水平仪类型及结构介绍

（1）水平仪的用途 水平仪是测量被测平面相对水平面微小倾角的一种计量器具，在机械制造中，常用来检测工件表面或设备安装的水平情况。如检测机床、仪器的底座、工作台面及机床导轨等的水平情况，还可以用水平仪检测导轨、平尺、平板等的直线度和平面度误差，以及测量两工作面的平行度和工作面相对于水平面的垂直度误差等。

（2）水平仪的分类 水平仪按其工作原理可分为水准式水平仪和电子水平仪两类。水准式水平仪又有条式水平仪、框式水平仪和合像水平仪3种。水准式水平仪目前使用最为广泛，以下仅介绍水准式水平仪。

水准式水平仪的主要工作部分是管状水准器，它是一个密封的玻璃管，其内表面的纵剖面是一曲率半径很大的圆弧面。管内装有精馏乙醚或精馏乙醇，但未注满，形成一个气泡。玻璃管的外表面刻有刻度，不管水准器的位置处于何种状态，气泡总是趋向于玻璃管圆弧面的最高位置。当水准器处于水平位置时，气泡位于中央。水准器相对于水平面倾斜时，气泡就偏向高的一侧，倾斜程度可以从玻璃管外表面上的刻度读出，如图4-12所示，经过简单的换算，就可得到被测表面相对水平面的倾斜度和倾斜角。

图4-12 水准式水平仪

1）水准式水平仪的结构和规格

①条式水平仪。条式水平仪的外形如图4-13所示。它由主体、盖板、水准器和调零装置组成。在测量面上刻有V形槽，以便放在圆柱形的被测表面上测量。图4-13a中的水平仪的调零装置在一端，而图4-13b中的调零装置在水平仪的上表面，因而使用更为方便。条式水平仪工作面的长度有200mm和300mm两种。

②框式水平仪。框式水平仪的外形如图4-14所示。它由横水准器、主体把手、主水准器、盖板和调零装置组成。它与条式水平仪的不同之处在于：条式水平仪的主体为一条形，而框式水平仪的主体为一框形。框式水平仪除有安装水准器的下测量面外，还有一个与下测量面垂直的测量面，因此框式水平仪不仅能测量工件的水平表面，还可用它的测量面与工件的被测表面相靠，检测其对水平面的垂直度。框式水平仪的框架规格有150mm×150mm、200mm×200mm、250mm×250mm、300mm×300mm4种，其中200mm×200mm最为常用。

图4-13 条式水平仪

图4-14 框式水平仪

③合像水平仪。合像水平仪用于精密机械制造中，其最大特点是使用范围广、测量精度较高、读数方便、准确。主要应用于测量平面和圆柱面对水平的倾斜度，以及机床与光学机械仪器的导轨或机座等的平面度、直线度和设备安装位置的正确度等。

合像水平仪的工作原理是：利用光学零件将气泡像复合放大，通过杠杆机构转动，以提高读数的灵敏度，并利用棱镜复合法，提高读数的分辨能力。

水准器主要起指零作用。当水准器不在水平位置时，气泡A、B两半不对齐，当水准器在水平位置时，气泡A、B两半就对齐，如图4-15所示。

合像水平仪的测试方法：整个水平仪在水平位置时，则A、B两半圆弧气泡处在不重合状态下，此时可通过调节测微旋钮2（旋钮上沿圆周刻有100等分小格），转动测微螺杆（螺距为0.5mm），经杠杆进行调整，使A、B两半圆弧气泡重合。在旋钮的刻度盘上读出细读数，每格示值为0.01mm/1000mm；在标尺指针的刻线位置上，通过放大镜读出粗读数，每小格示值为0.5mm/1000mm。如指针偏转2格，旋钮上读出16格，则它的总读数为1.16mm/1000mm。

图4-15 合像水平仪结构(www.xing528.com)

1—观察窗 2—测微旋钮 3—微分盘 4—主水准器 5—壳体 6—毫米/米刻度 7—底面工作面 8—V形工作面 9—指针 10—杠杆

2）水准式水平仪的使用注意事项

①使用前工作面要清洗干净。

②湿度变化对仪器中的水准器位置影响很大，必须隔离热源。

③测量时旋转度盘要平稳，必须等两气泡像完全符合后方可读数。

3）导轨直线度计算实例。用精度为0.02mm/1000mm的水平仪测量长1600mm的导轨在铅垂平面内的直线度误差。水平仪垫铁长度为200mm，分8段测量。用绝对读数法，每段读数依次为：+1，+1，+2，0，-1，-1，0，-0.5，试计算导轨在铅垂平面内的直线度误差值。

解：

①画出导轨直线度误差曲线图，如图4-16所示。

②由图可见，最大误差在导轨长为600mm处，曲线右端点坐标值为1.5格，按相似三角形解法，导轨600mm处最大误差值格数为n。

图4-16 导轨直线度误差曲线

n=4-（600×1.5）/1600=4-0.56=3.44（格）。

③导轨在铅垂平面内直线度误差值Δ，即

Δ=niL=3.44×0.02/1000×200mm=0.014mm。

式中 n——最大误差值格数；

i——水平仪精度；

L——水平仪长度。