Микрометр что это такое и для чего

Министерство образования АР Крым

Таврический Национальный Университет им. Вернадского

Исследование физического прибора

Выполнил: студент 1 курса

физического факультета гр. Ф-111

1. Название. 2. Принцип действия. 3. Схема устройства прибора -основные части -их размещение -взаимодействие 4. Эксплуатационные характеристики. 5. Правила пользования. 6. Область применения прибора.

Микро́метр — универсальный инструмент (прибор), предназначенный для измерений линейных размеров абсолютным контактным методом в области малых размеров с высокой точностью (до 2 мкм), преобразовательным механизмом которого является микропара винт — гайка.

Действие микрометра основано на перемещении винта вдоль оси при вращении его в неподвижной гайке. Перемещение пропорционально углу поворота винта вокруг оси . Полные обороты отсчитывают по шкале, нанесённой на стебле микрометра, а доли оборота — по круговой шкале, нанесённой на барабане. Оптимальным является перемещение винта в гайке лишь на длину не более 25 мм из-за трудности изготовления винта с точным шагом на большей длине. Поэтому микрометр изготовляют несколько типоразмеров для измерения длин от 0 до 25 мм, от 25 до 50 мм и т. д. Для микрометров с пределами измерений от 0 до 25 мм при сомкнутых измерительных плоскостях пятки и микрометрического винта нулевой штрих шкалы барабана должен точно совпадать с продольным штрихом на стебле, а скошенный край барабана — с нулевым штрихом шкалы стебля. Для измерений длин, больших 25 мм, применяют микрометр со сменными пятками; установку таких микрометров на ноль производят с помощью установочной меры, прикладываемой к микрометру, или концевых мер. Измеряемое изделие зажимают между измерительными плоскостями микрометра. Обычно шаг винта равен 0,5 или 1 мм и соответственно шкала на стебле имеет цену деления 0,5 или 1 мм, а на барабане наносится 50 или 100 делении для получения отсчёта 0,01 мм. Эта величина отсчёта является наиболее распространённой, но имеются микрометры с отсчётом 0,005, 0,002 и 0,001 мм. Постоянное осевое усилие при контакте винта с деталью обеспечивается фрикционным устройством — трещоткой. При плотном соприкосновении измерительных поверхностей микрометра с поверхностью измеряемой детали трещотка начинает проворачиваться с лёгким треском, при этом вращение микровинта следует прекратить после трёх щелчков.

Схема устройства прибора:

Микрометр состоит из стальной скобы , к которой присоединяется трубка , имеющая внутреннюю винтовую нарезку. При работе, микрометр держат так, чтобы скоба была обращена к работающему, а трубка располагалась справа от нее.

В трубку входит винт, скрепленный с гильзой и выходящий наружу в виде стержня . Если шаг винта равен мм, то при одном обороте винт и связанная с ним гильза перемещаются вправо или влево на мм. Следовательно, расстояние между концом стержня и упором можно отсчитать по положению гильзы .

На трубке нанесен масштаб, позволяющий отсчитать, на сколько целых делений отодвинулась гильза от нулевого положения. На самой гильзе нанесены деления, дающие возможность оценить, на какое расстояние отошла гильза от ближайшего целого деления слева на трубке . Если гильза по окружности разделена на делений, то при повороте гильзы на одно деление сама гильза перемещается поступательно на мм.

Характеристики некоторых микрометров, выпускаемых в СССР

Пределы измерений, мкм

Гладкий Рычажный Листовой Трубный Зубомерный Настольный

от 0 до 600 от 0 до 2000 от 0 до 5; 10; 25 от 0 до 10: 25 от 0 до 100 от 0 до 10: 20

± (2—10) ± (3—4) ± 4 ± 4 ± 5 ± (2—3)

Прежде, чем пользоваться микрометром, нужно проверить правильность его установки на нуль. Для этого поворачивают гильзу до тех пор, пока стержень не коснулся упора . Завинчивание следует производить, пользуясь головкой , поворачивающейся с некоторым трением, что исключает возможность сильного нажима на измеряемый предмет и обеспечивает постоянный нажим при измерениях. Если конец стержня касается вплотную упора , то в случае правильной установки прибора, обрез гильзы должен совпадать с нулевым делением основного масштаба и нулевое деление гильзы должно точно совпадать с нулевой чертой на трубке . После проверки правильности установки прибора следует:

а) определить шаг винта, т.е. расстояние, на которое перемещается винт и гильза за один оборот;

б) рассчитать, на какую долю миллиметра передвинется гильза при повороте на одно деление и приступить к измерениям.

Для определения длины тела, следует поместить его между выступами и , и вращать гильзу при помощи головки до тех пор, пока измеряемое тело не будет зажато между выступами и . После этого отсчитать число целых делений на трубке до гильзы и число делений, на которое повернулась гильза . Зная цену деления гильзы , подсчитать, на какую долю миллиметра отодвинута гильза от ближайшего левого деления на трубке . Сумма обоих отсчетов определит искомую длину.

Область применения прибора:

В зависимости от конструкции (формы корпуса или скобы, в которую встраивается микропара, формы измерительных поверхностей) или назначения (измерение толщины листов, труб, зубьев зубчатых колёс) микрометры разделяют на гладкие, рычажные, листовые, трубные, проволочные, призматический, канавочные, резьбомерные, зубомерные и универсальные.

Микрометры выпускаются ручные и настольные, в том числе со стрелочным отсчётным устройством. Микрометрические пары используются также в глубиномерах, нутромерах и других измерительных средствах. Наибольшее распространение имеют гладкие микрометры. Настольные микрометры (в том числе со стрелочным отсчётным устройством) предназначаются для измерения маленьких деталей (до 20 мм), их часто называют часовыми микрометрами.

Микрометр
мкм, μm
Пылинка микрометрового размера на булавочной головке
Величина	длина
Система	СИ
Тип	производная

Микроме́тр (русское обозначение: мкм, международное: µm; от греч. μικρός «маленький» + μέτρον «мера, измерение») — дольная единица измерения длины в Международной системе единиц (СИ). Равна одной миллионной доле метра (10 −6 метра или 10 −3 миллиметра): 1 мкм = 0,001 мм = 0,0001 см = 0,000001 м.

В 1879—1967 годах официально использовалось название микрон (мк, µ), которое затем было отменено решением XIII Генеральной конференции по мерам и весам (1967/68) [1] [2] .

Приставка микро-, служащая в СИ для образования дольных единиц, принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 году одновременно с принятием СИ в целом [3] .

Применение [ править | править код ]

Микрометр является стандартной единицей измерения, в которых выражается допуск отклонений от заданного размера (по ГОСТу) в машиностроительном и почти в любом производстве, где требуется исключительная точность размеров. В микрометрах также измеряют длину волн инфракрасного излучения.

Для лучшего представления этой единицы длины можно привести следующие примеры:

• длины волн видимого человеком света лежат в диапазоне от 0,38 (фиолетовый цвет) до 0,78 мкм (красный) [4] ;
• диаметр эритроцита составляет 7 мкм [5] ;
• толщина человеческого волоса от 40 до 120 мкм [6] .

Микрометры

Микрометрические инструменты

К микрометрическим инструментам относятся гладкие микрометры, микрометрические нутромеры, глубиномеры, а также рычажные микрометры, которые предназначены для абсолютных измерений наружных и внутренних размеров, высот уступов, глубин отверстий и т. д.
Принцип действия этих инструментов основан на использовании винтовой пары (винт-гайка) для преобразования вращательного движения микровинта в поступательное перемещение.
Цена деления таких инструментов 0,01 мм.

Классическая конструкция микрометра включает скобу с запрессованной неподвижной пяткой и стеблем (иногда стебель присоединяют к скобе резьбой) . Внутри стебля с одной стороны имеется микрометрическая резьба с шагом 0,5 мм, а с другой – гладкое цилиндрическое отверстие, обеспечивающее точное направление перемещения микровинта.
На винт насажен барабан, соединенный с трещоткой. Трещотка имеет на торце односторонние зубья, к которым пружиной прижимается штифт, обеспечивающий постоянное усилие измерения. Стопорное устройство служит для закрепления винта в нужном положении.

Отсчетное устройство микрометрических инструментов состоит из двух шкал: продольной и круговой. Продольная шкала имеет два ряда штрихов, расположенных по обе стороны горизонтальной линии и сдвинутых один относительно другого на 0,5 мм. Оба ряжа штрихов образуют одну продольную шкалу с ценой деления 0,5 мм, равной шагу микровинта.
Круговая шкала обычно имеет 50 делений (при шаге винта Р = 0,5 мм) .
По продольной шкале отсчитывают целые миллиметры и 0,5 мм, по круговой шкале – десятые и сотые доли миллиметра.

Конструкция микрометра впервые была запатентована французским изобретателем Жаном Лораном Палмером в 1848 году под названием «круговой штангенциркуль с круговым нониусом». Однако серийное производство микрометров началось лишь через несколько лет, — после посещения двумя американскими инженерами Д. Брауном и Л. Шарле Парижской выставки, где они увидели изобретение Ж. Палмера и организовали его серийным выпуск.

Микрометры – очень популярный инструмент для измерения наружных диаметров, толщин и т.п. Благодаря простой конструкции, удобству в обращении, быстроте в работе и достаточно высокой точности измерений, они – самые употребляемые цеховые инструменты для линейных измерений. Каждый станочник, слесарь, технолог и конструктор имеет собственный микрометр. Большое разнообразие конструкций, позволяющие измерять самые разные наружные поверхности делают их универсальными инструментами.
Изготавливают микрометры многие зарубежные и отечественные фирмы – Mitutoyo (Япония) , Tesa (Швейцария) , Carl Mahr (Германия) , Челябинский инструментальный завод (ЧИЗ) и Кировский инструментальный завод (КРИН) .

Качество современных микрометров очень высокое. Точный шлифованный винт, беззазорное соединение винта и гайки, твердосплавные торцевые измерительные поверхности обеспечивают плавное перемещение винта без биения торцевой поверхности. Применение нержавеющих сталей и термообработки обеспечивает антикоррозийные свойства инструмента, сопротивление износу и коррозии.
Положительной особенностью микрометров является соблюдение принципа Аббе, что существенно повышает точность измерения.

Современные микрометры, микрометрические инструменты и приборы подразделяются на две группы:
— механические микрометры со штриховой отсчетной шкалой;
— электронные микрометры с цифровым отсчетом.

Согласно ИСО 3611-2010 микрометры со штриховым отсчетом называют микрометрами с аналоговой индикацией, а микрометры с цифровым отсчетом называют микрометрами с цифровой индикацией.

Механический микрометр со штриховым отсчетом

Основным элементом микрометра является микрометрическая винтовая пара. С ее помощью поступательное перемещение измерительной поверхности (торца) микрометрического винта связано с поворотом отсчетного барабана. Один оборот барабана микровинта соответствует перемещению торца микровинта на один шаг резьбы винта. В большинстве конструкций шаг резьбы винта составляет 0,5 мм, а на барабан наносят 50 или 100 делений. Таким образом, цена деления отсчета составляет 0,01 или 0,05 мм. Резьба винта шлифуется на высокоточных станках. Микрометрическая пара в приборах оформлена в виде отдельного узла – микрометрической головки.

Микрометрическая головка входит в состав микрометров различного назначения, нутромеров, глубиномеров, различных стационарных приборов в качестве измерительного узла или узла, задающего точные перемещения, и т. п.

В головке микрометрический винт перемещается совместно с барабаном относительно стебля, жестко соединенного с микрометрической гайкой. Микрометрические головки обычно имеют две шкалы (рис.1): круговую для определения дробных долей оборота и линейную для определения числа полных оборотов микрометрического винта. Линейная шкала и продольный штрих нанесены на наружной поверхности стебля (или на гильзе, одеваемой на стебель) .
Цена деления линейной шкалы равна шагу винта, при шаге 0,5 мм наносятся две части шкалы с длиной деления 1,0 мм, сдвинутые друг относительно друга на 0,5 мм. Общая длина линейной шкалы определяется диапазоном измерительного перемещения микрометрического винта (обычно 25 мм) .
Круговая шкала нанесена на скосе барабана, торец которого является указателем линейной шкалы. Указателем круговой шкалы служит продольный штрих линейной шкалы.

Диаметр барабана выбран таким, чтобы длина деления была около 1 мм. Для отсчитывания дробных долей деления круговой шкалы в некоторых случаях применяют нониус, аналогичный нониусу штангенциркуля со считыванием без параллакса. Цена деления нониуса составляет 0,001 мм. Однако применение нониуса имеет смысл только в том случае, когда отсчитываемые доли деления меньше погрешности микрометрической передачи.

Для стабилизации измерительного усилия предусмотрено специальное устройство (трещотка, или фрикцион) , закрепленное на барабане. С помощью этого устройства на измерительной поверхности микрометрического винта создается усилие, лежащее для большинства случаев применения микрометрических головок в пределах 5-10 Н.

Микрометры являются универсальными инструментами для наружных измерений. Конструкция и метрологические характеристики микрометров определены ISO 3611:2010, DIN 863 и ГОСТ 6207-90.

Микрометр имеют скобу, в которую с одной стороны установлена микрометрическая головка, а с другой пятка, Конструкция микрометров предусматривает стопорное устройство для закрепления микрометрического винта. Измерительными поверхностями у микрометров являются параллельные плоскости торцов микрометрического винта и пятки, обычно имеющие диаметр 8 мм.

Для повышения точности измерений выпускают микрометры с диапазоном измерения до 100 мм с диаметром рабочих поверхностей (стебля и пятки) уменьшают до 6,5 мм. Для повышения износостойкости измерительные поверхности микрометров изготовляют из твердого сплава.
Скобы современных высокоточных микрометров выполняют с теплоизолирующим покрытием, чтобы уменьшить погрешности, вызываемые тепловым расширением при контакте с руками.

Для установки нулевого положения микрометры с нижним пределом измерений от 25 мм комплектуют установочными мерами. Цена деление большинства механических микрометров составляет 0,01 мм.
Выпускают также микрометры с ценой деления 0,05 мм и с нониусом с ценой деления 0,001 мм. Диапазон измерений микрометров до 1500 мм.

Микрометры для измерения диаметров более 500 мм (скобы) делают сварными из труб для облегчения и снабжают теплоизолирующими накладками. Микрометры снабжаются сменными наконечниками с приращением длины 25 мм.
Следует отметить, что измерение микрометрическим инструментами больших диаметров (более 500 мм) очень неудобная операция, требующая опыта и терпения.
Результат такого измерения не надежен.

Электронный микрометр с цифровым отсчетом

Несмотря на повсеместное распространение микрометров с штриховыми шкалами и нониусом, отсчет по двум штриховым шкалам и сложение их результатов неудобен, особенно при плохом зрении и недостаточном освещении. Поэтому появление электронных микрометров с цифровым отсчетом сделало процесс измерения значительно проще и удобнее, а в некоторых случаях и точнее.

Конструктивно электронный микрометр мало отличается от механического микрометра, но вместо штриховых шкал он снабжен инкрементным, как правило, емкостным преобразователем, небольшим электронным устройством и цифровым дисплеем.
Преобразователь аналогичен инкрементному преобразователю, применяемому в штангенциркуле. Он состоит из двух небольших дисковых пластин, на которых размещены изолированные друг от друга электроды. Один диск вращается вместе с винтом, второй неподвижен и удерживается шпонкой, расположенной вдоль винта. Оба диска перемещаются вместе с микровинтом на всю величину хода винта.

На скобе микрометра также расположен электронный микропроцессорный блок и цифровой дисплей с дискретностью показаний 0,01 или 0,001 мм. Высота цифр составляет 7-9 мм. На корпусе имеются две кнопки «вкл/выкл» и установка нуля. Установка нуля возможна как при сведенных пятках микрометра, так и любом месте диапазона измерения (например, для контроля партии одинаковых деталей) .

Некоторые модели имеют дополнительные функции, например, сортировка по размерам, кодовый выход на внешние устройства и т.д. Вся электронная система питается от небольшой литиевой батарейки, срок службы которой 1,5 года или 2000 часов.

Электронные микрометры выпускаются с диапазоном измерения до 300 мм и степенью защиты от IP40 – до IP65 по стандарту DIN EN 60529 и ГОСТ 14254-96.

Кроме стандартных микрометров выпускают много специализированных моделей, например, для измерения толщины стенок труб со сферическими измерительными поверхностями, для измерения мягких материалов с измерительными поверхностями в форме дисков, для измерения среднего диаметра резьбы, для измерения длины общей нормали зубчатых колес с измерительными поверхностями в форме дисков, для измерения наружного диаметра многолезвийного инструмента и др.

Прогрешность при измерении микрометром

Суммарная погрешность измерения с помощью микрометра состоит из следующих составляющих:

• погрешностей микрометрической головки;
• отклонения от плоскостности и от параллельности плоских измерительных поверхностей винта и пятки (при различных углах поворота микрометрического винта и при его стопорении) . При эксплуатации микрометров отклонения от параллельности измерительных поверхностей винта и пятки приводят к различной погрешности для разных форм измеряемых деталей (плоских, цилиндрических, сферических) . Также различными будут деформации этих деталей под действием измерительного усилия;
• деформации скобы микрометра под действием измерительного усилия;
• погрешности установочных мер;
• существенной составляющей погрешности измерения микрометрами (особенно микрометрами больших размеров) является температурная погрешность, вызываемая как разностью температур измеряемой детали и микрометра, так и нагревом микрометра, а иногда и контролируемой детали, теплом рук контролера (для уменьшения последней погрешности в микрометрах для измерения размеров свыше 50 мм предусмотрены теплозащитные накладки) ;
• погрешность, возникающая у электронных микрометров из-за ошибок емкостного преобразователя.

Пределы допускаемой погрешности микрометров приведены в Таблице 1 . Указанные значения погрешностей установлены в зависимости от диапазона измерений.

Предел допускаемой погрешности микрометрической головки (при выпуске ее в качестве отдельного изделия) оговорен ГОСТ 6507-78 «Микрометры с ценой деления 0,01 мм. Технические условия» в виде предельной погрешности δ = ±4 мкм.
Правильно было бы нормировать погрешность расстояний между двумя любыми точками — амплитудную погрешность, как это предусмотрено рекомендациями ИСО 3611-1978, так как механизм головки при установке барабана на нуль может занимать различные положения и при этом значение погрешности в каждой отдельной точке будет зависеть от положения нулевой точки.

Предельно допустимая погрешность G микрометра в любой точке диапазона измерений (25 мм) указана в Таблице 1 .