Wydział Budowy Maszyn i Informatyki
Kierunek: Automatyka i Robotyka
Rok akademicki: 2014/2015
Studia: stacjonarne
Semestr: 3
Grupa: 1b
LABORATORIUM
METROLOGII
WZORCE I PRZYRZĄDY POMIAROWE
Szymon Gajewski
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest:
1. Poznanie podstawowych pojęć z zakresu metrologii: wartość działki elementarnej, długość działki elementarnej,
wzorzec, przyrząd pomiarowy, wskazanie analogowe, wskazanie cyfrowe, błąd wskazań, interpolacja, błąd
paralaktyczny, zakres pomiarowy, warunki środowiskowe.
2. Poznanie zasad posługiwania się przyrządami: czystość, nie dotykać elementów, które mogą korodować, ostrożność itp.
3. poznanie zasady działania długościomierza uniwersalnego, budowy układu odczytowego składającego się ze wzorca
kreskowy oraz spiralnego mikroskopu odczytowy (wzorce kodowe długości)
4. poznanie budowy mikroskopu warsztatowego duży (wzorce kreskowe kąta, inkrementalne układy pomiarowe kąta,
wzorce kodowe kąta)
5. poznanie budowy mikroskopu warsztatowego małego,
6. poznanie zasady działania wysokościomierza
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 kreskowe są na ogół wzorcami wielowymiarowymi i odtwarzają
wartości długości wzajemnymi odległościami kresek, naniesionych z reguły na
płaskiej powierzchni wzorca. Gdy wartości długości są odtwarzane od grani
początkowej do kresek wzorca, wzorzec nazywa się końcowo-kreskowym.
Wzorce inkrementalne są pewną odmianą wzorców kreskowych. Wzorce te
charakteryzują się, naniesionymi na szklane lub metalowe liniały, strefami
(pasmami) na przemian aktywnymi i pasywnymi. Wartość przesunięcia wzorca
względem przetwornika jest określana przez sumowanie lub odejmowanie
sygnałów (jednostek).
Wzorce kodowe są utworzone z kombinacji figur geometrycznych.
Podobnie jak we wzorcach inkrementalnych, występują tu segmenty (strefy)
aktywne i pasywne. Każdemu położeniu wzorca względem przetwornika odpowiada
jedna (bezwzględna) wartość.
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.).
Wzorce falowe odtwarzają wartości długości przez części lub wielokrotności
długości fal promieniowania elektromagnetycznego, emitowanego przez lasery lub lampy spektralne.
Wzorce miar kreskowe są przeważnie wzorcami wielomiarowymi (rys. 4.1) i bywają
wykonywane bezpośrednio na przyrządach pomiarowych (np. suwmiarkach)
bądź też stanowią odrębną część składową przyrządu (np. w mikroskopach
uniwersalnych i długościomierzach). Wzorcem kreskowym jednomiarowym
jest np. międzynarodowy prototyp metra, który w latach od 1889 do
1960 pełnił rolę międzynarodowego wzorca metra.
Warsztatowy przymiar końcowo-kreskowy; α — działka elementarna, b — działka
centymetrowa
Wzorce kreskowe przeznaczone do wbudowania w przyrządy pomiarowe
wykonuje się ze stali stopowej lub szkła o współczynniku rozszerzalności
cieplnej zbliżonym do współczynnika stali. Długość wzorca wynosi najczęściej
100 lub 200 mm, szerokość kresek 3-6 μηι, wartość zaś działki elementarnej 1
lub 0,1 mm. Wzorce są na ogół zaopatrzone w świadectwa podające poprawki
odległości kresek podziałki od kreski zerowej. Na przykład wzorce kreskowe
wykorzystywane w mikroskopach uniwersalnych i długościomierzach firmy
Zeiss są wykonane ze szkła Schott F7 o współczynniku rozszerzalności cieplnej
a, = 10,2 - 10-6 1/°C. Szerokość kresek podziałki wynosi 3 ± 1 μηι. Błędy graniczne
dopuszczalne wzorca oblicza się według wzoru
gdzie L jest odległością w mm od kreski zerowej lub między dowolnymi kreskami.
Do odczytywania wskazań z wzorców kreskowych służą różne urządzenia
odczytowe, spośród których najbardziej rozpowszechnione są noniusz, mikroskop
odczytowy ze spiralą Archimedesa, układ odczytowy składający się z urządzenia
projekcyjnego i czujnika fotooptycznego oraz mikroskop odczytowy
pryzmatyczny. Podstawowym zadaniem tych urządzeń jest zwiększenie dokładności
odczytywania wskazań.
Noniusz
Noniusz w przyrządach z wzorcami kreskowymi pełni rolę urządzenia ułatwiającego
odczytywanie wskazań i zwiększającego dokładność odczytania. Obecnie
w przyrządach suwmiarkowych stosuje się prawie wyłącznie noniusze o dokładności
odczytu 0,1 mm i 0,05 mm. Produkcja używanych też noniuszy 0,02 mm zanika, ponieważ ich dokładność odczytu jest porównywalna z błędem koincydencji
Równanie określające podziałkę noniusza ma postać
gdzie: Μ — moduł noniusza, Le„ — długość działki elementarnej noniusza,
długość działki elementarnej wzorca prowadnicy, η — liczba działek
elementarnych noniusza.
Noniusz: a) ujemny, b) dodatni, c) o module Μ = 0;
1 — podziałka prowadnicy, 2 — podziałka noniusza
Rozróżnia się pięć zasadniczych typów przyrządów mikrometrycznych: mikro-\
metry zewnętrzne, mikrometry wewnętrzne, średnicówki (dwu- i trój punktowe),;
głąbokościomierze oraz głowice mikrometryczne (rys. 5.5).
Produkowane są również przyrządy mikrometryczne czujnikowe, do ktr>:
rych zalicza się mikrometry czujnikowe z czujnikiem wbudowanym.
Największą grupę przyrządów mikrometrycznych stanowią mikrometry:
zewnętrzne. Należą do nich:
— mikrometry zewnętrzne z powierzchniami pomiarowymi płaskimi o średnicach
wrzeciona φ 6 i ^8 mm,
W pomiarach przyrządami suwmiarkowymi, ze względu na stosunkowo duże
niepewności pomiaru, warunki temperaturowe nie mają istotnego znaczenia.
Przyrządy suwmiarkowe na ogół nie spełniają postulatu Abbego, dlatego zaleca
się, aby mierzony przedmiot umieszczać możliwie blisko prowadnicy.
Błędy graniczne dopuszczalne suwmiarek o zakresie pomiarowym 0^-150
mm wynoszą:
— ±0,03 mm dla suwmiarek z cyfrowym urządzeniem wskazującym i suwmia
rek z czujnikiem,
— ±0-1 mm dla suwmiarek z noniuszem.
Błędy graniczne dopuszczalne głębokościomierzy suwmiarkowych podano
wtab-L 10.4.
Odczytanie wskazania przyrządów mikrometrycznych z podziałką kreskową
odbywa się następująco (rys. 10.7). Pełne milimetry odczytuje się z podziałki i,
ewentualne połówki milimetrów z podziałki 2, setne i tysięczne (przez interpolację) z podziałki 3. Niektóre mikrometry są wyposażone w noniusz umożliwiający
odczytywanie wskazań do 1 μπι na podstawie koincydencji kresek na bębnie.
Odczytywanie wskazań przyrządów mikrometrycznych z podziałką kreskową a) dla
mikrometrów zewnętrznych i średnicówek mikrometrycznych, b) dla
mikrometrów wewnętrznych i głębokościomierzy; wynik pomiaru: 6,672 mm
Wzór na błędy graniczne
dopuszczalne mikrometru w pomiarach wymiarów zewnętrznych., konstrukcji
według [PN-82/M-53202], w warunkach temperaturowych T\ i dla zakresu
pomiarowego 0+1000 mm ma postać
gdzie L — mierzona długość w mm.
Bibliografia:
Jakubiec, Malinowski - Metrologia wielkości geometrycznych wyd. 4
Przebieg ćwiczenia
Tabela do rys wałka pomiarowego
| Wymiar(mm) |
| Przyrząd pomiarowy |
| Suwmiarka(noniusz 10) |
| Suwmiarka(noniusz 20) |
| Suwmiarka cyfrowa |
| Mikrometr |
Wnioski
Z pomiarów można wywnioskować, że na dokładność pomiarów ma wpływ rodzaj przyrządu np. mikrometr jest o wiele bardziej dokładny od suwmiarki , skala jaka widnieje na przyrządzie to znaczy im większy noniusz np. na suwmiarce tym dokładniejszy pomiar. To w jaki sposób trzymamy badany przedmiot oraz przyrząd pomiarowy, najlepiej jakby przyrząd i przedmiot były ze sobą w jednej osi , jak to jest w przypadku mikrometry, jeżeli chodzi o suwmiarkę pomiar powinien być robiony jak najbliżej osi suwmiarki. Również w mikrometrze jest ważne trzymanie przedmiotu, trzymanie za metalowy korpus może spowodować nagrzanie przyrządu i sfałszowanie wyniku. Z doświadczenia najbardziej dokładnymi przedmiotami są przyrządy cyfrowe, mierzą z dokładnością aż do setnych części milimetra, jednak jak bardzo dokładny przyrząd by nie był to każdy pomiar obarczony jest błędem .