Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Data zajęć: 23.02.2012r
Rok akademicki: 2011/2012
Studia: stacjonarne
Semestr: 4
Kierunek: ZiIP
Grupa: Czwartek – godz. 16.00-17.30

LABORATORIUM

PODSTAW METROLOGII

Laboratorium nr 1

Wzorce i podstawowe przyrządy pomiarowe

Sprawozdanie:
Do poprawy:
Zaliczone:

1. Cel ćwiczenia:

Celem tego ćwiczenia było zapoznanie się analogicznymi i cyfrowymi przyrządami pomiarowymi takimi jak:

• Suwmiarka (rodzaje i budowa);

• Mikrometr (rodzaje i budowa);

• Płytki wzorcowe (łączenie i dobór odpowiednich płytek);

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 (suwmiarka, mikroskop uniwersalny, długościomierz);

• 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 to wzorzec nazywa się końcowo-kreskowym.
Wzorce inkrementalne są pewną odmianą wzorców kreskowych. Wzorce te charakteryzują się, naniesionymi na szklane lub metalowe liniały, strefami na przemian aktywnymi i pasywnymi. Wartość przesunięcia wzorca względem przetwornika jest określana jako sumowanie lub odejmowanie sygnałów.

Przyrządy suwmiarkowe są produkowane z trzema rodzajami urządzeń wskazujących. Najbardziej rozpowszechnione są suwmiarki z noniuszem, w których jest wykorzystywany wzorzec kreskowy nacięty na prowadnicy suwmiarki. Noniusz pełni rolę urządzenia ułatwiającego odczytywanie wskazań i zwiększającego dokładność. Innym przykładem są suwmiarki z czujnikiem, w których oprócz wzorca kreskowego wykorzystuje się mechaniczny przetwornik przemieszczenia szczęki ruchomej względem prowadnicy. Ostatnio coraz szersze zastosowanie znajdują suwmiarki z cyfrowym urządzeniem odczytowym, w których stosuje się wzorce pojemnościowe.

W przyrządach mikrometrycznych rozróżnia się pięć typów: mikrometry zewnętrzne, mikrometry wewnętrzne, średnicówki, głębokościomierze, głowice mikrometryczne. Mikrometr składa się z kabłąka, którego jeden koniec zakończony jest kowadełkiem, a drugi nieruchomą tuleją z podziałką wzdłużną i obrotowym bębnem, z podziałką poprzeczną. Oprócz tego mikrometr jest wyposażony we wrzeciono z gwintem o skoku P= 0,5mm lub 1mm(podziałka śruby), zacisk ustalający oraz pokrętło sprzęgła ciernego.

Płytki wzorcowe są jednowymiarowymi końcowymi wzorcami długości i mają najczęściej kształt prostopadłościanów. Płytki wzorcowe stosuje się w kompletach (duży, średni, mały).

1. Przebieg ćwiczenia:

   1. Składanie stosu z płytek wzorcowych:

Pierwszym elementem tego ćwiczenia było zapoznanie się z sposobami łączenia płytek, a następnie układania z nich stosu pomiarowego. Długość stosu l_n była podana i należało określić długości nominalne płytek wchodzących w jego skład, a następnie obliczyć odchyłki graniczne t_e oraz błąd graniczny stosu U_ln.

Płytki należy układać od najmniejszej do największej.

Odchyłki graniczne t_e odczytujemy z tablicy (4.2) dla klasy dokładności K wg. PN-EN ISO 3650

Błąd graniczny stosu płytek wzorcowych U_ln obliczamy ze wzoru:

U_ln = $\sqrt{\mathbf{t}_{\mathbf{e}\mathbf{1}}^{\mathbf{2}}\mathbf{+}\mathbf{t}_{\mathbf{e}\mathbf{2}}^{\mathbf{2}}\mathbf{+ ... +}\mathbf{t}_{\mathbf{\text{en}}}^{\mathbf{2}}}$ , gdzie n to ilość płytek w stosie.

ln=27,69mm
Obliczenia
1) 27,69 – 1,19 = 26,50 2) 26,50 – 6,50 = 20,00 3) 20,00 – 20,00 = 0
ln=38,15mm
Obliczenia
1) 38,15 – 1,15 = 37,00 2) 37,00 – 7,00 = 30,00 3) 30,00 – 30,00 = 0
ln=72,49mm
Obliczenia
1) 72,49 – 1,49 = 71,00 2) 71,00 – 1,00 = 70,00 3) 70 – 20 = 50 4) 50 – 50 = 0

Ostateczne wyniki:

• Pierwszy stos: 27,6900 ± 0,0005 mm

• Drugi stos: 38,1500 ± 0,0005 mm

• Trzeci stos: 72,49 ± 0,0006 mm

b. Pomiar przyrządami suwmiarkowymi:

Ta część polegała na określeniu dokładności odczytowej poszczególnych suwmiarek prezentowanych na zajęciach.

W pomiarach przyrządami suwmiarkowymi, ze względu na stosunkowo duże niepewności pomiaru, warunki temperaturowe nie mają istotnego znaczenia. Zaleca się, aby mierzony przedmiot umieszczać możliwie blisko prowadnicy.

Dokładność odczytową suwmiarek oblicza się ze wzoru Δ = $\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{n}}$ (n – liczba działek elementarnych noniusza) wynoszą:

• ± 0,03 mm dla suwmiarek cyfrowych i z czujnikiem;

• ± 0,1 mm dla suwmiarek z noniuszem (10 działek elementarnych)

• ± 0,05 mm dla suwmiarek z noniuszem (20 działek elementarnych)

• ± 0,02 mm dla suwmiarek z noniuszem (50 działek elementarnych)

Ostatecznie pomiar przedstawia się wraz z dokładnością odczytową np.: 103,7 ± 0,1 mm

c. Odczytywanie wyników z przyrządów mikrometrycznych:

Pełne milimetry odczytuje się z górnej części podziałki umieszczonej na tulei, ewentualne połówki z dolnej części tejże podziałki. Natomiast części setne i tysięczne odczytujemy z podziałki na bębnie.

Dane z mikrometru zewnętrznego użytego na zajęciach (wykorzystany w poniższym zadaniu):

• Zakres pomiarowy: 0÷25mm;

• Dokładność: Δ=0,001 mm = 1 µm;

• Wartość działki elementarnej: W_e = 0,01 mm = 10 µm;

• Podziałka śruby: P = 0,5mm.

d. Zadanie pomiarowe:

W zadaniu należało zmierzyć cztery wymiary elementu z wykorzystaniem różnych przyrządów pomiarowych.

Do tego pomiaru zostały wykorzystane następujące przyrządy:

• Suwmiarka cyfrowa;

• Suwmiarka z noniuszem (50 działek elementarnych);

• Mikrometr zewnętrzny;

• Mikrometr wewnętrzny;

Przyrząd pomiarowy	Pomiar	Niepewność pomiaru	Ostateczny wynik
Suwmiarka cyfrowa	39,97 mm	±0,03 mm	39,97±0,03 mm
Suwmiarka z noniuszem	89,00 mm	±0,02 mm	89,00±0,02 mm
Mikrometr zewnętrzny	10,115 mm	±0,005 mm	10,115±0,005mm
Mikrometr wewnętrzny	30,00 mm	±0,005 mm	30,000±0,005mm

Obliczenia:

Niepewność pomiaru dla mikrometru oblicza się ze wzoru:

U_m = ±$\left( 4 + \frac{L}{40} \right)$, gdzie L – zmierzona długość w mm

Mikrometr zewnętrzny: ±(4+10,115/40) = 4,253 µm = 0,005 mm

Mikrometr wewnętrzny: ±(4+30/40) = 4,75 µm = 0,005 mm

4. Wnioski:

Najdokładniejszymi urządzeniami pomiarowymi są mikrometry, lecz aby dokonać wszystkich pomiarów należy posiadać zarówno wewnętrzny jak i zewnętrzny. Jednak należy się obchodzić z nimi delikatnie, bo przy chwili nieuwagi można „przekręcić ” śrubę mikrometryczną i uszkodzić cały przyrząd.

Natomiast najszybszym urządzeniem i w miarę dokładnym jest suwmiarka cyfrowa, która czasem i wygodą pomiaru przewyższa suwmiarkę dwustronną. Posiada ona jednak wady takie jak: wadliwość, delikatność (szybko i łatwo można uszkodzić wyświetlacz), potrzebuje baterii do zasilania.
Suwmiarka dwustronna z głębokościomierzem pozwala na dużą swobodę pomiaru – jednym przyrządem można zmierzyć kilka wymiarów.

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.