水平仪知识百科：原理、使用方法与选购指南

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水平仪是一种用于测量小角度的精密量具，在机械、建筑等行业中广泛应用。它不仅能检验设备安装的水平位置和垂直位置，还能测量各种机床及设备导轨的直线度和平面度。本文将详细介绍水平仪的工作原理、使用方法、检验标准以及选购技巧，帮助读者全面了解这一重要测量工具。

机械式水平仪主要依靠水准管进行测量。水准管由玻璃制成，内部装有液体和气泡。当水平仪发生倾斜时，水准管中的气泡会向水平仪升高的一端移动，从而确定水平面的位置。水准管内壁的曲率半径决定了水平仪的精度：曲率半径越大，分辨率越高。

特别是在测量垂直度时，磁性机械水平仪可以吸附在垂直工作面上，无需人工扶持，既减轻了劳动强度，又避免了人体热量辐射带来的测量误差。

电子水平仪主要用于测量高精度的工具机，灵敏度非常高，常见的类型有电感式和电容式。

机械式水平仪：可分为条式水平仪、框式水平仪和合像水平仪。它们都以水准气泡示值，因此也称为水准器式水平仪或气泡式水平仪。
电子式水平仪：主要有电感式和电容式两种类型，根据测量方向不同可分为一维和二维电子水平仪。电子水平仪的测量部分主要由壳体、测微装置和电极水泡式传感器组成。

按水平仪的外形不同，可分为万向水平仪、圆柱水平仪、一体化水平仪、迷你水平仪、相机水平仪、框式水平仪和尺式水平仪等类型。

水平仪的刻度值用角度（秒）或斜率表示，含义是以气泡偏移一格工作倾斜的角度表示，或以气泡偏移一格工作表面在一米长度上倾斜的高度表示。由于水平仪的使用倾角很小，所以tgθ≈θ（弧度）。测量时，使水平仪工作面紧贴被测表面，待气泡稳定后方可读数。

例如，标称分度值为0.02mm/m，L=200mm，偏差格数为2格，则实际倾斜值计算如下：

实际倾斜值 = 标称分度值 × L × 偏差格数
= 0.02/1000 × 200 × 2
= 0.008mm

为避免由于水平仪零位不准而引起的测量误差，在使用前必须对水平仪零位进行检查或调整。

仪器检验：检验室内的温度应为20±2℃，检验应在坚固无振动影响、并远离热源的条件下进行。检验前，必须将水平仪的各部件擦洗干净，然后将水平仪置于检验室内金属平板上，同温时间不得少于3h。
外观检验：工作面应平整、光滑，不应有砂眼、气孔、碰伤、划痕、锈蚀等缺陷。非工作面上不允许有脱漆、生锈和明显的缺陷。水准器应清洁透明，其刻线应清晰、均匀，不应有脱色现象，刻线应与水准器轴线相垂直。
零件检验：主水准器安装应牢固，零位调节装置应保证使用方便、可靠。气泡移动应平稳，不应有目力可见的跳动或停滞现象。气泡长度应等于两条长刻度线之间的距离，其偏差对不同分度值的水平仪有不同的要求。
零位检验：气泡对中间位置的偏移，不应超过分度值的1/4。零位检验可在零级平板上进行，也可以在水平仪检定仪上进行。
误差的检定：实测平均角值与公称角值之差，不应超过公称角值的10%。分度值的不均匀性，不应超过分度值的20%。

机械水平仪：使用之前必须将其回归零位。校正方法是将水平仪放在平板上，读出气泡管的刻度，然后在平板的平面同一位置上，将水平仪左右反转180°，再次读出气泡管的刻度。若读数不一致，使用备用的调整针进行上下调整，直到气泡管的刻度一致。
电子水平仪：大多数电子水平仪会内置校正程序，只需要点击相关的按钮，即可完成水平调转180度校正工作。

观察外表：刻度是否明显、清晰，表面是否光滑且没有划痕、气孔、锈蚀等。水平仪的刻度线还应该与水准器轴线相垂直。
校验精确度：检验前，必须将水平仪的各部件擦洗干净，然后将水平仪置于检验室内金属平板上，同温时间不得少于3h。检验室内的温度应为20±2℃，检验应在坚固无振动影响，并远离热源的条件下进行。
了解材质：目前市面上比较常见的有钢材材质的、铸铁材质、镁铝合金材质，镁铝合金材质的更耐用，抗弯曲、抗变形的效果更佳。
选择品牌：知名品牌的产品更靠谱，生产工艺技术更好。大品牌的水平仪测量面都是经过精铣加工的，精确度非常高。

激光类型：可分为绿光水平仪、红光水平仪、LED蓝光水平仪三种类型。绿光水平仪和蓝光水平仪室内外通用，室外使用绿蓝光线标很明显，而红光水平仪室外效果相对较差，只适合于室内使用。
垂直度：垂直度决定了激光发射后的角度差距，角度差距会影响水平尺寸。
发射角度：同样距离的条件下，发射的光斑越小，精度就越高。
结构牢固度：结构的牢固度决定了激光水平仪在保存和使用中，甚至掉落到地上后，是否容易损坏。如果不容易损坏，也要看是否会影响整体框架结构。