0引言
作為駕駛員，我們都知道，在限制一定水深的情況下，中垂4cm，要少裝1cm的貨(即一個(gè)TPC)；船舶橫傾2cm，就要少裝1cm的貨。可見，在有水深限制時(shí)(比如巴拿馬型船舶要過巴拿馬運(yùn)河)，盡量控制船體不要橫傾，對盡可能多裝貨，提高公司或租家的效益，有著重要的意義。
由于造船時(shí)船上配備的橫傾儀精度較低,最小刻度一般為1，有的甚至為5。對一般巴拿馬型船舶來說，船寬一般為30幾米，以船寬32m算，橫傾10，船舯左右水尺就相差56cm。所以，這樣的橫傾儀精度遠(yuǎn)達(dá)不到裝貨的要求。
于是，很多船舶駕駛員就在船上自制橫傾儀，比較常見的有兩種：垂線式和水平管式。本文分別就這兩種橫傾儀的制作和使用過程中產(chǎn)生的問題和誤差進(jìn)行分析，提出解決方法，以提高自制橫傾儀的精度。
1垂線式橫傾儀的制作及改良
垂線式橫傾儀制作很簡單，只需在墻上釘一個(gè)釘子或螺絲釘，在上面系一根細(xì)繩，另一端系一個(gè)重物作墜子，再畫上刻度就成了。
為了提高讀數(shù)精度，就要盡量延長細(xì)繩的長度。具體做法是：小釘子要釘在盡量靠近天花板的地方，即盡量高。細(xì)繩盡量長，使墜子接近地面。
畫刻度，最關(guān)鍵的是定中點(diǎn)。取風(fēng)平浪靜的泊位／時(shí)間，當(dāng)船舯左右水尺相等時(shí)(一般此時(shí)船艉左右水尺也一致)，在當(dāng)時(shí)垂線的位置畫上零度刻度。最后在兩側(cè)畫上其他的刻度，如此一個(gè)自制垂線式橫傾儀就基本做好了。
這樣一個(gè)自制橫傾儀會在哪些方面產(chǎn)生誤差呢?筆者覺得至少有以下幾個(gè)方面：
A．刻度誤差／錯(cuò)誤。由于是自己手工畫刻度，難免會出現(xiàn)刻度不均。為了避免這種情況．可以在墻上固定一把最小刻度為1mm的尺子，以代替自己手工畫刻度，這樣既省事又精確。為了讀數(shù)方便，可以將刻度尺裝在一定的高度，使得每毫米正好等于一定的左右吃水差。以船寬32m為例，若使得刻度尺到垂線頂點(diǎn)(即釘子下緣)的距離為1．6m(船寬×1／20)，則垂線偏離零刻度線l mm，相當(dāng)于船舯水尺左右差2cm(即：20倍，與前面的1／20相對應(yīng))。
B．零度誤差(或者說零度錯(cuò)誤)。按上文所述的方法定中點(diǎn)，基本上沒問題，但是如果時(shí)間長了。繩頭松動(dòng)，或者更換細(xì)繩，這時(shí)垂線的頂點(diǎn)會發(fā)生變化，從而引起零度誤差／錯(cuò)誤。對于3～4 mm粗細(xì)的釘子。若頂點(diǎn)偏移1mm，因頂點(diǎn)的偏移引起的零度誤差不會因細(xì)繩的長度而放大，即在刻度處的零度誤差也是1mm．按上述例子中的比例計(jì)算，因此所引起的零度誤差約有2cm，此時(shí)就需要重新依上法進(jìn)行定中點(diǎn)。為了減小這種誤差，只需在制作時(shí)使用較細(xì)的釘子就行了。
C．摩擦誤差。由于垂線靠墻，墜子和墻體有一定的摩擦，使得垂線并沒有跟水平線垂直產(chǎn)生一定的誤差。為減小摩擦，一是把滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦,選用圓柱體、圓錐體作墜子；另一個(gè)是使墜子離開墻體．將細(xì)繩系在小釘子的外端處，并且使用靠船頭方向的墻體而不用船艉向的墻體，由于正常情況下。船舶都有一定的艉傾，墜子就自然離開墻體了，也就沒有摩擦了。
D．彎曲誤差。如果使用的繩子比較僵硬．繩子左右擺時(shí)有一定的彎曲，這相當(dāng)于垂線的頂點(diǎn)下移了，從而產(chǎn)生誤差。不過，對于我們正常使用的柔軟細(xì)繩，這種誤差極其微小，完全可以忽略不計(jì)。筆者在此提出來，主要是提醒大家不要使用過于僵硬的繩子。
E．?dāng)[動(dòng)問題。由于船舶的震動(dòng)和搖動(dòng)。垂線經(jīng)常搖擺不定，特別是在涌浪比較大的泊位。很難讀準(zhǔn)。如果是由于垂線剛好諧振，可以適當(dāng)放長或縮短垂線長度。以避開諧振。讀數(shù)前可用手先固定一下墜子，松開一會兒再進(jìn)行讀數(shù)。另外，這里還介紹一種好方法：安裝一個(gè)“阻尼器”，即做一個(gè)油槽安裝在相應(yīng)的位置，使墜子泡在油里。這樣垂線的擺動(dòng)有了阻力，自然擺動(dòng)就減弱了許多，同時(shí)也不影響其垂直于水平面的特性。
F．讀數(shù)誤差。一是正常的估值誤差。這方面在選擇細(xì)繩時(shí)要選盡量細(xì)的繩子，可在一定程度上減小讀數(shù)誤差；二是由于垂線與刻度尺之間有一定的距離，而我們觀測的眼睛與垂線的連線不可能時(shí)刻都保持與刻度尺垂直，從而產(chǎn)生了觀測誤差。這種觀測誤差有兩種改良方法可以減小它。
一是反光鏡法。有些精密儀器的指針式刻度盤，為了減小讀數(shù)誤差，在刻度盤上裝有一條反光鏡，讀數(shù)時(shí)使得指針與反光鏡內(nèi)的指針鏡像重合，就能提高讀數(shù)精度。同樣，如果在刻度尺上面安裝一面鏡子．安裝時(shí)要求鏡面與船體縱軸相垂直(使鏡面緊貼墻面)。以此來減小觀測誤差。
二是投影法。不妨利用光線將垂線投影在刻度尺上，然后讀取投影在刻度尺上的讀數(shù)來代替觀測垂線，這樣就可以提高讀數(shù)精度，又能夠方便讀數(shù)。具體做法是這樣的：在垂線位置船體縱軸方向上安裝一盞燈(放一把手電就行)，對著垂線照。要求燈與垂線的連線與船舶縱軸線平行．并且燈與垂線的距離盡可能遠(yuǎn)。
有了投影法，我們在定中時(shí)也要使用投影來畫定零刻度線，以提高零刻度線的精度。
改良要點(diǎn)回顧
1)使用較細(xì)的釘子和盡量細(xì)的柔軟細(xì)繩：
2)使用正規(guī)的毫米尺子代替自畫刻度；
3)使刻度尺到垂線頂點(diǎn)距離為船寬的l／20，則每毫米代表兩厘米；
4)橫傾儀要裝在靠前(船首向)的墻上，使墜子不靠墻：
5)將墜子泡進(jìn)油里，以減弱垂線搖擺；
6)讀數(shù)時(shí)用手電照射，以垂線投影代替垂線讀數(shù)；
7)選擇合適的時(shí)機(jī)(船平，且不搖)劃定零刻度線。
2水平管橫傾儀的改良
在兩舷欄桿／舷墻位于船舯水尺正上方的地方。各安裝一個(gè)刻度尺(最小刻度為1cm或0．5cm)，并使其垂直于甲板面，兩個(gè)刻度尺必須一樣，特別是零刻度離甲板線的高度必須相等。取一根透明的塑料軟管(直徑約1cm，長度比船寬大5m左右)，注滿水并清除氣泡后橫放在甲板上，將兩端固定在刻度尺上。根據(jù)連通器原理可知。讀取兩側(cè)水面在刻度尺上的讀數(shù)差，就是船舯兩舷吃水之差。
水平管橫傾儀的讀數(shù)誤差僅僅為幾毫米，并且換算到兩舷吃水差沒有任何的放大。因此。刻度尺可以用木條自己做，自己畫刻度的精度就能達(dá)到要求了。但是，實(shí)際制作和使用中，也碰到了一些問題，大大影響了該橫傾儀的精度，現(xiàn)分述如下：
A．氣泡問題。如果水管里帶氣泡，就達(dá)不到連通器的要求，讀數(shù)差等于兩舷吃水差也就不成立。在實(shí)際操作中。很多人喜歡直接到水龍頭上灌裝，這樣很難灌裝到?jīng)]氣泡。有時(shí)明明安裝時(shí)檢查了幾遍都沒有氣泡，可是過了一段時(shí)間，卻又出現(xiàn)了氣泡。這是怎么回事呢，我們來做個(gè)實(shí)驗(yàn)：取兩個(gè)透明的玻璃杯，一個(gè)裝上剛從水龍頭上放出來的涼水，一個(gè)裝上晾涼了的熱水，靜置一段時(shí)間(特別是在太陽下暴曬一段時(shí)間)，這時(shí)候。你會發(fā)現(xiàn)裝涼水的杯壁上結(jié)了很多小氣泡，而另一個(gè)則沒有。由于空氣在水里的溶解度隨著溫度的提高和壓力的減小而減小．剛從水龍頭放出來的涼水溶解在水里的空氣較多，裝到水平管里后，水的壓力變小，加上太陽的暴曬．溫度升高．水里面過飽和的空氣就解析了出來，慢慢的積在一起就出現(xiàn)了氣泡。原因找到了，問題也就好解決了。我的做法是：預(yù)先取一個(gè)水桶(空油漆桶就行)裝一桶水(最好是熱水)，放到甲板上靜置(暴曬)十來個(gè)小時(shí)。將透明塑料水管左右理直擺放好。把靜置過的水放在高處，將水管的一頭浸到水里，從另外一頭用嘴巴深吸一口氣后放到舷外(如果水管用過，里面有水，則直接放到舷外去就行了)。這時(shí)水就自動(dòng)從水管慢慢流出。流幾分鐘后，檢查水管內(nèi)沒有氣泡，就可以把舷外的一端提起固定在刻度尺上．再把水桶里的一段也取出，調(diào)節(jié)管內(nèi)水位高度大概為刻度尺的一半后固定在另一舷的刻度尺上。經(jīng)過筆者多次實(shí)踐表明，用這種方法灌裝的水管不會再出現(xiàn)氣泡。
B．管內(nèi)水位波動(dòng)。由于船舶在水上多多少少都有一些搖動(dòng)，在實(shí)際使用中我們發(fā)現(xiàn)，在多數(shù)情況下水平管內(nèi)的水位上下波動(dòng)很大，給讀數(shù)帶來很大的不便。這里有一個(gè)好的解決方法：給水平管裝一個(gè)“濾波器”。取兩段直徑是原來水管兩三倍粗的透明管，將它連在小管的兩端，固定在刻度尺上。這樣雖然水平管內(nèi)的水還是照樣左右流動(dòng)，但同樣流量的水到兩端的粗管在水位波動(dòng)上體現(xiàn)出來就小得多了(理論上如果管徑是3倍粗的話，就只有原來的l／9，即成平方關(guān)系)，這就大大有利于我們讀數(shù)。在某些港口泊位，海浪／涌比較大，經(jīng)這樣處理后波動(dòng)還是比較大。這時(shí)可以調(diào)大“濾波器”。將中間小管部分稍捏扁并固定，以減小左右流的水流量，這樣就增大“濾波”效果．使水位波動(dòng)不會太大。但是應(yīng)注意，切勿捏得太死，否則兩側(cè)水不通了，就成不了連通器了。實(shí)際操作中，可以慢慢調(diào)節(jié)其圓扁程度，使水位波動(dòng)大概為3～5 cm為宜。太大了不方便讀數(shù)，太小了不確定是不是不通了。其實(shí)也可以安裝一個(gè)調(diào)節(jié)閥，建議模仿醫(yī)院里打點(diǎn)滴用的調(diào)節(jié)閥，這樣調(diào)節(jié)起來就更方便了。
C．部分老舊船舶由于換過鋼板，導(dǎo)致兩舷甲板線到載重線／水尺的距離并不相等．會造成一定的固定誤差。這時(shí)只要選擇風(fēng)平浪靜的的泊位／時(shí)間把水平管的讀數(shù)差跟兩舷實(shí)際看的吃水差進(jìn)行對比驗(yàn)證就行了。
改良要點(diǎn)回顧
1)使用靜置過的水，緩流灌裝，解決氣泡問題；
2)兩側(cè)觀測部位的管徑粗，中間管徑細(xì)，以減小管內(nèi)水位波動(dòng)；
3)選擇風(fēng)平浪靜的泊位／時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。
3結(jié)束語
經(jīng)過以上方法改良的垂線式橫傾儀和水平管橫傾儀，精度會有很大的提高，能夠滿足船上的要求。其中，垂線式橫傾儀一經(jīng)制作并安裝完畢。就可以一勞永逸，要用的時(shí)候直接讀數(shù)就行了．但是它的精度沒有水平管橫傾儀高。而水平管橫傾儀的精度基本上和直接看兩舷水尺的精度一樣，在外舷涌浪較大時(shí)，甚至比直接看兩舷水尺的精度還要高。但缺點(diǎn)是每次使用都要臨時(shí)安裝?？筛鶕?jù)實(shí)際需要對這兩種橫傾儀進(jìn)行選擇使用，通常在要求較嚴(yán)格時(shí)安裝水平管式橫傾儀，平時(shí)則使用垂線式橫傾儀就行了。
作者：中遠(yuǎn)(香港)航運(yùn)有限公司 林金民 來源：航海技術(shù)
