Меню

Погрешность измерений штангенциркулей электронных



Метрология

Погрешность измерений штангенинструментами

Погрешности линейных измерений

Как и при измерениях любыми инструментами, штангенинструментом можно измерить линейные размеры детали с некоторой предельной степенью точности, которая зависит не только от качества и точности изготовления измерительного средства, но и от некоторых других факторов.

Погрешностью средств измерений называется отклонение его показания (выходного сигнала) от воздействующей на его вход измеряемой величины (входного сигнала) .

Погрешности, возникающие в процессе измерений, можно разделить на систематические и случайные.
Кроме этого, в процессе измерения могут появиться грубые (очень большие) погрешности, а также могут быть допущены промахи.

К систематическим погрешностям относят составляющую погрешности измерений, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.
Как правило, систематические погрешности могут быть в большинстве случаев изучены и учтены до начала измерений, а результат измерения может быть уточнен за счет внесения поправок, если их числовые значения определены, или за счет использования таких способов измерений, которые дают возможность исключить влияние систематических погрешностей без их определения.

К случайным погрешностям измерения относят составляющие погрешности измерений, которые изменяются случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.
Эти погрешности, в отличие от систематических, нельзя предвидеть заранее, поскольку их появление носит случайный характер.

Основными причинами грубых погрешностей и промахов могут являться ошибки экспериментатора, резкое и неожиданное изменение условий измерения, неисправность прибора и т. п.

Суммарная погрешность измерения с помощью штангенинструментов состоит из следующих составляющих:

  • погрешность Δ 1 ,возникающая от ошибок нанесения штрихов шкалы на штанге и на нониусе. Это систематическая погрешность, но она не известна и не может быть учтена и компенсирована, поэтому ее учитываю как случайную;
  • погрешность Δ 2 , возникающая из-за нарушения принципа Аббе. Это случайная погрешность первого порядка, зависящая от длины губок, зазоров в направляющей ползуна и усилия прижима губки к измеряемой детали;

Эрнст Аббе (1840-1905) — немецкий физик-оптик. Является автором теории микроскопа, конструктор многих оптических приборов. Руководитель оптических заводов К. Цейса в Йене.

Принцип Аббе (компараторный принцип, принцип последовательного расположения) заключается в следующем: линия измерения должна являться продолжением линии рабочих (снимающих размер) элементов измерительного прибора, т. е. необходимо, чтобы ось шкалы прибора располагалась на одной прямой с контролируемым размером проверяемой детали.

В случае расположения измерителя и измеряемого предмета не на одной прямой при измерении возникает ошибка первого порядка, величина которой будет тем больше, чем больше при одних и тех же условиях было расстояние между предметом и измерителем.
При уменьшении этого расстояния уменьшается и возможная ошибка, которая сделается равной нулю, когда измеряемый предмет и измеритель, с которыми производится сравнение, будут расположены на одной прямой.
Это положение было впервые высказано Э. Аббе в 1890 г. на съезде в Бремене. Оно легло в основу устройства ряда измерительных приборов, сконструированных фирмой К. Цейса в Йене и получило название принцип Аббе.

Если этот принцип не выдерживается, то перекос и не параллельность направляющих измерительного прибора вызывают значительные погрешности измерения.
При соблюдении принципа Аббе погрешностями, вызываемыми перекосами, можно пренебречь, так как они являются ошибками второго порядка малости.

  • погрешность Δ 3 , возникающая из-за ошибок отсчета по штриховой шкале и нониусу. Это случайная погрешность;
  • погрешность Δ 4 , возникающая из-за неодинакового усилия прижима губки к измеряемой детали. Это случайная погрешность, возникающая из-за деформации контролируемой поверхности измерительными губками;
  • погрешность Δ 5 ,возникающая из-за отклонений температуры изделия и штангенинструмента от нормальной температуры. В процессе измерения штангенинструмент, а иногда и контролируемую деталь держат в руках. Поэтому температура измеряемой детали и штангенинструмента переменная, что вызывает случайную погрешность;
  • погрешность Δ 6 , возникающая от перекосов губок штангенинструмента относительно измеряемой детали.

Суммарная погрешность определяется суммой квадратов всех перечисленных погрешностей:

Δ Σ = ±2σ = √( ∆ 1 2 + ∆ 2 2 + ∆ 3 2 + ∆ 4 2 + ∆ 5 2 + ∆ 6 2 ) .

У электронного штангенциркуля дополнительно возникает погрешность Δ 7 из-за ошибок инкрементного емкостного преобразователя, но зато отсутствует погрешность штриховых шкал Δ 1 и отсчета по ним Δ 3 .
Таким образом, погрешность электронного штангенциркуля может быть определена по формуле:

Читайте также:  Взаимодействие измерений с веществами

Δ Σ = ±2σ = √( ∆ 2 2 + ∆ 4 2 + ∆ 5 2 + ∆ 6 2 + ∆ 7 2 ) .

Из этих формул видно, что основные и наиболее значимые составляющие погрешности механического и электронного штангенинструмента – погрешности, обусловленные нарушением принципа Аббе (перекосами инструмента при измерениях) и отклонением температуры. Поэтому наличие инкрементного преобразователя и цифрового отсчета не повышает точность электронного штангенинструмента, несмотря на меньшую дискретность отсчета (0,01 мм) и более удобное считывание показаний.

Фирмы-изготовители часто приводят эмпирические формулы для расчета погрешности измерения собственных инструментов.
Так, фирма «Tesa» (Швейцария) приводит следующие формулы для ориентировочного расчета предельно допустимой погрешности измерения штангенциркулем:
— с нониусом или циферблатом с ценой деления нониуса 0,1 или 0,05 мм: Δ lim = (20 + ℓ/10 мм) мкм;
— для штангенциркулей с ценой деления нониуса 0,02 мм: Δ lim = (22 + ℓ/50 мм) мкм.

Однако во всех случаях практически предельно допустимая погрешность измерения штангенинструментов будет более 50 мкм.

Штангенциркули, штангенглубиномеры и штангенрейсмасы так же, как и другие средства измере-ния, подлежат обязательной поверке и калибровке. Поверку и калибровку штангенинструментов проводят в соответствии с ГОСТ 8.113-85.

Поверку погрешностей показаний штангенинструментов производят с помощью концевых мер длины в нескольких точках диапазона измерений.
При поверке губки штангенинструмента должны быть перпендикулярны широким нерабочим плоскостям мер.
Поверка показаний производится при свободной и закрепленной рамке для двух положений блока мер на ближнем и дальнем расстоянии от штанги.
Губки штангенинструмента должны прижиматься к мерам с усилием, обеспечивающим нормальное скольжение по рабочим поверхностям мер.

Источник

Электронные штангенциркули: особенности, как выбрать и пользоваться?

Наряду с микрометром, нутромером и другими инструментами для более точных измерений, используют и штангенциркуль. Это не просто линейка, а более точный, чем она, инструмент, замеряющий расстояния между гранями деталей с точностью до 0,1 мм.

Особенности и назначение

Штангенциркуль позволяет более точно определить наружный и внутренний диаметр зазоров и отверстий, длину и глубину деталей в различных проекциях. Штангенциркуль специального назначения также позволяет замерить расстояние в пазах, отверстиях малого диаметра, расстояние в проточенной определённым образом детали, расстояние между осями, толщину стенок трубы и т. д.

Классический штангенциркуль может быть доработан и усовершенствован с помощью дополнительных шкал и элементов его конструкции, позволяющих расширить область и сферу его применения.

В простейшем варианте основная часть состоит из неподвижной основы с левой губкой. Правая перемещается вместе с подвижной направляющей – штангой, и соединена с ней жёстко. Эта пара губок служит для внешних замеров. Вторая пара обладает развёрнутыми на 180 градусов резцами и движется аналогично первой паре, служит для измерения внутренних диаметров и расстояний. На штанге располагается вторая шкала, помогающая более точно измерить искомое расстояние. В конце линейки располагается замеритель глубины, позволяющий считать расстояние для глубины отверстий. Для фиксации снятых с детали или отверстия показаний, чтобы не сдвинулась штанга, предусмотрен удерживающий винт с рукояткой.

Но обязательным атрибутом цифрового штангенциркуля является цифровой модуль с дисплеем.

Датчик поворота валика, прокатывающегося по штанге, размещён внутри – по нему он считает, на какое расстояние продвинулась подвижная часть, и ориентируется по основной шкале.

Точность цифрового штангенциркуля – до 0,01 мм, что приближает его к аналоговому микрометру. Механический микрометр также имеет точность до 10 мкм, но у того диапазон замеров ограничен 2,5-10 см, а у штангенциркуля это предельное расстояние значительно больше – 15-130 см. Электронный штангенциркуль – по сути, простейший микрокомпьютер, обладающий процессором, АЦП, оперативной памятью.

Если к чисто механическому (аналоговому) штангенциркулю не предъявляется особых требований по погрешности («сколько увидел – столько и отметил»), то у цифрового, согласно ГОСТу и международным стандартам, погрешность не должна быть больше 10% от цены деления.

Если вам попался высокоточный штангенциркуль, у которого точность приближается к микрометричной (0,01 мм), то погрешность у него должна составлять один микрон. При значительном отклонении от этого показателя штангенциркуль после схода изделия с конвейера отдают на повторную поверку либо выбраковывают.

Сфера применения штангенциркуля – металлообрабатывающее производство, автопром и автосервис, ремонт всевозможной техники и изделий, строительство.

Читайте также:  С помощью чего измерить пульс

Принцип работы

Принцип работы любого штангенциркуля основан на совпадении нужных меток шкалы на стационарной и выдвижной частях. Но у цифрового устройства есть свои особенности. Здесь используют емкостную матрицу с кодировщиком. Проще говоря, в схеме работает пара простых конденсаторов, включённых один через другой, а верхняя пластина каждого из них – общий вывод. Чтобы создать емкостное сочетание, применяется несколько обкладок конденсаторов.

Такая система обладает чувствительной реакцией на движение датчика. Вращающейся частью в данной системе является ползунок. Неподвижная часть помещена в стальную линейку. Цифровой блок с ползунком закреплен на перемещающейся части штангенциркуля. При раздвигании губок штангенциркуля не просто сдвигается подвижная часть, а вращается ползунок, оттаскивающий её в нужную сторону.

В микросхеме долговременной памяти, или ПЗУ, «сидит» микропрограмма, загружающаяся в процессор при каждом включении цифрового модуля и организующая его работу. Она интерпретирует данные, принятые с датчика штангенциркуля через АЦП, в показания, и выводит их на дисплей.

Достоинства и недостатки

Достоинства цифрового штангенциркуля.

  1. Повышенная точность и малая погрешность, что крайне важно при точных замерах, где малейшее несоответствие в определённой детали сразу вызовет нестабильную работу во всём механизме или установке.
  2. Упрощённая поверка (или калибровка) – когда необходимо проверить работу сразу нескольких штангенциркулей.
  3. Быстрота восприятия и передачи полученных данных. Это крайне важно на производстве, где у конвейера стоит контролёр, определяющий точность и верность определённых размеров выпускаемых деталей и выявляющий производственный брак. Показания прибора выдаются мгновенно – расчёт по шкалам здесь не требуется.
  4. Новичкам незачем изучать, как производятся замеры – за них всё сделают датчик и цифровой модуль.
  5. Возможность переключаться с одного вида замера на другой – на многопрофильных деталях, имеющих разные подходы к замеру того или иного промежутка.
  6. Возможность легко перевести дюймы в сантиметры и обратно, а также передать данные, используя встроенный интерфейс для внешней связи с ПК и мобильными устройствами.

Недостатки электронного прибора.

  1. Наличие батарейки – забыв её вовремя заменить, вы столкнётесь с необходимостью делать замеры «по старинке».
  2. Чувствительность к высокой влажности, тряске, ударам и вибрациям – из-за этого электронный модуль легко повредить.
  3. Программные сбои из-за сильных помех поблизости, чувствительность к статическому электричеству. Отсюда неработоспособность как отдельных функций, так и всего прибора в целом. Может пропасть индикация – у большинства штангенциркулей нет подсветки, и догадаться о том, что прибор ещё исправен и работоспособен (при потухшем дисплее), нельзя.

Рейтинг лучших моделей

Широко известными производителями являются следующие фирмы:

  1. «Микротех» (Украина);
  2. Intertool, Miol, UKC, Vemer и Wenzhou Sanhe Measuring Instrument (Китай);
  3. Came To, Digital (Южная Корея).

Однако лучшие модели сегодня выстроились следующим образом (начиная с самого универсального).

  • Holex 412805 150 – штангенциркуль на 150 мм хода и интерфейсом microUSB для переноса данных на ПК, смартфон или планшет.

  • Yato на сегодня является рекордсменом по продажам таких устройств. У них высокое качество исполнения, точность замеров – 25 микрон. Гарантия – полгода. За 1,5 миллисекунд он произведёт замер. Подходит для людей с необходимостью высокоточных измерений. Эта польская модель отличается надёжностью, лучшая в плане повседневных задач, в которые входят такие замеры.

  • Fit Digital Caliper – устройства, имеющие непревзойдённое качество конструкции и электронного модуля, предельную чёткость и скорость работы на малых деталях. Слабое место – пластиковый корпус электронной части. Замеряет так же быстро, как и предыдущая модель, но точность достигает уже 10 мкм. Канадское изделие прекрасно сочетается по качеству со своей стоимостью и подходит для небольшого производства или в домашних условий.

  • IP67 Filetta серии 907 – прибор дает неизменно высокую точность. Можно произвести замер под водой, так как рассчитан на погружение длительностью до 20 минут. Имеет 300 мм хода.

  • КРИН ШЦЦ-1-125/150 0.01 обладает длиной до 250 мм, точность – до 10 мкм.

  • MATRIX 31611 – диапазон измерений до 200 мм, точность – как и у предыдущего. Снабжен глубиномером. Повышенное быстродействие (до 1,5 мс). Работает при температуре в 5-40 градусов.

  • Модели ШЦЦ-1/2/3 также содержат цифровое отсчётное устройство – их длина колеблется от 15 см до 1 м, они являются профессиональными устройствами.
Читайте также:  Как можно измерить размер своего пальца

  • «Ермак» MT-027 – диапазон измерений до 150 мм, та же точность – 0,01 мм.

  • Qstexpress 150 – точный прибор, но его качество является средним, оправданным лишь по цене. Небольшое расхождение шкал на несущей части с показаниями на экране. Защищен от влаги, удобен в применении.

  • Qstexpress 008 – родственная предыдущей модель, но имеет свой дизайн. Пластиковый корпус электронного модуля, точность – всего 0,1 мм, но подойдёт для нечастого применения. Запорный винт отсутствует. Быстродействие всё то же – 1,5 мс.

Несущая конструкция у всех этих штангенциркулей – из нержавейки, имеется поддержка обеих мер, автоотключение при неактивности пользователя (через минуту).

Как выбрать?

При покупке штангенциркуля проверяйте точность, диапазон замеров (по длине), наличие цифрового измерителя, глубиномерного штыря и стопорного винта, целостность клешней и всей несущей конструкции в целом.

Не рекомендуется покупать штангенциркуль с ослабленным или некачественным корпусом цифрового модуля – тот легко сломается, и от штангенциркуля в лучшем случае останется лишь аналоговая составляющая (шкальная разметка).

В худшем – прибор полностью может выйти из строя.

Корпус цифромодуля должен быть выполнен из алюминиевого сплава или высококачественного композита. Он не должен люфтить и скрипеть. Яркая шкала может бросаться в глаза, если вы где-то оставили инструмент, но это является лишь приятным бонусом к нему. Штангенциркуль должен быть выполнен сам по себе хотя бы из алюминия или сплава на его основе. Но лучшим выбором является именно прибор из инструментальной нержавейки.

Проверка

Проверка штангенциркуля – важный аспект перед его покупкой. В домашних условиях получить технологии поверки, близкие к заводским, крайне сложно. Ознакомьтесь с данными из техпаспорта.

В нем не должно быть никаких неточностей и пропусков в описании устройства.

  1. При внешнем осмотре выполняется проверка целостности и чистоты «штангельного» механизма. Нечёткость в обозначениях, разметке и движении – признак плохого качества исполнения, не тратьте в этом случае своё время и деньги.
  2. Проверьте, «сидит» ли подвижная рамка на нуле в начальном положении (перед замерами).
  3. Удостоверьтесь, что при замере толщины, например, ровной доски или смартфона, свет не проходит сквозь линию соприкосновения. Если это не так – инструмент должен быть очищен от пыли и песчинок, посторонних частиц (если они обнаружены). Его губки при этом должны чётко соприкасаться, опять же, не пропуская света сквозь линию смыкания.

Если выбранная модель прошла проверку и устраивает вас по всем параметрам – можно остановиться на ней.

Как пользоваться?

Согласно инструкции по эксплуатации, перед началом работ почистите губки инструмента от посторонних частиц. Случайно попавший между ними волос, ворсинка из мягкой мебели и прочее могут привести к превышению показаний больше, чем на значение, которому равна заявленная погрешность прибора.

Использование цифровых штангенциркулей отличается от применения аналоговых некоторыми дополнительными функциями.

  1. С помощью кнопки «дюймы и миллиметры» выберите измеряемую единицу.
  2. Если показания в начале работы не нулевые – нажмите кнопку «Сбросить на ноль». Ослабьте запорный винт, удерживающий подвижную часть инструмента.
  3. Раздвиньте губки, заострённые грани которых направлены внутрь.
  4. Поместите замеряемую деталь или трубу между губками.
  5. Сведите их так, чтобы они вплотную прилегали к детали, слегка затяните удерживающий винт.
  6. Проверьте, напротив какого деления располагается указатель (линия). Прибор сразу же покажет искомое значение на дисплее.
  7. Если нужно вычислить разницу между двумя деталями в одной и той же проекции, нажмите кнопку «Сброс на ноль», ослабьте запорный винт и измерьте этот же участок на другой похожей детали. Штангенциркуль покажет отличие от ранее полученного значения.

Полученное значение и будет размером детали. Если требуется измерить внутренние размеры, вставьте другую пару губок, грани которых разводятся наружу, в отверстие или паз, и разведите их, затем зафиксируйте винт. Они располагаются так, чтобы замеряемые снаружи и изнутри величины были равны.

Если это не так – устройство считается подделкой под штангенциркуль.

В следующем видео вы узнаете основные отличия дешевого и дорогого электронных штангенциркулей.

Источник