РIВНI ТА КОМПЕНСАТОРИ НАХИЛУ

6.1 Основнi вiдомостi про рiдиннi рiвнi

6.2 Дослiдження рiвнiв

6.3 Електронні рівні

6.4 Компенсатори нахилу

Основнi вiдомостi про рiдиннi рiвнi

У геодезiї використовують цилiндричнi та круглi рiвнi. Як правило, цилiндричнi рiвнi використовують для точного приведення осей у певне положення, а круглi рiвнi, які менш точнi, використовують для попереднього встановлення осей. За точнiстю рiвнi дiлять на:

- настановні з точнiстю встановлення осi 5-10 мiнут. Використовують, наприклад, для нiвелiрних рейок;

- точнi, які забезпечують точнiсть – 30″. Використовують у будiвництвi, геодезичних приладах технiчної точностi;

- високоточнi рiвнi забезпечують точнiсть 10″ i менше. Використовують у високоточних геодезичних приладах. Зокрема, для астрономiчних приладiв використовують рiвнi з цiною дiлення 1-2 секунди.

Точнiсть виготовлення рiвнiв багато в чому залежить вiд якостi шлiфування внутрiшньої поверхнi. Чим якiснiше вiдшлiфована ампула, тим рiвень є бiльш чутливим. Перерiз ампули представляє собою дугу певного радiусу. В залежностi вiд радiусу дуги буде залежати цiна дiлення рiвня. Як правило, цi радiуси для геодезичних приладiв знаходяться в межах 0,7 - 40 метрiв, що вiдповiдає цiнi дiлення 10′ - 10″ . Чим бiльший радiус, тим точнiсть рiвня буде вищою. Рiдиннi рiвнi виготовляють з молiбденового скла.

Для менш точних рiвнiв рiдиною служить етиловий спирт. Для високоточних рiвнiв використовують ефiр етиловий. Ампула рiвня перед заповненням є вiдкритою лише з одного боку i пiсля заповнення її запаюють.

Якщо на рiвнi нанесенi шкали з двох бокiв, то такий рiвень називають реверсiйним.

Основною вимогою до заповнюючої рiдини є:

1) низька температура замерзання;

2) рiдина має бути якомога рухливiшою, тобто мати малу в'язкiсть.

Оптимальною вважається така пропорцiя мiж рiдиною та сумiшшю повiтря з парами рiдини, при якiй довжина бульбашки буде становити 1/3 вiд довжини ампули.

Змiна довжини бульбашки знижує точнiсть вимiрiв, а також приводить до незручностей при взяттi вiдлiка. Оскiльки рiдини, якi використовують для заповнення ампул, мають великий коефiцiєнт об'ємного розширення, то змiна температури буде приводити до змiни розмiрiв бульбашки. Для зменшення цього впливу в ампулу помiщають компенсацiйну трубку. Цю трубку виготовляють з такого матерiалу, що має велику теплоємнiсть. Таким чином, вона виконує свою функцiю завдяки:

1) зменшенню впливу рiзкої змiни температури;

2) зменшенню об'єму рiдини.

Наприклад, такий рiвень використовують у нiвелiрi Н-3.

Крiм цього, для зменшення впливу температури на розмiри бульбашки використовують рiвнi з компенсацiйною камерою. Компенсацiйну камеру використовують таким чином: якщо розмiри бульбашки бiльшi вiд оптимальних, то нахиляють рiвень таким чином, щоб компенсацiйна камера була вгорi. Пiсля цього рiвень легенько струшують. При цьому частина повiтряної сумiшi перейде в компенсацiйну камеру. Таким чином зменшуються розмiри бульбашки. Для збiльшення розмiрiв бульбашки треба повернути рiвень так, щоб компенсацiйна камера була знизу, після чого знову легенько струшуємо рiвень.  Такий рiвень використовують у нiвелiрi Н-05.

Точнiсть рiвня визначається його цiною дiлення, тобто кутом, на який треба нахилити рiвень, щоб бульбашка змiстилась на одне дiлення. Як правило, дiлення на рiвнях наносять через два мiлiметри.

Шкала на рiвнях може оцифровуватись двома способами:

1) дiлення 0 ставлять з крайнього лiвого кiнця ампули;

2) дiлення 0 спiвпадає з серединою рiвня, а оцифрування ведеться влiво i вправо.

Нуль-пункт рiвня – це середня точка ампули рувня. Точнiсть встановлення бульбашки рiвня в нуль-пункт залежить вiд способу взяття вiдлiку. Вiдлiк можна брати неозброєним оком. При цьому точнiсть приведення бульбашки в нуль-пункт буде становити 0,14t, де t – ціна поділки рівня. При використаннi дзеркал точнiсть приведення в нуль-пункт буде становити 0,1 t , а при використаннi контактного цилiндричного рiвня – 0,04 t. Тобто використання контактного цилiндричного рiвня дозволяє в порiвняннi зi взяттям вiдлiку неозброєним оком пiдвищити точнiсть майже в чотири рази.

Дослiдження рiвнiв

Дослiдження рiвнiв полягають в основному у визначеннi їх цiни дiлення. Для цього використовують в основному два методи:

1) за допомогою екзаменатора;

2) методом Комстока.

Екзаменатор представляє собою станину, на якiй прикрiплений високоточний рiвень. Станину за допомогою пiдiймальних гвинтiв можна нахиляти в обидва боки. Дослiджуваний рiвень прикрiплюють до станини. Нахиляючи станину визначають цей нахил за допомогою екзаменатора i дослiджуваним рiвнем. Таким чином, можна знайти цiну дiлення рiвня.

Визначення цiни дiлення рiвня методом Комстока. Цей метод використовують для приладiв, що мають оцифрований горизонтальний круг. До початку дослiджень треба дуже точно виправити настановний рiвень. Порядок дослiджень полягає у виконаннi таких дiй:

1) встановлюють прилад таким чином, щоб один з пiдiймальних гвинтiв був у створi з вибраною точкою;

2) приводять прилад у робоче положення i визначають вертикальний кут на вибрану марку;

3) змiнюють вiдлiк на вертикальному крузi на 1 ;

4) за допомогою пiдiймального гвинта добиваються сумiщення перехрестя сiтки ниток з вибраною маркою;

5) повертаючи верхню частину приладу спочатку влiво, а потiм вправо, визначають такi установки, при яких бульбашка рiвня буде займати крайнє положення;

6) визначивши вiдлiки на горизонтальному крузi при описаних поворотах приладу, знаходять рiзницю вiдлiкiв i дiлять її на чотири iнтервали;

7) повертаючи прилад беруть вiдлiки на рiвню на рiзних iнтервалах.

Таким чином, виконують один пiвприйом.

8) для виконання другого пiвприйому повертають прилад на 180° i виконують аналогiчнi дiї;

9) знаходять середнє змiщення бульбашки мiж iнтервалами в першому та другому пiвприйомах, а також загальне середнє значення;

10) величину пiвдiлення рiвня визначають за формулою:

,                       (6.1)

де τ – ціна ділення рівня в секундах;

ΔА – величина інтервалу у мінутах;

І° - нахил зорової труби в градусах;

nсер – середнє зміщення бульбашки у півділеннях рівня.

Електронні рівні

Взяття вiдлiку на рiдинному рiвнi має певнi обмеження за точнiстю, тому для високоточних вимiрювань і автоматизацiї вимiрiв використовують електроннi рiвнi. Наведемо схему, одного з таких рiвнiв.

Рисунок 6.1 – Схема електронного рівня

Мiж двома катушками з iндуктивнiстю L1 i L2 розмiщують вiльно пiдвiшений стержень з вантажем. При нахилi опорної пластини стержень нахиляється i вiдповiдно змiнюється вiддаль мiж стержнем та катушками. Це, в свою чергу, призводить до змiни iндуктивностi катушок, якi пiдключенi до мостової схеми. Одержану змiну фіксують на шкаловому або цифровому табло у кутовiй мiрi. Точнiсть вимiрювання кутiв нахилу за допомогою електронних рiвнiв становить 0,1″ – 0,2″. У зв'язку з цим дуже високi вимоги представляють до якостi шлiфування нижньої опорної частини рiвня.

Компенсатори нахилу

У геодезичних приладах використовують три типи компенсаторiв:

1) рiдиннi;

2) механiчнi;

3) оптико-механiчнi.

Рiдиннi компенсатори базуються на властивостi рiдини займати горизонтальне положення. Вибравши за рiдину, наприклад, ртуть, можна регулювати хiд променiв у оптичних системах.

Суть механiчних компенсаторiв полягає в тому, що використовують властивiсть тiл, які вільно висять, займати вертикальне положення. Використовуючи це, в деяких нiвелiрах добиваються перемiщення сiтки ниток у вiдповiдностi до нахилу для приведення вiзирної осi в горизонтальне положення.

У сучасних геодезичних приладах в основному використовують оптико-механiчнi компенсатори:

1) лiнзовi;

2) дзеркальнi;

3) призменнi.

Назви груп компенсаторiв встановлюють залежно вiд того, якi є оптичнi елементи.

Найбiльш досконалими є призменнi компенсатори. Покажемо схематично хiд променiв у приладах з призменним компенсатором.

У цiй системi пентапризму використовують для змiни напрямкiв променiв на 90°, а вiльно пiдвiшену призму використовують для компенсацiї незначних нахилiв приладу. Така система дозволяє виготовляти нiвелiри у виглядi вертикальних колон (рис. 6.2).

Рисунок 6.2 – Призменний компенсатор

Помилки нiвелiрiв з компенсаторами дiлять на такi основнi види:

1) помилки, обумовленi нахилом вертикальної осi приладу. Цi помилки особливо вiдчутнi, якщо неправильно виправлений настановний рiвень;

2) при рiзних вiддалях до рейок виникає необхiднiсть у перефокусуваннi зорової труби, а оскiльки, у рiвняннi компенсатора одним з елементiв є фокусна вiддаль, то це приводить до змiни положення вiзирної осi. Цю помилку зменшують за допомогою спецiальних оптичних систем. Такi прилади також потребують додаткових дослiджень;

3) помилки, обумовленi неточнiстю виготовлення оптичних елементiв та їх конструюванням.

До нiвелiрiв з компенсаторами ставлять такi вимоги:

1) кожен тип нiвелiра повинен мати встановлений дiапазон дiї компенсатора;

2) для нiвелiрiв типу Н-3К середня квадратична помилка встановлення вiзирної осi в горизонтальне положення не повинна перевищувати 0,5″;

3) систематична помилка на одну мiнуту нахилу вертикального круга не повинна перевищувати для Н-3К - 0,3″;

4) час затухань коливань не повинен перевищувати 2 сек.

Вiдповiдно до цих вимог виконують дослiдження нiвелiрiв з компенсаторами.

Для визначення середньої квадратичної помилки встановлення вiзирного променя в горизонтальне положення та визначення систематичної помилки при нахилi на 1′ виконують такi дiї:

а) визначають перевищення мiж двома точками при вiддалях до рейок 5, 25, 50, 75 метрiв. При цьому перевищення визначають при рiзних положеннях бульбашки рiвня: на серединi, ближче до об'єктива, ближче до окуляра, ближче до зорової труби, якнайдалi вiд зорової труби;

б) маючи вiдлiки на рейцi визначають перевищення, на основi яких визначають шуканi параметри.

Для визначення часу затухань коливань виконують такi дiї:

а) приводять нiвелiр у робоче положення;

б) наводять зорову трубу на рейку;

в) легенько вдаряють по нiвелiру i вмикають секундомiр;

г) дивлячись на рейку, визначають момент зупинки коливань i знову легенько вдаряємо по нiвелiру;

д) аналогiчнi дiї виконуємо 10 разiв i фiксуємо в кiнцi час за секундомiром;

е) одержаний час дiлять на 10 i отримують перiод затухань коливань, який має бути не меншим 2 секунд.

Контрольні запитання

1 Які рівні використовують в геодезії?

2 Класифікація рівнів за точністю.

3 Що собою представляє циліндричний рівень?

4 Який рівень називають реверсійним?

5 Яка основна вимога до заповнюючої рідини рівня?

6 В якому випадку використовують рівні з компенсаційною камерою?

7 Чим визначається точність рівня?

8 Як оцифровується шкала на рівнях?

9 Що таке нуль-пункт?

10 Які є методи визначення ціни ділення рівнів?

11 Суть методу за допомогою екзаменатора.

12 Суть методу Комстока.

13 Принцип дії електронного рівня.

14 Які є типи компенсаторів?

15 Суть рідинних і механiчних компенсаторів.

16 Хiд променiв у приладах з призменним компенсатором.

17 Які помилки нівелірів з компенсаторами?

18 Які вимоги ставлять до нівелірів з компенсаторами?

19 Які дослідження нівелірів з компенсаторами виконують?

 7 ОСЬОВI СИСТЕМИ, ЗАКРIПНI ТА НАВIДНI ГВИНТИ

7.1 Осьові системи

7.2 Закріпні та навідні гвинти

7.3 Будова едеваційного гвинта

Осьові системи

Одним з основних елементiв геодезичних приладiв є осьовi системи. Цi системи забезпечують обертання приладу чи його окремих частин вiдносно горизонтальної чи вертикальної осей. У залежностi вiд цього осьовi системи дiлять на вертикальнi та горизонтальнi. Прикладом горизонтальної осьової системи є система обертання зорової труби нiвелiра.

До осьових систем представляють дуже високi вимоги. Точнiсть виготовлення елементiв осьових систем повинна складати 0,5 - 1 мiкрона. Проміжок мiж елементами осьових систем має бути в межах 0,5 - 1 мiкрона. Зменшення проміжку не допускається, оскiльки при цьому масляне мастило не буде ефективно працювати, а при бiльшому проміжку буде вiдбуватись ефект "вiсiмки".

У XIX i XX столiттях вертикальнi осьовi системи виготовляли у виглядi конуса. Недолiком цiєї системи є те, що на осьову систему дiють навантаження, обумовленi вагою приладу. Пiзнiше стали використовувати цилiндричнi осьовi системи (рис. 7.1).

Рисунок 7.1 – Циліндрична осьова система

Такi системи дозволяють зменшити вплив ваги приладу на осьову систему, а все навантаження буде передаватись на верхню та нижню частини.

Для опирання цилiндричних осей на пiдставку використовують п'ятку у виглядi конуса або шару (рис. 7.2)

Рисунок 7.2 – Осьова система у вигляді конуса

У цьому випадку основне навантаження буде на п'ятку. Боковi поверхнi осi будуть одержувати незначне навантаження.

У сучасних геодезичних приладах для компенсацiї навантаження та забезпечення плавного обертання використовують шаропiдшипники. Їх розмiщують у верхнiй та нижнiй частинах осьової системи. Використання шаропiдшипникiв дозволяє зменшити зношування осей, при цьому стирання шарiв буде хаотичним i вiдповiдно рiвномiрним.

Закріпні та навідні гвинти

Закрiпнi гвинти використовують для закрiплення вертикальних та горизонтальних осей. До них ставлять такi вимоги:

1) закрiпнi осi повиннi бути надiйними;

2) закрiпнi гвинти повиннi дiяти при незначних зусиллях;

3) дiя закрiпних гвинтiв не повинна призводити до зношування поверхнi осi.

Найпростiший закрiпний гвинт використовують у деяких типах трегерiв (рис. 7.3).

Рисунок 7.3 – Закріпний гвинт у трегері

Розглянемо конструкцiю одного з навiдних гвинтiв (рис. 7.4)

Рисунок 7.4 – Закріпний і навідний гвинт

При вiдкрiпленому закрiпному гвинтi вiсь вiльно обертається незважаючи на охоплення її механiзмом закрiплення та наведення. При вкручуваннi закрiпного гвинта вiн опирається на вiсь i вона може перемiщуватись лише з цим механiзмом. За допомогою навiдного гвинта можемо перемiщувати механiзм закрiплення та наведення. Таким чином, можемо перемiщувати i вiсь приладу. З рис. 7.4 бачимо, що:

1) навiдний гвинт не буде працювати, якщо закрiпний гвинт не буде опиратись на вiсь;

2) навiдний гвинт може працювати у певних межах.

Будова елеваційного гвинта

Покажемо схематично на рис. 7.5 будову механiзму елевацiйного гвинта.

Рисунок 7.5 – Схема елеваційного гвинта

Принцип дiї елевацiйного гвинта полягає в такому:

1) при вкручуваннi елевацiйного гвинта перемiщується конус, що приводить до пiдняття штока i вiдповiдно зорової труби;

2) при викручуваннi елевацiйного гвинта пiд дiєю пружини конус буде перемiщуватись в протилежну сторону, що приведе до опускання штока i вiдповiдно зорової труби.

Горизонтальнi осi використовують для обертання зорової труби у вертикальній площині.

Контрольні запитання

1 Що таке осьова система і принцип її роботи?

2 Назвіть приклад горизонтальної осьової системи.

3 Які вимоги ставлять до осьових систем?

4 Циліндрична осьова система.

5 Які осьові системи використовують в сучасних геодезичних приладах?

6 Для чого використовують закріпні гвинти?

7 Які вимоги ставлять до закріпних гвинтів?

8 Які особливості роботи навідного гвинта?

9 Схема елеваційного гвинта.

10 Який принцип дії елеваційного гвинта?