1、儀器特點(diǎn)及分類
特點(diǎn)
水平儀是一種測(cè)量小角度的常用量具。在機(jī)械行業(yè)和儀表制造中,用于測(cè)量相對(duì)于水平位置的傾斜角、機(jī)床類設(shè)備導(dǎo)軌的平面度和直線度、設(shè)備安裝的水平位置和垂直位置等。按水平儀的外形不同可分為：框式水平儀和尺式水平儀兩種；按水準(zhǔn)器的固定方式又可分為：可調(diào)式水平儀和不可調(diào)式水平儀。
水平儀主要應(yīng)用于檢驗(yàn)各種機(jī)床及其它類型設(shè)備導(dǎo)軌的直線度和設(shè)備安裝的水平位置，垂直位置。它也能應(yīng)用于小角度的測(cè)量和帶有V 型槽的工作面，還可測(cè)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
氣泡水平儀系檢驗(yàn)機(jī)器安裝面或平板是否水平，及測(cè)知傾斜方向與角度大小的測(cè)量?jī)x器，其外形系用鋼料制造架座，經(jīng)精密加工后，其架座底座必須平整，座面*裝有縱長(zhǎng)圓曲形狀的玻璃管，也有在左端附加橫向小型水平玻璃管，管內(nèi)充滿醚或酒精，并留有一小氣泡，它在管中永遠(yuǎn)位于zui高點(diǎn)。玻璃筒上在氣泡兩端均有刻度分劃。通常，工廠安裝機(jī)器時(shí)，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(guī)格，即是將水平儀置于 1 m 長(zhǎng)的直規(guī)或平板之上，當(dāng)其中一端點(diǎn)有靈敏度指示大小的差異時(shí)，如靈敏度為0.01 mm/m，即是表示直規(guī)或平板的兩端點(diǎn)有0.01 mm的高低差異 ( 相當(dāng)于兩端點(diǎn)相差2秒 )，當(dāng)1 m長(zhǎng)的有h mm高度差時(shí)，氣泡會(huì)一個(gè)刻度的差異。氣泡水平儀的原理是利用氣泡在玻璃管內(nèi)，氣泡可經(jīng)常保持在zui高位置的特性
對(duì)于一定的傾斜角 ，而欲使氣泡的移動(dòng)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(shí)，相當(dāng)1 m的兩端點(diǎn)相差2秒。即是氣泡管半徑為206.185公尺，裝置在框架內(nèi)，不同靈敏度即有不同半徑，而與框架長(zhǎng)短并無直接關(guān)系。
使用水平儀應(yīng)先行檢查，先將水平儀放在平板上，讀取氣泡的刻度大小，然后將水平儀反轉(zhuǎn)置于同一位置 ，再讀取其刻度大小，若讀數(shù)相同，即表示水平儀底座與氣泡管相互間的關(guān)系是正確的。否則，需用微調(diào)螺絲調(diào)整直到讀數(shù)*相同，才可作測(cè)量工作。若想檢查水平儀精度，可用正弦桿和量塊組成的已知角度大小。同時(shí)，欲測(cè)量較大傾斜角也可配合正弦桿與水平儀共同使用。
新式的水平儀作為傳統(tǒng)水泡式傾角的替代品，更多的應(yīng)用在道路工程，機(jī)械測(cè)量，建筑工程，工業(yè)平臺(tái)，石油勘測(cè)，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。
按照 材質(zhì)分類，水平儀又可以分為 塑料水平儀，玻璃水平儀。塑料水平儀精度低，玻璃水平儀精度比較高。國外市場(chǎng)質(zhì)量比較好的高精度水平儀如：SOLA,BOSCH,ECONNS,EPOCH,RISUX。國內(nèi)有：東方精工，長(zhǎng)城, 恒銳 等。。。
電子式水平儀，它用來測(cè)量高精度的工具機(jī)，如NC車床、銑床、切削加工機(jī)、三次元量床等床面，其靈敏度非常高，若以測(cè)量時(shí)可左右偏移25刻度計(jì)算，測(cè)量工件只在一定的傾斜范圍內(nèi)均可測(cè)量。電子水平儀的主要原理有電感式和電容式等兩種。根據(jù)測(cè)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(dāng)水平儀的基座因待測(cè)工件傾斜而傾斜時(shí)，其內(nèi)部擺錘因移動(dòng)所造成感應(yīng)線圈的電壓變化。電容式水平儀其測(cè)量原理為一圓形擺錘自由懸掛在細(xì)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(shè)有電極且間隙相同時(shí)電容量是相等，若水平儀受待測(cè)工件所影響而造成，兩間隙不同距離改變即產(chǎn)生電容不同，形成角度的差異。
2、工作原理
水平儀的水準(zhǔn)管是由玻璃制成，水準(zhǔn)管內(nèi)壁是一個(gè)具有一定曲率半徑的曲面，管內(nèi)裝有液體，當(dāng)水平儀發(fā)生傾斜時(shí)，水準(zhǔn)管中氣泡就向水平儀升高的一端移動(dòng)，從而確定水平面的位置。水準(zhǔn)管內(nèi)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(zhǔn)管曲率半徑?jīng)Q定了水平儀的精度。 水平儀主要用于檢驗(yàn)各種機(jī)床和工件的平面度、直線度、垂直度及設(shè)備安裝的水平位置等。特別是在測(cè)垂直度時(shí)，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(dòng)強(qiáng)度，避免了人體熱量輻射帶給水平儀的測(cè)量誤差。
水平儀底面及側(cè)面長(zhǎng)度均為2000mm的直角形結(jié)構(gòu)，精度一般為（0.02-0.025）mm/m，若用戶有特殊要求，可單獨(dú)定制。 水平儀調(diào)零結(jié)構(gòu)有*之處，較常規(guī)結(jié)構(gòu)相比：1.調(diào)零容易。2.調(diào)整后，零位不易變動(dòng)。如圖1所示。水平儀底V型槽面繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)5時(shí)，若氣泡移動(dòng)，可通過調(diào)整螺釘2來達(dá)到要求，該項(xiàng)在出廠時(shí)已調(diào)整好，一般不變。
水平儀的結(jié)構(gòu)根據(jù)分類不同而有所區(qū)別。框式水平儀一般由水平儀主體、橫向水準(zhǔn)器、絕熱手把、主水準(zhǔn)器、蓋板和零位調(diào)整裝置等零部件組成。尺式水平儀一般由水平儀主體、蓋板、主水準(zhǔn)器和零位調(diào)整裝置等零部件構(gòu)成。
水平儀是以水準(zhǔn)器作為測(cè)量和讀數(shù)元件的一種量具。水準(zhǔn)器是一個(gè)密封的玻璃管，內(nèi)表面的縱斷面為具有一定曲率半徑的圓弧面。水準(zhǔn)器的玻璃管內(nèi)裝有粘滯系數(shù)較小的液體，如酒精、**及其混合體等,沒有液體的部分通常叫作水準(zhǔn)氣泡。玻璃管內(nèi)表面縱斷面的曲率半徑與分度值之間存在著一定的關(guān)系,根據(jù)這一關(guān)系即可測(cè)出被測(cè)平面的傾斜度。
3、儀器檢驗(yàn)
水平儀的檢驗(yàn)必須按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。檢驗(yàn)室內(nèi)的溫度應(yīng)為20±2℃,檢驗(yàn)應(yīng)在堅(jiān)固無振動(dòng)影響、并遠(yuǎn)離熱源的條件下進(jìn)行。檢驗(yàn)前,必須將水平儀的各部件擦洗干凈,然后將水平儀置于檢驗(yàn)室內(nèi)金屬平板上,同溫時(shí)間不得少于3h。
外觀檢驗(yàn)
對(duì)新出廠的水平儀,工作面應(yīng)平整、guang滑且不應(yīng)有砂眼、氣孔、碰傷、劃痕、銹蝕等缺陷。非工作面上不允許有脫漆、生銹和明顯的缺陷。水準(zhǔn)器應(yīng)清潔透明,其刻線應(yīng)清晰、均勻,不應(yīng)有脫色現(xiàn)象,刻線應(yīng)與水準(zhǔn)器軸線相垂直。在水平儀非工作面上,應(yīng)標(biāo)有制造廠廠名、出廠編號(hào)和分度值。
各部分相互作用
主水準(zhǔn)器安裝應(yīng)牢固，零位調(diào)節(jié)裝置應(yīng)保證使用方便、可靠。氣泡移動(dòng)應(yīng)平穩(wěn),不應(yīng)有目力可見的跳動(dòng)或停滯現(xiàn)象。當(dāng)室溫為20℃時(shí),，氣泡長(zhǎng)度應(yīng)等于兩條長(zhǎng)刻度線之間的距離,其偏差對(duì)分度為0.02～0.05mm/m者不應(yīng)超過±1格；對(duì)分度為0.06～0.10mm/m者不應(yīng)超過±0.5格。 氣泡的移動(dòng)平穩(wěn)性和氣泡的長(zhǎng)度,應(yīng)在水平儀檢定儀上進(jìn)行檢驗(yàn)。
工作面的平面度
水平儀工作面不允許有凸起現(xiàn)象，其平面度應(yīng)符合表6—10—54的規(guī)定。 工作面長(zhǎng)度 150～200 250～300 ，平面度偏差 <0.003 <0.005，對(duì)磨制和研磨的工作面,其平面度用尺寸不小于被檢面長(zhǎng)度的零級(jí)刀口尺,以guang隙法進(jìn)行檢定,這一檢定工作應(yīng)在工作面的縱向、橫向和對(duì)角線的方向的幾個(gè)位置上進(jìn)行。以看到的zui大間隙為該表面的平面度偏差。在估計(jì)間隙大小時(shí),可由量塊組成的標(biāo)準(zhǔn)間隙進(jìn)行比較。
對(duì)刮制工作面的平面度,用零級(jí)平板以涂色法進(jìn)行檢定。在邊長(zhǎng)為25mm正方形面積內(nèi)的斑點(diǎn)數(shù),對(duì)于分度值為0.02～0.05mm/m的水平儀不應(yīng)少于25點(diǎn)，對(duì)于分度值為0.06～0.10mm/m的水平儀不應(yīng)少于20點(diǎn),斑點(diǎn)分布應(yīng)均勻。
V形工作面的直線度,用檢定心軸以涂色法進(jìn)行檢定。把涂有紅鉛粉的心軸放在V形面上轉(zhuǎn)動(dòng),在V形面上看到的接觸線,不允許有超過10mm的間斷。
零位檢驗(yàn)
氣泡對(duì)中間位置的偏移，不應(yīng)超過分度值的1/4。對(duì)于水平儀下工作面零位的檢驗(yàn)可在零級(jí)平板上進(jìn)行,也可以在水平儀檢定儀上進(jìn)行；對(duì)于水平儀的下V形工作面的零位檢驗(yàn)，應(yīng)在工具上進(jìn)行；對(duì)于框式水平儀的上平面工作面，上V形工作面，側(cè)平面工作面和側(cè)V形工作面的零位，也應(yīng)在工具上進(jìn)行。
水平儀的零位穩(wěn)定性，要求在檢定下工作面零位合格后，相隔4h，再次對(duì)零位進(jìn)行一次檢定，其變化仍不得超過零位偏差的允許范圍。
誤差的檢定
應(yīng)在水平儀檢定儀上進(jìn)行。實(shí)測(cè)平均角值與公稱角值之差，不應(yīng)超過公稱角值的10%。分度值的不均勻性，不應(yīng)超過分度值的20%。即相鄰讀數(shù)差都在0.8～1.2格范圍內(nèi)。 水平儀分度值誤差的檢定,應(yīng)在氣泡的左右兩個(gè)刻度上進(jìn)行。為消除水平儀檢定儀微動(dòng)螺釘死程的影響，微動(dòng)螺釘應(yīng)按一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
4、檢查調(diào)整
水平儀是用于檢查各種機(jī)床及其它機(jī)械設(shè)備導(dǎo)軌的不直度、機(jī)件相對(duì)位置的平行度以及設(shè)備安裝的水平位置和垂直位置的儀器。水平儀是機(jī)床制造、安裝和修理中zui基本的一種檢驗(yàn)工具。
水平儀是測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌直線度的常用的儀器，是用來檢查導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度和在水平面內(nèi)的直線度。用水平儀來進(jìn)行調(diào)整導(dǎo)軌的直線度之前，應(yīng)首先調(diào)整整體導(dǎo)軌的水平。將水平儀置于導(dǎo)軌的中間和兩端位置上，調(diào)整到導(dǎo)軌的水平狀態(tài)，使水平儀的氣泡在各個(gè)部位都能保持在刻度范圍內(nèi)。再將導(dǎo)軌分成相等的若干整段來進(jìn)行測(cè)量，并使頭尾平穩(wěn)的銜接，逐段檢查并讀數(shù)，然后確定水平儀氣泡的運(yùn)動(dòng)方向和水平儀實(shí)際刻度及格數(shù)。
導(dǎo)軌直線度誤差<曲線圖>，在教材中所講的是沒有實(shí)際依據(jù)的，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)適用很不方便，更不準(zhǔn)確。它誤導(dǎo)了人們的識(shí)別能力，在實(shí)際工作中不能應(yīng)用，時(shí)常會(huì)給工作人員造成一種錯(cuò)覺。按此檢查導(dǎo)軌直線度誤差，是不能得到正確的精度數(shù)值的。導(dǎo)軌直線度誤差值的計(jì)算方法比較簡(jiǎn)單方便，誤差精度準(zhǔn)確，適合于現(xiàn)場(chǎng)工作人員的操作和應(yīng)用。在書中提到的移動(dòng)距離，作為一項(xiàng)計(jì)算數(shù)據(jù)是不夠?qū)嶋H的，它代表不了任何的計(jì)算尺寸。移動(dòng)距離是指在測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌時(shí)全長(zhǎng)的分段，移動(dòng)距離不等于墊鐵長(zhǎng)度，它不能用來作為計(jì)算中的數(shù)據(jù)，在測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)該采用墊鐵的長(zhǎng)度，在全長(zhǎng)導(dǎo)軌上進(jìn)行分段移動(dòng)，調(diào)整機(jī)床導(dǎo)軌時(shí)用墊鐵，調(diào)整導(dǎo)軌直線度誤差值時(shí)，應(yīng)使用比較短的墊鐵，測(cè)量的數(shù)值比較準(zhǔn)確。使用的墊鐵長(zhǎng)度不同，測(cè)得的數(shù)值和形狀也不一樣。上例證明的公式用來計(jì)算機(jī)床導(dǎo)軌工作長(zhǎng)度的直線度誤差值，就是指機(jī)床導(dǎo)軌全部長(zhǎng)度減去墊鐵長(zhǎng)度 。
5、儀器測(cè)量
1、水平儀的兩個(gè)V形測(cè)量面是測(cè)量精度的基準(zhǔn)，在測(cè)量中不能與工作的粗糙面接觸或摩擦。安放時(shí)必須小心輕放，避免因測(cè)量面劃傷而損壞水平儀和造成不應(yīng)有的測(cè)量誤差。2、用水平儀測(cè)量工件的垂直面時(shí)，不能握住與副側(cè)面相對(duì)的部位，而用力向工件垂直平面推壓，這樣會(huì)因水平儀的受力變形，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。正確的測(cè)量方法是手握持副測(cè)面內(nèi)側(cè)，使水平儀平穩(wěn)、垂直地（調(diào)整氣泡位于中間位置）貼在工件的垂直平面上，然后從縱向水準(zhǔn)讀出氣泡移動(dòng)的格數(shù)。
3、使用水平儀時(shí)，要保證水平儀工作面和工件表面的清潔，以防止臟物影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。測(cè)量水平面時(shí)，在同一個(gè)測(cè)量位置上，應(yīng)將水平儀調(diào)過相反的方向再進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)移動(dòng)水平儀時(shí)，不允許水平儀工作面與工件表面發(fā)生摩擦，應(yīng)該提起來放置。
4、當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度較大工件時(shí)，可將工件平均分若干尺寸段，用分段測(cè)量法，然后根據(jù)各段的測(cè)量讀數(shù)，繪出誤差坐標(biāo)圖，以確定其誤差的zui大格數(shù)。床身導(dǎo)軌在縱向垂直平面內(nèi)直線度的檢驗(yàn)時(shí)，將方框水平儀縱向放置在刀架上靠近前導(dǎo)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(dòng)刀架，每次移動(dòng)距離應(yīng)近似等于水平儀的邊框尺（200mm）。依次記錄刀架在每一測(cè)量長(zhǎng)度位置時(shí)的水平儀讀數(shù)。將這些讀數(shù)依次排列，用適當(dāng)?shù)谋壤嫵鰧?dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度誤差曲線。水平儀讀數(shù)為縱坐標(biāo)，刀架在起始位置時(shí)的水平儀讀數(shù)為起點(diǎn)，由坐標(biāo)原點(diǎn)起作一折線段，其后每次讀數(shù)都以前折線段的終點(diǎn)為起點(diǎn)，畫出應(yīng)折線段，各折線段組成的曲線，即為導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)直線度曲線。曲線相對(duì)其兩端連線的zui大坐標(biāo)值，就是導(dǎo)軌全長(zhǎng)的直線度誤差，曲線上任一局部測(cè)量長(zhǎng)度內(nèi)的兩端點(diǎn)相對(duì)曲線兩端點(diǎn)的連線坐標(biāo)差值，也就是導(dǎo)軌的局部誤差。5、機(jī)床工作臺(tái)面的平面度檢驗(yàn)方法，工作臺(tái)及床鞍分別置于行程的中間位置，在工作臺(tái)面上放一橋板，其上放水平儀，分別沿圖示各測(cè)量方向移動(dòng)橋板，每隔橋板跨距d記錄一次水平儀讀數(shù)。通過工作臺(tái)面上A、B、D三點(diǎn)建立基準(zhǔn)平面，根據(jù)水平儀讀數(shù)求得各測(cè)點(diǎn)平面的坐標(biāo)值。
6、測(cè)量大型零件的垂直度時(shí)，用水平儀粗調(diào)基準(zhǔn)表面到水平。分別在基準(zhǔn)表面和被測(cè)表面上用水平儀分段逐步測(cè)量并用圖解法確定基準(zhǔn)方位，然后求出被測(cè)表面相對(duì)于基準(zhǔn)的垂直度誤差。
測(cè)量小型零件時(shí)，先將水平儀放在基準(zhǔn)表面上，讀氣泡一端的數(shù)值，然后用水平儀的一側(cè)緊貼垂直被測(cè)表面，氣泡偏離*次（基準(zhǔn)表面）讀數(shù)值，即為被測(cè)表面的垂直度誤差。
6、使用及注意事項(xiàng)
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(zhǎng)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(cè)量時(shí)使水平儀工作面緊貼被測(cè)表面，待氣泡穩(wěn)定后方可讀數(shù)。 如需測(cè)量長(zhǎng)度為L(zhǎng)的實(shí)際傾斜值則可通過下式進(jìn)行計(jì)算。實(shí)際傾斜值=標(biāo)稱分度值 L 偏差格數(shù)；例如：標(biāo)稱分度值為0.02mm/m，L=200mm，偏差格數(shù)為2格，則
實(shí)際傾斜值=0.02/1000*200*2=0.008mm。 為避免由于水平儀零位不準(zhǔn)而引起的測(cè)量誤差，因此在使用前必須對(duì)水平儀零位進(jìn)行檢查或調(diào)整。
水平儀零位檢查和調(diào)整方法，將被校水平儀放在大致水平的平板上，緊靠定位塊，待氣泡穩(wěn)定后以氣泡的一端讀數(shù)為a1，然后將水平儀調(diào)轉(zhuǎn)180方位，準(zhǔn)確地放在原位置，按照*次讀數(shù)的一邊記下氣泡另一端的讀數(shù)為a2，兩次讀數(shù)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范圍，則需調(diào)整零位機(jī)構(gòu)，見圖1，反復(fù)調(diào)整螺釘1即可達(dá)到要求。
注意事項(xiàng)
水平儀屬于量具，包裝要求嚴(yán)格。每只水平儀應(yīng)裝于發(fā)泡材料制成的防震盒中，裝盒之前應(yīng)涂以防銹油并裝在塑料袋中。防震盒再裝入堅(jiān)固的紙箱或木箱中，箱外刷有規(guī)定的標(biāo)記。水平儀應(yīng)存放在干燥、通風(fēng)、無腐蝕氣體的庫房?jī)?nèi)。搬運(yùn)中嚴(yán)防摔碰及雨淋。
水平儀是測(cè)量偏離水平面的傾斜角的角度測(cè)量?jī)x。水平儀的關(guān)鍵部位——主氣泡管的內(nèi)表面進(jìn)行過拋guang，氣泡管的外表面刻有刻度，在內(nèi)部充以液體和氣泡。主氣泡管備有氣泡室，用來調(diào)整氣泡的長(zhǎng)度。氣泡管總是對(duì)底面保持水平，但在使用期間很有可能變化，為此，設(shè)置了調(diào)節(jié)螺釘。
一、測(cè)量前，應(yīng)認(rèn)真清洗測(cè)量面并擦干，檢查測(cè)量表面是否有劃傷、銹蝕、毛刺等缺陷。
二、檢查零位是否正確。如不準(zhǔn)，對(duì)可調(diào)式水平儀應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方法如下:將水平儀放在平板上，讀出氣泡管的刻度，這時(shí)在平板的平面同一位置上，再將水平儀左右反轉(zhuǎn)180°，然后讀出氣泡管的刻度。若讀數(shù)相同，則水平儀的底面和氣泡管平行，若讀數(shù)不一致，則使用備用的調(diào)整針，插入調(diào)整孔后，進(jìn)行上下調(diào)整。
三、測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡量避免溫度的影響，水準(zhǔn)器內(nèi)液體對(duì)溫度影響變化較大，因此，應(yīng)注意手熱、陽guang直射、哈氣等因素對(duì)水平儀的影響。
四、使用中，應(yīng)在垂直水準(zhǔn)器的位置上進(jìn)行讀數(shù)，以減少視差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
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