Уровни теодолита
Уровни используют для установки линий и плоскостей перпендикулярно или параллельно отвесной линии. Кроме того, уровни можно использовать ля измерения малых вертикальных углов. Уровень состоит из:
- ампулы, наполненной жидкостью
- оправы для предохранения ампулы и для ее установки на приборе.
Уровни бывают круглые и цилиндрические. Внутренняя поверхность круглого уровня является сферической, его осью называют радиус сферической поверхности, проходящей через нуль-пункт.
Ампулы цилиндрических уровней изготавливают из молибденового стекла, которое является более твердым, имеет меньшую шероховатость шлифованной поверхности, на внутренней поверхности ампулы меньше образуется твердых налетов перекисных соединений. Ампулы высокой и средней точности заполняют этиловым наркозным эфиром или его смесью с этиловым ректифицированным спиртом, ампулы низкой точности (τ = 5-10') — этиловым спиртом. Заполненную горячей жидкостью ампулу запаивают, при остывании жидкости ее объем уменьшается и появляется пузырек с парами жидкости. Внутреннюю поверхность ампулы шлифуют по сферической поверхности. На ампулы наносят штрихи, обычно через 2 мм. Среднюю точку между центральными штрихами называют нуль-пунктом. Касательную к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте называют осью цилиндрического уровня.
Радиус кривизны r ампулы зависит от цены деления τ уровня и расстояния Δl между штрихами на ампуле, его определяют по формуле
r = (ρ / τ) Δl
где ρ — в угловых секундах.
В геодезических приборах используют ампулы: цилиндрические простые (АЦП) с τ = 10-90" (рис. 1.71, а); компенсированные (АЦК) с τ = 4-40" (рис. 1.71, б); регулируемые (АЦР) (рис. 1.71, в). Внутри ампулы АЦК помещают стеклянную палочку, которая уменьшает объем жидкости и величину температурных колебаний длины пузырька. В конце ампулы АЦР имеется камера, в которую при наклоне ампулы перемещается часть пузырька, регулируя таким образом его длину.
Рис. 1.71. Цилиндрический уровень с ампулой
Минимальный угол наклона уровня, при котором происходит еле заметное смещение пузырька, называют чувствительностью уровня, считают, что она равна 0,1τ. При работе в поле уровень (и теодолит) необходимо защищат от солнечных лучей, так как одностороннее нагревание ампулы приводит к сдвигу пузырька к источнику тепла Иногда, например, для подвесного маркшейдерского теодолита, используют реверсивные ампулы, имеющие одинаковые шкалы на противоположных поверхностях ампулы.
Исследование уровней выполняют для определения цены деления τ, чувствительности, качества и правильности шлифовки внутренней поверхности. Наиболее точно исследование выполняют на экзаменаторе, состоящем из станины с уровнем, тремя подъемными винтами и горизонтальной осью, вокруг которой вращается пластина, на пластину устанавливают исследуемый уровень. Наклоняя пластину с помощью высокоточного винта, по показаниям отсчетного диска аi, фиксируют угол наклона γ = (а2 - а1)μ, где μ— цена деления отсчетного диска. Определив величину n перемещения пузырька уровня по делениям на ампуле, находят цену деления уровня по формуле
τ = γ/n = (а2 — а1)
μ/n
.
В полевых условиях цену деления уровня нивелира определяют по
рейке: при двух положениях пузырька делают отсчеты l1 и
l2по рейке. При известном расстоянии s до рейки
τ = [(l1-l2)/sn] ρ
где ρ — в угловых секундах.
Цену деления уровня при алидаде вертикального уровня можно определить по отсчетам по вертикальному кругу при двух положениях пузырька уровня.
Высокоточные приборы имеют главный уровень, относящийся к оси вращения теодолита, и уровень при алидаде вертикального круга. Главный уровень используют для приведения основной оси теодолита в отвесное положение, а при алидаде вертикального круга — для приведения в горизонтальное положение нулевого диаметра вертикального круга.
Для исследования точных уровней применяют способ профессора А. С. Васильева (пулковский астроном и геодезист). Составляют уравнения погрешностей
Δl = x + (βk - β0)y + p + (tk - t0)z - l', (1.64)
в которых х — положение пузырька уровня в момент t0 и отсчете β0 по экзаменатору; у = с"/0,5τ — коэффициент для перевода цены с" деления экзаменатора в полуделения уровня; р — влияние несовершенства шлифовки ампулы; z — смещение пузырька уровня в единицу емени вследствие изменения внешних условий температуры и др.); l' — измеренное значение положения уровня в момент времени tkи отсчете βk по экзаменатору. Число уравнений равно числу измерений l'. Вероятнейшие значения х, у, р и z определяют из решения уравнений типа (1.64) по методу наименьших квадратов. После этого отсчет l по уровню определяют по формуле
l = l' + Δl
значение Δl находят по формуле (1.64) с использованием вероятнейших значений х, у, р и z.
Уровень устанавливают в нуль-пункт с точностью 0,2-0,31. Для более точной установки пузырька в нуль-пункт применяют контактные уровни (рис. 1.72, а). Изображение концов пузырька уровня передают в поле зрения окуляра (рис. 1.72, б) с помощью системы призм, установленной над уровнем. Пузырек уровня находится в нуль-пункте, когда изображения концов пузырька уровня совпадают. Точность установки контактных уровней в нуль-пункте в 4-5 раз выше, чем в обычных уровнях.
Рис. 1.72. Контактный уронень: а — схема действия призменной системы; б — изображение концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения окуляра
Круглый уровень используют для предварительной установки основной оси прибора в отвесное положение. Ампула круглого уровня является частью сферы (рис. 1.73), помещенной в металлическую оправу, прикрепляемую к прибору, имеется три исправительных винта. Нуль-пунктом круглого уровня является центр концентрических окружностей, нанесенных им на поверхность ампулы. Осью круглого уровня называют нормаль к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте. Цена деления круглого уровня равна 5-20'.
Рис. 1.73. Круглый уровень
