Как измерить контактный угол

Метрология

Методы и средства контроля и измерения углов

Углы и измерение углов

Угловые размеры определяют положение плоскостей, осей, линий, центров отверстий и т. д. Угловые размеры бывают зависимые и назависимые.
Независимые углы не связаны с другими параметрами изделия; зависимые углы определяются основными параметрами изделий, к которым они относятся.

В качестве единицы измерения плоских углов Международной системой единиц (СИ) принят радиан — угол между двумя радиусами круга, вырезающими на его окружности дугу, длина которой равна радиусу данного круга.
Измерение углов в радианах на практике связано с значительными трудностями, так как ни один из современных угломерных приборов не имеет градуировки в радианах.
По этой причине в машиностроении для угловых измерений в основном применяются внесистемные единицы: градус, минута и секунда. Эти единицы связаны между собой следующими соотношениями:

  • 1 рад = 57°17׳45״ = 206 265″
  • 1° = π/180 рад = 1,745329 × 10 -2 рад;
  • 1‘ = π /10800 рад = 2,908882 × 10 -1 рад;
  • 1” = π/648000 рад = 4,848137 × 10 -6 рад.

Значение угла при измерении определяют сравнением его с известным углом. Известный угол может быть задан так называемыми жесткими (с постоянным значением угла) мерами — аналогами формы элементов детали: угловыми мерами, угольниками, угловыми шаблонами, коническими калибрами, многогранными призмами.
Измеряемый угол можно сравнивать также с многозначными угломерными штриховыми мерами и различными видами круговых и секторных шкал. Еще одним методом получения известного угла является его расчет по значениям линейных размеров на основании тригонометрических зависимостей.

В соответствии с этим классификацию методов измерений углов производят в первую очередь по виду создания известного угла: сравнением с жесткой мерой, сравнением с штриховой мерой (гониометрические методы) и тригонометрическими методами (по значениям линейных размеров).

При сравнении углов с жесткой мерой отклонение измеряемого угла от угла меры определяют по просвету между соответствующими сторонами углов детали и меры, по отклонению показаний прибора линейных размеров, измеряющих несовпадение этих сторон или при контроле «по краске», т.е. по характеру тонкого, слоя краски, перенесенного с одной поверхности на другую.

В приборах для гониометрических измерений имеются штриховая угломерная шкала, указатель и устройство для определения положения сторон угла. Это устройство связано с указателем или шкалой, а измеряемая деталь — соответственно со шкалой или указателем. Определение положения сторон угла можно производить как контактным, так и бесконтактным (оптическим) способом. При соответствующих измеряемому углу положениях узлов прибора определяют угол относительного поворота шкалы и указателя.

При косвенных тригонометрических методах определяют линейные размеры сторон прямоугольного треугольника, соответствующего измеряемому углу, и по ним находят синус или тангенс этого угла (координатные измерения). В других случаях (измерение с помощью синусных или тангенсных линеек) воспроизводят прямоугольный треугольник с углом, номинально равным измеряемому, и устанавливая его как накрест лежащий с измеряемым углом, определяют линейные отклонения от параллельности стороны измеряемого угла основанию прямоугольного треугольника.

При всех методах измерений углов должно быть обеспечено измерение угла в плоскости, перпендикулярной к ребру двугранного угла. Перекосы приводят к погрешности измерения.

При наличии наклона плоскости измерения в двух направлениях погрешность измерения угла может быть и положительной и отрицательной. При измерениях малых углов эта погрешность не превысит 1% значения угла при углах наклона плоскости измерения до . Такая же зависимость погрешности измерения угла от углов перекоса получается и в случаях неточного базирования деталей на синусной линейке, несовпадения направления ребра измеряемого угла или оси призмы с осью поворота на гониометрических приборах (при фиксации положения граней по автоколлиматору), при измерениях с помощью уровней и т.п.

Угол наклона плоскостей обычно определяется уклоном, численно равным тангенсу угла наклона.
Малые значения уклонов часто указывают в микрометрах на 100 мм длины, в промилле или миллиметрах на метр длины (мм/м).
Например, в мм/м указывается цена деления уровней. Пересчет уклонов в угол обычно производится по приближенной зависимости: уклон 0,01 мм/м (или 1 мкм/100 мм) соответствует углу наклона в 2″ (погрешность подсчета угла по этой зависимости составляет — 3%).

Как было показано выше в машиностроении в зависимости от используемых средств и методов различают три основных способа измерения углов :

Сравнительный метод измерения углов с помощью жестких угловых мер. При этом измерении определяется отклонение измеряемого угла от угла меры.

Абсолютный гониометрический метод измерения углов, при котором измеряемый угол определяется непосредственно по угломерной шкале прибора.

Косвенный тригонометрический метод: угол определяется расчетным путем по результатам измерения линейных размеров (катетов, гипотенузы), связанных с измеряемым углом тригонометрической функцией (синусом или тангенсом).

Сравнительный метод измерения углов обычно сочетается с косвенным тригонометрическим методом, последним определяется разница сравниваемых углов в линейных величинах на определенной длине стороны угла.

Угловые призматические меры и угольники

Угловые призматические меры служат для хранения и передачи единицы плоского угла. Их применяют для проверки шаблонов и угловых размеров различных изделий; для градиуровки угломерных приборов, а также для непосредственных измерений.
Угловые меры, предназначенные для проверки угломерных приборов и рабочих мер, называют образцовыми.

По точности аттестации образцовые угловые меры делят на четыре разряда (1,2,3 и 4). Предельные погрешности аттестации рабочих углов не должны превышать для угловых мер 1-го разряда — ±0,5”; 2-го разряда — ±1”; 3-го — ±3”; 4-го — ±6”.
Угловые меры собирают в блоки с помощью специальных державок.

Контроль углов угольниками осуществляют, оценивая просвет между угольником и контролируемой деталью на глаз, или сравнивают с образцовой щелью, созданной с помощью концевых мер длины и лекальной линейки.
При использовании крупных угольников просвет оценивают с помощью щупов.
Погрешность проверки углов угольником зависит от погрешности самого угольника, длины сторон угла, по которой производится проверка, и других факторов.

Угломеры с нониусами

Угломеры с нониусами применяют для измерения профиля угла на деталях контактным методом с отсчетом по угловому нониусу с точностью 2‘ и 5‘. Состоит угломер из круглого угломерного диска, скрепленного с корпусом зажимной гайкой. На основании смонтированы установочная планка и нониус с нанесенными 30 делениями с двух сторон от нулевого штриха; каждое деление соответствует 2 мин.
Линейка с лицевой стороны имеет продольный ласточкообразный паз, по которому перемешается (в процессе установки линейки на угол) хвостовик прижима.

При измерении угломер накладывают на проверяемую плоскость детали так, чтобы линейка и рабочая плоскость корпуса были совмещены со сторонами измеряемого угла. Целое число градусов отсчитывают по шкале диска до нулевого деления (штриха) нониуса. Затем определяют деление нониуса, совпадающего с делениями основной шкалы (диска).
После этого определяют по нониусу сколько минут и градусов совпадают с делениями нониуса.

Оптический угломер

В корпусе оптического угломера закреплен стеклянный диск со шкалой, имеющей деления в градусах и минутах. Цена малых делений 10 ‘. С корпусом жестко скреплена основная (неподвижная) линейка. На диске смонтированы лупа, рычаг и укреплена подвижная линейка.
Под лупой параллельно стеклянному диску расположена небольшая стеклянная пластинка, на которой нанесен указатель, ясно видимый через окуляр. Линейку можно перемещать в продольном направлении и с помощью рычага закреплять в нужном положении.

Во время поворота линейки в ту или другую сторону будет вращаться в том же направлении диск и лупа. Таким образом, определенному положению линейки будет соответствовать вполне определенное положение диска и лупы. После закрепления линеек зажимным кольцом через лупу отсчитывают показания угломера.
Оптическим угломером можно измерять углы от 0 до 180°. Допускаемые погрешности показания оптического угломера ±5‘.

Индикаторный угломер

В индикаторном угломере обычная шкала и нониус заменены индикаторным циферблатом. Отсчет угловых размеров производится по показаниям стрелки на большой шкале через 10°. Цена деления 5‘, предел измерения угломера 0…360°.

Портативный оптический угломер-шаблон

Портативный оптический угломер-шаблон предназначен для проверки профиля резцов. Он состоит из стандартной восьмикратной лупы, неподвижно закрепленной на прозрачном диске из органического стекла. Вокруг оси, запрессованной в этот диск, свободно поворачивается стальной диск, по периметру которого с высокой точностью выполнены шаблоны наиболее часто встречающихся в практике углов, радиусов и кривых. Нужный профиль шаблона накладывают на затачиваемый резец и под лупой проверяют точность доводки.
Прибор отличается точностью и удобством, так как им можно пользоваться непосредственно на рабочем месте.

Источник

§ 13. Инструменты для измерения углов

При слесарной обработке широко применяются угольники, угломеры, шаблоны угловые и угловые меры (плитки).

Угольники 90° (ГОСТ 3749—65) предназначены для проверки и разметки прямых углов, для контроля взаимно перпендикулярного расположения поверхностей деталей при монтаже различных видов оборудования и для проверки точности станков.

Угольники изготовляют из инструментальной легированной стали ХГ и X, углеродистой стали марок 10; 15; 20 и 50, а также из инструментальной углеродистой стали марки У8.

Промышленность выпускает угольники с углами 45; 60; 90 и 120° и специальные угольники с углами 30; 45; 90; 120 и 135° (рис. 67, а). Если требуются угольники с другими углами, то их изготовляют в виде шаблонов, например для проверки углов сверл, резьбы, шаблон типа «ласточкина хвоста» и др.

Рис. 67. Угольники:
а — специальный; б — лекальные; 1 — плоский, 2 — с широким основанием, 3 — с уровнем; в — приемы измерения угольником угла и плоскости

По ГОСТ 3749—65 угольники выпускаются четырех классов точности 0, 1,2, 3-й. Наиболее точные — угольники класса 0.

Точные угольники с фасками называются лекальными. Угольники 1-го класса точности применяют в инструментальном производстве для особо точных работ, 2-го класса — для выполнения слесарных работ повышенной точности, 3-го класса — для грубых работ.

Применяют следующие типы лекальных угольников (рис. 67, б): плоский 1, с широким основанием 2, с уровнем 3.

У лекальных угольников края длинной стороны скошены с обеих сторон. Скосы дают возможность точнее обработать угольник. Таким угольником удобно определять отклонения в углах проверяемого изделия методом световой щели (на просвет).

Угольники с широким основанием (аншлажные) предназначены для проверки прямого угла у изделия при установке его на проверочной плите.

При проверке внутренних углов угольник прикладывают к поверхности детали наружной частью (рис. 67, в), а при проверке наружного угла — внутренней частью. По просвету между угольником и проверяемой деталью на глаз (а иногда щупом) определяют отклонение угла.

Угломеры с нониусом (ГОСТ 5378—66) применяют для измерения углов контактным методом с отсчетом по угловому нониусу. В настоящее время широко распространены угломеры типа I (УН) и величиной отсчета по нониусу 2′ (2 мин) и 5′ (5 мин).

Угломер типа I (рис. 68, а), предназначенный для измерения наружных углов от О до 180° и внутренних углов от 40 до 180°, состоит из полукруглого основания (диска) 5, скрепленного со съемной линейкой 4. Подвижная линейка 10 вращается на оси 2 вместе с сектором 3, на котором закреплен нониус 8. Микрометрическая подача б подвижной линейки 10 осуществляется гайкой 7, после чего линейка 10 закрепляется стопором 9.

Рис. 68. Угломер типа I (а) и прием измерения угломером (б)

Измерение углов от 0 до 90° производится с помощью угольника 1, углы более 90° измеряются без угольника 1. На шкале нониуса нанесено 30 делений; каждое деление соответствует 2 минутам.

Угломер накладывают на проверяемую деталь так, чтобы линейки 10 и 4 были совмещены со сторонами измеряемого утла. Целое число градусов отсчитывают по шкале диска до нулевого штриха нониуса. Затем определяют штрих нониуса, совпадающий со штрихом основной шкалы. После следует определить на нониусе число минут, обозначенное ближайшим меньшим числом, совпадающим со штрихом нониуса. Показания градусов и минут складываются, причем минуты нужно умножить на точность отсчета.

Прием измерения угломером показан на рис. 68, б.

Угломер типа II (УМ) предназначается для измерения наружных углов от 0 до 180° (рис. 69) с величиной отсчета по нониусу 15′ (15 мин).

Рис. 69. Угломер типа II

Угломер состоит из полукруглого основания 1, на котором закреплена линейка 2. Сектор 3 с нониусом 8 перемещается по основанию 1 и после установки закрепляется винтом 4. К сектору 3 при помощи державки 7 крепится угольник 5, а к нему присоединяется съемная линейка 6. Этим угломером можно измерить не только наружные, но и внутренние углы.

Проверку погрешности показаний угломеров следует производить по угловым плиткам в пяти — семи точках, равномерно расположенных по основной шкале нониуса.

Более точно углы проверяются при помощи угловых призматических плиток (ГОСТ 2875—62), которые подбираются в блоки (рис. 70).

Рис. 70. Набор угловых плиток (а), прием проверки угла (б)

Вопросы для самопроверки

  1. Чем отличается устройство резьбового микрометра от гладкого, как резьбовой микрометр устанавливается на нуль и как этим микрометром измеряется средний диаметр резьбы?
  2. Составьте из плоскопараллельных плиток малого набора блоки следующих размеров: 28,04; 4,32, 3,35; 3,29; 2,08 мм.
  3. Установите микрометр на следующие размеры: 10,15; 15,23; 8,56; 12,42; 12,92 мм Покажите установки на эти размеры преподавателю или мастеру.
  4. Измерить микрометром средний диаметр резьбы на болтах М12, М18.
  5. Определить с помощью резьбометра систему и шаг резьбы на нескольких деталях.
  6. Установите угломер на размеры углов: 30°30′; 60°22′; 132°24′; 140°18′.

Источник

Краевой угол смачивания. Технология измерения контактного угла

Угол контакта

Угол контакта ( θ ) – это угол, который образуется между каплей жидкости и поверхностью твердой или иной фазы.

Равновесие сил, воздействующих на угол контакта (θ)

Равновесное уравнение: γsv = γsl + γlv cosθ

γlv –равновесное состояние между жидкостью и газовой фазой;

γsv –равновесное состояние между твердой фазой и газовой фазы;

γsl – равновесное состояние между твердой и жидкой фазами.

Статический угол контакта

Статический угол контакта измеряется в том случае, когда капля жидкости находится в неподвижном состоянии на твердой поверхности.

Динамический угол контакта

Динамический угол контакта измеряется в том случае, когда граница раздела фаз движется и происходит изменение статического угла контакта во времени. Динамический угол контакта бывает двух типов – наступающий и отступающий. Измерение может быть произведено двумя методами – метод изменения объема капли и метод наклона подставки.

Наступающий угол смачивания θa : наибольший угол контакта достигается путем увеличения межфазной поверхности при добавлении дополнительного количества жидкости.

Отступающий угол смачивания θr: возникает при уменьшении объема жидкой капли.

Угол гистерезиса θH: является разницей между наступающим и отступающим углами θH = θa — θr

Наклонный метод: совмещает как наступающий, так и отступающий угол контакта в одной капле. Капля помещается на рабочий столик, который постепенно начинает наклоняться. Наступающий угол измеряется в нижней части капли (на картинке слева), когда она начинает двигаться. Отступающий угол контакта измеряется в верхней части капли (на картинке справа).

Методы измерения и расчета угла смачивания лежачей капли

Существует 4 метода измерения и расчета угла смачивания лежачей капли:

  1. 1. Полуугловой метод
  2. 2. Круговой метод
  3. 3. Эллиптический метод
  4. 4. Тангенциальный метод

Полуугловой метод

Если размер капли мал, то ее можно представить как часть сферы и профиль капли в двух измерениях, т.е. в виде круга.

Здесь h – высота, а r – половина ширины базовой линии. Таким образом, θ1 = tan -1 h/r. И в случае простой геометрии угол смачивания можно выразить следующим образом θ = 2θ1. (см. рисунок). Рассчитав h и r при помощи анализа изображения, далее можно рассчитать угол контакта θ.

Этот метод подходит для капель симметричной формы и меньшего размера. Для капель большего размера и тяжести можно снизить высоту вершины.

Круговой метод

Стадии расчета угла контакта круговым методом:

  • Захват и сохранение изображения с упавшей каплей.
  • Распознавание базовой линии
  • Выберите 3 или более точек на краю криволинейного профиля капли.
  • По кривой с данными точками можно найти уравнение окружности.
  • Угол смачивания представляет собой угол между касательной и базовой линией.

Данный метод является наиболее распространенным при вычислении угла контакта.

Эллиптический метод

В эллиптическом методе применяется построение кривой профиля капли. В этом отношении данный метод похож на круговой.

  • Захват и сохранение изображения с упавшей каплей.
  • Распознавание базовой линии
  • Выделение 6 базовых точек на кривой
  • Вычисляется уравнение эллипса
  • Угол смачивания представляет собой угол между касательной и базовой линией

По сравнению с другими данный метод является достаточно сложным. Поэтому он используется для вычисления угла смачивания по методу лежачей капли в диапазоне 0 — 130°С.

Тангенциальный метод

Форма капли представляется как часть контура предполагаемой окружности. В данном методе определяется центр предполагаемой окружности, и угол контакта представляет собой угол между касательной и окружностью.

Три точки L1, L2 и L3 образуются на представляемой окружности. Левый гол контакта – угол между касательной m и базовой линией l. Правый угол контакта может быть измерен таким же образом при помощи точек R1, R2, и R3.

Измерение краевого угла

1. Подготовка образца

Образцы должны быть подготовлены заранее, и их поверхности должны быть надлежащим образом очищены непосредственно перед измерениями угла контакта. Образец следует размещать строго в горизонтальном положении. Необходимо тщательно очистить иглу шприца. Это важно потому, что жидкость, выходящая из иглы, может немного подниматься вверх по наружной поверхности иглы в ходе эксперимента. Желательно натереть кончик иглы водоотталкивающим составом.

2. Обеспечение условий влажности / уровни пара

Образец должен быть помещен в измерительную ячейку, заполненную рабочей жидкостью. Эти операции проводятся за несколько минут до измерения угла контакта. На данном этапе необходимо закрепить шприц, заполненный рабочей жидкостью, и выровнять иглу по отношению к поверхности образца.

3. Измерение статического угла контакта

После выхода жидкости из иглы должна появиться капля. Диаметр капли должен быть больше диаметра иглы в 3-4 раза. Подача жидкости должна осуществляться до того момента, пока целая капля не выйдет из иглы. Далее игла должна быть удалена. Нужно выждать 1-3 минуты для стабилизации капли, после чего можно померить статический угол контакта.

4. Измерение наступающего угла контакта

Игла должна быть перемещена назад к капле и необходимо добавлять жидкость до того момента, пока не растечется база. Далее игла снимается и измеряется наступающий угол контакта. Эта операция повторяется 3-5 раз, после чего берется среднее значение.

5. Измерение убывающего угла контакта

Игла погружается в каплю для того, чтобы начать втягивать жидкость обратно, уменьшив тем самым размер капли. Данную операцию следует проводить аккуратно, не меняя, диаметра капли. После аккуратного удаления иглы можно измерить убывающий угол контакта. Измерение следует провести 3-5 раз, усреднив в конечном итоге результат.

6. Воспроизведение результатов

Измерение угла контакта необходимо повторить либо на 3 – 5 точках одного и того же образца, либо на других таких же образцах, прошедших те же стадии очистки.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector