Введение

Инструмент для определения, является ли поверхность горизонтальной (ровной) или вертикальной (отвесной). Существуют два основных типа конструкции: трубчатый (или линейный) и дисковый (или круглый). Различные типы уровней используются плотниками, каменщиками, кирпичниками, другими строительными рабочими, геодезистами, слесарями и другими металлообработчиками, а также в некоторых видах фото- и видеосъемки.

История

История уровня была кратко рассмотрена в статье, опубликованной в 1887 году в журнале "Scientific American". Французский ученый Мельхиседек Тевено изобрел этот инструмент за некоторое время до 2 февраля 1661 года. Эта дата установлена по переписке Тевено с ученым Христианом Гюйгенсом. В течение года после этого изобретатель поделился подробностями своего изобретения с другими, включая Роберта Гука в Лондоне и Винченцо Вивиани во Флоренции. Иногда утверждается, что эти "уровни с пузырьком" не получили широкого распространения до начала XVIII века, и самые ранние сохранившиеся образцы относятся к этому времени, однако Адриен Аузо рекомендовал Королевской академии наук взять с собой на экспедицию на Мадагаскар в 1666 году "уровни типа Тевено". Весьма вероятно, что эти уровни использовались во Франции и в других странах задолго до начала века. Уровень точности Fell All Way, один из первых успешных американских уровней для станков, был изобретен Уильямом Б. Феллом из Рокфорда, штат Иллинойс, в 1939 году. Устройство было уникальным тем, что его можно было установить на станину станка и одновременно отображать наклон по осям X и Y, что устраняло необходимость поворота уровня на 90 градусов. Уровень был настолько точным, что его экспорт был ограничен во время Второй мировой войны. Устройство установило новый стандарт разрешения 0,0005 дюйма на фут (пять сотых тысячных дюйма на фут или пять угловых секунд наклона). Производство уровня было прекращено около 1970 года, возобновлено в 1980-х годах компанией Thomas Butler Technology, также из Рокфорда, штат Иллинойс, но окончательно остановлено в середине 1990-х годов. Тем не менее, в настоящее время существует несколько сотен таких устройств.

Дизайн и строительство

Ранние трубчатые спиртовые уровни имели слегка изогнутые стеклянные трубки с постоянным внутренним диаметром в каждой точке обзора. Эти трубки заполняются жидкостью не полностью – обычно цветным спиртом или алкоголем – оставляя пузырь внутри. Они имеют небольшой изгиб вверх, благодаря чему пузырь естественным образом располагается в центре, в самой высокой точке. При небольших наклонах пузырь смещается от отмеченной центральной позиции. Если спиртовой уровень должен использоваться в перевернутом положении или на боку, то изогнутая трубка постоянного диаметра заменяется прямой трубкой бочкообразной формы с немного большим диаметром в середине. Вместо воды часто используют спирты, такие как этанол. Спирты обладают низкой вязкостью и поверхностным натяжением, что позволяет пузырю быстро перемещаться по трубке и точно оседать, практически не подвергаясь влиянию стенок трубки. Спирты также имеют более широкий диапазон рабочих температур и не разрушат трубку, как вода, из-за расширения при замерзании. Для повышения видимости пузыря может быть добавлен краситель, например флуоресцеин, обычно желтого или зеленого цвета. Разновидностью линейного спиртового уровня является уровень "бычий глаз": круглое устройство с плоским основанием, где жидкость находится под слегка выпуклой стеклянной поверхностью с кругом в центре. Он предназначен для выравнивания поверхности по плоскости, в то время как трубчатый уровень обеспечивает выравнивание только в направлении своей оси.

Калибровка

Для проверки точности строительного уровня не требуется идеально горизонтальной поверхности. Уровень устанавливается на плоскую и приблизительно выровненную поверхность, и показания на пузырьке отмечаются. Это показание указывает, насколько поверхность параллельна горизонтальной плоскости, согласно уровню, точность которого на данном этапе неизвестна. Затем уровень поворачивается на 180 градусов в горизонтальной плоскости, и делается еще одна отметка. Если уровень точен, он покажет ту же ориентацию относительно горизонтальной плоскости. Различие в показаниях указывает на неточность уровня. Регулировка уровня выполняется последовательным поворотом уровня и перемещением пузырька в его корпусе, чтобы компенсировать примерно половину расхождения, пока величина показания не станет постоянной при переворачивании уровня. Аналогичная процедура применяется к более сложным инструментам, таким как геодезический оптический нивелир или теодолит, и является обязательной при каждой установке инструмента. В последнем случае плоскость вращения инструмента выравнивается вместе с пузырьковым уровнем. Это выполняется в двух горизонтальных перпендикулярных направлениях.

Чувствительность

Чувствительность — важная характеристика для спиртового уровня, поскольку точность прибора зависит от его чувствительности. Чувствительность уровня определяется как изменение угла или уклона, необходимое для перемещения пузырька на единицу расстояния. Если корпус пузырька имеет градуированные деления, то чувствительность — это изменение угла или уклона, на которое перемещается пузырек на одно такое деление. Обычно расстояние между делениями составляет ; на геодезическом уровне пузырек переместится, когда флакон наклонен примерно на 0,005 градуса. Для прецизионного машинистского уровня с делениями, при наклоне флакона на одно деление, уровень изменится на один метр от точки опоры, что машинисты называют 5 десятых на фут. Эта терминология уникальна для машинистов и обозначает длину в 5 десятых тысячной дюйма.

Уровень столярного

Уровень духа традиционного плотника выглядит как короткая деревянная планка и часто имеет широкое основание для обеспечения устойчивости и точности измерения поверхности. В середине уровня находится небольшое окошко, в котором размещены пузырек и трубка. Две метки (или кольца) показывают, где должен находиться пузырек, если поверхность горизонтальна. Часто также предусмотрен индикатор наклона в 45 градусов.

Уровень линии

Линейный уровень – это уровень, предназначенный для подвешивания на строительную отбивочную линию. Корпус уровня имеет небольшие крючки для крепления и подвешивания на линию. Корпус лёгкий, чтобы не утяжелять линию, а также компактный, поскольку сама линия фактически выполняет функцию корпуса; когда уровень подвешен в центре линии, каждая её часть расширяет плоскость уровня.

Уровни точности инженера

Инженерный уровень обеспечивает более точную настройку по уровню, чем обычный строительный уровень. Он используется для выравнивания фундаментов или оснований станков, чтобы гарантировать, что станок способен обрабатывать детали с точностью, заложенной в его конструкцию.

Уравнительный прибор геодезиста

Сочетание спиртового уровня с оптическим телескопом приводит к созданию нивелира с наклоном или нивелира типа "думпи". Эти нивелиры используются в геодезии для измерения перепадов высот на больших расстояниях. Нивелир геодезиста состоит из спиртового уровня, установленного на телескопе (обычно с 30-кратным увеличением) с перекрестной сеткой, который, в свою очередь, закреплен на штативе. Наблюдатель считывает значения высоты по двум градуированным вертикальным рейкам – одной расположенной "сзади", другой – "спереди", чтобы определить разницу высот между точками земли, на которых установлены рейки. Начиная с точки с известной отметкой и перемещаясь по местности (последующие точки могут быть расположены на расстоянии друг от друга), перепады высот измеряются кумулятивно на больших расстояниях, что позволяет вычислить абсолютные высоты. Точное нивелирование должно обеспечивать определение разницы высот между двумя точками с точностью до нескольких миллиметров.