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电子水平仪原理有电感式和电容式等两种。根据测量方向不同还可分为一维和二维电子水平仪。

电感式原理：当水平仪的基座因待测工件倾斜而倾斜时，其内部摆锤因移动所造成感应线圈的电压变化。电容式水平仪其测量原理为一圆形摆锤自由悬挂在细在线，摆锤受地心重力所影响，且悬浮于无摩擦状况。摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量是相等，若水平仪受待测工件所影响而造成，两间隙不同距离改变即产生电容不同，形成角度的差异。

电子水平仪一般利用光电原理，以平静液体面为水平面，测量出物体偏离水平面方向和角度值并转换成数字信号传送给计算机或显示出来。电子水平仪的测量系统主要由机械结构、传感器、数据采集、微处理器、数码显示或输出5部分构成。