Лабораторная работа: Линейные измерения

Схема, устанавливающая соподчинение эталона, образцовых и рабочих средств измерения, представлена на рис.1.

Примером образцовых в одних и рабочих мер длины в других случае являются мерительные плитки (плитки Иогансона) - плоскопараллельные концевые меры длины в форме плиток, изготовленные из инструментальной легированной стали с высокой точностью; рабочий размер их определяется расстоянием между двумя параллельными измерительными плоскостям. Размеры плиток поддаются измерению непосредственно в длинах волн с очень высокой точностью (до 5* 10^-8 м) и потому большое число операций по градуировке и поверке приборов производится с их помощью. Плитки обладают очень полезным для их практического применения свойством - притираемостью, т.е. способностью прочно сцепляться между собой измерительными поверхностями (размер блока из нескольких плиток практически равен сумме размеров отдельных плиток, входящих в блок). Наибольшее распространение получил набор плиток от I до 100 мм. По величинам допусков на изготовление плитки разделены на пять классов точности (например, допустимые отклонения плиток до 10mм составляют: + 0,0001 мм - нулевой класс; + 0,0025 мм - четвертый класс). Применение плиток в качестве образцовых мер предусматрива­ется поверочными схемами соответствующих ГОСТов. (ГОСТ 9038-59).

Методы и приборы для измерения линейных размеров. Методы измерения и применяемые приборы выбирают, учитывая следующие факторы:

- размеры измеряемого объекта;

- характер (особенности) объекта;

- требуемая точность результата.

Диапазон измеряемых в современной физике расстояний огромен (от 10^-15 до 10²⁶ м). Естественно, что методы и средства измерений, применяемые в различных частях этого диапазона, различны. Например, диаметр атомных ядер (~10 ^-15 м) определяют по эффективному сечению рассеяния нейтронов. Размеры крупных молекул, а также период кристаллической решетки ( ~ 10^-10 м) измеряются с помощью электронного микроскопа или по интерференционным картинам рассеяния корот­ких электромагнитных волн (нейтроно-, электроно- и рентгенография).

Оптическая интерференция позволяет измерить расстояния от 10^-8 до 10 ^-4 м. Размеры от 10^-6 м (I мкм - микрон) до 10^-3 м могут быть измерены с помощью оптического микроскопа. Измерение длин в области больших значений (> 10^-3 м) производится методом триангуляции (т.е. сводится к измерение углов).

В данной работе рассматриваются простейшие методы линейных измерений, используемые в машиностроении.

Все методы линейных измерений можно разделить (по разным признакам) на следующие виды:

- методы непосредственной оценки и методы сравнения;

- контактные и бесконтактные.

В контактном методе измерительные поверхности прибора касаются поверхностей объекта (штангенциркуль, микрометр). Бесконтактные измерения можно производить с помощью микроскопа или специальных проекторов. Методы непосредственной оценки позволяют определить значение всей измеряемой величины (измерительная линейка, микрометрический винт). Методы сравнения дают возможность определить отклонение измеряемой величины от заданного размера. Примером такого измерительного устройства является штангенциркуль, в котором реализуется метод нониуса. Второй пример - стрелочный индикатор, используемый в сочетании с измерительными плитками.

Метод линейного нониуса. Нониусом называют небольшую линейку, которая может перемещаться вдоль основного масштаба. На нониусе нанесено некоторое число n делений; цена деления нониуса находится в определенном соотношении к цене деления масштаба ;чаще всего, общая длина n делений нониуcа равна длине n-1 делений масштаба (рис.2):

(1)

отсюда разность между длиной одного деления масштаба и одного деления нониуса:

(2)

где есть точность нониуса, которая, как видно, определяется ценой деления масштаба и числом делений нониуса n .

Рис. 2. Линейный нониус.

Наиболее распространенные типы нониусов представлены в табл.1:

	1	1	1	0.5
n	10	20	50	25
	0.1	0.05	0.02	0.02

Табл.1. Характеристики нониусов.

Чтобы провести измерения с помощью нониуса, необходимо измеряемый объект

L заключить между нулевыми делениями масштаба и нониуса.

Допустим, что нулевое деление нониуса отсекает k целых и часть k +1 деления масштаба, причем m -ое деление нониуса совпадает с некоторым делением масштаба, тогда измеряемая длина L равна числу целых делений масштаба, содержащихся в ней, сложенному с точностью нониуса умноженной на номер ( m ) его деления, совпадающего с делениеммасштаба:

(3)

Очевидно, что ошибка при измерениях с нониусом не может превышать половины его точности.

Приборы, в которых применяется линейный нониус: штангенциркуль раздвижной толстомер (применяется при измерении длины небольших (8+ 10 см) предметов); катетометр (применяется для измерения расстояний между двумя точками по вертикальному направлению).