Классификация нивелирования по точности. Приборы для нивелирования III и IV классов. Классификация нивелиров. Прибор для измерения относительной высоты: история развития и основные виды

В настоящее время в различных строительных и ремонтных работах все чаще используются точные современные измерительные приборы - нивелиры. Эти приборы позволяют измерять разницу в высоте между двумя отдаленными друг от друга точками пространства, весь такой процесс измерения называется нивелированием. У профессионалов принято различать гидростатическое, тригонометрическое, барометрическое и геометрическое нивелирование.

Нивелиры также различаются между собой. По типу конструкции и принципу работы выделяют широко известные оптические нивелиры, электронные (они же «цифровые») и лазерные нивелиры.

Оптический нивелир представляет собой специальный геодезический прибор для геометрического нивелирования, в корпусе которого находится зрительная труба с окуляром, прикрепленная к подставке и опорной площадке при помощи системы винтов, позволяющих ей вращаться в разные стороны по горизонтали. Подъемные винты оптического нивелира служат для укрепления прибора в рабочем положении, а для осуществления горизонтального движения при взятии точки отсчета используется элевационный винт. В современных оптических нивелирах для того, чтобы удерживать горизонтальную визирную ось используют автоматические компенсаторы, что позволяет увеличить точность и скорость производимых измерений.

Электронные нивелиры являются современными геодезическими приборами, позволяющими получать наиболее точные результаты измерений. В их конструкции и принципе работы удачно сочетаются функции точного оптического нивелира с новейшими цифровыми технологиями используемого запоминающего устройства со встроенным программным обеспечением, позволяющим производить оперативную обработку результатов производимых измерений и фиксирующим результат с высокой степенью точности.

Наибольшей популярностью сегодня пользуются лазерные нивелиры , используемые при проведении различных строительных работ. Широта сферы применения и простота использования этих приборов объясняется особенностями конструкции и принципа работы, на котором функционируют все лазерные нивелиры.

Принцип работы этих приборов кардинально отличается от предыдущих моделей оптического и электронного нивелиров. Основа их конструкции - лазерные излучатели, подающие лучи лазера через оптическую призму в открытое пространство. При этом два, исходящих из нивелира лазерных луча образуют во внешнем пространстве две идеально ровные перпендикулярно пересекающиеся плоскости. Ориентируясь на эти плоскости, можно выравнивать различные поверхности (стены, полы, дверные проемы) и выполнять другие виды ремонта. Работающие по такому принципу нивелиры называются статичными или, иначе - позиционными.

Существует и другой тип подобных лазерных измерительных приборов - ротационные нивелиры . Работают они быстро благодаря использованию электродвигателя, вращающего лазерный излучатель на 360 градусов. Вместо призм в них используется фокусирующая линза, которая создает видимую глазом точку во внешнем пространстве, превращающуюся в идеально прямую линию между нивелиром и поверхностью. Такие нивелиры больше всего подходят для отделочных ремонтных работ, таких как поклейка обоев, выкладка плитки, установка плинтусов и т.д.

Еще несколько статей из раздела " "

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 :

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

Нивелир.

Назначение и устройство.

Работа с невилиром.

Нивелированием называется совокупность измерений на местности, в результате которых определяют превышения между точками местности с последующим вычислением их высот относительно принятой поверхности. На территории Российской Федерации исходной поверхностью является уровень Балтийского моря (Балтийская система высот), т.е. нуль Кронштадтского футштока. Существует несколько методов нивелирования: геометрическое; тригонометрическое; физическое; механическое; стереофотограмметрическое.

Геометрическое нивелирование заключается в непосредственном определении разности высот двух точек с помощью горизонтального луча визирования. Геометрическое нивелирование производят специальными приборами – нивелирами, обеспечивающих горизонтальное положение линии визирования в процессе измерений.

Выполнение лабораторных работ преследует следующие цели:

Изучить устройство нивелиров;

Научиться выполнять поверки и юстировки нивелиров;

Приобрести практические навыки работы с нивелиром, уметь определять превышения с помощью нивелира.

По результатам выполненных работ оформляется отчёт, включающий краткую пояснительную записку со схемами, рисунками и результатами проведенных измерений. Отчёт подлежит защите.

В процессе выполнения лабораторных работ студент должен изучить устройство как отечественных нивелиров, таки и зарубежных, уметь вести работы нивелирами с уровнем при трубе и с компенсатором; самостоятельно производить все измерения, вычисления, строго следить за тщательностью и аккуратностью заполнения журналов, выполнением поверок, с особым вниманием производить вычислительные работы.

Лабороторная работа №1 Назначение и устройство нивелира

Задача выполнения лабораторной работы – изучить устройство нивелира с компенсатором.

Нивелиры и их классификация

Нивелир – геодезический прибор для определения превышений между точками местности с помощью горизонтального визирного луча.

Нивелиры различаются по двум основным признакам: по точности и по способу приведения визирной оси в горизонтальное положение.

По точности нивелиры делятся на три типа:

Высокоточные Н-05 для нивелирования I и II классов;

Точные Н-3 для нивелирования III и IV классов;

Технические Н-5 для обоснования топографических съёмок, определения высот точек при инженерно-геодезических изысканиях и строительстве.

По способу установки визирной оси в горизонтальное положение различают два типа нивелиров:

Нивелиры с уровнем при зрительной трубе (Н-05, Н-3, Н-10);

Нивелиры с компенсаторами (Н-05К, Н-3К, Н-10К).

Цифры в шифре каждого типа нивелира означают среднюю квадратическую погрешность определения превышения (в мм) на 1 км двойного хода. У нивелиров первого типа зрительная труба и цилиндрический уровень скреплены вместе и могут наклоняться на небольшой угол относительно подставки прибора с помощью элевационного винта.

Рисунок 1. Нивелир с уровнем при зрительной трубе.

1 – Подъёмные винты;

2 – Круглый уровень;

3 – Визир;

4 – Объектив зрительной трубы;

5 – Окуляр зрительной трубы с диоптрийным кольцом;

6 – Контактный цилиндрический уровень;

7 – Юстировочные винты цилиндрического уровня

8 – Закрепительный винт;

9 – Наводящий винт;

10 – Элевационный винт;

11 – Кремальера;

12 – Подставка.

У нивелиров «с уровнем при трубе» зрительная труба и цилиндрический уровень скреплены вместе и могут наклоняться на небольшой угол относительно подставки прибора с помощьюэлевационного винта, что облегчает приведение визирной оси в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню. Главное условие, предъявляемое к таким нивелирам – взаимная параллельность визирной оси V-V и оси цилиндрического уровня U-U(рис. 1). Присоблюдении этого условия визирная ось зрительной трубы 1 займет горизонтальное положение после установки пузырька цилиндрического уровня 2 в нуль-пункт.

У нивелиров с компенсаторами (с самоустанавливающейся линией визирования) приближённая установка оси вращения прибора производится по круглому уровню; после этого в работу включается компенсатор, который автоматически приводит визирную ось в горизонтальное положение.

Главное условие, предъявляемое к нивелирам данного типа – горизонтальность визирной оси в пределах углов стабилизации компенсатора (±8-25"). Нивелиры с компенсаторами в последние годы получили широкое распространение в инженерно-геодезической практике, так как обеспечивают более высокую производительность труда, особенно при работе на неустойчивых грунтах.

Точные и технические нивелиры могут изготавливаться также с лимбами для измерения горизонтальных углов; при этом в шифре нивелира добавляется буква «Л» (например, 3Н-5Л).

В геодезической практике наибольшее распространение получили точные нивелиры Н-3, и технические 3Н-5Л, НС-4, а также зарубежные модификации нивелиров SETL DSZ-3, VEGA L24 и др.

По точности нивелиры в соответствии с ГОСТ 10528-76 разделяют на три типа: высокоточные (типа Н-05) , точные (типа Н-3) и технические (типа Н-10).

Цифра в обозначении нивелира указывает значение средней квадратической ошибки превышения на 1км двойного хода т км : для нивелира Н-05 т км = 0,5мм, для нивелира Н-3 т км = 3мм, для нивелира Н-10 т км = 10мм.

По конструктивным особенностям приведения визирной оси в горизонтальное положение различают нивелиры с уровнем при зрительной трубе и нивелиры с компенсатором. Для нивелиров с компенсатором к обозначению нивелира добавляется буква К. Если нивелир имеет лимб, к его обозначению добавляется буква Л.

Например, Н-3К - нивелир с компенсатором, обеспечивающий измерение превышений с ошибкой т км = 3мм; Н-10КЛ нивелир с компенсатором и лимбом, т км = 10мм.

Установлено, что применение нивелиров с компенсатором позволяет повысить производительность нивелирных работ на 10-15 %, поэтому в геодезическом приборостроении наблюдается тенденция замены нивелиров с уровнями нивелирами с компенсаторами. Однако, высокоточный нивелир Н-05 (т км = 0,5мм) в настоящее время выпускается только с уровнем.

Рис. 5. а - Н-3 и поле зрения его зрительной трубы; б - Н-3К; в - Н-10 КЛ; 1 - окуляр; 2 - зеркало; 3 - корпус; 4 - наводящий винт; 5 - лимб

На рис. 5, а представлен нивелир с уровнем Н-3. Его зрительная труба 1 с внутренним фокусированием имеет увеличение 20 x , фокусирование трубы производят при помощи кремальеры 2. Нивелир снабжен закрепительным 3 и микрометренным 4 винтами. Круглый уровень 5 служит для приведения оси вращения нивелира в отвесное положение с помощью подъемных винтов. Нивелир имеет контактный цилиндрический уровень и элевационный 6 винт. Цилиндрический уровень наглухо скреплен со зрительной трубой. Изображения концов цилиндрического уровня через систему призм передаются в поле зрения трубы. Через лупу в поле зрения зрительной трубы нивелира можно видеть одновременно оба конца уровня, разрезанного вертикально по оси. Перед отсчетом по рейке элевационным винтом осуществляют точное совмещение (контакт ) концов пузырька уровня, приведя тем самым визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение. Именно поэтому уровень в нивелире Н-З называют контактным .

В момент контакта, когда визирная ось занимает горизонтальное положение, и производят отсчеты по рейкам. Например, отсчет с рейки (рис. 5, а ) равен 1250.

Нивелир Н-З является достаточно точным и портативным прибором, масса его без укладочного ящика 2кг.

Нивелир Н-ЗК (рис. 5, б ) имеет устройство для автоматического приведения визирной оси в горизонтальное положение при наклоне прибора в диапазоне ±15". В отличие от нивелира Н-З подставка 1 зрительной трубы не имеет закрепительного винта, окончательное наведение трубы производят микромерным винтом 2.

Увеличение зрительной трубы нивелира Н-3К составляет 20 x . Ось вращения прибора приводится в отвесное положение при помощи круглого уровня 3.

Маятниковый, оптико-механический компенсатор (рис. 6) расположен между сеткой нитей 4 и фокусирующей линзой 1 в сходящемся пучке лучей. Компенсатор состоит из двух прямоугольных призм 3 и 5. Верхняя призма 3 служит для передачи изображения в плоскость сетки нитей 4, она скреплена с корпусом зрительной трубы. Нижняя призма 5 подвешена на двух парах стальных нитей 2, пересекающихся в центре тяжести подвески 6. Воздушный демпфер 7 служит для гашения колебаний призмы.

Рис. 6.

Нивелир Н-10КЛ (рис. 5, в ) имеет оптико-механический компенсатор. Чувствительным элементом компенсатора является прямоугольная призма, подвешенная на шарикоподшипниковой подвеске, колебания компенсатора гасятся воздушным демпфером. Зрительная труба имеет прямое изображение. Наводящий винт трубы отсутствует. В нижнюю часть нивелира вмонтирован горизонтальный лимб со шкалой через 1°, что расширяет возможности нивелира при решении различных инженерных задач в строительстве.

Рейки для нивелирования выпускают согласно ГОСТ 11158-83 трех типов: РН 05, РН 3, РН 10. Буква Р - рейка, Н - нивелирная, цифрами, стоящими после букв, обозначают величину средней квадратической погрешности в мм на 1км хода. В комплекте к каждому нивелиру даются две однотипные нивелирные рейки.

Рейки РН-3, PH-l0 изготовляют из дерева хвойных пород, цельными и складными. К нижнему концу рейки (пятке) прибивается металлическая пластина толщиной 2мм. Рейки имеют на обеих сторонах шкалы (рис. 41, а ), выполненные в виде сантиметровых шашек.

Каждый дециметр шкал оцифрован. С одной стороны шашки наносятся черного цвета на белом фоне (черная сторона), с другой - красные на белом фоне (красная сторона). На черных сторонах реек нуль (начало шкалы) совпадает с пяткой рейки, на красных сторонах с плоскостью пятки совпадает другой отсчет, например, 4687. Таким образом, начало отсчета по черной и красной сторонам смещено на определенную величину. Это сделано для того, чтобы контролировать правильность отсчетов в процессе нивелирования. Разность отсчетов по черной и красной сторонам одной и той же рейки - величина постоянная. Отсчеты по рейкам берут по средней нити сетки с округлением до миллиметра. Для точной установки рейки в отвесное положение к ней прикрепляют круглый уровень или отвес. В рабочем положении рейки удерживают с помощью ручек.

Рис. 7. а - рейка РН-10; б - рейка РН-05 в поле зрения трубы; в - костыль; г - башмак

В последнее время на строительстве часто применяют для нивелирования рейки со шкалой, выполненной на лавсановой пленке. Такие шкалы, свернутые в рулон, удобны при транспортировке, для работы их прикрепляют к деревянным брускам нужной длины.

Согласно ГОСТ 11158-83 шкалы на рейки РН-З наносятся со следующими предельными погрешностями: отклонения от номинального значения длины наименьшего интервала равны 0,2мм, допустимая разность между средней длиной метра пары реек одного комплекта 0,8 мм. Рейки могут быть длиной 1,5; 3,0; 4,0м, в особо стесненных условиях, например, при производстве нивелирования внутри трубопроводов используют специальные рейки длиной 0,8 и 1,0м.

Рейки РН-05 состоят из деревянного корпуса, на который натягивают ленту со штрихами через 5мм. Обычно имеются две шкалы - «основная» и «дополнительная». На шкалах подписываются полудециметры. Ленты изготовляют из сплава (инвара) с низким коэффициентом линейного расширения, что позволяет устранить температурные деформации шкал.

Порядок взятия отсчета с помощью нивелира Н-05 по такой рейке следующий:

• · после установки нивелира в рабочее положение и наведения трубы на рейку, совмещают изображение концов пузырька цилиндрического уровня;
• · вращая барабан микрометра, наводят биссектор или горизонтальную нить на ближний штрих шкалы (см. рис. 7 б );
• · отсчитывают полудециметры и полусантиметры, на рис. 7, б - 148;
• · берут отсчет по барабану микрометра 25, а полный отсчет 14825.

При наблюдениях за осадками зданий и других сооружений часто вместо реек используют короткие шкалы, которые прикрепляют к стенам или подвешивают на специальные реперы.

При проложении нивелирного хода в точках установки реек забивают колья или металлические штыри, на которые при нивелировании ставят рейки. Для более точного нивелирования рейки устанавливают на костыли или башмаки (рис. 7 в; г ).

Костыли выполняют в виде металлических стержней со сферической головкой, на которую ставят рейку. При забивке костыля в грунт на верхнюю часть надевают крышку. Башмак -металлическая пластина толщиной 15-20мм со сферической головкой для установки рейки.

Классификация нивелиров производится:

По точности на три типа - высокоточные Н - 05, точные Н - 3 и технические Н - 10. Цифра указывает значение средней квадратической ошибки в мм определения превышений на 1 км двойного хода, т.е. 0.5 мм, 3 мм, 10 мм.

По конструкции (способу приведения визирной оси в горизонтальное положение) нивелиры с уровнем при трубе и нивелиры с компенсатором. Если есть компенсатор, то к обозначению добавляется буква К, а если есть также лимб, то Л: Н -10КЛ.

Установлено, что применение приборов с компенсаторами повышает производительность работ на 10-15% и потому наблюдается тенденция замены нивелиров с уровнями - нивелирами с компенсаторами. Однако высокоточные нивелиры, по прежнему, выпускаются с уровнями.

Основные части нивелиров: зрительная труба с внутренней фокусировкой с увеличением 20-50 х; кремальера; закрепительный и наводящий винты; круглый уровень; либо компенсатор, либо цилиндрический уровень, наглухо скрепленный с трубой. Тогда имеется элевационный винт для приведения пузырька уровня в нуль пункт. Изображение половинок пузырька передается в поле зрения трубы.

Перед взятием отсчетов пузырек приводится в нуль-пункт элевационным винтом (рис. 4.5). При работе нивелиром с компенсатором прибор должен быть предварительно приведен в горизонтальное положение по поверенному круглому уровню.

Рис. 4.5. Поле зрения трубы нивелира с цилиндрическим

контактным уровнем.

Перед началом производственных работ с нивелиром, необходимо выполнить исследования, поверки и при необходимости юстировку. Порядок выполнения исследований, поверок и юстировок приводится в паспортах приборов.

Нивелирные рейки

Нивелирные рейки представляют собой деревянные бруски шириной до 10 см, толщиной 2-3 см и высотой 3-4 м (рис. 4.6). Обычно рейки складные на шарнирах или раздвижные. Но бывают и цельные рейки (для точного нивелирования). Нижняя часть рейки называется пяткой - от нее начинается отсчет делений. Рейки делаются двухсторонними: на одной стороне нанесены черные деления (черная сторона), на другой - красные (красная сторона).

Рис. 4.6. Нивелирные рейки. а) – цельная; б) – складная; в) –

раздвижная.

На черной стороне нуль совмещен с пяткой, на красной - пятка имеет некоторый отсчет, больший 4 м (максимальная высота реек). Обычно он равен 4687 или 4787 мм. При нивелировании черная сторона является основной, а красная - контрольной. Разность отсчетов по черным и красным сторонам рейки должна быть равна разности пяток. Расхождение в разности отсчетов допускается в пределах точности нивелирования (для технического 5 мм). Рейки имеют ручки для удержания и иногда - круглые уровни для приведения их точно в вертикальное положение.

Выпускаются следующие виды реек:

РН-05 инварная односторонняя, трехметровая, деления через 0.5 см - для высокоточного нивелирования;

РН-3 деревянная двухсторонняя, длиной 1500, 3000, 4000 мм для нивелирования с погрешностью 3 мм на 1 км хода;

РН-10 деревянная двухсторонняя длиной 4000 мм для нивелирования с погрешностью 10 мм на 1 км хода. При нивелировании рейки устанавливаются на верхний ровный срез деревянных кольев, вбитых в землю, металлические башмаки, костыли или на "твердые" точки местности (рельсы, бордюры и т.п.).

Лазерные и кодовые приборы для геометрического

Нивелирования

Лазерные нивелиры - визуализируют визирный луч, образуя плоскость вращения нивелира (рис. 4.7). При пересечении плоскостью вращения вертикальной специальной рейки, на них высвечивается горизонтальная линия, от которой отсчитываются превышения. Используются визуальная или фотоэлектрическая индикация. Один нивелир обслуживает сразу несколько реек. Выпускаются: лазерный визир ЛВ5М, лазерная приставка ПЛ-1, лазерный нивелир с вращающимся лучом Геоплан 300 (скорость 12 об/мин).

Кодовые нивелиры имеют встроенную микро-ЭВМ и используют рейки с закодированными делениями. После ввода информации в ЭВМ об отметках начального и конечного реперов, выполняют наведение на рейки и нажатие клавиши "отсчет", после чего все вычисления выполняются автоматически. Используется кодовый нивелир RENI 002A. Погрешность 0.2 мм на 1 км хода.

Рис. 4.7. Лазерный нивелир. а) – общий вид; б) – отсчет по рейке; в) – положение нивелира для развертки горизонтальной плоскости.