«Наука починається з тих пір, як починають вимірювати»

Д. І. Менделєєв

Вимірювальна техніка є невід'ємною частиною матеріальноговиробництва. Без системи вимірювань, що дозволяє контролюватитехнологічні процеси, оцінювати властивості і якість продукції, не можеіснувати жодна область техніки
Удосконалення методів і засобів вимірювань відбувається безперервно. Їхуспішне освоєння та використання на виробництві потребує глибоких знаньоснов технічних вимірювань, знайомства з сучасними зразкамивимірювальних приладів і інструментів.
Засоби вимірювань - це технічні засоби, що використовуються при вимірах іщо мають нормовані метрологічні характеристики. Засоби вимірювання ділять наміри та вимірювальні прилади.
Міра-засіб вимірювань, призначений для відтворення фізичноївеличини заданого розміру, наприклад кінцева міра довжини, гиря - мерамаси. Однозначна міра відтворює фізичну величину одного розміру
(наприклад, кінцева міра довжини), а багатозначна мера-ряд однойменнихвеличин різного розміру (наприклад, штрихова міра довжини і багатограннапризма). Спеціально підібраний комплект заходів, що застосовуються не тільки вокремо, але і в різних поєднаннях з метою відтворення рядуоднойменних величин різного розміру, називається набором заходів (наприклад,набори плоскопараллельних кінцевих мір довжини і набори кутових заходів).
Вимірювальні прилади-засоби вимірювань, призначені для виробленнясигналу вимірювальної інформації у формі, доступної для безпосередньогосприйняття спостерігачем. По характеру показань вимірювальні прилади ділятьна аналогові, цифрові, що показують, що реєструють, самопишучі ідрукують, а за принципом дії - на прилади прямої дії, приладипорівняння, що інтегрують і підсумовують прилади. Для лінійних і кутовихвимірювань широко використовуються показують прилади прямої дії,допускають тільки відлік показань.
За призначенням вимірювальні прилади поділяють на універсальні --призначені для вимірювання однойменних фізичних величин різнихвиробів, та спеціалізовані - службовці для вимірювання окремих видіввиробів (наприклад, розмірів зубчатих коліс) або окремих параметріввиробів (наприклад, шорсткості, відхилень форми поверхонь).
За конструкцією універсальні прилади для лінійних вимірювань поділяють на:
1) штрихові прилади, забезпечені ноніусом (Штангенінструмент);
2) прилади, засновані на застосуванні мікрометричні/гвинтових пар

(мікрометричні інструменти);
3) важільно-механічні прилади, які за типом механізму підрозділяють наважільні (мініметри), зубчасті (індикатори годинникового типу), важільно-зубчасті
(індикатори або мікромери), пружинні; (мікрокатори і мікатори) і важільно -пружинні (мінікатори); 4) оптико-механічні (оптіметри, оптікатори,контактні інтерферометри, дліномери, вимірювальні машини, вимірювальнімікроскопи, проектори).
За усталеною термінологією найпростіші вимірювальні прилади --штангенциркулі, мікрометри називають вимірювальним інструментом.
Для спеціальних лінійних і кутових вимірів у машинобудуванні також широкозастосовують вимірювальні прилади, засновані на інших принципах роботи,пневматичні, електричні, оптико-механічні з використаннямлазерних джерел світла.
Для виконання операцій контролю в машинобудуванні широко використовуютьсякалібри, які являють собою тіла або пристрої, призначенідля перевірки відповідності розмірів виробів або їх конфігураціївстановленим допусках. До них відносяться гладкі граничні калібри (пробкита скоби), різьбові калібри, шаблони і т.д.
Розглянемо докладніше наступні вимірювальні прилади
1) Штангенциркулі призначені для вимірювання зовнішніх і внутрішніхрозмірів виробів. Вони випускаються чотирьох типів: ШЦ-I (рис. а);
ШЦТ-I (ШЦ-1 без верхніх губок і з нижніми губками, оснащеними твердимсплавом); ШЦ-II (рис. б) і ШЦ-111 (ШЦ-П без верхніх губок). Основні частиништангенциркулем: штанга 1, вимірювальні губки 2, рамка 3, зажим рамки 4,ноніус 5, глубомерная лінійка 6 і мікрометричні подача 7 для установкина точний розмір. При вимірах зовнішньої стороною губок штангенциркулем
ШЦ-II розмір Ь = 10 мм додам -ється до звіту.
2) Мікрометри гладкі типу МК. призначені для виміру зовнішніхрозмірів виробів. Основні вузли мікрометра (рис.2): скоба /, пятка 2 імікрометричні головка 4 - відліковий пристрій, 'засноване назастосуванні гвинтовий пари, яка перетворює обертальний рухмікровінта в поступальний рух рухомий вимірювальної п'яти. Межівимірювань мікрометрів залежать від розміру скоби і становлять 0-25; 25-50;
...; 275 - 300, 300-400, 400-500 і 500-600 мм.
Мікрометри для розмірів понад 300 мм оснащені змінними (мал. 26) абопереставні (рис. 2в) п'ятами, що забезпечують діапазон вимірювань 100мм. Переставні п'яти кріпляться в потрібному положенні фіксатором 5, азмінні пятки - гайками 6.
На рис. 1а показана мікрометричні головка, якою оснащують мікрометри зверхньою межею вимірювань до 100 мм. Мікрометричні гвинт/проходитьчерез гладке направляє отвір стебла 2 і угвинчується в розрізнімікрогайку 4, яка стягується регулюючої гайкою 5 так, щобусунути зазори в гвинтовий парі. На мікровінте інсталяційний ковпачком 6закріплений барабан 3. Палець 9, поміщений в глухе отвір ковпачка,притискається пружиною 10 до зубчастої поверхні трещотки 7, що кріпитьсяна ковпачку гвинтом 8. При обертанні трещетка передає мікровінту через палецькрутний момент, що забезпечує заданий вимірювальне зусилля 5-9 Н. Якщовимірювальне зусилля більше, то трещетка провертається з характернимиклацанням. Гвинт 12 угвинчується у втулку 11 і фіксує мікровінт внеобхідному положеніі.Мікрометріческіе головки мікрометрів з нижньою межеювимірювань понад 100 мм мають трохи відмінний пристрій (мал. 2б).
Мікровінт/стопориться гайкою 13, яка затискає розрізні втулку 14.
Барабан 3 затягується інсталяційний ковпачком 6 на конусну поверхнюмікровінта. Палець 9 притискається до торцевої зубчастої поверхні трещотки 7.
Мікрометричні головки мають крок різьби Р = 0,5 мм і довжину різьби 25 мм.
При переміщенні мікровінта на крок Р барабан робить один оборот. Настеблі мікровінта нанесена шкала з розподілами, рівними кроці мікровінта, іпоздовжній відліковим штрих. Для зручності відліку парні і не 'парні штрихишкали нанесені по різні сторони поздовжнього штриха. На конічному зрізібарабана нанесена кругова шкала з числом розподілі n = 50. Ціна діленнякругової шкали мікрометра з = Р/n = 0,5/50 = 0,01 мм, ціна поділки основноїшкали а = Р = 0,5 мм Діапазон показань мікрометричної голівки дорівнює 25мм
Перед виміром мікрометри встановлюють у вихідне (нульове) положення,при якому п'ята і мікровінт притиснуті один до одного або поверхоньнастановних заходів 3 (див. рис 2а) під дією зусилля, що забезпечуєтьсяреверсом. При правильній установці нульовий штрих кругової шкали барабанаповинен співпадати з подовжнім штрихом на стеблі.
Порядок встановлення мікрометрів на нуль. а) закріплюють мікровінт стопором, б)відвертають установчий ковпачок на пів-обороту; в) барабан повертаютьщодо мікровінта до збігу нульового штриха барабана з подовжнімштрихом на стеблі; г) барабан закріплюють ковпачком; д) звільняютьмікровінт і знову перевіряють нульову установку і т. д.
При вимірі виріб поміщають без переносу між п'ятою і мікровінтом іобертають трещетка до тих пір, поки вона не стане провертатися. Найближчийштрих до краю барабана визначає число поділок шкали, що полягає вщо вимірюється розмірі. До відліку за основною шкалою додають відлік закруговою шкалою, що дорівнює добутку ціни поділу з = 0,01 мм на номерподілу, який знаходиться навпроти поздовжнього штриха на стеблі. На рис.
2а відлік дорівнює 14,18 мм.
3) вимірювальні головки - відносяться до важільно-механічних приладів застосовуються для вимірювання розмірів, а також відхилень від заданої геометричної форми. Зубчасті вимірювальні головки - індикатори вартові з ціною ділення 0,01 мм - виготовляються наступних основних типів:а) ИЧ-2, ИЧ-5 і ИЧ-10-з переміщенням вимірювального стрижня паралельношкалою і межами вимірювань 0-2, 0-5 і 0-10 мм відповідно;б) ИТ-2 - з переміщенням стержня перпендикулярно шкалою і межамивимірювань 0-2 мм.
Індикатори типу ИЧ-5 і ИЧ-10 випускаються з корпусом діаметру 60 мм, аіндикатори ИЧ-2 та ІТ-2 - з корпусом діаметру 42 мм (малогабаритні).
Пристрій і принципова схема нормального індикатора типу ИЧ показаніна рис. 3. Основними вузлами індикатора є циферблат 1 до шкали,обідок 2, стрілка 3, покажчик числа обертів стрілки 4, гільза 5,вимірювальний стержень 6 с наконечником 7, корпус 8, вушко 9 і головкастрижня 10 (рис. 3, а). Гільза і вушко служать для кріплення індикатора настійках, штативах і пристосування. Поворотом обідка 2, на якомузакріплений циферблат, стрілку суміщають з будь-яким поділом шкали. За головку
10 стрижень відводять при установці вироби під вимірювальний наконечник.
Принцип дії ідікатора полягає в наступному (рис. 3, б). Вимірювальнийстрижень 6 переміщається в точних направляючих втулках 18, запресованих вгільзи корпусу. На стрижні нарізана зубчаста рейка 11, яка повертаєтриб 12 з числом зубів z = 16. Трібо в приладобудуванні називають зубчатеколесо з числом зубів менше або рівним 18. Зубчасте колесо 13 (z = 100),встановлене на одній осі з трібо 12, передає обертання трибу 14 (z =
10). На осі триба 14 закріплена стрілка 3. У зачепленні з трібо 14знаходиться також зубчасте колесо 15 (z = 100), на осі якого закріпленіпокажчик 4 і втулка 16 з пружинним волоском 17, інший кінець якогоприкріплений до корпусу. Колесо 15, перебуваючи під дією волосини,забезпечує роботу всієї передачі приладу на одній стороні профілю зуба ітим самим усуває мертвий хід передачі. Пружина 19 створює вимірювальнезусилля на стержні. Передаточне ставлення зубчастого механізму підбираютьтаким чином, щоб при переміщенні вимірювального стрижня на відстань L
= 1 мм стрелка здійснювала повний оборот, а покажчик повертався 'на однеподіл. Шкала індикатора має число поділок n = 100. Ціна ділення шкалициферблата c = l/n =/100 = 0,01 мм. У корпусі малогабаритних індикаторівне можна розмістити повні зубчасті колеса з числом зубів z = 100, томуїх замінили зубчастими секторами. У торцевих індикаторів ІТ-2 (мал. 5)переміщення вимірювального стрижня передається рейці зубчастого механізмучерез двухплечій важіль, що має передавальне відношення, рівне одиниці. Цезабезпечує ціну ділення 0,01 мм. Позначення на рис. 3 і 4 однакові.
Індикатори годинного типу випускаються двох класів точності: 0 і 1.
Вимірювальні головки встановлюють на стійках або штативах, якіпоказані на рис. 5. Тип вибирається стійки і штатива визначається ціноюподілу головки: CI-до 0,5 мкм (рис. 5, а), C-II-від 1 до 5 мкм (рис. 5,б), C-III и Ш-I-от I до 10 мкм (рис. 5, в, д), C-IV и Ш-II-10 мкм і вище
(рис. 5, г, е). Штативи застосовують при вимірах на повірочних плитах, вцентрах і на верстатах.
При вимірах індикаторами годинникового типу використовують стійки типа C-IV и Ш-
II (див. рис. 5). Налаштування індикаторів на розмір при відноснихвимірах здійснюють у певному порядку.
1. Закріплюють індикатор на стержні стійки або в державка штатива затискнимгвинтом.
2. На стіл стійки або плиту під вимірювальним наконечником індикаторапоміщають блок кінцевих мір, розмір якого дорівнює номінальному розміромвироби.
3. Опускають індикатор за колонці так, щоб наконечник стикнувся зповерхнею заходи та стріл відхилилася від нульового положення.
Попереднє відхилення стрілки називають «натягом приладу». Значеннянатягу повинно бути більше, ніж допустимі відхилення розміру вироби відномінального значення. Зазвичай дають стрілкою зробити один оборот. При роботіз універсальним штативом для створення натягу користуються гвинтом мікроподачі.
4. Зафіксувавши положення індикатора, шкалу встановлюють на нульовеположення, повертаючи обідок.
5. Піднімаючи і опускаючи вимірювальний стрижень за головку, перевіряютьсталість показань індикатора. Якщо спостерігається відхилення стрілки віднуля, настройку повторяют.
6. Відвівши стрижень, знімають блок заходів.
При вимірі міру замінюють виробом, і наконечник опускають на йогоповерхню. Відлік за шкалою індикатора показує відхилення розмірувироби від розміру заходи в сотих частках міліметра. При абсолютнихвимірах, порядок налаштування той же. Базою для налаштування служитьповерхню предметного столу стійки або повірочної плити. За вказівникомвизначають число міліметрів в розмірі.
Область застосування індикаторів розширюється завдяки використаннюпристосувань. Струбцина для установки на вали (рис. 6, а) має скобу 3 згубкою 2, яка переміщається гвинтом 1. До струбцини пригвинчуєтьсястрижень 4 з хомутом 5 для кріплення державки 6 з індикатором 7. Прямий
(рис. 6, б) і кутовий (рис. 6, б) важелі застосовують при вимірюваннях вважкодоступних місцях. Важелі 9 під дією вимірювального стрижня 12індикатора повертаються навколо осі 10 кронштейнів 11, прикріплених догільзі індикатора, і впираються сферичними наконечниками 8 в поверхнювироби.
4) Оптико-механічні прилади (оптіметри, оптікатори, контактні інтерферометри, дліномери, вимірювальні машини, мікроскопи та проектори) призначені для високоточних вимірювань розмірів і відхилень геометричної форми виробів диференціальних методом. Конструктивно вони є вимірювальні трубки (головки), що встановлюються на стійках. У вимірювальному механізмі трубок оптіметров і оптікаторов поєднуються механічний і оптичний важелі, тому такі прилади іноді називають важільно-оптичними.
Принцип дії оптичного важеля показаний на малюнку

дзеркало 1 падає промінь світла 2 і відображається на шкалу приладу 3. Якщо дзеркалонахилити на кут а, то відбитий промінь зміститься по шкалі на величину I,пропорційну відстані L шкали від дзеркала: I = 2aL. Механічний важільпов'язує вимірювальний стержень приладу з поворачивающимся дзеркалом.
Оптична система - сукупність оптичних вузлів і деталей (лінзи,призми, дзеркала, об'єктиви, окуляр і т. д.), перетворює малі поворотидзеркала в зручні для відліку переміщення світлового потоку з зображеннямпокажчика за шкалою приладу.
За положенням лінії вимірювання оптіметри ділять на вертикальні (0В) ігоризонтальні (ОГ), а за способом відліку показань-на окулярні (ОВО, ОГО)і екранні (ОВЕ, ОГЕ).
Основні характеристики оптіметров за ГОСТ 5405-75
| | Типи приладу |
| Показники | | ОВО-1 | ОГО-1 |
| | |, |, |
| | ОВЕ-0 | ОВЕ-1 | ОГЕ-1 |
| | 2 | | |
| Діапазон виміру, мм | 0-100 | 0-200 | 0-500 |
| | | | |
| Цена деления, мкм | 0,2 | 1,0 | 1,0 |
| Межі виміру по | ± 0,02 | ± 0,1 | ± 0,1 |
| шкалою, мм | 5 | | |
| Що допускається основна | | | |
| похибка | | | |
| ность, мкм, на ділянці | | | |
| шкали, ми: | | | |
| від 0 до ± 0,015 | ± 0,07 | - | - |
| | | | |
| понад ± 0,015 | ± 0,1 | - | .- |
| від 0 до ± 0,06 | - | ± 0,2 | • |
| | | | ± 0,2 |
| понад ± 0,06 | - | ± 0,3 | ± 0,3 |
| Варіація показань, | Ј (, 02 | 0,1 | 0,1 |
| мкм | | | |

5) Лінійки перевірочні виготовляються наступних типів: ЛД - лекальні здвостороннім скосом (мал. 7, а); ЛТ-лекальні тригранні (мал.
7,6); ЛЧ-лекальні чотиригранні (мал. 7, в); ШП - з широкою робочоїповерхнею прямокутного перетину (мал. 7, г); ШД-з широкою робочоїповерхнею двухтаврового перетину (мал. 7, и); ШМ-з широкою робочоїповерхнею, містки (рис. 7, е); УТ-кутові тригранні (рис. 7, ж).
Лекальні лінійки випускаються двох класів точності: 0 і 1. Лекальнілінійки призначені для контролю прямолінійності. Лезо лінійкинакладають на поверхню виробу. Ззаду, на рівні очей контролера,поміщають джерело світла і спостерігають просвіт між лінійкою і виробом.
Величина просвіту визначають за «зразку просвіту» При гарній освітленості іпевній навичці просвіт розміром 3-5 мкм можна оцінити з похибкою
± 1 мкм. Непрямолінійність дорівнює найбільшому просвіту hmax .. (рис.8, а)
. Лінійки з широкою робочою поверхнею застосовують для повіркипрямолінійності і для повірки площинності вузьких поверхонь Розміри l X
Ь лінійок різних типів мають таке значення: для лінійок типу ШП
205Х5-630Х10 мм;лінійок типу ШД 630Х4-4000 X 30 мм; лінійок типу ШМ 400 X 50 - 3000 X 110 мм.
Лінійки випускаються трьох класів точності: 0, 1 і 2. При контроліпрямолінійності методом «лінійних відхилень» рис.8, б лінійку 1укладають робочою поверхнею на дві однакові кінцеві заходи 3 розміромb0, встановлені на перевіряється поверхні 2.Для зменшення похибоквимірювань через прогинів лінійки опори мають у своєму розпорядженні в точках найменшогопрогину (точки Ері), які відзначені ризиками на бічній поверхнілінійок, Точки Ері лежать на відстані 0,233 l від кінців лінійки. На бічнійповерхні лінійки наносять крейдою позначки на відстанях, рівних 0,1 l. Узазначених точках 0, 1, 2, ..., 10 вимірюють відстань Ьi, міжповерхнями лінійки та вироби, вводячи між ними блоки кінцевих мір абощупи 4. За результатами вимірювань, визначають різницю hi = (bо - bi).
Побудувавши графік, як показано на рис. 8, в через точки h0 і hi проводятьпряму лінію ОА. Відхилення від площинності поверхні hmax знаходять яквідстань від лінії ОА до найбільш віддаленої точки профілю.
Рішення про віднесення технічного пристрою до засобів вимірювань і простановленні інтервалів між повірки приймає Держстандарт Росії.

Виміри повинні здійснюватися відповідно до атестованими ввстановленому порядку методиками.

Порядок розробки та атестації методик виконання вимірювань визначається
Держстандартом Росії. Конкретні методи вимірювань визначаються видомвимірюваних величин, їх розмірами, необхідною точністю результату, швидкістюпроцесу вимірювання, умовами, при яких проводяться вимірювання, і поручінших ознак.
Кожну фізичну величину можна виміряти кількома методами, якіможуть відрізнятися один від одного особливостями як технічного, так іметодичного характеру. Щодо технічних особливостей можнасказати, що існує безліч методів вимірювання, і в міру розвиткунауки і техніки, число їх дедалі збільшується. З методичної сторони всеметоди вимірювань піддаються систематизації та узагальнення з загальних характернимознаками. Розгляд та вивчення цих ознак допомагає не тількиправильному вибору методу та його співставлення з іншими, а й істотнополегшує розробку нових методів вимірювання.
Для прямих вимірів можна виділити кілька основних методів: методбезпосередньої оцінки, диференціальний метод, нульовий метод і методзбігів.
При непрямих вимірах широко застосовується перетворення вимірюваноївеличини в процесі вимірювань.

Рис. 3. Індикатор часовий типу ИЧ

Рис. 4 Індикатор торцевий типу ІТ-2

Рис. 5. Стійки й штативиа-р-сгойкі типу CI; C-Ii; C-III; C-IV; д-е-штативи типу Ш-1, lll-tf;
1 - основа, 2 - предметний стіл для встановлення виробу; 3 - колонка;
4-кронштейн; 5-гвинт кріплення вимірювальної головки; 6-маховик переміщеннякронштейна (кремальера), 7-гвинт затиску кронштейна;
5 - гайка; 9 - стержень;/О-хомут;//-затискної гвинт; 12 - державка;
1З-гвинт кріплення державки; 14-пружинне кільце; 15-гвинт мікроподачі дляточної установки вимірювальної головки на розмір

Рис. 7. Лінійки перевірочні

,

Рис. 8. Методи контролю прямолінійності/

План

1.Средства вимірів

2.Штанкгнціркуль

3.Мікромктр

4.Індікатори вартові

5.Оптіко-механічні прилади

6.Лінейкі перевірочні

7.Пріложенія < p> Використана література

1.Васільев А.С. «Основи метрології та технічні вимірювання» 1980 г.

2.Закон «Про забезпечення єдності вимірювань» від 28.04.2001 р.

3.Махоня І.Т. «Довідник інструментальника з технічних виміру ніям» 1984 г.

Рис.1 мікрометричні головки

Рис.2 Микрометр

Рис.6 Пріспособлннія до індикаторів