任務5　正確使用水平儀

水平儀是一種常用的平面測量儀器，主要用于檢驗各種設備的平直度，并可檢驗微小傾角。由于水平儀的構造簡單，使用方便，測量精度較高，因此，水平儀是機床制造、安裝和修理中最基本的一種檢驗工具。

1.5.1　學習目標

通過學習，使學員了解水平儀的作用，掌握水平儀的使用方法；能夠根據設備水平度要求選擇合適規格的水平儀，能夠正確檢查水平儀及校正水平儀誤差；能夠熟練運用水平儀進行水平檢測；能夠準確讀取水平儀讀數；能夠保養與存放水平儀；能夠辨識違章行為，消除事故隱患；能夠提高個人規避風險的能力，避免安全事故發生；能夠在發生人身意外傷害時，進行應急處置。

1.5.2　學習任務

本次學習任務包括檢查水平儀，利用水平儀檢查水平，保養水平儀。

1.5.3　背景知識

1.5.3.1　水平儀的類型和測試范圍

水平儀分為條式水平儀和框式水平儀兩種。條式水平儀的底平面為工作面，中間制成V形槽，以便安裝在圓柱面上測量。框式水平儀的每個側面都可作為工作面，各側面都保持精確的直角關系。條式水平儀可用來測量相對于水平位置的微小傾斜角度、工作面直線度、平面度及各工作面的相互平行度；框式水平儀除包含條式水平儀的功能外，還可測量相對于鉛垂位置以下工作面相對于水平位置的微小傾斜角度，是用于調整各種機床導軌表面的水平和鉛垂安裝及各導軌表面相互平行度、垂直度的一種通用小角度計量器具。

（1）條式水平儀

條式水平儀由作為工作平面的V形底平面和與工作平面平行的水準器（俗稱氣泡）兩部分組成。圖1-5-1是常用的條式水平儀，其工作平面的平直度和水準器與工作平面的平行度都做得很精確。當水平儀的底平面放在準確的水平位置時，水準器內的氣泡正好在中間位置（即水平位置）。在水準器玻璃管內氣泡刻線為零線的兩邊，刻有不少于8格的刻度，刻線間距為2mm。當水平儀的底平面與水平位置有微小的差別時，也就是水平儀底平面兩端有高低差時，水準器內的氣泡由于地心引力的作用總是往水準器的最高一側移動，這就是水平儀的使用依據。兩端高低相差不多時，氣泡移動也不多，兩端高低相差較大時，氣泡移動也較大，在水準器的刻度上就可讀出兩端高低的差值。如條式水平儀分度值為0.03mm/m時，即表示氣泡移動一格時，被測量長度為1m的兩端上，高低相差0.03mm。

（2）框式水平儀

框式水平儀主要由框架、弧形玻璃管主水準器、調整水準組成。利用水平儀上水準泡的移動來測量被測部位角度的變化。框架的測量面有平面和V形槽，V形槽便于在圓柱面上測量。弧形玻璃管的表面上有刻線，內裝乙醚（或酒精），并留有一個水準泡，水準泡總是停留在玻璃管內的最高處。若水平儀傾斜一個角度，氣泡就向左或向右移動，根據移動的距離（格數），直接或通過計算即可知道被測工件的直線度，平面度或垂直度誤差。框式水平儀結構如圖1-5-2所示。

1.5.3.2　水平儀的尺寸規范

水平儀的尺寸規范見表1-5-1。

1.5.3.3　水平儀的讀數方法

水平儀刻度值用角度（秒）或斜率表示，實際傾斜值＝水平儀標稱分度值×水平儀長度L×平均偏差格數，例如：標稱分度值為2mm/m，水平儀長度L＝200mm，三次測量的偏差格數分別為2格、2格、3格，則實際傾斜值＝2/1000×200×（2＋2＋3）/3＝0.93mm。

水平儀偏差格數的讀數方法有直接讀數法和平均讀數法兩種。

（1）直接讀數法

以氣泡兩端的長刻線作為零線，氣泡相對零線移動格數作為讀數，這種讀數方法最為常用，圖1-5-3表示水平儀處于水平位置，氣泡兩端位于長線上，讀數為“0”。圖1-5-4表示水平儀逆時針方向傾斜，氣泡向右移動，圖示位置讀數為“＋2”。圖1-5-5表示水平儀順時針方向傾斜，氣泡向左移動，圖示位置讀數為“－3”。

（2）平均讀數法

由于環境溫度變化較大，使氣泡變長或縮短，引起讀數誤差而影響測量的正確性，為避免此種情況，可采用平均讀數法，以消除讀數誤差。平均讀數法讀數是分別從兩條長刻線起，向氣泡移動方向讀至氣泡端點止，然后取這兩個讀數的平均值作為這次測量的讀數值。圖1-5-6表示由于環境溫度較高，氣泡變長，測量位置使氣泡左移。讀數時，從左邊長刻線起，向左讀數“－3”；從右邊長刻線起，向左讀數“－2”。取這兩個讀數的平均值，作為這次測量的讀數值。圖1-5-7表示，由于環境溫度較低，氣泡縮短，測量位置使氣泡右移，按上述讀數方法，讀數分別為“＋2”和“＋1”，則測量的讀數值是“＋1.5”。

1.5.4　任務實施

1.5.4.1　準備工作

① 正確穿戴勞保用品。

② 準備工具、用具見表1-5-2。

③ 具備檢測條件的設備或平面齊全，符合要求。

1.5.4.2　操作過程

（1）檢查水平儀

① 檢查水平儀是否有出廠合格證，檢驗證書是否在有效期內。

② 檢查水準器氣泡管有無破漏，水準器刻度是否清晰。

③ 擦拭測量面并檢查測量面有無劃傷、銹蝕、毛刺等缺陷。

④ 檢查零位是否正確，若不準，對可調式水平儀應進行調整。檢查零位方法為：將水平儀放在平板上，讀出氣泡管的刻度，在平板的平面同一位置上，將水平儀左右反轉180°，然后讀出氣泡管的刻度，若讀數相同，則水平儀零位準確，否則需使用備用的調整針插入調整孔進行上下調整。

（2）檢測水平

① 選擇好放置水平儀的位置，用鏟刀和砂紙清理測量部位，確保測量面無砂粒、雜物。

② 將水平儀放在測量位置貼緊，讀出氣泡刻度值并記錄。

③ 將水平儀兩端對調，換向多次測量，算出測量結果平均值。

④ 當氣泡超出可讀范圍時，可在低端墊塞尺直至可讀，記錄塞尺數值。無塞尺時也可使用墊片墊在水平尺低端直至可讀，然后用游標卡尺測量墊片厚度，代入公式即可計算。

（3）保養水平儀

① 用棉紗擦拭水平儀，清理油污泥沙等雜質。

② 將水平儀均勻涂抹少量黃油。

③ 將水平儀用油紙包好，放到指定地點或工具箱內。

1.5.5　歸納總結

① 使用水平儀時，要保證水平儀工作面和被測表面的清潔，防止臟物影響測量的準確性。

② 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。

③ 測量水平面時，在同一個測量位置上，應將水平儀調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生摩擦，應該提起來放置。測量時使水平儀工作面緊貼被測表面，待氣泡靜止后方可讀數。

④ 讀數時，視線應垂直于水準器，以減小視差對測量結果的影響。

⑤ 測量時應避免溫度的影響，注意陽光直射、哈氣、手熱等因素。

⑥ 用框式水平儀測量工件的垂直面時，不能握住與副側面相對的部位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。

⑦ 應急處置：操作時發生人身意外傷害，應立即停止操作，脫離危險源后立即進行救治，如果傷情較重，立即撥打120急救電話送醫院救治并匯報。

1.5.6　拓展鏈接

為提高測量精度，在普通水平儀的基礎上，人們又研制出了光學合像水平儀。

光學合像水平儀主要由測微螺桿、杠桿系統、水準器、光學合像棱鏡和具有V形工作平面的底座等組成，廣泛用于精密機械中，測量工件的平面度、直線度和找正安裝設備的正確位置。光學合像水平儀外形見圖1-5-8。光學合像水平儀的水準器安裝在杠桿架的底板上，它的水平位置用微動旋鈕通過測微螺桿與杠桿系統進行調整。水準器內的氣泡圓弧，分別用三個不同方向位置的棱鏡反射至觀察窗，分成兩個半像，利用光學原理把氣泡像復合放大（放大5倍），提高讀數精度，并通過杠桿機構提高讀數的靈敏度和增大測量范圍。其使用特點：測量工件被測表面誤差大或傾斜程度大時，使用框式水平儀，氣泡就會移至極限位置而無法測量，光學合像水平儀就沒有這一弊病。環境溫度變化對測量精度有較大的影響，所以使用時應盡量避免工件和水平儀受熱。

1.5.7　思考練習

① 使用水平儀測量設備水平時如何提高測量精度？

② 設備不平度超出氣泡可讀范圍時如何進行測量？

1.5.8　考核

1.5.8.1　考核規定

① 如違章操作，將停止考核。

② 考核采用百分制，考核權重：知識點（30%），技能點（70%）。

③ 考核方式：本項目為實際操作考題，考核過程按評分標準及操作過程進行評分。

④ 測量技能說明：本項目主要測試考生對使用水平儀掌握的熟練程度。

1.5.8.2　考核時間

① 準備工作：1min（不計入考核時間）。

② 正式操作時間：8min。

③ 在規定時間內完成，到時停止操作。

1.5.8.3　考核記錄表

正確使用水平儀考核記錄表見表1-5-3。