WZORCE I PODSTAWOWE PRZYRZĄDY POMIAROWE 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: 1. Poznanie podstawowych pojęć z zakresu metrologii: wartość działki elementarnej, długość działki elementarnej, wzorzec, przyrząd pomiarowy, wskazanie analogowe, wskazanie cyfrowe, błąd wskazań, interpolacja, błąd paralaktyczny, zakres pomiarowy, warunki środowiskowe. 2. Poznanie zasad posługiwania się przyrządami: czystość, nie dotykać elementów, które mogą korodować, ostroŝność itp. Zadania pomiarowe: 1. Budowa i charakterystyki metrologiczne podstawowych przyrządów pomiarowych analogowych i cyfrowych (przyrządy do pomiaru wielkości geometrycznych, elektrycznych, fizycznych itp.): długość i wartość działki elementarnej, zdolność odczytania, klasa dokładności itp., 2. Klasyfikacja wzorców długości i kąta i zapoznanie się z ich przykładami: kreskowe w suwmiarkach, mikrometrach, mikroskopach inkrementalne układy projekcyjne ze wzorcem szklanym i optoelektronicznym przetwornikiem, układy projekcyjne ze wzorcem z siatka fazową i optoelektronicznym przetwornikiem, wzorce magnetyczne, wzorce indukcyjne (iduktosyn), wzorce pojemnościowe (suwmiarki), do pomiarów kątów demonstracja zestawu dydaktycznego firmy Heidenhain, końcowe płytki wzorcowe (komplet duŝy, średni, mały, uzupełniający duŝe wymiary, mikrometryczny), przybory pomocnicze do płytek wzorcowych, hierarchia wzorców długości, wałeczki pomiarowe, 3. Wzorce masy, 4. Zasady zapisu i zaokrąglania wyniku pomiaru. 5. Przyrządy pomiarowe do pomiaru długości (suwmiarki analogowe i cyfrowe, mikrometry analogowe i cyfrowe, średnicówki), 6. Przyrządy do pomiaru temperatury, 7. Przyrządy do pomiaru innych wielkości (prądu, napięcia, rezystancji, indukcyjności, pojemności, prędkości liniowej i kątowej, masy, siły, momenty, prędkości przepływu, stęŝenia roztworów, ph) 2. Literatura do ćwiczenia [1] W. Jakubiec, J. Malinowski Metrologia wielkości geometrycznych, WNT, Warszawa 2004 wydanie 4 zmienione. [2] Polskie Normy: PN 68/M53260. Czujniki zębate zegarowe PN-EN ISO 3650 Specyfikacja geometrii wyrobów (GPS). Wzorce długości. Płytki wzorcowe PN 74/M53103. Przybory do płytek wzorcowych PN 74/M53180. Liniały krawędziowe i powierzchniowe PN 80/M53130. Przyrządy suwmiarkowe wymagania PN 80/M53202. Przyrządy mikrometryczne PN 82/M53200. Przyrządy mikrometryczne wymagania 3. Wymagany zakres wiedzy NaleŜy zapoznać się z następującą tematyką: Klasyfikacja wzorców miar długości [1] str.102 Wzorce kreskowe i końcowo kreskowe [1] str.103 Inkrementalne układy pomiarowe długości [1] str.108 Rodzaje przyrządów suwmiarkowych [1] str. 138 Noniusze stosowane w przyrządach suwmiarkowych [1] str. 104 Rodzaje przyrządów mikrometrycznych [1] str. 124 Budowa i zasada działania przyrządów mikrometrycznych [1] str. 140-144 Rodzaje czujników mechanicznych, zakres pomiarowy czujników zębatych [1] str. 144-151 Pomiary przyrządami pomiarowymi, niepewność pomiaru [1] str. 235-220 Płytki wzorcowe i przybory do płytek wzorcowych [1] str. 124, fot.4.8 i 4.9 Sposób zapisywania wyniku pomiaru [1] str. 77 Pomiary suwmiarkami [1] str. 235 Pomiary mikrometrami [1] str.235 Składanie stosów płytek wzorcowych, zastosowanie przyborów pomocniczych. [1] str.124
Kultura pomiarowa 4. Kultura pomiarowa W czasie pomiarów w miarę moŝliwości naleŝy uŝywać rękawiczek. Bez uzasadnionej potrzeby nie naleŝy dotykać przyrządów pomiarowych. Dotkniętą płytkę wzorcową naleŝy odłoŝyć na wieczko pudelka w celu jej późniejszego zakonserwowania. Przyrządy pomiarowe naleŝy chronić przed zabrudzeniem, uderzeniami, działaniem źródeł ciepła 5. Przeprowadzenie ćwiczenia 5.1. Pomiar przyrządami suwmiarkowymi. Przykłady prawidłowego pomiaru suwmiarką przedstawiono na rys.1. Rys. 1. Pomiar suwmiarką Zadanie pomiarowe: 1. Zmierzyć wymiary przedmiotu podanego na rysunku 2. Pomiary przeprowadzić suwmiarką analogową z dokładnością odczytową =0,1 mm, =0,05 mm, oraz suwmiarką cyfrową. 2. Zapisać wynik pomiaru w postaci poprawionej, tzn. z usuniętymi błędami systematycznymi i wraz z niepewnością pomiaru. W przypadku suwmiarki z noniuszem naleŝy przyjąć niepewność pomiaru u =± 0,1 mm. Dla suwmiarki cyfrowej naleŝy przyjąć u =± 0,01 mm.
Rys. 2 Przedmioty do pomiaru suwmiarką i mikrometrem 5.2. Pomiar przyrządami mikrometrycznymi. Na rys. 3a pokazano pomiar mikrometrem zewnętrznym przedmiotu małego i lekkiego, a na rys. 3b przedmiotu duŝego i cięŝkiego. Rys. 3. Pomiary mikrometrem zewnętrznym Pomiar mikrometrem wewnętrznym pokazano na rys. 4. Rys. 4. Pomiar mikrometrem wewnętrznym Zadanie pomiarowe: 1. Zmierzyć wymiary przedmiotu podanego na rysunku 2. Pomiary przeprowadzić mikrometrem. 2. Obliczyć niepewność pomiaru mikrometrem. 3. Zapisać wynik pomiaru w postaci poprawionej, tzn. z usuniętymi błędami systematycznymi i wraz z niepewnością pomiaru. 5.3. Pomiar średnicówką z czujnikiem zegarowym. Do pomiaru średnic otworów, stosowane są średnicówki czujnikowe z róŝnymi końcówkami pomiarowymi. Pomiar średnicy otworu średnicówką czujnikową jest pomiarem ze stykiem dwupunktowym lub trzypunktowym. Pomiar wykonuje się metodą róŝnicową (rys. 5). W tym celu średnicówkę naleŝy ustawić wg odpowiedniego wzorca. Wzorcem mogą być płytki wzorcowe ustawione w stos uchwycone w specjalnym uchwycie, lub mikrometr. Łączenie płytek wzorcowych w stos polega na nasuwaniu płytek z lekkim dociskiem lub składaniu środkami powierzchni pomiarowych i wykonaniu równieŝ z dociskiem obrotu o 90º (rys. 6). Płytki o małych długościach naleŝy umieszczać między płytkami o wymiarach większych.
Rys. 5. Pomiar średnicy otworu za pomocą średnicówki czujnikowej: a) ustawienie średnicówki na wymiar nominalny w uchwycie ze stosem płytek wzorcowych, b) ustawienie średnicówki na wymiar w mierzonym otworze: 1 średnicówka, 2 uchwyt, 3 stos płytek wzorcowych. Rys. 6. Sposoby łączenia płytek wzorcowych Wynik pomiaru średnicówką jest równy sumie wartości długości wzorca i odczytanej z przyrządu róŝnicy (dodatniej lub ujemnej) wskazań podczas pomiaru i wzorcowania średnicówki. Zadanie pomiarowe: 1. ZłoŜyć stos płytek wzorcowych odpowiednio dla wymiarów:......... 2. Zamienić wymiar zewnętrzny na płytkach wzorcowych na wymiar wewnętrzny za pomocą przyrządów pomocniczych. 3. ZałoŜyć odpowiednią końcówkę na średnicówkę. 4. Za pomocą przyrządów pomocniczych do płytek wzorcowych wyzerować wskazanie czujnika zębatego. 5. Zmierzyć otwór podany na rys. 7. 6. Zapisać wynik pomiaru w postaci poprawionej, tzn. z usuniętymi błędami systematycznymi i wraz z niepewnością pomiaru. W tym celu naleŝy: obliczyć wartość błędu granicznego stosu płytek wzorcowych, wyznaczyć błąd graniczny czujnika zębatego, oraz obliczyć niepewność.
Rys. 7 Przedmioty do pomiaru średnicówką 5.4. Sporządzanie sprawozdania. Sprawozdanie naleŝy sporządzić wg wytycznych podanych w instrukcji pisania sprawozdania. 6. Pytania kontrolne 1. Na czym polega kultura pomiarowa? 2. Wymień rodzaje przyrządów suwmiarkowych? 3. Wyjaśnij róŝnice między noniuszami o modułach 1 i 2, oraz o dokładności odczytowej 0,1 i 0,05mm. 4. Z jaką dokładnością, moŝna by odczytywać wskazania suwmiarki gdyby nie było noniusza? 5. Z jaką dokładnością odczytuje się wskazania mikrometru? 6. Jakiego rzędu jest niepewność pomiaru suwmiarką, a jakiego mikrometrem? 7. Czy pomiar suwmiarką spełnia postulat Abbego (uzasadnij odpowiedź)? 8. Co to jest wartość działki elementarnej? 9. Jaka jest wartość działki elementarnej suwmiarki? 10. Na czym polega budowa i działanie noniusza? 11. Jaka jest wartość działki elementarnej mikrometru? 12. Na jakie klasy dokładności dzielimy płytki wzorcowe? 13. Ile wynosi nacisk pomiarowy mikrometru? 14. Podaj wzór na niepewność pomiaru czujnikiem zegarowym i płytkami wzorcowymi? 15. Zdefiniuj długość nominalna płytki wzorcowej, podaj rodzaje klas dokładności? 16. Podaj sposoby łączenia płytek wzorcowych? 17. Wyjaśnij zastosowanie przyborów pomocniczych do płytek wzorcowych? 18. Jaka jest wartość działki elementarnej czujnika zębatego zegarowego? 19. Od czego zaleŝą dopuszczalne błędy graniczne czujnika? 20. Jakie rozróŝniamy rodzaje średnicówek? 21. Wymień rodzaje czujników? 22. Jak wykonujemy pomiar średnicówką czujnikową?
KARTA POMIAROWA Ćw. 1. WZORCE I PODSTAWOWE PRZYRZĄDY POMIAROWE 1. Pomiar suwmiarkami Zmierzyć przedmioty podanych na rysunku 1 suwmiarkami z noniuszem oraz suwmiarką cyfrową i zapisać wynik wraz z niepewnością pomiaru. Niepewność pomiaru dla: suwmiarki z noniuszem U =± 0,1 mm. suwmiarki cyfrowej U =± 0,03 mm Rys.1 Przedmioty do pomiaru suwmiarką i mikrometrem Suwmiarka z noniuszem ( = 0,1 mm): Suwmiarka z noniuszem ( = 0,05 mm) : Suwmiarka cyfrowa W e = 0,01 mm: 2. Pomiar mikrometrem zewnętrznym Zmierzyć przedmioty z rys.1 mikrometrem i zapisać wynik wraz z niepewnością pomiaru L Niepewność pomiaru mikrometrem: U = ± 4 + µ m 40 A: Niepewność pomiaru: B: Niepewność pomiaru: C: Niepewność pomiaru: D: Niepewność pomiaru: 3. Pomiar średnicówką Wymiar nominalny średnicy: Klasa płytek wzorcowych Płytki składowe w stosie Odchyłki graniczne t e Odczyt ze średnicówki: Błąd graniczny czujnika zębatego Niepewność pomiaru Wynik wraz z niepewnością