Ватерпас — геодезический инструмент¶

Ватерпас — измерительный инструмент (прибор) для определения и построения горизонтальных линий и плоскостей, а также для измерения разности высот точек. Принцип работы ватерпаса основан на свойстве жидкости в замкнутом сосуде под действием силы тяжести принимать горизонтальное положение поверхности. Широко применяется в строительстве, геодезии, ремонте и промышленности.

¶Происхождение названия

Слово «ватерпас» происходит от нидерл. waterpas — «водяной уровень», где water — «вода», pas — «шаг, мера». В русский язык термин пришёл в XVIII веке вместе с развитием кораблестроения и геодезии; нидерландские мастера активно участвовали в строительстве российского флота и крепостей. В современном русском языке наряду с «ватерпасом» используется синоним «уровень» (от лат. libella — «маленький пузырёк»), а также «гидростатический уровень».

¶Принцип действия

Основа работы ватерпаса — сообщающиеся сосуды: соединённые резервуары с жидкостью, поверхность которой в обоих сосудах устанавливается на одну и ту же высоту. Если точки A и B соединены трубкой с жидкостью, разность высот определяется по разнице уровней жидкости в сосудах у каждой из точек. Для строительных ватерпасов применяется другой эффект — положение пузырька воздуха в слегка изогнутой (цилиндрической) колбе, заполненной спиртом или маслом: когда прибор строго горизонтален, пузырёк занимает центральное положение между метками.

¶Виды ватерпасов

¶Пузырьковые (оптико-механические)

Наиболее распространённый тип. Представляет собой корпус (обычно металлический или измерительную рейку) с закреплённой на нём цилиндрической колбой, содержащей жидкость и пузырёк воздуха. Длина колбы — от 10 мм (у коротких ручных уровней) до 100 мм и более у точных инструментов. Погрешность строительного пузырькового ватерпаса — 0,5–1 мм/м, у геодезического приближается к 0,02 мм/м.

¶Гидростатические (шланговые)

Состоят из двух сосудов, соединённых прозрачным гибким шлангом. Применяются для переноса отметок на большие расстояния и при работе на строительных площадках, где затруднён доступ к точке. Точность зависит от диаметра шланга (меньший диаметр — выше точность из-за меньшего влияния капиллярного эффекта) и отсутствия пузырьков воздуха в жидкости.

¶Лазерные уровни

Современный электронный вариант: формируют видимую лазерную плоскость или луч, задающие горизонт. Могут быть одноплоскостными, двухплоскостными и трёхплоскостными (построение горизонтальной и двух вертикальных плоскостей). Автоматическая компенсация наклона реализуется маятниковым механизмом или сервоприводами. Точность типовых моделей — 0,2–0,5 мм/м.

¶Стеклянные (коленные) уровни

Исторический тип, известный с античности: изогнутая (в форме буквы Г или Т) стеклянная трубка с водой. По разнице уровней в двух коленах судили о горизонтальности поверхности. Такие уровни описывал, в частности, Леонардо да Винчи.

¶Электронные (цифровые)

Жидкокристаллический дисплей показывает угол наклона с шагом 0,1° или 0,01°. Могут измерять как горизонтальные, так и вертикальные углы, наклонные плоскости. Питание — от батарей.

¶Конструкция и элементы

Типичный строительный пузырьковый ватерпас состоит из:

• корпуса-рейки (алюминиевый профиль длиной 200–2000 мм);
• колбы с жидкостью и пузырьком, закрытой прозрачной крышкой;
• торцевых и боковых колб для проверки вертикали;
• упорных плоскостей и рукояток.

Для точных измерений колбы снабжаются винтовыми компенсаторами, а корпус — магнитными вставками для крепления к металлическим конструкциям.

¶Применение

Ватерпас незаменим при кладке стен, монтаже перекрытий, установке окон и дверей, прокладке трубопроводов, укладке полов и плитки. В геодезии гидростатические уровни и нивелиры (их потомки) используются для съёмки местности и определения отметок. В судостроении ватерпас традиционно применялся для контроля килевой качки и положения палубы. В промышленности — для выверки станков и оборудования.

¶Погрешности и условия точности

Основные источники ошибок: температурное расширение жидкости, капиллярные явления в колбе, неточность нанесения меток, параллакс при снятии показаний. Для повышения точности ватерпас выдерживают в тепле перед измерением, чистят колбу, используют приборы большей длины. Пузырьковые уровни периодически проверяют, переворачивая на 180°: расхождение показаний удваивает погрешность.

¶Историческая справка

Ватерпасы известны с глубокой древности — египетские и римские строители использовали примитивные гидростатические устройства для выкладки фундаментов. В XVI–XVII веках появились стеклянные коленные уровни, а в XVIII — металлические пузырьковые, ставшие стандартом инженерного инструмента. В России широкое распространение ватерпас получил в петровскую эпоху при строительстве верфей и крепостей.

¶Интересные факты

• В переносном смысле «ватерпас» используется как метафора мерила, уровня чего-либо (например, «культурный ватерпас»).
• В Великобритании слово spirit level («спиртовой уровень») закрепилось за пузырьковыми инструментами из-за используемой ранее спиртовой жидкости.

Источники: Большая советская энциклопедия; ГОСТ 9416-83 «Уровни пузырьковые. Общие технические условия»; Справочник строителя; Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона.