TEMAT: Sprawdzenie i rektyfikacja niwelatora samopoziomującego.

Niwelacja precyzyjna. Określenie punktu o zadanej rzędnej przy pomocy ciągu niwelacyjnego.

1. Wstęp

Niwelacja geometryczna - Określenie różnicy wysokości między dwoma punktami polegające na pomiarze pionowych odległości tych punktów od wytworzonej przez instrument prostej poziomej ( lub płaszczyzny poziomej ) i odjęciu ich od siebie.

Rys. 1. Zasada niwelacji geometrycznej

Niwelator - Instrument służący do wytworzenia prostej poziomej ( lub płaszczyzny poziomej ) potrzebnej do wykonania niwelacji terenu.

1.1. Budowa niwelatora

Podstawowymi elementami niwelatora są:

• Luneta służąca do obserwacji łaty

• Libela rurkowa lub system poziomujący

• Śruby służące do poziomowanie instrumentu

Wymienione elementy tworzą kilka linii, z których istotnymi dla prawidłowego działania sa:

• Oś celowa, CC - prosta łącząca środek krzyża kresek ze środkiem optycznym obiektywu

• Oś libeli, LL - prosta styczna do wewnętrznej powierzchni bańki w jej punkcie zerowym

• Oś obrotu niwelatora, VV - oś wokół której obraca się górna część przyrządu wraz z lunetą

Rodzaje niwelatorów technicznych:

a) niwelator techniczny „głuchy”, bez śruby rektyfikacyjnej

Rys.2. Zasadnicze części niwelatora bez śruby elewacyjnej

b) niwelator techniczny ze śrubą elewacyjną

Rys.3. Zasadnicze części niwelatora ze śrubą elewacyjną

c) niwelator techniczny samopoziomujący

Niwelator wykorzystujący do określenia poziomości linii urządzenie zwane kompensatorem. Istniejąca w takim przyrządzie zwykła libella pudełkowa służy do przybliżonego spoziomowania, a sama oś celowa doprowadzana jest do położenia poziomego automatycznie dzięki działaniu siły ciężkości na poziomujące urządzenie wahadłowe.

Niwelator bez śruby elewacyjnej musi spełniać dwa warunki.

1) LL║CC warunek konieczny niwelatorów

2) LL┴ VV warunek potrzebny do wytwarzania płaszczyzny

Niwelator będzie wytwarzał płaszczyznę poziomą, gdy oś libeli LL zostanie spoziomowana. Taki niwelator raz poziomowany przy pomocy śrub nastawczych daje na danym stanowisku poziomą oś celową przy jej dowolnym skierowaniu. Zapewnia to dodatkowy warunek prostopadłości osi libeli do osi obrotu instrumentu. Niwelator ten nie może posiadać śruby elewacyjnej, gdyż pokręcenia nią powodowałoby psucie warunku LL║CC.

1.2. Sprawdzenie i rektyfikacja warunków niwelatorów libelowych.

Z dwóch warunków, jakie mogą wystąpić w niwelatorach LL║CC i LL┴VV, jeżeli należy spełnić oba, rozpoczynamy od drugiego tj. LL┴VV. Kolejność ta wynika z możliwości przesuwania się osi względem siebie. Oś libeli należy ustawić prostopadle do osi obrotu instrumentu VV, a następnie do osi LL równolegle oś celową CC. Nie można zmienić tej kolejności. Wprawdzie można ustawić oś LL równolegle do osi CC lub odwrotnie, ale po spełnieniu tego warunku nie wolno już doprowadzać do prostopadłości osi LL i VV, gdyż zepsuje się zależność LL║CC.

Sprawdzenie warunku LL┴VV.

1. staramy się spoziomować instrument;

2. poziomujemy oś libeli najlepiej w takim położeniu, gdy jest ona równoległa do dwóch śrub nastawczych;

3. obracamy instrument o 180^o wokół osi obrotu;

4. sprawdzamy położenie pęcherzyka w libeli.

Jeżeli oś libeli została spoziomowana warunek LL┴VV jest spełniony, jeżeli pęcherzyk wychylił się z punktu głównego, to warunek nie został spełniony.

Rektyfikacja warunku LL┴VV.

Połowę wychylenia pęcherzyka, które jest liniową miarą całego błędu nieprostopadłości osi usuwamy przez pokręcenie śrubką rektyfikacyjną libeli.

Sprawdzenie warunku równoległości osi libeli do osi celowej LL║CC.

Wykonanie niwelacji ze środka pozwala wyznaczyć bezbłędną różnicę wysokości między dwoma punktami.

Na rys.4a zaznaczone gwiazdką miejsca odczytu obu łat są podniesione względem miejsc wyznaczonych przez linię poziomą o wartości d/2^. tg ε. Różnica między punktami A i B wynosi:

Δh_AB= ( N_A - d/2^. tg ε ) - (N_B - d/2^. tg ε ) = N_A - N_B

Prosta łącząca punkty oznaczone gwiazdkami jest pozioma. Ta pozioma linia, której przebieg jest określony odczytami N_A i N_B stanowi szukany wzorzec. Zatem po wykonaniu niwelacji ze środka wykonujemy druga niwelację między tymi punktami, lecz różniąca się stanowiskiem niwelatora. Najkorzystniejszą jest taka, gdzy niwelator postawimy bardzo blisko jednej z łat.(rys. 4.)

Rys. 4. Schemat sprawdzenia warunku LL║CC.

Przy niwelacji na rys. 4b ze względu na małą odległość odległość od łaty A odczyt N_A' jest bardzo mało odchylony od miejsca, które wskazywałaby pozioma oś celowa. Uznajemy zatem odczyt N_A' za dobry. W związku z tym odcinki (N_A - N_A') oraz (N_B - N_B') winny być sobie równe. Jeżeli tak nie jest to warunek LL║CC nie jest spełniony. Zgodnie z rysunkiem odczytem, który psuje tę zależność jest odczyt łaty dalszej N_B'. Poprawioną wartością tego odczytu będzie: N_B''= N_B - (N_A - N_A').

Rektyfikacja warunku LL║CC.

W rektyfikowanym niwelatorze oś celowa winna być skierowana na wartość N_B'', przy czym oś libeli musi pozostać spoziomowana. W zależności od typu przyrządu możemy to uzyskać dwiema drogami:

1. Niwelator bez śruby rektyfikacyjnej - poprzez pokręcenie śrubkami rektyfikacyjnymi krzyża kresek aż nastawimy na łacie stojącej w punkcie B odczyt N_B''.

2. Niwelator ze śrubą rektyfikacyjną - bądź powyższym sposobem bądź po uprzednim pokręceniu śrubą elewacyjną do momentu uzyskania odczytu N_B'' przez pokręcenie śrubkami rektyfikacyjnymi libeli. Kręcenie nimi kończy się w momencie, gdy wychylony podczas pokręcania śrubą elewacyjną pęcherzyk wróci do punktu głównego.

Zaleca się stosowanie sposobu rektyfikowania za pomocą śrub rektyfikacyjnych libeli, gdyż krzyż kresek można uszkodzić o wiele łatwiej niż libelę.

Sprawdzenie przeprowadzonej rektyfikacji.

Przeprowadzamy ponownie niwelacje ze środka i z końca. Jeżeli różnice wysokości nie różnią się o więcej niż 3mm to uznajemy, że zrektyfikowaliśmy instrument, w przeciwnym razie czynności rektyfikacji powtarzamy.

1.3. Sprawdzenie i rektyfikacja niwelatorów samopoziomujących.

Warunek prostopadłości osi celowej do pionu lokalnego sprawdzamy w sensie merytorycznym w identyczny sposób jak równoległość osi celowej do osi libeli w niwelatorach libelowych. Znaczy to, że wykonujemy dwie niwelacje, jedna ze środka i drugą przy ustawieniu niwelatora w pobliżu jednej z łat. Po obliczeniu właściwego odczytu (jak niwelatorów punkcie poprzednim) rektyfikujemy przez pokręcanie śrubkami rektyfikacyjnymi krzyża kresek do momentu wycelowania osi na ten odczyt. Jest to jedyna możliwość przeprowadzenia rektyfikacji, gdyż położenie pionu lokalnego jest niezależne od instrumentu i naszej woli.

1.4. Niwelator precyzyjny.

Rys. 5. Przyrządy do niwelacji precyzyjnej.

a) niwelator Zeissa Ni 002

b) Obraz krzyża kresek na tle łaty precyzyjnej

Niwelatory precyzyjne i specjalnie do nich wykonane łaty umożliwiają uzyskanie dokładności co najmniej +/- 1mm na 1km przeniesienia wysokości> Główna idea pozwalająca na zwiększenie dokładności polega na umożliwieniu dokładniejszego poziomowania osi celowej oraz na dokładniejszym odczytywaniu łaty. Instrumenty takie zachowuj ą tą samą idee konstrukcyjną, jaką zrealizowano w niwelatorach technicznych, maja jednak czulsze libele (niwelatory libelowe) lub precyzyjniejsze urządzenia do automatycznego poziomowania osi celowej (niwelatory bezlibelowe).

Precyzyjne łaty niwelacyjne mają dokładnie naniesiony podział (błędy podziału są mniejsze niż +/- 0,05mm) na taśmie ze stopu inwarowego.

Ponieważ każdy pomiar powinien być wykonany z kontrolą, na łatach precyzyjnych nanoszony jest podwójny podział z odpowiednim przesunięciem względem siebie. Wykonując obserwację na obu podziałach i obliczając różnicę między nimi możemy skontrolować czy uzyskaliśmy dla danej łaty różnicę w granicach błędu odczytu, np. 59250 lub 060650 zależnie od typu niwelatora i łaty.

Ze sposobem odczytywania związany jest inny rysunek opisu łat oraz inny rysunek siatki krzyża kresek. Siatka krzyża kresek w celu umożliwienia precyzyjniejszego pomiaru ma wytrawione kreski tworzące ramiona kąta. Łata ma kreski grubości 2mmodcinające kolejne centymetry. Przebieg osi celowej można podnosić lub obniżać. Dzięki temu obraz odpowiedniej kreski łaty możemy wprowadzić w widełki krzyża kresek. Obrót płytki płaskorównoległej, potrzebny do właściwego ustawienia osi celowej (krzyża kresek) na tle łaty, mierzony jest na śrubie mikrometrycznej. Odczyt tej śruby dodany do odczytu uzyskanego bezpośrednio z łaty daje ostateczną wartość odczytu z dokładnością +/- 0,05mm.

2. Sprawdzenie i rektyfikacja niwelatora samopoziomującego.

W celu sprawdzenie i rektyfikacji niwelatora samopoziomującego wykonano dwa pomiary na ustawione łaty. Najpierw dokonano odczytów w sytuacji, gdy instrument ustawiony był w jednakowej odległości od obu łat, następnie przestawiono instrument w pobliże jednej z łat i ponownie dokonano odczytów.

Niwelacja ze środka: odczyt w przód, p - 0828

odczyt wstecz, w - 2359

Δh = w - p = 2359 - 0828 = 1531

Niwelacja z bliska : odczyt w przód, p'- 1477

odczyt wstecz w' - 3011

Δh' = w - p = 3011 - 1477 = 1534

Różnica przewyższeń Δh' - Δh = 1534 - 1531 = 3

Uzyskana różnica wynosi 3 mm winki taki można uznać za poprawny nie wymagający rektyfikacji instrumentu.

3. Określenie punktu o zadanej rzędnej przy pomocy ciągu niwelacyjnego.

Pomiarów dokonywano od przyjętego reperu roboczego o rzędnej wysokościowej 26,48. W wyniku pomiarów niwelacyjnych określono (umiejscowiono) punkt o zadanej rzędnej wysokościowej 30,38.

Otrzymane w czasie pomiaru odczyty przedstawiono w dzienniku niwelacji.

Dziennik niwelacji technicznej

Nazwa punktu	Odczyty łaty		Różnice wysokości	Rzędna osi celowej Hc	Rzędne punktów
		wstecz w				w przód p
1	2	3	4	5	6
Rp1	3972	0135		26,615	26,480
							2,623	30,452
			1	1482		1349					29,103
									-0,051	30,585
			2	1494		1533					29,052
									(1,494-?)/ 1,328	30,546
			3			?/ 0166					30,380

Odczyt = H_c - H_rob = 30,546 - 30,380 = 0,166

Aby wyznaczyć punkt o zadanej rzędnej wysokościowej określono położenie punktu znajdującego się o 0,166m poniżej osi celowej. Uzyskano to poprzez przyłożenie łaty tak by oś celowa skierowana była na obliczony wynik.

4. Niwelacja precyzyjna.

Niwelację precyzyjną wykonano w celu określenia grubości zadanego elementu. Ćwiczenie wykonano przy użyciu niwelatora precyzyjnego Ni 007.

Dla takiego instrumentu różnica odczytów powinna wynosić 606 50. W celu sprawdzenia wykonano dwa niezależne odczyty, których wyniki przedstawiono poniżej:

odczyt stary - odczyt młody = 606 50

1 ) 803 39 - 196 88 = 606 51

2 ) 803 38 - 196 86 = 606 52

Uzyskane wyniki są bardzo zbliżone do liczby, którą powinniśmy otrzymać 606 50. Przystąpiono do wykonania pomiaru.

Odczyty dolne: odczyt stary (s) - 920 09

odczyt młody (m) - 313 58

Kontrola: s - m = 920 09 - 313 58 = 606 51

odczyt średni (ś) = ( s + m )/4 = ( 920 09 + 313 58 )/4 = 308 41

Odczyty górne: odczyt stary (s) - 911 03

odczyt młody (m) - 304 53

Kontrola: s - m = 911 03 - 304 53 = 606 50

odczyt średni (ś')= ( s + m )/4 = ( 911 03 + 304 53 )/4 = 303 89

Grubość elementu:

ś - ś' = 308 42 - 303 89 = 4 53

Grubość mierzonego elementu wynosi 4,53cm.

---