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.
Нивелир 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.
Теодолит – это распространенное измерительное устройство для определения горизонтальных и вертикальных углов. Оно применяется при проведении общестроительных работ, геодезических исследований и топографических съемок. С его помощью можно определить вертикальные и горизонтальные углы в градусах с минутами.
Отдельные модификации устройства оснащаются дальномером, который увеличивает возможность прибора и позволяет с его помощью определять расстояние до объектов. На базе данной конструкции были разработаны другие приборы, адаптированные под определенные условия съемки, где использование базовой комплектации будет менее удачным.
Разновидности теодолитов
В зависимости от точности теодолиты делятся на три категории:
- Высокоточные.
- Точные.
- Технические.
Высокоточное устройство дает погрешность при измерении равно или меньше 1°. Это дорогостоящее оборудование, которое применяется на ответственных объектах. Оно редко используется, поскольку большинство задач, которые выполняют теодолитом, не требуют столь высокой точности.
Точные имеют погрешность не более 10°. Такие устройства являются самыми востребованными. Подавляющее большинство предлагаемых на рынке приборов соответствуют именно такой погрешности.
Технические могут иметь ошибку в измерении угла до 60°. На первый взгляд это довольно много, но существуют цели, где большая точность не столь важна. В первую очередь это общестроительные задачи, когда осуществляется возведение неответственных объектов. Подобные устройства могут применяться только в малоэтажном строительстве.
Теодолит является давним устройством, поэтому неудивительно, что существует несколько его модификаций, которые имеют схожий принцип действия, но конструктивно отличаются между собой.
Теодолит бывает следующих видов:
- Оптические.
- Электронные.
- Лазерные.
Оптические были изобретены первыми. Их принцип действия заключается в использовании визирной трубы с нанесенной на линзы шкалой. По шкале осуществляется ориентирование параметров угла между несколькими вертикальными или горизонтальными точками объекта исследования.
Электронные оснащаются жидкокристаллическим дисплеем и системой датчиков. После того как прибор устанавливается и выставляется по точкам, между которыми необходимо измерить угол, он самостоятельно определяет наклон и выводит его в цифровом значении на свой дисплей. Это позволяет минимизировать работу оператора, поскольку в отличие от применения оптических устройств, ему не нужно внимательно присматриваться к шкале.
Лазерные оснащаются лазерным лучом, который высвечивает визуально заметную линию на объекте измерения. Оператор настраивает ее таким образом, чтобы она проходила через две требуемые точки. Прибор сам автоматически определяет угол наклона, по которому осуществляете свечение лазерного луча. Подобные устройства имеют ограниченную дальность, поскольку лазерный луч не может распространяться очень далеко. Такие приборы применяют в общестроительных работах. Особенно они удобны для установки колонн и возведения мостов.
Как устроен простейший теодолит
Простейшей и самой безотказной конструкцией теодолита являются оптические приборы. Их главными составными частями являются:
- Подставка.
- Корпус.
- Зрительная труба.
- Регулировочные винты для наведения.
- Цилиндрический уровень.
- Отвес.
- Отсчетный микроскоп.
Корпус устройства закреплен на подставке. В нем удерживается зрительная труба, которая спарена с отчетным микроскопом. Она является подвижной, что позволяет выставлять нацеливание на объект измерения. Также устройство оснащается двумя типами уровней – цилиндрическим и отвесом. Первый применяется для выставления горизонтали, а второй вертикали.
Зрительная труба используется для наблюдения за объектом, находящимся на удалении от устройства. Кратность увеличения, которую дает труба, обычно составляет от 15 до 50 раз. Чем оно выше, тем точнее прибор и на большем расстоянии может находиться от объекта. В окуляр зрительной трубы устанавливается линза, на которой нанесена сетка. Она надежно прорисована на стекле, поэтому не стирается. У дорогостоящего оборудования она не нарисована, а нанесена путем гравировки.
Сетка используется для ориентирования теодолита при настройке. Именно по ней выставляются интересующие точки на предмете исследования по горизонтали и вертикали. Конечно, перед этим прибор выставляется по уровню, поскольку наличие при его установке перекосов не позволяет получать данные даже приблизительной точности.
Уровни предназначены для установки устройства перед началом измерения. С их помощью определяется, насколько постановка его корпуса соответствует горизонтали и вертикали. Обычно приборы оснащаются цилиндрическими уровнями, которые отличаются высокой точностью. У более бюджетного оборудования, или легкого, используется круглый уровень.
При круглом уровне для выставления устройства необходимо постараться, чтобы пузырек воздуха стал по центру блюдца. Выставлять прибор по уровню позволяет регулируемая подставка, сделанная в виде треноги. Желательно всегда пользоваться именно ею, а не подкладывать камушки или другие ненадежные предметы под ножки треноги.
Также важным элементом теодолита является оптическое устройство или микроскоп. Он обладает большой степенью увеличения и оснащается делительной сеткой с размеченной шкалой. Она указывает на градусы и минуты. Более точные устройства показывают также и секунды. В оптическом устройстве применяется шкала, которая называется лимб. Она позволяет определить точный наклон между двумя точками, которые были зафиксированы сеткой на визирной трубе.
Отличие теодолита от нивелира
Часто теодолит путают с нивелиром, поскольку внешне они действительно похожи. На самом деле существует довольно много отличий, позволяющих разделить эти устройства на два лагеря. В первую очередь они различаются по назначению. Теодолиты применяются для измерения углов, а нивелиры для определения вертикальных превышений.
Оба устройства оснащаются подобной системой измерения с сеткой, по которой оператор ориентируется, выбирая нужные точки. У теодолита зрительная труба вращается в горизонтальной и вертикальной плоскости, а у нивелира она двигается только по горизонтали.
Теодолит не требует помощь ассистента. Чтобы с ним работать, необходима только достаточная видимость, чтобы оператор мог ориентироваться по точкам на объекте, по которым можно измерить угол наклона. Для нивелира нужен помощник, который будет удерживать нивелирную рейку в вертикальном положении, находясь непосредственно на траектории видимости зрительной трубы.
Узкоспециализированные теодолиты
По сути, теодолит является универсальным устройством, которое может измерять углы практически в любых условиях. Тем не менее, были разработаны усовершенствованные узкоспециализированные конструкции, дающие большие удобства для определенных целей. Такие устройства теряют свою универсальность, но приобретают ряд преимуществ.
Фототеодолит
Также называют кинотеодолит. Данный прибор соединяет в себе функции теодолита и фотокамеры. С его помощью осуществляется фотосъемка углов интересующих объектов. Также фототеодолиты используются для фиксации угловых координат для летающей техники при ее испытаниях. Несмотря на развитие современных технологий в сфере оборудования для фотосъемок, фототеодолиты выпускаются не только в виде цифровых камер, но и пленочных.
Гиротеодолит
Является гироскопическим устройством, с помощью которого осуществляется ориентирование при строительстве тоннелей и разработки шахт. Также с его помощью можно осуществлять топографические привязки. Им определяется азимут направления. По принципу действия данные устройства похоже на гирокомпас.
Критерии выбора устройства
При выборе теодолита важными критериями, на которые необходимо обратить внимание, являются:
- Уровень погрешности.
- Степень влагозащиты.
- Тип измерения.
- Степень ударопрочности.
Что касается уровня погрешности , то он определяется исключительно по предназначению устройства. Для ответственных съемок требуется высокоточное оборудование. Если прибор применяется для общестроительных задач при возведении малоэтажных объектов, то вполне можно обойтись оборудованием низкого ценового сегмента.
Степень влагозащиты также немаловажный аргумент выбора того или иного прибора. Особенно это важно, если подбирается электронный или лазерный теодолит. Уровень влагозащиты IP65 позволит осуществлять съемку в условиях повышенной сырости и даже дождя. Такие приборы не бояться окунуться в воду на небольшую глубину.
Что касается типа измерения , то в основном стоит сложность выбора между оптическим и электронным теодолитом. Оптическое устройство более сложное в применении, поскольку от оператора требуется большая сосредоточенность при просматривании шкалы для определения угла. При этом такой прибор не требует подзарядки. Он имеет большую температурную устойчивость. С ним можно работать даже если на улице температура ниже -30 градусов.
Вес устройства имеет большое значение если требуется осуществлять измерение с переходами. Легкие теодолиты будут незаменимы при топографических исследованиях, когда с оборудованием нужно двигаться по пересеченной местности проходя много километров пешком.
Теодолиты являются дорогостоящим оборудованием, поэтому не лишним будет наличие ударопрочного корпуса. При отсутствии устойчивости к механическим повреждениям, малейшее падение и прибор потребует ремонта или замены.
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:
- Технические. Погрешность результата может составлять до 1 минуты.
- Прецезионные. Погрешность — до 1 минуты. Позволяют отслеживать деформацию сооружений, неизбежно возникающую в процессе эксплуатации из-за воздействия внешней среды и веса самого объекта.
- 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:
- Чтобы рассчитать расстояние до определенной точки, нивелиру требуется дополнительный инструмент — нивелирующая рейка.
- Оба инструмента могут быть электронными или лазерными. Оба позволяют получить обратное изображение.
- Теодолит — более самодостаточный прибор. Угол направления рассчитывается по лимбу, углы наклона — по кругу на вертикальной оси.
- 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.
В геодезии наряду с нивелирами часто используются такие аппараты, как теодолиты. С их помощью во время общестроительных работ специалисты измеряют горизонтальные и вертикальные углы.
В основе прибора стоит визирная труба, а также отсчетные круги (горизонтальный и вертикальный). Труба имеет определенную кратность увеличения и работает по принципу подзорной. Она крепится на двух колонках, они же, в свою очередь, закреплены на специальном основании. Оно устанавливается на подставку, называемую трегером.
Классификация теодолитов
Устройства различаются по типу точности, сферам использования и конструктивным особенностям. При этом каждая классификация определяет, для чего предназначен теодолит и в каких работах он будет полезнее. По точности они бывают:
- высокоточными - погрешность составляет менее 1,5"";
- точными - показатель погрешности колеблется в пределах от 1,5 до 10"";
- оптическими (техническими) - погрешность от 10"" и выше.
По сфере использования конструкции подразделяются на:
По конструктивным особенностям оптической системы трубы бывают с обратным или прямым изображениям.
Стоит упомянуть об отличиях теодолита от нивелира. Разница заключается в том, что теодолитом можно выполнять не только горизонтальную нивелировку, но также измерять вертикальные углы.
Конструктивные характеристики
Теодолиты менялись со временем . Самые первые образцы имели в центре угломерного круга линейку на острие иглы, которая свободно на нем вращалась. На линейке имелись вырезы, также на них были натянутые нити, выступающие в роли отсчетных индексов. А центр угломерного круга устанавливался в вершину угла и крепко закреплялся.
При повороте линейки ее совмещали с первой стороной угла, далее брался отсчет по шкале угломерного круга. А потом линейка совмещалась с другой стороной угла, и брался второй отсчет. Разница двух значений соответствует значению угла. С целью совмещения линейки с разными частями угла использовали простые визиры.
В наши дни конструкция прибора значительно усовершенствовалась . Так, для совмещения линейки со сторонами угла используют трубу, которая двигается по высоте и азимуту. Для отсчета также используется специальное приспособление, его современная конструкция, которая в отличие от своих «предков» покрыта защитным кожухом из металла.
Для обеспечения плавных вращений подвижных элементов применяется осевая система, сами же движения регулируются посредством наводящих и зажимных винтов. Теодолит устанавливается на земле на штативе, а центр с отвесной линией совмещен посредством нитяного отвеса или оптического центрира.
Стороны угла, который подлежит измерению, проектируется на плоскость круга с помощью вертикальной движущейся плоскости (коллимационной). Она образуется через визирную ось трубы при ее вращении вокруг своей оси. Визирная ось является воображаемой линией, что проходит через центр нитевой сетки и оптический центр объектива.
Элементы прибора
Теодолит включает в себя такие составные элементы:
Вращения в теодолитах имеют три разновидности:
- движение трубы;
- лимба;
- алидады.
Движение трубы и алидады при этом снабжено наводящим и зажимным винтом. Движение лимба может осуществляться разными путями. В теодолитах повторительного типа лимб двигается исключительно вместе с алидадой, а в некоторых моделях лимб двигается посредством двух винтов, которые работают только при зажатом алидадном винте. Есть также варианты, где лимб посредством специальной защелки скрепляется с алидадой, и их совместное вращение регулируется за счет винтов.
Особенности электронных моделей
Электронные теодолиты являются современными приборами для измерения углов. Их применение исключает ошибки при снятии отсчета, поскольку значения отображаются на специальном экране в виде цифр. Отображение осуществляется за счет того, что в горизонтальный и вертикальный круги встроены специальные датчики.
Работать с таким устройством намного проще, чем с обычным. Некоторые электронные модели оснащены дополнительными функциями для автоматизации работы. Однако простые оптические конструкции в некоторых ситуациях все же более предпочтительны:
- они не нуждаются в подзарядке;
- способны стабильно работать даже в экстремальных условиях.
А вот устройства электронного типа нельзя использовать в условиях низких температур (менее 30 градусов ниже нуля).
Сферы применения устройства
То, для чего нужен теодолит, определяется его точностью. Основными областями использования прибора являются:
- геодезические сети сгущения;
- триангуляция;
- полигонометрия;
- прикладная геодезия;
- промышленность (установка конструкционных элементов машин и механизмов);
- строительство промышленных объектов и не только.
Использование устройства при возведении многоэтажных домов выглядит так:
Так, наводя на разные точки на конструкции, оператор может измерять углы.
В настоящее время теодолит является одним из важнейших приборов для проведения строительных и проектировочных работ. Этот инструмент для многих профильных специалистов (например, геодезистов) является рабочим, и его правильный выбор является залогом успешного результата работы. Приобретая теодолит, нужно помнить о тщательном уходе за его оптическими элементами . Перевозить прибор нужно очень осторожно. Спровоцировать поломку, которую в некоторых случаях нельзя устранить, могут такие факторы, как падение или тряска.
После того, как человек начал строить, требования, предъявляемые к качеству построек со временем все увеличивались, и для их удовлетворения строителям приходилось и приходится до сих пор производить множество различных измерений. Эти измерения позволяют определить, где в проведенных работах были допущены неточности, и какие работы следует продвигать дальше. В наше время для проведения этих замеров используют геодезические приборы. Это довольно большая группа измерительных инструментов, каждый из которых создан для одного из типов измерений. Но существуют и многопрофильные приборы, имеющие более широкий спектр возможностей. Так, если сравнить нивелир и теодолит, то прибором с узкой специализацией будет нивелир, а теодолит будет являться более универсальным.
На строительных площадках используется для определения разницы в высоте нескольких точек, то есть для горизонтальной нивелировки. Он является просто незаменимым при большом количестве производимых работ. Без нивелира не обходится заливка фундамента и планировка строительной площади, кладка стен из блоков и кирпича, и других работ, требующих определения горизонтали. Наиболее современные, лазерные нивелиры, применяются и для проведения замеров внутри помещений, при отделочных работах, и имеют более широкий набор функций, которые могут облегчить проведение измерений и обработку полученных данных.
Отличаясь от нивелира, теодолит является более универсальным прибором. Так же, как и нивелир, он может проводить горизонтальную нивелировку, но, в дополнение, с помощью теодолита можно произвести замеры и вертикальных углов, что нивелир сделать не может. Эта отличительная черта делает теодолит очень удобным при работах, требующих проведения перпендикуляра к горизонту. Без теодолита не могут проводиться такие работы, как устройство колонн, монтаж металлоконструкций, создание кровель и многие другие. Теодолит наиболее предпочтителен при начале больших разноплановых строек, где приходится делать множество замеров в различных направлениях.
Похожие материалы:
Расстановка мебели в спальне начинается с кровати...
