Как устроен штангенциркуль и микрометр


2. Штангенциркуль

Линейный нониус применяется в конструкции штангенциркуля (рис. 5).

Рис.5.Устройство штангенциркуля.

Основные компоненты штангенциркуля: штанга 1, губки для наружных измерений 2, подвижная рамка 3, винт для зажима рамки 4, нониус 5, линейка глубиномера 6, микрометрическая подача 7, шкала штанги 8, губки для внутренних измерений 9.

Шкала прибора 8 жестко связана со щекой А. Нониус 5 жестко связан со щекой В и может перемещаться вдоль шкалы прибора. Когда между щеками А и В зазор отсутствует, нулевые метки нониуса и прибора совпадают. Для определения наружных размеров предмета его помещают между щеками АВ, которые сдвигают до соприкосновения с предметом, закрепляют подвижную щеку В зажимом 4 и производят отсчет. Число целых миллиметров отсчитывается непосредственно по шкале прибора до нулевой метки нониуса, а число долей миллиметров - по нониусу. При измерении внутренних размеров употребляются щеки АВ, толщина которых известна – указана на щеке А (к полученному отсчету прибавляется толщина щек АВ). Для измерения глубины отверстий применяется рейка 6, которая жестко связана с подвижной щекой В.

Штангенциркули изготовляются с нониусами, у которых n = 10, 20, 50. Цена деления и класс точности штангенциркуля указаны на подвижной рамке под шкалой нониуса.

3. Микрометр

Микрометрический винт (рис.6) имеет постоянный шаг по всей длине (величину поступательного перемещения конца винта при повороте его на один оборот).

Микрометрические винты применяются в конструкциях микрометра. Микрометр (рис.7) представляет собой массивную металлическую скобу 1, в концах которой находятся друг против друга неподвижный упор (пятка) 2 и микрометрический винт 3, жестко связанный с барабаном 6, свободно вращающийся в стебле 5.

Рис. 6. Микрометрический винт.

Для равномерного нажима микрометрического винта на поверхность измеряемых тел микрометр снабжается фрикционной головкой 9 (трещеткой) включающей храповик 7 и подпружиненный стержень 8, вращение которой вызывает перемещение винта только до упора его в поверхность измеряемого тела с определенным нажимом, после чего фрикционная головка прокручивается. Микрометр снабжен устройством 4, позволяющим стопорить микровинт и гайкой 10 для регулировки зазора в паре микровинт - микрогайка.

Рис 7. Устройство микрометра.

На барабане равномерно нанесено n делений. При повороте барабана на одно деление винт смещается поступательно на мм, где h - шаг винта в мм (обычно h=0,5 мм или 1 мм). Величинаназываетсяточностью микрометрического винта.

Смещение конца микрометрического винта при повороте барабана меньше, чем на один оборот, очевидно, определяется , где m - число делений барабана, на которое был повернут барабан. Отсчет целого числа оборотов N производится при помощи линейки, вдоль которой перемещается острый срез барабана.

Цена деления масштабной линейки соответствует шагу винта. Тогда любое перемещение l конца микрометрического винта равно:

. (21)

Измеряемое тело заключают между упорами 2 и 3, затем, держа за храповик, микрометрический винт поворачивают до 3-х щелчков трещетки и производят отсчет этого размера. Число целых миллиметров определяется по шкале до острого среза винта, а доли миллиметра отсчитываются по шкале барабана до продольной метки, пересекающей шкалу.

Цена деления шкалы микрометра указывается на барабане (рис.6).

studfiles.net

Измерительные инструменты Штангенциркуль

К измерительным инструментам относятся штангенциркуль, например ШЦТ-1, предназначенные для измерений наружных и внутренних размеров и глубины отверстий и пазов (рис. 1).

Рис. 1 Штангенциркуль (а), пример отсчета (б).

В штангенинструментах применяют отсчетное приспособление в виде линейки с основной шкалой, по которой перемещается линейка нониуса. Нониус позволяет отсчитывать дробные доли деления основной шкалы. Нониусы изготовляют с ценой делений 0,1 и 0,05 мм (см. рис. 1, б).

Нониус рассчитывает следующим образом. По заданной длине деления с основной шкалы, цене деления нониуса I, числуделений основной шкалы, соответствующему одному делению шкалы нониуса (модуль нониуса), определяют числоnделений нониуса, длину деленийbшкалы нониуса и длинуlшкалы нониуса:

Например, при i=0.1 мм,c=1 мм и=2 число деленийn=10, длина деленийb=1.9 мм и длина шкалыl=19 мм. Погрешность измерений штангенинструментом при измерении размеров от 1 до 500 мм составляет 50 – 200 мкм.

Штангенциркули выпускаются следующих трех типов: с двусторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений и с линейкой для определения глубин (см. рис. 1, а) (цена делений нониуса составляет 0,1 мм); с двусторонним расположением губок для измерения и для разметки (цена деления нониуса 0,05 или 0,1 мм); с односторонними губками для наружных и внутренних измерений с ценой деления нониуса 0.05 или 0.1 мм.

Микрометр

Микрометрические измерительные инструменты основаны на использовании винтовой пары (винт – гайка), которая преобразовывает вращательное движение микровинта в поступательное. Цена деления таких инструментов – 0,01 мм. Микрометрические пары используются в конструкциях многих измерительных приборов.

Рис. 2. Микрометр гладкий (а) и примеры отсчета (б и в).

Приборостроительные заводы выпускают следующие микрометрические инструменты: микрометры гладкие для измерения наружных размеров (рис. 2); нутрометры для определения внутренних размеров; глубинометры, специальные микрометры – листовые, трубные, зубометры, с резьбовыми вставками и др. на измерительные поверхности микрометров часто напаиваются пластинки из твердого сплава, что значительно повышает из износостойкость. Измерительная сила у микрометра равна 500200 сН.

Отсчетное устройство микрометрических инструментов (рис. 2, б) состоит из двух шкал: продольной 1 и круговой 2. Продольная шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых относительно друг друга на 0.5 мм. Оба ряда штрихов образуют, таким образом, одну продольную шкалу с ценой деления, равной шагу винта 0.05 мм). Круговая шкала обычно имеет 50 делений (при шаге винта 0.5 мм). по продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и 0.5 мм, по круговой шкале – десятые и сотые доли миллиметра. Выпускают микрометры с цифровым отсчетом результата измерения (рис. 2, в).

Погрешность измерения микрометрами зависит от верхнего предела измерения и может составлять от 3 мкм (для микрометров с диапазоном измерения 0-25 мм) до10 мкм (для микрометров с диапазоном измерения 400-500 мм).

Приложение 6

studfiles.net

1.0. Определение линейных размеров штангенциркулем и микрометром

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ТЕЛА

ШТАНГЕНЦИРКУЛЕМ И МИКРОМЕТРОМ

Методические указания к лабораторной работе № 1.0

по дисциплине «Физический практикум»

Составитель: Н.Н. Ставнистый

Владивосток

2015

Цель работы.

Провести измерения линейных параметров различных объектов при помощи штангенциркуля и микрометра.

Оценить точность измерений.

Приборы и принадлежности: штангенциркуль, микрометр, набор образцов для измерений.

Теоретическое введение. Нониус.

Нониус (шкала Нониуса, верньер) — вспомогательнаяшкала, устанавливаемая на различныхизмерительных приборах и инструментах, служащая для более точного определения количества долей делений.

Принцип работы шкалы основан на том факте, что глаз гораздо точнее замечает совпадение делений, чем определяет относительное расположение одного деления между другими. Нониусы используются в измерительных приборах, у которых при измерении длины или угла части прибора перемещаются относительно друг друга, например, две ножки штангенциркуля. На одной из этих частей нанесена шкала основного масштаба, на другой – нониус, представляющий собой небольшую шкалу, которая передвигается при измерении вдоль основного масштаба. Если нижняя шкала имеет длину 9 мм и разбита на 10 отрезков, то цена деления нониуса будет равна 0,9 мм. При совпадении нулевых отрезков обеих шкал первый штрих нониуса будет смещен относительно первого штриха основной шкалы на 0,1 мм, второй штрих нониуса будет смещен относительно второго штриха верхней шкалы на 0,2 мм, и т. д. (рис.1).

Рис.1 Измерительная шкала с нониусом

Если сдвинуть нижнюю шкалу вправо на 0,1 мм, то первый штрих нониуса совпадет с 1-мштрихом верхней шкалы, если сдвинуть нижнюю шкалу на 0,2 мм, то совпадут вторые штрихи верхней и нижней шкалы, и т.д. Таким образом, порядковый номер штриха нониуса, совпадающий со штрихом верхней шкалы, показывает, на сколько десятых долей мм смещена нижняя шкала относительно миллиметрового штриха верхней шкалы (не обязательно нулевого).

Рис.2 Измерения при помощи шкалы Нониуса

Отсчет по шкале нониуса производится следующим образом. Ближайшее слева к нулю нониуса показание основной шкалы указывает целое число мм (рис.2). Порядковый номер штриха на шкале Нониуса, совпадающий со штрихом верхней шкалы, указывает количество десятых долей мм. Таким образом, показания на рис.2 соответствуют 21,3 мм.

Рассмотрим две шкалы, расположенные одна над другой (рис.3). Пусть цена деления (длина одного деления) верхней линейки равна Y, а цена деления нижней линейки–X.

Линейки образуют нониус, если длина N делений одной шкалы совпадает с длинойkN±1 делений другой шкалы, гдеk – целое число. Другими словами, для шкалы Нониуса выполняется соотношение:

NX = (kN ±1)Y (1)

где знак «+» соответствует условию X > Y, а знак «–»ставится при X < Y. Точностью нониуса называется величина

Рис.3. Условие построения шкалы Нониуса

Для шкалы на рис. 3 X = 0,9 мм, Y = 1 мм, N = 10, k = 1. Точность равна 0,1.

Наряду с описанным выше нониусом применяются нониусы, у которых 10 делений нижней шкалы соответствуют 19 делениям верхней шкалы (рис. 4). Такие нониусы более удобны в работе. В этом случае X = 1,9 мм, Y = 1 мм, N = 10, k = 2, δ = 0,1.

Рис.4. Шкала Нониуса при X = 1,9 мм, Y = 1 мм, N = 10, k = 2, δ = 0,1

В данной работе изучается принцип работы и устройство шкал с нониусом и микрометрических шкал на примере приборов для измерения длин – штангенциркуля и микрометра.

Рис.5. Штангенциркуль.

1 – штанга; 2 – подвижная рамка; 3 – нониус; 4 – винт; 5,6 – ножки для измерения внешних размеров; 7,8 – ножки для измерения внутренних размеров; 9– штанга для измерения глубины.

Штангенциркуль. Штангенциркулем (рис. 5) называется прибор, применяющийся для измерения линейных размеров с точностью от 0,1 до 0,02 мм. Штангенциркуль состоит из линейки (штанги) 1 с миллиметровыми делениями (Y = 1 мм) и подвижной рамки 2 с нониусом 3 и закрепляющим винтом 4. На штанге и рамке имеются ножки 5 и 6. Ножки с внутренней стороны имеют плоские поверхности. При сомкнутых ножках отсчет по нониусу равен нулю. Для измерения штангенциркуль берут в правую руку, а измеряемый предмет помещают между ножками, придерживая его левой рукой, и плотно зажимают предмет между ножками. Затем производят отсчет.

Для измерения внутренних размеров пользуются заостренными ножками 7 и 8. Штанга 9 служит для измерения глубины отверстий.

Правила отсчета по нониусу штангенциркуля аналогичны изложенным выше. Отсчет целых делений (мм) производят по шкале линейки до нуля нониуса, затем

отсчитывают по нониусу десятые доли миллиметра, число которых равно номеру деления на нониусе, совпадающему с каким–либоделением основной шкалы.

Рис.6. Микрометр.

1 – скоба; 2 – пятка; 3 – стебель; 4 – микрометрический винт; 5 – барабан;6 – трещотка; 7 – стопор микрометрического винта.

Микрометр. Основным элементом микрометра является микрометрический винт

– винт с малым и очень точно выдержанным шагом.

Микрометр для измерения наружных размеров в пределах от 0 до 25 мм (Рис. 6) состоит из скобы 1 с пяткой 2 и трубкой – стеблем 3. В трубке имеется внутренняя резьба,

вкоторую ввинчен микрометрический винт 4 с закрепленным на нем барабаном 5. На конце барабана имеется фрикционная головка (трещотка) 6. На скобе расположен стопор микрометрического винта 7.

Действие микрометра основано на свойстве винта совершать при повороте его поступательное перемещение, пропорциональное углу поворота. При измерении предмет зажимают между пяткой и микрометрическим винтом. Для вращения барабана при этом пользуются трещоткой. После того, как достигнута определенная степень нажатия на предмет (500-600г), фрикционная головка начинает проскальзывать, издавая характерный треск. Благодаря этому зажатый предмет деформируется мало (его размеры не искажаются) и кроме того, микрометрический винт предохраняется от порчи. На трубке 3 нанесены деления основной шкалы. Барабан 5 при вращении винта перемещается вдоль трубки. Шаг винта подбирается таким образом, что один полный оборот барабана соответствует его смещению вдоль основной шкалы на длину наименьшего деления. На барабан нанесена добавочная шкала (шкала барабана).

Вмикрометре, который Вам предстоит использовать, основная шкала имеет цену деления, равную 0,5 мм. При этом часть штрихов, чтобы не загромождать шкалу, располагаются под прямой линией (целые снизу, половины сверху). Шаг микрометрического винта у таких микрометров равен 0,5 мм, а шкала барабана разбивается на 50 делений.

Цена деления шкалы барабана равна 0,5мм/50 = 0,01мм. При отсчете на таком микрометре число сотых долей микрометра, отсчитанное на шкале барабана, напротив линии на основной шкале прибавляется к числу миллиметров, отсчитанному по основной шкале. Перед началом работы с микрометром следует убедиться в его исправности. Для этого вращением фрикционной головки приводят в соприкосновение микрометрический винт с пятой. Момент соприкосновения определяется по си гналу трещотки. При этом край барабана должен располагаться над нулевым делением основной шкалы, а нуль шкалы барабана – против линии на трубке. Если эти условия не соблюдаются, то во всех дальнейших измерениях следует учитывать систематическую ошибку микрометра, равную тому числу делений барабана, которое соответствует сомкнутым микрометрическому винту с пяткой. Если это отклонение велико, то микрометр нуждается

врегулировке. Вращать микрометрический винт следует только за трещотку.

Вращать микрометрический винт с усилием запрещается, так как это ведет к порче прибора.

Для отсчета по микрометру сначала определяют число делений, которые видны изпод края барабана на основной шкале, помня, что деления расположенные сверху и снизу горизонтальной линии на этой шкале, образуют единую шкалу с ценой деления 0,5 мм. Так, например, отсчет по основной шкале рис. 7а составит 5,5 мм. К этому значению необходимо прибавить отсчет по шкале барабана, который на рис. 7а составляет 25 делений. Вспоминая, что цена деления шкалы барабана составляет 0,01 мм, получим отсчет по шкале барабана 25 * 0,01 мм =0,25 мм . То гда от счет п о ми к ромет р у сост ави т 5,5 + 0,25 = 5,75 мм.

Для случая, изображенного на рис. 7б, отсчет по микрометру составит 5,15 мм. Следует заметить, что производя измерения микрометром, не имея должного

опыта можно ошибиться на 0,5 мм. Рассмотрим далее этот случай.

Рис.7. Отсчет по шкале микрометра.

Когда отсчеты по шкале барабана близки к 50, но на несколько делений меньше, следующее деление основной шкалы уже показывается из-подкрая барабана (Рис. 7с). Последнее видимое деление, которое показалось из под края барабана соответствует 4,5 мм. Возникает вопрос, следует ли его учитывать? Отсчет по шкале барабана составляет 46 делений или 46 * 0,01 = 0,46мм. Тогда в сумме отсчет по микрометру составил бы 4,5+ 0,46 = 4,96 мм. Однако это неправильный отсчет. Дело в том, что барабан совершит полные оборот только тогда, когда ноль на барабане совпадет с линией основной шкалы (будет пройден ноль). На рис 7с ноль еще не пройден, поэтому показавшеесяиз-подкрая барабана деление учитывать не нужно. Правильный отсчет по основной шкале составляет 4 мм, и тогда отсчет по микрометру 4 +

0,46 = 4,46 мм.

Используя выше сказанное можно сформулировать следующие правила:

1)если отсчет по шкале барабана микрометра находится в диапазоне от 25 до 50 делений (говорят ноль не прошли), то показавшееся из-подкрая барабана деление основной шкалы учитывать не нужно (помня при этом, что цена деления основной шкалы составляет 0,5 мм);

2)если отсчет по шкале барабана микрометра находится в диапазоне от 0 до 25 делений (говорят ноль прошли), то показавшееся из-подкрая барабана деление основной шкалы необходимо учитывать.

Выполнение работы.

Задание 1. Измерения штангенциркулем.

1.Начертить сечение измеряемого объекта. Объект представляет собой цилиндр с двумя цилиндрическими отверстиями – широким и узким.

2.Обозначить на чертеже измеряемые параметры. Измеряемыми параметрами являются высота и диаметр цилиндра и глубина и диаметр отверстий.

3.Измерить штангенциркулем параметры объекта. Глубину узкого отверстия вычислить как разницу между высотой цилиндра и глубиной широкого отверстия.

4.Результаты измерений вместе с погрешностью занести в таблицу 1.

5. По результатам измерений линейных параметров объекта вычислить объем объекта. Вычислить погрешность определения объема по формуле для относительной ошибки при косвенных измерениях:

X

ln f

2

ln f

2

x2

y 2 ...

X

x

y

где – f = f(x, y, …) – вычисляемая функция,x, y, … – измеряемые параметры,

x, Δy, … – экспериментальные ошибки измеряемых параметров.

Таблица 1.

Измеряемый

h2

h3

h4

d1

d2

d3

параметр

Значение

Задание 2. Измерения микрометром.

1.Измерить микрометром диаметры 2-хпроволок. Каждое измерение провести не мене 5 раз.

2.Вычислить ошибку измерений по правилам вычисления ошибок при небольшом числе измерений (с использованием таблицы Стьюдента).

3.Записать результат измерений с ошибкой.

Контрольные вопросы

1.Какие приспособления называются нониусами, для чего они нужны?

2.Объясните, как определить точность нониуса.

3.Расскажите, как производить измерения с помощью штангенциркуля и микрометра.

4.Чему равны погрешности штангенциркуля, микрометра?

5.Как должен быть устроен нониус штангенциркуля, чтобы точность измерений составляла 0,02 мм?

6.Почему измерение физической величины необходимо проводить несколько раз?

7. На какие типы подразделяются экспериментальные ошибки?

8. Назовите свойства случайных ошибок.

9. Как определяется погрешность шкалы экспериментального прибора?

10. Как связаны среднеквадратичные ошибки среднего значения и отдельного измерения? 11. Что такое доверительный интервал, коэффициент надежности?

Учебное издание

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ТЕЛА ШТАНГЕНЦИРКУЛЕМ И МИКРОМЕТРОМ

Методические указания к лабораторной работе № 1.0

по дисциплине «Физический практикум»

Составитель: Ставнистый Николай Николаевич

Компьютерная верстка Н.Н. Ставнистого

Подписано в печать Формат 6084/16.Усл.печ.л. .Уч.-изд.л. .

Тираж 100 экз. Заказ

Дальневосточный федеральный университет 690091, г. Владивосток, ул.Суханова, 8

Отпечатано на кафедре общей физики ШЕН ДВФУ 690091, г. Владивосток, ул.Суханова, 8

studfiles.net

Как правильно пользоваться штангенциркулем

Штангенциркуль – высокоточный инструмент, используемый для измерения наружных и внутренних линейных размеров, глубин отверстий и пазов, разметки. Свое название этот универсальный прибор получил от линейки-штанги, которая служит основой его конструкции.

Содержание

Определение показаний по нониусу

Для определения показаний штангенциркуля необходимо сложить значения его основной и вспомогательной шкалы.

  1. Количество целых миллиметров отсчитывается по шкале штанги слева направо. Указателем служит нулевой штрих нониуса.
  2. Для отсчета долей миллиметра необходимо найти тот штрих нониуса, который наиболее точно совпадает с одним из штрихов основной шкалы. После этого нужно умножить порядковый номер найденного штриха нониуса (не считая нулевого) на цену деления его шкалы.

Результат измерения равен сумме двух величин: числа целых миллиметров и долей мм. Если нулевой штрих нониуса точно совпал с одним из штрихов основной шкалы, полученный размер выражается целым числом.

На рисунке выше представлены показания штангенциркуля ШЦ-1. В первом случае они составляют: 3 + 0,3 = 3,3 мм, а во втором — 36 + 0,8 = 36,8 мм.

Нониус с ценой деления 0,05 мм

Шкала прибора с ценой деления 0,05 мм представлена ниже. Для примера приведены два различных показания. Первое составляет 6 мм + 0,45 мм = 6,45 мм, второе — 1 мм + 0,65 мм = 1,65 мм.

Аналогично первому примеру необходимо найти штрихи нониуса и штанги, которые точно совпадают друг с другом. На рисунке они выделены зеленым и черным цветом соответственно.

Устройство механического штангенциркуля

Устройство двустороннего штангенциркуля с глубиномером представлено на рисунке. Пределы измерений этого инструмента составляют 0—150 мм. С его помощью можно измерять как наружные, так и внутренние размеры, глубину отверстий с точностью до 0,05 мм.

Основные элементы

  1. Штанга.
  2. Рамка.
  3. Губки для наружных измерений.
  4. Губки для внутренних измерений.
  5. Линейка глубиномера.
  6. Стопорный винт для фиксации рамки.
  7. Шкала нониуса. Служит для отсчета долей миллиметров.
  8. Шкала штанги.

Губки для внутренних измерений 4 имеют ножевидную форму. Благодаря этому размер отверстия определяется по шкале без дополнительных вычислений. Если губки штангенциркуля ступенчатые, как в устройстве ШЦ-2, то при измерении пазов и отверстий к полученным показаниям необходимо прибавлять их суммарную толщину.

Величина отсчета по нониусу у различных моделей инструмента может отличаться. Так, например, у ШЦ-1 она составляет 0,1 мм, у ШЦ-II 0,05 или 0,1 мм, а точность приборов с величиной отсчета по нониусу 0,02 мм приближается к точности микрометров. Конструктивные отличия в устройстве штангенциркулей могут быть выражены в форме подвижной рамки, пределах измерений, например: 0–125 мм, 0–500 мм, 500–1600 мм, 800–2000 мм и т.д. Точность измерений зависит от различных факторов: величины отсчета по нониусу, навыков работы, исправного состояния инструмента.

Порядок проведения измерений, проверка исправности

Перед работой проверяют техническое состояние штангенциркуля и при необходимости настраивают его. Если прибор имеет перекошенные губки, пользоваться им нельзя. Не допускаются также забоины, коррозия и царапины на рабочих поверхностях. Необходимо, чтобы торцы штанги и линейки-глубиномера при совмещенных губках совпадали. Шкала инструмента должна быть чистой, хорошо читаемой.

Измерение

  • Губки штангенциркуля плотно с небольшим усилием, без зазоров и перекосов прижимают к детали. 
  • Определяя величину наружного диаметра цилиндра (вала, болта и т. д.), следят за тем, чтобы плоскость рамки была перпендикулярна его оси.
  • При измерении цилиндрических отверстий губки штангенциркуля располагают в диаметрально противоположных точках, которые можно найти, ориентируясь по максимальным показаниям шкалы. При этом плоскость рамки должна проходить через ось отверстия, т.е. не допускается измерение по хорде или под углом к оси.
  • Чтобы измерить глубину отверстия, штангу устанавливают у его края перпендикулярно поверхности детали. Линейку глубиномера выдвигают до упора в дно при помощи подвижной рамки.
  • Полученный размер фиксируют стопорным винтом и определяют показания.

Работая со штангенциркулем, следят за плавностью хода рамки. Она должна плотно, без покачивания сидеть на штанге, при этом передвигаться без рывков умеренным усилием, которое регулируется стопорным винтом. Необходимо, чтобы при совмещенных губках нулевой штрих нониуса совпадал с нулевым штрихом штанги. В противном случае требуется переустановка нониуса, для чего ослабляют его винты крепления к рамке, совмещают штрихи и вновь закрепляют винты.

tehnouzel.ru


Смотрите также