在工程建设中测量高差的常用仪器一般是水准仪，但水准仪不方便测量近距离和特殊地点以及有障碍物的工作面。为解决这些问题，满足建设工程对质量和安全的严格要求，运用连通器两端容器中液面自然形成水平的原理，设计研制了一种新的测量仪器—高差仪。高差仪可测量任意两点的高差，并能直接读出测量结果，且测量误差小、结构简单、容易操作。

高差仪的设计基于连通器两端容器中液面自成水平的原理。当连通器一端容器(贮水杯)固定不动，抬高或降低另一端容器(观测管)时，便引起液体在连通器内流动。当液流静止后，连通器两端容器内的液面便在一个新的水平线上达成水平(流进一端容器的液体体积等于另一端容器流出液体的体积)，容器(观测管)抬升或降低的高度等于该容器(观测管)内液位变化的高度，从而可以得到一端容器抬升或降低的高度与该容器液位变化的关系。但是，这样势必增加现场测量工作的计算量，既不方便，也容易产生差错。为了能从观测管直接读出两个被测位置的水平高差，主要采取了两个措施一是将观测管的内径尽量减小、贮水杯的内径尽量加大，使得观测管内径平方与贮水杯内径平方的比值减小，以降低连通器对观测结果的影响；二是将观测管上刻度段的实际长度、标示的数值进行缩小。

如《图1：高差仪示意图》所示，当高差仪中的贮水杯放置不动，观测管在位置A时，观测管内的液柱高度为 。当观测管在位置B时，观测管内的液柱高度为 ，此时，观测管内的液柱上升，这是因为贮水杯内有液体流进了观测管，使得贮水杯内液面下降了H。见以下推导：

设观测管内径为d，贮水杯内径为D，因为流进观测管液体体积等于贮水杯流出液体的体积，则

则

式中：D为高差仪中贮水杯内径；d为观测管内径；H 为贮水杯内水位变化值 ；X 为A、B 两点的水平高差(观测管上显示出的标示值)；h 为观测管内水位变化值(刻度段实长)。

高差仪由贮水杯、连通管和观测管等组成。贮水杯为一个内径较大的直式容器，安放在一个支腿能伸缩、支管能升降的三脚架上。贮水杯底部有一个与连通管相连的漏嘴。观测管为一根特制的标示刻度的透明玻璃管，安插在伸缩管内，伸缩管安插在支座管内，支座管坐落在底座上。底座按用途不同分为板形、盘形和球形3种。伸缩管与支座管上端均装有一个下部能夹紧伸缩管、支座管，上部能夹紧、松开观测管、伸缩管的管接箍，以将仪器支持在适于工作的观察高度.为能检测高空中的轨道、管道、砖石砌体、模板等的水平高差，高差仪另外设计有上测装置，用以测量高空中不同位置的水平高差。其工作原理是：将三脚架置于待测范围的中心附近，把贮水杯支持到适合观察的高度；将支座管底座置放在待测位置上，使观测管升到适于观察的高度，把连通管的各个管插头接好.对贮水杯加水，加水量约为贮水杯容积的1/2。水流过连通管，经过管插头，进入观测管。当液流静止后，液面便停止在观测管的某一刻度值上，记下这一数值。然后，保持贮水杯位置、高度不变，移动观测管底座或上测管上的卡脚至一个新的位置。当液流静止后，若液面仍停在原来的数值上，说明前后两个位置同处于一个水平面内，即它们的高差为零；若液面上升(如30 mm)，说明后一个位置比前一个位置低，高差为30mm；若液面下降(如30 mm)，说明后一个位置比前一个位置高，高差为30mm。

建筑工人使用一条装水的透明软管，软管一端直立与某一待测处，将软管的另一端拖到其它位置，然后标记两软管的液面位置，这就是所说的“找水平”。找好水平后，根据高度需要再通过划线的方法抬高或降低标记线，从而确定相对标高。“找水平”是利用连通器原理工作的，要求整个软管内部不允许有气泡；若软管内存在气泡，则测量结果将出现偏差，最大测量偏差等于气泡的竖直高度。然而，工人的使用习惯总是现用现灌水，由于软管的内径一般较小，往软管内灌水时极易存留气泡于管内，使测量结果与真实值比较大打折扣。所以，用“找水平”确定标高的方法具有测量仪器简单、廉价和方便的特点，但其致命缺陷是测量不准确、不能够直接确定标高。因此，此方法仅限于尺寸要求不高的简易工程施工。

激光水平仪是近几年出现的一种测量仪器，其被广泛用于建筑施工和装饰工程。激光水平仪是利用激光的低发散性和铅垂线原理(重力的方向总是竖直向下)工作的，其测量精度决定于内部激光管与铅垂线的夹角和被测量对象的水平距离。内部激光管与铅垂线的夹角在生产时被确定，理论上要求二者的夹角必须是90度，出厂时要经过严格调试;被测量对象的水平距离越大，水平线的误差越大，当水平距离大于20米时，激光扫描线的宽度已经达到5-10毫米，这对测量结果影响很大；内部激光管与铅垂线的夹角随着使用年限的延长、环境温度等因素会出现微小的变化，这种微小变化对测量结果的影响是非常巨大的。因此，激光水平仪法也是一种简易而且精度低的方法。在一些要求严格的施工场合无法使用。

水准仪是一种建立水平视线测定地面两点间高差的仪器。主要部件有望远镜、管水准器(或补偿器)、垂直轴、基座、脚螺旋。按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪(又称电子水准仪)。按精度分为精密水准仪和普通水准仪。水准仪是一种精密而且贵重的测量仪器，被普遍应用于测绘、建设等行业，它是一种较高档的测绘仪器。操作和使用水准仪需要有专业技术人员进行。水准仪虽然具有较高的测量精度、较大的测量距离，但其测量条件受天气影响，而且不能够跨越障碍物，基准位置与被测位置之间必须是直线可见的。

高差仪运用连通器两端容器中液面自然形成水平的原理，高差仪可测量任意两点的高差，并能直接读出测量结果。与“找水平”法和激光水平仪相比有着精度高，测量误差小等优点，与水准仪相比有结构简单、容易操作，经济节省等优点。

测量标高(高差)的常用仪器一般是水准仪，水准仪是在水准泡(圆水准器、长水准管)上工作的。使用时须仔细调整水平，需要经过培训的专业测量人员操作。因水准仪通过望远镜观测目标，视线是一根放射线，其水平调整稍有误差，就会影响测量结果的准确性。而高差仪是在连通器基础上进行工作的。连通器两端容器的液面自然成水平，不用人工调整，不会因水平问题产生误差。且高差仪便于携带，使用简便，一般施工人员不经培训即能使用，可边测量边施工，便于监控及自行检查质量一般应用连通器原理只能进行水平测量，不能进行高差测量。

高差仪淘汰了工程上普遍应用的弹线法、拉线法，可直接置于工作面，检测空间任意两点的水平高差，工作效率高、质量好。例如，对于现行的国家技术标准，用其规定的技术方法或测量仪器进行检验，有些地方很难或根本无法操作，以至于在工程质量与安全要求上达不到规定标准，出现了许多不应该出现的问题，甚至造成技术标准与现场施工的矛盾。

水准仪由望远镜、圆水准器、长水准管和各种调整螺旋组成，构造复杂，零部件多，在使用及移动中易出现变形移位，影响正常使用.且水准仪尤其是长水准管的检验校正较困难，须由国家指定的质量监督检验部门进行。高差仪的构造只有贮水杯、连通管和观测管等，由于是在连通器基础工作，可自行调整水平，不需人工干预，避免了人为产生的水平调整误差，保证了检测结果的准确和校正的简便快速。由于构造简单，决定了其价格低廉和操作使用的便利性。

高差仪主要应用于建筑工程、矿山建设工程、机械设备检修工程等行业以及教学实验实训的工程测量与检验。据国家统计局2003年12月统计，我国现有5000人及以上的大型建筑安装企业48000多个，2000-3000人的中型建筑安装企业估计有15万家，小型建筑企业70万户。高差仪是建筑安装工程施工全过程所需要的仪器，是瓦工、木工、安装工应备的工具，市场需求量则远远超过500万台。随着社会经济发展，建筑施工质量的逐步提高，机械行业对技术质量的要求也越来越严格，对高差仪的需求必然逐年上升。尤其是我国大西部的开发，小城镇和新农村建设的兴起，对高差仪的市场需求必将不断增长。