수평계란 무엇인가? 역사, 종류, 작동 방식

수평계는 액체로 채워진 밀폐된 유리병 내의 작은 공기 기포를 사용하여 표면이 수평(수준)인지 수직(플럼)인지를 나타내는 도구입니다. 표면이 완벽하게 수평일 때 중력이 두 기준 표시 사이의 기포를 중앙에 배치합니다. 이름의 "spirit"는 전통적으로 액체로 사용되는 미네랄 스피릿 또는 에탄올을 나타냅니다. 초자연적인 것이 아닙니다.

주요 내용

• 수평계는 1661년 프랑스의 박식가 멜키세덱 테베노에 의해 발명되었으며 그의 Recueil de voyages에 설명되어 있습니다.
• 기포는 구부러진 유리병의 상단에 중앙에 배치됩니다. 공기는 가장 낮은 중력 포텐셜의 포인트를 구하기 때문입니다. 곡선의 정점.
• 고품질 수평계는 영국 표준 BS 369를 준수하며 유리병 감도 0.5mm/미터(약 0.03°)를 지정합니다.
• 현대 스마트폰 가속도계는 ±0.1°에서 ±0.3° 보정 달성. 중급 전문 수평계에 필적합니다.
• 수평계 유리병의 액체는 일반적으로 시인성을 위해 에탄올 또는 이소아밀 아세테이트이며 노란색-녹색으로 염색됩니다.

수평계의 간략한 역사

수평계는 1661년 프랑스의 박식가이자 여행 작가 및 애서가로 가장 잘 알려진 멜키세덱 테베노에 의해 발명되었습니다. 그는 주로 지리학과 항해에 관한 작품인 그의 Recueil de voyages(여행 모음)에서 이 장치를 설명했습니다. 테베노는 액체가 담긴 밀폐된 유리병과 공기 기포가 항상 기포를 가장 높은 지점으로 방향지음을 인식했습니다. 이는 정확한 수평 기준을 제공하며 추의 불안정성이 없습니다. ([Thévenot, Melchisédech, Recueil de voyages](https://gallica.bnf.fr/), 1661)

알코올이 물을 대체한 이유

물은 모든 액체 수평계의 명백한 첫 번째 선택이었으며, 초기 건설자들은 물로 채운 트로프를 대략적인 수평 기준으로 사용했습니다. 물은 두 가지 근본적인 문제가 있습니다. 겨울에 동결되어 도구가 쓸모없어집니다. 또한 유리에 불균형하게 붙어 기포가 부드럽게 움직이는 대신 경련으로 움직이게 합니다. 에탄올(스피릿)은 일반적인 야외 온도에서 동결되지 않으며, 깔끔하게 흐르고, 일관된 접촉각으로 유리를 적십니다.

테베노에서 건설 현장까지

측량가와 기계 제조업자는 17세기 후반과 18세기 동안 수평계를 채택했습니다. 천문학 망원경 제조업자는 그들의 기구를 정밀하게 조정하기 위해 그것을 사용했습니다. 측량가는 물 트로프보다 더 휴대 가능하고 수평 작업을 위한 추보다 더 정확하다고 생각했습니다. 19세기까지 산업 제조는 유리 유리병을 저렴하고 재현 가능하게 만들었습니다. 20세기는 알루미늄 박스 빔, 표준화된 유리병 감도, 오늘날 대부분의 장인이 휴대하는 어뢰 수평계를 가져왔습니다.

수평계는 어떻게 작동하나요?

유리병은 도구의 핵심입니다. 밀폐되고 약간 구부러진 유리 또는 아크릴 튜브이며 저점도 액체(에탄올 또는 이소아밀 아세테이트)와 단일 공기 기포로 채워져 있습니다. 액체는 기포에서 약간 밀도가 낮으므로 중력은 액체를 아래로 끌어당기고 기포는 유리병의 가장 높은 지점으로 올라갑니다. 수평 표면에서 가장 높은 지점은 두 개의 기준선으로 표시되는 구부러진 유리병의 정점입니다. 기포는 그 사이에 중앙에 배치됩니다. ([영국 표준 BS 369](https://www.bsigroup.com/), 1989)

유리병 곡선의 역할

유리병의 곡률은 감도를 결정합니다. 더 타이트하게 구부러진 유리병(작은 곡률 반경)은 주어진 틸트 각도에서 기포를 더 멀리 이동하여 작은 편차를 감지하기 쉽게 합니다. 더 완만하게 구부러진 유리병은 감도가 낮지만 거친 표면에서 더 관대합니다.

곡률 반경이 약 1미터인 유리병은 약 미터당 2mm의 감도를 제공합니다. 이는 표면이 수평에서 1mm 벗어났을 때 수평 스팬의 각 미터에서 기포가 2mm 이동함을 의미합니다. 고품질 건설 수평계는 일반적으로 0.5mm/미터 감도를 제공하는 반경을 사용하며 이는 BS 369에서 지정한 최소값입니다. 정밀 측량 수평계는 10미터 이상의 반경을 사용하여 0.02mm/미터의 감도를 제공합니다.

액체가 실제로 하는 일

액체는 동시에 여러 요구 사항을 충족해야 합니다. 점도가 낮아서 기포가 빠르게 움직이고 끌지 않습니다. 어는점이 낮아서 영하에서 작동합니다. 표면 장력이 높아서 기포가 둥글게 유지되고 파편화되지 않습니다. 유리 습윤 특성이 우수해서 기포가 부드럽게 미끄러지고 고착되지 않습니다. 에탄올은 이 모든 것을 확인합니다. 어는점은 -114°C입니다. 건설 현장 온도보다 훨씬 낮습니다. 이소아밀 아세테이트(바나나유)는 더 긴 보관 수명을 위해 따뜻한 기후의 도구에서 때때로 사용됩니다.

노란색-녹색 색상은 시인성을 위해 추가된 염료입니다. 투명한 액체는 투명한 유리 위에 기포를 밝은 빛에서 보기 어렵게 합니다.

수평계의 종류는 무엇입니까?

수평계는 대부분의 사람들이 실현하는 것보다 더 많은 구성으로 제공됩니다. 각 유형은 다른 측정 작업에 사용됩니다. 공통 스레드는 동일한 물리학입니다. 구부러진 유리병과 공기 기포이지만 형태 요소는 사용 방법과 장소에 대해 모든 것을 변경합니다.

작업에 적합한 유형 선택

길이는 대부분의 구매자가 실현하는 것보다 더 중요합니다. 6피트 캐비닛 스팬에 9인치 어뢰 수평계는 9인치가 아닌 6피트에 대한 읽기를 제공합니다. 스팬의 모든 볼록 또는 처짐은 감지되지 않을 수 있습니다. 작업에 맞는 가장 긴 수평계를 사용하십시오. 주방 캐비닛의 48인치 수평계는 24인치 수평계가 완전히 놓치는 높은 지점을 찾습니다.

수평계를 읽는 방법?

수평계를 올바르게 읽으려면 눈 정렬이 필요합니다. 유리병의 두 기준선이 목표입니다. 기포는 그 사이에 중앙에 배치되어야 합니다. 유리병을 직접 보십시오. 각도에서는 아닙니다. 옆에서 15도만 읽어도 시차 오류가 생기고 기포가 실제로 이동하지 않았을 때 이동한 것처럼 보입니다. 이것은 현장에서 가장 일반적인 읽기 오류입니다.

표준 수평계의 두 유리병

대부분의 24인치 이상 수평계는 두 개의 유리병을 가지고 있습니다. 하나는 수평(표면이 수평인지 확인) 및 90°에서 하나는 수직(표면이 플럼인지 확인)입니다. 수평 유리병은 수평계의 작업 모서리가 평평하고 수평일 때 0을 읽습니다. 수직 유리병은 모서리가 플럼일 때 0을 읽습니다. 일부 수평계는 45° 유리병도 추가합니다.

표시가 실제로 의미하는 것

두 기준선은 "0도"와 정확히 같지 않습니다. 그들은 허용 가능한 영역을 나타냅니다. 어느 한 선에 닿은 기포(그들 사이에 중앙에 배치되지 않음)는 유리병의 감도 등급 내의 수평을 나타냅니다. 0.5mm/m 유리병에서는 각 선에 닿은 것은 당신이 수평에서 0.5mm/m 내에 있음을 의미합니다. 선 사이에 중앙에 배치하는 것은 더 정확합니다. 고품질 유리병에서 약 0.1mm/m입니다.

기포가 항상 중간에 중앙에 배치되는 이유는?

여기의 물리학은 우아하고 공이 그릇의 바닥으로 구르는 것과 같습니다. 공기 기포는 주변 액체보다 밀도가 낮습니다. 그것은 항상 밀폐된 유리병 내에서 이용 가능한 가장 높은 지점으로 올라갑니다. 유리병은 위쪽으로 구부러져 있으므로 수평 표면에서 가장 높은 지점(곡선의 정점)은 중간에 있습니다. 중력은 액체를 정점에서 멀리 끌어 가장자리로 끌어 기포를 중간까지 올라가도록 합니다.

모든 틸트는 곡선의 정점이 지구의 중력장에 대해 어디에 있는지 변경합니다. 왼쪽 끝을 1° 기울입니다. 또한 정점은 유리병의 오른쪽 끝으로 이동합니다. 기포는 그것을 따라 오른쪽으로 이동합니다. 그것이 얼마나 이동하는지는 곡선의 반경에 달려 있습니다. 이것이 더 타이트한 곡선(더 작은 반경)이 더 큰 감도를 제공하는 이유입니다. 동일한 1° 틸트는 완만한 곡선보다 타이트한 곡선을 따라 기포를 더 멀리 이동시킵니다.

[UNIQUE INSIGHT] 수평계와 목수의 추는 모두 중력을 기준으로 사용합니다. 차이는 방향입니다. 추는 무게를 매달아 진정한 수직을 찾고 수평계는 기포를 띄워 진정한 수평을 찾습니다. 함께 그들은 두 도구와 0 전자 장치로 좌표계를 정의합니다. 테베노의 1661년 유리병은 여전히 현장 사용을 위한 단순함에서 정확도로의 비율에서 모든 것을 능가합니다.

수평계의 정확도는?

정확도는 품질 계층별로 크게 다릅니다. 품질 제조업체의 전문가 알루미늄 박스 빔 수평계는 영국 표준 BS 369를 충족합니다. 유리병 감도 ±0.5mm/미터를 지정하며 약 ±0.03°에 해당합니다. 철물점의 저렴한 플라스틱 수평계는 표준을 준수하지 않을 수 있으며 ±2mm/미터의 유리병 오류가 있을 수 있습니다(±0.11°). ([영국 표준 BS 369](https://www.bsigroup.com/), 1989)

역순 테스트: 수평계의 정확도 확인

수평계를 확인하기 위해 보정 장비가 필요하지 않습니다. 역순 테스트는 모든 평평한 표면에서 작동합니다. 표면에 수평계를 놓고 기포가 중앙 표시를 기준으로 정확히 어디에 있는지 주의하십시오. 이제 수평계를 180°로 반전시킵니다(끝을 교체하고 같은 모서리를 아래로 유지). 기포 위치를 다시 주의하십시오.

기포가 두 경우 모두 같은 위치에 있으면 수평계는 정확합니다. 이동하는 경우 수평계는 두 판독값 사이의 차이의 절반과 같은 오류를 가집니다. 고품질 수평계를 이 방식으로 평평한 표면에서 테스트하면 두 위치 사이의 눈에 띄는 기포 이동을 표시하지 않아야 합니다.

시간 경과에 따른 정확도 감소

전통적인 수평계는 물리적 손상을 통해 보정 외에 나갈 수 있습니다. 수평계를 떨어뜨리면 프레임이 약간 구부러지므로 유리병의 방향이 작업 모서리에 상대적으로 변경됩니다. 유리병 자체가 균열될 수 있으므로 액체가 천천히 증발하고 기포 크기를 변경합니다. 일부 플라스틱 유리병도 시간 경과에 따라 노락하여 기포를 정확하게 읽기가 더 어려워집니다.

디지털 및 스마트폰 수평계는 어떻게 비교되나요?

현대 스마트폰 가속도계는 MEMS(미세 전자 기계 시스템) 기술을 사용합니다. 미세한 실리콘 구조는 중력 아래에서 구부러져 칩이 각도로 변환하는 전기 용량을 변경합니다. 보정된 소비자 가속도계는 ±0.1°에서 ±0.3°의 정확도를 달성합니다. 이는 중급 전문 수평계와 필적하며 미인증 저예산 수평계보다 훨씬 낫습니다. ([IEEE Sensors Journal](https://ieeexplore.ieee.org/), 2022)

스마트폰이 다르게 하는 것

휴대폰은 유리병이 할 수 없는 방식으로 수평계 개념을 확장합니다. 근접 오디오 피드백: 수평에 접근할 때 가속되는 경고음이므로 손을 놓고 작업할 수 있습니다. 측정 저널: 사진과 GPS 좌표를 포함한 프로젝트별로 판독값을 저장합니다. 6개의 기울기 단위: 도, 백분율, mm/미터, 인치/피트, 비율, 지붕 피치. 목표 각도: 배수 낙하를 위한 2°와 같은 0이 아닌 목표를 설정하면 수평 감지가 목표에서 트리거됩니다.

스마트폰 수평계의 주요 장점은 정확도가 아닙니다. 좋은 전통적인 수평계는 똑같이 정확합니다. 휴대폰이 항상 포켓에 있다는 것입니다. 오디오를 통해 당신과 대화하고 당신이 측정한 것의 기록을 유지합니다.

전통적인 수평계가 여전히 이기는 곳

길이가 가장 분명한 경우입니다. 6피트 수평계는 휴대폰이 볼 수 없는 표면의 범프와 딥을 교량합니다. 스마트폰은 자체 신체 길이(약 6인치)에 대한 읽기를 취합니다. 카운터탑이 중간에 활무하는지 알려줄 수 없습니다. 긴 스팬의 경우 전통적인 수평계를 사용하십시오. 포인트 확인 및 각도 측정의 경우 휴대폰은 더 빠르고 다목적 도구입니다.

자주 묻는 질문