Теоретичні відомості та опис приладів

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Вимірювання лінійних величин

Мета: навчитися користуватися даними приладами для вимірювання лінійних величин.

Прилади і матеріали: 1) штангенциркуль; 2) штангенглибиномір; 3) мікрометр; 4) індикатор годинникового типу; 5) вимірювальний мікроскоп: 6) деталі для вимірювання.

Теоретичні відомості та опис приладів

Для вимірювання лінійних величин застосовують найрізноманітніші способи, вибір яких визначається заданою точністю та умовами експерименту.

Для безпосередніх вимірювань довжини широко використовуються такі міри, як масштабна лінійка, металеві вимірювальні лінійки, рулетки без стабілізуючої основа. Точність вимірювання довжини цими мірами невисока. Ціна поділки, наприклад, масштабної лінійки становить 1 мм. Отже, точність вимірювання масштабною лінійкою не перевищує половини ціни поділки і дорівнює 0,5 мм.

Для більш точних вимірювань користуються приладами з ноні­усом, який побудовано за принципом методу збігів Ноніуси (у такому вигляді, як вони застосовуються тепер) винайшов у 1631 р. у Франції директор Монетного двору Ц. Верньє. Тому їх правильно було б назвати верньєрами, як в геодезії. У фізиці та техніці їх прийнято називати ноніусами за ім'ям португальця П. Нуніша (Nunes, латинізоване ім'я Nonius), який у 1542 р. винайшов подібне, але менш зручне пристосування, що нині не застосовується.

Метод лінійного ноніуса. Ноніусом називається невелика додаткова шкала до звичайного масштабу, яка дає змогу підвищити точність вимірювання в 10-20 разів. Ноніус переміщується по основній шкалі. Розглянемо лінійний ноніус

штангенциркуля. Ноніус

для вимірювання з точністю до 0,1 мм являє собою шкалу довжиною 9 мм, поділену на десять рівних частин (рис. 1,а). Тому одна поділка ноніуса дорівнює 0,9мм, тобто менша від поділки основної шкали масштабної лінійки. Коли нульова мітка (штрих) шкали ноніуса буде між певними мітками основної шкали штангенциркуля (рис. 1,б), то це означатиме, що до цілого числа міліметрів треба додати певне число х десятих часток міліметра. Будова ноніуса ґрунтується на тому, що людське око легко розрізняє, чи є два штрихи продовжен­ням один одного, чи вони дещо зсунуті.

Для визначення числа х знаходимо мітку шкали ноніуса, яка збігається з якоюсь міткою основної шкали (на рис. 1, б це друга відмітка ноніуса) Нехай такою міткою буде n-на по порядку мітка шкали ноніуса. Оскільки вимірювана дробова частина міліметра дорівнює різниці між цілим числом міліметрів за основною шкалою штангенциркуля (п мм) і відстанню по шкалі ноніуса від нульової до мітки, що збігається (0,9мм), можна записати 0,1х = п - 0,9п, тобто х = п.

Отже, порядковий номер збіжної мітки ноніуса безпосередньо дає число десятих часток міліметра.

Шкала ноніуса для вимірювання з точністю до 0,05 мм має 20 однакових поділок на довжині 19 мм, а шкала ноніуса для вимірювання з точністю до 0,02 мм має 50 однакових поділок на довжині 49 мм. Мітка цих ноніусів, яка збігається з штрихом основної шкали, показує відповідно числа двадцятих або п'ятдесятих часток міліметра.

Отже, поділки на основній шкалі і шкалі ноніуса наносять так, що п -1 поділка

основної шкали дорівнює за довжиною поділкам ноніуса. Якщо Aa_N і Аа_м відповідно ціни поділок ноніуса і основної шкали, то

звідки різниця цих поділок (тобто точність ноніуса)

Точністю ноніуса називають величину , яка дорівнює відношенню ціни найменшої поділки основної шкали до числа поділок ноніуса. Під точністю відліку за ноніусом розуміють ціну його поділки.

Штангенциркуль (рис. 2) — це прилад для вимірювання лінійних розмірів з точністю від 0,1 до 0,02 мм. Штангенциркуль складається із стальної лінійки (штанги) 5 з міліметровими поділками, відносно якої переміщується рамка 4 з ноніусом, і двох пар губок (ніжок) — нерухомих 1 і рухомих 2. При зімкнутих губках відлік за ноніусом дорівнює нулю. Між губками затискують вимірювану деталь. Щоб точно визначити розмір деталі, рухому губку штангенциркуля переміщують у момент дотику її до деталі за допомогою мікрометричного пристрою 6, щоб запобігти надмірному натисканню губок на деталь. Закріплюють рухому губку на штанзі стопорним гвинтом 3 (при відповідних навичках роботи з штангенциркулем гвинт 3 можна не закріпляти) і роблять відлік за ноніусом. Для вимірювання внутрішніх розмірів деталі є калібровані губки 7. Загальна ширина їх при зведених губках найчастіше дорівнює 10 мм; цей розмір треба додавати до відліку за шкалою. Деякі штангенциркулі мають також висувні лінійки для вимірювання глибини не наскрізних отворів.

Штангенглибиномір (рис. 3) побудований подібно до штангенциркуля, але пристосований для вимірювання глибини отворів і висоти виступів деталей. У штангенглибиномірі рамка 3 з ноніусом має опорну площину 2, якщо прилад спирається на край отвору, а штанга 1 опускається в отвір. Глибину отвору вимірюють по основній шкалі на штанзі і по ноніусу рамки так само, як і штангенциркулем.

Мікрометр (рис. 4) — це інструмент для вимірювання лінійних розмірів з точністю до 0,01 мм. Він складається із стальної скоби 8, що має нерухому опорну п'яту 1, стебла 8, мікрометричного гвинта 2 і стопорного гвинта 7.

Мікрометричний гвинт переміщується всередині спеціальної гільзи з різьбою, закріпленою в стеблі 3. Крок гвинта 0,5—1,0 мм. На зовнішній поверхні стебла нанесено дві поздовжні шкали, зсунуті одна відносно одної на 0,5мм. Зовні стебло охоплює барабан 4, з'єднаний з мікрометричним гвинтом. Таким чином, при обертанні барабана обертається і гвинт; при цьому переміщується його вимірю­вальна поверхня 2. Дія мікрометра ґрунтується на властивості гвинта здійснювати при повороті його поступального переміщення, пропор­ційне куту повороту. Скошений обід 6 барабана поділено на 50 (або100) однакових поділок. На правому кінці барабана є особливий фрикційний пристрій — тріскачка 5. При вимірюванні слід обертати барабан тільки за головку тріскачки. Деталь при вимірюванні затискається між п'ятою і мікрометричним гвинтом. Після того, як досягнуто певного ступеня натиску на деталь (5-6 Н), фрикційна головка починає проковзувати, даючи характерний тріск. Завдяки цьому затиснута деталь деформується порівняно мало (її розміри не спотворюються) і, крім того, це запобігає псуванню мікрометричного гвинта.

Для відлічування показів мікрометра по шкалі стебла визначають ціле число (нижня шкала) і половини (верхня шкала) міліметрів. Для відлічування сотих часток міліметра користуються поділками на барабані (крок мікрометричного гвинта визначається заздалегідь).

Індикатор годинникового типу (рис. 5) — це вимірювальний прилад з зубчастою передачею, його дія ґрунтується на перетворенні малих переміщень вимірювального стержня у великі переміщення покажчика. В схемі такого індикатора (рис. 5, а) зубчаста рейка, яка нарізана на вимірювальному стержні 1, зчеплена з малою шестернею Z₂, на осі якої жорстко насаджена велика шестерня Z₃ При вимірюванні лінійне переміщення стержня 1 зумовлює поворот шестерень Z₂ і Z₃, які обертають трубку (зубчасте колесо з малим числом зубців) Z₁ і закріплену на її осі стрілку індикатора 2. Це переміщення також передається шестерні Z₄ на осі якої нерухомо насаджено втулку з пружинним волоском 5 (для усунення мертвого ходу) і малу стрілку 6. Переміщенню стержня 1 на 1 мм відповідає повний оберт стрілки 2 індикатора, відлік цілих міліметрів реалізується за шкалою 4 малою стрілкою. Для притиснення вимірюваного стержня до деталі (об'єкта) з певним зусиллям служить пружина 7. Установка індикатора на нуль здійснюється обертанням шкали 3, з'єднаної з ободом 8. Вимірювальний наконечник 9 загвинчується в торець вимірювального стержня 7.

Індикатори використовуються в основному для порівнювальних вимірювань та як відлікові пристрої в різних контрольно-вимірювальних пристосуваннях.

приладу, оптиметри поділяють на вертикальні (для зовнішніх вимірювань) і горизонтальні (для зовнішніх і внутрішніх вимірювань).

При вимірюванні лінійних розмірів предметів різної форми (тонкі пластинки, плівки, кулі тощо) на предметний столик встановлюють різні спеціальні пристрої.

Вимірювальний мікроскоп МИР-1 (рис. 6) складається з корпусу 2, висувного тубуса 3 (з нанесеними на ньому поділками від 130 до 200), об'єктива 1 і окуляра 4. Мікроскоп установлюють на вертикальному штативі 9. Головка кремальєри 11 призначена для переміщення мікроскопа при його фокусуванні в напрямі вимірюваного об'єкта. Шарнір із затискним гвинтом 5 дає можливість установлювати мікроскоп під певним кутом до горизонтального напряму. Гвинтом 6 фіксується поворот мікроскопа навколо вертикальної осі. Вертикальне переміщення мікроскопа здійснюється поворотом кремальєри 7. Його вимірюють за допомогою міліметрової шкали з ноніусом 10. Від звичайного мікроскопа вимірювальний відрізняється тим, що, по-перше, фокусна відстань об'єктива порівняно велика (замість кількох міліметрів вона становить кілька сантиметрів) і, по-друге, всередині окуляра в площині, в якій розміщено зображення предмета, що його дає об'єктив, розміщується окулярний мікрометр (скляна пластинка — шкала з дрібними поділками). Око спостерігача бачить у полі зору мікроскопа зображення шкали, суміщене із зображенням предмета. Для вимірювання розмірів предмета потрібно знати ціну поділки шкали окуляра. Ціною поділки шкали називається довжина такого об'єкта, зображення якого закриває одну поділку шкали. Вона залежить від відстані між об'єктивом і окуляром мікроскопа.

При вимірюванні малих відстаней (3—5 мм), які не виходять за межі шкали окуляра, користуються тільки шкалою окуляра. Для вимірювання великих вертикальних відстаней користуються ноніусом і шкалою на штативі. Штатив установлюють вертикально за допомогою гвинтів 8.