Autor - dr inż. Józef Zawada
Instrukcja do ćwiczenia nr 5
Temat ćwiczenia
PRZYRZ
DY MIKROMETRYCZNE ANALOGOWE
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zasadą działania i wybranymi rozwiąza-
niami konstrukcyjnymi przyrządów mikrometrycznych analogowych, sposobem sprawdzania
i wzorcowania tych przyrządów oraz przykładami ich wykorzystania w pomiarach.
Program ćwiczenia:
1. Określenie podstawowych parametrów metrologicznych przyrządów mikrometrycznych
wskazanych przez prowadzącego
2. Sprawdzenie błędów wskazań mikrometru do pomiaru wymiarów zewnętrznych
3. Regulacja wskazań (wzorcowanie) sprawdzanego mikrometru;
4. Pomiary za pomocą przyrządów mikrometrycznych wskazanych eksponatów
Literatura:
1. W. Jakubiec, J. Malinowski -  Metrologia wielkości geometrycznych , Wydawnictwa
Naukowo - Techniczne, Warszawa, 2004 r.
2. Józef Zawada   Metrologia wielkości geometrycznych. Zagadnienia wybrane - preskrypt
PA
, A
ódz
2011 r;
A
Ó D y
2011
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka
- 2 -
WYBRANE ZAGADNIENIA TEORETYCZNE
Przyrządy mikrometryczne to grupa przyrządów pomiarowych, w których funkcję
wzorca pełni dokładnie wykonana śruba. Skok tej śruby, zwanej mikro-metryczną odtwarza
znaną wartość długości wynoszącą najczęściej 0,5 mm lub 1 mm.
Przyrządy mikrometryczne służą do bezpośrednich pomiarów wymiarów liniowych:
zewnętrznych, wewnętrznych i mieszanych. Można je podzielić na przyrządy mikrometryczne
ogólnego przeznaczenia oraz przyrządy mikrometryczne specjalne.
W grupie przyrządów mikrometrycznych ogólnego przeznaczenia wyróżnić można
następujące odmiany:
- mikrometry do wymiarów zewnętrznych (mikrometry zewnętrzne);
- mikrometry szczękowe (mikrometry wewnętrzne);
- głębokościomierze mikrometryczne;
- średnicówki mikrometryczne;
a) dwustykowe;
b) trójstykowe;
- głowice i wkładki mikrometryczne;
Wybrane przykłady przyrządów mikrometrycznych ogólnego przeznaczenia przedsta-
wiono na rys. 1.
d)
a)
e)
b)
f)
c)
Rys. 1. Przykłady różnych odmian przyrządów mikrometrycznych ogólnego przeznaczenia: a) mikrometru do
wymiarów zewnętrznych; b) mikrometru szczękowego (do wymiarów wewnętrznych); c) średnicówki
dwustykowej; d) głębokościomierza mikrometrycznego; e) średnicówki trójstykowej; f) głowicy mikro-
metrycznej
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka
- 3 -
Budowa i zasada działania przyrządów mikrometrycznych zostanie przedstawiona na
przykładzie mikrometru do wymiarów zewnętrznych, pokazanego na rys. 2.
2 3 7 4 5 6
45
0 5 40
35
30
25
0-25 mm 0.01 mm 1
Mitutoyo
0 5 10 15 20 25
45
40
35
30
25
0-25 mm 0.01 mm
8
Mitutoyo
Rys. 2. Podstawowe elementy mikrometru do wymiarów zewnętrznych: 1 - kabłąk; 2  kowadełko;
3 - wrzeciono; 4 - tuleja; 5 - bęben, 6 - sprzęgiełko; 7  zacisk; 8  śruba mikrometryczna
Mikrometr ten składa się z kabłąka 1, w którym zamocowana jest stała lub wymienna
nieruchoma końcówka pomiarowa 2 zwana kowadełkiem. Z drugiej strony kabłąka zamoco-
wana jest tuleja 4, wewnątrz której znajduje się nakrętka mikrometryczna. Z nakrętką tą współpra-
cuje śruba mikrometryczna 8, zakończona ruchomą końcówką pomiarową 3 zwaną wrzecio-
nem. Do śruby mikrometrycznej przymocowany jest bęben 5. Do obrotu bębna i związanej z
nim śruby mikrometrycznej służy sprzęgło 6. Jest to sprzęgło przeciążeniowe (cierne lub
zapadkowe), którego zadaniem jest zapewnienie stabilizacji nacisku pomiarowego. Zacisk 7
służy do unieruchomienia wrzeciona względem kabłąka i utrwalenia w ten sposób wyniku
pomiaru.
Do odczytu wskazań przyrządów mikrometrycznych wykorzystuje się współrzędną
kątowego położenia bębna względem tulei. Współrzędną tą określa się poprzez obserwację
położenia podziałki naniesionej na obwodzie bębna względem linii odniesienia naniesionej na
tulei.
Przemieszczenia obwodowe bębna są znacznie większe, niż odpowiadające im prze-
mieszczenia osiowe. Wzajemny stosunek wielkości tych przemieszczeń:
k = p� �� D / h
gdzie D oznacza średnicę bębna a h - skok śruby mikrometrycznej nazywamy przełożeniem
mikrometru.
W przypadku przyrządów mikrometrycznych dość istotnym problemem jest konstrukcja
części odczytowej tych przyrządów. Klasyczne rozwiązanie tego problemu przedstawiono na
rys. 3.
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka
- 4 -
bęben
a)
b)
tuleja
45 40
0 5 5 35
40 0
c
35 30
30 25
25
20
Rys. 3. Typowa konstrukcja części odczytowej mikrometru (odczyty: 5,35 mm w przypadku a), 4.80 mm
w przypadku b)
W przedstawionym wyżej przypadku całkowite milimetry odczytuje się z podziałki na-
niesionej na tulei powyżej linii c. Przeciwwskaz
nikiem jest lewa krawędz
bębna. Setne części
milimetra odczytuje się z podziałki umieszczonej na bębnie - rolę przeciwwskaz
nika pełni
tym razem linia c. Jeżeli skok śruby mikrometrycznej wynosi 0,5 mm (tak jest w tym przypad-
ku), to podziałka na bębnie zawiera 50 działek elementarnych, a na tulei nanosi się pomocni-
czą podziałkę (w prezentowanym przypadku jest to podziałka znajdująca się poniżej linii c).
Jeżeli podczas odczytu stwierdzimy, że najbliższa lewej krawędzi bębna jest kresa podziałki
pomocniczej, to wartość odczytaną z podziałki bębna należy skorygować dodając do niej 50.
Przedstawione wyżej rozwiązanie odznacza się dużą prostotą i ze względów
ekonomicznych jest często spotykane w praktyce. Posiada ono jednak kilka istotnych wad.
Najpoważniejszą z nich jest możliwość popełnienia błędu grubego zwanego  błędem półmili-
metrowym . Błąd ten można popełnić na dwa różne sposoby:
- nie korygując odczytu z bębna w sytuacji, gdy korekta powinna być dokonana;
- korygując odczyt (dodając 50) w sytuacji, gdy korekty dokonywać nie należy;
Brak wymaganej korekty odczytu z bębna wynika najczęściej z roztargnienia mierzą-
cego natomiast niepotrzebna korekta wynika z błędnej oceny momentu  odsłonięcia kresy .
Kresy naniesione na tulei mają pewną grubość (wg PN-82/M-53200 grubość ta może
dochodzić do 0,25mm). Z tego powodu lewy brzeg kresy zaczyna być odsłaniany zanim kresa
c wskaże na bębnie wartość 0. Przykładowo kresa o grubości 0,25mm, przy idealnym wyregu-
lowaniu osiowego położenia bębna, zacznie się pokazywać już przy wskazaniu 38 , natomiast
momentem jej odsłonięcia jest wskazanie 0. Dlatego też przy braku należytej koncentracji
można uznać, że kresa została odsłonięta, chociaż w rzeczywistości fakt ten jeszcze nie nastą-
pił (p. rys.4). Trudności interpretacyjne mogą się jeszcze zwiększyć w przypadku niezbyt
precyzyjnego wyregulowania osiowego położenia bębna.
Rys. 4. Przykład wskazania mikrometru przy którym łatwo popełnić błąd półmilimetrowy (odczyt 3,96
zamiast poprawnego 3,46)
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka
- 5 -
Przyrządy mikrometryczne winny spełniać szereg warunków, które szczegółowo przed-
stawione są w PN-82 / M-53 200  Przyrządy mikrometryczne. Wymagania . Jednym z pod-
stawowych warunków jest spełnienie wymagań dotyczących dokładności.
Wg w/w normy za błąd przyrządu mikrometrycznego f przyjmuje się różnicę pomię-
i
dzy wartością x wskazywaną przez przyrząd, a wartością poprawną x , za którą przyjmuje
i 0, i
się wartość nominalną użytego do sprawdzania mikrometru stosu płytek wzorcowych. Tak
zdefiniowany błąd przyrządu mikrometrycznego stanowi wypadkową błędów spowodowa-
nych różnymi czynnikami, w szczególności błędami skoku gwintu mikrometrycznego, błęda-
mi naniesienia kres podziałek, błędami wynikającymi z ugięcia kabłąka i nierównoległości
powierzchni pomiarowych.
W trakcie sprawdzania dokładności przyrządu mikrometrycznego wyznacza się błędy
tego przyrządu dla określonych wartości x . Wartości te dobiera się tak, aby były w przybliże-
0, i
niu równomiernie rozłożone w zakresie pomiarowym przyrządu, a bęben przy odczycie
zajmował różne położenia kątowe. Np. dla mikrometru o zakresie pomiarowym 0 �� 25 mm
zalecanymi wartościami są {0, 2.5, 5.1, 7.7, 10.3, 12.9, 15, 17.6, 20.2, 22.8, 25}. Dla przyrzą-
dów o większych zakresach można stosować powyższe wartości powiększone o dolną granicę
zakresu pomiarowego sprawdzanego przyrządu.
Na podstawie wyznaczonych wartości błędów f sporządza się wykres błędów jak na
i
rys. 5a i ustala wartości trzech parametrów:
- błędu wskazania zerowego f ( dla x = A , gdzie A oznacza dolną granicę zakresu
A i
pomiarowego przyrządu);
- maksymalnego (co do wartości bezwzględnej) błędu f ;
i
- maksymalnej różnicy wartości błędów F ( F = f - f );
i , max i , min
Dla powyższych parametrów norma PN - 82 / M - 53 200 ustala wartości dopuszczal-
ne:
|� f |� Ł� (2 + A/50) m�m; |� f |� Ł� (4 + A/50) m�m; F Ł� 3 m�m;
A i
Uwaga!
Ponieważ konstrukcja przyrządów mikrometrycznych umożliwia regulację wartości
wskazań, więc uzyskany wykres błędów można poprawić poprzez symetryzację błędów
ekstremalnych (względem linii zerowej ). Przypadek ten pokazano na rys. 5b.
a) b)
fi [m�m]
6
fi [m�m]
4
2
xi [mm]
2 A
B
0
xi [mm]
0
-2
A B
-2
Rys. 5. Wykres błędów przyrządu mikrometrycznego: a) przed regulacją (fA = 2m�m, fi,max = 5m�m, F = 4 m�m); b)
po regulacji (fA = -1 m�m, fi,max = 2 m�m, F = 4 m�m)
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka
- 6 -
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Zadanie 1
Dla wskazanych przez prowadzącego zajęcia przyrządów mikrometrycznych określić
ich podstawowe parametry metrologiczne, w szczególności:
a) zakres pomiarowy z;
b) wartość działki elementarnej we;
c) skok śruby mikrometrycznej h;
d) przełożenie przyrządu k;
Wartości parametrów wpisać w odpowiednie miejsce karty pomiarów
Zadanie 2
Przeprowadzić badanie dokładności wskazań i dokonać oceny mikrometru do wymia-
rów zewnętrznych. W tym celu należy:
1. Zamocować wskazany przez prowadzącego mikrometr w uchwycie.
2. Przygotować do pomiaru płytki wzorcowe z kompletu płytek do sprawdzania
mikrometrów. W razie potrzeby rozkonserwować, przemyć w benzynie, przetrzeć
powierzchnie pomiarowe czystą bawełnianą szmatką.
3. Za pomocą sprzęgła obrócić bęben mikrometru tak, aby doprowadzić do styku kowa-
dełka i wrzeciona (pomiar długości x = 0). W końcowej fazie doprowadzania zwolnić
prędkość obrotu, aby zminimalizować oddziaływanie dynamiczne (uderzenie wrzecio-
na w kowadełko). Po osiągnięciu styku wrzeciona z kowadełkiem bardziej energicznie
pokręcić sprzęgłem. Ten sposób postępowania stosować przy wszystkich dalszych
pomiarach.
4. Odczytać wskazanie mikrometru z rozdzielczością do jednego mikrometra. Odczytaną
wartość zanotować w odpowiedniej rubryce karty pomiarów.
5. Pomierzyć długości poszczególnych płytek z kompletu. Wyniki odczytane z rozdziel-
czością do jednego mikrometra (0,1 działki) zanotować w odpowiednich rubrykach
karty pomiarów.
6. Obliczyć błędy wskazań sprawdzanego mikrometru dla każdej z wielkości mierzonych
przy czym błędy mierzonych płytek uznać za pomijalnie małe.
7. Sporządzić wykres błędów sprawdzanego mikrometru i na jego podstawie określić
wartości parametrów stanowiących kryteria oceny dokładności wskazań;
8. Dokonać oceny dokładności wskazań sprawdzanego mikrometru. Dopuszczalne warto-
ści dla poszczególnych parametrów stanowiących kryteria oceny poda prowadzący
zajęcia. W przypadku, gdyby przyrząd nie spełniał wymagań, dokonać symetryzacji
wykresu błędów (rys. 5) i wyregulować wskazania mikrometru (zadanie 3).
Zadanie 3
Dokonać regulacji wskazań (wzorcowania) wskazanego przez prowadzącego przyrządu
mikrometrycznego. W tym celu należy::
1. Zamocować wzorcowany mikrometr (rys. 6) w statywie.
2. Za pomocą sprzęgła 6 obrócić śrubę mikrometryczną tak, aby doprowadzić do styku
kowadełka i wrzeciona (pomiar długości x = 0) i zablokować obrót śruby dz
wignią 7.
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka
- 7 -
2 3 7 4 5 6 9
45
0 5 40
35
30
25
BAKER
1
0.01 mm
Rys. 6. Mikrometr do wymiarów zewnętrznych produkcji f-my Baker
3. Za pomocą będącego na wyposażeniu mikrometru klucza odkręcić nakrętkę 9 i zdjąć
tuleję sprzęgła 6. Odsłoni się wkręt z gniazdem sześciokątnym służący do zabloko-
wania położenia bębna 5 względem śruby mikrometrycznej.
4. Za pomocą klucza imbusowego zwolnić blokadę bębna poprzez nieznaczne wykręcenie
wkrętu (wystarczy ćwierć obrotu). Odblokowany bęben można teraz obracać i prze-
suwać osiowo.
5. Ustawić bęben tak, aby przyrząd wskazywał wartość określoną poprzez symetryzację
wykresu błędów i jednocześnie lewa krawędz
bębna znalazła się w osi kresy zerowej
podziałki zgrubnej (na tulei). Dbając, aby bęben nie zmienił położenia delikatnie
dokręcić śrubę blokującą to położenie.
6. Odblokować śrubę mikrometryczną (dz
wignia 7), nasunąć tuleję sprzęgła 6 i odsunąć
wrzeciono od kowadełka. Następnie ponownie zmierzyć długość x = 0 i ocenić popraw-
ność wskazania. W przypadku, gdy wskazanie przyrządu jest niezadawalające czyn-
ności 3  6 należy powtórzyć
7. W przypadku, gdy wskazanie przyrządu jest właściwe należy zdjąć tuleję sprzęgła,
dokręcić nieco mocniej wkręt blokujący położenie bębna względem śruby mikrome-
trycznej, nasunąć tuleję sprzęgła i zablokować ją nakrętką 9.
8. Przeprowadzić ponowne sprawdzenie dokładności wskazań wzorcowanego mikrometru
zgodnie z procedurą przedstawioną w opisie zadania 2.
Uwaga:
Przedstawiona wyżej procedura wzorcowania jest właściwa tylko dla niektórych
konstrukcji mikrometrów do wymiarów zewnętrznych (np. do mikrometrów f-my Baker).
W przypadku, gdyby prowadzący zajęcia zlecił wzorcowanie mikrometru o innej konstruk-
cji należy wzorcowanie to przeprowadzić według jego wskazówek.
Zadanie 4
Za pomocą odpowiednio dobranych przyrządów mikrometrycznych pomierzyć wymiary
eksponatu wskazane przez prowadzącego zajęcia Uzyskane wyniki zamieścić w karcie
pomiarów.
1. Dla każdego z mierzonych wymiarów dobrać odpowiedni rodzaj przyrządu
2. Wykorzystując wzorce nastawcze (np. pierścienie wzorcowe w przypadku średnicó-
wek) sprawdzić wskazanie przyrządu. Różnicę pomiędzy wartością wzorca a wska-
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka
- 8 -
zaniem przyrządu potraktować jako systematyczny błąd wskazań D�ma� i uwzględnić
przy opracowywaniu wyniku pomiaru. Wartość tego błędu zapisać w odpowiedniej
rubryce karty pomiarów;
3. Pomierzyć wskazane wymiary, odczyty wskazań przyrządów zamieścić w odpowied-
nich rubrykach karty pomiarów;
4. Opracować uzyskane wyniki pamiętając, że
- wartość zaobserwowana poprawna xzp jest równa odczytowi wskazań a� skorygo-
wanemu o systematyczny błąd wskazań, czyli
xzp = a� - D�ma�
- wartość zaobserwowana poprawna jest obarczona niepewnością, której wartość zale-
ży od wielu czynników; w niniejszym ćwiczeniu wartość tej niepewności oszacuje-
my w oparciu o dane statystyczne zawarte w tabeli 1.
Tabela 1. Przybliżone niepewności pomiarów dokonywanych za pomocą przy-
rządów mikrometrycznych analogowych [w m�m]
Wartość mierzonej wielkości
Rodzaj przyrządu
(1  25) mm (25  50) mm (50  75) mm
Mikrometr zewnętrzny o
ą7 ą8 ą10
we = 0,01mm
Mikrometr wewnętrzny
ą10 ą12 ą14
o we = 0,01mm
Głębokościomierz mikr.
ą14 ą16 ą18
o we = 0,01mm
Średnicówka
ą4 5ą 6ą
trójstykowa
Opracowano na podstawie książki: W. Jakubiec i J. Malinowski  Metrologia
Wielkości Geometrycznych oraz katalogu f-my TESA
Instytut Obrabiarek i TBM, Politechnika A
ódzka