Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Rok akademicki: 2013/2014 Studia: stacjonarne, inż. Semestr: 3 Kierunek: AiR Grupa: Poniedziałek 10:45- 12:15

Data przeprowadzonych zajęć: 7.10.2013r.

Laboratorium Metrologii

Laboratorium nr 1

Wzorce i podstawowe przyrządy pomiarowe

Wykonał:
Goślicki Miłosz

Sprawozdanie:
Do poprawy:
Zaliczone:

1. Cel ćwiczenia
   Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych pojęć i przyrządów używanych w metrologii, zapoznanie się z obsługą tych przyrządów oraz poznanie zasady działania długościomierza uniwersalnego i budowy układu odczytowego składającego się ze wzorca kreskowego.

2. Teoria

1. Podstawowe przyrządy pomiarowe
   a) 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 ze wzoru:

U=(±4+(L/40)) μm

L - odległość w milimetrach pomiędzy dowolnymi kreskami bądź odległość od kreski zerowej.

b) Noniusz
Noniusz w przyrządach z wzorcami 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.

c) Płytki wzorcowe

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.

d) Suwmiarka
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.)

e) Mikrometr
Przyrząd pomiarowy służący do mierzenia przedmiotów z rozdzielczością 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.

2. Podstawowe pojęcia

1. Zapisywanie i zaokrąglanie wyników pomiarów

X±U mm,
X- wynik pomiaru
U- niepewność pomiarowa.

Wynik pomiaru należy zapisać z taką samą dokładnością i w tej samej jednostce, jak niepewność pomiarową. Wartość pomiaru należy zaokrąglać do góry, do 2 miejsc znaczących.

b) Niepewność pomiaru:

u=√(u_MPE²+u_pow./roz.²)

-u_pow.- odchylenie standardowe z 10 pomiarów,

-u_roz. - rozdzielczość przyrządu.

U=u*k, gdzie:

-k współczynnik rozszerzenia
k=2 dla poziomu ufności 95%
k=3 dla poziomu ufności 98%.

3. Przebieg ćwiczenia

1. Stosy pomiarowe

Ćwiczenie polegało na zastąpieniu podanej długości przy pomocy płytek wzorcowych i zapisanie uzyskanej wielkości wraz z niepewnością.

Przeanalizowano trzy stosy pomiarowe o pierwszej klasie dokładności. Parametry stosów wynosiły kolejno:
a) L_n=27,93 mm

b) L_n=32,43 mm

c) L_n= 75,14 mm.

Stos a) zbudowano z płytek: 1,43 mm, 6,5 mm i 20 mm, o dokładności: 0,2 μm, 0,2 μm i 0,3 μm.

U=√(te₁²+...+te_n²)

U_27,93=√(0,2²+0,2²+0,3² )= 0,412 μm ≈ 0,0005 mm

X=27,9300±0,0005 mm

b) zbudowany z płytek: 1,43 mm, 1mm i 30 mm, o dokładności: 0,2 μm, 0,2 μm i 0,4 μm.

U_32,43=√(0,2²+0,2²+0,4² )= 0,489 μm ≈ 0,0005 mm

X=32,4300±0,0005 mm

c) zbudowany z płytek: 1,14 mm, 4 mm, 20 mm i 50 mm, o dokładności: 0,2 μm, 0,2 μm, 0,4 μm i 0,4 mm.

U_75,14=√(0,2²+0,2²+0,4²+0,4² )= 0,633 μm ≈ 0,0007 mm

X=75,1400±0,0007 mm

2. Pomiar suwmiarkami

Zbadano suwmiarki z noniuszem o module 1 oraz 2.

Dokładności suwmiarek:

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 stosowana w ćwiczeniu.

Dla modułu suwmiarki 1 występuje 10 podziałek na 9mm, natomiast dla modułu 2 występuje 10 podziałek na 19mm.
Błąd graniczny dopuszczalny u_MPE dla suwmiarek z noniuszem wynosi u_MPE=±0,1 mm, a dla elektronicznych u_MPE=±0,3 mm.

3. Mikrometry

Zbadane zostały mikrometry:

• zewnętrzne

• wewnętrzne

• głębokości

• średnicówki

• głowice.

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.

3.4Pomiar wymiarów otrzymanego detalu przy pomocy suwmiarek i mikrometra. Wyznaczenie niepewności pomiarowej U.

Nastąpiło zmierzenie detalu przedstawionego na dołączonym rysunku za pomocą suwmiarki z noniuszem oraz suwmiarki cyfrowej.
Niepewność pomiaru dla suwmiarki z noniuszem wynosi U = 0,1 mm, dla suwmiarki cyfrowej U = 0,03 mm.

Przy pomocy suwmiarki dokonano pomiaru średnicy A (rys.)
Suwmiarka z noniuszem (= 0,1 mm), U = 0,1 mm: Ø27,1 mm

Suwmiarka z noniuszem (= 0,05 mm), U = 0,10 mm: Ø27,3 mm

Średnicę B zmierzono przy pomocy mikrometru.
Niepewność pomiaru mikrometrem: U=(±4+(L/40)) μm

lp.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Wyniki pomiarów, mm	11,488	11,489	11,479	11,478	11,481	11,477	11,477	11,476	11,477	11,477

Odchylenie standardowe:

x=(11,488+11,489+11,479+11,478+11,481+11,477+ 11,477+ 11,476+ 11,477+11,477):10=11,480mm

δ=(1:10)((11,480-11,488)²+(11,480-11,489)²+(11,480-11,479)²+(11,480-11,478)²+
+(11,480-11,481)²+(11,480-11,477)²+(11,480-11,477)²+(11,480-11,476)²+(11,480-11,477)²+(11,480-11,477)²)=0,0000207≈0,00003 mm

u_MPE=(4+(11.480/40))=4,287 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 B=11,480±0,016 mm

4.1 Wnioski

Ćwiczenie wykonano prawidłowo. W trakcie ćwiczenia badano suwmiarki i mikrometry, które cechowały się dużą powtarzalnością pomiarów. Różniły się jednak dokładnością. Suwmiarki z noniuszem cechowały się mniejszą dokładnością niż suwmiarki elektroniczne. Zaletą suwmiarek jest możliwość łatwego zmierzenia wymiarów zewnętrznych i wewnętrznych, jak i głębokości. Mikrometry mają największą dokładność i powtarzalność pomiarów. Wady mikrometrów to: Wąski zakres pomiarowy, specjalizacja w badaniu wymiarów oraz delikatna budowa.

---