宋連鵬，周 麗，艾娉婷

(海軍大連艦艇學院 基礎(chǔ)部，遼寧 大連 116018)

水平儀是用來對某一平面或基準進行水平測量的工具，在機械加工和工程建設(shè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。水平儀在各類實驗中也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]，如大學物理實驗中的密立根油滴實驗等，而學生在使用水平儀進行水平調(diào)整時往往不能很好的調(diào)平，或是由于不知道該調(diào)哪一個旋鈕，或是由于不知道該調(diào)高還是調(diào)低，水平調(diào)節(jié)指示儀很好地解決了這個問題。

1 水平調(diào)節(jié)指示儀的設(shè)計制作

1.1 電路的設(shè)計

水銀開關(guān)，亦稱傾側(cè)開關(guān)，是以一連接電極的容器存儲水銀來實現(xiàn)開關(guān)的閉合，他是電路開關(guān)的一種，容器中多為真空或注入惰性氣體[2-4]，如圖1所示。

圖1 水銀開關(guān)

由于水銀的表面張力較大且富于流動性，在容器傾斜時，水銀在重力作用下會向較低地勢流去，如果水銀同時接觸到兩個電極，由于水銀良好的導電性，就會閉合電路。

考慮到水平調(diào)節(jié)通常都是由三個調(diào)節(jié)旋鈕控制的，水平調(diào)節(jié)指示儀設(shè)計了三個支路，如圖2所示，每個支路包括用于指示的LED燈泡一個、用于檢測水平的水銀開關(guān)一個和限流電阻一個，另加一個直流電壓源。每個水銀開關(guān)對應一個水平調(diào)節(jié)旋鈕，當指示儀置于傾斜的平臺時，水銀球會運動到容器的一端，若水銀接通兩個電極形成閉合電路，LED燈發(fā)光，可以根據(jù)三個LED的發(fā)光情況來判斷平臺的傾斜情況。

圖2 水平調(diào)節(jié)指示儀電路圖

2.2 指示儀的制作

制備6 cm×10 cm的PCB萬用板一塊，在萬用板的中間成“Y”形插入24歐姆的電阻三個，在電阻外側(cè)，再相互成等角度插入水銀開關(guān)各一個，水銀開關(guān)的旁側(cè)分別插入LED燈，按照如圖2的電路進行焊接。最后將兩節(jié)5號電池裝入電池盒，構(gòu)成一個5 V電源，正負極分別接入三個LED燈和三個電阻各自的公共端，水平調(diào)節(jié)指示儀制作完成。

2 水平調(diào)節(jié)指示儀的使用

2.1 指示儀的放置

利用三線擺的擺盤模擬需要調(diào)節(jié)的平臺，每根擺線對應一個調(diào)節(jié)旋鈕，將三個水銀開關(guān)呈“Y”形排列，分別正對三根擺線如圖3所示，同時在擺盤上放置水平儀，打開電源開關(guān)，若三個LED燈都不亮，說明平臺水平無須調(diào)節(jié)，可以看到此時水平儀氣泡正好位于中心。

圖3 水平調(diào)節(jié)指示儀放置

2.2 指示儀的使用

若其中一個LED燈1亮，另外兩個LED燈2和燈3不亮，如圖4(a)所示，可見與燈1串聯(lián)的水銀開關(guān)中的水銀運動到了容器有電極的一端，說明燈1所對擺線處偏高，需要適當調(diào)低些，同時可見水平儀的氣泡偏向了燈1所對的擺線一側(cè)也說明了燈1所對擺線處偏高；若有兩個LED燈2和燈3亮，另外一個LED燈1不亮，如圖4(b)所示，可見與燈1串聯(lián)的水銀開關(guān)中的水銀運動到了容器沒有電極的一端，說明燈1所對的擺線處偏低，需要適當調(diào)高些，同時可見水平儀的氣泡遠離燈1所對的擺線一側(cè)也說明了燈1所對擺線處偏低。

(a)

因此可以得出水平調(diào)節(jié)指示儀的使用法則：調(diào)異不調(diào)同；燈亮向低調(diào)，燈滅向高調(diào)。即調(diào)節(jié)與其他兩個亮滅情況不同，即單獨點亮或單獨熄滅那支LED燈所對應的調(diào)節(jié)旋鈕，且若燈點亮，要通過旋鈕調(diào)節(jié)使平臺降低，若燈熄滅，要通過旋鈕調(diào)節(jié)使平臺升高，當三個LED燈都不亮的時候，則說明平臺已經(jīng)處于水平狀態(tài)無須調(diào)節(jié)。水平調(diào)節(jié)指示儀指明了該調(diào)哪一個旋鈕，并且指出該如何調(diào)節(jié)旋鈕，因此可以幫助學生更好的學習掌握水平調(diào)節(jié)的方法。

4 結(jié) 語

水平調(diào)節(jié)指示儀反應迅速、方便快捷，能夠快速對平臺的傾斜情況做出指示，并且可以為下一步的調(diào)節(jié)做出準確的提示。基于成本和維護考慮采用了水銀開關(guān)，水平調(diào)節(jié)指示儀顯示的精度和靈敏度可以滿足正常使用[5]，并且結(jié)構(gòu)簡單、便于制作，非常適合在各高校實驗室中制作使用。水平調(diào)節(jié)指示儀同時具有非常好拓展性能，若配置相應的邏輯電路和驅(qū)動電機還可以實現(xiàn)自動調(diào)平功能。