Таким образом, если не указывается класс точности прибора, то за величину погрешности принимается половина цены деления шкалы прибора.

Несмотря на многообразие физических величин, непосредственно измерять можно лишь некоторые из них. Примером таких непосредственных (прямых) измерений является измерение длин.

Для измерения линейных величин пользуются различными приборами и инструментами. Наиболее простыми из них являются масштабная линейка, штангенциркуль и микрометр.

 

Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: штангенциркуль, линейка, микрометр, весы, образцы.

 

Масштабная линейка представляет собой прямоугольную пластинку с нанесенными на ней миллиметровыми делениями. При этом ширина штриха находится в пределах 0.08÷0.15 мм. Допускаемая погрешность самой длины линейки нормируется стандартом:

 

до 300 мм составляет	0,10 мм
до 500 мм	0,15 мм
до 1000 мм	0,20 мм

 

При измерении длины предмета масштабной линейкой (например с ценой деления 1 мм) считают верными цифры, обозначающие число целых делений. Максимальная ошибка не превосходит половины цены деления линейки, т.е. 0,5 мм.

Чтобы измерить длины с большей точностью, пользуются приборами с нониусом: штангенциркулем и микрометром.

Нониус – это дополнительная шкала, позволяющая более точно отсчитывать доли наименьшего деления основной шкалы. При использовании нониуса можно повысить точность измерений с данным масштабом в 10-100 раз.

Линейный нониус состоит из двух перемещающихся одна относительно другой линеек с нанесенными на них шкалами: основной масштабной шкалой и дополнительной шкалой нониуса.

Разберем общие принципы устройства нониусов, которые можно применять и к угловым нониусам.

Одно деление шкалы нониуса меньше, чем одно или несколько (например ) делений основного масштаба на часть деления основного масштаба ( – целое число). Наиболее часто используются нониусы, содержащие 10 и 20 делений.

Точностью нониуса называют величину , равную отношению цены наименьшего деления основного масштаба к числу делений нониуса . Цену делений основного масштаба либо указывают на самом приборе, либо легко определяют по цифрам, нанесенным на шкале основного масштаба.

Для десятичного нониуса , мм, , вся длина шкалы нониуса, т.е. 10 его делений будут равны:

мм.

Десятичный нониус дает возможность измерять длину с точностью до 0,1 деления основного масштаба, он является самым простым. Шкала нониуса разбита на 10 равных делений (рис.2.1).

Если нулевой штрих нониуса совпадает с каким либо штрихом масштаба (то совпадает и десятый штрих), но остальные штрихи нониуса не совпадают со штрихами масштаба (см. рис.2.1). Если же нулевой штрих не совпадает с масштабным, то найдется такой штрих шкалы нониуса, который совпадает с каким-либо штрихом основного масштаба (или они будут находится на наименьшем расстоянии, чем другие).

В случае, изображенном на рис.2.2, точно с масштабным штрихом совпадает третий штрих нониуса. Второй штрих слева будет отстоять от масштабного штриха на 0,1 мм. Следующий штрих не будет совпадать с масштабным на 0,2 мм, а нулевой штрих нониуса не совпадает с масштабным уже на 0,3 мм. Следовательно, для нахождения десятых долей при помощи десятичного нониуса нужно номер “совпадающего” деления нониуса умножить на 0,1. Общая длина измеряемого отрезка на рис.2.2 будет равна 10,3 мм.

Штангенциркуль (рис. 2.3) состоит из линейки 1 (штанги) с миллиметровыми делениями и подвижной рамки 2 с нониусом и закрепляющим винтом 4. На штанге и рамке имеются ножки 5 и 6, которые с внутренней стороны имеют плоские поверхности.

При сомкнутых вместе ножках штангенциркуля отсчет по нониусу равен нулю. Измеряемый предмет помещается между ножками (при этом нужно избегать перекоса). При измерении штангенциркуль берут в правую руку, а измеряемый предмет придерживают левой рукой.

Часто штангенциркули снабжают еще одной рамкой с закрепляющим и микрометрическим винтами. Для более точного отсчета измерения можно производить следующим образом. Измеряемый предмет слегка зажимают ножками. Затем закрепляют винт 4 и производят отсчет по нониусу.

Для измерения внутренних размеров пользуются специально отшлифованными концами ножек 5 и 6, толщина которых известна и нанесена на них (в мм). В некоторых конструкциях штангенциркулей имеется соединенная с рамкой рейка, используемая для измерения глубины отверстий.

Микрометр (рис. 2.4) состоит из скобы 1 с упором 2 и трубкой (стеблем) 3. В трубке имеется внутренняя резьба, в которую ввинчен микрометрический винт 4 с закрепленным на нем барабаном 5. На конце барабана имеется фрикционная головка (трещотка) 6.

Действие микрометра основано на свойстве винта совершать при повороте его поступательное перемещение, пропорциональное углу поворота. При измерении предмет зажимают между пяткой и микрометрическим винтом. Для вращения барабана при этом пользуются фрикционной головкой. При определенной степени нажатия головка начинает проскальзывать и выдавать характерный треск. Этим приемом микрометрический винт предохраняется от порчи.

На трубке 3 нанесены деления основной шкалы. Барабан 5 при вращении винта перемещается вдоль трубки. На барабане нанесена добавочная шкала. В микрометрах МК-25 шаг микрометрического винта 0,5 мм (шаг – это смещение барабана вдоль основной шкалы за один полный оборот барабана). При этом половинные деления, чтобы не загромождать шкалу, располагаются над прямой линией основной шкалы (рис. 2.5). Шкала барабана разбита на 50 делений. Цена деления барабана равна 0,01 мм (т.е. поворот барабана на одно деление соответствует продольному перемещению винта на 0,01 мм).

Следует учесть, что последующее деление основной шкалы начинает показываться из-под края барабана несколько раньше момента прохождения нулевого деления шкалы барабана мимо продольной черты основной шкалы. Поэтому в случае, когда отсчет по барабану немного не доходит до 50, начавшее появляться деление основной шкалы не следует принимать во внимание.

Перед началом работы с микрометром следует убедиться в его исправности. Перед измерением следует также проверить нулевую точку микрометра. Если при соприкосновении винта 4 с упором 2 против нулевого деления шкалы стоит ненулевое деление барабана, то следует учитывать эту систематическую ошибку прибора. Если отклонение велико, то микрометр требует регулировки.

В лабораторной работе применяются электронные весы. Принцип действия весов основан на преобразовании силы тяжести взвешиваемого груза в аналоговый электрический сигнал, преобразовании его в цифровую форму и последующей цифровой обработке на однокристальной ЭВМ с выдачей результата на цифровой индикатор.

Весы состоят из основания, пластмассового кожуха и грузоприемной чашки. В верхней части кожуха весов имеется кнопка включения питания [I/0]и кнопка [СБ], предназначенная для обнуления показаний индикатора при отсутствии груза.

Порядок выполнения работы

1. Получите у преподавателя образец.

2. Измерьте линейные размеры образца (высоту, ширину, длину, диаметры). Каждое измерение произведите 5 раз. Данные запишите в таблицу 2.1.

3. Произведите взвешивание образца на весах не менее 5 раз, результаты запишите в таблицу 2.1.