Теодолит и нивелир – современные геодезические приборы, созданные для выполнения важных измерительных операций в пространстве. Это требуется во многих сферах, к примеру в строительной. Каковы особенности каждого инструмента? И чем отличается теодолит от нивелира? Рассмотрим это.

Определение

Теодолит – прибор, специфика которого заключается в возможности проведения угловых замеров.

Теодолит

Нивелир – прибор, позволяющий выяснить, как соотносятся между собой по высоте различные точки пространства, или задать направление при определенных видах работ.

Сравнение

Прежде всего, следует подробней рассмотреть функциональные возможности двух измерительных устройств. Отличие теодолита от нивелира заключается в том, что первый из названных приборов более универсален. С помощью теодолита можно производить линейные и угловые замеры, причем в обеих плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

К примеру, именно теодолит будет незаменим в случае, когда требуется определить, насколько стена здания отклонилась от вертикали. Специализация нивелира более узкая. С применением этого приспособления можно вычислять разность уровней или строить направляющие, которые помогают получать идеально ровные поверхности. Нивелир будет полезен, скажем, при укладке кирпича или заливке фундамента.

Возможности инструментов обусловлены особенностями их устройства. Все подробности оснащения зависят от конкретной модели теодолита или нивелира, а также от того, к какому типу относится прибор: является он оптическим, лазерным или цифровым. Но в целом теодолит устроен сложней. Он обладает добавочной осью измерений, которой нет у нивелира.

Для отсчета величин в теодолите предусмотрены два круга с разметкой (лимбы): по горизонтальному определяют угол направления, по вертикальному – угол наклона. Для наведения на исследуемые объекты в обоих приспособлениях используется оптическая труба. При работе с нивелиром также применяется отдельная рейка с делениями.

Следует добавить несколько слов о том, в чем разница между теодолитом и нивелиром относительно сферы их использования. Поскольку теодолит обладает более богатым функционалом, то спектр областей, где он необходим, шире. Это не только строительство, но и мелиорация, астрономия, а также иные направления деятельности, в которых важны точные расчеты. У нивелира, соответственно, сфера применения ограничена.

Строительные работы в настоящее время не проходят без использования специальных геодезических приборов. Эти инструменты называются теодолит и нивелир: разница между ними велика, хотя и схожих черт достаточно много. Поэтому часто возникают вопросы о том, чем же отличаются эти два прибора, каковы особенности использования каждого из них.

С помощью нивелира можно установить точное местоположение объекта в пространстве, а с помощью теодолита измерить горизонтальные и вертикальные углы.

Применение геодезического теодолита

Теодолит — это прибор, позволяющий измерять углы, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Он позволят узнать величину угла между различными точками с наиболее высокой точностью.

Необходимость привязывать здание к некоторой точке объясняется важностью определения угла между ними. Получение точных результатов позволяет высчитать профиль дороги, контур сооружения и т. д..

Оптические системы теодолитов, в зависимости от точности результатов, разделяют на 3 группы:

1. Технические. Погрешность результата может составлять до 1 минуты.
2. Прецезионные. Погрешность — до 1 минуты. Позволяют отслеживать деформацию сооружений, неизбежно возникающую в процессе эксплуатации из-за воздействия внешней среды и веса самого объекта.
3. Точные теодолиты пользуются наибольшим распространением при проведении строительных работ. Они обеспечивают погрешность в 2-3 секунд.

Кроме определения углов, теодолит применяют и в других сферах: например в метрологии, а также для расчета траектории ракеты.

Теодолиты применяют не только в строительных работах, но и в лесотехнике или мелиорации, во всех тех сферах, где необходимо провести высокоточное измерение.

Особенности устройства конструкции прибора

Старые разновидности приспособлений представляли собой линейку на длинном конце иглы, помещенной в центр окружности. Движение походило на перемещение стрелки компаса.

На линейке делали вырезы, через них протягивали нить — получался отчетный индекс. После этого одну сторону совмещали с линейкой. Она поворачивалась, получался отчет 1. Вторая сторона совмещалась с линейкой, получался отчет 2. Затем находили разность между показателями. Получившийся показатель принимали за угловое значение.

В такой конструкции линейка называлась алидадой, а круг для получения углового значения — лимбом.

В современных инструментах принцип работы остался таким же, названия тоже не изменились. Алидада соединяется со сторонами угла с помощью зрительной спецтрубы, способной перемещаться и по азимуту, и по высоте.

Проводить отсчет позволяет специальное устройство по шкале лимба. Для приведения элементов в движение применяется система осей. Для защиты элементов теодолита используется кожух из твердого металла.

Движения элементов — алидады и лимба — настраивается при помощи винтов. Для проведения разметки теодолит устанавливается на ровной поверхности с помощью штатива. Центр лимба наводится на отвесную линию. Для этого используется отдельный элемент — центрир, который иначе еще называют нитяной овес. Стороны угла при проведении измерения проектируются на плоскости круга при помощи коллимационной плоскости. Они образуется при движении визирной оси трубы. Визирование проводят, используя две нити (вертикальную и горизонтальную), расположенные по диаметру. Если такие нити находятся на одинаковом расстоянии от горизонтальной нити простого креста, тогда они называются дальномерными.

Особенности устройства нивелира

Нивелир — это прибор, необходимый для нивелирования, то есть определения превышения высоты горизонтали в нескольких точках.

Этот инструмент применяется в строительстве, например для укладки пола, заливки фундамента, укладки плитки и даже поклейки обоев. Получить ровные поверхности позволяет построение с помощью нивелира направляющих по горизонтали и вертикали. В состав наиболее простого по конструкции — оптического приспособления — входят несколько конструктивных элементов, позволяющих производить необходимые измерения при помощи этого прибора.

Нивелир состоит из зрительной трубы с окуляром. Труба закрепляется на подставке целой системой винтов, с помощью которых также осуществляется вращение инструмента по горизонтали. Внутри трубы демпфирующими деталями закреплено зеркало.

Рабочее положение нивелиру придают с помощью винта. Если нужно взять точку отсчета, движение прибора по горизонтали осуществляет элевационный винт.

Горизонтальную визирную ось удерживает компенсатор, работающий автоматически. Он позволяет увеличивать точность замеров.

Использование нивелира позволяет получать максимально точные результаты замеров. Программное обеспечение позволяет оперативно обрабатывать полученные данные, а запоминающее устройство — фиксировать замеры.

На данный момент существует 3 основных вида нивелиров, применяющихся для разных видов работы:

• лазерные;
• электронные (цифровые);
• оптические.

Каждый из типов этого прибора имеет свои конструктивные особенности, влияющие на популярность устройств.

Устройство лазерного нивелира

Сейчас в строительстве распространены лазерные нивелиры, так как данные инструменты наиболее просты в эксплуатации. Особенность конструкции такого прибора — наличие лазерного излучателя. С его помощью через оптическую призму подается лазерный луч в пространство.

Лучи лазера образовывают в пространстве 2 пересекающиеся перпендикулярные плоскости. Ориентируясь на них, можно легко выровнять поверхность.

Лазерные приборы могут быть ротационными. Их отличие состоит в том, что такой прибор имеет электродвигатель, что позволяет ему работать быстрее и поворачивать излучатель на 360º.

В лазерных устройствах вместо призмы используют линзу, которая создает в пространстве видимую невооруженным взглядом точку. Эта точка превращается в ровную линию, на которую можно ориентироваться во время ремонта или поклейки обоев.

Различия в конструкции инструментов

Несмотря на множество сходных черт в конструкции и принципе работы, нивелир и теодолит отличия имеют значительные. Одни из существенных преимуществ теодолита вне зависимости от конструкции — его высокая практичность и большая универсальность в использовании. Этот прибор дает возможность сделать большее число разноплановых измерений и может применяться в разных видах работ, связанных со строительством и ремонтом. Нивелир отличает узкая специализация, что существенно ограничивает спектр возможностей его использования.

Оба устройства обладают схожим строением, но есть несколько кардинальных различий. Основные компоненты нивелира — это уровень, зрительная труба и уровень в форме цилиндра. Теодолит состоит из большего количества элементов: лимбов, алидад и лимбов в виде вертикального круга.

Еще одно важное различие — система отсчета. Для измерения с помощью нивелира используется специальная рейка с нанесенными метками. Система осуществления отсчета теодолита — двухканальная, предполагающая использование микроскопа с некоторой ценой деления. При помощи штрихов замеры с использованием нивелира можно делать в разных единицах.

Система отсчета теодолита является на сегодняшний день более совершенной. Современные модели имеют компенсатор, позволяющий устанавливать дополнительный потенциал визирования. Нивелир способен использоваться только на горизонтальной плоскости, тогда как теодолит применяется и на вертикальной. Конструктивные различия приводят к тому, что теодолит и нивелир применяются в разных сферах и существуют различия в их применении:

1. Чтобы рассчитать расстояние до определенной точки, нивелиру требуется дополнительный инструмент — нивелирующая рейка.
2. Оба инструмента могут быть электронными или лазерными. Оба позволяют получить обратное изображение.
3. Теодолит — более самодостаточный прибор. Угол направления рассчитывается по лимбу, углы наклона — по кругу на вертикальной оси.
4. Теодолит используют на 2 плоскостях, вертикальной и горизонтальной, а нивелир — только на горизонтальной.

Оба прибора давно закрепились на рынке товаров как основные приспособления для осуществления расчетов. Учитывая конструктивные особенности инструментов, во время проведения ремонтных или строительных работ стоит использовать оба прибора.

Геодезические измерения на стройках выполняются нивелирами, теодолитами, стальными мерными лентами, рулетками.

Нивелир применяют для определения относительной высоты точек. Основные части нивелира - зрительная труба, через которую производят отсчеты по рейкам, и цилиндрический уровень, с помощью которого визирная ось зрительной трубы приводится в горизонтальное положение.

Существует два типа нивелиров: глухие и нивелиры с перекладывающейся трубой. Глухие нивелиры (261) удобны и надежны в эксплуатации, они получили наибольшее распространение на строительно-монтажных работах. Корпус трубы / и коробка 3 для цилиндрического уровня нивелира отлиты совместно и прикреплены к оси, вращающейся во втулке. Цилиндрический уровень имеет призменный блок, при помощи которого изображение пузырька уровня передается в поле зрения лупы 5, расположенной рядом с окуляром 4. Отсчеты по рейке производят при совмещении толщиной 20-25 мм. Деления на рейках нанесены белой, черной и красной краской. Односторонние рейки окрашиваются в белый и черный цвет; двусторонние - в белый и черный с одной, в белый и красный - с другой стороны. Величина делений на рейке (цена одного деления) -10 мм, причем каждые пять делений для удобства отсчета объединяются в группы в виде буквы Е. Так как трубы нивелиров дают обратное изображение, то числовые надписи на рейках сделаны перевернутыми, чтобы в трубе читалось их прямое изображение.

Произвести отсчет по рейке - значит определить расстояние от плоскости, на которую установлена подошва рейки, до уровня визирной оси нивелира. При чтении отсчета (262, в) прежде отсчитывают десятые доли делений (мм), а затем - дециметры и сантиметры по средней нити сетки зрительной трубы.

Для работы нивелир устанавливают на штативе и закрепляют становым винтом так, чтобы подъемные винты имели плавный ход. После установки нивелир при* водят в рабочее положение, сначала приближенно при помощи круглого уровня 6 (см. 261), а потом приступают к точной установке нивелира винтами 7 по цилиндрическому уровню. Нивелир можно считать установленным правильно, если при повороте трубы с уровнем 1 в любую сторону пузырек уровня не смещается. После этого можно производить нивелирование.

Теодолит (263) - оптический прибор для измерения вертикальных и горизонтальных углов.

Основные части теодолита-- лимб (горизонтальный круг) 2 и вертикальный круг 8, разделенные на градусы и доли градуса. С металлическим кожухом лимба жестко скреплена алидада (линейка, которая может поворачиваться вокруг оси, проходящей через центр лимба) с отсчетными приспособлениями - верньерами. Зрительная труба 5, жестко скрепленная с вертикальным кругом, опирается горизонтальной осью вращения на подставки 6, прикрепленные к алидаде. Труба имеет сетку дальномерных нитей.

Теодолит устанавливают на штативе, его вертикальную ось с помощью уровней приводят в отвесное (рабочее) положение, Лимб теодолита при этом занимает горизонтальное положение. Зрительную трубу направляют на точку наблюдения. С помощью отсчетных приспособлений по лимбу отсчитывают угол направления, а., по вертикальному кругу, прикрепленному к горизонтальной оси трубы, - угол наклона. ;.,". В горизонтальное положение теодолит устанавливают в основном такими же приемами, как и нивелир.

Нивелир, теодолит, тахеометр относятся к главным измерительным устройствам, которые должны быть в арсенале работы маркшейдера. Их основное назначение связано с измерением углов и различных расстояний. Нивелир отличает простота функциональных характеристик, работа его связана с вычислением вертикальных углов. Теодолит уже специализируется на измерении не только вертикальных, но и горизонтальных углов. Тахеометр - наиболее универсальная разновидность измерительного прибора, благодаря которому появляется возможность вычислений и расстояний до цели (объекта, например). Такая функциональная особенность позволяет производить расчеты и обработку данных за короткое время. Существуют такие модели тахеометров, которые имеют в своем составе даже компьютер для запоминания и воспроизводства данных.

Тахеометр рассматривают как одну из разновидностей теодолитов - само название с древнегреческого языка переводится как быстрый. Итак, разберемся, чем отличается теодолит от тахеометра. Главная отличительная особенность состоит в наличии у последнего дальномера, благодаря которому и возможно производить измерения не только углов, но и расстояний. Для выполнения геодезических работ электронный тахеометр незаменим, его надежность, многофункциональность позволяют решать множество поставленных задач на высокопрофессиональном уровне.

Существуют тахеометры двух видов:

• отражательные;
• безотражательные.

Безотражательные разновидности рассчитаны на измерение расстояний до любой плоскости, а тахеометры с дальномером могут вычислять расстояния на ту цель, на которую направлена труба устройства.

Как выбрать измерительный прибор высокого качества - основные рекомендации

В специализированных интернет-магазинах можно приобрести теодолит, тахеометр, цена на которые может отличаться. Факторы, которые влияют на выбор прибора:

• составные части (комплектующие);
• страна-производитель;
• технические функциональные особенности.

Так, при покупке таких устройств, как теодолит, тахеометр нужно, в первую очередь, ознакомиться с составными частями этих приборов, а также уделить внимание их техническим возможностям. Необходимо посмотреть, есть ли в наличии компенсаторы, флэш-карта, аккумуляторы, а кроме того, оценить степень точности и дальность работы. При покупке даже такого прибора, как теодолит б/у , не нужно забывать о стране-изготовителе и отдавать предпочтение лишь популярным и проверенным брендам.

Безусловно, непосредственно перед покупкой измерительного прибора Вы должны определиться с целью такого приобретения и условиями, в которых он будет использоваться. Например, если круг работ сводится лишь к выполнению геодезических исследований, то достаточно приобрести и обычный тахеометр отражательного типа. В таком случае тахеометр, цена на который будет значительно ниже стоимости профессиональных лазерных моделей, решит поставленные перед Вами задачи.

В любом случае стоимость на электронные тахеометры будет значительно выше, чем на теодолиты. Это объясняется тем, что вычисление и получение результатов производятся с применением электронной системы.

Нивелирование (или горизонтирование) теодолита заключается в приведении оси вращения прибора в отвесное положение. Его выполняют в следующей последовательности:

устанавливают цилиндрический уровень алидады горизонтального круга параллельно двум подъёмным винтам подставки, поворачивая верхнюю часть теодолита. Вращая винты в разные стороны, приводят пузырёк уровня на середину;

поворачивают верхнюю часть теодолита на 90 0 и, вращая третий подъёмный винт, приводят пузырёк уровня на середину.

Указанные действия повторяют до тех пор, пока в любом положении алидады пузырёк уровня не будет отклоняться от середины более, чем на одно деление.

Примечание. Если не удаётся отгоризонтировать теодолит, необходимо выполнить поверку и юстировку цилиндрического уровня. Методика этой поверки и юстировки приводится ниже.

Задание 3. Забить в землю колышек, отметить карандашом на его верхнем торце точку, отцентрировать и отгоризонтировать теодолит. Изучить и законспектировать в тетради для лабораторных работ правила установки теодолита в рабочее положение.

1.4 Поверки теодолита

До начала работы с теодолитом внешним осмотром проверяют его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наводящих винтов, а также прочность фиксации вращающихся частей закрепительными винтами. Чтобы обеспечить ожидаемую точность измерения углов, перед началом работы необходимо убедиться в исправности теодолита. Для чего выполняются его поверки и юстировка. В процессе поверок устанавливается соответствие взаимного расположения осей и плоскостей прибора с его геометрической схемой.

Юстировка (исправление) имеет целью исправить взаимное расположение деталей прибора после его поверки с помощью исправительных винтов в полевых условиях. В ряде случаев неисправность прибора устраняется только в заводских условиях.

Схема расположения осей теодолита показана на рисунке 1.5, где ZZ " - ось вращения прибора (основная ось); НН" - ось вращения зрительной трубы; UU  - ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга; WW  - визирная ось.

При работе с теодолитом измерения выполняют при двух положениях вертикального круга относительно окуляра зрительной трубы: круг право – КП и круг лево – КЛ. На рисунке 1.5 теодолит показан в положении круг лево (КЛ). Для контроля соб­людения геометрических условий систематически выполняются по­верки теодолита.

1.4.1 Поверка цилиндрического уровня алидады горизонтального круга

Условие. Ось цилиндрического уровня алидады UU  должна быть перпендикулярна оси ZZ " вращения прибора (рис. 1.5).

Выполнение. Вращением алидады устанавливают уровень параллельно двум подъемным винтам и, вращая винты в противоположные стороны, приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду на 180°.

Допуск. Если пузырек уровня отклонится от нульпункта не более чем на половину деления, то условие вы­полнено.

Исправление. При невыполнении условия необходимо с помощью исправительных винтов уровня переместить пузырек по направлению к нуль-пункту на половину отклонения. Установку пу­зырька на середину ампулы осуществляют затем вращением подъемных вин­тов.

После исправления поверку необходимо повторить.