Взгляд изнутри: как устроен современный нивелир и с чем его едят

Нивелир стал одним из первых инструментов в геодезии. Дебютная модель описана Героном Александрийским. Греческий математик жил во 2-ом веке до нашей эры.

О лазерном уровне: принцип работы и основные характеристики

В этом механизме для измерений используется тонкий и яркий лазерный луч. Для его появления собирается специальная конструкция на диодах. К слову, лазерное излучение первоначально использовали только военные. Затем, через довольно-таки большой промежуток времени, оно пришло в медицину, а после этого потихоньку внедрилось и в другие сферы нашей жизни, нашло применение в промышленности и строительстве.

Корпус лазерного нивелира состоит из пластика. На нем имеются вставки из латекса или резины, не позволяющие жидкости или пыли попасть внутрь точного прибора. Ведь стоит уровень отнюдь недешево, а на стройке на него и песок может попасть, и цемент, и вода, и капли краски. Поэтому защита корпуса жизненно необходима этому прибору.

Использовать лазерные уровни можно как на стройплощадке, так и в квартире для домашних нужд. Производители выпускают эти устройства самых разных видов, поэтому всегда можно подобрать подходящий лазерный уровень, ориентируясь на те задачи, которые предстоит выполнить с его помощью.

Достоинства приборов подобного типа:

1. Измерения, проводимые с их помощью, весьма точны: погрешность на один метр не превышает нескольких десятых от миллиметра.

2. Точка или линия, прекрасно видимая, намного удобнее визирной метки, которой оснащены обыкновенные нивелиры. Ведь по этой линии можно работать сразу, без разметки, например, пустив по ней строительную технику.

3. Устройство молниеносно производит измерения, к работе его готовить не надо, достаточно достать из футляра и всё.

4. Расположив прибор горизонтально, можно не беспокоиться о дальнейшем: он сам сделает измерения, причем очень быстро.

5. Не нужно быть специалистом, чтобы работать с лазерным нивелиром – с ним справится кто угодно.

6. Не требуется нескольких рабочих для измерений – прибор обслуживается одним человеком.

В общем-то, лазерный нивелир – не что иное, как более современный потомок всех остальных приборов для измерений: теодолитов, рулеток, уровней, обыкновенных нивелиров. Проверяют им любые вертикальные и горизонтальные поверхности, которые требуют соблюдения точности.

Видео. Все, что нужно знать о лазерных нивелирах

Определение и классификация

Нивелир — это измерительный прибор, с помощью которого вычисляется разница в уровнях расположения точек в пространстве по отношению к условно заданной поверхности. Их часто применяют топографы или геодезисты при исследовании рельефа, а также строители, когда нужно при возведении или ремонте объектов строго соблюдать определенные параметры.

Данные приборы нужны везде, где нужно идеально выровнять поверхность по вертикали или горизонтали или же придать определенному предмету или строению тот или иной уровень уклона.

Они классифицируются по двум признакам: принципам своей работы и точности измерения.

По точности снятия параметров существует три группы приборов:

  • высокоточные — допускается квадратичная ошибка при измерениях на квадратный метр двойного хода в размере 0,2−0,5 мм;
  • точные — допустимая квадратичная ошибка составляет 0,5−1 мм на квадратный метр двойного хода соответственно;
  • технические — показатель ошибки составляет 2−10 мм соответственно.

Чтобы выполнить элементарную разметку местности и определить перепады рельефа, а также его привязку к нужным точкам, можно использовать простые приборы технического типа. А вот более точные устройства потребуются для определения параметров на всех этапах строительных работ.

Что касается классификации нивелиров по принципу работы, то они бывают такими:

  • Геометрические. Такие устройства излучают визирующий луч и приводят его в горизонтальное положение. С их помощью устанавливается разница в положении точек на той или иной местности. Данные точки нужно отмечать с помощью специальных реек. Геометрическое нивелирование бывает простым или сложным. В первом случае оно проводится из одной точки, во втором — из нескольких, которые поступательно меняются;
  • Тригонометрические. По-другому их еще называют теодолитами, и используются они для установления между отметками превышений посредством наклонного луча. Между прибором и контрольной точкой измеряют угол наклона и расстояние, а потом, согласно формуле, определяется нужная величина. Это достаточно сложно, на больших расстояниях или пересеченных поверхностях результат может быть неточным;
  • Гидростатические. Данные устройства состоят из двух сосудов с жидкостью, соединенных друг с другом. По уровню жидкости и определяется разница высот в различных точках. Полные сосуды соединяются друг с другом посредством рукава и шланга и ставятся в контрольных точках. Величина превышения одной точки над другой определяется по разнице между высотой столба жидкости в каждом из сосудов. Такой способ хоть и высокоточный, но ограничивается расстоянием длины шланга или рукава;
  • Оптико-механические. С помощью таких устройств параметры точек определяются посредством светового луча и реек, размеченных специальным способом. Приборы имеют оптическую трубу для наблюдений, а также приспособление для выравнивания строго горизонтально. Но чтобы проводить с их помощью измерения, нужно обладать рядом специализированных навыков и знаний;
  • Лазерные. Это высокоточные приборы, в которых посредством лазера на поверхность проецируется узконаправленный луч. Они очень просты в применении, с их помощью можно работать не только с точками, но еще и с плоскостями;
  • Цифровые. Нивелиры оптического или лазерного типа, отображающие информацию в цифровом виде, способны ее запоминать, а в некоторых случаях даже частично анализировать. Эти устройства точные, ими можно управлять одному человеку, но они отличаются высокой стоимостью и чувствительностью к повреждениям механического типа.
Читайте также:  Аккумуляторный или сетевой шуруповерт: Какой лучше выбрать?

Существуют и особые способы нивелирования, они проводятся с помощью таких приборов, как:

  • радиолокаторы;
  • барометры;
  • эхолокаторы;
  • стереоскопы и т. д.

Однако все эти методы почти не используются для бытовых нужд.

Типовое устройство и классификация современных нивелиров

Конструктивное устройство нивелира незамысловато. На прочном треножнике расположен основной оптико-механический узел со встроенной системой линз. Этот узел должен обеспечить строгую горизонтальность визирного луча, с минимальным отклонением. Линзы могут давать как прямое, так и обратное (перевернутое) изображение. В последнем случае измерительные рейки тоже следует перевернуть при установке на местности.

В верхнюю часть корпуса каждого нивелира встраиваются датчики уровня. Прочная и точная установка прибора на местности определяет качество всех последующих измерений. Опытный оператор постоянно сверяется с показателями этих датчиков, регулируя их при необходимости рукоятками наклона оптико-механического узла. Это позволяет вовремя заметить случайное отклонение прибора от точного положения на местности и не повторять измерения заново.

Перед тем, как пользоваться нивелиром и рейкой, необходимо описать основные разновидности приборов для геометрических измерений превышения высоты. Наиболее просты и экономичны нивелиры с цилиндрическими уровнями (один или несколько), которые расположены непосредственно на трубе-визире. Значительно дороже и существенно точнее измерители с автоматической компенсацией «огрехов» установки, они удобны при работе на проблемных грунтах – щебень, песок и т.п. Нивелиры с электронной системой измерения используются при профессиональном проектировании крупных объектов и довольно сложны в настройке и эксплуатации.

По классу измерительной точности нивелирные устройства делятся на три основных группы:

  • Технические приборы, маркировка Н-10, Н-12 и т.д.;
  • Точные приборы, маркировка от Н-3 до Н-9;
  • Особо точные приборы, маркировка от Н-05 до Н-2.5.

Цифры в названии обозначают среднюю погрешность измерений в миллиметрах на километр. То есть даже технический нивелир дает отклонение около 1 см на 1 километр расстояния до объекта – этого более чем достаточно для точного проектирования и грамотного планирования подавляющего большинства строительных работ.

Плюсы и минусы лазерного нивелира

Самовыравнивание нивелира лазерного типа несовершенно. Подстраиваться аппарат начинает лишь при 5-6-градусном отклонении от плоскости.

До этого нужно выставить прибор на глаз. Проблемна и ограниченная дальность действия.  Классические гидроуровни хоть на километры вытягивай.

Последний минус – цена. Она ниже, чем на электронные модели, но значительно выше стоимость пузырьковых и гидравлических.

Из плюсов лазерных аппаратов на первое место ставят возможность определения уровня в труднодоступных местах. Луч света добирается в любой уголок.

Удобны и альтернативные варианты крепления. Кроме штатива и настенной площадки есть ремни, магнитные удерживатели. Можно и на саморезы прибор закрепить.

За счет крепежей и автоматической регулировки лазерный нивелиры не смещаются в процессе работы. Работа эта ведется в одиночестве. Точнее, в компании нет необходимости, что тоже удобно.

Дальность измерений, хоть и не максимальная среди уровней, тоже ставится лазерам в плюс. 400 метров, все же, солидный показатель.

К тому же, для многих нужд, особенно строительных километры ни к чему. А вот функциональность лазера кстати. Ценится возможность работы в разных плоскостях, с одним крестом или несколькими горизонталями и вертикалями.

Плюсы и минусы лазерного нивелира

Эффективность лазерного уровня в сумерках и темноте – тоже плюс. Порой, нет возможности проводить замеры днем, или они неудобны. В 40-градусную жару в открытом поле, к примеру, хочется перенести работы на вечер.

Дополнительные преимущества

Помимо ключевых характеристик стоит обратить внимание на дополнительные особенности, которые могут остановить ваш выбор на конкретном приборе.

Защищённость

Оптический нивелир используется преимущественно под открытым небом и зачастую — в условиях постоянного риска ударов и падений. Именно поэтому при выборе нивелира стоит сразу определиться, планируете вы менять прибор каждый год или ищете надёжного помощника на много лет вперёд.

Достаточный показатель, позволяющий надеяться на долгую жизнь прибора — IP54. Оптический нивелир с такими характеристиками переживёт строительную пыль и позволит относительно спокойно уйти из-под дождя.

Приборы с уровнем защиты IP56 и более будут уверенно работать в дождь, переживут падение в воду и продолжат работать, забытые в ливень на строительной площадке.

Читайте также:  20 лучших пылесосов — Рейтинг 2020 года

Эргономика

Процесс нивелирования предполагает регулярные перемещения прибора в процессе измерений. Это повышает важность таких параметров, как вес прибора, мягкий ход винтов и эргономичный корпус. Например, если вам не хочется размахивать дорогим прибором на конце длинного штатива, будет гораздо удобнее нести его за специальную ручку, как у RGK C-32.

Компенсация

Большинство современных оптических нивелиров оснащены компенсатором: устройством, выравнивающим линию визирования в горизонт в пределах ±15-20′. Тип компенсации может различаться, но в современных приборах отличие минимально:

  • Компенсатор с воздушным демпфированием успокаивается за 4-5 секунд естественного прекращения колебаний.
  • Компенсатор с магнитным демпфированием — за 2-3 секунды.

Скорее всего, разницы при работе вы не заметите.

Прямое и обратное изображение

Первые оптические нивелиры выдавали изображение перевёрнутым — такова особенность увеличивающей оптики. Современные приборы используют дополнительную призму, чтобы показать «прямое» изображение, с которым гораздо удобнее работать.

При этом качественная современная оптика практически не теряет чёткости изображения даже с дополнительной призмой, что позволяет забыть про выбор между комфортом и яркой картинкой.

Как работать нивелиром правильно?

Существует два способа ведения работ:

Как работать нивелиром правильно?
  • «вперёд», при котором начальная станция будет над первой точкой. Измеряют высоту прибора, снимают отсчёт на рейке. Превышением будет разность величин;
  • «из середины». Самый распространённый способ, инструмент располагают на равном удалении от точек.

Как работать нивелиром правильно?

Установка штатива

Штатив располагают по центру между измеряемыми точками. Ослабив винты, ножки трегера раздвигают до удобной в работе высоты, после чего винты снова закручивают. Нивелир крепится к головке штатива. Горизонтальность головки регулируют с помощью подъёмных винтов.

Как работать нивелиром правильно?

Монтаж прибора

Прибор устанавливают и закрепляют с помощью крепёжного винта, расположенного на трегере. Подготовка к работе заключается в настройке оптики, приведения прибора в строго горизонтальное положение.

Как работать нивелиром правильно?

Фокусировка оптико-механического узла

Начинают с выравнивания инструмента по горизонтали. Для этого двумя подъёмными винтами, поворачивая их одновременно, пузырёк уровня приводят к середине. Вращением третьего подъёмного винта пузырёк подгоняют в центр уровня. Эта точка называется «нуль-пункт».

Как работать нивелиром правильно?

Затем переходят к фокусировке оптического оборудования. Зрительную трубу наводят на любую поверхность, вращением окулярного кольца добиваются чёткой видимости сетки. Переводят нивелир на рейку и регулировкой фокусировочного винта настраивают чёткую видимость шкалы.

Центрирование проводят при установке нивелира над точкой, работая способом «вперёд». Ослабляют закрепительный винт, подвешивают отвес.

Как работать нивелиром правильно?

Сдвигают инструмент по головке трегера до тех пор, пока отвес не укажет на нужную точку. Закрепительный винт затягивают.

Измеряем и фиксируем наблюдения

Как работать нивелиром правильно?

После установки нивелира в середине между двумя точками, подготовки, переходят к измерениям.

Непосредственно на точку устанавливают мерную рейку. Точное положение рейки контролируют вертикальной риской визирной сетки, подавая сигналы напарнику.

Как работать нивелиром правильно?

Для контроля значение снимают дважды, с обеих сторон рейки. За итоговый результат принимают средний показатель. Превышение точек определяют разностью двух значений точек.

Большее значение измерения даёт впадина, меньшее – выпуклость рельефа.

Результаты измерений записываются.

Виды устройств

Существует три основные группы лазерных уровней, отличающихся друг от друга назначением, сложностью конструкции и количеством лучей.

Точечный (построитель осей)

Прибор способен проецировать точку, не образуя прямую линию. Для нанесения горизонтальной разметки необходимо последовательно отметить две точки на разных концах стены и провести между ними линию или натянуть шнур.

Виды устройств

Точка имеет максимальную отчетливость на плоскости, поэтому радиус действия у построителей осей заметно больше, чем у других видов

Приходится совершать некоторые дополнительные действия, что несколько усложняет замеры, но точность и возможность определения расстояния с помощью лазерного дальномера, а также наличие до пяти лучей (в наиболее продвинутых моделях) увеличивает точность работ.

Кросслайнер (построитель линий)

Этот вид нивелиров позволяет построить на плоскости световую линию. Луч пропускается сквозь призму, развёртывающую его на 120°, благодаря чему на поверхности появляется прямая тонкая полоса.

Виды устройств

Работать с кросслайнером удобно, когда плоскости неровные, имеют сложный рельеф или множество элементов, делающих традиционные способы разметки невозможными

Отдельные модели таких приборов позволяют одновременно получить горизонтальную и вертикальную основные линии, и до 5 дополнительных. Возможности нивелира позволяют не наносить на стену или пол никакой разметки, а работать непосредственно по проецируемым световым осям.

Ротационный построитель плоскостей

В этом случае появляется возможность получить одну или несколько плоскостей (обычно, одна горизонтальная и две вертикальных).

Виды устройств

Ротационный нивелир незаменим при выравнивании пола, заливке стяжки, установке натяжного потолка и прочих работах с плоскостями, требующих точности и высокого качества

Луч света вращается вокруг своей оси, проецируя вокруг источника сплошную световую полосу, строящую плоскость. Это позволяет определять степень уклона пола или потолка, контролировать вертикаль стен или перегородок.

Как правильно пользоваться нивелиром: настройка прибора

Измерительные устройства такого типа могут отличаться друг от друга с конструктивной точки зрения. Однако все они требуют соблюдения определенных условий. Точность работы приборов зависит от правильного расположения их в пространстве. Перед началом выполнения измерений необходимо провести грамотную настройку прибора.

Читайте также:  Как мы сделали систему автополива на даче

Для регуляции нивелира существуют специальные механизмы, позволяющие определить оптимальное расположение на местности. В строительных целях, как правило, применяются приспособления, оснащенные уровнями. Эти устройства относят к пузырьковым, и именно с их помощью выполняется правильная калибровка измерительного инструмента. Лучшие лазерные нивелиры включают в себя дополнительные приспособления для настройки.

Повысить эффективность прибора позволяют винты, которые способны менять расположение устройства по трем осям (X, Y и Z). Для того чтобы отрегулировать инструмент, необходимо поочередно подкрутить каждый винт. Если выравнивание положения нивелира прошло успешно, то пузырьки в уровнях будут находиться четко между ограничительными метками.

Как правильно пользоваться нивелиром: настройка прибора

Винты, которые способны менять расположение устройства по трем осям значительно повышают эффективность прибора.

В верхней части приспособления имеется еще один уровень – круговой. На колбе этого элемента располагается разметка в виде двух окружностей (большой и малой). В конце регулировочных работ пузырек должен размещаться строго в центральной точке меньшего круга.

Устройство и характеристики

Самый простой нивелир это оптический прибор, состоящий из пузырькового уровня в виде цилиндра, зрительной трубы с увеличением и визирной оси.

Настройка трубы выполняется оператором в зависимости от позиции исследуемого объекта.

Для выполнения измерений, такой нивелир работает в паре с нитяным дальномером и рейкой с сантиметровыми делениями.

Цифровые модели по принципу работы и строению схожи с оптическими, однако, все расчеты выполняются автоматически, что исключает ошибки оператора, а затем отображаются на экране.

Иной принцип работы у лазерных нивелиров, как и их устройство.

Лазерный луч достигая поверхности объекта, определяет имеющиеся отклонения.

Сегодня такой инструмент является самым распространенным.

Устройство и характеристики

Чтобы отклонения были четко видны, нивелиры имеют яркий красный луч, который отчетливо видно внутри помещений.

Для работы на открытом пространстве используется прибор с зеленым лучом.

Этот цвет, за счет своей длинны волны, лучше воспринимается человеческим глазом, а к тому же является более мощным и дальнобойным.

Приборы могут устанавливаться на штативе с градуированным лимбом, который позволяет выполнить приблизительное измерение горизонтальных углов.

Для оптических нивелиров был разработан стандарт ГОСТ 10528-90, в котором указаны информационные данные о приборах, основные параметры и типы, предъявляемые технические требования и методы испытаний.

Этот стандарт заменил устаревший ГОСТ 10528-76.

Согласно ГОСТу, каждый оптический нивелир должен относится к одному из следующих классов:

  1. Высокоточный – квадратическая погрешность на 1 км хода не превышает 0,5 мм.
  2. Точный – погрешность не превышает 3 мм.
  3. Технический – погрешность не более 10 мм.

Материал

Штативы для нивелиров изготавливают чаще всего из алюминия, так как данный материал имеет небольшой вес, но при этом обладает высокой прочностью.

Подобные характеристики положительно сказываются на удобстве транспортировки оборудования.

Также материалом для триног выступает дерево, за счет чего их стоимость выше, но и устойчивость лучше.

Мини-штативы компактного размера изготавливают преимущественно из стеклопластика.

Сами нивелиры должны обладать высокой прочностью.

По этой причине для изготовления корпуса качественных моделей используют преимущественно металл или специальный пластик.

Устройство и характеристики

Элементы настройки, например, винты, могут быть пластиковыми или металлическими.

Размеры и вес

В зависимости от типа нивелира, а также материала изготовления, ориентировочный вес составляет от 0,4 до 2 кг.

Оптические модели в среднем весят 1,2 – 1,7 кг.

При использовании дополнительного оборудования, например, триноги, масса повышается до 5 кг и более.

Ориентировочные размеры оптических нивелиров:

  • Длина: 120 – 200 мм;
  • Ширина: 110 – 140 мм;
  • Высота: 120 – 220 мм.

Правильная фокусировка измерительного устройства

Следующим шагом настройки прибора, используемого в строительстве, является регулировка оптической линзы. Для осуществления этой операции приспособления оснащаются специальными элементами, которые позволяют выполнить точную настройку рабочей части.

К ним относятся:

  • кольца окуляра;
  • регулировочный винт;
  • наводящий винт.

Первый элемент является важнейшим в конструкции нивелира. Для чего нужно кольцо окуляра? Оно предназначено для фокусировки взгляда на линиях, образующих сетку. Данная разметка состоит преимущественно из горизонтальных контуров, однако она включает в себя и одну вертикаль. Измерения снимаются исключительно по самой длинной линии, расположенной в горизонтальной плоскости.

Правильная фокусировка измерительного устройства

Винт, который используется для фокусировки, позволяет получить четкое изображение измеряемого объекта. Рассмотрим более подробно, как следует проводить настройку. В окуляре должна отобразиться сетка линий. После появления четкого изображения нужно прокрутить винт, который отвечает за фокусировку. Манипуляция выполняется до тех пор, пока картинка, на которую накладываются нити, не станет четкой. Коррекция такого рода производится перед каждым снятием измерительных данных.

Четкость изображения можно получить вращая винт отвечающий за фокусировку.

На заметку! Вертикальная линия должна при фокусировке находиться строго по центру геодезической линейки. Следуя инструкции, можно безошибочно отрегулировать прибор и получить ответ на вопрос о том, как пользоваться нивелиром и рейкой. Видео-уроки, которые содержат подробное описание настройки и снятия данных, рекомендуются к просмотру.

Для того чтобы точность вычислений была максимальной, стоит также знать о том, как производится коррекция данных после их снятия. Грамотное использование такого прибора позволяет спланировать строительное мероприятие.