任务5　正确使用水平仪

水平仪是一种常用的平面测量仪器，主要用于检验各种设备的平直度，并可检验微小倾角。由于水平仪的构造简单，使用方便，测量精度较高，因此，水平仪是机床制造、安装和修理中最基本的一种检验工具。

1.5.1　学习目标

通过学习，使学员了解水平仪的作用，掌握水平仪的使用方法；能够根据设备水平度要求选择合适规格的水平仪，能够正确检查水平仪及校正水平仪误差；能够熟练运用水平仪进行水平检测；能够准确读取水平仪读数；能够保养与存放水平仪；能够辨识违章行为，消除事故隐患；能够提高个人规避风险的能力，避免安全事故发生；能够在发生人身意外伤害时，进行应急处置。

1.5.2　学习任务

本次学习任务包括检查水平仪，利用水平仪检查水平，保养水平仪。

1.5.3　背景知识

1.5.3.1　水平仪的类型和测试范围

水平仪分为条式水平仪和框式水平仪两种。条式水平仪的底平面为工作面，中间制成V形槽，以便安装在圆柱面上测量。框式水平仪的每个侧面都可作为工作面，各侧面都保持精确的直角关系。条式水平仪可用来测量相对于水平位置的微小倾斜角度、工作面直线度、平面度及各工作面的相互平行度；框式水平仪除包含条式水平仪的功能外，还可测量相对于铅垂位置以下工作面相对于水平位置的微小倾斜角度，是用于调整各种机床导轨表面的水平和铅垂安装及各导轨表面相互平行度、垂直度的一种通用小角度计量器具。

（1）条式水平仪

条式水平仪由作为工作平面的V形底平面和与工作平面平行的水准器（俗称气泡）两部分组成。图1-5-1是常用的条式水平仪，其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差时，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依据。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。如条式水平仪分度值为0.03mm/m时，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。

（2）框式水平仪

框式水平仪主要由框架、弧形玻璃管主水准器、调整水准组成。利用水平仪上水准泡的移动来测量被测部位角度的变化。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。框式水平仪结构如图1-5-2所示。

1.5.3.2　水平仪的尺寸规范

水平仪的尺寸规范见表1-5-1。

1.5.3.3　水平仪的读数方法

水平仪刻度值用角度（秒）或斜率表示，实际倾斜值＝水平仪标称分度值×水平仪长度L×平均偏差格数，例如：标称分度值为2mm/m，水平仪长度L＝200mm，三次测量的偏差格数分别为2格、2格、3格，则实际倾斜值＝2/1000×200×（2＋2＋3）/3＝0.93mm。

水平仪偏差格数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，图1-5-3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1-5-4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1-5-5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，为避免此种情况，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1-5-6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1-5-7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“＋1.5”。

1.5.4　任务实施

1.5.4.1　准备工作

① 正确穿戴劳保用品。

② 准备工具、用具见表1-5-2。

③ 具备检测条件的设备或平面齐全，符合要求。

1.5.4.2　操作过程

（1）检查水平仪

① 检查水平仪是否有出厂合格证，检验证书是否在有效期内。

② 检查水准器气泡管有无破漏，水准器刻度是否清晰。

③ 擦拭测量面并检查测量面有无划伤、锈蚀、毛刺等缺陷。

④ 检查零位是否正确，若不准，对可调式水平仪应进行调整。检查零位方法为：将水平仪放在平板上，读出气泡管的刻度，在平板的平面同一位置上，将水平仪左右反转180°，然后读出气泡管的刻度，若读数相同，则水平仪零位准确，否则需使用备用的调整针插入调整孔进行上下调整。

（2）检测水平

① 选择好放置水平仪的位置，用铲刀和砂纸清理测量部位，确保测量面无砂粒、杂物。

② 将水平仪放在测量位置贴紧，读出气泡刻度值并记录。

③ 将水平仪两端对调，换向多次测量，算出测量结果平均值。

④ 当气泡超出可读范围时，可在低端垫塞尺直至可读，记录塞尺数值。无塞尺时也可使用垫片垫在水平尺低端直至可读，然后用游标卡尺测量垫片厚度，代入公式即可计算。

（3）保养水平仪

① 用棉纱擦拭水平仪，清理油污泥沙等杂质。

② 将水平仪均匀涂抹少量黄油。

③ 将水平仪用油纸包好，放到指定地点或工具箱内。

1.5.5　归纳总结

① 使用水平仪时，要保证水平仪工作面和被测表面的清洁，防止脏物影响测量的准确性。

② 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。

③ 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。测量时使水平仪工作面紧贴被测表面，待气泡静止后方可读数。

④ 读数时，视线应垂直于水准器，以减小视差对测量结果的影响。

⑤ 测量时应避免温度的影响，注意阳光直射、哈气、手热等因素。

⑥ 用框式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。

⑦ 应急处置：操作时发生人身意外伤害，应立即停止操作，脱离危险源后立即进行救治，如果伤情较重，立即拨打120急救电话送医院救治并汇报。

1.5.6　拓展链接

为提高测量精度，在普通水平仪的基础上，人们又研制出了光学合像水平仪。

光学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形工作平面的底座等组成，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。光学合像水平仪外形见图1-5-8。光学合像水平仪的水准器安装在杠杆架的底板上，它的水平位置用微动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。其使用特点：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，光学合像水平仪就没有这一弊病。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。

1.5.7　思考练习

① 使用水平仪测量设备水平时如何提高测量精度？

② 设备不平度超出气泡可读范围时如何进行测量？

1.5.8　考核

1.5.8.1　考核规定

① 如违章操作，将停止考核。

② 考核采用百分制，考核权重：知识点（30%），技能点（70%）。

③ 考核方式：本项目为实际操作考题，考核过程按评分标准及操作过程进行评分。

④ 测量技能说明：本项目主要测试考生对使用水平仪掌握的熟练程度。

1.5.8.2　考核时间

① 准备工作：1min（不计入考核时间）。

② 正式操作时间：8min。

③ 在规定时间内完成，到时停止操作。

1.5.8.3　考核记录表

正确使用水平仪考核记录表见表1-5-3。