перед плоскопарал­лельной пластинкой установлен оптический клин, служащий в то же время защитным стеклом объектива.

При выполнении специальных инженерных работ, когда ни­велирование приходится вести короткими визирными лучами, на объектив надевают дополнительную линзу 3, которая поз­воляет довести наименьшее расстояние визирования до 1 м.

Основные технические характеристики описанных уровен­ных нивелиров приведены в таблице.

Нивелир Н-ЗК (рис.2.5, а) — точный нивелир с самоус­танавливающейся линией визирования, предназначенный для нивелирования III, IV классов и технического, а также для ин­женерно-геодезических работ при изысканиях и строительстве зданий и сооружений. Нивелир обеспечивает выполнение гео­метрического нивелирования со средней квадратической по­грешностью 3—4 мм на 1 км двойного хода.

Рис.2.5. Точный нивелир Н-3К (а) и поперечный разрез окулярной части трубы (б): 1 –винт наводящего устройства бесконечной наводки; 2 – кремальера; 3 – плоская гайка; 4 – предохранительный колпачок; 5 – откидное зеркальце; 6 – круглый уровень с тремя юстировочными винтами; 7 – подъемный винт; 8 – юстировочные винты сетки нитей; 9 – оправа окуляра; 10 – диафрагма сетки нитей.

Устанавливают нивелир в рабочее положение подъемными винтами 7 по круглому уровню 6, наблюдая за положением его пузырька в откидное зеркальце 5. Подъемные винты нивелира имеют укрупненный шаг резьбы, что позволяет приводить ни­велир в рабочее положение с минимальной затратой времени.

Нивелир Н-ЗК не имеет закрепительного винта. При грубом наведении на рейку труба достаточно легко вращается рукой и надежно фиксируется в нужном направлении. Точное наведе­ние трубы нивелира на рейку выполняют вращением одной из двух головок наводящего винта бесконечной наводки, располо­женных с обеих сторон прибора и позволяющих выполнять на­ведение как правой, так и левой рукой.

Диафрагма 10 сетки нитей (рис.2.5, б) крепится в окуляр­ной части зрительной трубы двумя вертикальными юстировочными винтами 8, с помощью которых сетку при необходимости можно смещать в вертикальной плоскости вверх или вниз. На рис.3.5,а эти винты, как и крепежные винты окуляра, крепя­щие его в торце корпуса трубы, закрыты предохранительным колпачком 4, который можно легко снять, если свинтить пло­скую гайку 3.

Зрительная труба нивелира Н-ЗК перископическая. Нивелир имеет призменный компенсатор, одна из призм которого подве­шена на четырех скрещенных нитях. Компен­сатор обеспечивает автоматическую установку линии визиро­вания в горизонтальное положение при возможных отклонениях оси вращения нивелира от вертикали в пределах 10'.

Нивелир Н-10КЛ (рис.2.6, а), малогабаритный технический с самоустанавливающейся линией визирования, снабжен лим­бом для измерения горизонтальных углов.

Нивелир обеспечивает выполнение геометрического нивели­рования со средней квадратической погрешностью не более 10 мм на 1 км двойного нивелирного хода.

Компенсатор нивелира состоит из двух пентапризм 7 и 9 (рис.2.6, б), склеенных между собой и укрепленных неподвижно на мостике, наглухо скрепленном с корпусом зрительной трубы, и прямоугольной равнобедренной призмы 8. Она заключена в подвижную прямоугольную рамку, подвешенную на двух сво­бодно посаженных шарикоподшипниках.

Пучок лучей света через объектив / попадает на отражаю­щие грани большой пентапризмы 7 и, изменив направление на 90°, поступает на прямоугольную призму 8, являющуюся чув­ствительным элементом компенсатора. Двукратно отразившись в ней, луч попадает на малую пентапризму 9 и, вторично отра­зившись на 90°, проходит через стеклянную пластинку сетки нитей 10 в окуляр 4.

Рис.2.6. Технический нивелир Н-10КЛ (а) и его оптическая схема (б): 1 – объектив; 2 – откидное зеркальце; 3 – круглый уровень; 4 – окуляр; 5 – маховичок фокусирующего устройства; 6 – лимб; 7 – большая пентапризма; 8 – прямоугольная призма; 9 – малая призма; 10 – сетка нитей.

Прямоугольная рамка, в которую заключена призма 8, мо­жет перемещаться в специальных салазках в вертикальной пло­скости сверху вниз и снизу вверх при вращении маховичка 5 (см. рис.2.6, а) фокусирующего устройства зрительной трубы. За счет изменения положения подвижной призмы и осуществля­ется фокусировка зрительной трубы. Колебания подвижной призмы компенсатора гасятся воздушным демпфером. Зритель­ная труба нивелира дает прямое изображение.

Лимб 6 нивелира можно переставлять, если вращать го­ловку винта, расположенного в нижней части прибора. Наво­дящий винт у нивелира отсутствует, зрительную трубу наводят на рейку вращением от руки. Установку нивелира в рабочее положение выполняют подъемными винтами по круглому уровню 3, за положением которого наблюдают в откидное зер­кальце-крышку 2.