实验四用合象水平仪或框式水平仪

实验用合像水平仪测量直线度误差一、实训目的和要求１、了解合像水平仪的结构并熟悉使用它测量直线度的方法.2、掌握给定平面内直线度误差值的评定方法。

3、掌握按照两端点连线和最小条件作图求解直线度误差的方法。

二、使用仪器和量具合像水平仪、被测工件三、测量仪器说明和测量原理合像水平仪是一种精密测量仪器,用自然水平面为测量基准。

合像水平仪的结构如图３-1所示,它的水准器8是一个密封的玻璃管,管内注入精馏乙醚，并留有一定量的空气，以形成气泡。

管的内壁在长度方向上具有一定的曲率半径。

气泡在管中停止时,气泡的位置必然垂直于重力方向。

也就是说，当水平仪倾斜时，气泡本身并不倾斜,而始终保持水平位置。

利用这个原理，将合像水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距的两点间的高度差,如图３-2所示。

１－底板; 2－杠杆; ３－支撑;４-壳体；5-支撑架；6-放大镜；７－棱镜；８-水准器;9-微分筒；10－测微螺杆;１1-放大镜；１2－刻线尺图3－1 合像水平仪在水准器玻璃管管长的中部，从气泡的边缘开始向两端对称地按照弧度值刻有若干条等距刻线。

合像水平仪的分度值I用[角]秒和mm／m表示.合像水平仪的分度值为２″,该角度相当于在1m的长度上，对边高0.01mm的角度,这时分度值也用０。

01mｍ／ｍ或者0。

0１/10００表示。

Ⅰ-桥板; Ⅱ－水平仪;Ⅲ－实际被测直线;4－桥板跨距。

图3－2 用合像水平仪测量直线度误差的示意图参照图3-1和图3-3，测量时,合像水平仪水准器8中的气泡两端经棱镜７反射的两半像从放大镜6观察。

当桥板两端相对于自然水平面无高度差时,水准器8处于水平位置。

则气泡在水准器8的中央，位于棱镜７两边对称的位置上，因此从放大镜6看到的两半像相合,如图3－3（a)所示.如果桥板两端相对于自然水平面有高度差，则水平仪倾斜一个角度α，因此气泡不在水准器8的中央,从放大镜6看到的两半像是错开的,图3-3(b）所示产生偏移量△。

用合像水平仪测量直线度误差The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020实验用合像水平仪测量直线度误差一、实训目的和要求1、了解合像水平仪的结构并熟悉使用它测量直线度的方法。

2、掌握给定平面内直线度误差值的评定方法。

3、掌握按照两端点连线和最小条件作图求解直线度误差的方法。

二、使用仪器和量具合像水平仪、被测工件三、测量仪器说明和测量原理合像水平仪是一种精密测量仪器，用自然水平面为测量基准。

合像水平仪的结构如图3－1所示，它的水准器8是一个密封的玻璃管，管内注入精馏乙醚，并留有一定量的空气，以形成气泡。

管的内壁在长度方向上具有一定的曲率半径。

气泡在管中停止时，气泡的位置必然垂直于重力方向。

也就是说，当水平仪倾斜时，气泡本身并不倾斜，而始终保持水平位置。

利用这个原理，将合像水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距的两点间的高度差，如图3－2所示。

1－底板； 2－杠杆； 3－支撑；4－壳体；5－支撑架；6－放大镜；7－棱镜； 8－水准器；9－微分筒；10－测微螺杆；11－放大镜；12－刻线尺图3－1 合像水平仪在水准器玻璃管管长的中部，从气泡的边缘开始向两端对称地按照弧度值刻有若干条等距刻线。

合像水平仪的分度值I用[角]秒和mm/m表示。

合像水平仪的分度值为2″，该角度相当于在1m的长度上，对边高0.01mm的角度，这时分度值也用0.01mm/m或者1000表示。

Ⅰ－桥板；Ⅱ－水平仪；Ⅲ－实际被测直线；4－桥板跨距。

图3－2 用合像水平仪测量直线度误差的示意图参照图3－1和图3－3，测量时，合像水平仪水准器8中的气泡两端经棱镜7反射的两半像从放大镜6观察。

当桥板两端相对于自然水平面无高度差时，水准器8处于水平位置。

则气泡在水准器8的中央，位于棱镜7两边对称的位置上，因此从放大镜6看到的两半像相合，如图3－3（a）所示。

一、摘要框式水平仪是一种常见的测量工具，主要用于测量物体表面的水平度。

本次实训旨在通过对框式水平仪的原理、操作方法和实际应用的学习，加深对测量工具的理解，提高实际操作能力。

本文将从实训目的、实训内容、实训过程、实训结果和实训总结等方面进行详细阐述。

二、实训目的1. 了解框式水平仪的结构、原理和适用范围。

2. 掌握框式水平仪的使用方法和操作技巧。

3. 提高测量精度和实际操作能力。

4. 培养严谨的工作态度和团队协作精神。

三、实训内容1. 框式水平仪的结构和原理2. 框式水平仪的使用方法和操作技巧3. 框式水平仪的实际应用4. 框式水平仪的维护与保养四、实训过程1. 框式水平仪的结构和原理实训开始，首先由指导老师向学员讲解框式水平仪的结构和原理。

框式水平仪主要由镜管、水准管、水准器、刻度盘和支架等部分组成。

水准管是测量水平度的关键部件，通过观察水准管内气泡的位置来判断水平度。

当气泡位于水准管的中心时，表示物体表面处于水平状态。

2. 框式水平仪的使用方法和操作技巧接下来，指导老师详细讲解了框式水平仪的使用方法和操作技巧。

主要包括：（1）放置：将框式水平仪平稳地放置在待测物体表面，确保水平仪的支架与物体表面接触良好。

（2）观察：通过镜管观察水准管内气泡的位置，根据气泡的位置判断物体表面的水平度。

（3）调整：根据气泡的位置，调整待测物体表面的水平度，直至气泡位于水准管的中心。

（4）记录：记录测量结果，包括物体表面的水平度、角度等。

3. 框式水平仪的实际应用在掌握框式水平仪的使用方法和操作技巧后，学员们分组进行实际操作。

分别对地面、墙壁、桌面等物体表面进行水平度测量，并记录测量结果。

4. 框式水平仪的维护与保养实训过程中，指导老师还强调了框式水平仪的维护与保养。

主要包括：（1）使用前检查水平仪的清洁度，如有污垢应及时清理。

（2）使用过程中避免水平仪受到碰撞，以免损坏水准管。

（3）使用完毕后，将水平仪放置在专用支架上，保持水准管水平。

合象水平仪的使用方法
合象水平仪使用方法
1.产品概述
合象水平仪是一种用于测量物体水平或垂直程度的工具。

它通
过使用内置的气泡级管和刻度盘，可以精确测量出物体的倾斜度。

本文档将详细介绍如何正确使用合象水平仪。

2.设备准备
在使用合象水平仪之前，需要确保以下准备工作已完成：
a.检查水平仪是否完好无损，如果有任何损坏或松动的部分，应立即进行修复或更换。

b.确保环境适合使用水平仪，减少外部干扰和震动。

3.水平测量
合象水平仪可用于测量物体水平的程度。

以下是水平测量的步骤：
a.将水平仪放置在待测物体表面上，确保水平仪的底部平稳
接触物体。

b.观察水平仪上的气泡级管，调整物体的位置，直到气泡置
于刻度盘中心的位置。

c.确认气泡级管位于水平位置后，读取刻度盘上的数值，以获得物体的水平程度。

4.垂直测量
合象水平仪还可用于测量物体垂直程度。

以下是垂直测量的步骤：
a.将水平仪放置在待测物体的垂直表面上，确保水平仪的底部平稳接触物体。

b.观察水平仪上的气泡级管，调整物体的位置，直到气泡置于刻度盘中心的位置。

c.确认气泡级管位于垂直位置后，读取刻度盘上的数值，以获得物体的垂直程度。

5.其他测量功能
合象水平仪还可能具备其他测量功能，例如测量角度。

使用具体的操作指南，可以根据所购买的具体型号了解如何使用这些附加功能。

附件：
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法律名词及注释：
本文档不涉及法律名词及注释。

框式水平仪框式水平仪的工作原理及使用方法框式水平仪的工作原理及使用方法图(1-1)是常用的框式水平仪，主工由框架1和弧形玻璃管主水冷器2、调整水准3组成。

利用水平仪上水准器泡的移动来测量被测部位角度的变化。

框架的测量面的平面和V形槽，V形槽便于在圆柱上面测量。

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，平南度或垂直度误差。

水平仪的工作原理(图1-2)，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θ为: Tgθ==0.00002 θ=4”水准泡转过的角度应与平面转过和角度相等，则水准泡移动的距离(1格)为: a=,,2mm水平仪的读数方法有直接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。

气泡相对零线移动作为读数，这种读数方法最为常用，见(1-3图)。

图1-3(a)表示水平仪处于水平位置，气泡两端处于长线上，读数为“0”;图1-3(b)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1-3(C)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，使气泡变长或变短，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。

一、工作原理气泡水平仪的玻璃的玻璃管内壁是一个肯有一定曲率半径的曲面，当水平仪发生倾斜时，气泡就向水平仪升高的一端移动，水准泡内壁曲率半径越大分辨率越高，曲率半径越小，分辨率越低，因此水准泡的曲率半径决定了该产品的精度。

二、产品用途水平仪主要用于检验各种机床和工件的平面度、平直度、垂直度及设备安装的水平性等。

三、产品规格水平仪按不同用途制造成框式水平仪、条式水平仪和二种形式. 四、仪器结构水平仪主要由体身，水准泡系统及调整机构组成。

光学合像水平仪合像水平仪，主要用来测量零件表面的直线度和平面度，并用于设备安装位置的正确性及较小倾角的测量，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。

合像水平仪的构成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。

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。

当水平仪倾斜时，气泡A与B不重合。

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。

合像水平仪的使用1、合像水平仪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。

2、合像水平仪使用特点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。

合像水平仪的技术参数1.刻度盘分划值：0.01mm/m2.最大测量范围范围：0-10mm/m3.示值误差：正负1mm/m范围内正负0.01mm/m4.全部测量范围内正负0.02mm/m ±1mm/m范围内：±0.02mm/m5.工作面平面性偏差：0.003mm6.水准器格值：0.1mm/m7.工作面尺寸：（mm）165*48合像水平仪的通用技术要求1 外观1.1 水平仪工作面应无碰伤、锈蚀及明显划痕以及其它影响使用的缺陷;非工作表面应无毛刺、脱漆或镀层脱落。

国内统一刊号CN31-1424／TB2010/2 总第216期框式条式水平仪的正确使用和应用实例郝欣波　葛安宁/山东省日照市计量测试所1　框式水平仪和条式水平仪的介绍1.1　概述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及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。

1.2　工作原理框式水平仪和条式水平仪利用液面水平恒定的原理以水准器直接显示角位移，主要部分是水准器，水准器是一个密封的玻璃管，内壁研磨成一定曲率半径，曲率半径决定水准器的准确度，曲率半径越大，分辨率越高，反之，分辨率越低。

水准器内装有黏滞度较小的液体，如酒精、乙醚及其混合体等，内留一气泡，在内表面有刻度。

当水平仪下工作面处于水平位置时，气泡位于两端刻线中间，气泡液面（水平面）与下工作面平行，当不在水平位置时，气泡液面与下工作面不平行，气泡就偏向高的一端。

水准器曲率半径与分度值存在着一定的关系。

例如，当分度值为0.02 mm/m 水平仪在1 m 的截面上时，截面一端相对倾斜0.02 mm，水准器曲率半径以圆心O 转过了一个微小的角度a ≈4″，气泡倾斜前如图1所示，倾斜后如图2所示。

气泡实际相对移动1格2 mm，而不是0.02 mm，读数放大了分度值 100倍。

假设刻度间隔实际距离0.02 mm，气泡移动量用肉眼是难以分辨的，况且灵敏度高，也难以操作。

水准泡曲率半径用下式计算：（1）式中：a ─刻度间隔距离（mm） r ─曲率半径（mm） ─分度值（0.02mm/m）分度值0.02 mm/m 水平仪，当刻度间隔实际距离为2 mm 时，曲率半径r 按照公式（1）计算如下：r ==100000 mm = 100 m1.3　水平仪的读数读数时，在调整和测量时应注意，必须保证气泡两端同时位于水准器的刻度范围内，才是有效读数。

实验四用合象水平仪或框式水平仪测量直线度误差一、实验目的1. 掌握用水平仪测量直线度误差的方法及数据处理。

2. 加深对直线度误差定义的理解。

二、实验内容用合象水平仪或框式水平仪测量直线度误差。

三、测量原理及计量器具说明机床、仪器导轨或其他窄而长的平面，为了控制其直线度误差，常在给定平面（垂直平面、水平平面）内进行检测。

常用的计量器具有框式水平仪、合象水平仪、电子水平仪和自准直仪等。

使用这类器具的共同特点是测定微小角度变化。

由于被测表面存在着直线度误差，计量器具置于不同的被测部位上，其倾斜角度就要发生相应的变化。

如果节距（相邻两测点的距离）一经确定，这个变化的微小倾角与被测相邻两点的高低差就有确切的对应关系。

通过对逐个节距的测量，得出变化的角度，用作图或计算，即可求出被测表面的直线度误差。

由于合象水平仪的测量准确度高、测量范围大（±10 mm/m）、测量效率高、价格便宜、携带方便等优点，故在检测工作中得到了广泛的采用。

合象水平仪的结构如图1a、d所示，它由底板1和壳体4组成外壳基体，其内部则由杠杆2、水准器8、两个棱镜7、测量系统9、10、11以及放大镜6所组成。

使用时将合象水平仪放于桥板（图2）上相对不动，再将桥板放于被测表面上。

如果被测表面无直线度误差，并与自然水平基准平行，此时水准器的气泡则位于两棱镜的中间位置，气泡边缘通过合象棱镜7所产生的影象，在放大镜6中观察将出现如图1b所示的情况。

但在实际测量中，由于被测表面安放位置不理想和被测表面本身不直，导致气泡移动，其视场情况将如图1c所示。

此时可转动测微螺杆10，使水准器转动一角度，从而使气泡返回棱镜组7的中间位置，则图1c中两影象的错移量△消失而恢复成一个光滑的半圆头（图1b）。

测微螺杆移动量s导致水准器的转角α（图1d）与被测表面相邻两点的高低差h有确切的对应关系，即图1图 2h＝0.01Lα（μm）式中0.01——合象水平仪的分度值（mm／m）L——桥板节距（mm）α——角度读数值（用格数来计数）如此逐点测量，就可得到相应的值，为了阐述直线度误差的评定方法，后面将用实例加以叙述。

一、实训目的本次实训旨在使学生掌握框式水平仪的基本构造、工作原理、使用方法及注意事项，提高学生实际操作能力，为后续相关课程学习打下坚实基础。

二、实训环境实训场地：学校测量实训室实训仪器：框式水平仪、水准尺、三脚架、记录板、铅笔、小刀等三、实训原理框式水平仪是一种常用的测量工具，主要用于测量水平面和垂直面的倾斜程度。

其工作原理是利用气泡在水平管中的位置变化来判断被测表面的水平状态。

四、实训过程1. 实训准备（1）熟悉框式水平仪的基本构造，包括水平管、脚螺旋、水准尺、读数窗等。

（2）了解水准尺的分划与注记，掌握读数方法。

（3）检查实训仪器是否完好，如有损坏，及时更换。

2. 实训操作（1）安置仪器将三脚架张开，使其高度适当，架头大致水平，并将脚尖踩入土中。

再开箱取出框式水平仪，将其固连在三脚架上。

（2）认识仪器指出仪器各部件的名称，了解其作用并熟悉其使用方法。

（3）粗略整平旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中，从而使仪器大致水平。

先用双手同时向内（或向外）转动一对脚旋钮，使圆水准器气泡移动到中间，再转动另一只脚旋钮使圆气泡居中，通常需反复进行。

（4）瞄准水准尺与读数（1）瞄准转动目镜调焦螺旋进行对光，使十字丝分划清晰；然后竖立水准尺于某地面点上，松开框式水平仪制动螺旋，转动望远镜，用准星和照门粗略瞄准水准尺，旋紧制动螺旋；转动物镜调焦螺旋，使水准尺成像清晰。

（2）读数观察读数窗，读取水准尺的读数。

注意读数时要保持视线与水准尺垂直。

3. 实训总结本次实训，学生掌握了框式水平仪的基本构造、工作原理、使用方法及注意事项，提高了实际操作能力。

五、实训结果1. 学生能够熟练操作框式水平仪，完成水平面和垂直面的测量。

2. 学生掌握了水准尺的分划与注记，能够正确读取水准尺的读数。

3. 学生了解了框式水平仪的注意事项，能够避免操作错误。

六、实训心得通过本次实训，我深刻认识到以下内容：1. 框式水平仪是一种常用的测量工具，在实际工程中应用广泛。

框式水平仪框式水平仪的工作原理及使用方法框式水平仪的工作原理及使用方法图(1-1)是常用的框式水平仪，主工由框架1和弧形玻璃管主水冷器2、调整水准3组成。

利用水平仪上水准器泡的移动来测量被测部位角度的变化。

框架的测量面的平面和V形槽，V形槽便于在圆柱上面测量。

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，平南度或垂直度误差。

水平仪的工作原理(图1-2)，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θ为: Tgθ==0.00002 θ=4”水准泡转过的角度应与平面转过和角度相等，则水准泡移动的距离(1格)为: a=,,2mm水平仪的读数方法有直接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。

气泡相对零线移动作为读数，这种读数方法最为常用，见(1-3图)。

图1-3(a)表示水平仪处于水平位置，气泡两端处于长线上，读数为“0”;图1-3(b)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1-3(C)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，使气泡变长或变短，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。

一、工作原理气泡水平仪的玻璃的玻璃管内壁是一个肯有一定曲率半径的曲面，当水平仪发生倾斜时，气泡就向水平仪升高的一端移动，水准泡内壁曲率半径越大分辨率越高，曲率半径越小，分辨率越低，因此水准泡的曲率半径决定了该产品的精度。

二、产品用途水平仪主要用于检验各种机床和工件的平面度、平直度、垂直度及设备安装的水平性等。

三、产品规格水平仪按不同用途制造成框式水平仪、条式水平仪和二种形式. 四、仪器结构水平仪主要由体身，水准泡系统及调整机构组成。