Micrometru (instrument)

Micrometrul ( [miˈkrɔːmetro] ^[1] ) este un etrier de înaltă precizie, cu sensibilitate tipică de o sutime de milimetru. Cu toate acestea, există și cincizeci de micrometri prezenți. Este capabil să efectueze măsurători de exterior, interior și adâncime, dar pentru fiecare dintre aceste măsuri există o formă specifică și chiar în cadrul aceluiași tip fiecare instrument are un domeniu de măsurare limitat.

Numele instrumentului derivă din prefixul micro , utilizat în mod normal pentru a indica un submultiplu egal cu o milionime.

Principiul de funcționare se bazează pe avansarea unui șurub care împinge un cilindru mobil împotriva unuia fix, între care este plasat obiectul de măsurat. O scară gradată integrală șurubului este împărțită în crestături, astfel încât să putem aprecia fracțiunile de trepte ale șurubului în sine. De exemplu, dacă șurubul avansează cu un milimetru la fiecare viraj și scara este împărțită în o sută de părți, sensibilitatea instrumentului va fi de o sutime de milimetru. O a doua scară integrală cu arborele fix în raport cu șurubul permite determinarea multiplelor de pas și, prin urmare, măsurarea macroscopică.

Deși „gabaritul Palmer” este adecvat pentru măsurători „exterioare”, există versiuni ale micrometrelor potrivite pentru alte măsurători, precum diametre interne și adâncimi ale găurilor.

Structura micrometrului

Istorie

Primele experimente pentru construirea unui instrument care să permită măsurarea distanțelor astronomice prin intermediul telescopului datează de la începutul secolului al XVII-lea , precum cel conceput de Galileo Galilei pentru a măsura distanța sateliților lui Jupiter ^[2] .

Primul micrometru cu șurub a fost realizat de William Gascoigne în 1640 ca o îmbunătățire față de calibrul Vernier și utilizat pentru măsurarea distanțelor stelare și calcularea paralaxei cu un telescop . Ulterior, Jean-Laurent Palmer l-a perfecționat și i-a redus dimensiunea.

Caracteristici metrologice

Micrometrele obișnuite au domenii de măsurare destul de scurte (de obicei 25 mm) și rareori deschideri mari (până la 400 mm), care pot fi obținute numai cu anumite limitări (a se vedea mai jos „generalități structurale”).

În mod normal, micrometrele montează un șurub cu un pas de jumătate de milimetru, iar scala busolei este gradată în cincizeci de părți, prin urmare rezoluția tipică a măsurării este de 0,01 mm. Prin structurarea instrumentelor într-un mod diferit, se pot obține rezoluții de 0,001 mm pentru instrumentele mecanice și 0,01-0,001 mm pentru instrumentele electronice.

Impactul forței de strângere

Strângerea unui obiect cu un dispozitiv cu șurub poate produce forțe de compresie semnificative. În cazul utilizării incorecte, un micrometru poate provoca:

deteriorarea obiectului de măsurat;
deteriorarea instrumentului de măsurare;
variații ale dimensiunii obiectului care urmează să fie măsurat și, în consecință, erori în măsurare.

Pentru a evita aceste apariții, micrometrele sunt echipate cu ambreiaje care limitează forța aplicabilă. Mai mult, pentru măsurători de materiale relativ moi, pe lângă limitarea forței aplicabile, este necesară standardizarea forței aplicate, pentru a face măsurătorile reproductibile . În micrometri, setarea standard a ambreiajelor relevante este de 1 kg forță.

Structura unui micrometru extern

Micrometri externi de tip placă pentru controlul dinților

Micrometre exterioare cu vârfuri în formă pentru măsurarea punctelor greu accesibile

Micrometrul Palmer (vezi foto) este constituit în esență dintr-un arc (cadru) din oțel forjat sau fontă, ale cărui capete sunt situate doi cilindri coaxiali, unul fix (nicovală - nicovală) și unul mobil (tijă de măsurare - fus). Nicovala este fixată integral de arcadă. Uneori are o conexiune filetată care facilitează înlocuirea în caz de deteriorare sau uzură. La celălalt capăt al arcului se fixează coaxial o bucșă ( manșon ) contrar , filetat interior, în care se introduce tija de măsurare, de asemenea filetată. Un tambur ( degetar ), de asemenea coaxial, și gradat pe marginea interioară este fixat la capătul exterior al tijei de măsurare. Acționând asupra tamburului, este posibil să înșurubați tija de măsurare pe contra bucșă și astfel să apropiați capătul său interior de nicovală, la limită, ajungând la oprire .

Fiecare rotație a tamburului corespunde unei apropieri sau o plecare egală cu pasul șurubului. În mod normal, micrometrele sunt realizate cu fileturi de pas de 0,5 mm, prin urmare, fiecare rotație aduce tija mai aproape sau mai departe de nicovală de această dimensiune. O scară gradată realizată la exteriorul contra-bucșei ( scară fixă ), permite (folosind marginea interioară a tamburului ca index) să citească milimetrii de deschidere ai micrometrului. În cazul unui micrometru cu pas de șurub "0,5", scala va avea gradații de 0,5 mm.

Rotația tamburului cu o fracțiune de rotație corespunde unei deplasări a aceleiași fracțiuni a pasului șurubului. Scara realizată pe marginea interioară a tamburului permite (folosind scara fixă ca index) să citească fracțiunile unei rotații și, în consecință, schimbări mai mici decât pasul șurubului. În mod normal, gradarea pe tambur numără 50 de diviziuni, creând astfel o scală cu o rezoluție de 0,01 mm (în cazul pasului de șurub de 0,5).

Utilizarea micrometrului exterior

Pentru a utiliza instrumentul:

așezați piesa de măsurat între vârfuri (capetele libere ale nicovalului și tijei), având grijă să curățați orice resturi care ar denatura măsurarea;
înșurubați tamburul folosind clema (sau piulița inelară ) a ambreiajului (care împiedică aplicarea unui cuplu excesiv) până când este „strâns”;
citiți pe scara fixă componenta majoră, de obicei milimetri sau jumătate de milimetri, iar pe scara tamburului fracțiile centesimale.

Când este necesar să se efectueze măsurători solicitante (din punct de vedere al numărului sau preciziei), este utilă utilizarea bazelor pentru micrometre, care, ținând instrumentul blocat, lasă mâinile libere pentru a manevra confortabil obiectul de măsurat și tamburul micrometrului .

Reducerea la zero a micrometrului

Cu utilizarea, zero de absolvire poate să nu corespundă opririi dintre cele două vârfuri. Acest lucru este ușor verificabil: la temperatura de funcționare (de obicei 20 ° C) vârfurile sunt curățate cu grijă de ulei și praf și strânse fără a interpune nimic între tijă și nicovală. Dacă vă confruntați cu un micrometru cu deschidere mare, în mod normal este furnizat un ecartament fix ( referință ), cu o dimensiune nominală egală cu domeniul de măsurare inferior. Exemplu: cu un micrometru de 75-100 mm are un manometru fix de 75 mm. Referințele pot lua diferite forme:

disc, realizat cu un diametru egal cu valoarea nominală;
cilindru, din lungime egală cu valoarea nominală;
cu un cilindru rotunjit, similar cu precedentul, dar cu fețe rotunjite în loc de plate.

Calibrarea micrometrului

Dacă instrumentul este calibrat, acesta poate fi calibrat acționând fizic asupra micrometrului. Adesea, micrometrul vine cu o cheie adecvată scopului respectiv. Pentru a profita de precizia maximă obținută de instrument, este important ca calibrarea să aibă loc într-un mediu cu temperatură controlată. Acest lucru se datorează faptului că metalul din care sunt formate atât instrumentul, cât și blocul de referință se extinde pe măsură ce temperatura crește. De obicei, producătorii raportează specificații valabile la 20 ° C.

Metodele pentru efectuarea acestei operații depind de modul în care sunt construite micrometrele. În mod normal, se poate face în două moduri:

variind poziția relativă dintre tambur și tijă. În acest caz, tamburul este înșurubat pe tijă și blocat de o piuliță inelară. Eliberând piulița inelară, tamburul poate fi înșurubat (sau deșurubat) până când gradarea sa este resetată la zero.
prin variația poziției bucșei contra (în consecință a scalei fixe) în raport cu corpul. În acest caz, bucșa contra poate fi înșurubată sau deșurubată în raport cu corpul micrometrului.

Orice metodologie trebuie utilizată pentru calibrare, este necesară în prealabil:

strângeți dinții folosind ambreiajul (eventual folosind referința relevantă).
blocați tija cu frâna.

Structura unui micrometru de adâncime

Micrometru de adâncime Mitutoyo cu extensie

Micrometrele de adâncime sunt o variantă a micrometrului Palmer, conceput pentru a detecta adâncimea unei cariere sau a unei trepte.

Micrometrele de adâncime (vezi foto) au același dispozitiv de citire ca și micrometrele externe, dar sunt fără arc și nicovală. În schimb, au un corp cu o suprafață a solului perpendiculară pe axa tijei ( podului ). Acesta acționează ca plan de referință al scării și ca punct de sprijin, care trebuie poziționat și adus la „oprire”:

a - pe planul de referință care se încadrează în carieră;
b - pe planul de referință de la marginea treptei.

Pe scurt, este folosit astfel:

tija de măsurare este retrasă pe cât posibil;
suprafața podului se sprijină pe suprafața de referință externă a slotului;
se asigură că tija este dincolo de marginea suprafeței, deasupra canelurii pentru a măsura adâncimea;
acționând asupra busolei tija este coborâtă până în apropierea fundului;
acționând asupra ambreiajului, vârful este adus în contact în partea inferioară a slotului;
tija este blocată cu frâna;
în cele din urmă se efectuează măsurarea.

Structura unui micrometru interior

Micrometre Mitutoyo pentru interioare

Micrometrele interioare sunt o altă variantă a micrometrului Palmer, conceput pentru a măsura lățimea unei piese „interioare” sau mai frecvent diametrul unei găuri.

Acești micrometri au, de asemenea, același dispozitiv de citire ca cel descris pentru micrometrele exterioare, dar diferă în ceea ce privește sistemul de măsurare. Fără arc și nicovală, corpul este format dintr-un cilindru coaxial la bucșa contra dispozitivului de citire. În interior, o tijă controlează palpele care ies în afară radial în raport cu axa instrumentului. Palpatoarele pot fi cilindri plati, cilindri rotunjiti sau emisfere. Datorită caracteristicilor de construcție ale acestor tipuri de micrometri, domeniul lor de măsurare este, în general, foarte mic.

Micrometrele pentru interior sunt în esență împărțite în

Micrometre în 2 puncte , echipate cu două sonde dispuse radial la 180 °, necesare pentru măsurarea dimensiunilor interne pe fante sau găuri necilindrice;
Micrometre în 3 puncte , echipate cu trei palpatoare dispuse radial la 120 °, utile pentru centrarea optimă în fante cilindrice, dar inutile pentru fante de diferite forme.

Utilizarea micrometrului de contact extensibil

Pentru a utiliza instrumentul:

reglați tamburul pentru a retrage senzorii pentru cel mai mic diametru pe care instrumentul este capabil să îl măsoare;
introduceți instrumentul în fanta (sau gaura) în care se află dimensiunea de măsurat;
înșurubați tamburul folosind clichetul ambreiajului până la capăt cu suprafețele de măsurat;
citiți componenta majoră pe scara fixă și fracțiile centesimale pe scara tamburului

Micrometre digitale

Ca și în cazul calibrelor , au fost introduse recent micrometre cu afișaj digital. În acest tip de micrometru, pe corp este montat un indicator electronic digital care detectează deplasarea tijei de măsurare. Afișajele, alimentate cu baterii obișnuite cu butoane, sunt realizate în mod normal cu o rezoluție de 0,001 mm. Ca și în cazul indicatorilor, indicatorii pot avea mai multe funcții:

reducerea la zero a citirii într-un punct arbitrar;
stabilirea arbitrară a unei cote;
conexiune serială cu un PC, pentru a automatiza măsurătorile.

Generalități structurale

Realizarea micrometrelor mari are unele probleme comune:

dificultate în realizarea firelor micrometrice lungi și precise;
dificultate în realizarea corpurilor mari, precise, rigide și stabile termic;
greutate mare;
caracter practic rar în manipularea șuruburilor lungi.

Prin urmare, micrometrele au intervale de măsurare destul de scurte (de obicei 25 mm) și rareori deschideri mari (până la 400 mm). Sunt frecvente seriile cu domenii de măsurare 0-25 mm, 25-50 mm, 50-75 mm, 75-100 mm, 100-125 mm, 125-150mm. Pentru a ocoli aceste dificultăți, există și micrometre care au tije interschimbabile de diferite lungimi, care, deși au întotdeauna curse de 25 mm, permit măsurători de la 0 la 150 mm și mai mult.

În micrometre există întotdeauna un dispozitiv de blocare ( frână - piuliță de blocare ) care blochează tija în raport cu corpul. Este acționat printr-un inel sau pârghie și funcționează prin aplicarea unei frecări puternice pe tija de măsurare. Utilizat în general pentru a transforma micrometrul într-un ecartament fix, acesta are motivul său de existență în operațiunea de resetare a micrometrului. Notă: utilizarea ca etrier fix și / sau frâna pentru a „bloca” măsurarea este necorespunzătoare și poate duce la uzura excesivă a vârfurilor.

Un alt dispozitiv mereu prezent este ambreiajul . După cum sa descris deja, utilizarea sa este esențială pentru a preveni deteriorarea și / sau măsurători incorecte. În general, ia forma unei piulițe sau un clivet montat pe tambur, care dă clic atunci când forța aplicată depășește 1 kg forță, împiedicând tamburul să se miște în continuare. Constructiv este realizat cu un clichet decuplabil, un ambreiaj real sau cu un dispozitiv de prindere cu arc.

Tamburele și contra-bucșele sunt fabricate în mod normal din oțel inoxidabil tratat la suprafață pentru a-l face satinat, astfel încât să se evite reflexiile orbitoare ale luminii la citirea scărilor.

Pentru a asigura o citire corectă, vârfurile sunt aplatizate pe o suprafață a oglinzii prin lovire , adică este garantată o rugozitate a suprafeței mult mai mică decât precizia instrumentului. În plus, materialul este întărit cu tratamente termice, pentru a reduce uzura și indentarea .