В основу конструкции микронивелиров положено применение электрического уровня. Такие приборы позволяют, выполняя измерения шаговыми методами, вести контроль горизонтального положения поверхностей любых изделий, направляющих путей, станин станков, плоскостей и т. д.

Стремление повысить точность и автоматизировать процесс измерения, перейти от шагового метода измерения к непрерывному, привели в последние годы к разработке и созданию ряда микронивелиров с электронной регистрацией.

В качестве чувствительного элемента в которых применяют преобразователи емкостного типа, устанавливаемые на основание микронивелира. Для получения непрерывных измерений преобразователь равномерно перемещают по проверяемой поверхности.

Если проверяемая поверхность непрямолинейна, то основание микронивелира наклоняется и в преобразователе (датчике) происходит изменение электрических параметров, которое преобразуется в изменение частоты электрических колебаний или в изменение напряжения. Это напряжение усиливается, интегрируется и подается на регистратор. Для дискретных измерений в качестве отсчетного устройства используют гальванометр. Для получения непрерывного профиля используют самопишущий прибор, записывающий непрерывную кривую профиля проверяемой поверхности.

В реостатных уровнях электрический преобразователь представляет собой стеклянную или металлическую ампулу с изогнутой поверхностью внутри. Эта поверхность частично залита токопроводящей жидкостью (электролитом), а оставшийся объем заполнен воздухом или паром.

Ампула уровня содержит несколько боковых электродов, с помощью которых при наклоне ампулы преобразователя (на угол до 30′) можно определить изменение сопротивления, пропорциональное углу наклона, электрической цепи между центральным (корпусом прибора) и каждым из боковых электродов.

Такой преобразователь по существу является потенциометром, изменяющим сопротивление при наклоне ампулы уровня за счет того, что при наклоне на какой-то угол один электрод перекрывается электролитом, а другой изолируется от электролита пузырьком воздуха. При горизонтальном положении преобразователя сопротивление его правой и левой частей, симметрично заполненных электролитом, одинаково.

Уровни имеют ампулу бочкообразной формы с внутренним радиусом 4200 мм и содержат изолятор с электродами из губчатой платины. Чувствительность таких преобразователей очень высокая и составляет для ампул первой группы 2″ в пределах измерения 3600″ и 0,2″ в пределах 300″ для ампул второй группы.
Емкостные преобразователи обычно выполняют в виде дифференциального конденсатора, образованного стеклянной ампулой жидкостного уровня и тремя токопроводящими пластинами, две из которых закрепляют на верхней части ампулы по ее краям, а третью располагают в центре нижней боковой поверхности ампулы.
Указанные пластины являются обкладками дифференциального конденсатора, а диэлектриком — стеклянные стенки ампулы и заполняющая ампулу жидкость — этиловый эфир и его пары.

При наклоне ампулы уровня изменяется диэлектрическая постоянная конденсатора за счет перемещения пузырька воздуха, что в свою очередь изменяет емкость плеч дифференциального конденсатора. При включении такого преобразователя по мостовой схеме питания его от высокочастотного генератора в цепи нижней пластины генератора возникает напряжение рассогласования, амплитуда которого пропорциональна углу наклона, а фаза — направлению наклона.

В амплитудно-фазовом детекторе электронной схемы уровня осуществляется преобразование сигнала и на выходе детектора получают напряжение постоянного тока. Полярность тока определяет направление наклона ампулы, а величина тока — величину угла наклона.

Одной из наиболее удачных конструкций с мостовой схемой включения преобразователя является уровень УЭ-2.

В приборе УЭ-2 применен дифференциальный емкостный преобразователь, включенный в мостовую схему, образованную самим дифференциальным преобразователем и двумя катушками индуктивности. Резонансная собственная частота мостовой схемы у прибора выбрана значительно выше частоты питающего синусоидального генератора. Такое решение избавило от необходимости точной частотной настройки контура и дало возможность ослабить требования к стабильности частоты генератора. Электрическая принципиальная схема прибора УЭ-2.

Высокочастотное измерение углов наклона можно осуществить также емкостным электронным уровнем, выполненным по схеме, отличающейся от выше рассмотренной.
Преобразователь таких уровней представляет собой конденсаторный преобразователь, непосредственно образующий с индуктивностью генератора высокочастотный колебательный контур. При изменении положения ампулы уровня изменяется диэлектрическая проницаемость среды конденсатора и в соответствии с этим перестраивается частота колебаний генератора.

Применение такого преобразователя в автоматическом микронивелире для контроля поверхностей показало высокие точности: определение углов наклона ампулы уровня осуществлялось с погрешностью около 0,1″, а погрешность в измерении прямолинейности не превышала 15 мкм на длине 12 м.

Принцип действия фотоэлектрических уровней основан на сравнивании при помощи фотоприемников двух световых потоков, прошедших через ампулу жидкостного уровня в зоне воздушного пузырька.

При наклоне ампулы уровня за счет перемещения воздушного пузырька происходит затемнение одного из фотоприемников при усилении силы света на другом. Разность световых потоков, преобразованная фотоэлектрической схемой в разность токов, дает информацию о величине и направлении угла наклона. Точность таких уровней может достигать 0,1″.

При применении емкостных уровней в автоматических микронивелирах следует иметь в виду, что они обладают значительной инерционностью перемещения пузырька воздуха, не допускают при выполнении измерений каких-либо ускорений. Эти обстоятельства предъявляют повышенные требования к равномерности скорости перемещения микронивелира, которая, к тому же, не должна превышать величины примерно 1 м/мин. Такими микронивелирами целесообразно осуществлять проверку ограниченных по протяженности направляющих и поверхностей при требуемой высокой точности контроля.