Często nosimy je jako gadżet w pęku z kluczami do samochodu. Takie coś strasznie jaskrawe, żółte, w kształcie kostki lub prostopadłościanu, z ruszającym się bąbelkiem. Wiedzieliście, że to „ustrojstwo” nie jest jarmarcznym świecidełkiem, a całkiem poważnym instrumentem pomiarowym?

Libelle – zwane także libelami, poziomniczkami, bąbelkami – to bardzo proste urządzenie pomiarowe służące do wyznaczania poziomów, pionów lub pochyleń o żądanej wartości. Bardziej naukowo – libella wyznacza małe kąty pochylenia prostych lub płaszczyzn w odniesieniu do kierunku poziomego lub pionowego.

Głównym elementem każdej libelli jest ampułka. Ze względu na jej kształt libelle mogą być pudełkowe (okrągłe) lub rurkowe (podłużne).

Libelle pudełkowe

Libelle pudełkowe to te najczęściej spotykane w instrumentach pomiarowych. Poziomujemy nimi np. niwelatory optyczne i teodolity oraz ustawiamy w pionie łaty niwelacyjne.

Ampułka w libelli pudełkowej (okrągłej) jest zamknięta od góry powierzchnią kulistą z promieniem krzywizny ok. 0,5-2,5 m. Jest to ważna informacja, ale wrócimy do niej w dalszej części tekstu. Ampułka wypełniona jest płynem, najczęściej eterem lub alkoholem. W górnej części ampułki widzimy pęcherzyk (zwany przez większość z nas bąbelkiem). Jest to w rzeczywistości para cieczy. Pęcherzyk zajmuje zawsze najwyższe położenie w ampułce.

Na zewnętrznej powierzchni ampułki naniesiony jest co najmniej jeden okrąg (pieszczotliwie nazywany oczkiem), którego środek jest tzw. punktem głównym libelli G. Jeśli pęcherzyk jest dokładnie w środku okręgu, to mówimy, że jest on w górowaniu. Libella wyznacza wtedy płaszczyznę poziomą.

I jeszcze na koniec trzy definicje. Płaszczyzna styczna do czaszy kulistej ampułki w punkcie G nazywa się płaszczyzną główną libelli okrągłej. Linia prostopadła do tej płaszczyzny (także w punkcie G) nazywa się osią libelli pudełkowej i pokrywa się z promieniem kulistej czaszy ampułki.

Żeby libella pudełkowa wskazywała poprawnie płaszczyznę poziomą, to jej płaszczyzna główna musi być równoległa do płaszczyzny podstawy. Jeśli ampułka jest osadzona w metalowej oprawie ze śrubami rektyfikacyjnymi, to możemy samodzielnie ją rektyfikować i doprowadzać do właściwego położenia. Doskonałym przykładem takiej libelli są libelle w niwelatorach optycznych (przeczytaj o rektyfikacji libelli pudełkowej w niwelatorze optycznym). Często libelle nakładane na łaty niwelacyjne posiadają śruby rektyfikacyjne.

Są także produkowane libelle pudełkowe w stałej oprawie, które montujemy na różnorodnych elementach wymagających poziomowania (np. na maszynach, masztach itp.) . Tutaj nie mamy możliwości regulacji i korekty wzajemnego położenia płaszczyzny głównej libelli i płaszczyzny oprawy, dlatego bardzo ważna jest tutaj jakość produktu.

Libelle rurkowe

Libella rurkowa ma kształt rurki. Jeśli przekroilibyśmy ją wzdłużnie, to okazałoby się, że jej górna część jest również łukiem koła. W porównaniu z libellami pudełkowymi (okrągłymi) jego promień jest znacznie większy i osiąga ok. 7-40 m.

W środku libelli rurkowej jest także płyn, którego para tworzy pęcherzyk. Na powierzchni łukowej ampułki naniesiony jest podziałka kreskowa, która – podobnie jak koło w libelli pudełkowej – pełni rolę systemu odczytowego.

Środek podziału wyznacza punkt główny libelli rurkowej. Styczna w punkcie G poprowadzona w osi przekroju podłużnego libelli to oś libelli rurkowej. Płaszczyzna przechodząca przez tę oś i prostopadła do promienia krzywizny nazywa się płaszczyzną główną libelli rurkowej.

Libella rurkowa jako samodzielny przyrząd pomiarowy ma tę zaletę, że można nią wyznaczać zarówno płaszczyzny poziome, jak i pionowe. Libelle rurkowe są stosowane nie tylko w najprostszych poziomicach, ale także w precyzyjnych tachimetrach elektronicznych.

Dwie ułożone do siebie prostopadle libelle pudełkowe w oprawie metalowej służą do jednoczesnego wyznaczania poziomów lub pochyleń w dwóch kierunkach.

Charakterystyka i dokładności

Jak każdy przyrząd pomiarowy, tak i libelle posiadają swoje parametry. W niwelatorze mamy powiększenie lunety, w dalmierzu zasięg, a co możemy mieć w libellach?

Libelle charakteryzowane są dwoma parametrami – przewagą i czułością.

Przewaga libelli, która w rzeczywistości jest miara jej dokładności, to kąt o jaki trzeba pochylić libellę, by pęcherzyk przesunął się jedną działkę (dla libelli bez podziału przyjmuje się długość działki 2 mm). Jeśli libella jest wykonana precyzyjnie, to jej przewaga jest stała na całej długości krzywizny ampułki.

Przewagę libelli podaje się w sekundach kątowych i oblicza jako stosunek pojedynczej działki do promienia krzywizny łuku libelli. Im przewaga mniejsza, tym dokładność libelli większa.

Libelle można podzielić nie tylko ze względu na kształt ampułki, ale także ze względu na ich dokładność:

• libelle bardzo dokładne – przewaga 1-4˝
• libelle dokładne – przewaga 10-20˝
• libelle średnio dokładne – przewaga 30-60˝
• libelle mało dokładne – przewaga 180-600˝

Czułość libelli to długość łuku krzywizny libelli, jaki wyznacza poruszający się pęcherzyk przy pochylaniu libelli o zadany kąt.

Czułość libelli podaje się w mm/˝ lub w mm/´. Oblicza się ją jako stosunek promienia krzywizny łuku libelli do jej przewagi. Im czułość mniejsza, tym libellę można stosować do zadań wymagających większej dokładności.

Na przykład libella o przewadze 20˝ ma czułość 6 mm/1´, a ta o przewadze 10´ – 0,2 mm/1´.

Słowem podsumowania

Okazuje się, że tak banalny instrument pomiarowy, jakim jest libella ma dość mocno rozbudową „sferę” opisu parametrów geometrycznych. To intrygujące, że narzędzie stosowane pierwotnie w precyzyjnych zadaniach pomiarowych występuje w tej chwili praktycznie wszędzie. Nawet nie będę próbował wymieniać tych miejsc. Wystarczy w przeglądarce internetowej wpisać hasło „libella” lub „bubble level”, a naszym oczom ukaże się feeria kolorów, kształtów i egzotycznych zastosowań.