Виды и точность гидростатических нивелиров

Простейший гидростатический нивелир — трубчатый, состоящий из двух стеклянных цилиндрических сосудов, соединенных жесткой трубкой. Нивелир заполняют какой-либо подкрашенной жидкостью примерно до половины высоты сосудов. Визируя по поверхности жидкости на установленные на нивелируемых точках рейки с делениями, производят отсчеты по ним, как при геометрическом нивелировании, но невооруженным глазом. Такой прибор не поверяют и не юстируют.

Единственное требование к нему заключается в том, чтобы сосуды были чистыми и не слишком узкими (8-10 мм) во избежание явления капиллярности, вызывающего ошибки измерения. Точность трубчатого нивелира весьма низка, вследствие чего в настоящее время его применяют крайне редко.

В современных гидростатических нивелирах сосуды соединяются не жесткой трубкой, а гибким шлангом; сами сосуды выполняются в виде заключенных в металлическую оправу стеклянных цилиндров с миллиметровыми шкалами на стенках (рис. 3.31, а).

Рис. 3.31. Определение превышения переносным гидростатическим нивелиром со взаимной перестановкой сосудов: а) при прямом б) при обратном положении сосудов

Зная относительные высоты z₁ над точкой А и z₂ над точкой В уровня жидкости в измерительных головках (сосудах), превышение h между точками А и В можно найти по формуле:

h = z_1A — z_2B.                                  (3.24)

В соответствии с рисунком, выполненным применительно к моделям гидростатических нивелиров, в которых нулевой штрих располагается в верхней части, нанесенной на стенке сосуда шкалы, получим:

h = (s₁ — З_пр ) — (s₂ — П_пр ) или    

h = (П_пр — З_пр) — (s₂ - s₁),                      (3.25)

где З_пр и П_пр — отсчеты, фиксирующие уровень жидкости в заднем и переднем сосудах при их прямом положении (1→2); s₂; s₁ — высоты нулевых штрихов измерительных шкал над опорными плоскостями сосудов.

Для конкретной пары сосудов разность высот (s₂; s₁) их «нулей» — величина постоянная, называемая местом нуля гидростатического нивелира. Обозначим

s₂ — s₁ = MO,                                              (3.26)

и формулу для определения превышения перепишем в виде

h = (П_пр — З_пр) — МО.                              (3.27)

Если в (3.27) подставить значение h = 0, то станет ясно, что место нуля представляет собой разность отсчетов уровня жидкости в сосудах при установке их на горизонтальной поверхности.

В уравнении (3.27) два неизвестных: h и МО, для отыскания которых необходимо иметь второе уравнение. При работе с переносными гидростатическими нивелирами его можно получить, поменяв сосуды местами (рис. 3.31, б). Тогда, взяв отсчеты П_об — З_об, фиксирующие уровни жидкости в заднем и переднем сосудах при их обратном положении (2→1), можем записать:

h = z_2A — z_1B = (s₂ — З_об) — (s_l — П_об)

или

h = (s₂ — s₁) + (_Поб — Зоб),                   (3.28)

а с учетом (3.26)

h = (П_об — З_об) + MO.                             (3.29)

Суммируя и вычитая выражения (3.27) и (3.29), получим:

                                 (3.30)

                          (3.31)

Нетрудно представить, что для гидростатических нивелиров, шкалы которых имеют нулевой штрих в нижней части сосуда, при прямом положении (1→2) измерительных головок выражение (3.24) раскрывается в виде: h = (s₁ + З_пр) — (s₂ + П_пр). Перегруппировав члены последнего уравнения и воспользовавшись принятым ранее обозначением [см. (3.26)], запишем:

h = (З_пр — П_пр) — МО,                          (3.32)

а после взаимной перестановки сосудов — при их обратном положении (2→1):

h = (З_об — П_об) + МО.                            (3.33)

Из совместного решения уравнений (3.32) и (3.33) получим формулы для вычисления значений превышения и места нуля:

                               (3.34)

                              (3.35)