Файл: Мозжухин, О. А. Геодезические методы в строительстве учебное пособие.pdf

рис. 23. Сетка нитей зри­ тельной трубы

Линия, проходящая через центр сетки и центр объектива, называется визирной осью зрительной трубы. Небольшим пере­ мещением окуляра вдоль визирной оси добиваются резкого изо­ бражения сетки нитей.

Важной характеристикой зрительных труб является увеличе­ ние—число, показывающее во сколько раз видимое в трубе изо­ бражение предмета будет увеличено по отношению к тому же изображению, рассматриваемому невооруженным глазом. Уве­ личение может быть рассчитано но формуле.

где /об> /ок —фокусные расстояния объектива и окуляра Зрительные трубы, устанавливаемые в современных теодолитах и нивелирах, имеют увеличение примерно от 15 до 60 х (крат).

Изображение предметов, видимое в поле зрения трубы оте­ чественных инструментов, перевернутое. Зрительные трубы гео­ дезических инструментов, выпускаемых рядом зарубежных фирм, дают прямое изображение.

Для закрепления в неподвижном положении вращающихся частей инструмента служат закрепительные винты. Небольших перемещений зрительной трубы, лимба, алидады добиваются на­ водящими (микрометренными) винтами. Для регулирования уровней, сетки нитей трубы пользуются регулировочными (юстировочными) винтами.

§ 10. Уровни и компенсаторы наклона

Уровни и компенсаторы наклона служат для установки час­ тей инструмента в горизонтальное или отвесное положение.

Цилиндрический уровень (рис. 24) представляет собой стек­ лянную трубку (ампулу), наполненную жидкостью при темпера-

32

L

туре кипения. При охлаждении жидкость сжимается и образу­ ется безвоздушное пространство—пузырек, который в силу ма­ лой плотности занимает в трубке наивысшее положение. Верх­ няя внутренняя поверхность трубки изготовлена в виде дуги, ра­ диус которой в уровнях разной чувствительности составляет от 3,5 до 200 м. Центральная точка О на поверхности трубки, сим-

рие. 24. Цилиндрический уровень

метрично которой через 2 мм нанесены деления, называется нульпунктом уровня Касательная ии\, проведенная через нульпункт к дуге окружности уровня, называется осью уровня. При нахождении пузырька на нульпункте ось уровня занимает го­ ризонтальное положение. Этим пользуются при установке ин­ струмента.

Центральный угол т ,которому на поверхности уровня со­ ответствует одно деление, называют ценой деления уровня. Ве­ личина этого угла зависит от радиуса кривизны поверхности уровня. Чем меньше кривизна дуги, определяемая отношением 1:R, тем скорее -реагирует пузырек на отклонение оси уровня от горизонта, другими словами, тем выше его чувствительность. Высокочувствительные уровни имеют цену деления около 1"—2". Теодолиты снабжают уровнями, цена деления которых находит­ ся в пределах 10"—60".

Для удобства пользования уровнем и повышения точности приведения позырька на нульпункт, концы пузырька уровня в нивелирах с помощью системы призм передают в поле зрения трубы (рис. 25). При горизонтальном положении оси уровня

рис. 25. Положение кон­ цов уровня в поле зре­ ния трубы нивелира

а

33

концы пузырька сходятся (рис. 25 а), при наклонном—расхо­ дятся (рис. 25 6).

Для приближенной установки инструмента в рабочее поло­ жение используют круглые уровни малой чувствительности. Та­ кой уровень (рис. 26)* имеет в верхней части сферическую повер-

и

рис. 26. Круглый уровень

хность, в центре которой в виде окружности обозначен нульпункт. Ось уровня uui, располагается здесь вертикально: по нормали к плоскости, касательной к его поверхности в нульпункте. Круглые уровни имеют цену деления не грубее 8'.

Для установки осей инструмента в горизонтальное или отвес­ ное положение помимо уровней используются специальные уст­ ройства — компенсаторы наклона.

На рис. 27 схематически показана зрительная труба, визир­ ная ось wi которой наклонена к горизонту ши на угол е.

34

Компенсирующее устройство изменяет ход луча внутри трубы, направив его из точки Р в пересечение сетки нитей v\. При этом происходит смещение на величину их t g a ^ / s (где / — фокусное расстояние объектива зрительной трубы) за счет по­ ворота рычага S вокруг точки Р на угол г' так, чтобы

У гол наклона г характеризующий диапазон работы компенса­ тора, колеблется у разных типов компенсаторов примерно от 2

до 30'. 'М

Принцип работы компенсатора маятникова типа, устанавли­ ваемого в нивелирах средней точности выпускаемых в ГДР ут­ рированно показан на рис. 28. Несмотря на наклон инструмента, прямоугольная призма под действием силы тяжести сохраняет свое положение неизменным. Верхняя призма, соединенная с корпусом инструмента, отражает луч на вторую призму ком­ пенсатора, после чего он отклоняется от первоначального нап­ равления и попадает в пересечение сетки нитей.

рис. 28. Принцип работы маятникового компенсатора

§ 11Отсчетные приспособления

Отсчетньге приспособления служат для повышения точности отсчитывания по лимбу и оценки доли его деления. В теодоли­ тах со стеклянными лимбами (оптических) используются штри­ ховые и шкаловые микроскопы и оптические микрометры. В те­ одолитах с металлическими кругами—нониусы (верньеры) и винтовые микрометры. Микрометрами снабжают высокоточные теодолиты. Наименьшая точность обеспечивается при снятии отсчетов через штриховой микроскоп и по верньеру. Нивелиры,

35

снабженные горизонтальным кругом, имеют отсчетные приспо­ собления последнего типа.

Штриховой микроскоп позволяет наиболее просто и удобно производить отсчет по лимбу с помощью штриха (индекса), на­ несенного на сетке микроскопа. На рис. 29 показано поле зре-

дый градус оцифрован и разделен на шесть делений. Следова­ тельно, цена одного деления лимба равна 10' Отсчет доли деле­ ния производиться по неподвижному штриху на глаз с точ­ ностью до 1'.

Поле зрения шкалового микроскопа теодолита Т5 изображе­ но на рис. 30. Вертикальный и горизонтальный круги разделены на градусные деления. На сетке микроскопа нанесены шкалы. Длина шкалы соответствует расстоянию между штрихами лим­ ба и разделена на 60 делений. Следовательно, цена деления шкалы микроскопа равна V. Часть деления может быть оцене­ на на глаз с точность до 0,1 минуты.

Поле зрения отсчетного микроскопа теодолита Т2 с оптичес­ ким микрометром показано на рис. 31. В верхней части большо­ го окошка видны деления горизонтального круга, оцифрованные через градус. Посколько градус разделен на три части, то одно­ му делению на лимбе соответствует 20'. В нижней половине окошка видны деления диаметрально противоположной (конт­ рольной) стороны лимба.

36

грис. 30. Поле зрения шкалового микроско­ па , Отсчет по горизонтальному кругу \74?ЬЬ', по вертикальному—2°05/,1

рис. 31. Пол зрения микроскопа теодо­ лита с оптическим микрометром. Отсчет по горизонтальному кругу

37

С точностью до десяти минут отсчет производят в этом окош­ ке, где число градусов снимают в левой части сверху по оцифро­ ванному младшему (наименьшему) штриху, а число десятков минут равно числу делений, заключающихся между указанным штрихом верхнего изображения и отличающимся от него на 180° штрихом нижнего изображения. На рис. 31 отсчет равен 57°50'.

В малом окошке на шкале по индексу (штриху) отсчитыва­ ют минуты (слева) и секунды (справа). На шкале оцифрованы минуты и десятки секунд. Цена деления шкалы— 1". Отсчет в малом окошке — 8' 02,5". Полный отсчет будет 57° 58'02,5".

В общем случае при наведении зрительной трубы на точку изображения верхних и нижних штрихов лимба в большом окошке не совпадают. Показанного на рис. 31 совпадения штри­ хов добиваются вращением винта (барабана) оптического мик­ рометра, расположенного на стойке теодолита.

Для измерения вертикальных углов производят переключе­ ние рукояткой, после чего в поле зрения микроскопа появляются одинарные штрихи вертикального круга. При этом фон поля приобретает желтоватый оттенок.

В теодолитах с металлическими кругами для снятия отсче­ тов пользуются нониусом (верньером). Принцип устройства но­ ниуса был предложен математиком Клавиусом в 1593 году. В 1631 году голландец Нетер Вернер использовал его в практике измерений. Под названием «верньер» нониус применяют в гео­ дезических инструментах.

На рис. 32 показан участок лимба теодолита ТТ-5, где оциф­ рован каждый пятый градус. Градусное деление разбито на шесть частей. Следовательно, цена деления лимба 10'. Верхняя шкала (верньер), имеющая на участке дуги от 0 до 10 двадцать делений, находится на алидаде. При этом на лимбе этой дуге соответствует делений на единицу меньше, то есть девятнадцать.

рис. 32. Верньер. Осчет

Если обозначим цену деления лимба Z, а верньера У, то 1>У. Разность I—У = t называют точностью верньера, которая может быть найдена из соотношения

38

; ,

где п — число делений верньера, которому соответствует /г-1 де­ ление на лимбе. В соответствии с рис. 32 точность верньера рав­ на 0,5'.

Последнее соотношение вытекает из равенства дуг лимба и верньера, согласно условию.

п Г ~ { п — 1) 1

При этом очевидно хотя бы один из штрихов лимба и верньера должны совпадать. Так на рис. 32 совпадает одиннадцатый штрих верньера со штрихом на лимбе. Два соседние штриха не совпадают на величину t, два другие на 21, затем на 3t и так до lit на нулевом штрихе. Очевидно при этом часть деления на лимбе от нулевого штриха верньера до ближайшего младшего

по лимбу до нулевого штриха верньера, складывают с мину­ тами и их долями, которые снимают по совпадающему штриху верньера. Для облегчения отсчитывания по верньеру штрихи на нем оцифровывают. На рис. 32 оцифрованы штрихи с делени­ ями 0, 5 и 10'.

Г л а в а III

ИЗМЕРЕНИЕ ПРЕВЫШЕНИЙ

§ 12. Нивелирные рейки

Наиболее распространенный тип рейки, используемой на строительстве, представляет собой деревянный брусок прямо­ угольного сечения, разбитый на сантиметровые деления (рис, 336). Низ рейки, откуда ведется счет делений, имеет металличе­ скую оковку и называется пяткой. Цифры на рейке показаны перевернутыми, что облегчает снятие отсчетов, так как зритель­ ные трубы отечественных инструментов дают обратное изобра­ жение.

На нивелирные рейки в 1966 году введен ГОСТ 11 158—65. В соответсвии с ним предусмотрено выпускать следующие типы реек:

1.Для высокоточного нивелирования 1 и 2 классов—РН1,

РН2.

2.Для точного нивелирования III и IV классов—РНЗ, РН4.

3.Для технического нивелирования — РНТ.

Технические рейки РНТ предусмотрено изготовлять длиной 4 м, весом 4,5 кг. Шашечные деления нанесены на обеих сторо-

39

рис. 33. Шкалы реек:

а—прецизионной с инварной по/осоЙ, б—шашечной деревянной

нах (рейки двусторонние). При этом на одной стороне размер делений 2 см, на другой—5 см. Шкала с делениями в 2 см счита­ ется основной, вторая — дополнительной. При транспортировке четырехметровые рейки складываются пополам.

Рейки РНЗ и РН4 имеют размер делений на шкале 1 см. Од­ на сторона рейки (основная) окрашена в черный, другая в крас­ ный цвет. В комплект для нивелирования входят две рейки. До­ полнительная шкала одной рейки смещена относительно основ­ ной на 4683 мм, а на другой рейке на 4783.

2,1 м. Для установки в отвесное положение рейки РНЗ снабжены круглыми уровнями с ценой деления 20'.

Изготовляются рейки >из дерева. Однако допускается их изго­

товление из пластмассы.

Рейки PHI, РН2 'изготовляют односторонними и цельными длиной 3000 мм. В комплект входят две трехметровые и одна подвесная рейка длиной 1200 мм. Основная и дополнительная шкалы нанесены на одной стороне рейки (рис. 33а). Шкала с делениями от 0 до 60 является основной, от 60 до 119 — допол­ нительной. Штрихи, с делениями через 5 мм, смещены по основ­ ной шкале относительно дополнителной на 2,5 мм. Они нанесены на инварную полосу (инвар—сплав из стали и никеля, обладаю­ щий незначительным коэффициентом расширения), помещенную в деревянном корпусе рейки под постоянным натяжением. Рей­

40

ки снабжены круглым уровнем с ценой деления 10' и ручками для установки их в вертикальном положении.

В соответствии с ГОСТом ошибки нанесения интервала в 1 м на рейках РН1 не должны превышать ±0,03 мм, а на рейках РН2—±0,1 мм.

§ 13Нивелир. Основныё частй

Типовая схема устройства нивелира с уровнем показана на рис. 34. Нивелир состоит из зрительной трубы, цилиндрического и круглого уровней, подставки и алидадиой части. Последняя включает в себя втулку 7, соединенную со зрительной трубой,

7

рис. 34. Типовая схема нивелира с уровнем

способную вращаться на вертикальной оси треножника, кото­ рый вместе с подъемными винтами 3 входит -в систему подстав­ ки 2. Соединяющие втулку 7 и зрительную трубу части образу­ ют алидадную часть нивелира. В ее состав входит элевационный винт, позволяющий наклонять зрительную трубу с уровнем от­ носительно вертикальной оси, связанной с подставкой. В ниве­ лирах с самоустанавливающейся линией визирования в зритель­ ной трубе установлен компенсатор, а элевационный винт и ци­ линдрический уровень отсутствуют.

При работе с уровенным нивелиром горизонтальности ви­ зирной оси vvl добиваются в два этапа: вначале по круглому уровню 4 устанавливают ось вращения инструмента ZZ' в отвевесное положение, пользуясь подъемными винтами 3, а затем, действуя элевационным винтом, приводят пузырек цилиндриче­ ского уровня на середину, устанавливая тем самым в горизон­ тальное положение ось уровня ии\ Очевидно, при этом оси

41