Пристрій і принцип роботи нівеліра: розбираємося ґрунтовно

Щоб працювати з нівеліром, необхідно мати певні навички і знання. Даний прилад незамінний під час будівництва об'єктів різного ступеня складності. Він забезпечує точність розміщення всіх об'єктів у просторі і попереджає непоправні помилки.

Принцип роботи нівеліра, пристрій і класифікація

Пристрій всіх нівелірів практично ідентичний, всі вони містять корпус, мушку, рівень, що наводить гвинт, пружну платівку, підйомні гвинти, підставку, елеваційний гвинт, опорний майданчик, гвинт кремальєри, окуляр і зорову трубу. Призначення нівеліра визначається його видом, яких існує чимало, і кожен має якісь особливості, які ми постараємося обговорити нижче. Які ж можна виділити моделі? Є тригонометричні, геометричні, гідростатичні, барометричні, радіолокаційні, оптичні та лазерні варіанти.

Сучасні нівеліри можуть підрозділюватися також на окремі класи за точністю: точні, високоточні і технічні. Високоточні прилади оснащені додатково мікрометреними платівками або знімними насадками. Це дозволяє брати відліки за штриховим рейком. Якщо потрібно виконати більш точні заміри, тоді краще скористатися в роботі шашковими рейками. Великим попитом останнім часом користуються цифрові нівеліри. Для того щоб працювати з ними, потрібна спеціальна штрих-кодова рейка, тільки з нею виходить взяти відлік автоматично.

Такі нівеліри мають додатковий пристрій, що запам'ятовує, саме він дозволяє зберегти всі результати після проведених спостережень.

Часто деякі люди плутають такі поняття, як лазерні нівеліри і побудовники площин. Останнє пристосування - це не вимірювальний прилад, тобто він не є нівеліром, однак якщо в роботі з ним додати вимірювальну нівелірну рейку і встановити все на належному рівні, то показання можна зняти, як і за допомогою нівеліру. Це добре, якщо не потрібна висока точність, в інших же випадках потрібно скористатися тим інструментом, який призначений якраз для замірів.

Застосування геодезичних умінь при будівництві

Під час робіт з винесення планів в натуру слід знати, яка різниця між висотами декількох точках на ділянках поверхні і відміткою, яка виступає в ролі умовного рівня. Знаходження різниці висот називається геометричним нівелюванням і виконується за допомогою нівеліру і спеціальних річок.

Вісь нівеліра має горизонтальне положення, з точки умовного рівня є різниці висот показань залежно від позначок на рейках. У процесі роботи кожна точка знаходиться за сто метрів від точки розміщення нівеліра, рівень її потрібно міряти як мінімум три рази, слід при цьому приймати середнє арифметичне значення. Плани земельних ділянок будують на основі таких даних. Так, нівелір потрібен з метою з'ясування різниці висот в точках вимірювань.

Рейки та їх опис

Під нівелірним рейком розуміється спеціальна планка, яка в точках для вимірювань висот встановлюється вертикально. Її можна робити з дерева або металу (алюмінію).

Така рейка має довжину близько 3 − 4 метрів, і щоб її зручно було транспортувати, можна складати навпіл за допомогою спеціального вузла. Сучасні варіанти передбачають розсувну телескопічну конструкцію.

На сторонах стандартного рейка часто є градуювання:

• з лицьового боку розмітка робиться в метричній системі вимірювання;
• зі зворотного боку - в дюймовій відповідно.

Перед початком робіт рейку ставлять на нижній металевій скобі в центр вимірювальної точки за допомогою спеціальної позначки.

З метою зручності для утримання інструментів на точці присутні спеціальні ручки. Якщо рейки якісні і зроблені на основі спеціального сплаву заліза і нікелю, то на них є бульбашкові рівні, щоб можна було контролювати вертикальне розміщення рейки.

Якщо роботи знаходяться на початковому етапі досліджень забудови, то потрібно виконати комплексне моделювання об'єкта в майбутньому у взаємодії з навколишнім ландшафтом і архітектурою.

Точки вимірювання фотографують з перенесенням значень реальних масштабів як дані для різних комп'ютерних програм, завдяки чому об'єкт можна змоделювати у взаємодії з навколишнім екстер'єром.

Пристрій нівеліра оптичного типу

Даний прилад включає в себе чотири ключових елементи:

• зорову трубу оптичного типу. Принцип її роботи передбачає вільний рух у горизонтальній площині. Ключовою функцією такої труби є те, що вона наводить систему на об'єкт зйомки;
• рівень циліндричний. Така деталь - це дуже чутливий пристрій, він потрібен для того, щоб точно визначити орієнтованість нівеліра щодо відвісу. Визначити точність розміщення горизонтальної осі можна за знаходженням бульбашки рівня в т. зв. «нуль-пункті»;
• трегер - це підстава для оптичної труби з трьома гвинтами, за допомогою яких регулюється висота;
• елеваційний гвинт - він потрібен для однозначного орієнтування. Щоб визначити параметр, потрібно привести в горизонтальне положення візирну лінію пристрою.

А ще в конструкції оптичних нівелірів останнього покоління часто передбачений вбудований компенсатор. Він потрібен для підтримки нівеліра в строго горизонтальному положенні. Це виключає похибки, які можуть бути спровоковані навіть незначним нахилом пристрою, а геодезична зйомка буде більш точною.

Вибирати той чи інший тип пристрою потрібно залежно від точності вимірювань та рівня проведених робіт.

Що таке нівелір і нівелювання

Нівелір є технічним приладом, за допомогою якого геодезисти і будівельники роблять вимірювання висотних точок. Його головним завданням у процесі вимірювання стає побудова стабільної горизонталі, щодо чого будь-яке відхилення буде помітним.

Нівелювання є складним процесом, освоїти які не так легко, але можливо ФОТО: geobest.dp.ua

Іншими словами, за допомогою нівеліра визначається різність висот двох і більше точок поверхні землі по відношенню до умовного рівня (наприклад, водойму).

Робота з нівеліром математичного типу

Принцип роботи нівеліра тригонометричного типу ґрунтується на вимірах нахилу візирних ліній з кожної точки. При роботі з цим інструментом визначаються перевищення між точками, а також важливо виміряти при розрахунку і вертикальні кути. При тригонометричному нівелюванні визначаються з однієї станції майже будь-які піднесення між точками, які мають хорошу видимість. Точність розрахунку може обмежуватися тільки впливом оптичних переломів і ухилень на відвісних лініях, особливо якщо це гірські місцевості.

Визначати перевищення потрібно за виміреними кутами, які вийшли між лініями, отриманими за допомогою теодоліту візуванням двох точок, різницю між якими і шукають. Робота з геометричним нівеліром проводиться не тільки з самим приладом, але і з рейками. При роботі таким пристосуванням отримують результати вимірювань за рахунок різниці між червоними і чорними позначками, значення яких беруться з рейки, розташованої горизонтально.

Це найпростіший метод, розрахунок можна легко зробити, перебуваючи в одній точці і за умови, що перевищення буде не більше довжини самої рейки. Вимірювати поверхню таким нівеліром в гірській місцевості не вийде, розрахунок не буде точним і ефективним. Перевищення таким інструментом визначається візуванням горизонтальних променів (поєднанням ліній на шкалі інструменту і на горизонті або предметі, з якого ведеться замір), а обчислення проводиться за рахунок різниці висот, зазначених рейком. Точність такого нівелювання становить від 1 до 2 мм (якщо це технічний розрахунок) і до 0,1 мм (для вимірювань 1 класу).

Класи нівелювання

Існують різні класи нівелювання. Ключовими висотними основами є перший і другий клас.

Нівелювання першого класу має високу точність робіт. Цей результат можна отримати тільки із застосуванням якісних сучасних геодезичних пристроїв, за допомогою яких можна проводити дані вимірювання. І тільки ультрасучасні розробки дозволять не допускати навіть дрібних похибок і навіть стандартних помилок.

Конструкція даного обладнання включає в себе плоскопараллельну пластину, яка виступає в ролі складового елемента мікрометра. Дану деталь ставлять перед об'єктивом рухомої глядацької труби, а ще такий оптичний нівелір повинен бути оснащений компенсатором або ж контактним рівнем, в якому бульбашка відрізняється в полі зору труби. Є кілька видів оптичних нівелірів, які застосовуються для виконання робіт першого класу. Всі їхні функціональні особливості цілком повинні відповідати всім потрібним вимогам.

Для проведення нівелювання другого класу теж потрібно застосовувати високоточні оптичні прилади. Їх конструкція передбачає наявність плоскопараллельних пластин, а також компенсатора або ж контактного рівня. Як і в попередньому випадку, є спеціальні види прилади для цієї роботи, але також можна застосовувати і ті пристрої, що пройшли сертифікацію і мають необхідний рівень точності.

Щоб виконувати вимірювання третього класу, потрібен оптичний нівелір, оснащений вбудованим компенсатором, а для четвертого класу потрібен прилад з рівнем і компенсатором. Залежно від класифікації нівелювання, оптичні прилади бувають таких видів:

• високоточні;
• точні;
• технічні.

Нівелір - особливості пристрою, область застосування

Нівелір на будівництві - незамінний прилад. За його допомогою можна знайти рівень знаходження певних точок щодо конкретної бази. Перед початком будь-якого будівництва проводять планування ділянки, що передбачає усунення нерівностей. Найпростіше це зробити з використанням нівеліру. Без цього приладу не обійтися при виконанні багатьох інших робіт - при облаштуванні фундаменту, затоці підлог, установці опалубки.

Приклад нівеліра

Конструктивні особливості

Конструкція нівеліра

Основним конструктивним елементом нівеліра називають зорову трубу. Вона оснащена системою лінз, які здатні збільшувати зображення в двадцять і більше разів. Цей елемент змонтовано на спеціальній підставці - трегері. Вона має три підйомні гвинти, за допомогою яких прилад можна виставляти точно за рівнем. Для полегшення цього процесу на підставці присутній бульбашковий рівень.

У конструкції агрегату присутній і штатив. Краще вибирати алюмінієві варіанти, які легкі і міцні. У деяких приладах присутній лімб, за допомогою якого можна виміряти або побудувати кути.

У складі зорової труби є маховик. Ви можете налаштувати різкість зображення. Щоб підлаштувати прилад під гостроту зору конкретної людини, застосовується регулятор на окулярі.

Додаткове оснащення та інвентар

Основні елементи керування нівеліром

Щоб працювати з нівеліром, необхідно придбати не тільки сам прилад зі штативом, але і деяке додаткове оснащення. Потрібно мати спеціальну рейку з нанесеними на її поверхню поділами і цифрами, що полегшить виконання відповідних вимірювань. Шкала представлена у вигляді червоних і чорних смужок, що мають ширину 1 см.

На планці знаходяться цифри з кроком в 10 см. Вимірювальна величина - дециметри, а всі цифри написані в двозначному вигляді. 60 см позначається як 06, 120 см - 12 тощо. Для зручності роботи кожні з п'яти смужок об'єднані вертикальною лінією. Тому вся планка покрита своєрідними літерами Е - у звичному і дзеркальному вигляді.

Деякі старі моделі нівелірів перевертають зображення, тому на рейку всі цифри знаходяться в такому ж незвичному вигляді. До кожного нівеліру обов'язково додається паспорт і керівництво щодо застосування. У документації до приладу вказується дата останньої повірки, що гарантує його ефективність роботи.

У стандартну комплектацію до кожної моделі входить і інший інвентар:

• захисний футляр для зберігання зорової труби;
• ключ для виконання обслуговування;
• відвіс для встановлення приладу строго в зазначеній точці;
• м'яка тканина для обробки лінз.

Аксесуари для лазерних нівелірів

Види нівелірів, їх призначення

Нівеліри підрозділюються на підгрупи за двома показниками: точність замірів і принцип функціонування. За першим параметром виділяються такі різновиди:

• високоточні. Помилка в замірах становить 0,2-0,5 мм на 1 км. дв. ходу;
• точні. Помилка в замірах 0,5-2,0 мм на 1 км. дв. ходу;
• технічні. Помилка в замірах 2-10 мм на 1 км. дв. ходу;

Щоб розмітити місцевість, визначити перепади рельєфу і зробити прив'язку до конкретних точок, підходять найпростіші вироби з невисокою точністю ФОТО: stroibloger.com

Під час проведення робіт на кожному їх етапі важливо точно записувати дані приладу, щоб виключити можливі помилки. За принципом функціонування вироби поділяють на:

• геометричні. Відбувається випромінювання візуючого променя, нівелір приводиться в горизонтальну позицію, що дасть можливість заміряти різницю в розташуванні точок. Точки потрібно відзначити на території за допомогою спецрійок. Подібне нівелювання буває просте або складне (проводиться з 1 або більше точок, які послідовно змінюються);
• тригонометричні. Пристосування, які називають теодолітами незамінними при вимірюванні допустимих рівнів нахилу. Між пристроєм і контрольною точкою вимірюють дистанцію і нахил, а потім за формулою розраховують шукану величину;
• гідростатичні. Пристрої, які складаються з двох повідомлених судин. У них за рівнем рідини визначається різниця висот у різних позначках. Подібні судини, які з'єднуються між собою за допомогою шланга або рукава, встановлюються в контрольних позначках. Методика досить точна, проте обмежується по дистанції протяжністю рукава або шланга;
• оптико-механічні. Пристрої, які дають можливість визначити параметри точок за допомогою світлового променя і спецрієк. Пристосування оснащуються оптичною трубою, щоб робити візуальні спостереження. Щоб робити вимірювання таким пристроєм, потрібні спецнавички і вміння;
• лазерні. Точні пристосування, які проектують вузькоспрямований промінь за допомогою лазера на різні поверхні. Подібні вироби відрізняються простотою в застосуванні і дають можливість працювати як з точками, так і з площинами;
• цифрові. Лазерні або оптичні вироби, що відображають отримані дані в цифровому вигляді, будуть запам'ятовувати їх, а в деяких випадках частково аналізувати. Пристосування високоточні і дають можливість не вдаватися до допомоги асистента. Однак, вони дорогі і сприйнятливі до механічного пошкодження.

ФОТО: bouw.ru

Нівеліри можна використовувати для різних завдань, де необхідно ідеально рівно співвіднести положення двох точок відносно один одного горизонтально, або вертикально. Наприклад, рівня нахилу будівлі щодо його фундаменту.

Призначення нівеліра - як працюють прості закони фізики?

А ось для чого потрібен нівелір гідростатичного типу? Принцип роботи таких приладів заснований на властивості рідин у судинах завжди затримуватися на одному рівні. Положення не повинно змінюватися від висоти точок, де б не були встановлені судини. Це один з найефективніших методів, а розрахунки при такому нівелюванні найточніші, і можна визначити різність висоти між точками, навіть якщо відсутня взаємна видимість, саме в таких місцях не можуть працювати описані вище моделі. Єдиний недолік таких вимірювань - різність висоти обмежується довжиною найбільшої з усіх трубок, які з'єднані за допомогою шлангів.

Барометричний нівелір видає принцип роботи у своїй назві, все виконується барометром, наявним в даному інструменті. Розрахунок ведеться за даними значень з атмосферного тиску з використанням спеціальної барометричної формули. А принцип роботи радіолокаційних нівелірів ґрунтується не тільки на вимірах радіовисотомерів, а також і на вимірах ехолотів. Вони встановлюються на повітряні та водні суди. Профіль вимірювань викреслюється за прохідними шляхами.

Принцип роботи під час зйомок

Щоб не допускати помилок і розуміти принцип роботи пристрою, потрібно знати, як він влаштований зсередини і які існують його види. Найпоширеніші оптичні прилади мають різний ступінь точності вимірювання. Зазвичай вони складаються з зорової труби зі спеціальним циліндричним рівнем, за допомогою якого можна контролювати горизонт оптичної осі.

Крізь оптичну призматичну систему зображення проектується в оптику труби, а потім постійно контролюється. Для того щоб правильно його налаштувати для виконання вимірювальних робіт, потрібно уважно прочитати інструкцію. Завдяки спеціальним гвинтовим механізмам (азимутальним, підставковим та елеваційним) можна забезпечити максимальну точність виставленого горизонту. Пристрій ставлять на спеціальну треногу з віссю обертання.

Щоб результати вимірювань були точнішими, а похибки у визначенні відстані між різними точками були зведені до мінімуму, слід використовувати нівеліри цифрового типу. Але для них потрібно мати рейки зі спеціальними штрих-кодами, завдяки яким забезпечується автоматична реєстрація даних за допомогою мікропроцесорів.

Принцип роботи даного нівеліра можна побачити в інтернеті в спеціальних роликах. Якщо подібні рейки відсутні, дані види нівелірів застосовуються за аналогією зі звичайними оптичними.

Але пам'ятайте, що перед застосуванням навіть найпростішого оптичного нівеліра його слід піддати таким перевіркам:

• рівня при трубі;
• рівня круглого;
• горизонтальності мереж ниток.

Крім цього, за рівнем можуть перевіряти і вертикаль мережі ниток розмітки пристрою з рівнем при трубі.

Важливими показниками виступають ще ціна поділу рівня при трубі, а також її короткість. Це дозволяє визначити придатність.

Самі роботи можуть виконуватися із застосуванням оптичних, а також водяних або лазерних рівнів.

Визначення перевищення точок

Як встановити інструмент ми розібралися, тепер розглянемо, як визначати за допомогою нівеліра різність висот двох і більше точок. Для цього нам знадобиться рейка і помічник, який буде рейку тримати і переносити туди, куди потрібно.

Вибираємо першу точку вимірювання (позначимо її «а»), на яку помічник ставить рейку по можливості вертикально. Вертикальність можна налаштувати за вертикальною ризиком візирної сітки, подаючи відповідні сигнали помічнику.

Наводимо прилад на рейку, спочатку приблизно, користуючись «прицілом» зверху труби. Дивимося в окуляр і, обертаючи маховик, домагаємося чіткої видимості рейки.

Знімаємо свідчення. Для цього дивимося, між якими значеннями рейки виявилася горизонтальна лінія візирної сітки, додаємо до нижнього значення кількість сантиметрових поділів між лінією значення та лінією візиру приладу (або, якщо це зручніше, віднімаємо з верхнього значення).

Наприклад, ризику лягла трохи більше ніж на три поділи вище цифри 15. Потрібно записати в блокноті значення 153, округляючи до сантиметра в більшу або меншу сторону.

Даємо команду помічнику перенести рейк