Лабораторная работа № 5
ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА ВЫСОКОТОЧНЫХ НИВЕЛИРОВ ТИПА Н-05. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОГО МИКРОМЕТРА С ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНКОЙ
Цель работы: изучение устройства нивелира, выявление основных неисправностей и их устранение; исследование основных параметров оптического микрометра: цены деления на всей длине шкалы, диапазона работы, люфтов в механизме, наклоняющем плоскопараллельную пластинку.
Приборы и принадлежности: нивелир Н-05 (или Н-2) и компарированная реечка с миллиметровыми делениями.
Содержание и порядок выполнения работы
Нивелирование первого и второго классов выполняют с помощью штриховых инварных реек с ценой деления 5 мм. Штрихи, как правило, нанесены на металлической ленте, выполненной из инвара (сплава, практически не чувствительного к изменениям температуры). В настоящее время выпускают как нивелиры с контактным уровнем при зрительной трубе (например, Изюмский завод с 1979 г. выпускал нивелиры Н -05 с ценой деления уровня =10"), так и нивелиры с компенсатором (например, завод "Карл Цейс" в Йене выпускал нивелир Ni-002, в котором в качестве компенсатора было использовано качающееся зеркало, завод гарантировал при изготовлении значение угла i не более 3").
Точность отсчитывания по рейке повышают за счет использования зрительных труб с увеличением порядка x, a также применения оптического микрометра. В качестве поднижного оптического элемента микрометра наибольшее распространение в нивелирах получила плоскопараллельная пластинка (ППП), расположенная перед объективом (нивелир НА-2 с насадкой перед объективом), или за объективом (нивелиры НБ-2, НБ-3 и НБ-4, где ППП установлена между объективом и фокусирующей линзой). Принципиальная схема устройства оптического микрометра с ППП перед объективом приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема тангенциального механизма микрометра:
1 — плоскопараллельная пластинка (ППП); 2 - винт регулировки цены деления барабанчика оптического микрометра; 3 - объектив; 4 - штанга; 5 - шкала барабанчика; 6 - индекс;
7 - контргайка; 8 - шаровая опора регулировочного винта; d - толщина ППП; R – радиус вращения; e - угол наклона ППП
Тангенциальный механизм передачи вращения ППП в нивелире Н-05 изображен на рис. 2. На рис. 3 показано поле зрения нивелира. Порядок расчета оптического микрометра с ППП подробно рассмотрен в учебнике.
Для практических расчетов значения смещения луча плоскопараллельной пластинкой при малых углах падения e (± 15°) достаточную точность обеспечивает формула, предложенная Г. Вильдом: h= d(n-1)tge/n (1)
Так как угол e мал, то формулу (1) записывают в виде:
h= de (n-1)/nr (2)
Рис. 2. Схема тангенциального Рис. 3. Поле зрения нивелира Н-05
механизма нивелира Н-05:
1- ППП; 2 - юстировочный винт;
3 - штанга-толкатель; 4 - закрепительный винт
Из формулы (2) видно, что при расположении ППП перпендикулярно падающему лучу (e = 0°) смещение h отсутствует. Цена деления барабанчика отсчетного микрометра равна 0,05 мм, ее регулировку осуществляют изменением длины юстировочного винта с шаровой опорой 2 (см. рис. 2).
Доступ к юстировочному винту осуществляется после снятия крышки под зрительной трубой. При регулировке сначала ослабить винт 4, после чего отверткой завинтить или вывинтить, юстировочный винт 2 и снова закрепить винт 4. Количество штрихов на барабанчике должно обеспечивать измерения в пределах цены деления рейки. Конструктивно шкала баранчика и отсчетный индекс могут быть проецированы, как у нивелира Н-05, в поле зрения зрительной трубы (см. рис. 3).
Порядок исправления установки сетки нитей нивелира Н -05 относительно отвесной линии: снять крышку со стороны окуляра, вывинтив три стопорных винта; снять окуляр, предварительно вывинтив три крепежных винта; ослабить правый и новый винты на оправе сетки нитей на целый оборот, средний винт примерно на четверть оборота; повернуть оправу сетки нитей; надеть окуляр и проверить по отвесу положение верх шкального штриха сетки; закрепить сначала средний, а затем правый и левый винты; закрепить на тубусе зрительной трубы окулярное устройство; закрепить окулярную крышку винтами.
При неплавном вращении верхней части нивелира H-05 необходимо в первую очередь проверить смазку вертикаль ной оси вращения. Для этого необходимо выполнить следующие действия: вывинтить два винта крепления вкладыша, расположенного под установочным уровнем; вывинтить до упора наводящий винт; отжать гильзу возвратной пружины и, слегка поворачивая верхнюю часть нивелира, снять ее с вертикальной оси; протереть ось и втулку салфеткой и нанести на ось 5 - 6 капель масла; надеть на ось верхнюю часть, при этом следить за тем, чтобы гильза возвратной пружины попала в углубление на в
водильце хомутика; ввинтить наводящий винт, при этом шпилька наводящего винта должна попасть в углубление на водильце хомутика; закрепить винтами вкладыш.
Ранее выпускавшиеся нивелиры НБ-2 (ППП расположена внутри трубы) и НА-1 (ППП в виде насадки) имеют ряд одинаковых узлов (например, вертикальную и горизонтальную системы осей и одну оптическую схему контактных уровней (рис. 4). На рис. 5 приведена оптическая схема нивелира Ni-2.
Рис. 4. Оптическая схема контактного уровня нивелира НБ-2:
1 - блок призм-сфеноидов; 2 - призма; 3 - микрообъектив;
4 - ромб-призма; 5 - сетка нитей; 6 - окуляр
Рис. 5. Оптическая схема нивелира Ni-2 (фирмы "Carl Zeiss"):
1 - объектив; 2 - отрицательный мениск; 3 - фокусирующая линза;
4 и 7 - призмы; 5 - призма-компенсатор; 6 - балансир; 8 - сетка нитей;
9 - окуляр; 10 - корпус зрительной трубы; 11 - бериллиевые нити
При использовании нивелира Н-05 необходимо придерживаться следующего порядка работы на станции: отгоризонтировать нивелир по круглому уровню, вращая головку элевационного винта, совместить изображения концов пузырька цилиндрического уровня (см. рис. 5), вращая барабанчик микрометра, навести биссектор на ближайший штрих рейки и отсчитать по ней (отсчет А), отсчитать по барабанчику (отсчет В), вычислить полный отсчет как (А + В - 50). Исследование оптического микрометра с ППП в лабораторных условиях выполняют в следующем порядке:
примерно в 10 метрах от прибора на его высоте установить компарированную реечку с миллиметровыми делениями, установить отсчет по барабанчику, близкий к нулю, выполнить измерения при наведении на 5- 6 штрихов реечки в прямом (вращать барабанчик оптического микрометра но ходу часовой стрелки (на ввинчивание)) и обратном (вращать барабанчик против хода часовой стрелки (на вывинчивание) ходе, отсчитывая по шкале микрометра с погрешностью не более 0,1 деления барабанчика, перед отсчитыванием необходимо совмещать концы пузырька контактного уровня. Результаты измерений заносят в таблицу, при этом колонку 4 заполняют снизу.
Если пропущен нужный штрих, то барабанчик возвращать назад, а затем выполнять совмещение изображения штриха выполнении исследований в учебных целях можно принять значение цены деления реечки а = 1,000 мм по всей ее длине.
Таблица 1
№
при-ема
№ штри-ха рейки
Отчет по шкале микрометра
ЛЮФТ (мх)
Впр-Вобр
Интервалы между штрихами рейки
Цена делен-ия
tI, мм
Прямой ход
Впр дел
Обрат-ный ход Вобр дел
Всредн =Впр+Вобр/2
По результ. Компар (а) мм
В дел. шкалы микром.
Вi+1-Вi дел
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
139
2,5
2,4
2,45
+0,1
1,000
1,000
1,000
1,000
1,000
17,9
19,7
21,9
19,6
18,9
0,056
0,051
0,046
0,051
0,053
138
20,4
21,0
20,7
-0,6
137
40,1
40,6
40,35
+0,5
136
62,0
61,6
61,8
+0,4
135
81,6
81,4
81,5
+0,2
134
100,5
101,2
100,85
-0,7
tср= 0,051 mt1 = Ö S (D)2 /4 = 0,006
D = ti - tср
D = 0,056-0,051=0,005
D = 0,051-0,051=0
D = 0,046-0,051=-0,005
D = 0,051-0,051=0
D = 0,053-0,051=0,002
Качество работы передаточного механизма, наклоняющего ППП, оценивают по разностям отсчетов по шкале из прямого и обратного ходов, исходя из условия:
S (а пр – а обр)/n=S (а пр-а обр)/5 = 0,02дел£1,0 дел (3)
где n - количество наблюдаемых штрихов на реечке.
При выполнении условия (3) считают, что люфт механизма, наклоняющего ППП, отсутствует, и тогда при измерениях барабанчик можно вращать в любую сторону.
Цену деления шкалы микрометра tj на i-м интервале вычисляют как:
tI= а комп/ Вi+1 -Вi (4)
Цену деления tср из одного приема вычисляют как:
tср = Stср/(n-1) = (5)
= 0,014+0,013+0,012+0,013+0,013= 0,065
При выполнении работы необходимо провести 2 - 3 приема, в производственных условиях согласно инструкции выполняют N = 6 приемам, затем результаты измерений из шести приемов усредняют, за окончательное значение цены деления принимают:
t0 = Stср/N = 0,009+0,0085+0,007+0,0085+0,009=0,
Оценку точности результатов исследования t0 выполняют но следующим формулам:
(7)
(8)
Кроме того, должны выполняться условия:
(9)
| tI - t0 |£ 0,0025 мм 0,023£ 0,025мм
| t0 -0,05|£ 0,0003мм -0,008£ 0,0003
Диапазон работы оптического микрометра вычисляют по формуле
D = 100t0 (мм).=4,2 мм (10)
В полевых условиях цену деления барабанчика исследуем на различных расстояниях до рейки и при разной температуре.
Поверку главного условия нивелира Н-05 выполняют аналогично поверкам нивелира Н-3. Однако при несоблюдении главного условия его исправляют вращением клиновидного защитного стекла, находящегося перед объективом зрительной трубы, предварительно ослабив стопорный винт.
Вывод: В результате проведенных исследований нивелира Н-05 № получены следующие результаты:
1)цена деления барабанчика оптического микрометра нивелира = (0,046 ± 0,0056) мм,
2) диапазон работы D = 4,2 мм,
3)люфт передаточного механизма равен 0,016 мм, т. е. условие выполняется.
В целом прибор требует ремонта (необходимо увеличить цену деления барабанчика).
Контрольные вопросы
1. Типы оптических микрометров с ППП, применяемых в геодезических приборах, их устройство и назначение.
2. Смещение луча плоскопараллельной пластинкой (формулы смещения луча).
3. Цена деления шкалы оптического микрометра и методика ее исследования.
4. Методика исследования механизма, наклоняющего ППП.
5. Методика поверки и исправления главного условия и положения сетки нитей нивелира Н-05.
6. Методика проверки плавности вращения оси нивелира
