Основные типы нивелиров. Общие сведения о нивелирах. Нивелиры и их классификация

Нивелир – геодезический прибор для измерения превышений между двумя точками местности посредством горизонтального визирного луча. Нивелиры обозначают буквой Н,. Нивелиры разделяются на оптические, лазерные и электронные (цифровые). В оптических нивелирах горизонтальной линией является мнимый визирный луч, в лазерных – видимый лазерный луч, создаваемый источником излучения, в цифровых – визирный луч. По точности оптические нивелиры делятся на три группы: высокоточные - Н-0,5, точные Н-3 и технические – Н-10

По способу приведения визирного луча в горизонтальное положение различают нивелиры с уровнем и с компенсатором. Нивелиры изготавливают с лимбом для измерения горизонтальных углов и без него. В шифре нивелира арабскими цифрами перед буквой Н обозначают номер модели, цифрами после нее – точность в миллиметрах и буквами - конструктивные особенности – наличие компенсатора К и лимба Л, например, 2Н10КЛ расшифровывается: вторая модель нивелира точности 10мм на 1км двойного хода с компенсатором и лимбом. У лазерных нивелиров ставятся буквы НЛ или ВЛ (визир лазерный). В шифре нивелира наличие уровня не указывается, так как во всех нивелирах горизонтальная линия создается с помощью уровня.

В настоящее время высокоточные нивелиры выпускают только с уровнем, а точные и технические - с уровнем или с компенсатором. Все нивелиры с уровнем являются глухими (труба наглухо скреплена с вертикальной осью вращения) и с элевационным винтом, наклоняющим трубу в небольших пределах. Зрительные трубы отечественных нивелиров, изготовленных после 1990г., имеют прямое изображение предметов, а выпущенные ранее – обратное. Зарубежные фирмы выпускают в основном нивелиры с компенсатором и зрительными трубами прямого изображения. Технические нивелиры предназначены для нивелирования технической точности. В комплект нивелира типа Н-10 входят шашечные нивелирные рейки типа РН-10 и штатив типа ШР-120.

7.4.2. Устройство нивелиров с уровнем Н-3

Основными частями оптических нивелиров являются: зрительная труба, цилиндрический уровень или компенсатор, круглый уровень и подставка с тремя подъемными винтами. Зрительная труба с уровнями располагается на опорной плите, ось вращения которой входит в трегер (подставку). Точный нивелир Н-3 является нивелиром с цилиндрическим уровнем и элевационным винтом, состоит из нижней неподвижной части и верхней подвижной. Внизу неподвижной части имеется пружинящая пластина, с резьбовой втулкой в середине для скрепления нивелира со штативом становым винтом. В пластину входят нижние части подъемных винтов, а верхние - в трегер. В центре трегера имеется втулка, в которую входит ось вращения верхней части нивелира. Верхняя часть нивелира и подставка неразъемные. На основании верхней части нивелира - опорной плите - укреплены зрительная труба и круглый уровень. Корпус зрительной трубы в нижней части имеет два выступа: один из них (в объективной части) шарнирно скреплен с опорной плитой, другой (в окулярной части) покоится на элевационном винте, вращением которого окулярный конец зрительной трубы может перемещаться в вертикальной плоскости в небольших пределах и наклонять зрительную трубу. Корпус зрительной трубы с левой стороны имеет выступ, в котором расположены цилиндрический уровень и призменное устройство, передающее изображение концов пузырька уровня в поле зрения трубы. Ампула цилиндрического уровня имеет термостатирующее устройство, благодаря которому длина пузырька при колебаниях температуры воздуха остается практически неизменной. Со стороны окуляра цилиндрический уровень имеет четыре исправительных винта, закрытых круглой пластинкой, закрепленной винтом. С правой стороны корпуса трубы имеется кремальера для фокусирования. Сверху трубы имеется мушка для приближенного наведения на рейку. Зрительная труба с окуляром и объективом представляет собой телескопическую систему с внутренней фокусировкой и дает обратное изображение предмета. В окулярной части трубы помещена сетка нитей, награвированная на стеклянной пластинке. В плоскости сетки нитей получается изображение рейки. Сетка нитей имеет четыре исправительных винта, закрытых навинчиваемой на окулярную часть крышкой Круглый уровень служит для приближенной установки оси вращения нивелира в отвесное положение подъемными винтами. Снизу уровня имеются три исправительных винта.

Нивелиры делятся на 3 вида:

Глухой н., Лазерный н. и н. С компенсатором.

Глухой н.: зрительная труба, уровень и подставка соединены так, что их взаимное положение можно изменить только при помощи исправительных винтов.

Лазерный н.: прибор, основанный на использовании лазерного излучения для создания горизонтальной световой линии или плоскости, относительно которой с помощью нивелирной рейки можно определять превышения.

Н. с компенсатором: нивелир, в котором линия визирования занимает горизонтальное положение автоматически после предварительной установки оси вращения в отвесное положение по круговому уровню. (нельзя измерять н. вперед т.к. нет высоты прибора)

Согласно ГОСТ 10528 - 76 в нашей стране выпускаются нивелиры трех типов: высокоточные с ошибкой измерения превышения не более 0.5 мм на 1 км хода, точные с ошибкой измерения превышения 3 мм на 1 км хода и технические с ошибкой измерения превышений 10 мм на 1 км хода.

Нивелиры всех типов могут выпускаться либо с уровнем при трубе, либо с компенсатором наклона визирной линии трубы. При наличии компенсатора в шифре нивелира добавляется буква К, например, Н-3К. У нивелиров Н-3 и Н-10 допускается наличие горизонтального лимба; в этом случае в шифре нивелира добавляется буква Л, например, Н-10Л.

Нивелир с уровнем при трубе изображен на рис.4.33.

Зрительная труба и уровень при ней являются важнейшими частями нивелира.

Элевационный винт служит для приведения визирной линии трубы в горизонтальное положение. С его помощью поднимают или опускают окулярный конец трубы; при этом пузырек уровня перемещается и когда он будет точно в нуль-пункте, визирная линия должна устанавливаться горизонтально.

1 - зрительная труба; 2 -цилиндрический уровень при трубе;

3 - элевационный винт; 4 -установочный круглый уровень (на рисунке не показан);

5,6 - закрепительный и микрометренный винты азимутального вращения;

8 -подставка с тремя подъемными винтами.

Цилиндрический уровень обычно контактный; изображение контактов пузырька передается системой призм в поле зрения трубы, что очень удобно, так как наблюдатель видит сразу и рейку, и уровень.

Для нивелира с уровнем при трубе выполняются три поверки.

1. Ось цилиндрического уровня и визирная линия трубы должны быть параллельны и лежать в параллельных вертикальных плоскостях - это условие называется главным условием нивелира с уровнем при трубе. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой (рис.4.34-а). От колышка до центра окуляра измеряют высоту инструмента i 1 . Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b 1 . Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту инструмента i 2 , приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b 2 (рис.4.34б).

Пусть главное условие нивелира не выполняется, и при положении пузырька уровня в нульпункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b 0 1 получается ошибочный - b 1 . Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно:

h = i 1 - (b 1 + x).

При положении нивелира в точке В превышение точки А относительно точки В:

h" = i 2 - (b 2 + x).

Но h = - h", поэтому

i 1 - (b 1 + x) = - .

Отсюда получаем:

x = 0.5*(i 1 + i 2) - 0.5*(b 1 + b 2). (4.59)

Если x получается больше 4 мм, необходимо выполнить юстировку уровня, т.е. устранить угол i. Для этого элевационным винтом наклоняют трубу нивелира до тех пор, пока отсчет по рейке не будет равен правильному отсчету:

b 0 2 = b 2 + x,

при этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня приводят пузырек в нуль-пункт и повторяют поверку заново. Полная программа поверки главного условия включает еще проверку параллельности вертикальных плоскостей, проведенных через визирную линию трубы и ось уровня; порядок этой проверки изложен в на стр.62.

При нивелировании строго из середины ошибка отсчета по рейке из-за невыполнения главного условия нивелира не влияет на величину измеряемого превышения (рис.4.35)

2. Ось круглого установочного уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт, затем поворачивают нивелир по азимуту на 180 o . Если пузырек отклонился от нуль-пункта, то на половину отклонения его перемещают с помощью подъемных винтов и на половину - исправительными винтами круглого уровня.

Существует и другой, более надежный способ поверки круглого уровня: сначала тщательно устанавливают ось вращения нивелира в отвесное положение с помощью элевационного винта и цилиндрического уровня при трубе, затем исправительными винтами круглого уровня приводят его пузырек в нуль-пункт.

3. Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира, т.е. быть горизонтальной. Рейку ставят в 30 - 40 м от нивелира и закрепляют ее, чтобы она не качалась. Затем берут отсчеты по рейке при трех положениях ее изображения: в центре поля зрения, слева от центра и справа. Если отсчеты отличаются один от другого более, чем на 1 мм, то сетку нитей нужно развернуть.

Предполагая, что сетки нитей строго перпендикулярны, можно проверить вертикальность вертикальной нити. Для этого в 20 м от нивелира подвешивают отвес, наводят на него трубу и проверяют совпадение вертикальной нити сетки с нитью отвеса.

Важнейшими характеристиками нивелира, определяющими точность измерения превышений, являются увеличение зрительной трубы и цена деления цилиндрического уровня при трубе. По этим характеристикам определяет пригодность нивелира для выполнения работ заданной точности. Чтобы получить численные значения увеличения трубы и цены деления уровня, выполняют соответствующие исследования нивелира.

В последнее время в работе с заказчиками часто приходится сталкиваться с вопросами о правильном подборе оптического нивелира для определенного вида работ. Подобные вопросы неоднократно поднимались и в Интернете. Речь идет не о том, какая марка или продукция какой компании наиболее подходит для выполнения той или иной работы, а непосредственно о тех технических характеристиках, которыми должен обладать прибор, используемый для какого-то конкретного вида работ. Появление таких вопросов, на наш взгляд, закономерно - и причин этому несколько. Во-первых, за последние годы на российском рынке появилось огромное количество моделей нивелиров различных зарубежных фирм. Часто продукция разных производителей имеет одинаковую маркировку. В таком обилии информации бывает тяжело разобраться. Во-вторых, большинство документов (СНиПов, Инструкций, ГОСТов), регламентирующих порядок тех или иных работ, рекомендуют использовать в разных случаях нивелиры, выпуск которых давно прекращен. Как быть в этом случае? В данной статье мы постарались собрать и систематизировать информацию, которая может быть полезна при подборе необходимых приборов.

В дополнение следует сказать, что по требованиям статьи 15 того же Закона нивелиры подвергаются поверке органами Государственной метрологической службы при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту и эксплуатации. Межповерочный интервал для нивелиров, как правило, составляет один год.

Как мы смогли убедиться, аспектов, которые необходимо учитывать при решении казалось бы такого простого вопроса, как выбор оптического нивелира, необходимого для определенной работы, достаточно много. Для того чтобы облегчить задачу для наших действующих и потенциальных клиентов, приведем еще одну таблицу. В Таблице 4 собрана информация по классификации нивелиров зарубежного производства, поставляемых ЗАО "ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ", определены отношения нивелиров к группам согласно ГОСТ 10528-90, даны номера записей в Реестре средств измерений РФ.

Надеемся, что статья окажется полезной для наших читателей. С любыми возникшими дополнительно вопросами вы можете всегда обратиться к менеджерам ЗАО "ГЕОСТРОЙИЗЫСКАНИЯ".

Литература :

ГОСТ 10528-90 НИВЕЛИРЫ. Общие технические условия.
ГОСТ 24846- 81 ГРУНТЫ. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.
"Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов", Москва, ЦНИИГАиК, 2003 год.
Закон Российской Федерации от 27 апреля 1993 г. №4871-1 "Об обеспечении единства измерений"
Информационное обеспечение поверочных работ. Шелагин С.П. "Геостройизыскания", 2008г.
Каталог "Геостройизыскания", Выпуск 8, Москва, 2008 г.

Нивелир - геодезический высотомер для определения превышений горизонтальной линией визирования (ГОСТ 21830-76).

Нивелир - геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими большими и маленькими клетками земной поверхности относительно условного уровня т.е определение превышения.

Современные нивелиры по конструкции делятся на три вида:

Каждый из видов имеет свои конструктивные особенности, сферу использования и точность измерения. Оптические и цифровые нивелиры, как правило, предназначены для использования специально подготовленными исполнителями, представляющими суть процесса и имеющими определенные профессиональные навыки. Лазерные нивелиры, напротив, созданы для того, чтобы ими мог пользоваться любой человек для решения самых различных задач. Уровень автоматизации и наглядность работы лазерных нивелиров, таковы, что их использование в большинстве случаев не требует специальной подготовки. Существует большое количество различных моделей лазерных нивелиров, отличающихся по конструкции, по назначению и точности работы.

Наибольшее распространение лазерные нивелиры приобрели в строительстве при монтажных и отделочных работах, заменив привычные уровни, бечевки и т.п.

Нивелиры классифицируют по двум признакам: по точности и по способу установки визирного луча в горизонтальное положение.

По первому признаку нивелиры делятся на группы:

Высокоточный – средняя квадратическая погрешность на 1 км двойного хода – 0,5 мм. Примечание: При работе с этими нивелирами допускается длина плеч (расстояние от нивелира до рейки) до 50 метров.
Точный – средняя квадратическая ошибка на 1 км двойного нивелирования 3 мм. Примечание: Допускается длина плеч до 75 – 100 метров.
Технический – ошибка 10 мм на 1км двойного хода. Примечание: Длина плеч допускается до 100 – 150 метров.

Точные и технические нивелиры могут изготавливать со зрительными трубами прямого или обратного изображения, допускается изготавливать с горизонтальным лимбом. Числа в шифре нивелира означают допустимую среднюю квадратическую погрешность, получаемую при нивелировании на 1 км двойного хода в мм.

Числа, стоящие впереди Н – номера последующих моделей. 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 точностью до 5". При наличии лимба к шифру нивелира добавляется индекс Л, например Н–10КЛ.

Условное обозначение нивелирной рейки состоит из буквенного обозначения РН, цифрового обозначения группы нивелиров, для которой она предназначена (для высокоточных нивелиров – цифра 05, точных – 3, технических – 10) и номинальной длины рейки. В обозначении складных реек и (или) реек с прямым изображением оцифровки шкал после указания номинальной длины добавляют соответственно букву С и (или) П. Пример условного обозначения нивелирной рейки к техническим нивелирам, номинальной длиной 4000 мм, складной, с прямым изображением оцифровки шкалы: РН–10 – 4000 СП.

Нивелиры различают по двум признакам:

а) По точности

1. Высокоточные (со среднеквадратической ошибкой = +-1мм на 1 км)

2. Средне точные (со среднеквадратической ошибкой = +-3мм на 1 км)

3. Технические (со среднеквадратической ошибкой = +-10мм на 1 км)

б) По способу установки визирной оси в горизонтальное положение:

1. Глухой нивелир с уровнем при зрительной трубе.

У этих нивелиров зрительной труба и цилиндрический уровень скреплены вместе и могут наклоняться на небольшой угол, относительно подставки прибора, с помощью элевационного винта . Визирная ось приводится в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню. Главное условие предъявляемое к глухим нивелирам – это взаимная параллельность визирной оси и оси цилиндрического уровня VV1||UU1.

При соблюдении этого условия визирная ось займет горизонтальное положение, после установки пузырька в нуль пункте.

2. Нивелирование с компенсатором Н-3к, Н-10к.

У нивелиров с компенсатором приблизительная установка оси вращения нивелира производится по круглому уровню, после чего, в работу включается компенсатор который автоматически приводит визирную ось в горизонтальное положение.

5.Устройство нивелира:

Нивелир с уровнем при трубе состоит из:

1. Зрительная труба

2. Цилиндрический уровень при трубе

3. Элевационный винт

4. Установочный круглый уровень

5. Закрепительный и микрометренный наводящие винты зрительной трубы

6. Трегер с тремя подъемными винтами

Элевационный винт служит для приведения визирной оси в горизонтальное положение.

Цилиндрический уровень «контактный». Изображение пузырька передается в поле зрения трубы. Не совмещённые концы пузырька указывают на то, что визирная ось наклонена, если же пузырьки совмещены то ось горизонтальна.

6. Поверка круглого уровня:

1. Устанавливают круглый уровень параллельно двум винтам нивелира, и вращая все 3 винта, приводят пузырек в нуль пункт.

2. Поворачивают нивелир на 180 градусов «пузырек должен находиться в нуль пункте», если он отклонился, то юстировку выполняют юстированными винтами «снизу круглого уровня».

7. Поверка сетки нитей:

Одна из нитей сетки должна быть перпендикулярна оси вращения инструмента. Рейку устанавливают отвесно в 30-40 метрах от нивелира, наводят зрительную трубу, так что бы ее изображение получалось в разных местах поля зрения. У двух краев и посередине берутся отсчеты по рейке, если их значение одинаково, то юстировка не нужна, если же значения разные то, выполняют юстировку сетки нитей.

8. Главное условие нивелира:

Поверка главенствующего условия. У нивелиров с цилиндрическими уровнями (Н-3, Н-10) ось цилиндрического уровня обязана быть параллельна визирной оси зрительной трубы. У нивелиров с компенсатором (Н-ЗК, Н-10К) визирная ось зрительной трубы обязана быть горизонтальной в пределах работы компенсатора. Поверка нивелиров с цилиндрическими уровнями выполняется двойным нивелированием «вперед» одной и той же полосы длиной 40-60 м с различных ее концов. Для этого концы полосы АВ (рис. 101) закрепляют кольями. Нивелир располагают над точкой А (рис. 101,а), создают подготовительную установку нивелира по круглому уровню и измеряют высоту устройства с точностью до 1 мм. В точке В отвесно устанавливают рейку, с помощью элевационного винта приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт и делают отсчет по рейке. Ежели визирная ось и ось цилиндрического уровня не параллельны, то за место правильного отсчета по рейке будет взят отсчет содержащий погрешность х.