Нивелиры – определение, назначение, виды презентация

Нивели́р — геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками земной поверхности.
Нивелиры активно используют при проведении исследований рельефа геодезисты и топографы, а также рабочие строительных специальностей для строго соблюдения параметров во время возведения и ремонта объектов.
Нивелиры подразделяют на группы по двум признакам:
точности измерения и принципам работы.

Классификация нивелиров по степени точности :
По степени точности снятия параметров выделяют три группы нивелиров:
·Высокоточные – типа Н-0,5, допустимая квадратичная ошибка в измерениях от 0,2 до 0,5 мм. на 1 км. двойного хода.
·Точные – типа Н – 3 (Н - 3К, Н - 3КЛ), допустимая квадратичная ошибка в измерениях от 0,5 до 2,0 мм. на 1 км. двойного хода.
·Технические– Н-10, допустимая квадратичная ошибка в измерениях от 2,0 до 10,0 мм. на 1 км. двойного хода.
Цифры в маркировке приборов означают величину квадратической погрешности нивелирования двойного хода длиной 1 км в миллиметрах.
Для элементарной разметки местности, определения перепадов рельефа и привязки его к определенным точкам, подойдут простейшие нивелиры с невысокими точностными характеристиками. А вот при определении параметров для всех этапов строительных работ, нужны максимально точные данные, выдаваемые профессиональными устройствами.

Классификация нивелиров по принципу работы :
По принципу работы нивелиры бывают:
· Геометрические– приборы, которые излучают визирующий луч и, приводя его в горизонтальное положение, позволяют измерять разницу в положении точек на местности. Точки отмечаются на территории специальными рейками. Геометрическое нивелирование может быть простым или сложным, т.е. проводиться из одной точки или из нескольких, последовательно меняющихся.
· Тригонометрические– устройства, также называются теодолитами, и предназначены для измерения превышений между отметками при помощи наклонного луча. Между нивелиром и контрольной точкой измеряется расстояние и угол наклона, а затем по формуле рассчитывается искомая величина. Метод достаточно сложный и не очень точный на больших расстояниях и пересеченных местностях.
· Гидростатические нивелиры – конструкции, состоящие из двух сообщающихся сосудов с жидкостью, по уровню которой определяют разницу высот в разных точках. Наполненные сосуды, соединенные между собой шлангом или рукавом, устанавливают в контрольных точках. По разнице между высотами столба воды в каждом из них, определяют величину превышения одной над другой. Метод высокоточен, но ограничен по расстоянию длиной рукава или шланга.

· Оптико-механические – нивелиры, позволяющие определять параметры точек при помощи луча света и, размеченных специальным образом, реек. Приборы оснащены оптической трубой для визуального наблюдения и приспособлением для выравнивания конструкции строго в горизонтальной плоскости. Для проведения измерений этим видом необходимы определенные знания и навыки.
· Лазерные – высокоточные устройства, проецирующие узконаправленный луч при помощи лазера на любую поверхность. Нивелиры лазерного типа просты в использовании и позволяют работать не только с точками, но и с целыми плоскостями.
· Цифровые – приборы лазерного или оптического типа, которые отображают полученную информацию в цифровом виде, запоминают её, а иногда и частично анализирует. Приборы точны и позволяют работать без напарника, но достаточно дороги и чувствительны к механическим повреждениям.
· Физические - особые виды нивелирования проводят также и при помощи барометров, эхолотов, радиолокаторов, стереоскопов и прочих специфических предметов. Однако в бытовых ситуациях эти способы измерения практически не применяются.
Так же нивелиры бывают ручными и автоматическими.

Промышленность выпускает нивелиры двух основных типов: с компенсатором углов наклона зрительной трубы и с уровнем при ней.
Наличие в марке нивелиров буквы «К» означает, что труба нивелира снабжена компенсатором, буква «П» – прямое изображение, «Л» обозначает наличие лимба.

Устройство нивелира
Рассмотрим устройство нивелира на примере марки Нивелира Н-3 – точный нивелир с цилиндрическим уровнем и элевационным винтом, предназначен для нивелирования III и IV классов точности и для инженерно-геодезических изысканий.
Точный нивелир Н–3:
1 – головка штатива;
2 – пружинящая пластина;
3 – подъёмные винты;
4 – подставка;
5 – элевационный винт;
6 – круглый уровень;
7 – исправительные винты;
8 – окуляр;
9 – коробка цилиндрического
уровня;
10 – торцевая часть;
11 – зрительная труба;
12 – кремальера;
13 – мушка визира;
14 – объектив;
15 – закрепительный винт;
16 – наводящий винт трубы.

Нивелир Н-3 состоит из двух основных частей:
- нижней неподвижной подставки нивелира 4 и
- верхней подвижной рабочей части прибора.
Верхняя рабочая часть нивелира состоит из вертикальной оси вращения прибора, подставки зрительной трубы, круглого уровня 6 и зрительной трубы 11.
Зрительная труба состоит из объектива 13 и окуляра 8. На верхней части трубы находится мушка визира 13 для грубой наводки зрительной трубы на предмет.
Труба с внутренней фокусировкой. Кремальера 12 служит для получения четкого изображения. Четкого изображения сетки нитей достигают вращением окулярной трубочки 8. Контактный цилиндрический уровень жестко прикреплен к корпусу зрительной трубы.

Изображение концов пузырька уровня с помощью системы призм передается в поле зрения зрительной трубы .
1 – изображение пузырька цилиндрического уровня;
2 – нивелирная рейка;
3 – средняя горизонтальная нить сетки;
4 – дальномерная нить сетки
Правильный отсчет будет в том случае, когда концы пузырька цилиндрического уровня будут совмещены, как показано на рисунке.
Для подсветки уровня имеется зеркало, для юстировки уровня в торцевой части 10 (со стороны окуляра) – четыре исправительных винта уровня.
Для закрепления вертикальной оси нивелира при грубом наведении на предмет (рейку) служит закрепительный винт 15, а для точного наведения – наводящий винт 16.
Элевационный винт 5 служит для вращения трубы в вертикальной плоскости. Круглый уровень 6 предназначен для приведения вертикальной оси в отвесное положение. Юстируют круглый уровень с помощью трёх исправительных винтов 7.

Штативы
Штативы: а) деревянные (Trimble S33, УОМЗ ШР-160),
б) металлические (УОМЗ ШР-140).
Для установки нивелиров используют штативы, деревянные или
металлические.
Верхняя часть штатива представляет собой металлическую площадку, на
которую ставится нивелир, называемую головкой. В середине головки присутствует отверстие, через которое пропускают становой винт с дюймовой резьбой, крепящий нивелир со штативом. С головкой соединены раздвижные (переменной длины) ножки. В нижней заостренной части ножек есть опоры, с помощью которых ножки вдавливаются в грунт для придания устойчивости штативу. Раздвижные ножки позволяют регулировать высоту штатива, фиксация
ножек производится зажимными винтами.

Нивелирные рейки. Отсчитывание по рейке
Нивелирные рейки бывают деревянные, металлические, складные длиной 3-5 м, цельные, а также телескопические и штрих-кодовые.
Чаще всего рейки имеют сантиметровые деления. Подписи дециметровых делений рейки могут иметь прямое или обратное изображение в зависимости от применяемых нивелиров.
Рейки могут быть одно- и двусторонние.
На одной стороне двусторонней рейки нанесены черные деления, на другой – красные.
Начало шкалы черных делений рейки – нулевой отсчет – называется «пяткой» рейки.
Начальный отсчет красной стороны рейки более 4000 (4600, 4687, 4787 и т. д.).
Для удобства отсчитывания первые пять делений каждого дециметра сгруппированы в виде буквы Е.
Начало каждого дециметра обозначено короткой горизонтальной чертой. Дециметровые деления подписаны в виде двузначного числа.

Поверки нивелиров
«Поверки - ϶ᴛᴏ деи̌ствия, которыми контролируют правильность взаимного расположения базовых осей прибора. В случае если при выполнении поверок обнаруживается несоответствие взаимного расположения частей прибора, ᴇᴦο юстируют исправительными винтами.»
Схема осей геометрических элементов нивелира
Оси и исправительные винты нивелира:
ss – визирная ось зрительной трубы;
ii – ось вращения прибора;
uu – ось цилиндрического уровня;
ee – ось круглого уровня ;
1 – исправительные винты
цилиндрического уровня;
2 – исправительные винты
круглого уровня

1-я поверка- поверка круглого уровня
Геометрическое условие: ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира (ee II ii)
Выполнение проверки: подъемными винтами подставки устанавливают пузырек круглого уровня в нуль-пункт. После этого поворачивают трубу на 180°, а вместе с ней поворачивается и круглый уровень.
Допуск: пузырек уровня не должен выходить за пределы малого кружка.
Исправление: При нарушении допуска действуют исправительными винтами уровня, перемещая пузырек уровня на половину пути его отклонения к
центру. После исправления проверку повторяют.

2-я поверка - поверка сетки нитей
Геометрическое условие: горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна к оси вращения нивелира (аа ┴ ii).
Выполнение поверки: Устанавливают нивелир по круглому уровню в рабочее положение, направляют трубу на рейку, находящуюся в 20-30 м от прибора, и прочитывают отсчеты по краям горизонтальной нити при нахождении пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункте. Для этого плавно перемещают трубу по горизонту.
Допуск: отсчеты не должны расходиться между собой более чем на 2 мм.
Исправление: При нарушении допуска регулируют исправительными винтами сетки нитей, либо отсчеты прочитывают по центру сетки нитей. После исправления проверку повторяют.
Эту поверку можно выполнить и другими способами:
1) по круглому уровню приводят нивелир в рабочее положение.
Наводят перекрестие сетки нитей на какую-либо точку. Наводящим винтом плавно вращают трубу в обе стороны от точки. Если точка не сошла со средней нити, то сетка нитей занимает правильное положение;
2) по круглому уровню приводят нивелир в рабочее положение.
Крест сетки нитей трубы наводят на шнур отвеса. Если вертикальная нить пересекает шнур отвеса, то условие не выполнено. Перпендикулярность вертикальной и горизонтальной нитей гарантируется заводом-изготовителем.

3-я поверка - поверка визирной оси
Геометрическое условие: визирная ось зрительной трубы и ось цилиндрического уровня должны быть параллельны (ss II uu).
Выполнение поверки: Это основная поверки нивелира. Ее выполняют двойным нивелированием. Превышение между точками определяют дважды способом нивелирования «вперед».
На расстоянии 50-75 м друг от друга закрепляют точки А и В. Устанавливают нивелир около точки А так, чтобы окуляр трубы находился над ней, а в точке В ставят рейку. Приводят ось вращения прибора в отвесное положение, визируют на рейку при пузырьке цилиндрического уровня в нуль-пункте, считывают отсчет b по рейке.
Далее рейкой (по черной стороне) или рулеткой измеряют высоту нивелира iA от центра окуляра до точки А с точностью до 1 мм.
При измерении высоты рейкой, ее ставят в отвесное положение, надевают на объектив колпачок из картона с круглым отверстием в середине, глядя через которое на рейку, намечают карандашом точку в центре поля зрения. Отведя после этого глаз от объектива, по намеченной на рейке точке берут отсчет, это и будет высота инструмента.

Далее переносят нивелир и устанавливают его над точкой В, а рейку ставят в точке А, определяют отсчет a и высоту нивелира iB.
Величина x наклона визирной оси (непараллельность осей) будет:
Допуск: если x ≤ ± 4 мм для точного нивелира и x ≤ ± 10 мм для технического нивелира, то условие считают выполненным.
Исправление: при нарушении условия вычисляют отсчет a1 = a – x, наводят трубу из точки В на точку А, элевационным винтом совмещают среднюю нить сетки зрительной трубы с отсчетом a1, исправительными винтами совмещают изображения концов пузырька цилиндрического уровня. После исправления поверку повторяют.
Эту поверку рекомендуется производить ежедневно перед началом работ.

Реперы и марки
В Российской Федерации высоты нивелирных реперов и марок определяются относительно нуля Кронштадтского футштока-черта на медной линейке, установленной в гранитном устое моста через Обводной канал в городе Кронштадте, и приводятся в соответствующих каталогах.
Репе́р (от фр. repère — метка, знак, исходная точка) в геодезии — знак, который находится в определённой точке земной поверхности с известной абсолютной высотой.
Эта высота определяется посредством нивелирования относительно исходной уровенной поверхности. На реперах закрепляется металлический диск диаметром 5 сантиметров (марка) с номером и указанием ведомства.