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

Подождите немного. Документ загружается.

310 Нівеліри

Будівельний лазерний нівелір НЛ30 (рис. 7.18) формує

лазерний промінь у двох взаємно перпендикулярних напрямках

або будує дві видимі площини: горизонтальну і вертикальну.

Положення лазерного променя або лазерних площин може

фіксуватися на спеціальній рейці або фотоелектричними прист-

роями-детекторами.

Деякі технічні дані лазерних нівелірів НЛ-20К і НЛ30

подано у табл. 7.8.

Таблиця 7.8

Технічна характеристика лазерних нівелірів НЛ-20К і НЛЗО

НЛ-20К НЛЗО

Точність

20" (±2 мм

ЗО"

(±2

мм

на 20 м)

на 15 м)

Діаметр лазерної плями на виході, мм

Джерело випромінювання - діодний

лазер

650 Нм

Потужність випромінювання, мВт

2,0

Гранична віддаль дії, м:

з приймачем 80

100

без приймача 30

Швидкість обертання пристрою

розгортки лазерної площини, об/хв

0...350 0...350

Джерело живлення (акумуляторна Вмонто- Знімна,

батарея)

вана, 4,5 В 4,5 В

Тривалість дії, год

Діапазон робочих температур

20...+50°С

Маса, кг 1,3

1,5

Фірма 8оккіа характеризує ЬР 30 і ЬР 31 як такі, що задо-

вольняють вимоги широкого спектра нівелювання у промисло-

вому та цивільному будівництві, а також використовуються під

час внутрішніх опоряджувальних робіт. Застосування у комплекті

з приладами приймального давача ЬК 100 істотно підвищує

ефективність нівелювання. ЬРЗО і ЬРЗІ мають високий ступінь

311 Нівеліри

вологоводозахисту, обладнані компенсатором маятникового типу

з повітряним демпфером, який забезпечує стабільне положення

лазерного випромінювання у вібронебезпечних місцях встанов-

лення приладу.

Деякі технічні дані ЬР ЗО і ЬР 31 подано у табл. 7.9.

Таблиця 7.9

Технічна характеристика лазерних побудовувачів

площин ЬР

ЗО

і ЬР 31

ЬР зо

ЬРЗІ

Точність

10"+1,5 мм на

30 м

15"+2,25 мм на

30 м

Діаметр лазерної плями 15 мм (на максимальній віддалі)

Джерело випромінювання

Діодний лазер 785 НМ

Гранична віддаль

дії, м

радіус 300 120 Гранична віддаль

дії, м діаметр

600 240

Швидкість обертання пристрою

розгортки лазерної площини

об./хв

600

Межі дії компенсатора

+10'

Джерело живлення

Акумулятор №-Сс1

Тривалість дії, год 20

Діапазон робочих температур

-Ю...+50°С

Маса, кг

2,5

Технічні характеристики лазерних нівелірів інших фірм

відрізняються від наведених граничною віддаллю дії або

точністю. Наприклад, лазерний нівелір Ріи.ч (8ресіга) забезпечує

1,5 мм на 30 м на віддалі до 600 м, а Ф410К ±1,5 мм на 100 м,

маючи граничну віддаль вимірювання 150 м.

7.4. Прилади для гідронівелювання

Залежно від призначення та конструкції прилади для

ідронівелювання поділяють на гідростатичні, гідродинамічні та

ідромеханічні.

312

Нівеліри

7.4.1. Гідростатичні нівеліри

Гідростатичні нівеліри застосовують звичайно для високо-

точного контролю встановлення конструкцій та механізмів, а

також для спостережень за осіданням споруд і обладнання. їхня

робота побудована на властивості вільної поверхні однорідної

рідини з однаковими параметрами встановлюватись на однако-

вому рівні у сполучених посудинах незалежно від поперечного

перерізу посудини (крім капілярів) і маси рідини. Поверхню

рідини, що перебуває у рівновазі, приймають за поверхню

віднесеності для контролю горизонтальності досліджуваної по-

верхні або положення окремих точок. Принципову схему

визначення перевищення гідростатичним нівелюванням наведено

на рис. 7.19, на якому показано дві сполучені посудини 1 і 2, що

встановлені на контрольованих поверхнях А і Б. Перевищення Ак

можна визначити, як у і геометричному нівелюванні

А к = Н

- Н

або згідно із рис. 7.19

Ак

{а

-а

)-(Ь,-Ь

), (7.1)

де а

і а

- висоти посудини або положення вихідних точок

відлічування (місць нулів) відносно робочої основи; і Ь

положення рівнів рідини у посудинах, тобто віддалі від вихідної

точки відлічування до поверхні рідини.

Таку саму рівність можна написати, якщо переставити

посудини

Ак

(а

-а

)-(Ь'

-Ь[), (7.2)

де Ь[ і Ь

- нові положення рідини у посудинах.

Розв'язавши сумісно рівняння (7.1) і (7.2), маємо

Ак^-Кь.-ь.УіК-ь;)}, (7.3)

а також

(а,-а

)

і[{Ь

+ (Ь

-Ь[)}, (7.4)

313 Нівеліри

де с - стала приладу, тобто різниця у положенні точок від-

лічування (місць нулів) у кожній гідростатичній посудині, яка

залежить від похибок виготовлення приладу. Звичайно замість

терміна "гідростатична посудина" вживають термін "гідроста-

тична головка", яка містить не тільки власне посудину з рідиною,

а й відлікові пристрої та інші допоміжні вузли. Місце нуля

головки, а, отже, і сталу приладу, визначають еталонуванням.

Рис. 7.19. Схема до визначення

перевищення гідростатичним нівелюванням:

1 і 2- посудини з рідиною; 3 - з'єднувальний шланг

Прилади для гідростатичного нівелювання можуть бути

переносними та стаціонарними. У переносних приладах рівень

рідини відлічують візуально або візуально-контактно. Візуальне

відлічування застосовують у гідронівелірах, що мають порівняно

невисоку точність відлічування рівня рідини, а відповідно й

нівелювання. У контактно-візуальних гідростатичних нівелірах

фіксують момент дотику вістря вимірювального штока з рівнем

рідини. Прикладом гідростатичного нівеліра із візуально-

контактним відлічуванням рівня рідини може бути нівелір

Мейссера (НДР), схема якого подана на рис. 7.20, де

- дзеркало;

2 - рівень сферичний; 3 - платівка з агату; 4 - репер; 5 - гвинт

переміщення вимірювального штока; 6 - повзун; 7 - вимірю-

вальний шток; 8 - головка приводу переміщення вимірювального

штока; 9 - посудина; 10 - гвинт; 11 - пружний болт.

314

Нівеліри

Рис. 4.20. Гідростатичний нівелір Мейссера

Вимірювальний шток 7 з'єднано з обоймою 6, яка ру-

хається у вертикальному напрямку, коли обертається гвинт 5.

Привід гвинта здійснюється головкою 8. Момент дотику вістря

вимірювального штока до поверхні рідини фіксується на мікро-

метричній шкалі з точністю 0,01 мм. Прилад має центральне

підвішування, причому як упор посадочного місця використана

агатова платівка. Прямовисний стан нівеліра контролюють сфе-

ричним рівнем 2, що має ціну поділки 15'. Діапазон вимірювання

перевищень нівеліром Мейссера - 100 мм. Якщо прилад уком-

315 Нівеліри

плектовано спеціальним розсувним штативом, діапазон його

установлення розширяється до 1,5 м із включенням у схему

нівелювання проміжних точок.

Контактно-візуальний спосіб відлічування рівня рідини

застосовують і у гідростатичному нівелірі УГС-115 (СРСР)

(рис. 7.21). Момент дотику вістря вимірювального штока 3 до по-

верхні рідини, а власне, відповідний відлік, фіксують на шкалі 2

мікрометричного гвинта 1. У дзеркалі 4 видно зближення двох

вістрів штока - дійсного і його зображення. Дотиканню вістрів

відповідає момент дотику вимірювального штока до рідини. При-

лад УГС-115 має встановлювальну поліровану плиту для

встановлення на поверхню, яку нівелюють.

Рис. 7.21. Принцип контактно-візувального відлічування:

1 - мікрометричний гвинт; 2 - шкала гвинта;

З - вимірювальний шток; 4 - дзеркало

Деякі технічні дані гідростатичних нівелірів УГС-115 і

Мейссера подано у табл. 7.10.

316

Нівеліри

Таблиця 7.10

Технічна характеристика гідростатичних нівелірів

УГС-115 і Мейссера

УГС-

115

Нівелір

Мейссера

Довжина вимірювальних шкал, мм

25 100

Ціна поділки шкали, мм

0,01

Діапазон вимірювання перевищень, мм

+25 ±100

Довжина з'єднувального шланга, м

10 30

Середня квадратична похибка одного

вимірювання, мм

±0,01 ±0,02

Діаметр отвору шланга, мм

10 9

Маса однієї головки, кг

4,4

Маса приладу у робочому стані, кг

12 12

Маса комплекту, кг

20 29

У деяких конструкціях гідростатичних нівелірів з кон-

тактно-візуальними пристроями відлічування рівня рідини про

момент контакту вимірювального штока з поверхнею рідини

сповіщає світловий (загоряється лампочка) або звуковий сигнал.

Як очевидно з назви, стаціонарні гідростатичні прилади, а,

власне, їхні головки, встановлюють нерухомо. Вони перебувають

на своєму, іноді недоступному у момент контролю місці, три-

валий час. Система стаціонарного гідростатичного нівелювання

може мати до ЗО...50 стаціонарно встановлених головок, які

називають давачами. Інформацію про рівень рідини у головках -

давачах звичайно виводять на загальний пульт керування, для

чого давачі споряджають найчастіше фотоелектричними або

електроконтактними пристроями реєстрації рівня рідини.

У фотоелектричних пристроях реєстрації рівня рідини

вимірювальним штоком слугує світловод, кінець якого загост-

рено під кутом повного внутрішнього відбиття світла. Під дном

або у дні посудини з рідиною встановлюють фотоприймач. Під

час руху світловода до поверхні рідини реєстратор переміщення

генерує імпульси рахунку, які транслюють кабелем на вхід

системи перерахунку. У момент дотику кінця світловоду до рівня

317 Нівеліри

рідини частина світла із світловода потрапляє до рідини і засвічує

фотоприймач. Генерований фотоприймачем імпульс зупиняє

підрахунок імпульсів у схемі перерахунку. У цей момент

відлічується рівень рідини. Ціна одного імпульсу становить

0,01...0,02 мм. Похибка вимірювання перевищення між двома

точками, віддаленими одна від одної на 100 м, близько 0,05 мм, а

діапазон вимірюваних перевищень - 25 мм.

У гідростатичних приладах електроконтактного типу ви-

мірювальним штоком слугує рухомий електрод. У момент

контакту електрода з поверхнею рідини замикається електрична

мережа і рух електрода припиняється. Електроконтактні пристрої

простіші від фотоелектричних, надійніші в експлуатації і

забезпечують таку саму точність вимірювань.

Крім згаданих фотоелектричних і електроконтактних при-

строїв визначення рівня рідини у гідростатичних нівелірах де-

коли застосовують ємності, індуктивні та частотні пристрої.

Попри їхню перевагу через відсутність рухомих елементів вони

поступаються за точністю двом першим.

7.4.2. Гідродинамічні нівеліри

Гідродинамічні нівеліри застосовують тільки стаціонарно

для спостереження за осіданням різноманітних конструкцій. Для

відлічування у цих приладах використовують поверхню рідини,

яка рухається за певним законом. Вимірювання виконують у

процесі безперервної зміни рівня рідини у сполучених посудинах.

На точках, які нівелюють, встановлюють однакові сполучені

посудини 1, ..., і, ..., п (рис. 7.22). Вони з'єднані із загальною

вимірювальною посудиною V. У кожній малій посудині є шток-

сигналізатор ./, наприклад, електрод. Діаметр вимірювальної

посудини О у багато разів більший від діаметрів сі посудин з

електродами. У вимірювальній посудині з моменту часу

= 0

починається безперервне рівномірне піднімання рідини, внас-

лідок чого вона рухається трубопроводами у маленькі посудини.

Інформацію про положення рідини у посудині (7 у кожний

наступний момент подають до пульту керування (ПК).

318

Нівеліри

Рис. 7.22. Схема системи гідродинамічного нівелювання

Рівень рідини у посудинах з електродами спочатку

коливається, але з певного часу Іо (через 50...100 с після початку

піднімання рівня рідини у посудині II) процес стає стабільним і

між рівнями рідини у посудинах з електродами створюється

постійна різниця висот Лк\, ..., Акі, ..., Ак

. У якийсь момент часу

Ґі

її)

рівень рідини в одній з посудин увійде у контакт із штоком-

сигналізатором. Це слугує сигналом для реєстрації положення

рівня рідини у посудині II. Рідину піднімають доти, доки з

кожної посудини не надійде сигнал про контакт штока з

поверхнею рідини. На цьому вимірювання закінчують і систему

повертають у вихідний стан. Значення ґ

і Лк, знаходять для

кожної конкретної системи із певним значенням Д

сі, ІІ

(віддалі

між посудинами) експериментально. Якщо під час вимірювань

будь-яка з посудин із штоком-сигналізатором змінить свою

висоту, наприклад, опуститься, замикання штока рідиною

відбудеться раніше ніж у попередньому циклі. Зміну положення

цієї посудини визначають за показами пульта керування.

Системи гідродинамічного нівелювання містять до 10

малих посудин-давачів. Середня квадратична похибка вимірю-

вань становить 0,05...0,5 мм (залежно від умов вимірювання) у

діапазоні перевищень до 100 м. Цикл одного вимірювання триває

60 хв.

319 Нівеліри

7.4.3. Гідромеханічне нівелювання

Гідромеханічні нівеліри застосовують під час геодезичних

вишукувань трас, ліній електропередач, поточному контролі

обсягів земляних робіт, для побудови висотної основи геоде-

зичного і геологічного знімання тощо. Щоб визначити переви-

щення між двома точками, на одній з них встановлюють давач

тиску гідромеханічного нівеліра, а на іншій - компенсатор, який

з'єднаний з давачем шлангом. Перевищення визначають як

функцію надлишкового тиску, який створює стовп рідини

відповідно до вимірюваного перевищення. У такому разі ніве-

лювання виконують за схемою: давач тиску 1 нижче від компен-

сатора 2 (рис, 7.23, а). Перевищення можна визначати також як

функцію розрідження. Тоді нівелювання виконують за схемою:

давач тиску

вище від компенсатора 2 (рис. 7.23, б).

Рис. 7.23. Принципова схема гідромеханічного нівеліра:

- давач тиску нижче від компенсатора; б - давач тиску вище

від компенсатора; 1 - давач тиску; 2 - компенсатор