水平儀:量具-中文百科頻道

儀器特點

水平儀主要應用于檢驗各種機床及其它類型設備導軌的直線度和設備安裝的水平位置，垂直位置。它也能應用于小角度的測量和帶有V 型槽的工作面，還可測量圓柱工件的安裝平行度，以及安裝的水平位置和垂直位置。

主要類型

氣泡水平儀

氣泡水平儀系檢驗機器安裝面或平闆是否水平，及測知傾斜方向與角度大小的測量儀器，其外形系用高級鋼料制造架座，經精密加工後，其架座底座必須平整，座面中央裝有縱長圓曲形狀的玻璃管，也有在左端附加橫向小型水平玻璃管，管内充滿醚或酒精，并留有一小氣泡，它在管中永遠位于最高點。玻璃筒上在氣泡兩端均有刻度分劃。通常，工廠安裝機器時，常用氣泡水平儀的靈敏度為0.01mm/m、0.02mm/m、0.04mm/m、0.05mm/m、0.1mm/m、0.3mm/m和0.4mm/m等規格，即是将水平儀置于 1 m 長的直規或平闆之上，當其中一端點有靈敏度指示大小的差異時，如靈敏度為0.01 mm/m，即是表示直規或平闆的兩端點有0.01 mm的高低差異 ( 相當于兩端點相差2秒 )，當1 m長的有h mm高度差時，氣泡會一個刻度的差異。氣泡水平儀的原理是利用氣泡在玻璃管内，氣泡可經常保持在最高位置的特性

對于一定的傾斜角，而欲使氣泡的移動量大 ( 即所謂靈敏度良好 )，需增大圓弧半徑 (R) 即可。若水平儀每刻度距離為2 mm和靈敏度為0.01 mm/m時，相當1 m的兩端點相差2秒。即是氣泡管半徑為206.185公尺，裝置在框架内，不同靈敏度即有不同半徑，而與框架長短并無直接關系。

使用水平儀應先行檢查，先将水平儀放在平闆上，讀取氣泡的刻度大小，然後将水平儀反轉置于同一位置，再讀取其刻度大小，若讀數相同，即表示水平儀底座與氣泡管相互間的關系是正确的。否則，需用微調螺絲調整直到讀數完全相同，才可作測量工作。若想檢查水平儀精度，可用正弦杆和量塊組成的已知角度大小。同時，欲測量較大傾斜角也可配合正弦杆與水平儀共同使用。

新式的水平儀作為傳統水泡式傾角的替代品，現在更多的應用在道路工程，機械測量，建築工程，工業平台，石油勘測，軍工，船舶，以及其他需要重力參考系下的傾角或者水平的情況。

電子水平儀

電子式水平儀，它用來測量高精度的工具機，如NC車床、銑床、切削加工機、三次元量床等床面，其靈敏度非常高，若以測量時可左右偏移25刻度計算，測量工件隻在一定的傾斜範圍内均可測量。

電子水平儀的主要原理有電感式和電容式等兩種。根據測量方向不同還可分為一維和二維電子水平儀.

電感式原理：當水平儀的基座因待測工件傾斜而傾斜時，其内部擺錘因移動所造成感應線圈的電壓變化。電容式水平儀其測量原理為一圓形擺錘自由懸挂在細在線，擺錘受地心重力所影響，且懸浮于無摩擦狀況。擺錘的兩邊均設有電極且間隙相同時電容量是相等，若水平儀受待測工件所影響而造成，兩間隙不同距離改變即産生電容不同，形成角度的差異。

工作原理

水平儀的水準管是由玻璃制成，水準管内壁是一個具有一定曲率半徑的曲面，管内裝有液體，當水平儀發生傾斜時，水準管中氣泡就向水平儀升高的一端移動，從而确定水平面的位置。水準管内壁曲率半徑越大，分辨率就越高，曲率半徑越小，分辨率越低，因此水準管曲率半徑決定了水平儀的精度。水平儀主要用于檢驗各種機床和工件的平面度、直線度、垂直度及設備安裝的水平位置等。特别是在測垂直度時，磁性水平儀可以吸咐在垂直工作面上，不用人工扶持，減輕了勞動強度，避免了人體熱量輻射帶給水平儀的測量誤差。

水平儀底面及側面長度均為200mm的直角形結構，精度一般為（0.02-0.025）mm/m，若用戶有特殊要求，可單獨定制。水平儀調零結構有獨特之處，較常規結構相比：1.調零容易。2.調整後，零位不易變動。如圖1所示。水平儀底V型槽面繞芯軸轉動5時，若氣泡移動，可通過調整螺釘2來達到要求，該項在出廠時已調整好，一般不變。

水平儀的結構根據分類不同而有所區别。框式水平儀一般由水平儀主體、橫向水準器、絕熱手把、主水準器、蓋闆和零位調整裝置等零部件組成。尺式水平儀一般由水平儀主體、蓋闆、主水準器和零位調整裝置等零部件構成。

水平儀是以水準器作為測量和讀數元件的一種量具。水準器是一個密封的玻璃管，内表面的縱斷面為具有一定曲率半徑的圓弧面。水準器的玻璃管内裝有粘滞系數較小的液體，如酒精、乙醚及其混合體等,沒有液體的部分通常叫作水準氣泡。玻璃管内表面縱斷面的曲率半徑與分度值之間存在着一定的關系,根據這一關系即可測出被測平面的傾斜度。

儀器檢驗

水平儀的檢驗必須按照相應的标準進行。檢驗室内的溫度應為20±2℃,檢驗應在堅固無振動影響、并遠離熱源的條件下進行。檢驗前,必須将水平儀的各部件擦洗幹淨,然後将水平儀置于檢驗室内金屬平闆上,同溫時間不得少于3h。

(1)外觀檢驗：對新出廠的水平儀,工作面應平整、光滑且不應有砂眼、氣孔、碰傷、劃痕、鏽蝕等缺陷。非工作面上不允許有脫漆、生鏽和明顯的缺陷。水準器應清潔透明,其刻線應清晰、均勻,不應有脫色現象,刻線應與水準器軸線相垂直。在水平儀非工作面上,應标有制造廠廠名、出廠編号和分度值。

(2)各部分相互作用：主水準器安裝應牢固，零位調節裝置應保證使用方便、可靠。氣泡移動應平穩,不應有目力可見的跳動或停滞現象。當室溫為20℃時,，氣泡長度應等于兩條長刻度線之間的距離,其偏差對分度為0.02～0.05mm/m者不應超過±1格；對分度為0.06～0.10mm/m者不應超過±0.5格。氣泡的移動平穩性和氣泡的長度,應在水平儀檢定儀上進行檢驗。

(3)工作面的平面度：水平儀工作面不允許有凸起現象，其平面度應符合表6—10—54的規定。工作面長度 150～200 250～300 ，平面度偏差＜0.003 ＜0.005，對磨制和研磨的工作面,其平面度用尺寸不小于被檢面長度的零級刀口尺,以光隙法進行檢定,這一檢定工作應在工作面的縱向、橫向和對角線的方向的幾個位置上進行。以看到的最大間隙為該表面的平面度偏差。在估計間隙大小時,可由量塊組成的标準間隙進行比較。

對刮制工作面的平面度,用零級平闆以塗色法進行檢定。在邊長為25mm正方形面積内的斑點數,對于分度值為0.02～0.05mm/m的水平儀不應少于25點，對于分度值為0.06～0.10mm/m的水平儀不應少于20點,斑點分布應均勻。

V形工作面的直線度,用檢定心軸以塗色法進行檢定。把塗有紅鉛粉的心軸放在V形面上轉動,在V形面上看到的接觸線,不允許有超過10mm的間斷。

(4)水平儀的零位檢驗：氣泡對中間位置的偏移，不應超過分度值的1/4。對于水平儀下工作面零位的檢驗可在零級平闆上進行,也可以在水平儀檢定儀上進行；對于水平儀的下V形工作面的零位檢驗，應在專用工具上進行；對于框式水平儀的上平面工作面，上V形工作面，側平面工作面和側V形工作面的零位，也應在專用工具上進行。

水平儀的零位穩定性，要求在檢定下工作面零位合格後，相隔4h，再次對零位進行一次檢定，其變化仍不得超過零位偏差的允許範圍。

(5)水平儀分度值誤差的檢定：應在水平儀檢定儀上進行。實測平均角值與公稱角值之差，不應超過公稱角值的10%。分度值的不均勻性，不應超過分度值的20%。即相鄰讀數差都在0.8～1.2格範圍内。水平儀分度值誤差的檢定,應在氣泡的左右兩個刻度上進行。為消除水平儀檢定儀微動螺釘死程的影響，微動螺釘應按一個方向旋轉。

檢查調整

水平儀是用于檢查各種機床及其它機械設備導軌的不直度、機件相對位置的平行度以及設備安裝的水平位置和垂直位置的儀器。水平儀是機床制造、安裝和修理中最基本的一種檢驗工具。

水平儀是測量機床導軌直線度的常用的儀器，是用來檢查導軌在垂直平面内的直線度和在水平面内的直線度。用水平儀來進行調整導軌的直線度之前，應首先調整整體導軌的水平。将水平儀置于導軌的中間和兩端位置上，調整到導軌的水平狀态，使水平儀的氣泡在各個部位都能保持在刻度範圍内。再将導軌分成相等的若幹整段來進行測量，并使頭尾平穩的銜接，逐段檢查并讀數，然後确定水平儀氣泡的運動方向和水平儀實際刻度及格數。

導軌直線度誤差〈曲線圖〉，在教材中所講的是沒有實際依據的，在生産現場适用很不方便，更不準确。它誤導了人們的識别能力，在實際工作中不能應用，時常會給工作人員造成一種錯覺。按此檢查導軌直線度誤差，是不能得到正确的精度數值的。

導軌直線度誤差值的計算方法比較簡單方便，誤差精度準确，适合于現場工作人員的操作和應用。在書中提到的移動距離，作為一項計算數據是不夠實際的，它代表不了任何的計算尺寸。移動距離是指在測量機床導軌時全長的分段，移動距離不等于墊鐵長度，它不能用來作為計算中的數據，在測量機床導軌時應該采用墊鐵的長度，在全長導軌上進行分段移動，調整機床導軌時用墊鐵，調整導軌直線度誤差值時，應使用比較短的墊鐵，測量的數值比較準确。使用的墊鐵長度不同，測得的數值和形狀也不一樣。上例證明的公式用來計算機床導軌工作長度的直線度誤差值，就是指機床導軌全部長度減去墊鐵長度。

儀器測量

1、水平儀的兩個V形測量面是測量精度的基準，在測量中不能與工作的粗糙面接觸或摩擦。安放時必須小心輕放，避免因測量面劃傷而損壞水平儀和造成不應有的測量誤差。

2、用水平儀測量工件的垂直面時，不能握住與副側面相對的部位，而用力向工件垂直平面推壓，這樣會因水平儀的受力變形，影響測量的準确性。正确的測量方法是手握持副測面内側，使水平儀平穩、垂直地（調整氣泡位于中間位置）貼在工件的垂直平面上，然後從縱向水準讀出氣泡移動的格數。

3、使用水平儀時，要保證水平儀工作面和工件表面的清潔，以防止髒物影響測量的準确性。測量水平面時，在同一個測量位置上，應将水平儀調過相反的方向再進行測量。當移動水平儀時，不允許水平儀工作面與工件表面發生摩擦，應該提起來放置。

4、當測量長度較大工件時，可将工件平均分若幹尺寸段，用分段測量法，然後根據各段的測量讀數，繪出誤差坐标圖，以确定其誤差的最大格數。床身導軌在縱向垂直平面内直線度的檢驗時，将方框水平儀縱向放置在刀架上靠近前導軌處，從刀架處于主軸箱一端的極限位置開始，從左向右移動刀架，每次移動距離應近似等于水平儀的邊框尺（200mm）。依次記錄刀架在每一測量長度位置時的水平儀讀數。将這些讀數依次排列，用适當的比例畫出導軌在垂直平面内的直線度誤差曲線。水平儀讀數為縱坐标，刀架在起始位置時的水平儀讀數為起點，由坐标原點起作一折線段，其後每次讀數都以前折線段的終點為起點，畫出應折線段，各折線段組成的曲線，即為導軌在垂直平面内直線度曲線。曲線相對其兩端連線的最大坐标值，就是導軌全長的直線度誤差，曲線上任一局部測量長度内的兩端點相對曲線兩端點的連線坐标差值，也就是導軌的局部誤差。

5、機床工作台面的平面度檢驗方法，工作台及床鞍分别置于行程的中間位置，在工作台面上放一橋闆，其上放水平儀，分别沿圖示各測量方向移動橋闆，每隔橋闆跨距d記錄一次水平儀讀數。通過工作台面上A、B、D三點建立基準平面，根據水平儀讀數求得各測點平面的坐标值。

6、測量大型零件的垂直度時，用水平儀粗調基準表面到水平。分别在基準表面和被測表面上用水平儀分段逐步測量并用圖解法确定基準方位，然後求出被測表面相對于基準的垂直度誤差。

測量小型零件時，先将水平儀放在基準表面上，讀氣泡一端的數值，然後用水平儀的一側緊貼垂直被測表面，氣泡偏離第一次（基準表面）讀數值，即為被測表面的垂直度誤差。

使用方法

水平儀刻度值用角度（秒）或斜率來表示，它的含義是以氣泡偏移一格工作傾斜的角度表示，或以氣泡偏移一格工作表面在一米長度上傾斜的高度表示。由于水平儀的使用傾角很小，所以tg ，如tg4 4 弧度=0.02mm/1000mm，測量時使水平儀工作面緊貼被測表面，待氣泡穩定後方可讀數。如需測量長度為L的實際傾斜值則可通過下式進行計算。

實際傾斜值=标稱分度值 L 偏差格數；例如：标稱分度值為0.02mm/m，L=200mm，偏差格數為2格，則

實際傾斜值=0.02/1000 200 2=0.008mm。為避免由于水平儀零位不準而引起的測量誤差，因此在使用前必須對水平儀零位進行檢查或調整。

水平儀零位檢查和調整方法，将被校水平儀放在大緻水平的平闆上，緊靠定位塊，待氣泡穩定後以氣泡的一端讀數為a1，然後将水平儀調轉180方位，準确地放在原位置，按照第一次讀數的一邊記下氣泡另一端的讀數為a2，兩次讀數差的一半則為零位誤差，即 =(a1-a2)/2格。如果零位誤差超赤許可範圍，則需調整零位機構，見圖1，反複調整螺釘1即可達到要求。

包裝及貯運

水平儀屬于量具，包裝要求嚴格。每隻水平儀應裝于發泡材料制成的防震盒中，裝盒之前應塗以防鏽油并裝在塑料袋中。防震盒再裝入堅固的紙箱或木箱中，箱外刷有規定的标記。水平儀應存放在幹燥、通風、無腐蝕氣體的庫房内。搬運中嚴防摔碰及雨淋。

注意事項

水平儀是測量偏離水平面的傾斜角的角度測量儀。水平儀的關鍵部位——主氣泡管的内表面進行過抛光，氣泡管的外表面刻有刻度，在内部充以液體和氣泡。主氣泡管備有氣泡室，用來調整氣泡的長度。氣泡管總是對底面保持水平，但在使用期間很有可能變化，為此，設置了調節螺釘。

一、測量前，應認真清洗測量面并擦幹，檢查測量表面是否有劃傷、鏽蝕、毛刺等缺陷。

二、檢查零位是否正确。如不準，對可調式水平儀應進行調整，調整方法如下:将水平儀放在平闆上，讀出氣泡管的刻度，這時在平闆的平面同一位置上，再将水平儀左右反轉180°，然後讀出氣泡管的刻度。若讀數相同，則水平儀的底面和氣泡管平行，若讀數不一緻，則使用備用的調整針，插入調整孔後，進行上下調整。

三、測量時，應盡量避免溫度的影響，水準器内液體對溫度影響變化較大，因此，應注意手熱、陽光直射、哈氣等因素對水平儀的影響。

四、使用中，應在垂直水準器的位置上進行讀數，以減少視差對測量結果的影響。

市場現狀

技術工藝，是衡量一個企業是否具有先進性，是否具備市場競争力，是否能不斷領先于競争者的重要指标依據。随着中國水平儀市場的迅猛發展，與之相關的核心生産技術應用與研發必将成為業内企業關注的焦點。了解國内外水平儀生産核心技術的研發動向、工藝設備、技術應用及趨勢對于企業提升産品技術規格，提高市場競争力十分關鍵。

通過參考大量專利文獻對水平儀的工藝技術進展做了系統介紹，通過詳細的調查和權威技術資料及相關情報的收集，為客戶提供了水平儀産品核心技術應用現狀、技術研發、工藝設備配套、高端技術應用等多方面的信息，對于企業了解各類水平儀産品生産技術及其發展狀況十分有益。

商業應用前景部分從水平儀産品的應用領域、下遊産品、國内外生産現狀、國内潛在生産廠家、國外生産廠家及規模、國内外産量走勢、市場狀況及預測、供需狀況分析及預測、國内需求廠家及聯系方式等諸多方面對水平儀産品市場狀況及發展方向做了詳細論述，可作為水平儀産品深加工技術發展趨勢導向的重要決策參考。

目前世界上最高精度的水平儀是德國一款Lippmann的産品，它的原理是不同于其他水平儀，它的内部是基于物理鐘擺和電容式位移傳感器的原理來給出傾斜的角度，它的分辨率:優于1 nrad 即 0.000000057度(0.0002角秒)，因此号稱是世界上最高精度水平儀。