Уровни рамные и брусковые

	Наименование
	Уровни брусковые (ГОСТ 9392-89)
	Уровни рамные (ГОСТ 9392-89)
	Уровни брусковые Mitutoyo
	Уровни рамные Mitutoyo

 

Уровни

В традиционных уровнях с ампулой и пузырьком воздуха  или электронных уровнях с маятником (отвесом) используют естественную базу – силу тяжести (или центр Земли). Эта база  стабильна и надежна. Под действием силы тяжести жидкость в ампуле или маятник принимают строго горизонтальное или строго вертикальное положение.

Приборы, имеющие такую идеальную базу, позволяют проводить высокоточные измерения в машиностроении. Уровни служат для измерения малых угловых отклонений от горизонтальной плоскости. Наиболее распространены в промышленности жидкостные (спиртовые) уровни. Они относятся к гониометрическим приборам, так как имеют угломерную шкалу, нанесенную по дуге окружности ампулы. Чувствительным элементом уровней является ампула, представляющая собой запаянную цилиндрическую стеклянную трубку, наполненную жидкостью с оставлением небольшого пузырька воздуха. Внутренняя поверхность ампулы шлифуется по радиусу. На наружной верхней поверхности ампулы наносится шкала с интервалом делений, равным 2 мм.

Рисунок 1. Схема уровня

Действие ампулы основано на том, что при ее наклоне уровень жидкости в ампуле всегда располагается горизонтально и пузырек воздуха перемещается в наивысшую часть ампулы. Отсчет по шкале производится по краю пузырьков воздуха. При наклоне ампулы на угол φ (рис. 1) наивысшая точка ампулы перемещается из точки А в точку В, вызывая соответствующее перемещение пузырька воздуха. Зависимость между углом φ наклона ампулы, радиусом R кривизны внутренней поверхности ампулы в продольном направлении и перемещением L пузырька определяется формулой

φ = L/R,      φ"= 296265 L/R

где φ – угол в рад, а φ"- в с.

Цена деления с" ампулы в с (секундах) при стандартном интервале деления 2 мм будет равна

с" = 2 φ"/L =  412 530/R  c.

Для того чтобы при наклоне уровня на угол 1' пузырек воздуха переместился на одно деление (т.е. на 2 мм), радиус кривизны внутренней поверхности  ампулы   должен   быть   равен 412 530 мм.

Цена деления с_у уровня, т.е. наклон уровня, вызывающего перемещение пузырька воздуха на одно деление шкалы, выражается в мм/м и определяется по формуле

с_у = 2000/R = 0,005с" мм/м.

В уровнях, применяемых в машиностроении, используются  цилиндрические простые ампулы, которые   выпускаются с ценой деления от 10' до 6'. Диаметр ампул этого типа колеблется в пределах от 7,5 до 14 мм, а длина от 23 до 84 мм. Шкалы ампул, предназначенных к установке в уровнях для машиностроения должны иметь два нулевых штриха, расположенных на расстоянии, равном длине пузырька, и не менее, чем по восьми делений в каждую сторону. Ампулы изготавливают из стекла. Наполнителем для ампул высокой и средней точности является эфир этиловый  или его смесь с этиловым  спиртом.

После изготовления ампулы подвергаются старению.

Поверку ампул производят на экзаменаторах.

Отклонения цены деления на различных участках шкалы ампулы не должны превышать ±(15-20)% среднего значения. Порог чувствительности ампулы, определяемый минимальным углом наклона ампулы, при котором перемещение пузырька становится заметным при наблюдении невооруженным глазом, не должен превышать 15% цены деления (порог чувствительности ампулы зависит от цены деления, качества шлифования внутренней поверхности, длины пузырька, температуры и свойств наполнителей).

Брусковый уровень служит для контроля горизонтального расположения плоских и цилиндрических поверхностей. Корпус  брускового уровня на нижней рабочей поверхности имеет призматическую выемку для установки на цилиндрические поверхности. Ампула  установлена на одноплечем рычаге, подвешенном в корпусе уровня на плоской пружине.  На другом конце рычага  имеется  регулировочный винт, который при сборке позволяет установить параллельность ампулы основанию. Еще одна небольшая ампула  расположена в поперечном отверстии корпуса и залита затвердевающим составом. Эта ампула служит для контроля правильности установки уровня на цилиндрических поверхностях. Цена деления поперечной ампулы составляет  3' – 6' .

Кроме уровней в регулируемым положением ампулы, выпускают также уровни с нерегулируемым положением ампулы, которая  залита медленно затвердевающим составом прямо в корпусе.  При сборке, пока состав затвердевает, ампулу выставляют в горизонтальное положение.

Рамный уровень имеет аналогичное устройство и отличается от брускового формой корпуса, который имеет четыре взаимно перпендикулярные рабочие поверхности. Нижняя, верхняя и одна из боковых рабочих поверхностей имеют призматические выемки для установки на цилиндрических поверхностях.

Рамный уровень позволяет контролировать как горизонтальное, так и вертикальное расположение поверхностей.

Брусковые и рамные уровни  имеют  цену деления основной ампулы от 0,02 до 0,3 мм/м и с длиной L рабочей поверхности 100, 150, 200,  250 и 300  мм. Корпус уровней изготавливается из серого чугуна или стали. Цены деления уровней заданы в миллиметр на метр (мм/м), когда вертикальные отклонения измеряются в миллиметрах, а заданная длина в метрах (0,1 мм/м соответствует 20"). В этих единицах цены делений уровней равны 0,02; 0,05; 0,10,  0,15 и 0,3 мм/м. Диапазон измерений по шкале ампулы при длине пузырька, соответствующей температуре 20°С, равен ±10 делений для цен деления 0,02; 0,05 и 0,1 мм/м и ±5 делений при цене деления 0,15 мм/м. При увеличении температуры длина пузырька уменьшается, а при уменьшении – увеличивается, в первом случае диапазон измерений возрастает, во втором — уменьшается.

Допускаемое отклонение положения пузырька ампулы от его среднего положения при установке уровня на горизонтальную плоскость или цилиндр (нуль-пункт уровня) составляет 1/4 деления для брусковых и рамных уровней с любой ценой деления. При повороте уровня вокруг оси горизонтального цилиндра в поперечном направлении на ±5° пузырек ампулы не должен выходить за указанные пределы.

Для рамных уровней, кроме того, нормируется положение пузырька при базировании уровня по боковым и верхним рабочим поверхностям, допускаемое отклонение в этом случае составляет 1/2 деления. На погрешность измерений с помощью уровней оказывают влияние характер контактирования уровня с измеряемой поверхностью, погрешность отсчета, время успокоения пузырька ампулы и температурные деформации.

Разумеется, указанные факторы сказываются, главным образом, при измерениях более точными уровнями. Так, для уровня с ценой деления 0,02 мм/м с длиной рабочей поверхности 200 мм погрешность в 1/4 деления возникнет от погрешности контакта в 1 мкм (например, от попадания пылинок таких размеров). Поэтому в процессе измерения необходимо особо следить за чистотой измеряемой и рабочих поверхностей уровня. Для уменьшения этой погрешности (а также других указанных ранее погрешностей) целесообразно производить несколько измерений, принимая за результат измерения их среднее значение. Cчитывание показаний следует производить по двум концам пузырька ампулы, что позволит уменьшить погрешности отсчета, погрешности от изменения длины пузырька из-за изменения температуры и погрешности, зависящие от порога чувствительности ампулы. Cчитывание показаний следует производить не сразу после установки уровня на поверхности, а после определенной выдержки, чтобы пузырек ампулы успокоился, а также выровнялась температура уровня, так как при переносе его рукой происходят температурные деформации корпуса и ампулы. Например, при нахождении в руках в течение 10 с уровней с ценой деления 0,02 мм/м время выдержки составляет 3 мин, при более длительном переносе уровня руками потребуется большая выдержка.

При измерениях уровнем положения цилиндрических поверхностей нет необходимости устанавливать уровень в поперечном направлении по показаниям установочной ампулы, достаточно установить его на глаз.

В процессе эксплуатации из-за износа рабочих поверхностей или смещения положения ампулы возможно изменение нулевого положения пузырька ампулы. Восстановление нуль-пункта у уровней с ценой деления 0,15 мм/м, у которых ампула жеcтко соединена с корпусом уровня, производится обработкой рабочих поверхностей уровня, а у уровней с ценами деления 0,02; 0,05 и 0,10 мм/м — регулировкой специального узла уровней, обеспечивающего выставление положения ампулы относительно рабочих поверхностей (отметим, что это юстировочная операция, а не настройка в процессе измерения).

Следует отметить, что при эксплуатации уровней не всегда необходимо производить восстановление нуль-пункта, даже если он отклоняется сверх установленных норм. Погрешность, связанная с отклонением нуль-пункта, может быть исключена применением специальной методики измерения. Если производить измерения при двух положениях уровня (повернутых друг относительно друга на 180°), то среднее значение результатов измерения не будет зависеть от погрешностей нулевого положения пузырька ампулы.

При использовании уровней для измерения отклонений от прямолинейности или плоскостности  обработка результатов измерения также исключает погрешность нулевого положения пузырька ампулы. В ряде приборов ампула применяется не для измерения отклонений углов, а для определения горизонтального положения узла прибора, в который она встроена. Показания отсчитывают по шкалам других устройств прибора при горизонтальном положении ампулы.

Описанные  уровни имеют малые диапазоны измерения уклона, ограниченные шкалой на ампуле. Для измерения больших уклонов применяются микрометрические  и электронные уровни. Сочетание ампулы с микрометрическим устройством применено в уровнях с микрометрической подачей ампулы.

Механизм уровня смонтирован на основании. Основание имеет плоские и призматические рабочие поверхности. Ампула  уровня установлена на рычаге, подвешенном на шарнире из плоских пружин. Наклон рычага с  ампулой по отношению к рабочим поверхностям уровня производится микровинтом. Диапазон измерений таких уровней во много раз превышает диапазон измерений по шкале ампулы. Микрометрические уровни имеют  цену деления 0,01  и  0,1 мм/м. Диапазон измерений уровня от ±10 мм/м до ±30 мм/м. Предел допускаемой погрешности равен ±0,1 мм/м. Кроме указанных погрешностей на погрешность измерения с помощью микрометрических уровней влияют те же факторы, что и на брусковые и рамные уровни. В микрометрических уровнях более существенно проявляется погрешность от наклона уровня в поперечном направлении.

Еще больший диапазон измерений и большую точность имеют электронные уровни. Выпускают несколько моделей электронных уровней с аналогичным принципом действия.

Это универсальный прибор, имеющий диапазон измерений до ±45° и цифровой отсчет измеряемого угла или наклона. Причем отсчет может быть как в градусах, минутах, секундах, так и в мм/м. Дискретность отсчета составляет 2'.

В качестве измерителя в электронных уровнях  используют маятник (отвес) и емкостной или индуктивный инкрементный преобразователь, что и обеспечивает большой диапазон измерения и цифровой отсчет.

Прибор выпускается согласно международному стандарту DIN 2276 часть 2 1986, «Системы измерений наклона. Уклономеры электронные. Формы,технические требования».