miniatura|Desenho de um inclinômetro, Museo Galileo, Florença miniatura|Medição de declive com um clinômetro
Um inclinômetro ou clinômetro (inclinómetro ou clinómetro no português europeu) é um instrumento de medida usado para medir ângulos de declive, elevação ou depressão em relação à direção da gravidade. Clinômetros podem apresentar escalas em graus, porcentagem de declive e, em alguns modelos empregados em silvicultura, uma escala topográfica, ou topo, destinada à determinação de alturas a partir de uma distância de referência.
O astrolábio é um instrumento histórico capaz de medir a altura angular de astros. Astrolábios planisféricos foram usados desde a Idade Antiga até o século XVIII. Astrolábios náuticos eram usados por marinheiros pelo menos desde o fim do século XV para determinar a latitude a partir da altura do Sol e também podiam ser usados para observar estrelas.
Modelos eletrônicos podem usar acelerômetros para estimar a inclinação estática. O cálculo usa as projeções do vetor da gravidade nos eixos do sensor e pressupõe que outras acelerações não sejam dominantes. Sistemas de dois ou três eixos fornecem mais informações sobre a orientação do instrumento em relação à gravidade. Em aeronaves, a esfera dos coordenadores de curva ou dos indicadores de curva e derrapagem também é chamada de inclinômetro.
História miniatura|Clinômetro de Wells O clinômetro de Wells tem como elementos básicos uma face plana, ou base, sobre a qual o instrumento repousa, e um disco oco preenchido até a metade com um líquido denso. A face de vidro do disco é cercada por uma escala graduada que mostra o ângulo da superfície do líquido em relação à base. A linha de zero é paralela à base. Quando a superfície do líquido coincide com essa linha, a face plana está na horizontal. A marca de 90° é perpendicular à base e corresponde à posição vertical. Os ângulos intermediários são graduados e, com o auxílio de tabelas de conversão, o instrumento permite relacionar o desnível a uma distância horizontal ou à distância medida sobre a própria linha inclinada.
Em 14 de outubro de 1018, Albiruni encontrava-se numa aldeia ao sul de Cabul e queria medir a altura do Sol sem dispor de um instrumento apropriado. Ele traçou um arco calibrado no verso de uma tábua de cálculo e usou o conjunto como um quadrante improvisado, com um fio de prumo. As medições permitiram calcular a latitude do local. Amelia Carolina Sparavigna interpreta esse quadrante improvisado como um instrumento de função semelhante à de um inclinômetro baseado num quarto de círculo.
O nível de Abney foi concebido por William de Wiveleslie Abney na década de 1870, quando ele trabalhava na School of Military Engineering, em Chatham. O instrumento portátil combina um tubo de visada e um clinômetro e permite medir ângulos de elevação e declives.
Um inclinômetro Rieker P-1057 foi instalado no painel do Ryan NYP "Spirit of St. Louis". Em 1927, Charles Lindbergh usou a aeronave no primeiro voo transatlântico solo e sem escalas. O instrumento fornecia informações sobre os ângulos de subida e descida.
Usos miniatura|Medição da distância através de um riacho Clinômetros portáteis são usados em tarefas de agrimensura e medição. Em levantamentos do terreno e cartografia, permitem medir rapidamente o declive de um acidente geográfico e podem ser empregados em levantamentos de cavernas. Na prospecção mineral, são usados para medir a direção e o mergulho de formações geológicas. Na silvicultura, a altura das árvores pode ser determinada com um clinômetro por métodos trigonométricos. Peças de artilharia de grande calibre podem ter um clinômetro para auxiliar o apontamento em disparos de longa distância.
Tiltímetros são inclinômetros de alta sensibilidade destinados a registrar variações muito pequenas de inclinação. Podem acompanhar alterações da inclinação do solo em vulcões e outros locais sujeitos a deformação. Em vulcanologia, essas medições permitem acompanhar a inflação e a subsidência do terreno relacionadas ao movimento de magma.
Monitoramento geotécnico Em geotecnia, inclinômetros podem medir deslocamentos laterais abaixo da superfície. Um sistema comum utiliza um tubo de revestimento instalado verticalmente, com ranhuras espaçadas em ângulos de 90°. Uma sonda com rodas é baixada pelo tubo, com as rodas percorrendo duas ranhuras opostas. Leituras feitas em diferentes profundidades e em dois planos verticais permitem acompanhar o deslocamento lateral do terreno.
O mesmo princípio pode ser usado para medir deformações laterais em elementos de fundação. O revestimento ranhurado é instalado junto ao elemento e uma leitura inicial é feita antes da aplicação da carga. Leituras posteriores mostram o perfil de deformação ao longo da profundidade. Também existem conjuntos de inclinômetros instalados permanentemente e cadeias de acelerômetros conectadas a registradores de dados, o que permite acompanhar a deformação durante um ensaio sem interrompê-lo para leituras manuais.
Exatidão A resolução de um inclinômetro não equivale à sua precisão ou à sua exatidão. Alguns sensores eletrônicos alcançam resolução de saída de 0,0001°. O modelo GEOKON 6150F, por exemplo, especificava resolução de ±0,0001°, precisão de ±0,0018° e não linearidade de ±0,006° na faixa de ±8°, ou ±0,016° na faixa de ±15°.
O erro de uma medição pode resultar do deslocamento do zero, da sensibilidade e de sua calibração, da não linearidade, da histerese, da repetibilidade, da sensibilidade transversal e de variações com a temperatura. Vibrações, choques e outras acelerações também podem alterar as leituras de inclinômetros baseados em acelerômetros. Como o cálculo pressupõe que a gravidade seja a aceleração dominante, uma aceleração adicional persistente pode ser interpretada incorretamente como uma mudança de inclinação.
Tecnologia dos sensores Sensores de inclinação e inclinômetros usam uma referência ligada à gravidade para medir a orientação angular. Em instrumentos mecânicos, essa referência pode ser fornecida por um pêndulo, uma bolha ou a superfície livre de um líquido. Quando a carcaça é inclinada, o elemento de referência responde à direção da gravidade e sua posição em relação à escala permite determinar o ângulo.
miniatura|Bússola de Brunton com nível de bolha e clinômetro incorporado Alguns instrumentos de campo combinam clinômetro, bússola e mecanismos de visada. A Brunton Pocket Transit, por exemplo, permite leituras horizontais e verticais e é usada em trabalhos de mapeamento geológico e agrimensura. Bússolas desse tipo permitem medir, no mesmo instrumento, a direção e o mergulho de estruturas geológicas.
Inclinômetros digitais costumam usar acelerômetros ou sensores baseados em sistemas microeletromecânicos (MEMS). Em um acelerômetro MEMS capacitivo, uma pequena massa móvel é suspensa por elementos elásticos. Eletrodos ligados à massa formam capacitores diferenciais com eletrodos fixos. A aceleração desloca a massa e desequilibra esses capacitores, produzindo um sinal relacionado à aceleração. Quando a aceleração medida corresponde principalmente à gravidade, suas componentes nos eixos do sensor podem ser convertidas em ângulos de inclinação.
Outras implementações usam sensores capacitivos líquidos, sistemas eletrolíticos, bolhas de gás em líquido e pêndulos.
Sensores de inclinação aparecem em câmeras, controles de voo de aeronaves, sistemas automotivos, interruptores, nivelamento de plataformas e indicação do ângulo de lanças.
A tecnologia também foi empregada em jogos eletrônicos. Yoshi's Universal Gravitation usa um sensor de inclinação incorporado ao cartucho. Kirby Tilt 'n' Tumble usa um acelerômetro, e a tecnologia de acelerômetros também foi empregada no controle do Wii. O controle Sixaxis do PlayStation 3 também incorporou detecção de movimento.
Inclinômetros também são usados em engenharia civil, por exemplo para medir a inclinação de superfícies ou terrenos destinados a obras.
Alguns inclinômetros oferecem uma interface eletrônica baseada em CAN. A série CiA 410 define o perfil de dispositivos para inclinômetros de um ou dois eixos, com mapeamentos para CANopen CC, CANopen FD e J1939. Produtos compatíveis com o perfil são interoperáveis e parcialmente intercambiáveis.
Inclinômetro digital de dois eixos miniatura|Inclinômetro digital de dois eixos
Inclinômetros de dois eixos medem simultaneamente componentes de inclinação em dois eixos ortogonais. Em um sistema baseado num único eixo de acelerômetro, a sensibilidade à inclinação diminui à medida que o eixo se aproxima de ±90°, e uma mesma leitura pode corresponder a dois ângulos situados em quadrantes diferentes. Um segundo eixo ortogonal permite distinguir esses quadrantes, medir um arco completo de 360° no plano e manter uma sensibilidade efetiva aproximadamente constante ao longo da rotação.
Instrumentos de dois eixos podem fornecer diretamente duas componentes de inclinação, usadas, por exemplo, como arfagem e rolagem no referencial do equipamento. A calibração do deslocamento de zero e das diferenças de sensibilidade entre os eixos reduz erros na conversão das acelerações em ângulos.
Inclinômetro com giroscópio Uma aceleração causada pelo movimento pode ser confundida com a gravidade por um inclinômetro baseado apenas em acelerômetros. O procedimento inverso, calcular a orientação pela integração da velocidade angular de um giroscópio, sofre com erros de deriva que se acumulam com o tempo. Inclinômetros dinâmicos MEMS podem combinar acelerômetros e giroscópios de três eixos e fundir os sinais para estimar a inclinação durante o movimento.
Aplicações miniatura|Símbolo usado em desenhos geotécnicos miniatura|Medição da altura de um edifício Inclinômetros são usados para: medir a altura angular de astros em métodos de determinação da latitude, como nos astrolábios náuticos; mostrar um desvio em relação à vertical ou horizontal; medir ângulos de inclinação ou elevação em agrimensura; alertar o operador quando um equipamento corre risco de tombar; medir ângulos de elevação, declive ou inclinação, por exemplo em um talude; medir pequenas variações de inclinação em geofísica, como no acompanhamento de vulcões ou de deslizamentos de terra; medir movimentos em paredes, estruturas ou no solo em obras de engenharia civil; determinar o mergulho de camadas ou estratos e a inclinação de taludes ou cortes; integrar sistemas automotivos de segurança; indicar a arfagem e a rolagem de veículos, embarcações e aeronaves; acompanhar o ângulo da lança de guindastes e manipuladores de materiais; medir o ângulo de apontamento de uma antena em direção a um satélite artificial; ajustar um painel solar fotovoltaico ao ângulo desejado durante a instalação; medir o ângulo de inclinação de uma fita ou corrente durante medições de distância; medir a altura de edifícios, árvores e outros objetos a partir de um ângulo vertical e de uma distância, usando trigonometria; medir a trajetória de um poço em levantamentos de poços. A orientação pode ser expressa pela inclinação em relação à vertical e pelo azimute, com instrumentos que vão de sistemas semelhantes a pêndulos a acelerômetros e giroscópios eletrônicos; medir o adernamento de um navio em água parada e sua rolagem em mar agitado; medir a inclinação de uma pista de esqui; medir a orientação de planos e lineações em rochas, em conjunto com uma bússola, na geologia estrutural; medir a amplitude de movimento da coluna com técnicas de inclinometria dupla; medir o ângulo de inclinação da pelve; medir e ajustar o ângulo de suspensão de sistemas de alto-falantes line array; auxiliar no apontamento de peças de artilharia pela medição do ângulo de elevação; controlar jogos eletrônicos; medir alturas de árvores no programa Forest Inventory and Analysis do Serviço Florestal dos Estados Unidos, cujo manual de campo inclui procedimentos específicos para a medição de alturas com clinômetro;