1. Wstęp teoretyczny.
Wzorce miar długości są urządzeniami odtwarzającymi praktycznie niezmiennie jedną lub więcej znanych wartości długości. Wzorce miar długości dzieli się na:
- kreskowe, końcowo- kreskowe,
- inkrementalne,
- kodowe,
- końcowe,
- falowe.
Wzorce miar kreskowe są przeważnie wzorcami wielomiarowymi i bywają wykonywane bezpośrednio na przyrządach pomiarowych ( Np. suwmiarkach) bądź też stanowią odrębną część składową przyrządu ( Np. w mikroskopach uniwersalnych i długościomierzach).
Długość wzorca wynosi najczęściej 100 lub 200 mm. szerokość kresek 3÷6 µm, wartość działki elementarnej 1 lub 0,1 mm.
Noniusz w przyrządach z wzorcami kreskowymi pełni rolę urządzenia ułatwiającego odczytanie wskazań i zwiększającego dokładność odczytania.
Przyrządy suwmiarkowe są produkowane z trzema rodzajami urządzeń wskazujących. Najbardziej rozpowszechnione są suwmiarki z noniuszem. Coraz szersze zastosowanie znajdują suwmiarki z cyfrowym urządzeniem wskazującym, Stosunkowo rzadko stosuje się suwmiarki z czujnikiem.
W przyrządach z noniuszem jest wykorzystany wzorzec kreskowy nacięty na prowadnicy suwmiarki. Do odczytywania wskazań używa się noniuszy o dokładności odczytu 0,1 lub 0,05 mm i module 1 lub 2.
W przyrządach z cyfrowym urządzeniem odczytowym stosuje się najczęściej wzorce pojemnościowe. Rozdzielczość cyfrowego urządzenia odczytowego wynosi zwykle 0,01 mm, a jego niepewność wynosi Ucyf = ± 0,03 mm.
Rozróżnia się pięć zasadniczych typów przyrządów mikrometrycznych: mikrometry zewnętrzne, mikrometry wewnętrzne, średnicówki (dwu- i trójpunktowe), głębokościomierze oraz głowice mikrometryczne.
Istotną częścią przyrządów mikrometrycznych jest śruba mikrometryczna, której skok pełni rolę wzorca długości. Śruby mikrometryczne mają najczęściej gwint o podziałce P= 0,5 mm lub P= 1mm. Przesuw pomiarowy wrzeciona przyrządów mikrometrycznych przeważnie jest równy 25mm. Nacisk pomiarowy przyrządów mikrometrycznych wynosi 5÷10 N.
Wzorce końcowe należą do jednomiarowych wzorców miar, odtwarzają bowiem jedną wartość długości. Są one materialnymi bryłami. Odtwarzaną wartością długości jest odległość dwóch wzajemnie równoległych płaszczyzn lub krawędzi, względnie odległość dwóch punktów. Powszechnie stosowane w metrologii wielkości geometrycznych wzorce końcowe to płytki wzorcowe, wałeczki pomiarowe, kulki pomiarowe, szczelinomierze oraz wzorce nastawcze(do mikrometrów, średnicówek itp.)
Płytki wzorcowe są jednomiarowymi końcowymi wzorcami długości i mają najczęściej kształt prostopadłościanów.
Płytki dzieli się na następujące klasy dokładności: 0, 1, 2 i K oraz stosuje się je w kompletach(duży, średni, mały). Każdy komplet płytek wzorcowych umożliwia zbudowanie dowolnego stosu o stopniowaniu co 0,005 mm, z tym że częściej stosuje się stopniowanie co 0,01 mm.
2. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia było poznanie podstawowych wzorców miar długości oraz podstawowych przyrządów pomiarowych. Poznanie również odczytu wskazań urządzeń pomiarowych wraz z obliczaniem niepewności odczytu pomiaru, a także zasad posługiwania się przyrządami pomiarowymi.
3. Przebieg ćwiczenia.
-Schemat pomiarowy:
-Obliczenia i wyniki pomiarów:
1. Dla wymiaru A:
Pomiar przeprowadzony suwmiarką dwustronną z noniuszem 0,1 mm o module 2.
Wzór na dokładność odczytu noniusza :
gdzie:
n- liczba działek elementarnych noniusza
dla n=10:
Wzór na wartość wskazania:
L = rLep + kΔ
r - liczba całkowitych działek elementarnych prowadnicy(odczytanie całkowitej liczby r milimetrów)
k - liczba kresek noniusza od pierwszej(pierwszą oznacza się liczbą zero) do k-tej będącej w koincydencji
Lep – długość działki elementarnej wzorca prowadnicy
Δ – dokładność odczytu noniusza
Wartość wskazania:
2. Dla wymiaru B:
Pomiar przeprowadzony suwmiarką dwustronną z noniuszem 0,05 mm o module 1.
gdzie n- liczba działek elementarnych noniusza
dla n=20:
3. Dla wymiaru C:
Pomiar przeprowadzony suwmiarką dwustronną z cyfrowym urządzeniem odczytowym o dokładności odczytu do 0,01 mm i niepewności wynoszącej Ucyf = ±0,03mm.
4. Dla wymiaru D:
Pomiar przeprowadzony mikrometrem zewnętrznym o P=0,5mm i Δ=0,001mm=1µm.
Wartość pomiaru:
Wzór na niepewność:
L – wskazanie mikrometru
Wartość niepewności dla L=12,216mm:
ponieważ Δ=0,001mm=1µm
Ostateczna wartość wskazania:
5. Płytki wzorcowe- określanie długości nominalnych płytek wzorcowych o długościach:
a)Ln=27,36mm
b) Ln=82,15mm
c) Ln=38,45mm
Do określenia długości płytek wzorcowych posłużyliśmy się kompletem średnim klasy dokładności 1.
1) 27,36-1,36=26 ±te=0,2µm
2) 26-6=20 ±te=0,2µm
3) 20-20=0 ±te=0,3µm
n=3 oraz ngr=3
Wzór na obliczenie niepewności:
Ln=27,3600± 0,0005 mm
b)Ln=82,15mm
1) 82,15-1,15=81 ±te=0,2µm
2) 81-1=80 ±te=0,2µm
3) 80-30=50 ±te=0,4µm
4) 50-50=0 ±te=0,4µm
n=4 oraz ngr=4
Ln=82,1500± 0,0005 mm
c)Ln=38,45mm
1) 38,45-1,05=37,50 ±te=0,2µm
2) 37,50-7,50=30 ±te=0,2µm
3) 30-30=0 ±te=0,4µm
Ln=38,4500± 0,0005 mm
4. Wnioski.
Najdokładniejszym urządzeniem pomiarowym z pośród zbadanych, jest mikrometr zewnętrzny o P=0,5mm i U = ±0,001mm, lecz nie jest on uniwersalny ( do mierzenia średnicy otworów należałoby użyć wewnętrznego). Jeżeli osoba posługująca się suwmiarką nie zna podstawowych zasad korzystania z niej może ona przekręcić śrubę mikrometryczną, co spowoduje uszkodzenie mikrometru.
Bez wątpienia najszybszym i w miarę dokładnym pomiarem dokonuje się za pomocą suwmiarki dwustronnej z cyfrowym urządzeniem odczytowym o dokładności odczytu do 0,01 mm przy niepewności wynoszącej zaledwie Ucyf = ±0,03mm, co znacznie przewyższa czas pomiaru i wygodę odczytu od suwmiarki dwustronnej. Nie jest ona bez wad, jej minusy to:
- wyświetlacz wymaga zasilania baterii(„prądożerność”)
-suwmiarkę należy wyzerować, czyli wskazać miejsce zero(początek odczytu), gdy tego nie zrobimy pomiar będzie bardzo niedokładny
-wadliwość, jeżeli suwmarka upadnie na twardą powierzchnię może ulec uszkodzeniu wyświetlacz
Suwmiarkę dwustronną można zaliczyć do mało-wadliwych. Suwmiarka dwustronna, jeżeli posiada jeszcze głębokościomierz pozwala na bardzo dużą swobodę pomiaru. Za pomocą tego jednego urządzenia można zmierzyć:
-głębokość otworu
-średnicę zewnętrzną i wewnętrzną
-wymiary podstawowe (wysokość, szerokość, grubość)
Płytki wzorcowe to „doskonałe” wzorce końcowe, używa się ich na zasadzie wzorca odniesienia do miary długości, lecz wymagają konserwacji. Jeżeli nie zostaną zakonserwowane to po pewnym okresie nasza dokładność wzorców maleje, a same płytki ulegają uszkodzeniu. Konserwacja zapobiega korozji i utlenianiu
tomcio1610