水平仪及使用方法
一、条式水平仪。
条式水平仪由作为工作平面的V型底平面和与工作平面平行的水准器 (俗称气泡)两部分组成。工作平面的平直度和水准器与工作平面的平行度都做得很精确。当水平仪的底平面放在准确的水平位置时，水准器内的气泡正好在中间位置 (即水平位置)。
在水准器玻璃管内气泡两端刻线为零线的两边，刻有不少于8格的刻度，刻线间距为2mm。当水平 仪的底平面与水平位置有微小的差别时，也就是水平仪底平面两端有高低时，水准器内的气泡由于地心引力的作用总是往水准器的最高一侧移动，这就是水平仪的使用原理。两端高低相差不多时，气泡移动也不多，两端高低相差较大时，气泡移动也较大，在水准器的刻度上就可读出两端高低的差值。条式水平仪的规格见表7-1。
条式水平仪分度值的说明，如分度值0.03mm／m，即表示气泡移动一格时，被测量长度为1m的两端上，高低相差0.03mm。再如，用200mm长，分度值为0.05mm／m的水平仪，测量400mm长的平面的水平度。先把水平仪放在平面的左侧，此时若气泡向右移动二格，再把水平仪放在平面的右侧，此时若气泡向左移动三格，则说明这个平面是中间高两侧低的凸平面。
中间高出多少毫米呢？从左侧看中间比左端高二格，即在被测量长度为1m时，中间高2×0.05=0.10mm，现实际测量长度为200mm，是1m的 ，所以，实际上中间比左端高0.10× = 0.02mm。从右侧看：中间比右端高三格，即在被测量长度为1m时，中间高3×0.05=0.15mm，现实际测量长度为200mm，是1m的 ，所以，实际上中间比右端高0.15× =0.03mm。由此可知，中间比左端高0.02mm，中间比右端高0.03mm，则中间比两端高出的数值为(0.02+0.03)÷2=0.025mm。
图1
二、框式水平仪
常用的框式水平仪，主要由框架1和弧形玻璃管主水准器2、调整水准3组成。利用水平仪上水准泡的移动来测量被测部位角度的变化。
图2 框式水平仪
1-框架 2-主水准器 3-调整水准
框架的测量面有平面和V形槽，V形槽便于在圆柱面上测量。弧形玻璃管的表面上有刻线，内装乙醚(或酒精) ,并留有一个水准泡，水准泡总是停留在玻璃管内的最高处。若水平仪倾斜一个角度，气泡就向左或向右移动，根据移动的距离(格数) ,直接或通过计算即可知道被测工件的直线度，平面度或垂直度误差。
水平仪工作原理(图3),精度为0.02mm/1000mm的水平仪玻璃管，曲率半径R=103132mm，当平面在1000mm长度中倾斜0.02mm，则倾斜角 为：
水准泡转过的角度应与平面转过的角度相等，则水准泡移动的距离(1格) 为：
图3 框式水平仪工作原理
水平仪的读数方法有直接读数法和平均读数法两种。
1)直接读数法 以气泡两端的长刻线作为零线，气泡相对零线移动格数作为读数，这种读数方法最为常用，见下图4：
（a） (b) (c)
图4
a表示水平仪处于水平位置，气泡两端位于长线上，读数为“0”；图4b表示水平仪逆时针方向倾斜，气泡向右移动，图示位置读数为“+2”；图7-4c表示水平仪顺时针方向倾斜，气泡向左移动，图示位置读数为“-3”。
2)平均读数法 由于环境温度变化较大，使气泡变长或缩短，引起读数误差而影响测量的正确性，可采用平均读数法，以消除读数误差。平均读数法读数是分别从两条长刻线起，向气泡移动方向读至气泡端点止，然后取这两个读数的平均值作为这次测量的读数值。
图5a表示，由于环境温度较高，气泡变长，测量位置使气泡左移。读数时，从左边长刻线起，向左读数“-3”；从右边长刻线起，向左读数“—2”。取这两个读数的平均值，作为这次测量的读数值：
图5 平均读数法
图5b表示，由于环境温度较低，气泡缩短，测量位置使气泡右移，按上述读数方法，读数分别为“+2”和“+1”，则测量的读数值是：
框架水平仪的使用方法：
1 框架水平仪的两个V形测量面是测量精度的基准，在测量中不能与工作的粗糙面接触或摩擦。安放时必须小心轻放，避免因测量面划伤而损坏水平仪和造成不应有的测量误差。
2 用框架水平仪测量工件的垂直面时，不能握住与副侧面相对的部位，而用力向工件垂直平面推压，这样会因水平仪的受力变形，影响测量的准确性。正确的测量方法是手握持副测面内侧，使水平仪平稳、垂直地（调整气泡位于中间位置）贴在工件的垂直平面上，然后从纵向水准读出气泡移动的格数。
3 使用水平仪时，要保证水平仪工作面和工件表面的清洁，以防止脏物影响测量的准确性。测量水平面时，在同一个测量位置上，应将水平仪调过相反的方向再进行测量。当移动水平仪时，不允许水平仪工作面与工件表面发生摩擦，应该提起来放置。如图6所示。
正确 错误
图6 水平仪的使用方法
4 当测量长度较大工件时，可将工件平均分若干尺寸段，用分段测量法，然后根据各段的测量读数，绘出误差坐标图，以确定其误差的最大格数。
三、光学合像水平仪
光学合像水平仪，广泛用于精密机械中，测量工件的平面度、直线度和找正安装设备的正确位置。
合像水平仪的结构和工作原理：
合像水平仪主要由测微螺杆、杠杆系统、水准器、光学合像棱镜和具有V型工作平面的底座等组成，图7所示。
图7 数字式光学合像水平仪
1、4-窗口；2-微分盘旋钮；3-微分盘；5-水平仪底座；6-玻璃管；7-放大镜； 8-合成棱镜；9、11-弹簧；10-杠杆架；12-指针；13-测微螺杆。
水准器安装在杠杆架的底板上，它的水平位置用微分盘旋钮通过测微螺杆与杠杆系统进行调整。水准器内的气泡圆弧，分别用三个不同方向位置的棱镜反射至观察窗，分成两个半像，利用光学原理把气泡像复合放大(放大5倍)，提高读数精度，并通过杠杆机构提高读数的灵敏度和增大测量范围。当水平仪处于水平位置时，气泡A与B重合，见图7c。当水平仪倾斜时，气泡A与B不重合，见图7d。
测微螺杆的螺距P=0.5mm，微分盘刻线分为100等分。微分盘转过一格，测微螺杆上螺母轴向移动0.005mm。
使用方法
将水平仪放在工件的被测表面上，眼睛看窗口1，手转动微分盘，直至两个半气泡重合时进行读数。读数时，从窗口4读出毫米数，从微分盘上读出刻度数。
例：分度值为0.01mm/1000mm的光学合像水平仪微分盘上的每一格刻度表示在1m长度上，两端的高度差为0.01mm。测量时，如果从窗口读出的数值为1mm，微分盘上的刻度数为16，这次测量的读数就是1.16mm，即被测工件表面的倾斜度，在1m长度上高度差为1.16mm。如果工件的长度小于或大于1m时，可按正比例方法计算:1m长度上的高度差×工件长度。
6使用特点
1) 测量工件被测表面误差大或倾斜程度大时，使用框式水平仪，气泡就会移至极限位置而无法测量，光学合像水平仪就设有这一弊病。
2) 环境温度变化对测量精度有较大的影响，所以使用时应尽量避免工件和水平仪受热。
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