Измерение линейных размеров.

Штангенциркуль, микрометр.

В простейшем случае измерение длины осуществляется простым сравнением эталона с измеряемой длиной. Повышение точности измерения сводится к устранению возможных источников ошибок. При работе со шкалой такими ошибками могут быть неравномерность шкалы, толщина штрихов шкалы, параллакс (кажущее совпадение штриха шкалы и границы линии из-за смещения глаза наблюдателя) и т.д. Все усовершенствования измерительных приборов в этом случае сводятся к устранению источников ошибок и уменьшению деления шкалы.

Штангенциркуль. Штангенциркуль представляет собой линейку с делениями, снабженную двумя зажимами между которыми помещается измеряемое тело. Один из зажимов неподвижный, с ним связывается нулевой отсчет линейки, второй зажим скользит по линейке, соответственно размерам тела.

Рис. 1 Штангенциркуль

Обычно все приборы имеющие шкалу снабжаются нониусом.

Как уже говорилось, ошибка при измерении по шкале принимается равной половине деления шкалы. Такая оценка связана с тем, что глаз человека может определять часть деления шкалы с точностью около 0,15-0,20 деления. С учетом того, что не всегда концы измеряемого тела совпадают со штрихами шкалы, принята такая оценка погрешности. Однако, точность измерения при тех же делениях шкалы может быть существенно увеличена. Два штриха шкалы можно совместить с точностью до половины ширины штриха. Если ширина штриха составляет 0,05 основного деления, то совмещать штрихи можно с точностью в 0,05 величины основного деления. Для этого подвижный зажим соединяется с дополнительной шкалой. Шкала эта конструируется таким образом, чтобы длина, соответствующая n делениям основной шкалы разбивалась на дополнительной шкале на n-1 или n+1 делений. Таким образом, одно деление дополнительной шкалы (нониуса) отличается на 1/n от деления основной шкалы. Если деление нониуса меньше деления основной шкалы, то нониус называется прямым или нониусом первого рода. Если деление нониуса больше деления шкалы, то нониус называется обратным или нониусом второго рода.

Нониус первого рода

Рис.2

Если теперь длина предмета отличается на ∆L от целого числа делений шкалы, то нетрудно видеть, что совпадут - DL/n деление нониуса и штрих шкалы. Это даёт возможность повысить точность измерения в 20-10 раз по сравнению с обычной шкалой.

Нониусы различной конструкции применяются практически во всех случаях измерения угловых и линейных величин. Хотя при этом их конструкции могут существенно отличаться, принцип всех нониусов один – повышение точности совмещения шкалы с измеряемым телом за счёт ширины штриха шкалы.

Микрометр. Микрометрический винт. При измерениях малых длин помимо точности отсчета необходимо фиксировать очень малые перемещения подвижного зажима. Обычно это осуществляется с помощью микрометрического винта. Микрометрический винт – это винт с относительно большим диаметром и малым шагом. Один оборот винта перемещает зажим на малое расстояние, равное шагу. Однако благодаря большому диаметру можно разделить окружность винта на большое число. делений (обычно 50-100 делении) и отсчитывая с помощью этих делении часть оборота винта соответственно перемещать его на соответствующую часть шага. При шаге винта 0,5 мм и разделении окружности винта на 50 делении это даёт возможность измерять толщины с точностью 0,01 мм. Шкала микрометрического винта обычно не снабжается нониусом, так как неточности шага винта и качество резьбы обычно оказывается больше, чем часть шага, соответствующая толщине штриха.

Микрометр

Рис.3

Микрометр представляет собой жесткую металлическую скобу одна сторона, которой снабжена неподвижным зажимом, а вторая подвижным зажимом, связанным с микрометрическим винтом.

При работе с микрометром очень важно обеспечить одинаковое усилия сжимающее измеряемое тело при всех измерениях. С этой целью рукоятка микрометрического винта связана с самим винтом фрикционной передачей – трещеткой.

Другим способом повышения точности линейных измерений является использование отсчетных микроскопов. В этом случае шкала помещается в фокусе окуляра микроскопа. Увеличение объектива в этом случае дает возможность более точно совмещать деление шкалы и границы измеряемого тела. А увеличение окуляра дает возможность использовать шкалу с более мелким делением.