Инклинометр — прибор для измерения наклона¶

Инклинометр — это измерительный прибор (датчик), предназначенный для определения угла наклона (наклона, отклонения от горизонтали или вертикали) какого-либо объекта, поверхности или оси относительно направления силы тяжести. Инклинометры применяются в геологии, бурении, строительстве, дорожном хозяйстве, маркшейдерии, авиации и приборостроении.

¶Принцип действия

Основа работы большинства инклинометров — использование гравитационного поля Земли как эталонного направления. Чувствительный элемент реагирует на ориентацию относительно вертикали, формируя сигнал, пропорциональный углу наклона. По принципу формирования сигнала различают:

• Механические (маятниковые) — стрелка или маятник под действием силы тяжести занимает вертикальное положение, а шкала показывает угол отклонения корпуса прибора.
• Жидкостные (гидростатические) — основаны на сообщающихся сосудах и перепаде давления, создаваемом столбом жидкости.
• Электромеханические (перекатывающиеся) — шарик или ролик перемещается по наклонной поверхности, замыкая электрические контакты.
• Электронные (MEMS-гироскопы и акселерометры) — микромеханические акселерометры измеряют составляющие вектора гравитации по осям, а микропроцессор вычисляет угол наклона. Такие датчики получили широкое распространение в XXI веке.

¶Классификация

По назначению инклинометры подразделяются на:

1. Геологические и маркшейдерские — для измерения наклона скважин, выработок, откосов карьеров.
2. Строительные (уровни-инклинометры) — для контроля горизонтальности и вертикальности строительных конструкций, фундаментов, колонн.
3. Буровые инклинометры — для контроля траектории наклонно-направленного бурения.
4. Промышленные и технологические — для контроля положения оборудования, трубопроводов, мачт.
5. Навигационные и авиационные — для определения крена и тангажа летательных аппаратов, судов.
6. Потребительские (бытовые) — встроенные в смартфоны, строительные уровни, инструменты.

По способу измерения:

• Аналоговые — стрелочные приборы со шкалой.
• Цифровые — с электронным дисплеем и цифровым выходом (RS-485, Bluetooth, CAN).

¶Буровой инклинометр

В нефтегазовой отрасли буровой инклинометр служит для измерения угла и азимута ствола скважины в процессе бурения. Различают:

• Инклинометры-самописцы — механические приборы, фиксирующие данные на бумаге или в памяти.
• Инклинометры-перископы — оптические приборы для ручного замера.
• Инклинометры-гиротахеометры — гироскопические, высокоточные, не зависящие от магнитного поля.
• Инклинометры MWD (Measurement While Drilling) — измерение в процессе бурения, данные передаются на поверхность по телеметрии (через промывочную жидкость, по проводу или с помощью импульсов давления).

Точность современных буровых инклинометров составляет доли градуса, что позволяет бурить скважины с отклонением от расчётной траектории в несколько метров на глубинах в тысячи метров.

¶Инклинометр в строительстве

В строительной практике электронный инклинометр (часто называемый «угломером» или «уровнем-угломером») применяется для:

• контроля вертикальности колонн, стен, свай;
• проверки горизонтальности перекрытий, плит, элементов опалубки;
• измерения уклона кровель, трубопроводов, лестничных маршей;
• монтажа и юстировки станков и оборудования.

Типичный бытовой электронный инклинометр измеряет угол в диапазоне 0–360° (или ±90°) с точностью 0,1–0,5° и имеет жидкокристаллический дисплей.

¶Инклинометрия в геотехнике

В инженерной геологии и геотехническом строительстве термин «инклинометрия» обозначает метод контроля деформаций грунтов и конструкций. Суть метода: в скважину или в тело конструкции устанавливается обсадная труба со специальным пазом (наклономерная труба), по которой периодически опускается инклинометрический зонд, измеряющий отклонения трубы от вертикали. По результатам инклинометрии оценивают:

• смещение откосов котлованов и насыпей;
• деформации подпорных стен;
• осадки и горизонтальные перемещения грунта;
• устойчивость плотин, отвалов, свалок.

Метод широко применяется при строительстве метрополитенов, тоннелей, глубоких котлованов в городах России.

¶Точность и поверка

Основные характеристики инклинометра:

Инклинометры, используемые в промышленности и геодезии, подлежат поверке — периодической проверке метрологических характеристик в соответствии с требованиями законодательства Российской Федерации об обеспечении единства измерений.

¶История

Простейшие наклономеры (уровни с отвесом) известны с античности — их применяли при строительстве храмов и каналов. Механический инклинометр в его современном понимании появился в XVIII–XIX веках в связи с развитием маркшейдерского дела и горного дела. В XX веке получили распространение электромеханические и гироскопические инклинометры, а с развитием микроэлектроники — цифровые MEMS-датчики, ставшие массовыми в 2000-е годы.

¶Источники

• ГОСТ 8.023-2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Приборы и системы измерений угловых величин. Общие технические требования.
• Горная энциклопедия / глав. ред. Е. А. Козловский. — М.: Советская энциклопедия, 1984—1991.
• Инженерная геодезия: учебник / под ред. В. Ф. Казакова. — М.: АСВ, 2010.
• Краев В. И. Маркшейдерское дело: учебник. — М.: Недра, 2002.