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

Подождите немного. Документ загружается.

330

Нівеліри

7.5.2. Дослідження нівелірів

Необхідність досліджень геодезичних приладів обгрунто-

вана у п. 6.5.2. Там само сформульовані вимоги до умов, за яких

досліджують прилади. Деякі із досліджень нівелірів описані у

попередніх розділах, зокрема дослідження оптичного мікрометра

нівеліра (3.9.4), визначення ціни поділки рівня за допомогою

рейки (4.2.1), меж дії компенсатора нівеліра, похибки компенсації

та систематичної похибки компенсації кутів нахилу у польових

умовах у п. 4.4.3.

7.5.2.1. Дослідження рівнів рівневих нівелірів. В рівневих

нівелірів від якості рівня залежить точність вимірювання при-

ладом, тому він потребує детального дослідження. У лаборатор-

них умовах визначають ціну поділки рівня, а також середню

квадратичну похибку суміщення зображень кінців бульбашки

рівня.

Ціну поділки рівня визначають на екзаменаторі, що має

ціну поділки шкали мікрометричного гвинта не більше від 1".

Екзаменатор встановлюють на стійкій цегляній або залізо-

бетонній основі у приміщенні із стабільною температурою по-

вітря. Нівелір ставлять на екзаменатор за 2...З год перед початком

досліджень. Поруч з екзаменатором має бути термометр, що має

ціну поділки 0,1...0,5°С. Під час дослідження температура у

приміщенні не повинна змінитися більше ніж на 2°С. Програма

досліджень передбачає два прийоми вимірювань, а кожний

прийом включає прямий і зворотний ходи. Перед початком

досліджень визначають кількість цілих поділок, на які необхідно

повертати мікрометричний гвинт екзаменатора, щоб бульбашка

перемістилася від одного краю шкали ампули досліджуваного

рівня до іншого, не враховуючи 1...2 крайні поділки. Цю загальну

кількість поділок поділяють на декілька однакових частин

(найкраще 5...8) з кількістю поділок к, які вкладаються у ній цілу

кількість разів (кроків). У першому півприйомі нівелір ставлять,

наприклад, об'єктивом до мікрометричного гвинта, на шкалі

якого встановлюють відлік - нуль поділок. Елеваційним гвинтом

331 Нівеліри

нівеліра встановлюють бульбашку рівня на край шкали, так, щоб,

наприклад, її лівий кінець відлічував 1...2 поділки. Після того, як

бульбашка заспокоїлася, звичайно через 1...2хв, відлічують її

кінці - лівий і правий (Лі 77). Вгвинчують мікрометричний гвинт

кроками кожний на к поділок у бік зростання поділок шкали і на

кожному установленні відлічують кінці бульбашки рівня, яка

зрештою на останньому установленні має дійти іншого краю

шкали.

Перед зворотним ходом мікрометричний гвинт вгвинчують

ще на 20...30 поділок, а після цього вигвинчують його і вста-

новлюють відлік, який був на останньому установленні у

прямому ході. Вигвинчуючи мікрометричний гвинт на к поділок

кроками у бік зменшення поділок шкали, встановлюють на його

шкалі ті самі відліки, що й у прямому ході, але у зворотній

послідовності і на кожному установленні відлічують кінці

бульбашки рівня. Результати вимірювань заносять у таблицю

зразка табл. 6д додатків для одного прийому.

Другий прийом розпочинають через 5...10хв після закін-

чення першого. Під час виконання другого прийому зорову трубу

нівеліра повертають на 180°, наприклад, окуляром до мікромет-

ричного гвинта, на шкалі якого встановлюють відлік 90 або 150

поділок. Елеваційним гвинтом нівеліра встановлюють, на-

приклад, лівий кінець бульбашки рівня на край його шкали і на

той самий відлік, що був останнім у прямому ході першого

прийому. Вгвинчують мікрометричний гвинт на 20...30 поділок, а

потім, тільки вигвинчуючи його, встановлюють на шкалі

згаданий відлік і звичайно через 1...2хв відлічують кінці

бульбашки рівня. З цього моменту і надалі у цьому півприйомі

мікрометричний гвинт тільки вигвинчують кроками на к поділок і

на кожному установленні відлічують кінці бульбашки рівня.

Решта дій і їхня послідовність у прямому і зворотному ходах

другого прийому гака сама, що й у першому прийомі. Різниця

лише у тому, що у прямому ході мікрометричний гвинт

вигвинчують, а у зворотному - вгвинчують.

Опрацювання результатів вимірювань, визначення ціни

поділки рівня та оцінювання точності вимірювань виконують, як

332

Нівеліри

описано у п. 4.2.3 і 4.2.2 згідно із відповідними залежностями.

Принагідно варто зауважити, що різниця між найбільшими і

найменшими значеннями (Л

+ ГТ)

у прийомі не повинна

перевищувати 0,5 поділки шкали рівня. Так само, як і значення

яке дає можливість робити висновок про якість шліфування

внутрішньої поверхні ампули рівня.

Для визначення середньої квадратичної похибки суміщень

зображень кінців бульбашки рівня нівелір встановлюють на

екзаменаторі окуляром до мікрометричного гвинта. Програма

досліджень передбачає п'ять прийомів, у кожному з яких два

півприйоми або прямий і зворотний ходи. Елеваційним гвинтом

встановлюють бульбашку рівня приблизно на середину. Вгвин-

чують мікрометричний гвинт екзаменатора і точно суміщають

зображення кінців бульбашки рівня. Якщо після цього кінці

бульбашки впродовж

5... 10

с не розбіглися, відлічують шкалу

мікрометричного гвинта з точністю до 0,1 поділки. Обертають

мікрометричний гвинт у протилежному напрямку, тобто

вигвинчують на 5...10 поділок і, вгвинчуючи його, знову

суміщують зображення кінців бульбашки рівня. Впродовж пер-

шого півприйому (прямий хід) виконують десять точних су-

міщень зображень кінців бульбашки рівня і десять разів відлі-

чують шкалу мікрометричного гвинта. У другому півприйомі

(зворотний хід) виконують такі самі дій і у тій самій послі-

довності, лише зображення кінців бульбашки рівня суміщують не

вгвинчуванням, а вигвинчуванням мікрометричного гвинта. Як і

у прямому ході, виконують десять суміщень і відлічують шкалу

відповідно десять разів.

Середню квадратичну похибку суміщення зображень кінців

бульбашки рівня у кожному півприйомі обчислюють згідно із

залежністю

де V - відхилення окремих відліків шкали мікрометричного

гвинта від середнього з них у півприйомі; п - кількість відліків

шкали у півприйомі.

(7.8)

Нівеліри 333

З п'яти прийомів одержують п'ять значень похибки

суміщень і обчислюють середнє з них. Остаточне значення т

не повинно перевищувати 0,3" для високоточних нівелірів. На

віддалі від нівеліра до рейки 50 м цій величині відповідає

похибка відлічування рейки 0,08 мм.

7.5.2.2. Дослідження правильності переміщення фокусу-

вального компонента зорової труби нівеліра. Необхідність до-

слідження викликана можливою нерівністю віддалей від нівеліра

до задньої і передньої рейок, наприклад, під час інженерно-

геодезичних вимірювань або нівелювання через водні перешкоди.

На відкритій рівній ділянці місцевості, що має доволі тверде і

одноманітне покриття, точку, наприклад, С закріплюють нівелір-

ним костилем. Взявши цю точку за центр, використовуючи,

наприклад, трос, розмінують чверть кола радіусом 50 м. На колі

через кожні 10 м закріплюють костилями точки А, 1, 2, 3, ..., 7

(рис. 7.24). Віддалі А1, А2, ..., А1 дорівнюють 10, 20,..., 70 м

відповідно. Дослідження полягає у визначенні перевищення між

точкою 1 і всіма решта (2, 3, ..., 7) і виконують його у періоди

спокійних зображень рейки.

Л/А» 1 чп..

СІУ

Рис. 7.24. Схема розташування

нівеліра і рейки

334

Нівеліри

Спочатку нівелір встановлюють у точці С, а рейку, яку

відлічують, ставлять послідовно на точки 1,2, ..., 7, виконуючи

прямий і зворотний ходи. Потім нівелір встановлюють у точку А,

а рейку знову у точки 1, 2, ..., 7. Варто зауважити, що у прямому

ході фокусувальну рукоятку обертають, наприклад, за напрямком

руху стрілки годинника, а у зворотному - проти напрямку її руху.

Таких прийомів виконують три, змінюючи висоту приладу. Під

час нівелювання з точки С на всі точки 1, 2, ..., 7 довжина візир-

ного променя незмінна і перефокусовувати зорову трубу немає

потреби. Під час нівелювання з точки А зорову трубу доводиться

перефокусовувати (переміщувати фокусувальний компонент),

оскільки віддалі А1, А2, ..., А1 різні. Розходження у перевищеннях

між точками, які одержані під час нівелювання з точки С і з точки

А містять інформацію про величину і характер зміни похибок, які

зумовлені переміщенням фокусувального компонента.

Під час опрацювання результатів вимірювань обчислюють

середні значення відліків рейки, коли нівелювання виконували з

точки А. У ці значення вводять поправки за кривину Землі і

рефракцію згідно із залежністю

/ = (6,74, -НГ

)мм, (7.9)

а також поправки за компарування рейки, якщо вони пере-

вищують ±0,01 мм.

Кут нахилу і" візирного променя до горизонтальної поверх-

ні можна визначити згідно із залежністю

(а

-а

)-/г

і7

А7-АУ

де й

і й

;

- виправлені поправками за кривину Землі, рефракцію

і компарування середні відліки рейки у точці 7 і поточній точці ^

(/= 1, 2, ..., 6); А1 і А/ - віддалі від нівеліра до точки 7 і до

поточної точки ] відповідно; Н

- перевищення між поточною

точкою і точкою 7, визначене нівелюванням з точки С.

335 Нівеліри

Знаючи значення і", і, вважаючи, що точка 7 розташована

на прямолінійному візирному промені, знаходять відхилення від

нього у точці 7 згідно із залежністю

(7.11)

У високоточних нівелірах, наприклад, Н-05 відхилення

візирного променя від прямолінійності внаслідок перефоку-

сування зорової труби (переміщення фокусувального компо-

нента) не повинні перевищувати 0,5 мм.

7.5.2.3. Визначення середньої квадратичної похибки прямо-

висного встановлення вертикальної осі нівеліра за допомогою

встанівного рівня.

Дослідження виконують на екзаменаторі, що

має ціну поділки шкали мікрометричного гвинта не більше ніж

5", а встанівний рівень нівеліра має бути ретельно перевірений і

від'юстований. Нівелір ставлять на екзаменатор так, щоб його

зорова труба розташовувалась уздовж поздовжньої осі екза-

менатора окуляром до мікрометричного гвинта. Таке положення

нівеліра вважають початковим. Прилад приводять у робочий

стан, а відлік шкали мікрометричного гвинта ставлять близьким

до нуля. Обертаючи мікрометричний гвинт екзаменатора, нахи-

ляють нівеліра на 3...4'. Після цього тим самим гвинтом

повертають його у попередній стан, тобто виводять бульбашку

встанівного рівня на середину і відлічують шкалу мікрометрич-

ного гвинта з точністю до однієї поділки. Десять таких нахилів

нівеліра, встановлень бульбашки рівня на середину і відліків

шкали становлять одну серію. Всіх серій - чотири. У другій серії

зорову трубу нівеліра повертають за напрямком руху стрілки

годинника на 90° стосовно початкового положення, у третій - на

180°, а у четвертій - на 270°. У першій і третій серіях встанов-

лення бульбашки рівня на середину здійснюють вгвинчуванням

мікрометричного гвинта, а другій і четвертій - вигвинчуванням.

У кожній серії обчислюють середній відлік / шкали і

відхилення кожного вимірювання від нього. Середню квад-

336

Нівеліри

ратичну похибку встановлення вертикальної осі нівеліра пря-

мовисно обчислюють згідно із залежністю

де V - відхилення окремих відліків у серії від середнього; к -

кількість серій; п - кількість відліків у серії.

Значення т

дст

і розходження між І

ср

в окремих серіях не

повинні перевищувати ЗО" у приладів, призначених для ніве-

лювання І класу; Г - II класу і 3' - III і IV класу. Якщо це

розходження більше ніж допустиме, необхідно знову

від'юстувати встанівний рівень і виконати всі описані вимірю-

вання. Якщо значення розходжень підтверджуються, рівень

необхідно замінити.

7.5.2.4. Визначення меж дії компенсатора нахилу нівеліра.

Нівелір ставлять на екзаменатор так, щоб його вертикальна вісь

розташовувалась над віссю, довкола якої нахиляють екзаменатор,

об'єктивом зорової труби до мікрометричного гвинта. Перед

об'єктивом встановлюють автоколіматор, а за відсутності його на

віддалі кількох метрів - шкалу з міліметровими поділками.

Нівелір, екзаменатор і автоколіматор приводять у робочий стан.

Обертаючи мікрометричний гвинт, нахиляють нівелір, наприк-

лад, об'єктивом догори, кроками послідовно, наприклад, 0; 2; 4;

6'. На кожному установленні виконують не менше ніж три

наведення бісектора автоколіматора на середню нитку сітки

ниток, а також відлічують шкалу мікрометричного гвинта. Під

час переходу від одного установлення до іншого відліки

автоколіматора або шкали, якщо і змінюються, то дуже неістотно

і на одну й ту саму величину. Продовжують нахиляти нівелір

доти, доки відлік зміниться різко, стрибком. Це свідчить про те,

що дія компенсатора припинилася. На шкалі мікрометричного

гвинта відлічують цей граничний кут нахилу. Такі вимірювання

повторюють двічі або тричі, обчислюють середнє значення

граничного кута, віднімають від нього 2' і одержують граничний

(7.12)

337 Нівеліри

кут задовільної роботи компенсатора під час нахилу його

об'єктивом догори. Так само визначають межі дії компенсатора

під час нахилу його об'єктивом донизу. Якщо екзаменатор може

«давати не тільки поздовжні, а й бокові нахили, положення

нівеліра на екзаменаторі не змінюють. Якщо ні, зорову трубу

нівеліра повертають на 90°, а коліматор, або шкалу встановлюють

іак, щоб їх можна було відлічити. Порядок і обсяг досліджень

іакі самі, як за поздовжнього нахилу нівеліра. У високоточних

приладах граничний кут нахилу нівеліра за нахилів його у різні

боки не повинен бути меншим, ніж 8'.

7.5.2.5. Визначення середньої квадратичної похибки вста-

новлення візирного променя самовстанівного нівеліра. Нівелір

ставлять на екзаменатор так, щоб система, наприклад, підвішу-

вання компенсатора встановилась над поздовжньою віссю

екзаменатора, а окуляр його зорової труби був спрямований на

мікрометричний гвинт. Відлік шкали мікрометричного гвинта

повинен дорівнювати нулеві. Перед об'єктивом нівеліра встанов-

іюють автоколіматор. Всі прилади: екзаменатор, нівелір і автоко-

ііматор приводять у робочий стан. Бісектор автоколіматора на-

водять на середню нитку сітки ниток нівеліра. Якщо автоколіма-

ора немає, використовують шкалу з міліметровими поділками.

Вимірювання виконують у такий спосіб. Вгвинчуюючи

мікрометричний гвинт, нахиляють екзаменатор і нівелір на кут,

близький до граничного кута дії компенсатора V . Після цього

обертають гвинт у зворотному напрямку, тільки на вигвин-

чування. Коли, наприклад, V =11'...12', нахил виконують

послідовно кроками із установленнями на кут 10'; 8; 6; 4; 2; 0; -2;

4; -6; -8; -10' і на кожному г-му установленні відлічують а у

лвтоколіматорі або шкалі. Кожний з відліків одержують з 3...5

наведень бісектора. Описані дії становлять прямий хід першого

прийому.

Щоб перейти до зворотного ходу, нахил осі нівеліра збіль-

шують ще на 20...30', а потім, тільки вгвинчуючи мікромет-

338

Нівеліри

ричний гвинт екзаменатора, роблять ті самі установлення, що й у

прямому ході, але у зворотній послідовності. На кожному 2-му

установленні відлічують у автоколіматорі або за шкалою. Прямий

і зворотний хід становлять один прийом. Під час поздовжнього

нахилу нівеліра виконують два прийоми.

Під час бокових нахилів нівеліра виконують ті самі уста-

новлення, що й під час поздовжніх нахилів. Так само виконують

два прийоми. Перед початком досліджень зорову трубу нівеліра

повертають на 90° і, природно, переставляють автоколіматор або

шкалу. У табл. 9д додатків наведено результати вимірювань

одного прийому.

Результати вимірювань опрацьовують окремо у кожному

прийомі. Для кожного і-го установлення (дискретного нахилу)

обчислюють середній відлік з прямого і зворотного ходів

= (а. + а"), а також різницю відліків сі = а'— а'. Якщо

вимірювання виконували автоколіматором, середню для усього

діапазону роботи компенсатора випадкову середню квадратичну

похибку установлення візирного променя визначають згідно із

залежністю

де п - кількість усіх різниць й

в усіх прийомах разом.

Обчислена похибка для високоточних нівелірів не повинна

перевищувати 0,2". А для точних - 0,5".

7.5.2.6. Визначення систематичноїпохибки встановлення

візирного променя самовстанівного нівеліра. Систематичну

похибку т

встановлення горизонтально візирного променя

нівеліра обчислюють згідно із залежністю

де V -кут нахилу осі нівеліра, кут. мін.; 8

- систематична похибка

компенсатора у секундах дуги на одну мінуту нахилу осі нівеліра.

(7.13)

т„ =уд

(7.14)

339 Нівеліри

За умови розташування системи компенсатора над віссю

екзаменатора причиною систематичних змін відліків а' і а," у

табл. 9д додатків в результаті зміни кута нахилу нівеліра є

похибки встановлення візирного променя горизонтально. Ос-

кільки нахил екзаменатора (нівеліра) відомий, систематичну

похибку компенсатора можна обчислити згідно із залежністю

де а

- середній відлік автоколіматора, коли вісь нівеліра пря-

мовисна; а

- середній відлік автоколіматора, коли вісь нівеліра

нахилена на кут V,. Згідно із залежністю (7.15) на основі повного

обсягу вимірювань, виконаних у попередньому підрозділі 7.5.2.5

(див. табл. 9д) для кожного кута нахилу нівеліра обчислюють

кііі

, а потім середнє значення цієї похибки

П !

че п - кількість кутів нахилу нівеліра.

Значення 8

відповідає нахилу осі нівеліра на одну мінуту.

Значення а

обчислюють як середнє арифметичне з усіх відліків

(г. Середні значення а

з чотирьох прийомів симетричні від-

носно а

. Систематична похибка компенсатора на одну мінуту

нахилу не повинна перевищувати 0,05" для високоточних

нівелірів і 0,3" - для точних.