Нивелир

НивелирНИВЕЛИР, инструмент для геометрического нивелирования. Нивелиры, разные по своей конструкции, предназначаются для работ различной точности. Нивелиры с диоптрами и водяными уровнями применяются для грубой нивелировки, нивелиры со зрительной трубой - для технической и точной нивелировки. Нивелиры первого рода теперь не применяются, и нивелировка настоящего времени производятся нивелиром со зрительной трубой. Последние по своему устройству разбиваются на несколько разновидностей, но все они сводятся к четырем основным системам: 1) глухие (фиг. 1) - уровень скреплен с зрительной трубой, и труба не перекладывается в лагерах (вырезка вертикальных стоек, приделанных к горизонтальной подставке, к которой привинчена вертикальная коническая ось нивелира); 2) системы Эго (фиг. 2) - уровень скреплен с лагером, и труба перекладывается в лагерах; 3) типа Военно-топографического управления (фиг. 3) - уровень скреплен с трубой, и труба перекладывается в лагерах; 4) сконструированный по идее Амслера (фиг.4); к этому последнему типу относятся нивелиры системы Вильда, Цейса и др., в которых уровень скреплен с трубой, труба перекладывается в лагерах и оборачивается вокруг своей геометрической оси на 180°, окуляр с объективом могут меняться местами. Самыми распространенными в настоящее время в СССР являются последние два типа. Точные нивелировки на территории Союза производились и производятся нивелирами типа Военно-топографического управления (ВТУ).

Типы нивелиров

Типы нивелиров

Все нивелиры, к какой бы системе они ни принадлежали, имеют своими основными частями: зрительную трубу, уровень и штатив с треногой. В нивелирами разных систем различно сделано только сочетание этих трех основных частей. На схематических чертежах видно, что сочетание это касается главным образом уровня и зрительной трубы. Надо отметить, что наиболее правильное решение вопроса конструкции нивелира - это скрепление уровня с зрительной трубой, потому что уровень служит для приведения оптической оси зрительной трубы в горизонтальное положение. Если уровень скреплен с лагером и при перекладывании трубы на цапфы попадет пылинка диаметром в 0,1 мм, то это даст изменение наклонения оптической оси трубы к горизонтальной плоскости на целую минуту - величину, недопустимую при точных работах. Наблюдатель этого не замечает, потому что наведение делается по установке уровня. Поэтому при пользовании нивелира, у которого уровень скреплен с лагером, наблюдатель должен особенно тщательно следить за цапфами своего инструмента, чтобы избежать подобных ошибок. В случае же скрепления уровня с трубой попавшая на цапфы пылинка одинаково изменяет положение трубы и уровня, и поэтому приведение пузырька уровня на середину приводит и оптическую ось трубы в строго горизонтальное положение, и т. о. ошибки не получается. Работнику, вполне знакомому с нивелиром типа ВТУ, нетрудно понять устройство нивелиров других систем, а потому здесь можно ограничиться разбором нивелира первой системы (фиг. 5).

Нивелир

Зрительная труба Tt с увеличением около 40 является обыкновенной астрономической трубой, в окуляре которой имеется сетка нитей v, состоящая из двух близких одна к другой вертикальных и трех широко расставленных горизонтальных нитей. Вертикальные нити служат для точной установки трубы по азимуту, а горизонтальные - для увеличения точности отсчетов по рейке, устранения грубых промахов при этом и попутного определения расстоянии (дальномер). Своими цапфами труба лежит в лагерах, вырезанных в стойках В и С: лагеры имеют по два горбика о и о (фиг. 6) с отшлифованными выпуклыми поверхностями, дающие трубе возможность лежать на них прочно, без шатания.

Своими цапфами труба лежит в лагерах

Лагерные вырезы закрываются накладками n, n, не позволяющими трубе вывалиться при переносе инструмента. Лагерные стойки В и С привинчены к горизонтальной подставке АА, причем одна стойка В привинчена наглухо, а другую С можно при помощи исправительных винтов Р, Q и R поднимать или опускать. Если стойку С необходимо поднять, то винты Р и Q вывинчивают, а винт R ввинчивают; если же ее нужно опустить, то поступают наоборот. Стерженьки m, m служат для правильности движения. К средней части трубы между цапфами приделаны две обоймицы и и и (фиг. 5), на нижних частях которых держится стеклянная коробка, вмещающая в себе чувствительный уровень. Положение коробки с уровнем можно изменять вверх и вниз гайками справа, а вправо и влево по отношению к трубе - винтиками слева. Когда пузырек уровня приведен на середину трубки уровня, то оптическая ось зрительной трубы находится в горизонтальном положении. Для удобства приведения пузырька на середину трубки и отсчитывания показаний уровня во время наблюдений, к подставке АА приделана оправа с плоским зеркалом, которое составляет с направлением трубки уровня угол в 45°. Снизу к середине подставки перпендикулярно к ней наглухо прикреплена вертикальная коническая ось; ось вставлена в коническую втулку D штатива с тремя ножками, через которую пропущены подъемные винты М. Подъемными винтами инструмент ставится на медную головку К простой деревянной треноги Е. В головке треноги для подъемных винтов сделаны места, так что нивелир может стоять прочно и устойчиво несмотря на изменение размеров частей в зависимости от перемены температуры. Для каждого подъемного винта имеется особый крючок N, закрепляемый после установки нивелира винтиком n. Т. о. весь инструмент представляет одно целое и м. б. безопасно переносим с одной точки стояния на другую. Зрительную трубу нивелира можно вращать около ее геометрической оси, т. е. прямой, соединяющей центры цапф, и перекладывать в лагерах на 180°; вращая же подставку и всю верхнюю часть инструмента около вертикальной оси штатива, трубу легко навести на рейку, поставленную в любом направлении. Для точной установки трубы по азимуту к горизонтальному кругу штатива прикреплены клещи с зажимными и микрометрическими винтами.

Нивелир подобно другим инструментам перед выходом на полевую работу д. б. поверен, т. е. должны быть правильно установлены все его части и определены все ошибки инструмента, которые необходимо принять во внимание при обработке полевых наблюдений в целях исправления их. Поверка нивелира заключается в поверке выполнения следующих условий: 1) оптическая ось зрительной трубы должна совпадать с геометрической осью нивелира; 2) ось уровня д. б. установлена в одной плоскости с оптической осью трубы параллельно ей; тогда при нахождении пузырька уровня на середине трубки оптическая ось трубы будет горизонтальна; 3) оптическая ось зрительной трубы д. б. перпендикулярна к вертикальной оси вращения нивелира; 4) чувствительность уровня должна соответствовать увеличению зрительной трубы. Кроме этого д. б. произведены: 1) исследование цапф нивелира, 2) исследование оптических качеств зрительной трубы. Каждый производитель нивелирных работ должен уметь поверять нивелир, поэтому ниже подробно излагается процесс поверки.

1) Оптическая ось зрительной трубы должна совпадать с геометрической осью нивелира. Под оптической осью зрительной трубы разумеют прямую, соединяющую оптический центр объектива с серединой средней горизонтальной нити в окуляре, а под геометрической осью нивелира - прямую, соединяющую центры цапф зрительной трубы. Правильное положение нивелира будет при совпадении этих двух прямых. Поверка заключается в том, что в 50—60 м от нивелира ставят репку отвесно и берут в трубу отсчет на рейке средней горизонтальной нитью; затем, не вынимая зрительной трубы из лагеров, поворачивают ее на 180° и снова берут отсчет по рейке той же нитью. Если отсчеты в обоих случаях одинаковы, то обе оси совпадают, что и требуется. Если же отсчеты разные, то нужно сделать передвижку вверх или вниз сетки нитей в окуляре посредством винтиков v на половину разности отсчетов, добиваясь одинаковых отсчетов. Эти манипуляции обыкновенно приходится проделывать 2—3 раза, чтобы достигнуть полного совпадения оптических и геометрических осей.

2) Оптическая ось зрительной трубы (и совмещенная с ней геометрическая ось) при положении пузырька уровня на середине трубки д. б. строго горизонтальна. Это достигается тем, что пузырек уровня приводится на середину трубки подъемными винтами, и поэтому надо заранее убедиться в том, что при таком положении пузырька уровня оптическая ось зрительной трубы горизонтальна. При этой поверке в зависимости от системы нивелира возможны 3 случая. 1-й случай - уровень скреплен непосредственно со зрительной трубой (фиг. 1,3). В этом случае подъемными винтами нивелира пузырек уровня приводят на середину трубки уровня и замечают отсчеты концов уровня; затем зрительную трубу с уровнем перекладывают в лагерах на 180° и дают уровню успокоиться. Если отсчеты концов пузырька уровня не изменились, то уровень скреплен с трубкой правильно; если же они изменились, то в них вносят исправление, перегоняя пузырек уровня на половину величины замеченного уклонения при помощи гайки коробки уровня. Полная поверка достигается повторением этой манипуляции 2—3 раза. 2-й случай - уровень прикреплен к лагерной подставке (фиг. 2). Поверка производится при помощи рейки. Рейку ставят отвесно на расстоянии в 50—60 м от нивелира; приведя пузырек уровня на середину при помощи подъемных винтов нивелира, берут отсчет по рейке в трубу по средней горизонтальной нити окуляра. Затем зрительную трубу перекладывают в лагерах на 180°, а верхнюю часть инструмента поворачивают около вертикальной оси также на 180°. Повторяют отсчет той же нитью, направив трубу на ту же рейку. Если оба отсчета одинаковы, то условие выполнено; если же они неодинаковы, то вводят исправления поднятием или опусканием подвижной лагерной стойки (с исправительными винтами) настолько, чтобы отсчет рейки по средней горизонтальной нити равнялся полусумме полученных двух отсчетов. 3-й случай - уровень накладной. Ставят накладной уровень на цапфы зрительной трубы нивелира и приводят пузырек уровня па середину подъемными винтами нивелира, после чего перекладывают накладной уровень на 180° на те же цапфы. Если уровень станет в то же первое положение, то условие выполнено; если нет, то исправление ведут перегонкой пузырька уровня на половину замеченного уклонения, поднятием или опусканием одного из концов оправы уровня.

3) Оптическая ось зрительной трубы д. б. перпендикулярна к вертикальной оси вращения нивелира. Это положение диктуется при нивелировании требованием неизменяемости горизонтального положения оптической оси зрительной трубы при повороте верхней части инструмента около 180° с задней на переднюю рейку. Для поверки пузырек уровня приводят на середину подъемными винтами нивелира и производят отсчет концов пузырька. Затем верхнюю часть инструмента поворачивают на 180° около вертикальной оси. Если концы пузырька имеют тот же отсчет, то условие выполнено; если же нет, то вносят исправление, изменяя высоту подвижной лагерной стойки при помощи исправительных винтов, пока пузырек уровня не передвинется назад на половину своего уклонения от середины трубки.

4) Чувствительность уровня должна соответствовать увеличению зрительной трубы: чем увеличение трубы больше, тем цена деления д. б. меньше, и наоборот. Уровень не д. б. как излишне чувствительным, так и мало чувствительным. Если увеличение трубы равно 15, то при трех горизонтальных нитях в окуляре цена деления уровня д. б. 15—20"; если увеличение трубы равно 40, то при том же числе нитей цена деления уровня д. б. 5—6" и т. п. Цена деления уровня обыкновенно определяется на испытателе, или экзаменаторе. Если нет последнего, можно чувствительность уровня для нивелира определить иначе. Для этого ставят рейку отвесно в 50—60 м от нивелира, приводят пузырек уровня на середину трубки и записывают отсчеты рейки по всем трем горизонтальным нитям; затем наклоняют инструмент подъемным винтом и, глядя только на уровень, приводят его пузырек опять на середину трубки. Если получится другой отсчет по рейке, то уровень недостаточно чувствителен и д. б. заменен более чувствительным; если же отсчеты те же, то уровень чувствителен. Но здесь нужно убедиться, не чрезмерно ли он чувствителен. Для этого снова, наклонив инструмент, устанавливают его подъемным винтом в прежнее положение, следя по трубе, чтобы совпали отсчеты по рейке, а затем смотрят на уровень: если пузырек остановился по середине трубки или на половине деления в сторону, то уровень соответствует данной зрительной трубе; если же пузырек остановился дальше от середины, то уровень слишком чувствителен и должен быть заменен.

Исследование цапф нивелира производится в мастерской точных приборов мастерами этого дела. Цапфы должны представлять в разрезе почти круги равных диаметров. Однако производители нивелировочных работ должны сами уметь исследовать цапфы, т. к. не всем приходится работать новыми инструментами. Способов исследования цапф существует несколько, но здесь укажем только два наиболее употребительные. 1-й способ. Исследование производится небольшой изогнутой медной пластинкой с шишечками а и b на концах (фиг. 7).

Исследование производится небольшой изогнутой медной пластинкой с шишечками а и b на концах

Пластинку эту сгибают так, чтобы при подвешивании за середину на нитку с она свободно проходила вверх и вниз по цапфе, при вращении самой трубы, лежащей на особой подставке. Если обе цапфы одинаковые, то пластинка одинаково свободно проходит во всех местах цапф; если же нет - значит цапфы неравны. 2-й способ. Исследование цапф при помощи чувствительного накладного уровня. Нивелир ставят на прочное основание, кладут на цапфы трубы накладной уровень и, приведя его пузырек на середину трубки вращением подъемных винтов инструмента, поворачивают трубу около оси и наблюдают за уровнем. Если пузырек уровня остался на месте, значит поперечное сечение цапф - точные круги; в противном случае пузырек отклонится от своего положения. Для последующего исследования обеих цапф пузырек снова приводят на середину и перекладывают трубу в лагерах, ставя уровень в прежнем направлении. Если пузырек остановится на середине, то обе цапфы равны; в противном же случае они не равны, и геометрическое место прямых, соединяющих соответствующие точки обеих цапф, представляет не цилиндр, а конус, образующая которого наклонена к оси под углом, равным четверти угла, измеряемого передвижением пузырька уровня. Неправильности и неравенство цапф могут быть устранены только механиком посредством точения на станке.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 14 - 1931 г.