ระดับน้ำคืออะไร? ประวัติศาสตร์ ประเภท และวิธีการทำงาน

ระดับน้ำเป็นเครื่องมือที่ใช้ฟองอากาศขนาดเล็กในท่อแก้วหรือ acrylic ที่ปิดด้วยของเหลวเพื่อแสดงว่าพื้นผิวอยู่ในแนวนอน (เรียบ) หรือแนวตั้ง (ปล่อย). เมื่อพื้นผิวเป็นแนวนอนอย่างสมบูรณ์แบบ แรงโน้มถ่วงจะหลวมตัวฟองระหว่างสองเครื่องหมายอ้างอิง. "สปิริต" ในชื่อหมายถึงสารลอกจากร่างกายของแร่ธาตุหรือเอทานอลที่ใช้ตามแบบฉบับ — ไม่ใช่สิ่งลึกลับใด ๆ.

ประเด็นสำคัญ

• ระดับน้ำถูกประดิษฐ์โดยผู้เชี่ยวชาญหลายด้านชาวฝรั่งเศส Melchisédech Thévenot ในปี 1661 และอธิบายไว้ใน Recueil de voyages ของเขา.
• ฟองจะรวมตัวที่ด้านบนของท่อโค้งเพราะอากาศแสวงหาจุดพลังงานสถานะศักยภาพแรงโน้มถ่วงต่ำสุด — สุดยอดของเส้นโค้ง.
• ระดับน้ำคุณภาพดีตรงตามมาตรฐานอังกฤษ BS 369 ซึ่งกำหนดความไวของท่อเป็น 0.5 มิลลิเมตรต่อเมตร (ประมาณ 0.03°).
• เครื่องวัดความเร่งของสมาร์ตโฟนสมัยใหม่บรรลุ ±0.1° ถึง ±0.3° ที่สอบเทียม — เทียบเท่ากับระดับมืออาชีพระดับกลาง.
• ของเหลวในท่อระดับน้ำมักจะเป็นเอทานอลหรือไอโซแอมิล แอซิเตต ที่ย้อมสีเหลืองเขียว.

ประวัติศาสตร์ย่อของระดับน้ำ

ระดับน้ำถูกประดิษฐ์ในปี 1661 โดยผู้เชี่ยวชาญหลายด้านชาวฝรั่งเศส Melchisédech Thévenot ซึ่งเป็นที่รู้จักมากที่สุดในนามผู้เขียนเรื่องการเดินทางและนักรวบรวมหนังสือ. เขาอธิบายอุปกรณ์นี้ใน Recueil de voyages (คอลเลคชันการเดินทาง) ซึ่งเป็นงานที่เกี่ยวกับภูมิศาสตร์และการเดินเรือ. Thévenot ตระหนักว่าท่อที่ปิดสนิทบรรจุของเหลวที่มีฟองอากาศจะวางแนวฟองไปยังจุดสูงสุดเสมอ ให้ข้อมูลอ้างอิงแนวนอนที่แม่นยำโดยไม่มีความไม่เสถียรของเส้นแขวน. ([Thévenot, Melchisédech, Recueil de voyages](https://gallica.bnf.fr/), 1661)

เหตุใดเหล้าจึงแทนที่น้ำ

น้ำเป็นตัวเลือกแรกที่ชัดเจนสำหรับระดับของเหลวใด ๆ และผู้สร้างรุ่นก่อนหน้านี้ใช้ท่อเก็บน้ำเป็นข้อมูลอ้างอิงแนวนอนขรุขระ. น้ำมีสองปัญหาร้ายแรง. มันจะแข็งตัว ทำให้เครื่องมือไร้ประโยชน์ในฤดูหนาว. นอกจากนี้ยังติดกับแก้วไม่สม่ำเสมอ ทำให้ฟองติดและเคลื่อนไหวเป็นเฟี้ยวมากกว่าเรียบ. เอทานอล (สปิริต) ไม่แข็งตัวที่อุณหภูมิกลางแจ้งทั่วไป ไหลอย่างสะอาด และเปียกแก้วด้วยมุมติดต่อที่สม่ำเสมอ.

จาก Thévenot ไปยังไซต์การก่อสร้าง

ผู้สำรวจและผู้ผลิตเครื่องมือได้นำมาใช้ระดับน้ำในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 และศตวรรษที่ 18. ผู้ผลิตกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์ใช้มันเพื่อปรับสมดุลเครื่องมือของพวกเขาอย่างแม่นยำ. ผู้สำรวจพบว่ามันเคลื่อนตัวได้มากกว่าท่อเก็บน้ำและแม่นยำกว่าเส้นแขวนสำหรับงานแนวนอน. ในศตวรรษที่ 19 การผลิตอุตสาหกรรมทำให้ท่อแก้วราคาถูกและทำซ้ำได้. ศตวรรษที่ 20 นำมาซึ่งลำแสงกล่องอลูมิเนียม ความไวท่อที่ได้มาตรฐาน และระดับไข่ปลาที่ผู้รับเหมาส่วนใหญ่บรรทุกวันนี้.

ระดับน้ำทำงานอย่างไร

ท่อคือหัวใจของเครื่องมือ. มันคือท่อแก้วหรือ acrylic ที่ปิดสนิท โค้งเล็กน้อย บรรจุด้วยของเหลวความหนืดต่ำ (เอทานอลหรือไอโซแอมิล แอซิเตต) และฟองอากาศเดี่ยว. ของเหลวมีความหนาแน่นน้อยกว่าฟองเล็กน้อย ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจึงดึงของเหลวลงและฟองเพิ่มขึ้นไปยังจุดสูงสุดในท่อ. บนพื้นผิวเรียบ จุดสูงสุดคือสุดยอดของท่อโค้ง ซึ่งกำหนดด้วยสองเส้นอ้างอิง. ฟองจะรวมตัวกลาง. ([มาตรฐานอังกฤษ BS 369](https://www.bsigroup.com/), 1989)

บทบาทของเส้นโค้งท่อ

ความโค้งของท่อกำหนดความไว. ท่อโค้งที่ปิดกว่า (รัศมีโค้งที่เล็กกว่า) ย้ายฟองไปไกลขึ้นสำหรับมุมเอียงที่กำหนด ทำให้ตรวจจับส่วนเบี่ยงเบนขนาดเล็กได้ง่ายขึ้น. ท่อโค้งที่นุ่มนวลกว่าไม่ไวแต่ยืดหยุ่นมากขึ้นบนพื้นผิวขรุขระ.

ท่อที่มีรัศมีโค้งประมาณ 1 เมตรให้ความไวประมาณ 2 มิลลิเมตรต่อเมตร หมายความว่าฟองเคลื่อนไหว 2 มิลลิเมตรสำหรับแต่ละเมตรของการวิ่งในแนวนอนเมื่อพื้นผิวอยู่นอกระดับ 1 มิลลิเมตร. ระดับการก่อสร้างคุณภาพปกติใช้รัศมีที่ให้ความไวท่อ 0.5 มิลลิเมตรต่อเมตร ขั้นต่ำที่ระบุใน BS 369. ระดับการสำรวจความแม่นยำใช้รัศมี 10 เมตรหรือมากกว่า ให้ความไวเป็น 0.02 มิลลิเมตรต่อเมตร.

ของเหลวที่ทำจริงทำ

ของเหลวต้องตรงตามข้อกำหนดหลายอย่างพร้อม ๆ กัน: ความหนืดต่ำเพื่อให้ฟองเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและไม่ลาก; จุดเยือกแข็งต่ำเพื่อให้ทำงานต่ำกว่าศูนย์; แรงตึงผิวสูงเพื่อให้ฟองคงรูปกลมและไม่แตกตัว; คุณสมบัติการเปียกแก้วที่ดีเพื่อให้ฟองเลื่อนไปด้วยความเรียบ โดยไม่ติด. เอทานอลตรวจสอบทั้งหมดนี้. จุดเยือกแข็งของมันคือ -114°C — ต่ำกว่าอุณหภูมิไซต์งานใด ๆ. ไอโซแอมิล แอซิเตต (น้ำมันกล้วย) บางครั้งใช้ในเครื่องมือสภาพอากาศที่อบอุ่นกว่าเพื่ออายุการใช้งานยาวนานกว่า.

สีเหลืองเขียวเป็นสีย้อมที่เพิ่มเข้ามาเพื่อให้มองเห็นได้. ของเหลวใสบนแก้วใสทำให้ฟองยากต่อการมองเห็นในแสงสว่าง.

ระดับน้ำมีประเภทใด?

ระดับน้ำมีการกำหนดค่ามากกว่าที่คนส่วนใหญ่ตระหนัก. แต่ละประเภทใช้งานวัดต่างกัน. ด้ายร่วมคือฟิสิกส์เดียวกัน — ท่อโค้งและฟองอากาศ — แต่ปัจจัยรูปแบบเปลี่ยนทุกอย่างเกี่ยวกับวิธีและสถานที่ที่คุณใช้มัน.

เลือกประเภทที่เหมาะสมสำหรับงาน

ความยาวมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ซื้อส่วนใหญ่ตระหนัก. ระดับไข่ปลา 9 นิ้วบนการวิ่ง 6 ฟุตของตู้ให้คุณอ่าน 9 นิ้ว ไม่ใช่ 6 ฟุต. ความโค้งหรือหย่อนในการวิ่งใด ๆ ก็ได้ไม่ตรวจจับ. ใช้ระดับยาวที่สุดที่พอดีกับงาน. ระดับ 48 นิ้วบนตู้เก็บของในครัวหาจุดสูงที่ระดับ 24 นิ้วทะลึ่งโดยสิ้นเชิง.

คุณอ่านระดับน้ำอย่างไร

การอ่านระดับน้ำอย่างถูกต้องต้องการการจัดแนวตา. สองเส้นอ้างอิงบนท่อคือเป้าหมาย. ฟองจะต้องอยู่ตรงกลาง. ดูท่อตรงไป ไม่ใช่จากมุม. การอ่านแม้แต่ 15 องศาไปด้านข้างจะสร้างข้อผิดพลาดแบบสายตา ทำให้ฟองดูเหมือนมีการเลื่อนเมื่อไม่เป็น. นี่คือข้อผิดพลาดการอ่านที่พบบ่อยที่สุดในฟิลด์.

สองท่อบนระดับมาตรฐาน

ส่วนใหญ่ 24 นิ้วและระดับที่ยาวกว่ามีสองท่อ: หนึ่งแนวนอน (เพื่อตรวจสอบว่าพื้นผิวอยู่ในระดับ) และหนึ่งแนวตั้ง 90° (เพื่อตรวจสอบว่าพื้นผิวปล่อย). ท่อแนวนอนอ่านศูนย์เมื่อขอบการทำงานของระดับเรียบและระดับ. ท่อแนวตั้งอ่านศูนย์เมื่อขอบปล่อย. ระดับบางระดับเพิ่มท่อ 45° เช่นกัน.

สิ่งที่ทำเครื่องหมายหมายถึง

สองเส้นอ้างอิงไม่ได้เป็นเช่นเดียวกับ "0 องศา" พอดี. พวกเขาแสดงถึงโซนที่ยอมรับได้. ฟองสัมผัสเส้นใด (ไม่จัดตำแหน่งกลาง) แสดงถึงระดับภายในมาตรฐานความไวของท่อ. บนท่อ 0.5 มิลลิเมตร/เมตร สัมผัสเส้นใด ๆ หมายความว่าคุณอยู่ใน 0.5 มิลลิเมตรต่อเมตรของระดับ. ตรงกลางระหว่างเส้นมีความแม่นยำมากขึ้น — ภายใน 0.1 มิลลิเมตรต่อเมตรบนท่อคุณภาพดี.

เหตุใดฟองจึงรวมตัวกลาง?

ฟิสิกส์ที่นี่เป็นหลักการสวยงามและเหมือนกับลูกบอลกลิ้งไปยังด้านล่างของโลก. ฟองอากาศมีความหนาแน่นน้อยกว่าของเหลวรอบ ๆ. มันเพิ่มขึ้นเสมอไปยังจุดสูงสุดที่มีอยู่ในท่อปิด. ท่อโค้งขึ้น ดังนั้นบนพื้นผิวเรียบ จุดสูงสุด — สุดยอดของเส้นโค้ง — นั่งตรงกลาง. แรงโน้มถ่วงดึงของเหลวออกจากสุดยอดและไปยังปลาย ซึ่งบังคับให้ฟองเพิ่มขึ้นตรงกลาง.

เอียงใด ๆ จะเปลี่ยนจุดที่สุดยอดของเส้นโค้งเทียบกับสนามแรงโน้มถ่วงของโลก. เอียงปลายด้านซ้ายลง 1° และสุดยอดเคลื่อนเข้าหาปลายด้านขวาของท่อ. ฟองตามนั้น เลื่อนไปทางขวา. จำนวนเงินที่เปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับรัศมีของเส้นโค้ง. นี่คือเหตุผลว่าทำไมเส้นโค้งแน่นกว่า (รัศมีสั้นกว่า) ให้ความไวสูงกว่า: ความเอียง 1° เดียวกันเคลื่อนฟองไกลกว่าด้านโค้งแน่นกว่าเลือด.

[UNIQUE INSIGHT] ระดับน้ำและลูกดิ่งของช่างไม้ใช้แรงโน้มถ่วงเป็นข้อมูลอ้างอิง. ความแตกต่างคือทิศทาง: ลูกดิ่งหาแนวตั้งจริงโดยแขวนน้ำหนัก ในขณะที่ระดับน้ำหาแนวนอนจริงโดยลอยฟอง. ร่วมกัน พวกเขากำหนดระบบพิกัดที่มีเครื่องมือสองเครื่องและไม่มีอิเล็กทรอนิกส์. ท่อ Thévenot ปี 1661 ยังคงเอาชนะ อย่างอื่น ในอัตราส่วนความเรียบง่าย-ต่อ-ความแม่นยำสำหรับการใช้งาน.

ระดับน้ำแม่นยำเพียงใด?

ความแม่นยำแตกต่างกันอย่างกว้างขวางโดยชั้นคุณภาพ. ระดับลำแสงกล่องอลูมิเนียมมืออาชีพจากผู้ผลิตคุณภาพสูงตรงตามมาตรฐานอังกฤษ BS 369 ซึ่งกำหนดความไวของท่อ ±0.5 มิลลิเมตรต่อเมตร เทียบเท่ากับประมาณ ±0.03°. ระดับพลาสติกงบประมาณจากร้านฮาร์ดแวร์อาจไม่มีมาตรฐานเลย ข้อผิดพลาดท่อใหญ่เท่า ±2 มิลลิเมตรต่อเมตร (±0.11°). ([มาตรฐานอังกฤษ BS 369](https://www.bsigroup.com/), 1989)

การทดสอบแบบกลับด้าน: ตรวจสอบความแม่นยำของระดับของคุณ

คุณไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์สอบเทียมเพื่อตรวจสอบระดับน้ำ. การทดสอบแบบกลับด้านใช้ได้กับพื้นผิวเรียบใด ๆ. วางระดับบนพื้นผิวและสังเกตว่าฟองนั่งอยู่ที่ไหนเมื่อเทียบกับเครื่องหมายจุดศูนย์กลาง. ตอนนี้พลิกระดับ 180° (สลับปลาย เก็บขอบเดียวกันลง). ลงทะเบียนตำแหน่งฟองอีกครั้ง.

หากฟองอยู่ในตำแหน่งเดียวกันทั้งสองวิธี ระดับจะแม่นยำ. หากเลื่อน ระดับมีข้อผิดพลาดเท่ากับครึ่งหนึ่งของความแตกต่างระหว่างการอ่านสองครั้ง. ระดับคุณภาพสูงที่ทดสอบด้วยวิธีนี้บนพื้นผิวเรียบจะไม่แสดงการเคลื่อนไหวฟองที่ชัดเจนระหว่างสองตำแหน่ง.

ความแม่นยำขีดเส้นต่ำลง

ระดับน้ำดั้งเดิมสามารถออกจากการสอบเทียมผ่านการเสียหายทางกายภาพ. ตกระดับงอกรอบเล็กน้อย ซึ่งจะเปลี่ยนการวางแนวของท่อเมื่อเทียบกับขอบการทำงาน. ท่อนั้นเองอาจแตกได้ ทำให้ของเหลวระเหยช้า ๆ และเปลี่ยนขนาดฟอง. ท่อพลาสติกบางท่อยังเปลี่ยนเป็นสีเหลืองตามช่วงเวลา ทำให้ฟองยากต่อการอ่านแม่นยำกว่า.

ระดับดิจิทัลและสมาร์ตโฟนเปรียบเทียบอย่างไร?

เครื่องวัดความเร่งของสมาร์ตโฟนสมัยใหม่ใช้เทคโนโลยี MEMS (ระบบ Micro-Electro-Mechanical): โครงสร้างซิลิกอนจำนวนมหาศาลที่โค้งงออพภายใต้แรงโน้มถ่วง เปลี่ยนความจุไฟฟ้าที่ชิปแปลงเป็นมุม. เครื่องวัดความเร่งอากาศของผู้บริโภคที่สอบเทียมบรรลุ ±0.1° ถึง ±0.3° ความแม่นยำ. นั่นเทียบเท่ากับระดับมืออาชีพระดับกลางและดีกว่าระดับงบประมาณที่ไม่ได้รับการรับรอง. ([IEEE Sensors Journal](https://ieeexplore.ieee.org/), 2022)

สิ่งที่สมาร์ตโฟนทำต่างกัน

โทรศัพท์ขยายแนวคิดระดับน้ำในลักษณะที่ท่อไม่สามารถ. ตอบรับเสียงความใกล้ชิด: เสียงบิปที่เร่งความเร็วเมื่อคุณเข้าใกล้ระดับ เพื่อให้คุณสามารถทำงานด้วยมือว่าง. วารสารการวัดผล: บันทึกการอ่านตามโครงการพร้อมรูปภาพและพิกัด GPS. หกหน่วยลาด: องศา เปอร์เซ็นต์ มิลลิเมตรต่อเมตร นิ้วต่อฟุต อัตราส่วน และระดับมุมหลังคา. มุมเป้าหมาย: ตั้งเป้าหมายที่ไม่ใช่ศูนย์เช่น 2° สำหรับการไหลออกน้อย และการตรวจจับระดับจะเกิดขึ้นที่เป้าหมายของคุณ.

ข้อดีหลักของระดับโทรศัพท์ไม่ใช่ความแม่นยำ. ระดับดั้งเดิมที่ดีก็แม่นยำเท่ากัน. มันคือโทรศัพท์อยู่ในกระเป๋าของคุณเสมอ มันพูดคุยกับคุณผ่านเสียง และบันทึกบันทึกสิ่งที่คุณวัด.

ระดับดั้งเดิมยังคงชนะ

ความยาวเป็นกรณีที่ชัดเจนที่สุด. ระดับ 6 ฟุตสะพานกระบวนการและจมลงในพื้นผิวที่โทรศัพท์ไม่สามารถเห็น. โทรศัพท์ใช้การอ่านบนความยาวของร่างกาย (ประมาณ 6 นิ้ว). มันไม่สามารถบอกคุณได้ว่าเคาน์เตอร์ส่วนบนโค้งตรงกลาง. สำหรับการวิ่งยาว ใช้ระดับดั้งเดิม. สำหรับการตรวจสอบจุดและการวัดมุม โทรศัพท์เป็นเครื่องมือที่เร็วขึ้น ร่วมกันยืดหยุ่นกว่า.

คำถามที่พบบ่อย