Нониусные средства измерения

Нониусные средства измерения

Штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166

То же штангенциркуля типа II с диапазоном измерения 250 - 630 мм и значением отсчёта по нониусу 0,1 мм, класса точности 1:

Штангенциркуль ШЦ-II-250-630-0,1-1 ГОСТ 166

То же штангенциркуля типа I с диапазоном измерения 0 - 150 мм, с ценой деления круговой шкалы 0,02 мм.

Штангенциркуль ШЦК-1-150-0,02 ГОСТ 166

То же штангенциркуля типа I с диапазоном измерения 0 - 125 мм, с шагом дискретности цифрового отсчётного устройства 0,01 мм:

Штангенциркуль ШЦЦ-1-125-0,01 ГОСТ 166

Штангенглубиномер

Штангенглубиномеры применяют для прямого измерения высот деталей и уступов и глубин отверстий и пазов. Конструкция штангенглубиномера отличается от штангенциркуля отсутствием подвижной губки, а вместо неё сделана траверса, являющаяся основанием 1 (опорой) при измерениях (рисунок 2.8). Остальные элементы конструкции и методика отсчёта результата измерения аналогичны таковым штангенциркуля.

Штангенглубиномеры должны изготавливаться следующих типов:

ШГ — с отсчётом по нониусу (рисунок 2.8а);

ШГК — с отсчётным устройством с круговой шкалой (рисунок 2.8б);

ШГЦ — с электронным цифровым отсчётным устройством (рисунок 2.9).

Штангенглубиномер (рисунок 2.8а) состоит из основания 1, штанги 2 с миллиметровой шкалой, рамки с нониусом 3 и устройством 4 для микрометрической подачи штанги 2. Поверхность А основания является одной измерительной поверхностью, а второй - поверхность Б штан­ги 2. При совме­щении измерительных поверхностей основания и штанги с плос­костью поверочной плиты нулевые штрихи шкал штанги и нониуса должны совпадать. Цена деления нониуса штангенглубиномера – 0,10 или 0,05 мм.

 

                а)                                                             б)

1 – основание; 2 – штанга со шкалой; 3 – нониус; 4 – устройство микрометрической подачи штанги; 5 – гайка; 6, 7 – стопоры; 8 – круговая шкала со стрелочным отсчётом

Рисунок 2.8 – Штангенглубиномер: а) с нониусом; б) со стрелочным отсчётом

 

Для облегчения отсчёта дробных значений миллиметра могут быть применены штангенглубиномеры типа ШГК со стрелочным механическим отсчётным устройством (рисунок 2.8б). Их конструкция и технология отсчёта аналогичны таковым штангенциркуля со стрелочным механическим отсчётным устройством.

Более удобными для считывания результата измерения являются штангенглубиномеры типа ШГЦ с электронным цифровым отсчётом (рисунок 2.9).

 

Рисунок 2.9 - Штангенглубиномер с цифровым отсчётом

 

Диапазон измерений, значение отсчёта по нониусу, цена деления круговой шкалы, шаг дискретности цифрового отсчётного устройства и длина измерительной поверхности рамки должны соответствовать указанным в ГОСТ 162 (таблица 2.2)

 

Т а б л и ц а 2.2 – Характеристики штангенглубиномеров (по ГОСТ 162)

                                                                             Размеры в миллиметрах

Диапазон измерения штанген- глубиномера	Значение отсчёта по нониусу	Цена деления круговой шкалы отсчётного устройства	Шаг дискретности цифрового отсчётного устройства	Длина измерительной поверхности рамки, не менее
0 - 160	0,05; 0,1	0,02; 0,05	0,01	120
0 - 200
0 - 250
0 - 300
0 - 400
0 - 630				175
0 - 1000

 

П р и м е р у с л о в н о г о о б о з н а ч е н и я штангенглубиномера типа ШГ

с диапазоном измерения 0—630 мм и значением отсчёта (ценой деления) по нониусу 0,05 мм:

Угломер

Угломером называется накладное техническое средство для измерения углов.

Отсчёт значения угла производится с помощью нониуса аналогично штангенциркулю. Цена деления нониуса угломеров – 2´, 5´и 10´.

Типы и основные параметры угломеров должны соответствовать указанным в ГОСТ 5378 (таблица 2.3).

 

 

Таблица 2.3 – Типы и основные параметры угломеров по ГОСТ 5378

Тип угломера	Значение отсчёта по нониусу	Предел измерений
		наружных углов	внутренних углов
1	2´ и 5´	От 0° до 180°	-
2	2´	От 0° до 360°	От 40° до 180°
3	5´ и 10´	От 0º до 360º	-
4	10´	От 0° до 180°	-

Пример условного обозначения угломера типа 1 со значением отсчёта по нониусу 2´: Угломер типа 1-2 ГОСТ 5378-88

 

На рисунке 2.10 показан угломер типа 1 с ценой деления нониуса 5´. Угломеры этого типа называют транспортирными. Он состоит из основания 1 с нанесённой на нём шкалой 2. Шкала имеет цену деления 1º и диапазон показаний 90º.

 

 

1 – основание; 2 – шкала; 3 – сектор;

4 – линейка поворотная; 5 – ось поворота сектора с линейкой; 6 – нониус; 7 – шкала нониуса; 8 – стопор; 9 – угольник; 10 – державка; 11 – линейка неподвижная

 

 

Рисунок 2.10 – Угломер типа 1

 

На основании закреплена неподвижная линейка 11, нижняя сторона А которой является первой измерительной поверхностью. Второй измерительной поверхностью являются нижняя сторона Б поворотной линейки 4 или стороны угольника 9 в зависимости от величины измеряемого угла.

Угломер типа 2 (универсальный), показанный на рисунке 2.11, состоит из основания 1, на котором нанесена круговая шкала. По основанию перемещается сектор 2 с закреплённым на нём винтами 4 нониусом 3. К основанию 1 крепится линейка 5, которая имеет измерительную поверхность А. Вторая измерительная поверхность в зависимости от величины измеряемого угла образуется поверхностью сектора 2 или съёмными линейкой 7 и угольником 9. Линейка и угольник закрепляются на угломере державками 8 и 10. Винт микрометрической подачи сектора расположен с обратной стороны основания 1.

 

 

1 – основание; 2 – сектор; 3 – нониус; 4 – винт крепления нониуса; 5 – линейка постоянная; 6 – стопор сектора; 7 – линейка сменная; 8, 10 – державки; 9 – угольник сменный

Рисунок 2.11 - Угломер (тип 2)

 

В зависимости от диапазона измеряемых углов компоновки угломеров представлены на рисунке 2.12. Для измерения углов в диапазоне от 0 до 50º в комплектации должны быть угольник и сменная линейка, в диапазоне от 50 до 140 º устанавливается одна сменная линейка, для измерения в диапазоне от 140 до 230 º необходимо установить один угольник, при измерении углов от 230 до 320 º остаётся только основание с сектором.

 

 

                                

           а)                                                        б)

 

 

                        

 

                        в)                                                   г)

Рисунок 2.12 - Компоновки угломера для измерения углов разных диапазонов:

а) от 0 до 50º; б) 50 до 140 º; в) от 140 до 230 º; г) от 230 до 320 º

 

Угломер типа 4 показан на рисунке 2.13. Им можно измерять наружные углы в диапазонах от 0 до 90 º и от 90 до 180 º. Измерительными поверхностями являются обе стороны поворотной линейки 2 и нижние поверхности А и Б основания 1. На поворотной линейке 2 закреплён нониус 3. По сравнению с угломером типа 1 он не требует дополнительных элементов и наладки при измерении углов в разных диапазонах.

 

 

1 –основание; 2 – поворотная линейка; 3 – нониус; 4 - стопор

 

 

Рисунок 2.13 - Угломер (тип 4)

 

Лабораторная работа № 1

Цель и задачи работы

Освоить технику измерения нониусными средствами измерения, научиться определять случайную систематическую и суммарную погрешности измерения. Ознакомиться с устройством нониусных средств измерения (штангенциркуль, штангенглубиномер и угломер), их метрологическими характеристиками.

Научиться обрабатывать результаты измерений.

Научиться работать с нормативной документацией.

 

Литература

1) РМГ 29-99. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения

2) ГОСТ 166—89 (ИСО 3599-76). Штангенциркули. Технические условия

3) ГОСТ 162—90. Штангенглубиномеры. Технические условия

4) ГОСТ 5378-88. Угломеры с нониусом. Технические условия

5) Марков Н.Н. Конструкция, расчёт и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов: учебник/ Н.Н.Марков, Г.М.Ганевский.-М., 1993.- 416с.

 

2.5.3 Типовое задание

1) Произвести измерения:

а) штангенциркулем наружного d 1 и внутреннего D диаметров детали (рисунок 2.14);

б) штангенглубиномером высоту h цилиндрической части детали;

в) угломером угол α конуса детали.

2) Об­работать результаты измерений и дать заключение о погрешности измерений.

 

Порядок выполнения работы

1) Выполнить эскиз детали с буквенными обозначениями измеряемых размеров (см. рисунок 2.14).

2) Подготовить таблицы для записи результатов измерений. За образец можно принять формы таблиц 2.4 и 2.5.

3) Ознакомиться со средствами измерения и занести в таблицу 2.4 их метрологические характеристики.

 

Таблица 2.4 – Метрологические характеристики средств измерений

Наименование средства измерения	Тип или модель	Цена деления        j, мм	Диапазон измерения,      мм	Диапазон показаний,    мм	Систематическая погрешность   Δс, мм	Предел допустимой погрешности измерения Δс.и.,    мм
П р и м е ч а н и я: 1 При отсутствии паспортов средств измерения систематическую погрешность рекомендуется принимать по таблице 2.7. 2 Значения допускаемых погрешностей измерения выписать из нормативной документации:  - для штангенциркуля из ГОСТ 166;  - для штангенглубиномера из ГОСТ 162;  - для угломера из ГОСТ 5378

4) Измерение размеров штангенциркулем

До начала измерений следует проверить нулевую установку штангенциркуля. Для этого сдвигают его измерительные губки до соприкос­новения друг с другом. При этом должны совпадать нулевой и конечный штрихи шкалы нониуса со штрихами основной шкалы (шкалы штанги).

Измерение штангенциркулем наружной поверхности детали необходимо проводить в сле­дующем порядке. Поместить деталь 1 между губками штанген­циркуля (рисунок 2.15а), прижать неподвижную губку 2 к поверхности детали 1 и, перемещая рамку 3, приблизить к детали подвижную губку 4, после чего закрепить стопорный винт 5 микрометрической подачи. Вращая гайку 6 микрометрической подачи, привести подвижную губку 4 в соприкосновение с поверхностью детали 1 и закрепить винт 7 рамки 3. При этом обе губки должны плотно прилегать к из­меряемой детали, а при перемещении штангенциркуля дол­жно ощущаться лёгкое трение. Деталь не должна зависать на штангенциркуле.  При измерении необходимо сле­дить зa правильной установкой губок штангенциркуля (без перекосов). Снять штангенциркуль и отсчитать показа­ния по основной шкале и нониусу. Точность отсчёта должна соответствовать цене деления нониуса штангенциркуля.

 

 

              а)                                                                       б)

1 – деталь; 2 – губка неподвижная; 3 – рамка с нониусом; 4 – губка подвижная;

5, 7 – стопоры; 6 – гайка микрометрической подачи

Рисунок 2.15 – Измерение штангенциркулем наружного и внутреннего размеров детали

Измерить размер d 1 (см. рисунок 2.14) не менее пяти раз в одном и том же месте. При обнаружении значения, резко отличающегося от остальных, произвести дополнительные измерения и, если отличающееся значение не повторится, исключить его как грубую ошибку. Результаты измерений занести в таблицу 2.5.

При измерении штангенциркулем размера отверстия детали (рисунок 2.15б) в него вводят губки 2 и 4 для внутренних измерений, неподвиж­ную губку 2 прижимают к поверхности отверстия, а подвижную 4 перемещают с помощью рамки до соприкосновения с противоположной стороной. Дальнейший по­рядок такой же, как при измерении наружной поверхности.

При определении внутреннего размера к отсчёту по основной шкале и шкале нониуса прибавляют суммарную толщину губок, указанную на неподвижной губке (обычно 10 мм) (см. рисунок 2.15б).

Измерить размер D отверстия детали (см. рисунок 2.14) не менее пяти раз в одном и том же месте. При обнаружении значения, резко отличающегося от остальных, произвести дополнительные измерения и, если отличающееся значение не повторится, исключить его как грубую ошибку. Результаты измерений занести в таблицу 2.5.

 

5) Измерение размера штангенглубиномером (рисунок 2.16). Основание 1 плотно прижимают к торцу детали 4 и продвигают штангу 2 вручную к поверхности 3. Затем, закрепив устройство 5 микрометрической подачи штанги стопором 6 с помощью гайки 7, подводят штангу до упора с поверхностью 3, прижимая при этом основание 1 к торцу детали. Закрепить штангу стопором 8 и снять отсчёт по шкалам. Измерить длину h цилиндрической поверхности (см. рисунок 2.16) пять раз в одном и том же месте и результаты записать в таблицу 2.5. При обнаружении значения, резко отличающегося от остальных, произвести дополнительные измерения и, если отличающееся значение не повторится, исключить его как грубую ошибку. Точность отсчёта должна соответствовать цене деления нониуса.

 

 

1 – основание; 2 – штанга; 3 – поверхность, до которой надо измерить размер от торца детали;

4 – деталь; 5 – устройство микрометрической  подачи; 6, 8 – стопоры; 7 - гайка

 

Рисунок 2.16 - Схема измерения

штангенглубиномером

 

 

6) Измерение угла конуса угломером

До начала измерений проверить настройку угломера на ноль. Для этого следует собрать угломер в комплектации для измерения углов в диапазоне от 0 до 90º (см. рисунок 2.12а), протереть измерительные поверхности линеек 5 и 7 и, вращая вручную сектор 2 (см. рисунок 2.11), ввести их в соприкосновение. Между ними не должно быть зазора. Нулевой штрих шкалы нониуса 3 должен совпадать с нулевым штрихом круговой шкалы основания 1. Если штрихи не совпадают, следует обратиться к преподавателю или учебному мастеру.

Измерение угла производить следующим образом:

а) собрать угломер в требуемой комплектации в зависимости от предполагаемого значения угла (см. рисунок 2.12);

б) держа правой рукой основание 1, прижать линейку 2 (рисунок 2.17) к образующей конуса;

в) вращая вручную сектор 3, привести в соприкосновение с противоположной образующей конуса линейку 4 или угольник (в зависимости от комплектации);

г) для более точной регулировки положения линеек следует использовать микрометрическую подачу. Маховичок подачи расположен с обратной стороны на секторе 3. Необходимо следить за относительным положением линеек и детали. Линейки должны лежать на противоположных образующих конуса без зазоров;

 

 

1 – основание; 2 – линейка постоянная; 3 – сектор; 4 – линейка сменная;

5 – стопор сектора; 6 - деталь

 

                    Рисунок 2.17 - Схема измерения угломером

 

д) снять угломер с детали и произвести отсчёт по шкалам основания и нониуса. Точность отсчёта должна соответствовать цене деления нониуса угломера.

Измерить угол конуса не менее пяти раз в одном и том же месте и результаты записать в таблицу 2.5. При обнаружении значения, резко отличающегося от остальных, произвести дополнительные измерения и, если отличающееся значение не повторится, исключить его как грубую ошибку.

Т а б л и ц а 2.5 - Результаты измерения размеров нониусными средствами

Обозначе-ние измеренного размера	Результат однократного измерения (показание средства измерения), мм					Результат измерения , мм	Суммарная  погрешность однократного измерения  , мм	Суммарная погрешность результата измерения , мм
	x1	x2	x3	x4	x5

7) Обработка результатов измерений размеров нониусными средствами:

а) определить действительное значение каждого измеренного размера как среднее арифметическое из всех измерений:                    

                                  .                                                         (2.1)

Результаты занести в таблицу 2.5;

б) определить среднеквадратическое отклонение, характеризующее рассеяние (разброс) результатов измерений относительно среднего для каждого измеренного размера:

                                        ;                                      (2.2)

в) провести анализ полученных результатов на наличие грубой погрешности измерения. Обращать внимание следует на наибольшее и наименьшее значения. Если возникнут сомнения относительно размера, который значительно отличается от остальной совокупности, следует провести проверку этого результата по критерию Шовине, так как число измерений n ≤ 10. Проверку проводим  по условию:

                 ≥ k* σ  - подозрительное значение отбрасывается и не учитывается при обработке результатов;

                     < k* σ- значение учитывается при дальнейшей обработке результатов,

где k – коэффициент, зависящий от числа измерений:

Количество измерений n	3	6	8	10
Коэффициент k	1.6	1.7	1.9	2.0

 

г) в случае, когда значение будет отброшено, следует пересчитать среднее арифметическое (2.1) и среднее квадратическое (2.2). Результаты пересчёта записать в таблицу 2.5, а отброшенное значение зачеркнуть;

д) определить суммарную погрешность каждого однократного измерения как разность между результатом этого измерения и средним арифметическим значением:                                                                                                     (2.3)          

                                            

За суммарную погрешность окончательного результата измерения  принять наибольшее абсолютное значение из погрешностей однократных измерений:

                                                                                                 (2.4)                                                                                                  

Суммарная погрешность измерения состоит из совокупности систематических и случайных погрешностей:                                                              (2.5)                       

Систематическая погрешность применяемых средств измерения указывается в паспорте на средство измерения. При отсутствии паспортов её следует назначить по таблице 2.7;

е) определить случайную погрешность измерения и записать в таблицу 2.5:

                                                                                                  (2.6)

ж) составить таблицу по форме таблицы 2.6 для записи результатов измерений и расчётов.

Значения систематической погрешности средства измерения указаны в его паспорте или свидетельстве о поверке. При их отсутствии эти значения могут быть приняты по таблице 2.7.

Результаты вычислений занести в таблицу 2.6.

 

Т а б л и ц а 2.6 - Итоговая таблица результатов измерений и расчётов

Обозначение измеренного размера	Результат измерния , мм из табл.2.5	Суммарная погрешность измерения , мм из табл. 2.5	Систематическая погрешность средства измерения Δс, мм	Случайная погрешность измерения , мм	Предел допустимой погрешности измерения Δс.и., мм
П р и м е ч а н и е – Все погрешности указывать со своим знаком.

 

з) сравнить полученное значение суммарной погрешности измерения с пределом допускаемой погрешности Δ_с.и для каждого средства измерения и сделать вывод о точности проведённых измерений по условию:

                                                                                         (2.7)

Т а б л и ц а 2.7 - Систематические погрешности средств измерения (для учебных целей)

Наименование средства измерения	Цена деления j, мм	Систематическая погрешность Δс, мм
Штангенциркуль	0,05	+0,03
Штангенглубиномер	0,05	- 0,035
Угломер	2´	- 2´

 

и) на эскизе детали указать числовые значения измеренных размеров, округлённые по ГОСТ 6636 с учётом действительного значения размера. Такой округлённый размер будет называться номинальным размером. Общее положение для округления:

для наружных размеров значение округляем до ближайшего большего стандартного значения;

для внутренних размеров – до ближайшего меньшего стандартного значения. Желательно проводить округление в пределах половины миллиметра. Например, среднее арифметическое 17,55 мм округляем до 18 мм. А среднее арифметическое 17,05 - до 17 мм, т.е. до ближайшего меньшего. Поэтому при округлении размеров лучше посоветоваться с преподавателем или учебным мастером.

 

После окончания работы измеритель­ный инструмент необходимо уложить в футляры и при­вести в порядок рабочее место.

Содержание отчёта

1)Наименование работы, цель.

2) Задание.

3) Эскиз детали с буквенными обозначениями и числовыми значениями измеренных размеров.

4) Используемые средства измерения и их метрологические характеристики.

5) Результаты измерений и их обработки, сведённые в таблицу.

6) Схемы измерения штангенциркулем, штангенглубиномером и угломером (ксерокопии не допускаются).

7) Заключение о точности проведённых измерений и состоянии средств измерения.

 

2.5.7  Контрольные вопросы

1) Что называется измерением?

2) Какие методы измерения используются в данной работе?

3) Назовите основные метрологические характеристики использованных в работе средств измерения.

4) Объясните устройство и укажите область применения средств измерения, которые были использованы в работе.

5) Как проверить правильность показаний штангенциркуля, штангенглубиномера, угломера?

6) Какие погрешности называют систематическими, случайными, грубыми?

7) Что такое суммарная погрешность измерения и как она определяется?

8) Что такое предел допускаемой погрешности измерения?

9) В каких документах указана систематическая погрешность средства измерения?

10) Для чего нужен нониус?

11) Что такое параллакс? Как уменьшить погрешность от параллакса?

 

Нониусные средства измерения