Нивелир и теодолит: что это такое и в чем разница между инструментами, как произвести точные измерения углов
При помощи теодолита выполняются различные действия: измерение поверхности земли при проведении строительных работ, составление топографических карт, съемка местности для разных нужд.
Что такое геодезия
Геодезия — это наука, занимающаяся точным измерением земной поверхности, созданием рабочих чертежей или карт и прочими прикладными задачами. Для всех этих направлений созданы специальные разделы геодезии, но наиболее ощутимой и важной для повседневной жизни является инженерная геодезия.
Именно этот раздел занимается съемкой местности для постройки зданий и сооружений, для прокладки дорог, для определения точности проходки шахтных выработок или тоннелей. Задачи, решаемые этой отраслью, носят чисто прикладной характер, тесно соприкасающийся со строительством или картографией.
Что такое теодолит
Теодолит — оптический измерительный прибор, при помощи которого с высокой точностью выполняются измерения вертикальных или горизонтальных углов. Он является основным инструментом геодезистов или маркшейдеров, производящих съемку местности.
Назначение теодолита — определение угла между двумя точками при помощи наведения визира поочередно на одну и другую точку, сравнения показаний на шкале самого прибора или на рейке — измерительной вертикальной линейке, которую удерживает ассистент на определенном расстоянии.
Существует много разновидностей теодолитов, различающихся по определенным признакам:
Классическая, первоначальная конструкция теодолита — чисто механическая, самая простая, но не дававшая особой точности измерений. На смену ей пришел теодолит оптический – самый популярный и распространенный по сей день.
Он обеспечивает достаточную точность измерений, но уступает лазерному типу конструкции, имеющему наименьшую погрешность и применяемому для самых ответственных работ.
Существуют также электронные теодолиты, имеющие высокое качество измерений любой степени сложности с выводом показателей на собственный дисплей. Преимуществом такого типа конструкции являются автоматически производящиеся вычисления, значительно сокращающие время на обработку данных или снижающие вероятность ошибки.
Важно! Основные части теодолита остаются неизменными, усложняется лишь система наведения и определения значений.
Цены на теодолит
Как устроен теодолит
Основными узлами теодолита являются:
Основной элемент прибора — зрительная труба , при помощи которой производится точное наведение на определенную точку, определение параметров ее расположения относительно вертикали, горизонтали или другой точки с известными параметрами.
В свою очередь, подставка вместе с трубой может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Изменения положения или направления зрительной трубы отображаются на шкале горизонтального круга. Все положения трубы могут быть зафиксированы или скорректированы при помощи винтов тонкой настройки, от качества наведения зависит точность результата.
Установка на грунте производится с помощью штатива — треноги. Для настройки горизонтали используется отвес и настроечные винты, расположенные в нижней части корпуса.
Внимание! Оптический теодолит не дает окончательных данных, большинство значений получаются путем последующей обработки, расчетов. В этом заключена ключевая особенность прибора, отличающего его от более современных типов.
Для чего нужен горизонтальный круг теодолита
Горизонтальный круг — это одновременно некая условная плоскость, геометрическое поняти, и конкретная деталь конструкции прибора, служащая опорой для подставки зрительной трубы.
При наведении зрительной трубки на определенные точки производится поворот прибора относительно вертикальной оси. Угол поворота фиксируется на шкале, расположенной на горизонтальном круге.
В этом состоит принцип работы теодолита — разница первоначального показания и значения, получившегося после поворота трубки с наведением на другую точку, составляет угловое расстояние между ними, что может послужить основой для многих расчетов.
Из чего состоит горизонтальный круг теодолита
В состав горизонтального круга входят две основные шкалы прибора — лимб и алидада. Они предназначены для измерения горизонтальных углов. Одна шкала остается неподвижной, а другая поворачивается вместе с визирной трубкой, показывая величину отклонения от первоначального положения.
Внимание! Принцип работы вертикального круга практически ничем не отличается от горизонтального, он имеет такое же устройство и выполняет подобные функции. Единственная разница — расположение в вертикальной плоскости.
Что такое лимб и алидада
Геометрические условия теодолита
Вертикальная ось (ось вращения алидады) и горизонтальная ось являются основными параметрами работы прибора, подлежат периодической поверке (контролю соответствия требованиям) или юстировке (настройке правильного положения) перед началом работы.
Как проверить теодолит
Проверка производится поэтапно: 
Стандартный ряд теодолитов в соответствии с ГОСТ
Теодолит — ответственный измерительный прибор, от точности и качества работы которого зависит результат строительства, прокладки дорог или тоннелей и т.д. Поэтому все технические параметры теодолитов четко определены и регламентированы ГОСТ 10529-96. В частности, приборы подразделены на группы:
Литеры в обозначении приборов указывают на:
Цифры в обозначении указывают на среднюю погрешность. В новых образцах самая первая цифра — номер модификации. Каждая группа имеет свой перечень моделей, технические характеристики которых соответствуют определенным требованиям.
Что такое повторительный теодолит
Что такое неповторительные теодолиты
Неповторительные теодолиты имеют жестко закрепленный лимб, поворачивающийся только при ослаблении фиксирующего винта для настройки или установки точки на ноль.
Такая система является более старой, но применяется еще довольно широко.
Жестко закрепленный лимб снижает возможность появления ошибок, но лишает конструкцию некоторых возможностей, присущих повторительным образцам.
Фототеодолит
Наиболее распространенной моделью фототеодолита является комплект Photeo 19/1318, позволяющий производить качественные снимки для точных измерений местности в исследовательских или прикладных целях.
Гиротеодолит
Электронный
Электронный теодолит (современное название — тахеометр) является самой совершенной конструкцией, используемой в настоящее время . Прибор имеет встроенный процессор, производящий необходимые вычисления по полученным показаниям, что практически полностью исключает возможность появления ошибок. Кроме того, все данные по обследованным точкам остаются в памяти прибора, намного упрощая работу и исключая необходимость повторной установки и наведения прибора. Возможность использования в темное время суток и в любых погодных условиях делает электронный теодолит наиболее точным и качественным устройством.
К наиболее распространенным моделям электронных теодолитов относятся RGK T-05, RGK T-20, VEGA TEO-5B и другие.
Цены на электронный теодолит
Как подготовить теодолит к работе
Подготовка теодолита к работе производится поэтапно:
Все эти действия могут потребовать больших или меньших затрат времени в зависимости от состояния прибора и предыдущих настроек.
Внимание! В паспорте прибора имеются четкие и подробные указания, каким образом производятся все подготовительные операции. Перед началом работ следует внимательно прочитать инструкцию и соблюдать все ее требования во время практических действий.
Как измерить углы
Измерение углов — основная функция прибора. По сути, это единственная операция, которую способен выполнять теодолит.
Для этого труба от руки наводится таким образом, чтобы точка оказалась в поле зрения визира, после чего производится точная настройка при помощи настроечных винтов алидады. При этом лимб можно оставить в исходном положении или установить на нем нулевое положение, что упростит расчеты. Показания заносятся в журнал измерений.
Затем труба визируется на вторую точку подобным образом. Положение алидады укажет величину угла между первой и второй точками относительно вершины — точки стояния прибора.
Вертикальные углы измеряются подобным образом, но показания снимаются с вертикального круга теодолита. Существует два положения вертикального круга — КП и КЛ, означающие соответственно правое и левое расположение вертикального круга относительно трубы. При расчетах это следует учитывать, поскольку при множественных измерениях может случиться ошибка, способная коренным образом повлиять на результат.
Сферы применения теодолита
Для чего нужен теодолит в строительных или научных работах — вопрос весьма емкий.
При работе «в поле», когда не имеется никакой привязки к горизонтальной или вертикальной плоскости, точная разбивка участка без применения соответствующей аппаратуры невозможна.
Точный выбор направления при прокладке дорог, корректировка оси штреков или тоннелей — все эти действия требуют высокой точности измерений и привязки к системе триангуляции, иначе неизбежные ошибки приведут к потере направления, нарушениям в размерах зданий и сооружений.
Следует учитывать, что тоннели обычно ведутся с противоположных сторон навстречу друг другу, а при строительстве используются унифицированные элементы, имеющие определенные размеры и формы. Ошибки при измерениях приведут к полной невозможности получить нужный результат.
Немаловажную роль теодолит играет и в научной деятельности, в частности — в картографии. Точность большинства карт, которые используются сегодня — заслуга именно теодолита.
Что такое нивелир
Возможность создания строго горизонтальных плоскостей очень важна при строительстве, так как высокие здания или сооружения, опирающиеся на основание с нарушениями геометрии, могут попросту упасть. Поэтому применение нивелиров распространено не менее широко, чем использование теодолитов, чей набор функций зачастую оказывается избыточным.
Цены на нивелир
Разница между теодолитом и нивелиром
Нивелир производит определение горизонтальных (или вертикальных) линий или плоскостей, осуществляет сравнение имеющихся поверхностей с условной горизонталью.
При этом, если сопоставить возможности, которыми обладают теодолит и нивелир, разница оказывается в пользу теодолита.
Он способен выполнять функции нивелира, и на практике зачастую так и происходит. В то же время, нивелир имеет лишь контрольные функции, для сложного измерения он не предназначен. При этом, более простое устройство прибора означает большую надежность и устойчивость работы.
Во время подготовительного периода или при проведении работ, не имеющих первостепенной важности, нивелир оказывается надежным и точным помощником.
Возможности, которыми обладает теодолит или его разновидности, весьма важны для практической и научной деятельности. Привязка к местности и координатной сетке — важное условие для точных и ответственных работ, когда ошибка может стоить очень дорого.
Что такое алидада в теодолите
АЛИДАДА — (араб. al hada линейка). Металлическая линейка с узкими прорезами или с вертикальными пластинками (диоптрами), которая, вместе с разделенным кругом, в центре которого она вращается, составляет часть почти всех угломерных снарядов. Словарь… … Словарь иностранных слов русского языка
Алидада — и визир … Википедия
Горизонтальный круг теодолита — предназначен для измерения горизонтальных углов и состоит из лимба и алидады. Лимб представляет собой стеклянное кольцо, на скошенном крае которого нанесены равные деления с помощью автоматической делительной машины. Цена деления лимба (величина… … Википедия
Теодолит — середины 20 го века Теодолит измерительный прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах, топографических, геодезических и маркшейдерских съёмках, в строительстве и т. п. Основной рабоч … Википедия
ГОСТ 21830-76: Приборы геодезические. Термины и определения — Терминология ГОСТ 21830 76: Приборы геодезические. Термины и определения оригинал документа: 50. Алидада D. Alh >Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Теодолит — геодезический инструмент (См. Геодезические инструменты) для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах, топографических и маркшейдерских съёмках, в строительстве и т. п. (см.… … Большая советская энциклопедия
Универсальный инструмент — универсал в астрономии и геодезии, переносный угломерный инструмент, служащий для измерения углов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. С помощью У. и. по наблюдениям звёзд и Солнца определяют географические координаты места,… … Большая советская энциклопедия
теодолит — геодезический инструмент для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов. Состоит из зрительной трубы, вращающегося вокруг вертикальной оси горизонтального круга (лимба) с алидадой, на подставку которой опирается горизонтальная ось … Энциклопедия техники
Гиротеодолит — гироскопическое визирное устройство, предназначенное для ориентирования туннелей, шахт, топографической привязки и др. Г. служит для определения азимута (пеленга) ориентируемого направления и широко используется при проведении… … Большая советская энциклопедия
теодолит — [тэ], а; м. [от греч. theaomai смотрю и dolichos длинный] Угломерный инструмент, применяемый в геодезии, астрономии, в инженерных работах и т.п. Труба теодолита. Установить т. ◁ Теодолитный, ая, ое. Т. треножник. Т. прибор (=теодолит). Т ая… … Энциклопедический словарь
Корпус военных топографов — Основание Указ императора Александра I 28 января 1822 года Ликвидация Постановление СНК СССР 1918 год Корпус военных топографов (КВТ) (до 1866 Корпус топографов) был организован в 1822 году для централизов … Википедия
Устройство теодолита и его назначение
С точки зрения входящих в комплект частей, устройство теодолита простое. Трудности возникают в процессе настройки прибора. Дело это тонкое и требуют постоянные проверки. Однако в строительстве и проектировании прибор просто незаменим. Геодезисты знают об этом, мы же попробуем описать, так сказать, строение теодолита и его работу более популярным языком.
Основные части теодолита
Приспособление позволяет с высокой точностью замерять углы в пространстве и работать в горизонтальной или вертикальной плоскости. Как правило, выбирается относительный метод, когда за основу принимается эталонный объект, а по нему уже отсчитывается искомый угол. Измерение таким способом известно с XIX века, но сегодняшние теодолиты — это усовершенствованные приспособления, которых существует несколько разновидностей.
Шкала. Этот элемент, представленный горизонтально или вертикально расположенным кругом, показывает результат. Находится на подставке, имеющей регулировочные винты для управления главными узлами. Измеритель смотрит в окуляр, управляемый винтами, которые позволяют навести окуляр на объект и закрепить его, когда найдена контрольная точка.
Лимб и алидада. Части горизонтального круга, активно использующиеся при измерении горизонтальных углов.
Для фиксации отсчета и дальнейшего проведения измерений относительно него закрепляется специальный винт и отпускается лимб, корпус в этом случае останется неподвижным, двигаться же будут лимб и алидада.
Это и есть главные части теодолита. Но снимать показания помогают и другие устройства, с которыми тоже будет полезно познакомиться. Степень горизонтальности установки теодолита контролируется с помощью цилиндрического уровня, а точку отсчета потерять не дает оптический центрир. Отсчеты снимаются по микроскопу, и это финальная стадия работы замерщика.
Виды устройств
Имеются следующие виды устройств:
Два принципиально разных вида теодолитов отличаются по подвижности алидады и лимба. В повторительных типах данные элементы могут закреплять поочередно, а показания снимать методом последовательных повторений. Обыкновенные варианты этого не допускают, так как алидада с осью представляют в них единое неподвижное целое, и для каждого измерения требуется отдельная настройка.
Маркировка
Марка теодолита — это совокупность букв и цифр. В каждой есть связка литеры «Т» с какой-либо цифрой. Буква указывает на то, что прибор — теодолит, цифры показывают погрешность измерения в секундах, чем они больше, тем больше и погрешность.
Стоит цифра точности после литеры «Т», а если перед буквой есть другая цифра, она служит для обозначения поколения прибора или его модификации в категории марки.
Требования перед работой
Перед измерением углов теодолит проверяется. Нужно проверять специальную отметку или пломбу, а также периодически — геометрические параметры, так как ошибка в пару градусов со временем может привести к катастрофе!
Использование теодолита
Приемов профессионального использования приборов много, и им учат на специальных курсах, здесь же приведем основные из них.
История приборов
Первые теодолиты в центре угломерного круга на острие иголки имели линейку, способную вращаться на этом острие свободно (подобно стрелке компаса). В линейке делались вырезы, в которых натягивались нити, служащие отсчетными индексами. Центр угломерного круга помещался в вершину измеряемого угла, где и закреплялся.
Поворачивая линейку, ее совмещали с первой стороной угла и по шкале круга брали отсчет N1. Потом линейку совмещали со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность N2 и N1 равнялась значению угла. Подвижную линейку назвали алидадой, а угломерный круг — лимбом. Совмещение линейки-алидады со сторонами угла осуществлялось с помощью примитивных визиров.
Современные теодолиты существенно отличаются от предшественников.
Плавное вращение алидады и лимба обеспечивает система осей, а регулируются вращения наводящими и зажимными винтами.
Установки теодолита производятся с помощью специального штатива. Центр лимба с отвесной линией, которая проходит через вершину измеряемого угла, осуществляется оптическим центриром или нитяным отвесом.
Коллимационная плоскость образуется визирной осью окуляра при вращении зрительной трубы вокруг собственной оси. Стороны угла проектируются на лимб подвижной вертикальной плоскостью, называющейся коллимационной плоскостью. Плоскость эта образуется визирной осью зрительной трубы, когда труба вращается вокруг своей оси.
Визирной осью трубы (визирной линией) называется воображаемая линия, которая проходит через центр сетки нитей и оптический центр объектива трубы.
Теодолит, его составные части
Измерения горизонтальных проекций углов между линиями местности производят геодезическим угломерным прибором теодолитом. Для этого теодолит имеет горизонтальный угломерный круг с градусными делениями, называемый лимбом. Стороны угла проектируют на лимб с использованием подвижной визирной плоскости зрительной трубы. Она образуется визирной осью трубы при её вращении вокруг горизонтальной оси. Данную плоскость поочередно совмещают со сторонами угла ВА и ВС, последовательно направляя визирную ось зрительной трубы на точки А и С. При помощи специального отсчетного приспособления алидады, которая находится над лимбом соосно с ним и перемещается вместе с визирной плоскостью, на лимбе фиксируют начало и конец дуги a1c1 (см. рис. 40), беря отсчеты по градусным делениям. Разность взятых отсчетов является значением измеряемого угла β.
Лимб и алидада, используемые для измерения горизонтальных углов, составляют в теодолите горизонтальный круг. Ось вращения алидады горизонтального круга называют основной осью теодолита.
В теодолите также имеется вертикальный круг с лимбом и алидадой, служащий для измерения вертикальных проекций углов – углов наклона. Принято считать углы наклона выше горизонта положительными, а ниже горизонта – отрицательными. Лимб вертикального круга обычно наглухо скреплён со зрительной трубой и вращается вместе с ней вокруг горизонтальной оси теодолита.
Перед измерением углов центр лимба с помощью отвеса или оптического центрира устанавливают на отвесной линии, проходящей через вершину измеряемого угла, а плоскость лимба приводят в горизонтальное положение, используя с этой целью три подъемных винта 3 и цилиндрический уровень 12 (рис. 41). В результате данных действий основная ось теодолита должна совпасть с отвесной линией, проходящей через вершину измеряемого угла.
Рис. 41. Устройство теодолита 4Т30П:
1 – головка штатива; 2 – основание; 3 – подъемный винт; 4 – наводящий винт алидады; 5 – закрепительный винт алидады; 6 – наводящий винт зрительной трубы; 7 – окуляр зрительной трубы; 8 – предохранительный колпачок сетки нитей зрительной трубы; 9 – кремальера; 10 – закрепительный винт зрительной трубы; 11 – объектив зрительной трубы; 12 – цилиндрический уровень; 13 – кнопочный винт для поворота лимба; 14 – закрепительный винт; 15 – окуляр отсчетного микроскопа с диоптрийным кольцом; 16 – зеркальце для подсветки штрихов отсчетного микроскопа; 17– колонка; 18 – ориентир-буссоль; 19 – вертикальный круг; 20 – визир; 21 – диоптрийное кольцо окуляра зрительной трубы; 22 – исправительные винты цилиндрического уровня; 23 – подставка.
Для установки, настройки и наведения теодолита на цели в нем имеется система винтов: становой и подъемные винты, закрепительные (зажимные) и наводящие (микрометренные) винты, исправительные (юстировочные) винты.
Становым винтом теодолит крепят к головке штатива, подъемными винтами – горизонтируют.
Закрепительными винтами скрепляют подвижные части теодолита (лимб, алидаду, зрительную трубу) с неподвижными. Наводящими винтами сообщают малое и плавное вращение закрепленным частям.
Чтобы теодолит обеспечивал получение неискаженных результатов измерений, он должен удовлетворять соответствующим геометрическим и оптико-механическим условиям. Действия, связанные с проверкой этих условий, называют поверками. Если какое-либо условие не соблюдается, с помощью исправительных винтов производят юстировку прибора.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Устройство теодолита
Теодолит — геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов.
Горизонтальный круг, лимб и алидада
Основным конструктивным элементом и рабочей мерой теодолита является горизонтально расположенный градуированный угло мерный круг (по существу — круглый транспортир), называемый лимбом (от англ. limb — край, кайма). Градуированное кольцо лимба горизонтального круга всех теодолитов мира оцифровано от 0 о(г) и до 0° ( г> (360° или 400 г )по ходу часовой стрелки (исходя из принятой в геодезии традиции считать именно это направление поворота положительным для счета ориентирующих углов).
Дуга окружности между двумя соседними делениями лимбы называется ценой деления лимба. Цена деления лимба у теодолитов может быть различной: от 1° у теодолитов технической точности и до 5′ у высокоточных теодолитов. Лимбы значительно точнее обычных транспортиров: по лимбам высокоточных теодолитов с помощью специальных отсчетных устройств — микрометров — можно снимать отсчеты с точностью до десятых долей угловой секунды.
Над лимбом находится подвижная вращающаяся часть теодолита с отсчетным индексом, называемая алидадой (в англ, варианте — alidade, происходит от араб. — сторона, боковая часть). Алидада вращается вокруг оси, проходящей через центр оцифрованного кольца лимба перпендикулярно его плоскости. Поворотом вокруг своей оси алидада ориентируется на лимбе в заданном направлении и по ее индексу производится отсчет по лимбу.
Ось вращения алидады называется вертикальной или главной осью теодолита. В рабочем положении главная ось теодолита совмещается с отвесной линией, проходящей через вершину измеряемого (или откладываемого на местности) горизонтального угла, а плоскость лимба, при этом, занимает горизонтальное положение.
Для студентов аспирантов и преподавателей
Определение эксцентриситета алидады и лимба
Элементы эксцентриситета алидады и лимба
В соответствии с геометрической схемой теодолита необходимо чтобы проекция оси О вращения алидады па плоскость лимба, центр О1 вращения горизонтального круга 1 и центр К кольца делений 2 на лимбе (рис. 62) совпадали. При центрировании неизбежны погрешности, по они не должны превышать установленных допусков.
Под эксцентриситетом алидады понимают несовпадение центра О вращения алидады с центром К кольца делений лимба, а под эксцентриситетом лимба — несовпадение центра О1 вращения лимба с центром К кольца делений па нем. Эксцентриситет алидады характеризуется линейным элементом е = КО и углом Р, ориентирующим линейный элемент относительно нулевого штриха лимба. Эксцентриситет лимба характеризуется аналогичными элементами: е1 = КО1 и углом Р1.
Определение элементов эксцентриситета алидады и правильности ее вращения
Пусть К—центр кольца делений лимба (рис. 63), О — ось вращения алидады, j — отсчетпый индекс оптического микрометра; d— угол смещения индекса относительно его расчетного положения; с, и Р — элементы эксцентриситета алидады; A и В— расчетное положение противоположных штрихов лимба; A‘ и В’ — их видимое положение, смещенное вследствие эксцентриситета; х — ошибки в отсчетах, обусловленные влиянием эксцентриситета. Требуется определить е, Р и d.
Перед началом исследований эксцентриситета алидады тщательно выверяют накладной уровень (при его отсутствии—уровень при алидаде) и приводят вертикальную ось теодолита в отвесное положение. Исследования выполняют на двух следующих один за другим полных оборотах алидады по часовой стрелке (прямой ход) и двух полных оборотах ее против часовой стрелки (обратный ход). При неподвижном лимбе алидаду переставляют обычно через 30° и на каждой установке делают по два отсчета: t— при совмещении изображений диаметрально противоположных штрихов лимба и t1— при совмещении ближайшего штриха с отсчетным индексом j микрометра. Кроме того, фиксируют отсчеты по обоим концам пузырька уровня.
Рис. 62. Элементы эксцентриситета алидады и лимба
Рис. 63. Схема влияния эксцентриситета алидады на отсчеты по лимбу
В соответствии с принятыми обозначениями будем иметь
Вычтем из нижнего равенства верхнее. Учитывая, что разность v = t‘—t определяется со случайной ошибкой δ, получим
где х и d— неизвестные, υ— свободный член.
В треугольнике ОКА’ (см. рис. 63) ОК=е; КА’ — r——радиус кольца делений лимба; угол при точке К равен М’а—Р, а угол при точке А’ равен углу х, так как эксцентриситет вызывает параллельный перенос (смещение) видимых штрихов лимба. Решая этот треугольник, напишем
