Приборная погрешность штангенциркуля
| Лидеры продаж ВИКФотоальбом дефектов основного металла Альбом радиографических снимков Документы
|
Лабораторная работа № 1
Лабораторная работа №1
Определение линейных размеров и плотности тел, оценка
Погрешностей измерений
Цель работы : измерение линейных размеров тел с помощью штангенциркуля и микрометра, изучение методики оценки погрешностей измерений, определить плотности тел правильной геометрической формы по данным измерений их линейных размеров и масс.
Приборы и принадлежности: Тела равного веса (цилиндрической формы), штангенциркуль, микрометр.
Краткая теория
Приборы для измерения линейных размеров тел
1. Нониус
Для измерения длины необходимо иметь масштаб, то есть линейку с делениями. Измеряемое тело прикладывается одним концом к нулю масштабной линейки; если при этом противоположный конец тела оказывается между m и (m+1) миллиметров делениями линейки, то это значит, что длина тела L больше m и меньше (m+1) мм:
m < L < (m+1) (мм).
Для более точного измерения длины тела масштаб должен быть снабжён нониусом. Нониус представляет собой линейку, передвигающуюся вдоль масштаба. Цена деления нониуса отличается от цены деления масштаба. Обычно она подбирается следующим образом: берут (n-1) делений масштаба и приравнивают их n делениям нониуса, так что каждое деление нониуса составляет (n-1)/n часть деления масштаба. Например, если n = 10, то каждое деление нониуса составляет 0,9 делений шкалы, 0,9 мм для миллиметрового масштаба.
Пусть правый конец измерительного тела AB находится между 15 и 16 делениями масштаба (см. примечание 1, рис.1). Плотно придвинув к этому концу тела нониус, определяем, что седьмое деление нониуса совпадает с одним из делений масштаба.
Найдём теперь избыток (Х) длины тела АВ сверх целых 15 единиц масштаба. Для этого, прежде всего отметим, что расстояние между 15-м делением масштаба, показывающим целое число делений масштаба, укладывающихся на длине тела АВ, и делением масштаба, совпадающим с делением нониуса (на рис.1, см. примечание 1, это расстояние обозначено СД) с одной стороны равно 7 делениям масштаба, а с другой стороны 7 делениям нониуса плюс Х, то есть 7 делений масштаба равно 7 делениям нониуса плюс Х, откуда Х = 7 дел. масштаба – 7 дел. нониуса.
Если масштаб-миллиметровая линейка и n = 10, то цена деления нониуса 0,9 мм и Х = 7 мм – 7 мм 0,9 мм = 0,7 мм.
Длина тела АВ L = 15,7 мм.
Обозначим цену деления масштаба Х, а цену деления нониуса у. Величина
z = Х - у = Х / n
носит название точности нониуса, она представляет максимальную погрешность нониуса.
В любом положении нониуса относительно масштаба одно из делений первого совпадает с каким-либо делением второго.
Длина отрезка, измеряемого при помощи нониуса, равна числу целых делений масштаба плюс точность нониуса, умноженная на номер деления нониуса, совпадающего с некоторым делением масштаба.
2. Штангенциркуль
На примере нониуса основано устройство прибора, называемого штангенциркулем. Масштабная линейка R (рис. 1,см. примечание 1) имеет выступ в виде ножки N, оканчивающейся острием. Рама, снабжённая выступом в виде второй ножки T, передвигается вдоль масштабной линейки, часть её служит нониусом. Измеряемое тело зажимается между ножками N и Т. Когда ножки сдвинуты, нуль нониуса совпадает с нулём масштаба. Измеряемое тело зажимается между ножками N и Т. измеряемая длина равна расстоянию между нулём масштабной линейки и нулём нониуса.
3. Микрометр
При точных измерениях расстояний нередко применяются микрометрические винты – винты с малым и точно выдержанным шагом. Такие винты используются, например, в микрометрах (рис. 2, см. примечание 1).
Подвижный стержень представляет собой конец винта. При каждом новом обороте винт передвигается на 0,5 мм – одно деление линейной шкалы на корпусе. С винтом связан барабан с круговой шкалой, содержащей 50 (или иное число) равных делений.
Так как один полный оборот барабана соответствует передвижению винта на 0,5 мм, то поворот барабана на одно деление перемещает винт на 0,01 мм.
Результат измерений складывается из показаний линейной шкалы на корпусе и показаний шкалы барабана.
Рукоятка микрометра снабжена "трещёткой", ограничивающей давление винта на измеряемое тело допустимым по ГОСТУ значением.
Измерения с помощью микрометра производятся с погрешностью, не превышающей 0,01 мм.
Классификация погрешностей измерения:
Измерения делятся на прямые и косвенные. Измерения, при которых физическая величина определяется непосредственно с помощью приборов, называются прямыми. Примеры прямых измерений: определение линейных размеров тел с помощью масштабной линейки, штангенциркуля или микрометра, взвешивание тел, измерение времени секундомером.
Чаще приходится вычислять искомую величину по формулам, включающим физические величины, получаемые прямыми измерениями. Такие измерения называются косвенными. Примеры косвенных измерений могут служить измерения объёмов тел. Объём параллелепипеда (V) вычисляется по формуле V = a b c, где а, b, с – длина, ширина и высота бруска – величины, получаемые путём прямых измерений, например, штангенциркулем.
Любые измерения производятся с некоторыми погрешностями (ошибками измерений).
Погрешности, возникающие вследствие недосмотра, грубых ошибок экспериментатора или неисправности аппаратуры называются промахи. Результаты измерений, содержащие грубые погрешности (промахи), отбрасываются.
Не связанные с грубыми ошибками погрешности делятся на случайные и систематические.
Погрешности, меняющие величину и знак от опыта к опыту, называют случайными. Случайные погрешности могут быть связаны с несовершенством объекта измерений, например, при измерении диаметра проволоки – она из-за случайных причин, возникающих при изготовлении, имеет не вполне круглое сечение, что приводит к разбросу повторных измерений её диаметра. Из-за не вполне правильной формы получаются несколько различные значения длины, ширины и высоты параллелепипеда при повторных измерениях. Типичным примером случайных погрешностей может служить так называемая ошибка параллакса: отсчёт делений шкалы прибора (например, нониуса) зависит от положения глаза экспериментатора. Случайные погрешности могут быть связаны с трением в приборах. Так стрелка измерительного прибора будет останавливаться не на "правильном" делении, а вблизи него то справа, то слева. При взвешивании случайные погрешности возникают в результате сотрясения основания весов при движении городского транспорта, от сквозняков и т.д.
Погрешности сохраняющие свою величину и знак во время экспериментов, называют систематическими. Они могут быть связаны с неправильной шкалой прибора, неравномерным шагом микрометрического винта, не равными плечами весов. Систематические ошибки могут быть связаны с методом измерений. Например, если при взвешивании тела не учитывать действия выталкивающей силы воздуха, мы будем всё время получать заниженные результаты взвешивания. Округляя численную величину до какого-то приближённого значения, например, полагая =3; =3,1; = 3,14; = 3,1416; и т.д. вместо = 3,14159265…мы допускаем систематическую погрешность.
К систематическим ошибкам приводит неправильная установка прибора, например, неопытный экспериментатор не отрегулировал "нуль", поставил весы вблизи трубы отопления, что привело к неодинаковому нагреву левого и правого плеча коромысла весов. В результате систематических погрешностей имеющие разброс из-за случайных ошибок результаты опыта колеблются не вокруг истинного, а вокруг некоторого смещённого значения.
Погрешность, вносимая измерительным прибором при каждом отдельном измерении, называется приборной погрешностью. Приборная погрешность содержит в себе как систематические, так и случайные погрешности. К систематическим погрешностям можно отнести погрешности, связанные со смещением начала отсчёта шкалы, с неравномерностью нанесения штрихов шкалы и т. п. Из случайных погрешностей в состав приборной погрешности входят погрешности, возникающие под действием силы трения в отдельных частях прибора, из-за движения частей прибора друг относительно друга в зазорах (люфт) и т.д.
Выявление систематических погрешностей измерительных приборов производится с помощью эталонных приборов и требует тщательных метрологических исследований. Поэтому в обычной лабораторной практике приборную ошибку приближённо считают случайной ошибкой, характерной для партии данных приборов в условиях их массового производства.
Абсолютной погрешностью измерений называют разность между найденным на опыте и истинным значением физической величины.
Относительной погрешностью измерений называют отношение абсолютной погрешности к значению измеряемой величины.
Так как обычно истинное значение измеряемой физической величины неизвестно, точно вычислить абсолютную и относительную погрешности измерений невозможно. При практических измерениях погрешности не вычисляются. Приёмы оценки погрешностей обосновываются теорией вероятностей и математической статистикой и изложены во многих пособиях и руководствах. Список некоторых из них приведён в конце описания.
Мы приводим здесь лишь краткие рекомендации по оценке случайных погрешностей при прямых измерениях.
Порядок выполнения работы
Оценка погрешностей прямых измерений:
Обозначим истинное значение (нам известное) измеряемой величины "Х ".
1. Проведите n измерений.
2. Результаты измерений Х1, Х2, Х3, … Хn заносятся в таблицу.
3. В качестве наилучшего значения для измеряемой величины принимается среднее арифметическое из всех полученных результатов. Среднее значение нескольких величин Х обозначается или <X>. Будем пользоваться первым из этих обозначений. Таким образом:
.
4. Находятся погрешности отдельных измерений
.
5. Вычисляют квадраты погрешностей отдельных измерений (Хi)2.
6. Если одно (или несколько) измерений резко отличаются по своему значению от остальных значений, то следует проверить не является ли оно промахом. Если это промах, его следует отбросить.
7. Определяется средняя квадратичная погрешность результата серии n измерений
8. Задаётся значение надёжности Р измерений. Количественно надёжность измерений определяется вероятностью того, что результат измерений отличается от истинного значения Х на величину, не большую Х.
Интервал значений , в котором с заданной надёжностью можно обнаружить значение измеряемой величины, называется доверительным интервалом.
Очевидно, что величина доверительного интервала и на-
дёжности взаимозависимы. Чем ближе Р к единице, тем шире оказывается доверительный интервал.
Следовательно, при практическом вычислении абсолютной ошибки результата измерений необходимо заранее условиться о величине надёжности, задать её. Надёжность задаётся, исходя из следующих соображений. При больших Р из-за увеличения Х теряется представление даже о порядке измеряемой величины. Поэтому брать Р очень близким к 1 нецелесообразно. При физических измерениях считается достаточной надёжность Р = 0,95.
9. Находятся границы доверительного интервала (погрешность результата измерений).
В математической статистике показывается, что при вычислениях доверительного интервала следует различать два случая.
Если число измерений
n > 30 X = K
n < 30 X = t
Здесь К – коэффициент для нормального распределения,
t – коэффициенты Стьюдента, вычисляемые по законам теории вероятностей. Их значение для разных n и Р приведены в таблицах 1 и 2 (см. приложение 2).
10. Определяется предельная погрешность используемого измерительного прибора ( ). Приборную погрешность обычно приравнивают равной 0,5 цены его деления. Для современных приборов погрешность указывается в паспорте.
Приборная погрешность электроизмерительных приборов вычисляется по их классу точности ( ):
где ХМ – значение измеряемой величины соответствующее перемещению стрелки на всю шкалу.
Доверительный интервал соответствующий приборной ошибке, определяется при заданной надёжности Р по формуле:
где К – коэффициент из таблицы 1.
В таблице 3 (см. приложение 2) приведены погрешности некоторых простейших лабораторных приборов.
11. Если величина погрешности результата измерений (определяемая в п.9 ) окажется сравнимой с величиной погрешности прибора, то в качестве границы доверительного интервала следует взять величину:
.
12. Окончательный результат записывается в виде:
.
13. Оценивается относительная погрешность результатов серии измерений:
%.
Оценка погрешностей косвенных измерений:
Пусть искомая величина U определяется из прямых измерений величин x, y, z, …причём в этом случае погрешность результата определяется следующим образом.
1. Для каждой серии измерений величин x, y, z, …, входящих в определение искомой величины, проводится обработка, как описано в п.3. При этом для всех измеренных величин задают одно и то же значение надёжности Р.
2. Находятся выражения для абсолютной и относительной погрешностей искомой величины U в соответствии с конкретным видом её функциональной зависимости от x, y, z, …, так как абсолютные погрешности много меньше измеряемых величин, их можно считать приблизительно равными дифференциалам: dx, dy, dz, U dU. Относительная погрешность косвенно измеряемой величины U может быть представлена через дифференциал логарифма:
.
Поэтому, если зависимость U = U( x, y, z,…) включает произведе-
ние, то для нахождения EU надо прологарифмировать выражение, а затем взять производную обеих частей и найти искомую отнсительную ошибку.
Если зависимость U = U( x, y, z,…) включает сумму, удобнее без предварительного логарифмирования искать путём дифференцирования абсолютную погрешность U.
В таблице 4 (см. приложение 2) приведены ошибки различных встречающихся в лабораторной практике функций.
3. Оцениваются границы доверительного интервала для результата косвенных измерений. При этом используется либо формула:
где вычисляются при , либо по одной из формул из таблицы 4 (см. приложение).
4. Определяется относительная погрешность результата серии косвенных измерений:
.
Содержание отсчёта
Письменный отсчёт по лабораторной работе должен содержать рисунки и формулы, разъясняющие действия нониуса, порядок (по пунктам) оценки погрешностей при прямых измерениях, таблицы результатов измерений, вычисления погрешностей прямых и косвенных измерений при определении объёма.
При защите необходимо знать определения, связанные с обработкой результатов.
Контрольные вопросы
1.
Список рекомендуемой литературы
1. Методика организации и проведения физического эксперимента (механика и молекулярная физика). Метод. указания, Краснодар.
2. М.Г. Брик, И.Д. Брегеда, М.П. Матвеякин. Методы обработки результатов эксперимента в лабораторном физическом практикуме. Учебное пособие. Краснодар, 1997.
3. О.Н. Касандрова, В.В. Лебедев. Обработка результатов наблюдений. Наука, М.: 1971.
4. Дж. Сквайрс. Практическая физика. М.: 1971.
5. Лабораторные занятия по физике. Под ред. Л.Л. Гольдина, М.: Наука, 1983.
Приложение1
Приложение 2
Таблица1. Коэффициенты нормального распределения
-
Р
0,5
0,63
0,75
0,8
0,9
0,95
0,99
К
0,7
1,00
1,15
1,3
1,7
2,00
2,60
Таблица 2. Коэффициент Стьюдента
-
Р n - 1
0,5
0,7
0,8
0,9
0,95
0,98
0,99
1
1,0
2,0
3,1
6,3
1,3
3,2
6,4
2
0,8
1,3
1,9
2,9
4,3
7,0
9,9
3
0,7
1,3
1,6
2,4
3,2
4,5
5,8
4
0,7
1,2
1,5
2,1
2,8
3,7
4,6
5
0,7
1,2
1,5
2,0
2,6
3,4
4,0
6
0,7
1,1
1,4
1,9
2,4
3,1
3,7
7
0,7
1,1
1,4
1,9
2,4
3,0
3,5
8
0,7
1,1
1,4
1,9
2,3
2,9
3,4
9
0,7
1,1
1,4
1,8
2,3
2,8
3,3
10
0,7
1,1
1,4
1,8
2,2
2,8
3,2
15
0,7
1,1
1,3
1,8
2,1
2,6
2,9
Таблица 3. Погрешности некоторых приборов
Название прибора | Цена деления | Погрешность | |
Штангенциркуль | 0,10 мм | 0,050 мм | |
0,05 мм | 0,025 мм | ||
Микрометр | 0,01 мм | 0,005 мм | |
Деревянная линейка | 1,00 мм | 0,500 мм | |
Пластмассовая линейка | 1,00 мм | 0,500 мм | |
| Технические разновесы | 100 г 10 г 1 г 10 – 500 мг 1 мг | 2,0 мг 2,0 мг 1,0 мг 0,5 мг 0,1 мг | |
Электроизмерительные приборы | Класс точности, Х пред. | ||
Лабораторные термометры | 10С | 0,50С | |
Таблица 4. Приближённое определение погрешностей функций нескольких переменных
| Вид функции: U=U(x,y,z,…) | Абсолютная погрешность: U | Относительная погрешность: EU = U/U |
Ax+By A=const, B=const |
|
|
| Ax - By |
| |
| Ax + Ay + Cz |
|
|
| xy |
|
|
| xyz |
|
|
| Вид функции: U=U(x,y,z,…) | Абсолютная погрешность: U | Относительная погрешность: EU = U/U |
|
|
| |
| x y z |
|
|
|
|
|
|
10
Типы ошибок штангенциркуля (нониус, циферблат и цифровая модель)
Существует множество причин ошибок, которые могут возникнуть при использовании штангенциркуля, будь то нониус, циферблат и цифровая модель. Источники погрешности могут быть вызваны неисправностями прибора, человеческим фактором в методе расчета, факторами окружающей среды и т. д. Эти погрешности, кроме того, могут негативно повлиять на результаты измерений; хотя некоторые ошибки все еще находятся в пределах допуска.
Поэтому знание всех ошибок важно для окончательного контроля над ними. Несколько ошибок в штангенциркуле обсуждаются ниже:
1. Ошибка параллакса
Ошибка параллакса возникает в моделях с нониусом и циферблатом. Пожалуй, это самые ошибки, которые случаются в штангенциркуле.
Ошибка параллакса, как следует из названия, возникает, когда глаза не параллельны маркировке устройства по прямой линии. Другими словами, это происходит, когда объект рассматривается под углом. По этой причине измерительная градуировка отображается в другом положении, чем ее фактическое положение.
Решение:
Ошибку параллакса можно исправить/контролировать, улучшив метод/технику проведения измерений. Или просто вы можете изменить свой нониус или модель циферблата на цифровую.
2. Ошибка Аббе
В отличие от микрометров, которые не подвержены ошибкам Аббе, штангенциркуль подвержен этой ошибке. Хуже того, ошибки Аббе могут возникать с любым типом штангенциркуля. Причина этой ошибки заключается в том, что суппорты не соответствуют правилу выравнивания Аббе.
В отличие от ошибки параллакса, ошибка Аббе возникает не из-за выравнивания угла обзора, как ошибка параллакса, а из-за выравнивания оси станка .
Расстояние между осью инструмента и осью, вдоль которой измеряется объект, называется смещением Аббе. Теперь, если расстояние по шкале не будет соответствовать расстоянию вдоль предмета, перенесенного в перпендикулярном направлении, то это вызовет ошибку измерения. Эту ошибку можно измерить, взяв тангенс угловой ошибки, умноженный на смещение Аббе.
Решение:
Ошибку Аббе можно контролировать, осторожно помещая объект между губками штангенциркуля. Важно не использовать кончик штангенциркуля для твердых предметов. Кроме того, чрезмерное усилие, прилагаемое к твердым твердым предметам, также может сломать челюсти и вызвать смещение. Кроме того, к этой ошибке может привести любой изгиб или неровность корпуса нониуса. Таким образом, настоятельно рекомендуется не использовать штангенциркуль для каких-либо прочных работ, таких как молоток и т. д.
3. Ошибка из-за низкого заряда батареи
Эта ошибка связана с цифровым штангенциркулем. Когда у цифровых штангенциркулей разряжена батарея, цифры на экране начинают мигать и теряют контрастность из-за снижения напряжения. Это может привести к выполнению пользователем неправильных измерений из-за несовершенного отображения. Кроме того, низкая мощность также может отображать неправильное число на ЖК-дисплее.
Решение:
Если вы предпочитаете пользоваться цифровым штангенциркулем, всегда имейте запас батареи. Рекомендуется менять батареи, когда начинает появляться признак низкого заряда батареи, чтобы избежать необнаруженных ошибок. На рынке представлены различные цифровые штангенциркули, и они поставляются с разными моделями аккумуляторов. Итак, вы должны знать, какой тип батареи вы используете.
Важно хранить штангенциркуль, вынув батарейки, если вы уверены, что не будете использовать его в течение нескольких месяцев. Это не только экономит энергию, но и помогает предотвратить ржавчину между контактами аккумулятора и штангенциркулем, а также утечку.
4. Случайная ошибка
Случайная ошибка связана с проблемой точности определенного измерительного прибора. Эта ошибка представляет собой отклонение показаний одного и того же объекта от истинных показаний.
Отклонение от истинного показания по величине (маленькая или большая) и направлению (положительное или отрицательное).
Случайная ошибка может быть связана с ошибкой параллакса, вызывающей противоречивые показания. Условия окружающей среды также могут регистрировать эту ошибку, поскольку разные материалы по-разному реагируют на температуру и другие условия. Чрезвычайная чувствительность измерительного прибора также может решить эту проблему случайной ошибки, поскольку небольшие изменения могут изменить показания.
Решение:
Эти источники ошибок трудно устранить, но есть решение.
Из-за изменчивости данных случайную ошибку можно устранить, если провести несколько измерений одной и той же величины, а затем взять среднее значение.
Проще говоря, вы должны использовать цифровой штангенциркуль с функцией передачи данных (беспроводной или проводной) на внешнее устройство, такое как планшет, компьютер и т. д. Используя этот цифровой штангенциркуль, вы можете выполнять повторяемые измерения, легко записывать эти показания в электронной таблице, а затем вычислить среднее значение. Чем больше данных вы берете, чтобы найти среднее значение, тем точнее оно соответствует истинному значению.
Цифровые штангенциркули с этой функцией доступны по доступным ценам, например iGaging 100-700-06-I и Vinca DCLA-0605.
Для контроля этой ошибки также рекомендуется проводить измерения в контролируемых условиях. Более того, поддержание хорошего метода также важно, чтобы не столкнуться с этой ошибкой.
5. Систематическая ошибка
В отличие от случайной ошибки, вызывающей проблемы с точностью, систематическая ошибка связана с проблемой точности.
Постоянно отклоняет показания от истинного значения. Хотя оно содержит изменчивость, среднее значение показывает большое отклонение от истинного значения.
Систематическая ошибка делает невозможным получение правильного показания, так как влияет на все показания одинаковой величины и направления. К сожалению, его нельзя устранить путем нахождения среднего значения (усреднения). Это может быть вызвано неисправностью прибора или неправильным использованием метода измерения.
Систематическая ошибка может быть устранена только в том случае, если известна ее причина. Нулевая ошибка — это всего лишь вариант систематической ошибки.
Эта ошибка также может быть вызвана плохой калибровкой оборудования, фиксированными изменениями оборудования из-за изменений окружающей среды или неопытными пользователями. Поэтому важно быть уверенным в любой из вышеперечисленных причин, прежде чем исправлять их для получения точных показаний с помощью штангенциркуля.
6. Ошибка нуля
Ошибка нуля возникает из-за того, что показания нуля нониуса и основной шкалы не совпадают, образуя выравнивание. Если измерение продолжится, оно будет генерировать вводящие в заблуждение показания.
Имеет два типа: положительная и отрицательная ошибка нуля. Положительная ошибка нуля возникает, когда нулевое показание верньерной шкалы останавливается после нулевого показания основной шкалы. Напротив, отрицательная ошибка нуля возникает, когда нулевое показание нониусной шкалы останавливается перед нулевым показанием основной шкалы.
Решение:
Рассчитайте ошибку нуля и найдите значение. Каждый раз, когда вы проводите измерения с помощью этого штангенциркуля, вы должны прибавлять или вычитать это нулевое значение ошибки.
7. Чрезмерное усилие
Чрезмерное усилие на губках штангенциркуля приводит к ошибкам при проведении измерений. Всегда рекомендуется не прилагать чрезмерных усилий к челюстям и всегда осторожно помещать предмет между челюстями. Это становится еще более важным, когда имеешь дело с мягкими предметами, которые могут изменять свои размеры при приложении повышенного усилия.
Решение:
Как было сказано ранее, осторожно зажимайте предметы челюстями. Сжатие челюстей с приличной силой должно поддаваться тренировке. Еще один способ решить эту проблему — просто использовать штангенциркуль с малым усилием, такой как Mitutoyo 573-291-30.
8. Человеческие ошибки
Такие ошибки, как ошибка параллакса, ошибочное представление числа и неправильные вычисления, считаются человеческими ошибками. В основном это связано с неопытностью пользователей штангенциркуля. Чрезмерное усилие измерения на губках штангенциркуля также является источником погрешности штангенциркуля.
Решение:
Поэтому для устранения этой ошибки очень важно правильно обучить пользователя перед использованием штангенциркуля.
9. Точность градуировки
Недорогой штангенциркуль может быть изготовлен по низкой цене. Градуировка может быть нанесена низкоточным лазерным травлением. Конечно, это также порождает вводящее в заблуждение чтение. Пластиковый суппорт может быть подвержен этой проблеме. Вероятность ошибки легко обнаружить, если вы проверите показания с помощью набора мерных блоков разной длины.
Совет
Необходимо всегда правильно ухаживать за суппортами. Вы должны следить за точностью штангенциркуля посредством регулярной калибровки. Не забывайте чистить до и после использования. Кроме того, измерения должны проводиться при контролируемой температуре и условиях. Кроме того, пользователь должен быть обучен правильным методам, чтобы избежать ненужных ошибок в измерениях.
Штангенциркуль — Детали, Типы, Работа, Наименьшее количество, Ошибки
Введение в штангенциркуль и типы штангенциркуля:
Штангенциркуль — это инструмент, который чаще всего используется для различных точных измерений, который не обязательно связан с производителем техники.
Существует три типа штангенциркуля , которые используются в физической лаборатории для точного измерения длины малых объектов, что было бы невозможно сделать с помощью метровой шкалы.
- Тип A
- Тип B
- Тип C.
Штангенциркуль в основном используется для измерения внутреннего и внешнего диаметров объекта. Слово штангенциркуль означает любой инструмент с двумя губками, который используется для определения диаметров объектов.
В древнем Китае штангенциркуль зародился без начала шкалы как династия Цинь (9 г. н.э.). В 1631 году француз Пьер Вернье представил устройство для получения точных измерений, необходимых для научных экспериментов.
Принцип работы штангенциркуля заключается в том, что когда используются две шкалы или деления, немного отличающиеся по размеру, то разница между ними используется для повышения точности измерения.
См. также: Микрометр Винтовой калибр и типы микрометров [Полное руководство]
Части штангенциркуля
Основными элементами штангенциркуля являются:
- Винт основной шкалы
- Стопорный винт
- Глубинный стержень
- Фиксированная губка и
- Подвижная губка
Штангенциркуль Описание детали
Штангенциркуль состоит из двух стальных линеек, которые могут скользить вместе друг с другом.
Один представляет собой длинную прямоугольную металлическую полосу с фиксированной губкой на одном конце. Он градуирован в дюймах на верхнем конце и в сантиметрах на нижнем конце, что называется основной шкалой.
Основная шкала нанесена на сплошные рамки Г-образной формы, на которых сменные шкалы разделены на 20 частей так, что малое деление равно 0,05 см. Это позволяет улучшить широко используемые методы измерения по сравнению с прямым измерением методом линейной градуировки.
Существует еще одна небольшая прямоугольная металлическая полоска, градуированная в особом отношении к основной шкале, называемая нониусной шкалой, которая скользит по этой длинной металлической полосе и имеет губку, аналогичную губке основной шкалы.
На штангенциркуле имеются две губки верхняя и нижняя губки. Эти челюсти вместе используются для надежного удержания объекта при измерении его длины, что невозможно с помощью измерительной шкалы.
Наружные или нижние губки, которые обычно используются для измерения диаметра сферы или цилиндра. Внутренние или верхние губки, которые обычно используются для измерения внутреннего диаметра полого цилиндра.
К задней части штангенциркуля прикрепляется металлическая полоска, которая используется для измерения внутренней глубины цилиндра.
Читайте также: Список механических свойств, которые должен знать каждый инженер-механик
Принцип работы штангенциркуля
Весы не могут измерять объекты размером менее 1 мм, но штангенциркуль может измерять объекты до 1 мм. Как уже известно, штангенциркуль имеет две шкалы: основную шкалу и нониусную шкалу, вместе это устройство используется для измерения очень малых длин, таких как 0,1 мм.
Здесь основная шкала имеет наименьшее значение 1 мм, а нониусная шкала имеет наименьшее значение 0,9 мм. Таким образом, 10 единиц основной шкалы составляют 1 см, тогда как 10 единиц шкалы нониуса составляют 0,9 мм.
Единица нониуса - 9 мм. Таким образом, эта разница между основной шкалой и шкалой нониуса, которая составляет 0,1 мм, является принципом работы штангенциркуля.
Наименьшее значение нониуса
Разница между значением одного основного деления шкалы и значением одного деления шкалы нониуса называется наименьшим значением нониуса.
Наименьшее количество штангенциркуля — это наименьшее значение, которое мы можем измерить с помощью этого устройства. Для расчета наименьшего счета нониуса используется значение одного деления основной шкалы, деленное на общее количество делений на нониусной шкале.
Допустим, если значение одного деления основной шкалы равно 1 мм, а общее количество делений на нониусной шкале равно 10 мм, то наименьший счет будет равен 0,1 мм. Таким образом, наименьший счет определяется как наименьшее расстояние, которое можно измерить от инструмента.
Ошибка нуля нониуса
Ошибка нуля в штангенциркуле является математической ошибкой, из-за которой, Ноль нониуса не совпадает с нулем основной шкалы.
Другими словами, если нулевая отметка на нониусной шкале не совпадает с нулевой отметкой на основной шкале, то возникающая ошибка называется ошибкой нуля. Они бывают 2 видов.
- Нет ошибки нуля
- Положительная ошибка нуля
- Отрицательная ошибка нуля
Нет ошибки нуля
В нет ошибки нуля , когда мы сводим две челюсти вместе. Вы увидите, что ноль основной шкалы совпадает с нулем шкалы нониуса. они находятся точно на прямой линии, поэтому этот штангенциркуль свободен от нулевой ошибки, или вы можете сказать, что в этом штангенциркуле нет нулевой ошибки.
Положительная ошибка нуля
В положительная ошибка нуля Давайте объединим эти челюсти. видите, ноль нониуса находится впереди нуля основной шкалы. Или вы можете сказать, что ноль шкалы нониуса находится справа от нуля основной шкалы.
В обоих случаях либо перед нулем основной шкалы, либо справа от нуля основной шкалы. это называется ошибкой нуля и является положительной
Отрицательной ошибкой нуля
В отрицательной ошибке нуля мы соединим две челюсти. Здесь вы можете видеть, что ноль нониуса находится на обратной стороне нуля основной шкалы. Или слева от нуля основной шкалы.
Таким образом, если нуль нониуса находится сзади или слева от нуля основной шкалы, в обоих случаях ошибка нуля является отрицательной ошибкой.
Типы штангенциркуля Vernier
Следующие приведены различные типы штангенциркуля Vernier:
- Плоский край верние штангенциркуль
- Нониусный штангенциркуль
- Нониусный штангенциркуль
1. Штангенциркуль с плоской кромкой
Этот тип нониуса используется для обычных функций. Мы можем произвести внешние измерения длины, ширины, толщины и диаметра изделия и т. д.
Так как стрела его кромки имеет особый тип, с ее помощью также можно снять внутренний размер. Но из этого измерения необходимо вычесть широту рабочих мест. Это измерение часто пишут на челюсти, в противном случае его следует измерять микрометром.
2. Кромка ножа Штангенциркуль
Лезвие этого штангенциркуля похоже на нож. Другие части этого штангенциркуля аналогичны другим штангенциркулям, как показано на рисунке. Этот штангенциркуль используется для измерения узкого пространства, расстояния между отверстиями двутаврового болта и т. д.
Основной его недостаток в том, что из-за тонкого края челюсти он быстро изнашивается и начинает давать неточные измерения. Его следует использовать экономно и осторожно.
3. Штангенциркуль с плоской кромкой и ножевой кромкой
Некоторые компании также производят штангенциркули, у которых губка с одной стороны похожа на обычный штангенциркуль, а с другой стороны губка с острой кромкой, как показано на рисунке. С помощью этого штангенциркуля можно легко измерить все виды работ.
4.
Штангенциркуль с зубчатым нониусом Это особый тип инструмента, представляющий собой комбинацию двух штангенциркулей. Он содержит две отдельные шкалы, вертикальную и горизонтальную, как показано на рисунке
. С помощью штангенциркуля толщина зуба шестерни может быть взята из делительной окружности. Другими словами, штангенциркуль используется для измерения различных частей шестерни.
5.
Нониусный глубиномерКак видно из названия, этот инструмент используется для измерения глубины паза изделия, его отверстия или канавки. Это почти похоже на штангенциркуль. Точно так же берется и его чтение. Но вместо челюсти в нем используется основание плоской формы, как показано на рисунке.
Этот глубиномер сделан из тонкого бруска, похожего на узкую линейку. Основная шкала и нониусная шкала в нем также в дюймовой или метрической системе. Его особенность в том, что мы можем снимать с него три типа измерений:
- Его основная шкала размечена в частях дюймов и разделена на 64 подраздела.
- Другой конец разделен на 40 подразделов, и каждая четвертая строка немного больше.
Он содержит локальный размер от 1,2,3 до 9. Там же находится нониусная шкала, с помощью которой можно измерить минимум 0,001″.
- На оборотной стороне градуировка в миллиметрах, минимальная погрешность 0,02 мм с помощью нониуса.
6.
Нониусный измеритель высотыИспользуется для точного измерения высоты изделия или для маркировки. Он почти аналогичен штангенциркулю, но используется с дополнительными насадками. Балка остается закрепленной на основании в удлиненной форме. На самой балке устанавливается выносная чертилка, с помощью которой измеряется высота работы или делается разметка. Его основания бывают двух типов:
- Твердое основание
- Подвижное основание
В нониусном датчике высоты скользящее основание остается постоянно соединенным с балкой, как показано на рисунке.
В этом типе нониусного высотомера нет возможности установить балку или основание в соответствии с требованиями работы. В верньере с подвижным основанием эта возможность существует. Этот тип нониуса высотомера представляет собой набор, который имеет базовый штангенциркуль, фиксирующий винт смещенной разметки и т. д. Все его части показаны на рисунке.
Этот тип штангенциркуля можно использовать как обычный штангенциркуль, отделив его основание. При использовании обоих типов нониусных высотомеров необходимо помнить о следующих моментах:
- Он всегда должен использоваться на ровной поверхности рабочих мест.
- При маркировке не следует оказывать чрезмерное давление на разметчик.
- Должен использоваться только на поверхностной плите.
- Его следует использовать только для точной маркировки или измерения.
- Его показания следует записать.
7.
Штангенциркуль с циферблатом При работе с обычным штангенциркулем возможны ошибки, связанные с четкостью показаний. Для этой цели в настоящее время используются штангенциркули с нониусом. Вместо шкалы нониуса он содержит градуированную шкалу, как показано на рисунке.
Подобно штангенциркулю, он может измерять как в дюймах, так и в миллиметрах. Как и в циферблатном индикаторе, в нем используется рейка и шестерня. Стойка остается на основной шкале, которая соединена с шестерней циферблата.
Для использования подвижная челюсть перемещается роликом большого пальца. Для снятия показаний мы должны проверить, сколько основных и вспомогательных отметок в дюйме пересекла скошенная кромка подвижной челюсти, и добавить показания, которые дает стрелка на циферблате.
Тип A , B, и C .
Штангенциркули классифицируются на основе международного стандарта IS 3651-1974, в соответствии с которым были определены три типа штангенциркулей для удовлетворения требований к внешним и внутренним измерениям до 2000 мм с точностью 0,02, 0,05 и 0,1 мм. . Типы штангенциркуля называются 9.0007 тип A , тип B, и тип C .
Тип A
- Это сделано только с одной шкалой на передней части луча для прямого считывания.
- Имеет губки с обеих сторон для внешних и внутренних измерений.
- Также имеется лезвие для измерения глубины.
- Штангенциркули изготовлены из высококачественной стали, а измерительные поверхности закалены до твердости 650 HV. минимум.
Балка выполнена плоской по всей длине с допусками
- 0,05 мм для номинальной длины до 300 мм,
- 0,08 мм для размеров от 900 до 1000 мм и
- 0,15 для размеров 1500 и 2000 мм.
Направляющая поверхность балки выполнена прямолинейной с точностью до 0,01 мм для диапазона измерения 200 мм и 0,01 мм через каждые 200 мм диапазона измерения или большего размера.
По ИС 3651-1974 номинальные размеры для измерения
0-125, 0-200, 0-250, 0-300, 0-500, 0-750, 0-1000, 750-1500 и 750-2000мм.
Шкала предназначена как для внешних, так и для внутренних измерений.
Неподвижная губка выполнена как неотъемлемая часть балки, а подвижная губка плотно прилегает к балке с возможностью скольжения и обеспечивает движение вдоль штанги без заеданий.
Тип B
- Сделана только одна шкала на передней части луча для прямого считывания.
- Имеет губки с одной стороны для внешнего и внутреннего измерения.
Балка выполнена плоской по всей длине с допусками
- 0,05 мм для номинальной длины до 300 мм,
- 0,08 мм от 900 до 1000 мм и
- 0,015 мм для размеров 1500 и 2000 мм. 200 мм и
- 0,01 мм каждые 200 мм диапазона измерения большого размера.
Основная шкала служит для внешних измерений, а внутренние измерения выполняются путем прибавления ширины внутренних измерительных губок к показанию на шкале.
По ИС 3651-1974 номинальные размеры для измерения
0-25, 0-200, 0-250, 0-300, 0-500, 0-750, 0-1000, 750-1500 и 750-2000мм.
Шкала предназначена как для внешних, так и для внутренних измерений.
Измерительные поверхности отшлифованы, а часть губок между балкой и измерительными поверхностями снята.
Неподвижная губка выполнена как неотъемлемая часть балки, а подвижная губка плотно прилегает к балке с возможностью скольжения и обеспечивает движение вдоль штанги без заеданий.
Тип C
- Выполнена только одна шкала передней балки для прямого считывания.
- Имеет губки с обеих сторон для выполнения измерений и маркировки.
Балка выполнена плоской по всей длине в пределах допусков
- 0,05 мм для номинальных длин до 300 мм,
- 0,08 мм от 900 до 1000 мм и
- 0,15 мм для размеров 15000 и 2000 мм.
Направляющая поверхность балки выполнена прямолинейной с точностью до 0,01мм для диапазона измерения 200мм и 0,01мм через каждые 20мм диапазона измерения большого размера.
По ИС 3651-1974 номинальные размеры для измерения
0-125, 0-200, 0-250, 0-300, 0-500, 0-750, 0-1000, 750-1500 и 750-2000мм.
Шкала предназначена как для внешних, так и для внутренних измерений.
Измерительные поверхности отшлифованы, а часть губок между балкой и измерительными поверхностями снята.
Неподвижная губка выполнена как неотъемлемая часть балки, а подвижная губка плотно прилегает к балке с возможностью скольжения и обеспечивает движение вдоль штанги без заеданий.
Работа штангенциркуля
Подвижная губка движется по основной шкале с направляющей поверхностью, которая сопровождается нониусной шкалой, у которой с левой стороны имеется измерительный наконечник.
Когда две поверхности измерительного наконечника соприкасаются друг с другом, шкала показывает нулевое значение.
Более тонкая регулировка подвижной губки осуществляется с помощью регулировочного винта.
By Lookang большое спасибо Фу-Квун Хвангу и автору Easy Java Simulation = Франсиско Эскембре — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15912813 Сначала весь узел подвижной губки настраивается таким образом, чтобы два измерительных наконечника едва касались измеряемой детали. Затем блокировка B затягивается.
Окончательная регулировка в зависимости от ощущения правильного ощущения производится с помощью регулировочного винта, который приводит в движение часть, содержащую стопорную гайку А и подвижную губку, поскольку регулировочный винт вращается на винте, который каким-то образом закреплен на подвижной губке.
После того, как окончательная регулировка произведена, стопорная гайка также затянута и показание зафиксировано. Измерительные наконечники сконструированы таким образом, что их можно использовать для измерения как внешних, так и внутренних размеров.
Как правильно пользоваться штангенциркулем. Пошаговые инструкции
- Полностью очистите как деталь, так и штангенциркуль, чтобы на них не было заусенцев и других препятствий.
- Ослаблены зажимные винты на обеих подвижных губках. Установите скользящую челюсть немного больше, чем измеряемые параметры.
- Зажимная гайка крепится к балке. Плотно прижмите, но не блокируйте зажимной винт на подвижной губке.
- Поместите неподвижную губку в контакт с контрольной точкой элемента детали.
- Выровняйте луч штангенциркуля в обеих плоскостях так, чтобы он был максимально параллелен линии измерения.
- Поверните регулировочную гайку так, чтобы подвижная губка едва касалась детали.
- Затяните зажимной винт на подвижной губке, не нарушая ощущения между суппортом и деталью.
- Считайте на месте, не нарушая часть суппорта, если это возможно, в противном случае снимите суппорт.
- Запишите показания на бумаге, отметьте на детали или на чертеже детали.
- Повторите этапы измерения достаточное количество раз, чтобы исключить любые явно неправильные показания и усреднить остальные для желаемого измерения.
- Ослабьте оба зажима, сдвиньте подвижную губку в открытое положение, удалите работу, если она еще не выполнена.
- Чистка, смазка и замена инструментов в коробке.
- Проверьте сами, какие ошибки могут остаться в моем измерении.
Общие ошибки при измерении штангенциркулем
Ошибки штангенциркуля возникали из-за неправильного обращения с губками на заготовке. При измерении наружного диаметра необходимо следить за тем, чтобы штанга штангенциркуля и плоскость губок штангенциркуля были действительно перпендикулярны к заготовке.
Во избежание ошибок необходимо следить за тем, чтобы суппорт не перекашивался и не перекручивался. Но это происходит из-за относительно длинного выдвижения основного стержня среднего штангенциркуля. Точность зависит в большей степени от состояния губок штангенциркуля.
Точность и естественный износ, коробление губок штангенциркуля следует часто проверять, плотно охлаждая их вместе или устанавливая на отметку 0,0 основной и нониусной шкалы.
В указанном выше положении, когда прибор поднесен к источнику света, в случае износа, пружины или перекоса, наблюдаемого состояния детонации и погрешности измерения более 0,005 мм, прибор не следует использовать и отправить на ремонт.
Всякий раз, когда изнашивание или заворачивание рамы подвижной челюсти приводит к тому, что она не скользит прямо и плотно на балке главного суппорта, появляются челюсти. При измерении внутреннего диаметра губки штангенциркуля могут стать кривыми или его внешние края стерлись.
Преимущества и недостатки нониусных весов
Преимущества
- Усиление достигается конструкцией и не зависит от частей, которые могут выйти из строя, или от калибровки.
- Интерполяция при чтении невозможна, не говоря уже о необходимости.
- Настройка нуля очень проста.
- Теоретический предел диапазона шкалы отсутствует.
Недостатки
- Основные недостатки заключаются в инструментах, на которых используются нониусы.
- Надежность считывания больше зависит от наблюдателя, чем от инструментов.
- Нет возможности исправить какие-либо ошибки, кроме нулевых настроек.
- Дискриминация ограничена.
Меры предосторожности при использовании штангенциркуля
Часто во время экспериментов или в промышленности существует очень небольшая погрешность. Некоторые из этих ошибок связаны с условиями окружающей среды или присущи процедуре, которую мы не можем контролировать.
Другая часть связана с человеческим фактором и ошибками в системе. Эти ошибки находятся под нашим контролем и могут быть устранены, если будут приняты надлежащие меры, в противном случае измерения могут быть значительно неточными, что, очевидно, нежелательно.
При использовании штангенциркуля необходимо соблюдать следующие меры предосторожности. Эти меры предосторожности необходимы для сведения к минимуму любых ошибок, которые могут повлиять на точность измерения.
Номер 1
Наиболее распространенной формой ошибки является ошибка параллакса. Это означает «изменение». Эта ошибка возникает, когда объект наблюдается под углом. Из-за этого объект кажется немного в другом положении, чем он есть на самом деле, и может привести к неправильному показанию измерительной шкалы. Чтобы устранить эту ошибку, наблюдатель должен располагать глаза прямо над шкалой при измерении показаний основной шкалы и совпадения нониуса.
Номер 2
При измерении убедитесь, что все показания берутся в одной и той же системе единиц. например,
- MKS единицы измерения метра, килограмма и секунды для измерения длины, веса и времени.
- Система СГС, в которой используются единицы измерения сантиметр, грамм и секунда.
Если какие-либо измерения производятся в единицах измерения в другой системе, их следует преобразовать в соответствующие единицы перед использованием в каких-либо расчетах.
Номер 3
Избегайте чрезмерного приложения силы к губкам при захвате измеряемого объекта. Объект всегда должен быть аккуратно зажат между челюстями. Это чрезвычайно важно при измерении легко деформируемых объектов, например проводов.
Номер 4
Как уже говорилось выше, прежде чем проводить какие-либо измерения, убедитесь, что штангенциркуль не имеет погрешности нуля. При наличии нулевой ошибки следует применить соответствующие поправки.
Номер 5
Точность измерения в первую очередь зависит от двух органов чувств:
- Зрение
- Осязание
Номер 6
Поверхность объекта и крышки прибора следует очистить и высушить тканью, смоченной чистящим маслом.
Номер 7
Ослабьте стопорный ключ штангенциркуля и убедитесь в отсутствии трения между шкалами при перемещении губок штангенциркуля.
Номер 8
В случае цифрового штангенциркуля необходимо предпринять следующие дополнительные шаги: Приведите губки в контакт друг с другом, а затем нажмите кнопку включения/выключения.
- Проверьте показание и убедитесь, что оно равно нулю.
- Переместите ползунок и проверьте, правильно ли работают все кнопки и ЖК-дисплей.
Загрузить PDF-файл этой статьи
Если вы считаете эту статью полезной, поделитесь ею с друзьями.