Ćwiczenie M_1	SPRAWOZDANIE Temat ćwiczenia: Pomiar wielkości geometrycznych.
Nr zespołu: 4	WEiP, Energetyka, rok 2, grupa 3	Data: 16.04.2012
Nazwisko i imię:	Ocena
	Teoria	Wykonanie ćwiczenia

I. Wstęp teoretyczny.

Metrologia wielkości geometrycznych zajmuje się pomiarami długości i kąta w celu określenia geometrycznej postaci części maszyn i urządzeń technicznych [1]. Wymiary liniowe są najbardziej rozpowszechnionymi w budowie maszyn rodzajami wymiarów. Sposoby pomiaru czy sprawdzania wymiarów liniowych stanowią obszerne i złożone zagadnienia, toteż do ich wyznaczania używa się wielu ogromnie zróżnicowanych narzędzi, przyrządów i maszyn pomiarowych .

Wymiarami nominalnymi nazywa się wymiary przedmiotów podawane na rysunkach. Wymiary rzeczywiste wynikają z położenia pola tolerancji (muszą się mieścić w polu tolerancji) i błędów wykonania, mogą więc być inne od wymiarów nominalnych.
W zależności od usytuowania na przedmiocie rozróżnia się:

• wymiary zewnętrzne (z), jak np.: długość, szerokość lub wysokość przedmiotu, średnica wałka, grubość ścianki przedmiotu wydrążonego, itd.

• wymiary wewnętrzne (w), jak np.: średnica otworu, szerokość rowka, itd.

• wymiary mieszane (m), jak np.: głębokość rowka

• wymiary pośrednie (p), tj. takie, których nie można zmierzyć bezpośrednio, a więc:

odległość osi otworu od ściany przedmiotu, rozstawienie otworów itd. [2]

Wzorcem nazywa się ciało lub właściwość fizyczną, która odtwarza daną miarę z określoną dokładnością. Wyróżnia się następujące wzorce miar długości:

• kreskowe, końcowo-kreskowe,

• inkrementne,

• kodowe,

• końcowe,

• falowe.

Najczęściej stosowanymi wzorcami końcowymi są płytki wzorcowe i szczelinomierze.

Suwmiarka jest przyrządem służącym do mierzenia wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych i mieszanych, zaopatrzonym w noniusz (pomocniczą podziałkę zwiększającą dokładność odczytania na głównej podziałce kreskowej).

Rys. 1. Suwmiarka uniwersalna (rys. 1): składa się z prowadnicy stalowej (1) z podziałką milimetrową, zakończonej dwiema szczękami nieruchomymi (2). Po prowadnicy przesuwa się suwak (3) mający dwie szczęki przesuwne (4) (dolną dłuższą i górną krótszą), odpowiadające szczękom stałym. Na suwaku znajduje się specjalna podziałka długości 9 mm, zwana noniuszem (5), składająca się z 10 równych części. Suwak jest wyposażony w dźwignię zacisku (6), za pomocą której ustala się położenie suwaka.

Mikrometr jest przyrządem służącym głównie do pomiaru wymiarów zewnętrznych.

Rys. 2. Mikrometr zewnętrzny z powierzchniami pomiarowymi płaskimi; 1) kabłąk, 2) kowadełko, 3) nakładki (węgliki spiekane), 4) wrzeciono ze śrubą mikrometryczną, 5) tuleja z nakrętką mikrometryczną, 6) tuleja
z podziałką, 7) bęben z podziałką, 8) nakrętka do kasowania luzu, 9) tuleja sprzęgła ciernego, 10) sprężyna sprzęgła, 11) wkręt do mocowania bębna na wrzecionie, 12) nakrętka, 13) zacisk.

Literatura:

[1] Instrukcja do ćwiczenia

[2] http://dydaktyka.polsl.pl/ROZ5/tszulc/default.aspx

II. Elementy użyte w ćwiczeniu.

• Suwmiarka zwykła

• Mikrometr

• Zestaw płytek wzorcowych

• Elementy konstrukcyjne z tworzyw metalicznych, sztucznych i ceramicznych
  do pomiaru wielkości geometrycznych.

III. Wykonanie ćwiczenia i wyniki pomiarów.

1. W pierwszej kolejności sprawdzono niedokładność wskazań suwmiarki poprzez pomiar płytek wzorcowych w kilku punktach zakresu pomiarowego. Błąd wskazania δ_w – jest różnicą między poprawnym odczytem wskazania za pomocą noniusza W_ii wartością nominalnej płytki wzorcowej N:

δ_w =  W_i − N

Otrzymane wyniki zestawiono w poniższych tabelach.

Suwmiarka nr 1 z noniuszem ±0,1 mm, zakres pomiarowy 0-14,5 cm
Błąd wskazania zerowego
Błąd wskazania suwmiarki przy mierzeniu płytek wzorcowych
N [mm]
Wi [mm]
δw[mm]
Błąd równoległości szczęk suwmiarki rmax=0,1 mm

Na podstawie uzyskanych rezultatów uznano, że błąd wskazań suwmiarki mieści się
w granicach błędu dopuszczalnego.

2. Wykonano po cztery serie pomiarów zewnętrznych (Z) i wewnętrznych (W) wybranych elementów konstrukcyjnych. Wyniki pomiarów zestawione są poniżej.

Przyrząd 1	Suwmiarka 1
	Z [mm]
1	18,9
2	19,0
3	18,6
4	19,2
5	18,9
Średnia	18,92
Odchylenie standardowe	0,217
Przyrząd 2	Suwmiarka 1
	Z [mm]
1	22,6
2	23,0
3	22,7
4	22,6
5	22,8
Średnia	22,74
Odchylenie standardowe	0,167
Przyrząd 3	Suwmiarka 1
	Z [mm]
1	50,1
2	50,0
3	50,0
4	49,8
5	50,5
Średnia	50,08
Odchylenie standardowe	0,259
Przyrząd 4	Suwmiarka 1
	Z [mm]
1	20,0
2	19,8
3	20,2
4	20,2
5	20,3
Średnia	20,1
Odchylenie standardowe	0,2

Średnią arytmetyczną obliczono z wzoru:

$$x_{sr} = \ \frac{x_{1} + x_{2} + \ldots + x_{n}}{n}$$

gdzie: x_i – wartość pomiaru; n – liczba pomiarów.

Odchylenie standardowe obliczono z wzoru:

$$s\left( x \right) = \ \sqrt{\frac{{\sum_{i = 1}^{n}{(x_{i} - x_{sr}})}^{2}}{n - 1}}$$

Należy zauważyć, że ze względu na możliwe liczne wady konstrukcyjne, takie jak mała sztywność, luzy na prowadnicach itp. suwmiarka nadaje się jedynie do pomiaru mało dokładnych części maszyn, a także tam, gdzie wymagana jest prostota i szybkość pomiaru.

3. Sprawdzono poprawność działania śruby mikrometrycznej dokonując pomiaru wskazania zerowego. Zauważono, że pomiary użytym w ćwiczeniu mikrometrem charakteryzują się błędem systematycznym (błędem wskazania zerowego) równym 0,4 mm (wszystkie podane niżej wyniki są skorygowane o ten błąd). Następnie wykonano po dwie serie pomiarów grubości (g) i średnicy (d) próbek wykonanych z różnych tworzyw, wykorzystując mikrometr oraz suwmiarkę z noniuszem 0,1 mm. Uzyskane wyniki zestawiono poniżej.

Rurka ceramiczna	Mikrometr	Suwmiarka
	d [mm]	g [mm]
1	22,82	3,46
2	22,83	3,35
3	22,66	3,45
4	22,79	3,49
5	22,72	3,5
Średnia	22,76	3,45
egr	0,0522	0,0503
Rurka PCV	Mikrometr	Suwmiarka
	d [mm]	g [mm]
1	46,7	2,89
2	46,39	2,87
3	46,54	2,88
4	46,45	2,85
5	46,58	2,86
Średnia	46,53	2,87
egr	0,0546	0,0502

Uzyskane wartości średnie pomiarów mikrometrem i suwmiarką różnią się nieznacznie między sobą. Graniczny błąd pomiaru przyrządami suwmiarkowymi e_gr, przy niepewności pomiarowej ± 3s, wyznaczono z równości:

gdzie:

• e₀ – błąd odczytu, wynikający z charakterystyki noniusza; wyznacza się z wzoru: $e_{0} = \pm \frac{I}{n}$

• e_w – dopuszczalny błąd przyrządów suwmiarkowych; wyznacza się z wzoru:
  e_w= ±(50 + 0,1·L) μm, gdzie L – wartość mierzona w mm

• e_h – odchyłka graniczna grubości pomiarowej szczęk równa: 0 – dla szczęk płaskokrawędziowych, ±0,03 mm – dla szczęk płaskowalcowych suwmiarek,
  ± 0,02 mm – dla szczęki płaskokrawędziowej wysokościomierzy.

Wyliczone wartości granicznych błędów pomiaru potwierdziły większą dokładność wskazań mikrometru – dla każdego pomiaru błąd był znacząco niższy dla mikrometru niż dla suwmiarki. Nie ulega wątpliwości, iż zastosowanie mikrometru pozwala uzyskać znacznie dokładniejszy i pewniejszy pomiar.