3.5. Przyrządy mikrometryczne

Przyrządy mikrometryczne są powszechnie używane w zakresie warsztatowych pomiarów długości. Ich budowa oparta jest o wymagania Polskiej Normy PN-80/M-53202 Przyrządy mikrometryczne. Wykorzystuje się w nich proporcjonalność przesunięcia liniowego śruby L , do kąta jej obrotu  co wyraża zależność

(3.5.1)

gdzie: P - podziałka śruby

ϕ - kąt obrotu śruby mikrometrycznej.

Głównym elementem pomiarowym mikrometru jest śruba mikrometryczna o precyzyjnie wykonanej podziałce P, która odtwarza miarę długości oraz przemieszcza powierzchnię pomiarową wrzeciona do styku z powierzchnią przedmiotu. Powierzchnie pomiarowe przyrządów mikrometrycznych posiadają różne kształty, odpowiednio do zastosowania określonej konstrukcji mikrometru.

• Mikrometr

Mikrometr z płaskimi powierzchniami pomiarowymi do pomiarów wymiarów zewnętrznych przedstawia rysunek 3.8. Przyrząd składa się z kabłąka 1, w którym osadzone są stałe kowadełko 3 oraz wrzeciono ze śrubą mikrometryczną 2, obracające się w nieruchomej nakrętce 4. Na wrzecionie osadzony jest bęben 5, po obwodzie którego naniesiona jest podziałka o wartości działki elementarnej 0,01 mm. Bęben przemieszcza się wraz z wrzecionem wzdłuż tulei, na której naniesione są linia odniesienia oraz podziałka wzdłużna o wartości działki 1 mm.

	kabłąk; wrzeciono; kowadełko stałe; nakrętka; mikrometryczna; bęben; sprzęgło; zacisk; nakrętka wybrania luzu w skojarzeniu śruby z nakrętką.
Rys.3.8. Mikrometr zewnętrzny kabłąkowy

Dla zapewnienia stałości nacisku pomiarowego bęben zakończony jest pokrętłem sprzęgła 6, którym należy doprowadzać do styku powierzchnie pomiarowe przyrządu z powierzchnią detalu. Mikrometry posiadające śruby mikrometryczne o skoku 0,5 mm mają na tulei podziałkę wzdłużną 0,5 mm, kreski której umiejscowione są przemiennie po dwóch stronach linii odniesienia. Widoczne kreski podziałki wzdłużnej odkryte przez bęben wyznaczają całkowitą ilość obrotów bębna. Pozostały ułamek obrotu odczytuje się na podziałce obwodowej bębna z działką 0,01 mm. Wykonanie mikrometru o szerokim zakresie pomiarowym wraz z utrzymaniem jego charakterystyki metrologicznej w czasie eksploatacji jest trudne i często ekonomicznie nieopłacalne. Te czynniki powodują stopniowanie zakresu pomiarowego przyrządu co 25 mm lub konstrukcyjne łączenie mikrometru z czujnikami, nastawianymi w przyrządzie za pomocą wzorców. W zakresach pomiarowych powyżej 25mm do kompletu z przyrządem dodaje się wzorzec nastawczy. Służy on do regulacji mikrometru przed pomiarem oraz kontroli poprawności wskazań w trakcie eksploatacji. Ukształtowanie końcówek pomiarowych oraz kształtu ich powierzchni zależne jest od zastosowania przyrządu w pomiarach zewnętrznych, wewnętrznych oraz mieszanych.

• Mikrometr do gwintów

Mikrometr do gwintów z wymiennymi końcówkami (rys.3.9) służy do pomiarów średnicy podziałowej w gwintach. Zbudowany jest tak, jak mikrometr do pomiarów zewnętrznych, w którym zmodyfikowano budowę wrzeciona i kowadełka. W tych elementach wykonane są otwory dla osadzenia wymiennych końcówek pomiarowych. Końcówki dostosowane są do pomiarów odpowiedniego rodzaju gwintów w przedziale normatywnych skoków tj. metrycznych w zakresie skoków od 0,4 mm do 6 mm oraz calowych w przedziale skoków od 60 do 3 zwoi na 1 cal. W otwór kowadełka wstawia się końcówkę pryzmatyczną, a otwór wrzeciona stożkową. Przed przystąpieniem do pomiaru wykonuje się regulację wskazania zerowego mikrometru. Odbywa się to za pomocą pokręteł regulującego 4 oraz blokującego 5. Po odblokowaniu kowadełka pokrętłem 5 przemieszcza się końcówkę pryzmatyczną nakrętką 4 do pozycji w której mikrometr wskaże wskazanie zerowe. W przyrządach posiadających początkowy zakres pomiarowy większy od zera, regulację przeprowadza się na odpowiednim wzorcu nastawczym. W trakcie pomiaru końcówka pryzmatyczna opiera się na występie gwintu a końcówka stożkowa wchodzi w bruzdę. Postępowanie pomiarowe i odczyt wyniku pomiaru odbywa się tak samo jak dla mikrometru.

	a - mikrometr do gwintów; b -wymienne końcówki pomiarowe pryzmatyczna i stożkowa. 1- bęben; 2-końcówka pryzmatyczna; 3- końcówka stożkowa; 4-pokrętło regulacyjne; 5-pokrętło blokujące.
Rys. 3.9. Mikrometr do gwintów i jego końcówki pomiarowe

• Mikrometr do kół zębatych

Mikrometr do kół zębatych (rys. 3.10) służy do pomiaru grubości zębów metodą przez n- zębów. Dla tego celu posiada zmodyfikowane powierzchnie pomiarowe, które są w stanie zagłębić się we wręby koła zębatego, dotykając przeciwległe boki wyznaczonych do pomiaru zębów. Pomiar wykonuje się w kierunku prostopadłym do linii zębów. Postępowanie i odczyt wyniku pomiaru odbywa się tak, jak dla wszystkich mikrometrów.

Rys.3.10. Mikrometr do kół zębatych

• Mikrometr z czujnikiem zębatym

Mikrometr z czujnikiem zębatym (rys. 3.11) ma szerszy zakres pomiarowy od zwykłego mikrometru. Rozszerzenie zakresu uzyskano przez wprowadzenie czujnika zębatego, osadzonego w tulei 3 w miejsce stałego kowadełka. Po odblokowaniu zacisku nakrętką 4, tuleję 3 wraz z czujnikiem można przemieszczać wzdłuż kierunku pomiaru. Pozwala to na regulację przyrządu w całym zakresie pomiarowym. Wewnątrz tulei znajduje się ruchomy trzpień 5, przedłużający zakres pracy trzpienia czujnika oraz sprężyna realizująca nacisk pomiarowy. Trzpień zakończony jest powierzchnią pomiarową. Podzielnie czujnika zębatego dla wskazań o wartościach 1mm i 0,01 mm są obrotowe i pozwalają na wyzerowanie wskazań czujnika przed pomiarem. W komplecie z przyrządem są dwa wzorce nastawcze 6 służące do regulacji zakresu pomiarowego przyrządu tj.:

Dla zakresu pomiarowego 0 ÷ 100 mm wzorce 25 i 75 mm.

Dla zakresu pomiarowego 100 ÷ 200 mm wzorce 125 i 175 mm.

Przygotowanie mikrometru z czujnikiem zębatym do pomiaru wymaga wstępnego określenia miary wielkości mierzonej np. pomiaru suwmiarką. Na jej podstawie dobiera się wzorzec nastawczy oraz wymaganą nastawę na mikrometrze przed zerowaniem wskazania czujnika. Wartości długości wzorców nastawczych oraz miary wstępnego pomiaru nie mogą różnić się między sobą więcej niż 25mm (zakres pomiarowy mikrometru). Gdy miara wielkości mierzonej jest mniejsza od miary wzorca, nastawa mikrometru przed zerowaniem czujnika na wzorcu nastawczym powinna wynosić 25mm, w przeciwnym przypadku 0mm. Następnie po zwolnieniu zacisku nakrętki nakrętką 4, blokującą przemieszczenie tulei 3, wstawia się wzorzec nastawczy między powierzchnie pomiarowe i wykonuje wstępny docisk czujnika zębatego tak, aby jego wskazówka 2 wykonała jeden obrót na podzielni. W takim położeniu należy dokręcić nakrętkę 4 blokującą przemieszczenie trzpienia 3. Pokręcając tarczami podzielni czujnika zębatego nastawia się wskazania zerowe (zerowanie czujnika).

Rys.3.11. Mikrometr z czujnikiem zębatym

Po wykonaniu tych czynności można usunąć wzorzec nastawczy z przyrządu. Tak przygotowanym przyrządem dokonujemy do pomiaru wielkości mierzonej. W trakcie pomiaru pokręcamy bębnem mikrometru do momentu w którym czujnik zębaty wskaże wskazania zerowe.

Wartość wielkości mierzonej WM otrzymuje się po uwzględnieniu trzech składowych takich jak:

• wartość miary użytego wzorca nastawczego WW ;

• wartość nastawy mikrometru dla zerowania czujnika WN (0 lub 25 mm);

• wartość odczytana na mikrometrze w wyniku pomiaru WP .

WM = WW - WN + WP ( 3.5.2)

• Mikrometr z czujnikiem dźwigniowo-zębatym

Mikrometr z wbudowanym czujnikiem dźwigniowo-zębatym (rys.3.12) służy do pomiarów, w których całą miarę wielkości mierzonej można porównać z wielkością odtwarzaną przez mikrometr w zakresie 0 ÷ 25 mm z błędem wskazań 0,01 mm lub wykonać pomiar różnicowy z wykorzystaniem płytek wzorcowych, który pozwala wykorzystać dokładność wskazań czujnika posiadającego działkę elementarną o wartości 0,002mm.

W przypadku pomiaru różnicowego pomiar mikrometrem służy jako pomiar wstępny dla wyboru płytek wzorcowych zestawianych w stos, na których nastawia się zerowe wskazanie

czujnika. Odczyt wyniku pomiaru mikrometrem następuje na podziałkach tulei i bębna po zgraniu wskaźnika czujnika z zerowym wskazem na podzielni. W przypadku pomiaru różnicowego wychylenie wskaźnika czujnika dźwigniowo-zębatego od zera wskaże różnicę między wzorcem a wielkością mierzoną. Wstawianie detalu lub wzorca między wrzeciono i kowadełko odbywa się po naciśnięciu przycisku 1 odciągającego kowadełko.

	1 - przycisk odciągający kowadełko; 2- mikrometr; 3- czujnik dźwigniowo -zębaty; 4- ruchome kowadełko; 5-wrzeciono mikrometru.
Rys. 3.12. Mikrometr z wbudowanym czujnikiem dźwigniowo- zębatym

• Średnicówka mikrometryczna

Średnicówka mikrometryczna składana (rys.3.13) jest przyrządem przeznaczonym do pomiarów wymiarów wewnętrznych. Jej budowa oparta jest o konstrukcję mikrometru, w którym usunięto kabłąk a kowadełko w postaci stałej końcówki pomiarowej 5 przemieszczono na drugi koniec wrzeciona w miejsce sprzęgła. Powierzchnie końcówek pomiarowych mają sferyczny kształt. Dla małego zakresu pomiarowego 50÷200 mm stosuje się średnicówki stałe, dla większego 75÷1075 mm średnicówki składane w których jedna z końcówek jest rozłączna. Zapewnia to możliwość wstawiania przedłużaczy 6 pomiędzy końcówkę rozłączną 1 i mikrometr 2. Przedłużacze 6 mają ściśle określone wymiary, które pozwalają na pomiary w całym zakresie pomiarowym.

	1-końcówka rozłączna; 2-mikrometr ; 3-podziałka bębna 0,01 mm; 4-podziałk wzdłużna 0,5 mm; 5-końcówka stała; 6-przedłużacze
Rys.3.13. Średnicówka mikrometryczna z przedłużaczami 13mm, 25 mm, 50 mm

Podczas pomiaru średnicówką mikrometryczną dwustykową należy dbać o to, aby w płaszczyźnie osi głównej otworu uzyskać wymiar najmniejszy (rys.3.14a) a w płaszczyźnie przekroju poprzecznego wymiar największy (rys.3.14b).

	poprawne ustawienie średnicówki w płaszczyźnie O-A przekroju wzdłużnego; poprawne ustawienie średnicówki w płaszczyźnie O-B przekroju poprzecznego
Rys. 3.14. Ustawienie średnicówki mikrometrycznej podczas pomiaru

W celu prawidłowego ustawienia średnicówki w płaszczyznach przekrojów poprzecznego i wzdłużnego, należy jedną z końcówek pomiarowych doprowadzić do styku z tworzącą walca wewnętrznego i wykonywać kątowe przemieszczenia przyrządu między punktami

A1-A2 i B1-B2 w wymienionych płaszczyznach. W trakcie tych kątowych ruchów należy starać się uzyskać odpowiednio maksymalne wskazanie na bębnie mikrometrycznym. Czynności te należy prowadzić z odpowiednim czuciem nacisku pomiarowego, gdyż brak sprzęgła wpływa na zwiększenie niedokładności pomiaru. Wartość wielkości mierzonej jest sumą wartości początkowej 75mm, długości użytych przedłużaczy oraz wartości odczytanej na mikrometrze.

Φ D = 75 mm + miara przedłużacza + odczyt na mikrometrze ( 3.5.3)

1. Sprawdzanie mikrometrów

Sprawdzenie poprawności wskazań przyrządów mikrometrycznych odbywa się przez porównanie wskazań z miarą wzorca, którym jest płytka wzorcowa. Wprowadza się ją między wrzeciono i kowadełko i wykonuje sprawdzenie poprawności wskazania. Graniczne błędy przyrządów mikrometrycznych są przedstawione w tablicy 3.3.

W zakres sprawdzania poprawności działania przyrządów mikrometrycznych na podstawie DzUMiP Nr 12/96 wchodzą czynności związane z wymaganiami przedstawionymi poniżej:

• Powierzchnie przyrządu mikrometrycznego nie powinny mieć zadr i pęknięć;

• Powierzchnie pomiarowe nie powinny mieć rys i śladów korozji;

• Części radełkowane nie powinny być ostre;

• Elementy przyrządu nie powinny być namagnesowane;

• Nacisk pomiarowy nie powinien przekraczać granic (3 ÷ 10) N;

• Dopuszczalne różnice wskazań spowodowane odkształceniem na skutek działania siły 10 N w zakresie pomiarowym 0÷50 mm wynoszą 2 μm;

• Brak odkształceń kabłąka.

Tablica 3.3. Granice błędów dopuszczalnych dla błędów wskazań A oraz błędów w

dolnej granicy zakresu pomiarowego przyrządów mikrometrycznych

wg DzUMiP Nr 12/96

ZAKRES POMIAROWY		GRANICE BŁĘDÓW DOPUSZCZALNYCH		ZAKRES POMIAROWY		GRANICE BŁĘDÓW DOPUSZCZALNYCH
DOLNA GRANICA	GÓRNA GRANICA	A	B	DOLNA GRANICA	GÓRNA GRANICA	A	B
mm		μ m		mm		μ m
0	50	4	2	250	300	9	7
50	100	5	3	300	350	10	8
100	150	6	4	350	400	11	9
150	200	7	5	400	450	12	10
200	250	8	6	450	500	13	11
A - błąd wskazań przyrządu mikrometrycznego B - Błąd wskazań w dolnej granicy zakresu pomiarowego

---