Шевченко Т.Г., Мороз О.І., Тревого І.С. Геодезичні прилади

Подождите немного. Документ загружается.

150

Рівні. Компенсатори нахилу 150

Переміщення бульбашки визначають, відраховуючи її кінці

на шкалі ампули. Кількість поділок п, на яку перемістилась

середина бульбашки, становить

+П, Л

+ П

п = —

-, (4.16)

2 2

де Лі, П\ - початковий відлік лівого та правого кінців бульбашки

відповідно, Л

, П

- такі самі відліки, але кінцеві. Для того, щоб

перемістити бульбашку на п поділок шкали рівня у кроці,

потрібно витратити к поділок шкали мікрометричного гвинта.

Тому

ц-к, (4.17)

де // - ціна поділки шкали мікрометричного гвинта.

З виразів (4.15) та (4.17)

т = (4.18)

Зазвичай за п приймають середнє з усіх кроків п

ср

виражають його у півподілках. Оцінюють точність визначення п

ср

та ціни півподілки рівня г/2 згідно із залежностями (4.13) і

(4.14). Приклад визначення ціни поділки рівня на екзаменаторі

подано у табл. 6д додатків. Крім визначення ціни поділки рівня,

на основі виконаних досліджень можна робити висновок про

якість виготовлення ампули рівня. Наприклад, розходження у

середніх значеннях переміщення бульбашки для тих самих

ділянок шкали із прямого та зворотного ходів свідчить про те, що

кривина радіуса шліфування внутрішньої поверхні ампули не є

сталою для всієї довжини ампули. Порівнюючи середні пере-

міщення бульбашки у прямому та зворотному ходах, можна

робити висновок про якість шліфування ампули. Чутливість рівня

визначають також на екзаменаторі. Для цього фіксують відліки

кінців бульбашки і відповідний їм відлік шкали мікрометричного

гвинта екзаменатора. Злегка повертають гвинт і знову вста-

новлюють його початковий відлік. Якщо відліки кінців буль-

башки залишаються тими самими, чутливість рівня можна вва-

жати достатньою.

Рівні. Компенсатори нахилу 151

Великі прецизійні екзаменатори дають можливість визна-

чити ціну поділки рівня з точністю до 0",І. Крім дотримання

перерахованих раніше умов, під час дослідження рівня на преци-

зійних екзаменаторах рівень закривають захисним прозорим

склом, щоб захистити його від теплового впливу дослідника.

Поздовжню вісь екзаменатора розвантажують за допомогою

противаг, щоб не навантажувати мікрометричний гвинт. Ще

вищої точності досягають, замінивши мікрометричний гвинт

спеціальним інтерферометром. Нахил екзаменатора відлічують за

інтерференційними смужками однакової ширини.

Рівні, призначені для приведення вертикальної осі прилада,

наприклад, теодоліта, у прямовисне положення, відповідно юс-

тують. Вісь рівня має бути перпендикулярною до вертикальної

осі приладу. Повертають рухому частину приладу так, щоб вісь

рівня була паралельною до лінії, що з'єднує два підіймальні

гвинти і, обертаючи ці гвинти у різні боки, встановлюють

бульбашку рівня у нуль-пункт. Повернувши рівень у положення

перпендикулярне до попереднього, третім підіймальним гвинтом

встановлюють бульбашку у нуль-пункт. Знову повертають

рухому частину приладу, але у протилежний бік і розташовують

вісь рівня паралельно до лінії, що з'єднує два підіймальні гвинти,

відносно яких рівень встановлювали початково. У разі

необхідності встановлюють бульбашку у нуль-пункт. Повертають

рухому частину приладу на 180°. Якщо бульбашка залишилась у

нуль-пункті, вісь рівня перпендикулярна до прямовисної осі

приладу. Якщо бульбашка змістилась із положення нуль-пункту,

наприклад, на дві поділки, половину зміщення, тобто на одну

поділку повертають бульбашку до нуль-пункту тими самими

підіймальними гвинтами, а на другу половину зміщення, тобто

ще на одну поділку, бульбашку повертають у нуль-пункт

виправними гвинтами рівня. Перелічені дії повторюють доти,

доки вісь рівня не стане перпендикулярною до вертикальної осі

приладу.

152 Рівні. Компенсатори нахилу 152

4.3. Електронні та пружні рівні

Для вимірювання малих кутів нахилу з високою точністю

використовують електронні рівні. Основою електронних рівнів є

здебільшого індуктивні давачі. Електронний рівень (рис. 4.10, а)

звичайно складається з основи 1, у вертикальних стійках якої

встановлено по котушці індуктивності К\ і Кі, виконаних на

феритових осердях, ЩО мають Індуктивності Ь\ І Ьї відповідно.

Між котушками на плоскій пружині 2 підвішено маятник 3, що

складається із залізних пластин. Коли основа рівня встановлена

горизонтально, зазори 8у і Зі між маятником та магнітопроводами

4 однакові ($ = <%). Котушки К\ і К

відтаровують так, щоб вони

мали однакову індуктивність Щ = Ь

) і вмикають у мостову

схему (рис. 4.10, б) з опорами і К

. До однієї із діагоналей

мостової схеми підведено змінну напругу, а інша навантажена

реєструвальним приладом, наприклад, мікроамперметром через

підсилювач П. За умови рівності зазорів між магнітопроводами і

маятником = <%) та рівності індуктивностей Ь\ і струм у

діагоналі мостової схеми, навантаженої на реєструвальний

прилад, буде дорівнювати нулеві. Якщо основу рівня нахилити,

зазори 5\ і Зі зміняться (<5, Ф Внаслідок цього зміняться

індуктивності Ь\ і

1-а

котушок К\ і К

відповідно. Мостова схема

розбалансується, струм з'явиться і у другій її діагоналі, про що

буде свідчити зміна показів мікроамперметра. Шкалу мікроам-

перметра градуюють залежно від зміни кута нахилу. Наприклад,

в рівні Центрального науково-дослідного інституту геодезії,

аерофотогеодезії та картографії (ЦНИИГАиК, Москва) за нахилу

його на 0,1", що у лінійній мірі становить 0,04 мкм, кінчик

стрілки реєструвального приладу проходить

мм. Загалом

електронні рівні, у яких використовують індуктивні котушки, що

входять у мостові схеми, забезпечують точність 0,1" і краще.

Проте, як і високоточні рідинні рівні, вони чутливі до зовнішніх

умов: вологості, температури тощо. Електронні рівні викорис-

товують як самостійні прилади для прецизійного визначення

деформацій обладнання та інженерних споруд, а також як вузли

високоточних геодезичних приладів.

Рівні. Компенсатори нахилу

153

Рис. 4.10. Рівень електронний: а - принципова схема;

б - електрична схема; 1 - основа; 2 - плоска пружина; 3 - маятник;

4 - магнітопроводи (котушки індуктивності)

Пружний рівень (рис. 4.11) містить стержень довжиною І та

масою Р, який закріплено на нитці довжиною /,,, натягнутій між

опорами АА. Якщо нахилити пристрій на кут у, стержень скручує

нитку і відхиляється від прямовисного положення на кут со. Пружні

154

Рівні. Компенсатори нахилу 154

рівні використовують для вимірювання пришвидшення вільного

падіння, а також для компенсації нахилу в нівелірах.

Рис. 4.11. Схема пружного рівня

4.4. Компенсатори нахилу

Сьогодні нівеліри з рівнями поступилися "самовстанівним"

приладам, в яких використовується пристрій, який називають

компенсатором або компенсатором нахилу, що автоматично

змінює положення лінії візування, зокрема, установлює її гори-

зонтально. У нівелірах з компенсаторами не потрібне встанов-

лення бульбашки циліндричного рівня труби у нуль-пункт, а це

дало змогу підвищити продуктивність та точність знімання.

Прилад приводять у робочий стан за допомогою лише встанів-

ного сферичного рівня, а лінія візування встановлюється горизон-

тально автоматично - компенсатором.

4.4.1. Принцип компенсації нахилу.

Класифікація компенсаторів нахилу

Коли лінія візування нівеліра горизонтальна, промінь від

цілі, наприклад, рейки, проходить через горизонтальну нитку сітки

ниток. Якщо нахилити зорову трубу відносно горизонту на неве-

ликий кут /(рис. 4.12), промінь буде зміщений донизу або догори

від горизонтальної нитки сітки ниток на величину А, яка дорівнює

А = /•(§ У=/ У, (4.19)

де/- фокусна віддаль об'єктива.

Рівні. Компенсатори нахилу 155

Рис. 4.12. Положення горизонтального променя

у нахиленій зоровій трубі:

- горизонтальний промінь

Для того, щоб горизонтальний промінь попри нахил

зорової труби проходив через горизонтальну нитку сітки ниток,

необхідно перемістити перехрестя сітки ниток з положення С у

положення Со (рис. 4.13) або змінити напрямок візирного про-

меня так, щоб він перетнув горизонтальну нитку сітки ниток

(рис. 4.14).

Рис. 4.13. Компенсація нахилу зорової труби переміщенням

сітки ниток:

- горизонтальний промінь

Рис. 4.14. Компенсація нахилу зорової труби відхиленнями візирної осі:

1 - горизонтальний промінь

156

Рівні. Компенсатори нахилу 156

Переміщення сітки ниток або зміщення візирного променя

здійснюють автоматично, за допомогою розташованого у точці К

пристрою - компенсатора нахилу. В обох випадках сітка ниток

або візирний промінь переміщуються на величину А, яка до-

рівнює

Вираз (4.21) називають кутовим збільшенням компен-

сатора. Точку К, власне, компенсатор найчастіше розташовують

всередині зорової труби, тому він повинен мати невеликі розміри

та масу. Як звичайно, п > 1. Загалом компенсатор - це пристрій,

який змінює положення лінії візування, зокрема, встановлює її

горизонтально. Компенсатор нахилу містить рухомий елемент,

який займає певне положення під дією сили тяжіння, нерухомий

оптичний елемент (наприклад, призму) і демпфувальний (галь-

мівний) пристрій повітряного, магнітоіндуктивного або рідин-

ного способу дії. Залежно від типу рухомого елемента компен-

сатори, дещо умовно, можна поділити на механічні, оптично-

механічні та рідинні.

В механічних компенсаторах рухомим елементом є сітка

ниток, яка найчастіше підвішена на двох або трьох тонких

металевих нитках (в них /= 5, а п = 1). У нівелірах із таким

компенсатором, зокрема фірми "Філотехніка Сальмойрагі"

(Італія) моделі 5190, 5173, зорова труба має перископічну форму.

Оптично-механічні компенсатори (їх називають маят-

никовими) мають вільно підвішені дзеркала, призми або лінзи і у

геодезичних приладах застосовуються найчастіше.

В рідинних компенсаторах використовують властивість

вільної поверхні рідини бути горизонтальною внаслідок дії сили

тяжіння.

А = 8ІП Р

~ 8 (3 .

На основі залежностей (4.19) і (4.20) можна записати

(4.20)

(4.21)

Рівні. Компенсатори нахилу

157

4.4.2. Оптично-механічні компенсатори

Порівняно простими, але доволі дієвими та поширеними, є

компенсатори, в яких використовують вільно підвішені з

можливістю погойдування плоскі дзеркала. Відомо (1.2.1), що під

час повороту плоского дзеркала на кут у відбитий промінь

повертається відносно початкового напрямку на кут 2 у. Якщо

дзеркало як маятник має постійний кут нахилу до горизонту

<р,

воно, по суті, є компенсатором, в якого/= 2ї, а п = 2 (рис. 4.15).

Роботу дзеркального компенсатора показано на прикладі нівеліра

НЗК-1 (СРСР) (рис. 4.16).

Рис. 4.15. Схема компенсатора із дзеркалом, що коливається:

1 - положення дзеркала, коли зорова труба горизонтальна;

2 - положення дзеркала, коли візирна вісь зорової труби нахилена

Дзеркало 1 висить на чотирьох металевих нитках, з яких на

рис. 4.16 показано дві - АД і ВС. Дзеркало 2 прикріплене до

корпусу труби. Коли труба нівеліра горизонтальна (рис. 4.16, а),

площини дзеркал 1 і 2 паралельні між собою і нахилені до

горизонту на кути 45°. Відрізки променя: МИ - горизонтальний,

ИЕ - прямовисний, а ЕС, що проходить через горизонтальну

нитку сітки ниток, також горизонтальний. Конструктивно

а = Ь/2 . Коли нівелір нахилити на кут у (рис. 4.16, б), дзеркало 2

повернеться на кут у, сітка ниток підніметься і відрізок ЕС також

нахилиться на кут

у.

Дзеркало 1 повернеться на кут у/2 (оскільки

а = Ь/2). Кут між ним та променем МЛ^ становить 45°- у/2.

158

Рівні. Компенсатори нахилу 158

Відбитий від дзеркала промінь повернеться на подвійний кут

його повороту, тобто на кут у Внаслідок цього на дзеркало 2, яке

повернулося на кут у промінь ИЕ\ потрапить під тим самим

кутом, що й в першому випадку (рис. 4.16, а), відіб'ється від

нього і потрапить на сітку ниток, ідентично, як і у першому

випадку, хоча положення сітки у нахиленому нівелірі змінилося.

Отже, відлік рейки, видимий у нівелірі, не зміниться, незважаючи

на нахил нівеліра.

Рис. 4.16. Схема компенсатора нівеліра НЗК-1: а - вертикальна вісь

приладу прямовисна; б - прилад нахилений на кут у,

1 - рухоме дзеркало, 2 - нерухоме дзеркало

Дзеркальні компенсатори застосовують у самовстанівних

нівелірах багато відомих фірм, що випускають геодезичні при-

лади: "Асканія", "УОМЗ", "8ЮМ", "Зоккіа", "Кеш", "ТгітЬІе-

2еІ8§" та інші.

У нівелірі 4Н-2КЛ (УОМЗ, РФ) дзеркало компенсатора, яке

є рухомим вздовж візирної осі, слугує фокусувальним компо-

нентом (рис. 4.17). У названому приладі промені світла через

Рівні. Компенсатори нахилу

159

оптичний клин 1, яким виправляють головну умову нівеліра, та

об'єктив 2 потрапляють на плоске дзеркало-компенсатор 3, підві-

шене на берилійових нитках 9. Зображення цілі, яке формується

на відбивній поверхні призми 4, на якій вигравійовано сітку

ниток, розглядають через мікроскоп, що складається з пента-

призми 5, мікрооб'єктива 6, польової діафрагми 7 і окуляра 8.

Фокусування здійснюють переміщенням оправи 12 разом із дзер-

калом 3. Головна передня площина об'єктива збігається з пло-

щиною сітки ниток. Змінюючи зазор І, регулюють дію компен-

сатора. У нівелірі застосовано магнітоелектричний демпфер ком-

пенсатора.

Рис. 4.17. Оптично-механічна схема нівеліра 4Н-2КП:

1 - оптичний клин; 2 - об'єктив; 3 - плоске дзеркало-компенсатор;

4 - призма із сіткою ниток; 5 - пентапризма; 6 - мікрооб'єктив;

7 - польова діафрагма; 8 - об'єктив; 9 - берилійові нитки підвішування;

10- опори; 11 - магнітоелектричний демпфер; 12 - оправа

Дзеркальні компенсатори застосовують і в сучасних циф-

рових (електронних) нівелірах. На рис. 4.18 подано оптичну схе-

му електронного нівеліра Оі№ 10 (ТгітЬ1е-2еІ88) із дзеркальним

компенсатором. Зображення штрих-кодової рейки об'єктивом 1

формується у площині сітки ниток 7 та площині сенсорного