Podstawy Metrologii

Wykład 6

Sprzęt pomiarowy w

budowie maszyn

Tematyka wykładu



Definicja sprzętu pomiarowego;



Klasyfikacja sprzętu pomiarowego;



Niepewność

pomiaru

(błąd

graniczny);

Ogólna

klasyfikacja

narzędzi

pomiarowych

Narzędzia pomiarowe

(w budowie

maszyn)

można sklasyfikować

pod względem wielkości, które
są nimi mierzone :

•

do pomiaru długości,

•

do pomiaru kąta.

Lub postaci sygnału wyjściowego

•

analogowe,

•

cyfrowe.

Ogólna klasyfikacja

narzędzi

pomiarowych

Narzędzia pomiarowe są
środkami technicznymi do
wykonywania pomiarów i
obejmują :

• wzorce miar,

• sprawdziany,

• przyrządy pomiarowe.

Inny podział

narzędzi

pomiarowych



Przyrządy pomiarowe



Przetworniki pomiarowe



Wzorce



Systemy pomiarowe i układy
pomiarowe

Przyrządy pomiarowe -

idea

Przyrząd pomiarowy



Przyrząd pomiarowy jest to narzędzie

pomiarowe do wykonywania pomiarów w drodze

przetwarzania wielkości mierzonej (lub innej z

nią związanej) na odpowiednie wskazania.



Przykładem przyrządu pomiarowego mogą być:

suwmiarka, mikrometr, czujnik, kątomierz

optyczny.



Przyrząd pomiarowy rejestrujący ma urządzenie,

które rejestruje wyniki na taśmie – wykreślnie

lub cyfrowo

Urządzenia

pomocnicze



Urządzenia pomocnicze służą do
stworzenia odpowiednich warunków
przy pomiarze, ułatwienia wykonania
czynności pomiarowych oraz do
zwiększania czułości lub zakresu
pomiarowego narzędzia.

Np. płyta pomiarowa, wieszak do wałeczków

przy pomiarze gwintów, lupa do
odczytywania wskazań, kolumna pionowa
do mocowania czujników.

Narzędzia

pomiarowe

Ze względu na

przeznaczenie

,

narzędzia pomiarowe podzielono na:



etalony,



narzędzia pomiarowe użytkowe,



narzędzia pomiarowe pomocnicze

.

Wzorce miary

Wzorzec miary jest to narzędzie pomiarowe

odtwarzające podczas jego użycia jedną lub

kilka znanych wartości danej wielkości.

Przykładem wzorców miar mogą być:



wzorce miar końcowe

: - płytka wzorcowa, wałeczek

pomiarowy, szczelinomierz,



wzorce miar kreskowe

: - przymiar kreskowy,



wzorce miar inkrementalne

: - wzorzec szklany ze

strefami na przemian aktywnymi i pasywnymi

(stanowią odmianę wzorców kreskowych),



wzorce falowe

: - długości fal świetlnych kryptonu,

rtęci, kadmu lub helu.

Etalon

Etalonem

nazywamy narzędzie pomiarowe

(wzorzec lub przyrząd pomiarowy o
wysokiej dokładności) przeznaczone
wyłącznie do sprawdzania, przez
porównanie, innych narzędzi pomiarowych.

Np.: płytki wzorcowe długości) z kompletu

podstawowego w danym przedsiębiorstwie,
przeznaczone do sprawdzania płytek
wzorcowych podporządkowanych.

Sprawdziany



Sprawdzian jest to narzędzie pomiarowe
nastawione na pomiar jednej, określonej
wielkości, np. średnicy lub długości
badanego (mierzonego) przedmiotu.

Narzędzia pomiarowe

użytkowe

Narzędzia pomiarowe użytkowe

służą do

wykonywania pomiarów użytkowych w
warunkach produkcyjnych laboratoryjnych.
Narzędzia te nie mogą być używane do
sprawdzania innych narzędzi pomiarowych.

Np.: suwmiarki,sprawdziany do wałków i

otworów, kątomierze, mikroskopy
warsztatowe.

Narzędzia pomiarowe

pomocnicze

Narzędzia pomiarowe pomocnicze

służą do

pomiarów wielkości wpływających na
wartość wielkości mierzonej lub
wskazania przyrządu pomiarowego.

Np.: termometr kontaktowy do pomiaru

temperatury mierzonego przedmiotu,
wbudowana w przyrząd pomiarowy
poziomica do sprawdzania właściwego
ustawienia przyrządu pomiarowego.

Klasyfikacja wzorców miar

długości.

Wzorce miar długości

są narzędziami

pomiarowymi odtwarzającymi jedną
lub więcej znanych wartości długości.

Wzorce miar długości uszeregowane wg

rosnącej dokładności dzieli się na:



kreskowe,



inkrementalne,



końcowe,



falowe.

Wzorzec inkrementalny

Wzorce inkrementalne

Wzorce inkrementalne mają kilka istotnych zalet:



błąd odtwarzania wzorców inkrementalnych wynosi od 1 do

10 nm (1nm = 10-9 m),



dokładność wzorców inkrementalnych jest porównywalna z

dokładnością płytek wzorcowych i przemysłowych

interferometrów laserowych,



wartość przesunięcia wzorca względem przetwornika podaje

się w postaci cyfrowej,



cyfrowe urządzenie wskazujące można zerować w

dowolnym miejscu, dzięki czemu w pomiarach różnicowych



wynik pomiaru otrzymuje się bezpośrednio,



wyniki pomiarów (wskazania cyfrowe) można przesłać do

komputera i tam poddać odpowiedniej obróbce.

Wzorce końcowe długości

We wzorcach końcowych odtwarzana wartość

długości zawarta jest między dwiema

przeciwległymi powierzchniami, krawędziami

lub punktami.

Wzorce te charakteryzują się wysoką dokładnością i stosowane

są do sprawdzania i nastawiania wielu przyrządów

pomiarowych oraz do pomiarów metodą bezpośredniego

porównania.

Z wzorców końcowych najszersze zastosowanie znalazły:



a) płytki wzorcowe: są to wzorce wykonywane w 4 klasach

dokładności (00; 0; 1; 2) b) wałeczki pomiarowe,



c) kulki pomiarowe,



d) szczelinomierze

•

Warsztatowe II

•

Inspekcyjne I

•

Kalibracyjne 0, K

•

Referencyjne 00

Przyrządy do pomiaru

długości

Z uwagi na zjawisko fizyczne, na jakim opiera

się budowa warsztatowych przyrządów

pomiarowych, podzielono je na:



mechaniczne,



optyczne,



pneumatyczne,



elektryczne,



ultradźwiękowe,



izotopowe,



mieszane,



inne.

Mechaniczne przyrządy do

pomiarów długości

podzielono na:

• przyrządy suwmiarkowe,
• przyrządy mikrometryczne,
• przyrządy czujnikowe,
• przyrządy mieszane, tj. stanowiące

połączenie funkcjonalne powyższych
rodzajów przyrządów.

Przyrządy suwmiarkowe

ogólnego przeznaczenia

podzielono na:

• suwmiarki,
• głębokościomierze,
• wysokościomierze.

Ze względu na wyposażenia w rożne

urządzenia wskazujące dzieli się je na:

• noniuszowe,
• z czujnikiem z podziałką kreskową,
• cyfrowe elektroniczne.

Suwmiarki przeznaczone są do pomiaru

jednego z czterech rodzajów
pomiarów długości:



• wymiarów zewnętrznych,



• wymiarów wewnętrznych,



• wysokości,



• głębokości.

Rodzaje przyrządów

suwiarkowych:



Suwmiarki noniuszowe.



Głębokościomierze suwmiarkowe.



Wysokościomierze suwmiarkowe.



Suwmiarki cyfrowe elektroniczne

Charakterystycznym, wspólnym elementem

przyrządów suwmiarkowych

jest noniusz,

umożliwiający zwiększenie dokładności
odczytywania wyników pomiaru.

NONIUSZ

- jest to dodatkowa podziałka kreskowa,

umożliwiająca odczytanie ułamkowej części
wartości podziałki głównej. Stosuje się w
praktyce noniusze liniowe i kątowe. Zasada
działania przyrządu z podziałką noniusza, oparta
jest na różnicy wielkości działki elementarnej
podziałki głównej i działki noniusza.

Noniusz określają następujące
parametry :

a

- długość działki elementarnej skali głównej (skali

wzorca)

a’

- długość działki elementarnej skali noniusza,

L

- długość noniusza,

n

- liczba działek elementarnych noniusza,

g

- moduł noniusza,

i

- dokładność odczytania noniusza,

1- podziałka główna
2- podziałka noniusza

Odczyt:
61,52

zoom

Suwmiarki posiadają noniusze o działce
elementarnej:

0.1mm; 0.05mm

oraz

0.02mm,

oraz o modułach:

1

i

2

Działka elementarna: 0.1 , .01, 0.001 mm

Przyrządy

mikrometryczne

Przyrządy mikrometryczne

dzieli się na przyrządy

ogólnego i szczególnego przeznaczenia.

Do przyrządów mikrometrycznych ogólnego

przeznaczenia zalicza się

mikrometry zewnętrzne

(z powierzchniami pomiarowymi płaskimi lub
kulistymi) oraz

mikrometry wewnętrzne

(szczękowe

i średnicówki).

Do przyrządów mikrometrycznych szczególnego

przeznaczenia należą

mikrometry do drutu, blach,

rur, gwintów, kół zębatych

i inne.



Działanie mikrometru oparte jest na zasadzie
proporcjonalności przesunięcia liniowego
śruby, obracającej się w nieruchomej
nakrętce, do kąta obrotu.



Jeżeli skok gwintu wrzeciona wynosi P= 0,5
mm, a na bębnie wykonano n= 50 działek, to
wartość działki elementarnej bębna wynosi:



Zakresy pomiarowe mikrometrów są
stopniowane co 25 mm.



Średnicówka

Głębokościomierz

mikrometryczny

1. Stopa

głębokościomierza

2. tuleja mikrometryczna
3. wrzeciono
4. bębenek
5. sprzęgło

Passametr

Czujniki

Według zasady działania czujniki podzielono

na:



mechaniczne,



optyczno – mechaniczne,



elektryczne,



pneumatyczne,



inkrementalne.

Wśród czujników mechanicznych rozróżnia się czujniki:

• dźwigniowe,
• zębate (zegarowe),
• dźwigniowo – zębate,
• dźwigniowo – śrubowe,
• sprężynowe.

Czujniki optyczno – mechaniczne, to:

• optimetry,
• ultraoptimetry,
• optikatory.

Czujniki elektryczne mogą być:

• indukcyjne,
• pojemnościowe,
• piezoelektryczne.

Czujniki pneumatyczne dzieli się na:

• ciśnieniowe,
• ilościowe (natężeniowe),
• prędkościowe (przepływowe).

Czujniki mechaniczne



Nacisk pomiarowy czujnika F ≤ 1,5 N, przy czym różnica
nacisków pomiarowych ,w zakresie pomiarowym czujnika nie
powinna być większa niż 0,6 N.

Czujniki zegarowe



Czujnik zegarowy-

to przyrząd mierniczy

o przekładni zwiększającej typu
mechanicznego, którą jest najczęściej
przekładnia kół zębatych.



Nazwę swą czujniki zegarowe otrzymały
z powodu zewnętrznego podobieństwa
do zegarów.



Średnicówka czujnikowa

Inne przyrządy do pomiarów

wielkości geometrycznych



Czujnik optyczno – mechaniczny



Czujnik elektroniczny

Przyrządy do pomiaru kątów:
-

płytki wzorcowe kątowe,

- kątomierze (uniwersalne,

optyczne, zegarowe),

- poziomnice,
- kątowniki,
- goniometry.

Liniał

sinusowy

Płytki wzorcowe

kątowe



Płytki przywieralne

–

Kusznikowa



Płytki nieprzywieralne

-

Johansona

Inne przyrządy pomiarowe:

- mikroskopy pomiarowe,
- przyrządy do pomiaru chropowatości,

-

- przyrządy do pomiaru narzędzi
wytwórczych,

-

- przyrządy do pomiaru kół zębatych,

-

- przyrządy laserowe,

-

- maszyny pomiarowe.

Przyrządy

pomocnicze

Niepewność pomiaru

przyrzadem

Niepewność pomiaru

przyrządem pomiarowym jest zależna

od:



- zakresu pomiarowego przyrządu,



- urządzenia wskazującego,



- rodzaju mierzonego wymiaru,

np.: w pomiarach wymiarów zewnętrznych o zakresie 0

÷150 mm niepewności pomiarów wynoszą:



dla suwmiarki z noniuszem: mm

u = ± 0.1mm

.



dla suwmiarki z czujnikiem o podziałce kreskowej:

u = ± 0,03mm

.



dla suwmiarki z wzorcem inkrementalnym i cyfrowym

urządzeniem wskazującym:

u = ± 0,03mm

.

Przyrząd pomiarowy z wzorcem inkrementalnym i cyfrowym

urządzeniem wskazującym może być zerowany w

dowolnym miejscu, co ułatwia wykonywanie pomiarów.