Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Rok akademicki: 2014/2015 Studia: stacjonarne, inż. Semestr: 3 Kierunek: AiR Grupa: Środa 13:45- 15:15

Data przeprowadzonych zajęć: 1.10.2014r.

Laboratorium Metrologii

Laboratorium nr 1

Wzorce i podstawowe przyrządy pomiarowe

Wykonał:
Jakub Koziołek

Sprawozdanie:

Do poprawy:

Zaliczone:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zaznajomienie się z podstawowymi przyrządami używanymi w metrologii oraz z definicjami i pojęciami, a także zapoznanie się z obsługą tych przyrządów. Celem jest także poznanie zasady działania suwmiarki i mikrometru oraz budowy noniuszy składających się ze wzorców kreskowych.

2. Wstęp teoretyczny:

Podstawowe przyrządy pomiarowe:

Wzorce kreskowe - służą do odtwarzania jednej lub więcej wartości długości.

Dzielą się one na:

- kreskowe, końcowo kreskowe i inkrementalne

- kodowe

- końcowe

- falowe

Wzorce kreskowe są przeważnie wzorcami wielomiarowymi i są wykonywane bezpośrednio na przyrządach pomiarowych, lub stanowią ich odrębną część. Wzorce są na ogół zaopatrzone w świadectwa podające poprawki odległości kresek podziałki od kreski zerowej.
Błędy dopuszczalne wzorca oblicza się wg wzoru:

U=(±4+(L/40)) μm

L – odległość w milimetrach pomiędzy dowolnymi

kreskami bądź odległość od kreski zerowej.

Noniusz - w przyrządach z wzorcami noniusz pełni rolę urządzenia ułatwiającego odczytywanie wskazań i zwiększającego dokładność odczytu. W suwmiarkach stosuje się noniusze o dokładności odczytu 0,1mm i 0,05mm.

Podziałka noniusza:

L_n=n∙L_en=(M∙n±1)L_ep

M- moduł noniusza

L_en -długość działki elementarnej noniusza

L_ep-długość działki elementarnej wzorca prowadnicy

n- liczba działek elementarnych noniusza

Płytki wzorcowe - są wzorcami długości na ogół o kształcie prostopadłościanu. Płytki te są często stosowane do legalizacji przyrządów pomiarowych, takich, jak suwmiarki i mikrometry. Płytki wzorcowe pozwalają na ułożenie z nich stosów pomiarowych- wzorców długości.

Suwmiarka - jest jednym z podstawowych warsztatowych przyrządów pomiarowych służącym do szybkiego pomiaru wytwarzanych elementów.

Zasadniczymi częściami konstrukcyjnymi suwmiarek są:

- prowadnica i przesuwny suwak

- powierzchnie pomiarowe – szczęki i głębokościomierz

- urządzenie odczytowe. W zależności od rodzaju urządzenia odczytowego rozróżnia się suwmiarki analogowe, czujnikowe oraz cyfrowe.

Suwmiarki w zależności od kształtu powierzchni pomiarowych używane są do pomiaru wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych i mieszanych (wysokość , głębokość, rozstaw itp.)

Mikrometr - przyrząd pomiarowy służący do mierzenia przedmiotów z dokładnością rzędu 0,01 mm. Zasadniczą częścią mikrometru jest precyzyjnie wykonana śruba mikrometryczna o skoku 0,5 mm (rzadziej 1 mm) i zakresie 25 mm (czasem 50 mm). Według PN dopuszczalny błąd wykonania pary gwintowej (tzn śruby wraz z nakrętką) nie przekracza 4 μm/25 mm.

Działanie mikrometru opiera się na użyciu śruby mikrometrycznej oraz noniusza. Śruba mikrometryczna to bardzo precyzyjnie wykonana śruba o skoku gwintu 0,5 lub 1 mm połączona z bębnem mikrometru, na obwodzie którego wygrawerowano podziałkę (noniusz). Z bębnem mikrometru połączone jest sprzęgłem zapadkowym pokrętło zapewniające odpowiedni, stały docisk szczęk. Nieodpowiedni docisk powoduje znaczne niedokładności pomiaru.

Zasady zapisu i zaokrąglania wyniku pomiaru:

X±U mm

X- wynik pomiaru

U- niepewność pomiarowa

Wynik pomiaru zapisuje się z taką samą dokładnością i w tej samej jednostce, jak niepewność pomiarową, np.:

27,9300±0,0005 mm.

Wartość pomiaru należy zaokrąglać do góry, do 2 miejsc znaczących, przy czym przykładowo zaokrąglenie do 0,2 następuje już przy wartości 0,11.

3. Przebieg ćwiczenia:

I Stosy pomiarowe:

Ćwiczenie polegało na dobraniu odpowiedniej długości płytek wzorcowych w celu zastąpienia podanej długości i zapisanie jej wraz z błędem dopuszczalnym.

Przeanalizowano stos pomiarowy o 0, 1 i 2 klasie dokładności. Wymiary stosów wynosiły odpowiednio:

a) Ln=20,38 mm

b) Ln=48,73 mm

Stos a) zbudowano z płytek: 1,38 mm, 9 mm i 10 mm, o dokładności:

klasa K: 0,2 μm, 0,2 μm i 0,3 μm.

klasa 0: 0,12 μm, 0,12 μm, 0,14 μm,

klasa 1: 0,2 μm, 0,2 μm i 0,3 μm.

klasa 2: 0,45 μm, 0,45 μm, 0,60 μm,

U=√(te₁²+...+te_n²),

Dla klasy K: U_20,38=√(0,2²+0,2²+0,3² )= 0,412 μm ≈ 0,0005 mm

X=20,3800±0,0005 mm

Dla klasy 0: U_20,38=√(0,12²+0,12²+0,14² )=0,22 μm ≈ 0,0003 mm

X=20,3800±0,0003 mm

Dla klasy 1: U_20,38=√(0,2²+0,2²+0,3² )= 0,412 μm ≈ 0,0005 mm

X=20,3800±0,0005 mm

Dla klasy 2: U_20,38=√(0,45²+0,45²+0,60² )= 0,875μm ≈ 0,0009 mm

X=20,3800±0,0009 mm

Stos b) zbudowany z płytek: 1,33 mm, 1,40 mm, 6 mm i 40 mm, o dokładności:

klasa K: 0,2 μm, 0,2 μm, 0,2 μm i 0,4 μm.

klasa 0: 0,12 μm, 0,12 μm, 0,12 μm, 0,20 μm,

klasa 1: 0,2 μm, 0,2 μm, 0,2 μm i 0,4 μm.

klasa 2: 0,45 μm, 0,45 μm, 0,45 μm, 0,80 μm,

U=√(te₁²+...+te_n²),

Dla klasy K: U_48,73=√(0,2²+0,2²+0,2²+0,4² )= 0,52 μm ≈ 0,0006 mm

X=20,3800±0,0005 mm

Dla klasy 0: U_48,73=√(0,12²+0,12²+0,12²+0,20² )= 0,289μm ≈ 0,0003 mm

X=20,3800±0,0003 mm

Dla klasy 1: U_48,73=√(0,2²+0,2²+0,2²+0,4² )= 0,52 μm ≈ 0,0006 mm

X=20,3800±0,0005 mm

Dla klasy 2: U_48,73=√(0,45²+0,45²+0,45²+0,80² )= 1,117 μm ≈ 0,0012 mm

X=20,3800±0,0012 mm

II Suwmiarki:

Zbadano suwmiarki z noniuszem o module 1 oraz 2.

Dokładność suwmiarki:

n=10 Δ== 1:10 = 0,1 mm

n=20 Δ== 1:20 = 0,05 mm

n=50 Δ== 1:50 = 0,02 mm – nie stosowane.

Moduł suwmiarki:

• moduł 1: 10 podziałek na 9 mm

• moduł 2: 10 podziałek na 19 mm.

Błąd graniczny dopuszczalny u_MPE dla suwmiarek z noniuszem wynosi u_MPE = ±0,1 mm, a dla elektronicznych u_MPE = ±0,3 mm.

u=√(u_MPE²+u_pow./roz.²)

u_pow.- odchylenie standardowe z 10 pomiarów,

u_roz. - rozdzielczość przyrządu.

U=u*k

k - współczynnik rozszerzenia:

k=2 dla poziomu ufności 95%,

k=3 dla poziomu ufności 98%.

III Mikrometry:

Zbadane zostały mikrometry:

• zewnętrzne

• wewnętrzne

• głębokości

Mikrometry były wyposażone w sprzęgiełka o sile nominalnej 5-10 N. Badane mikrometry posiadały działkę elementarną 0,1 mm, na bębnach o zakresie 0,5mm/obrót.

IV Pomiar wymiarów detalu za pomocą suwmiarek oraz mikrometru. Wyznaczenie niepewności pomiarowej U:

a) pomiar suwmiarkami:

Szkic przedmiotu 1

Wykonać pomiar jednej długości przedmiotu podanego na szkicu 1 suwmiarkami z noniuszem oraz suwmiarką cyfrową i zapisać wynik wraz z niepewnością pomiaru.

Niepewność pomiaru dla suwmiarki:

- z noniuszem wynosi:

U = ± 0,1 mm

- suwmiarki cyfrowej wynosi:

U = ± 0,03 mm.

Średnica A:

Suwmiarka z noniuszem (Δ= 0,1 mm), U =± 0,1 mm: 14,6 mm

Suwmiarka z noniuszem (Δ= 0,05 mm), U =± 0,10 mm: 14,80 mm

b) pomiar mikrometrem:

Niepewność pomiaru mikrometrem: U=(±4+(L/40)) μm

Długość A:

lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Wyniki pomiarów, mm	14,688	14,689	14,680	14,678	14,681	14,677	14,674	14,676	14,677	14,675

Odchylenie standardowe:

x=(14,668+14,689+14,680+14,678+14,681+14,677+14,674+14,676+14,677+14,675):10=14,676 mm

δ=(1:10) ((14,676 -14,688)²+(14,676 -14,689)²+(14,676 -14,680)²+(14,676 -14,678)²+
+(14,676 -14,681)²+(14,676 -14,677)²+(14,676 -14,674)²+(14,676 -14,676)²+(14,676 -14,677)²+(14,676 -14,675)²)=0,0000253≈0,00003 mm

u_MPE=(4+(14,676:40))=4,367 μm ≈ 0,005 mm

u=√(u_MPE²+u_pow./roz.²)

u=√(0,005²+0,005²)=0,00707mm ≈0,008mm

U=k*u, k=2

U=2*0,008=0,016mm

Średnica A=14,676±0,016 mm

4. Wnioski:

W trakcie ćwiczenia badano suwmiarki i mikrometry, które cechowały się dużą powtarzalnością pomiarów. Różniły się jednak dokładnością. Przyrządy pomiarowe umożliwiają zmierzenie wielu wielkości fizycznych. Suwmiarki z noniuszem cechowały się mniejszą dokładnością, niż suwmiarki elektroniczne. Zaletą większości suwmiarek jest możliwość łatwego zmierzenia wymiarów zewnętrznych i wewnętrznych oraz głębokości przedmiotu.

Mikrometry cechują się największą dokładnością i powtarzalnością pomiarów. Wadami mikrometrów jest delikatna budowa, stosunkowo mały zakres pomiarowy i specjalizacja w badaniu wymiarów (wymiar wewnętrzny, zewnętrzny lub głębokość).