В чём измеряет микрометр

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 .

Микро́метр — измерительный прибор, предназначенный для измерения длины (линейного размера) с низкой погрешностью. Погрешность измерения микрометром составляет от 2 до 50 мкм в зависимости от измеряемых диапазонов и класса точности прибора. При измерении применяется абсолютный или относительный контактный метод и преобразовательным механизмом которого является микропара винт — гайка.

Содержание

История возникновения микрометра [ править | править код ]

Использование винтовой пары в отсчётном устройстве было известно ещё в XVI веке, например в пушечных прицельных механизмах (1570), позднее винт стали использовать в различных геодезических приборах. Первый патент на микрометр как самостоятельное средство измерений был выдан во Франции Ж.-Л. Пальмеру (фр. Jean-Louis Palmer) в 1848 году как на «винтовой штангенциркуль с круговым нониусом». Но в то время, при обработке материалов такая точность не достигалась, и новый измерительный прибор не нашел применения. Только в 1867 году американские инженеры Джозеф Браун и Луснан Шарпе начали производство микрометров [1] .

Принцип действия [ править | править код ]

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. Предельный диапазон измерений наибольшего из микрометров заканчивается на отметке в 3000 мм. 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. Постоянное осевое усилие при контакте винта с деталью обеспечивается фрикционным устройством — трещоткой (храповиком). 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.

Типы микрометров [ править | править код ]

Виды микрометров в зависимости от конструкции (формы корпуса или скобы, в которую встраивается микропара, формы измерительных поверхностей) или назначения (измерение толщины листов, труб, зубьев зубчатых колёс):

В последнее время некоторые производители [ какие? ] предлагают специальную трубную насадку с шариком диаметром 5 мм на пятку гладких микрометров, которая позволяет выполнять измерения аналогичные трубным микрометрам.

Микрометры выпускаются ручные и настольные, в том числе со стрелочным и цифровым отсчётным устройством. Цифровые микрометры обладают рядом преимуществ:

— выставление на нуль одним нажатием кнопки; — доступны относительные измерения (установка нуля в любой точке измерительного диапазона); — переключение между дюймовой и метрической системами исчисления; — в многих моделях возможна передача результатов измерений на персональный компьютер по нажатию кнопки или через заданный интервал времени.

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

Необходимые инструменты и материалы

Иногда измерение линейных размеров какого-нибудь предмета требует от нас точности, которую не может позволить себе доступная нам канцелярская линейка, тогда на помощь приходит микрометр. Разнообразие принципов работы этого инструмента дает возможность совершенствовать точность измерений, и это устройство освоит даже начинающий мастер.

Устройство микрометра и точность измерений

Предельная точность была критически необходима еще в XVI веке в оружейном деле, позже принцип этого несложного механизма стали применять в геодезии, а официально прибор вышел в таком виде, каким мы его сейчас знаем, в середине XIX века. Устройство микрометра довольно простое в механическом смысле, рабочими являются винт и гайка. А вот сами измерения снимаются со сложной и тщательно выверенной шкалы, причем не одной.

Почему этот инструмент имеет такое название? Чаще всего, диапазон размеров, которые может с достоверной точностью определить этот прибор, лежит в области микрон. 1 мкм (микрон) это не что иное, как 0,001 мм, вы даже представить не можете, насколько это мелкие параметры. Но такие мелочи меряются редко, чаще точность составляет около 50 мкм (погрешность при этом 2-9 мкм), что также довольно мелко для человеческого глаза, но уже крайне важно для некоторых точных сборочных работ или настроек.

Способов измерения этим инструментом может быть два – абсолютный и относительный (контактный). При первом способе мы прикладываем разъем прибора непосредственно к предмету, выставляем согласно его геометрии зажимы и смотрим на шкалу, где сразу же определяем размер в мкм. Относительный способ измеряет какие-либо параметры рядом находящихся предметов или границ, а потом математически вычисляется искомый параметр.

Микрометр механический – особенности прибора

Традиционно мы привыкли наблюдать в работе микрометр механический, хотя сегодня даже небольшое усовершенствование в виде электронной индикации вполне доступно и значительно упрощает использование. Но об этом приборе чуть позже, а сейчас разберем основные особенности механики. Состоит он из двух ясно различимых частей: ручки (стебель, барабан и трещотка) и выемки для размещения измеряемой детали (полукруг с опорной стойкой и направленным на нее микрометрическим винтом).

Сам процесс измерения заключается в ручном закручивании ручки, чтобы сомкнуть винт. Как только эти элементы сошлись вокруг детали, крутят трещотку для подгонки, потом она начинает прокручиваться, это означает, что параметр замерен, остается снять показания на шкалах, которые расположены на стебле и барабане. Некоторые модели инструмента снабжены стопорным механизмом, чтобы зафиксированная величина не сбилась, пока вы будете записывать значение в журнал или сравниваете размер с другой деталью.

Электронный микрометр – в чем преимущество?

Мы уже упомянули, что электронный микрометр – это всего лишь немного усовершенствованный механический инструмент, но что же нам это дает на практике? Использование электронной индикации и возможности более точной калибровки привело к увеличению точности и удобству замеров этим прибором. Так он может показывать размеры с точностью до 1 мкм с погрешностью до 0,1 мкм. Многие инструменты обладают встроенной калибровкой.

Электронное табло, которым оснащен этот инструмент, может быть настроено на несколько систем отсчета, например, миллиметры или дюймы. Также там производитель размещает полезные индикации, вроде уровня заряда батареи. Для снижения энергопотребления механизм запрограммирован на определенное время бездействия, после которого самостоятельно отключается, чаще всего это 5 минут.

Как пользоваться микрометром – простые рекомендации

Изучив всю познавательную информацию о новом для вас приборе, самое время разобраться, как пользоваться микрометром, чтобы измерения были максимально точными, насколько позволяет имеющийся у вас инструмент.

Как пользоваться микрометром — пошаговая схема

Шаг 1: Проверка и калибровка

Время от времени, а также сразу после покупки, следует проверить ваш инструмент на наличие дефекта при измерении. В случае сбитой шкалы можно провести регулировку, для этого в комплекте всегда идет ключ. Для проверки точности прибора делается простая операция – смыкаются измерительные плоскости без детали. Когда винт упирается в противоположную плоскость, индикатор электронного микрометра должен показать 0. В механическом приборе барабан должен практически полностью закрыть стебель, его скошенный край обязан остановиться ровно на нулевой отметке шкалы стебля, а ноль барабана должен совпасть с продольным штрихом стебля.

Перед измерением обязательно выдержите деталь и инструмент для измерения в одном температурном режиме (в одном помещении) хотя бы 3 часа.

Шаг 2: Фиксация детали

Внешне кажется, что все просто на этом этапе, вставляй деталь и зажимай, что есть мочи. Но это не совсем так, прибор высокоточный, и любое усилие исказит ваши результаты, а еще страшнее, если это собьет тонкую настройку всей системы. Но для предотвращения самодеятельности в приборе придуманы специальные механизмы. Сначала вы доводите винт до детали, расположенной возле второй измерительной плоскости, простым вращением барабана. Как только почувствовали упор, пора немного сместиться по рукоятке и продолжить вращать трещотку, это самый крайний вращательный элемент. Как только вы услышали характерный щелчок, потом второй и третий – самое время остановиться. Это значит, что деталь надежно зафиксирована, и три щелчка об этом вас известили.

Шаг 3: Снимаем показания шкал

Электронный прибор покажет вам все на индикаторе, тут разбираться не нужно, где искать заветные цифры. А вот с механикой нужно приловчиться. Начинаем снимать измерения с самого крупного разряда цифр, заканчивая самым мелким. Первым делом смотрим на шкалу стебля, это та часть рукоятки, которая оставалась все это время неподвижной. На ней имеются две шкалы, но они для удобства восприятия находятся на одной оси, просто деления снизу обозначают миллиметры (каждое деление равняется 1 мм), а сверху – половинки миллиметра (шаг 0,5 мм).

В том месте, где остановился край барабана, смотрим, сколько делений по нижней (пусть 6) шкале осталось видимыми, так мы узнаем первую цифру (6 мм). Если край барабана поравнялся с каким-то делением верхней шкалы, то цифра после запятой будет 5, если деление спряталось, то пока что после запятой стоит ноль, но следом рассматриваем шкалу барабана, где найдем сотые доли миллиметра, которые и приплюсуются к десяткам. Например, на верхней шкале мы половинчатое деление не увидели, следовательно, пока что у нас 6,0 мм. Но на барабане с горизонтальным штрихом стебля совпала цифра 22, тогда 6,0 0,22=6,22 мм. Если бы штрих на верхней шкале стебля был виден, то было бы 6,5 мм, и уже к нему прибавляли бы 0,22, получилось бы 6,72 мм.

Для подсчета приведен общий случай для самого распространенного в хозяйстве вида этого прибора. Но для каждого инструмента значение штрихов будет определяться его классом точности, поэтому сначала посмотрите, что значит разметка на шкалах, а потом начинайте подсчеты.