1、儀器特點及分類
特點
水平儀是一種測量小角度的常用量具。在機械行業(yè)和儀表制造中,用于測量相對于水平位置的傾斜角、機床類設備導軌的平面度和直線度、設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
氣泡水平儀系檢驗機器安裝面或平板是否水平，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，它在管中永遠位于zui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(guī)格，即是將水平儀置于 1 m 長的直規(guī)或平板之上，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(guī)或平板的兩端點有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內(nèi)，氣泡可經(jīng)常保持在zui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，裝置在框架內(nèi)，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，欲測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，更多的應用在道路工程，機械測量，建筑工程，工業(yè)平臺，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。
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，長城, 恒銳 等。。。
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，測量工件只在一定的傾斜范圍內(nèi)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(jù)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，其內(nèi)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掛在細在線，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
水平儀的水準管是由玻璃制成，水準管內(nèi)壁是一個具有一定曲率半徑的曲面，管內(nèi)裝有液體，當水平儀發(fā)生傾斜時，水準管中氣泡就向水平儀升高的一端移動，從而確定水平面的位置。水準管內(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，因此水準管曲率半徑?jīng)Q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。特別是在測垂直度時，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(cè)面長度均為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。如圖1所示。水平儀底V型槽面繞芯軸轉(zhuǎn)動5時，若氣泡移動，可通過調(diào)整螺釘2來達到要求，該項在出廠時已調(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、橫向水準器、絕熱手把、主水準器、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、主水準器和零位調(diào)整裝置等零部件構(gòu)成。
水平儀是以水準器作為測量和讀數(shù)元件的一種量具。水準器是一個密封的玻璃管，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系,根據(jù)這一關系即可測出被測平面的傾斜度。
3、儀器檢驗
水平儀的檢驗必須按照相應的標準進行。檢驗室內(nèi)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,必須將水平儀的各部件擦洗干凈,然后將水平儀置于檢驗室內(nèi)金屬平板上,同溫時間不得少于3h。
外觀檢驗
對新出廠的水平儀,工作面應平整、guang滑且不應有砂眼、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。水準器應清潔透明,其刻線應清晰、均勻,不應有脫色現(xiàn)象,刻線應與水準器軸線相垂直。在水平儀非工作面上,應標有制造廠廠名、出廠編號和分度值。
各部分相互作用
主水準器安裝應牢固，零位調(diào)節(jié)裝置應保證使用方便、可靠。氣泡移動應平穩(wěn),不應有目力可見的跳動或停滯現(xiàn)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(wěn)性和氣泡的長度,應在水平儀檢定儀上進行檢驗。
工作面的平面度
水平儀工作面不允許有凸起現(xiàn)象，其平面度應符合表6—10—54的規(guī)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guang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zui大間隙為該表面的平面度偏差。在估計間隙大小時,可由量塊組成的標準間隙進行比較。
對刮制工作面的平面度,用零級平板以涂色法進行檢定。在邊長為25mm正方形面積內(nèi)的斑點數(shù),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,用檢定心軸以涂色法進行檢定。把涂有紅鉛粉的心軸放在V形面上轉(zhuǎn)動,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
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板上進行,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(cè)平面工作面和側(cè)V形工作面的零位，也應在工具上進行。
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，再次對零位進行一次檢定，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(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(zhuǎn)。
4、檢查調(diào)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zui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內(nèi)的直線度和在水平面內(nèi)的直線度。用水平儀來進行調(diào)整導軌的直線度之前，應首先調(diào)整整體導軌的水平。將水平儀置于導軌的中間和兩端位置上，調(diào)整到導軌的水平狀態(tài)，使水平儀的氣泡在各個部位都能保持在刻度范圍內(nèi)。再將導軌分成相等的若干整段來進行測量，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動方向和水平儀實際刻度及格數(shù)。
導軌直線度誤差<曲線圖>，在教材中所講的是沒有實際依據(jù)的，在生產(chǎn)現(xiàn)場適用很不方便，更不準確。它誤導了人們的識別能力，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，是不能得到正確的精度數(shù)值的。導軌直線度誤差值的計算方法比較簡單方便，誤差精度準確，適合于現(xiàn)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(shù)據(jù)是不夠?qū)嶋H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(shù)據(jù)，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(diào)整機床導軌時用墊鐵，調(diào)整導軌直線度誤差值時，應使用比較短的墊鐵，測量的數(shù)值比較準確。使用的墊鐵長度不同，測得的數(shù)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 。
5、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(cè)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，影響測量的準確性。正確的測量方法是手握持副測面內(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，然后從縱向水準讀出氣泡移動的格數(shù)。
3、使用水平儀時，要保證水平儀工作面和工件表面的清潔，以防止臟物影響測量的準確性。測量水平面時，在同一個測量位置上，應將水平儀調(diào)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(fā)生摩擦，應該提起來放置。
4、當測量長度較大工件時，可將工件平均分若干尺寸段，用分段測量法，然后根據(jù)各段的測量讀數(shù)，繪出誤差坐標圖，以確定其誤差的zui大格數(shù)。床身導軌在縱向垂直平面內(nèi)直線度的檢驗時，將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(shù)。將這些讀數(shù)依次排列，用適當?shù)谋壤嫵鰧к壴诖怪逼矫鎯?nèi)的直線度誤差曲線。水平儀讀數(shù)為縱坐標，刀架在起始位置時的水平儀讀數(shù)為起點，由坐標原點起作一折線段，其后每次讀數(shù)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內(nèi)直線度曲線。曲線相對其兩端連線的zui大坐標值，就是導軌全長的直線度誤差，曲線上任一局部測量長度內(nèi)的兩端點相對曲線兩端點的連線坐標差值，也就是導軌的局部誤差。5、機床工作臺面的平面度檢驗方法，工作臺及床鞍分別置于行程的中間位置，在工作臺面上放一橋板，其上放水平儀，分別沿圖示各測量方向移動橋板，每隔橋板跨距d記錄一次水平儀讀數(shù)。通過工作臺面上A、B、D三點建立基準平面，根據(jù)水平儀讀數(shù)求得各測點平面的坐標值。
6、測量大型零件的垂直度時，用水平儀粗調(diào)基準表面到水平。分別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確定基準方位，然后求出被測表面相對于基準的垂直度誤差。
測量小型零件時，先將水平儀放在基準表面上，讀氣泡一端的數(shù)值，然后用水平儀的一側(cè)緊貼垂直被測表面，氣泡偏離*次（基準表面）讀數(shù)值，即為被測表面的垂直度誤差。
6、使用及注意事項
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(wěn)定后方可讀數(shù)。 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=標稱分度值 L 偏差格數(shù)；例如：標稱分度值為0.02mm/m，L=200mm，偏差格數(shù)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(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)整零位機構(gòu)，見圖1，反復調(diào)整螺釘1即可達到要求。
注意事項
水平儀屬于量具，包裝要求嚴格。每只水平儀應裝于發(fā)泡材料制成的防震盒中，裝盒之前應涂以防銹油并裝在塑料袋中。防震盒再裝入堅固的紙箱或木箱中，箱外刷有規(guī)定的標記。水平儀應存放在干燥、通風、無腐蝕氣體的庫房內(nèi)。搬運中嚴防摔碰及雨淋。
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——主氣泡管的內(nèi)表面進行過拋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(diào)節(jié)螺釘。
一、測量前，應認真清洗測量面并擦干，檢查測量表面是否有劃傷、銹蝕、毛刺等缺陷。
二、檢查零位是否正確。如不準，對可調(diào)式水平儀應進行調(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，進行上下調(diào)整。
三、測量時，應盡量避免溫度的影響，水準器內(nèi)液體對溫度影響變化較大，因此，應注意手熱、陽guang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(shù)，以減少視差對測量結(jié)果的影響。
