Как пользоваться нивелиром с гарантией точности измерений?

Чтобы узнать, как пользоваться нивелиром, не обязательно оканчивать курсы геодезистов или геологический институт. Достаточно внимательно прочитать эту статью, ознакомиться с видеовставками и поэкспериментировать с прибором, и вы сможете совершать высокоточные измерения не хуже квалифицированного инженера.

Что такое лазерный уровень

Лазерный уровень или нивелир — прибор, выполняющий построение световых линий на вертикальных или горизонтальных плоскостях помещения. Назначение устройства — ускорение и обеспечение высокой точности разметки стен, пола или потолка жилых или общественных помещений. Традиционные методы выполнения разметочных работ требуют немалого времени. Используются отвесы и пузырьковые строительные уровни, способные обеспечить достаточную точность измерений, но допускающие высокую погрешность, неустойчивость показаний. Особенно это проявляется в крупных помещениях с неровными плоскостями, где очень сложно нанести ровную линию традиционными способами. Приходится натягивать шнуры, неоднократно проверяя их положение, следить за их состоянием, тогда как лазерный нивелир надо только включить. Для этих операций требуется помощник, а с лазерным уровнем прекрасно управляется один человек.

Точность и скорость разметки многократно увеличивают производительность работ, обеспечивают высокое качество выполнения отделки или установки оборудования

Что такое лазерный уровень

Работа прибора основана на использовании одного, двух или трёх лазерных лучей и системы развёртки или фокусировки, в зависимости от типа конструкции. Луч света, испускаемый лазером, проходит через определённую систему фокусировки и показывает точку, прямую полосу или плоскость (одну, две или три), позволяя быстро и точно нанести на поверхность нужные отметки или начинать работы прямо по видимым линиям. Прибор устанавливается на ровную плотную площадку или на собственный штатив, обеспечивающий устойчивость и неподвижность устройства.

Методы нивелирования на местности

Нивелирами называется большая группа приборов, которые используются для определения и фиксации точного положения различных предметов по высоте. Причем предметами могут быть вполне произвольные точки и участки земной поверхности, а не определенные ориентиры.

Задача любого нивелирования состоит в измерении разницы высот между отметками (уровнями) будущего здания (сооружения). На практике, от величины такого превышения, от его грамотного измерения зависит общее качество строительства. Например, от запланированного «нулевого» уровня первого этажа дома рассчитывается глубина фундамента, сток грунтовых вод, проект дренажной системы, вид утепления отмостки и т.д.

Существующие методики нивелирования достаточно разнообразны:

  • Гидростатический метод, основанный на свойстве одинакового положения жидкости в сообщающихся сосудах. Обладает высокой точностью и допускает измерение вне пределов прямой видимости между отдельными точками. Гидростатические замеры связаны с необходимостью прокладывать и заполнять жидкостью протяженные шланги и трубки, что не всегда удобно;
  • Барометрический метод – применяется при планировании и разметке обширных архитектурных комплексов, нуждается в высокоточных барометрах, специальных компьютерных программах. В личном жилищном строительстве барометрические измерения не используются;
  • Тригонометрические замеры посредством поворотного теодолита хороши тем, что не нуждаются в помощниках с дополнительными рейками. Теодолитные измерения ведутся как по горизонтальным, так и по вертикальным углам, однако освоить этот прибор сложнее, чем обыкновенный нивелир, да и стоимость теодолита в несколько раз выше;
  • Геометрические измерения углов возвышения с помощью стандартных нивелиров выполняются только в одной плоскости и требуют установки вспомогательных отметок (тех же реек), их перемещения с места на место и записей в журнале измерений

Простота и надежность замеров обыкновенным нивелиром, его хорошая совместимость с нуждами частного и жилищного строительства делают его наиболее востребованным при проектировании и планировании многих работ – от заливки фундамента до проверки точности двускатной кровли.

Читайте также:  Как и какой перфоратор выбрать для дома и работы?

Виды нивелиров

В зависимости от принципа работы, различают три основных типа нивелиров:

— оптические. Отсчет выполняется пользователем.

Виды нивелиров

— цифровые. Отсчет берется и регистрируется автоматически.

— лазерные. Основаны на принципе вращения лазерного луча.

Виды нивелиров

Наиболее простым является устройство нивелира оптического типа, его основные элементы — цилиндрический уровень и зрительная труба с визирной осью. Труба вращается вокруг своей оси и настраивается оператором в зависимости от места расположения наблюдаемого объекта. Принцип работы нивелира следующий: определение расстояния осуществляется при помощи нитяного дальномера (включает в себя три нити, две из которых расположены симметрично той, которая находится посередине) и рейки (на нее нанесены сантиметровые деления) – для снятия показаний необходимо подсчитать количество делений между дальномерными линиями. Так как риск ошибиться при подсчете сравнительно высок, очень важно проконтролировать, чтобы установка нивелира была выполнена правильно: прибор следует установить на штатив и закрепить становым винтом так, чтобы подъемные винты имели плавный ход.

Деления на рейках могут быть нанесены черной, белой и красной краской. Односторонние рейки имеют белые и черные цвета, двусторонние окрашиваются в черные и белые цвета с одной стороны, в белые и красные с другой. Расстояние между делениями — 10 мм. Как правило, для удобства подсчета каждые пять делений объединяются в группы, образуя букву Е. Установка нивелира должна быть выполнена таким образом, чтобы пузырек уровня находился в одном положении даже при повороте трубы в разные стороны.

Цифровые (электронные) нивелиры имеют примерно такое же строение и принцип работы, что и оптические, их главное отличие заключается в том, что процесс снятия отсчета по рейке со штрихкодом происходит автоматически. Показатели считываются процессором и выводятся на экран. Автоматические расчеты позволяют добиться более высокой точности измерений и полностью исключают ошибки оператора. Управление прибором осуществляется посредством клавиатуры.

Лазерные нивелиры имеют несколько иной принцип работы и другое внутреннее устройство. Определение отклонений в данном случае осуществляется посредством лазерного луча, который проецируется на поверхность. Выравнивание луча происходит автоматически. На данный момент этот прибор позволяет достигать самых точных результатов.

Виды нивелиров

Как работает лазерный нивелир

Проецирование идеально ровного луча осуществляется за счет встроенного в корпус маятника. Принцип выравнивания здесь довольно прост, такая технология использовалась еще в давних временах: под маятником располагаются несколько природных или электрических магнитов, которые, образуя вокруг себя магнитное поле, удерживают маятник от раскачивания. Происходит это потому, что магнитное поле способствует возникновению в металлическом маятнике электрического поля – в последствии оно преобразуется в тепловую энергию, которая и служит «тормозом» всей системы и не позволяет ей раскачиваться.

Говоря о том, как работает лазерный нивелир, следует упомянуть еще одну важнейшую часть этого прибора — оптическую систему. Основными ее элементами являются три диода, каждый из которых образует луч – вертикальный, горизонтальный или диагональный. Диоды состоят из тонких полупроводников с зеркальной внутренней поверхностью – при прохождении через них электрического тока образуются световые частицы (фотоны). Отражаясь от стенок полупроводников, фотоны умножаются и мощным световым потоком выходят через прозрачную область проводника. Далее, проходя через систему линз, они фокусируются в луче, который и проецируется на поверхность.

Виды нивелирования

В настоящий момент применяют семь разновидностей выполнения измерений. Каждый вид зависит от конкретного случая.

Геометрическое нивелирование

Чтобы выполнить такое измерение, нужен горизонтальный луч визирования и отсчетная шкала. Такой луч генерируется при помощи нивелира, а отсчетной шкалой является рейка со шкалой.

Такой вид самый распространенный и не сложный. Точность данного вида велика и риск в просчетах достигает максимум 1 мм на 1 км расстояния. Такой вид используется при геодезических работах для нивелирования поверхности.

По способу определения планового положения снимаемых очертаний и нивелируемых точек выделяют следующие методики нивелирования поверхности:

  • по квадратам (при условии гладкой местности);

  • по параллельным линиям (в лесистой местности);

  • по магистралям (при выраженном рельефе).

Читайте также:  7 лучших строительных пузырьковых уровней различной длинны

Барометрическое нивелирование

Метод необходим, чтобы измерить превышение перепада атмосферного давления. Измерения проводятся в разных отметках необходимой территории.

В данном методе пользуются барометр. Им измеряют давление и, сопоставляя показатели, определяется превышение.

В барометрическом методе нивелирования точность исследований невысокая, так как вид исследований зависит от погодообразования, и погрешность может варьироваться от полуметра до двух.

Данный метод применяется на начальном этапе работ.

Тригонометрическое нивелирование

Используя такой вид, вычисление превышения измеряют путем наклонного угла визирования к горизонту.

Чтобы измерить вертикальные углы, применяют геодезическое оборудование: теодолит – чтобы определить угол наклона, дальномер – измерить расстояние.

Погрешность – максимум 40 мм на 100 м. Ограниченно применение в горной и холмистой местности.

Гидростатическое нивелирование

Вид измерения, который основывается на методе свойства сообщающихся сосудов.

Жидкость в емкости устанавливается по одному уровню, а поверхность расположена под прямым углом по направлению к силе тяжести, что дает возможность определить превышение.

Применяется, чтобы получить небольшие измерения. Погрешность сопоставима с геометрическим нивелированием.

Стереофотограмметрическое нивелирование

Механическое нивелирование

Применяется в качестве контроля расположения железнодорожных дорог и прочих линейных конструкций.

При помощи особых датчиков, зафиксированных на транспорте, на листе вырисовывается профиль местности.

Радиолокационное нивелирование

Основа метода заключается в получении абсолютных высот с летательных аппаратов, используя специальные высотометры.

Где применяется нивелир?

  • Без нивелира не обойтись в строительстве. Ведь важнейшим условием при постройке небольшого дома или большого здания является безукоризненно ровная поверхность. Если поверхность, на которой возводятся стены, будет неровной, после их возведения они могут через непродолжительное время потрескаться, перекоситься двери, полопаться стекла в окнах.
  • При закладке нового парка или сада, чтобы ряды деревьев были ровными, их размечают с помощью нивелира.
  • Также нивелирование нужно при строительстве ограды, беседки, прокладывании тротуаров, детских площадок.
  • Без нивелира не обходится ни одна геодезическая организация, без него невозможно провести топографическую съемку, землеустроительные работы в государственном кадастре.

Разница между теодолитом и нивелиром

Несмотря на наличие схожих черт, отличий между нивелиром и угломером больше. На строительной площадке устройства используют для разных целей.

Функционал

Теодолит считается более универсальным прибором. В первую очередь его используют для измерения углов, но важное отличие состоит в том, что он может определять также линейные показатели — вертикальные и горизонтальные.

Нивелир относится к узкоспециализированным приспособлениям. Его применяют для разметки и выравнивания поверхностей, заливки фундамента, нанесения планировки. Измерять углы инструмент обычно не способен.

Конструкция

Теодолит по строению является более сложным прибором. В нем предусмотрены специальные детали — лимб и алидада с вращением, тогда как в нивелире подобных элементов нет.

Разница между теодолитом и нивелиром

Отсчетная система

Отличием нивелирного прибора является то, что при проведении измерений нужно использовать специальную рейку, ее называют инварной. Эту деталь поочередно устанавливают в определенных местах и вычисляют высоту.

Инварная рейка нивелира обычно обладает телескопической конструкцией и прилагается в комплекте

Теодолит проводит измерения за счет двухканальной системы, включающей в себя микроскоп. Величина угла направления рассчитывается по лимбу, а угол наклона — по кругу, зафиксированному на вертикальной оси.

Сфера применения

К важным отличиям теодолита относится то, что его можно использовать в двух плоскостях. Классический нивелирный прибор проводит только горизонтальные измерения. Также теодолит изначально предназначен для определения величины углов. Нивелирное устройство покупают для вычисления высоты.

Выбор устройства

Прежде чем покупать уровень, подумайте, насколько часто вы будете его использовать. При домашней эксплуатации, к примеру, для того, чтобы повесить картину, не нужны самовыравнивающиеся профессиональные модели с множеством функций. Советуем при покупке аппарата ориентироваться на несколько пунктов:

Выбор устройства
  • Погрешности измерения.
  • Расстояние, на которое может дотянуться луч.
  • Время работы.
  • Имеется ли возможность самовыравнивания.
  • При каких температурах устройство нормально функционирует.
  • Комплектация.
  • Качество материала, из которого изготовлен нивелир.
Читайте также:  Выбор портативной метеостанции для походов

Назначение нивелира

Одной из важнейших геодезических работ, проводимых при строительстве каких-либо объектов, является нивелирование.

Для этих целей применяется соответствующий инструмент –нивелир.

Целью данной операций является определение на местности разности высот конкретных точек, а также изучение форм рельефа.

Нивелиры используются при:

  • проектировании, и создании геодезических структур высокой точности;
  • монтаже технического оснащения и конструкций, например, для установки столбов ЛЭП;
  • декорировании местности, выравнивании больших площадей;
  • прогнозировании величины оседания каких-либо построек;
  • строительных работах внутри помещений, например, монтаже полов, потолков.

В быту нивелиры часто применяют при ремонте помещений.

Для этих целей существует отдельный вид приборов, которые часто называют лазерными уровнями.

Они проецируют на плоские поверхности лазерные лучи и отлично подходят для разметки углов.

Кроме прочего, применение лазерного нивелира обеспечивает точность укладки кафеля и любого материала, где требуется соблюдение прямых углов и линии.

По этой причине прибор используют и для оклейки обоев, где требуется соблюдать строго вертикальные линии стыков.

Для электрика нивелир также будет полезен.

С его помощью можно четко позиционировать расположение розеток, выключателей, предохранительных щитов на одном уровне от пола, либо же относительно горизонта.

Также в быту используют простейшие гидростатические нивелиры, работающие по принципу двух сообщающихся сосудов с жидкостью.

Измерение расстояний оптическим нивелиром.

На вертикальной линии перекрестия есть две маленькие черты. Для того что бы измерить расстояние до установленной рейки нужно разницу показаний умножить на константу для Leica Jagger 20, как и большинства других нивелиров, константа равна 100.

Измерение расстояния оптическим нивелиром

  • Верхняя черта – 291,2 см
  • Нижняя черта – 285,6 см
  • Разница получается: 291,2 – 285,6 = 5,6 см
  • Расстояние до рейки в нашем случае 5,6 х 100 = 560 см или 5,6 метра.

Оптическим нивелиром можно измерять большие расстояния, зависит от кратности увеличения оптики нивелира. В частности, Jagger 20 кратность 20Х позволяла мне замерять расстояния до 300 метров.

Исследование правильности работы цилиндрического уровня

Если на модели прибора применен уровень цилиндрического типа на зрительной трубке, то он должен удовлетворять следующим условиям — его ось должна быть строго параллельна линии визирования трубы. Эту проверку надо делать в два этапа:

  • проходящая через основную ось цилиндрического уровня отвесная плоскость должна быть параллельна аналогичной поверхности, проходящей через линию визирования зрительной трубки;
  • проекция на отвесную плоскость угла между осью уровня и трубы не должна превышать предела, установленного в паспорте.

Первое условие проверяют при помощи рейки, установленной в 45-55 метрах от штатива, подъемный винтик которого направляют в ее сторону. Тщательно проверяют горизонтальность крепления прибора, совмещают поднимающим винтом концы пузыря уровня, а механизмом фиксирования получают четкое изображение. Производят отсчет. Затем добиваются наклона оси прибора подъемными винтиками, так чтобы не изменились показания, и фиксируют положение концов цилиндрического уровня. То же делают и при наклоне в противоположном направлении. Если пузырь остается в обоих случаях на месте или его концы смещаются в одном направлении, то установка уровня признается правильной. Если этого нет, то производят юстировку горизонтальными и вертикальными винтами самого цилиндрического уровня.

Второе условие проверяется при помощи таких методов, как:

  • нивелирование в прямом направлении вперед;
  • то же, но в сочетании с измерениями из середины;
  • применение способа с использованием разных плеч.

При каждом способе, а они описаны в специальной литературе, должно проводиться не менее 3 измерений угла между осью уровня и проекцией на отвесную плоскость. Затем вычисляют среднее арифметическое этих измерений и сопоставляют с паспортными данными. Если полученная цифра не выходит за допустимые пределы, указанные в документе, то нивелир настроен правильно.