книги из ГПНТБ / Савенко, В. Г. Измерительная техника учеб. пособие

При линейных измерениях применяются механические инструменты и измерительные приборы, оптико-механиче­ ские, оптические, пневматические, электрические и другие измерительные приборы и устройства.

В современном производстве радиоаппаратуры широко используется микроминиатюризация радиодеталей, раз­ личные микросхемы и радиоэлектронные блоки в инте­ гральном исполнении. Отсюда возникают особые требова­ ния к линейным измерениям, так как при этом необходимо измерять малые линейные размеры и в разных условиях.

Измерение малых линейных размеров — тонких пленок, покрытий, отклонений от плоскостности, шероховатости поверхности производят разнообразными методами и при­ борами, позволяющими измерять как доли миллиметра, так и доли микрометра. При этом широко используются из­ мерительные микроскопы, интерферометры, разные оптико­ механические приборы и другие устройства.

Из всего многообразия линейных измерений в данной главе рассматриваются вопросы, определяемые програм­ мой курса. Некоторые примеры измерений электрически­ ми методами изложены в гл. 9. С пневматическими устрой­ ствами можно ознакомиться по другим книгам [2, 13, 14].

§ 3.2. ШТАНГЕНИНСТРУМЕНТЫ И МИКРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Штангенинструменты и микрометрические инструмен­ ты — наиболее распространенные измерительные средства общего назначения.

К штангенинструментам относятся: штангенциркуль (рис. 3.1, а) — для измерения наружных и внутренних раз­ меров; штангенглубиномер (рис. 3 .1 ,6 )— для измерения глубины отверстий, пазов, расстояний между плоскостями; штангенрейсмас — для разметки и измерения высоты изде­ лий (рис. 3.1 в). Все виды штангенинструмента имеют штангу, на которой нанесена основная шкала (миллимет­ ровые деления), и отсчетное устройство с нониусом. Нони­ у с — отсчетное приспособление в виде дополнительной ли­ нейки со шкалой, позволяющей производить отсчет дроб­ ных долей (0,1 и 0,05 мм), интервала делений основной шкалы. Примеры чтения показаний на штангенинструмен-

90

6

Рис. 3.1. Штангетшструмент:

9)

ного и поступательного движений микровинта, состоящие из двух шкал — продольной I и круговой 2 (рис. 3.3). Про­ дольная шкала имеет два

мерительного усилия микрометры снабжены стабилизато­ ром усилий в виде трещетки.

§ 3.3. МЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Механические измерительные приборы основаны на преобразовании малых перемещений измерительного стержня в большие перемещения указателя. Эти приборы широко применяются благодаря высокой чувствительно­ сти, наглядности при измерении, небольшим габаритам и

92

простоте в эксплуатации. Используются они в основном для сравнительных измерений или в качестве отсчетных устройств в различных контрольно-измерительных приспо­ соблениях. В зависимости от устройства механизма, созда­ ющего передаточное отношение, эти приборы разделяются

Рис. 3.4. Схема индикатора с зубчатой передачей:

а — кинематическая схема; 6 — внешний вид; / — измери­ тельный стержень; 2 —* стрелка индикатора; 5 — пружин­ ный волосок; 4 — малая стрелка; 5 и 7 — шкалы; 6 — пру­ жина; 8 — подвижный ободок; 9 — измерительный нако­ нечник; 10 — ушко; И — втулка

93

на рычажные, с зубчатой, рычажно-зубчатой, рычажно­ винтовой и рычажно-пружинной передачами. Наиболее распространены приборы с зубчатой, рычажно-зубчатой и рычажно-пружинной передачами.

Приборы с зубчатой передачей являются индикаторами часового типа, в которых необходимое передаточное отно­ шение достигается зубчатой передачей. В схеме такого ин­ дикатора (рис. 3.4, а) зубчатая рейка, нарезанная на из­ мерительном стержне 1, сцепляется с малой шестерней Z2, на оси которой жестко посажена большая шестерня Z3. При измерении линейное перемещение стержня 1 вызыва­ ет поворот Z2 и Z8, которые, в свою очередь, вращают трибку Z\ и закрепленную на ее оси стрелку 2 индикатора; шестерня Z4, на оси которой неподвижно посажены втулка

спружинным волоском 3 (для устранения мертвого хода) и малая стрелка 4. Перемещению стержня 1 на 1 мм соот­ ветствует полный оборот стрелки 2 индикатора; целые миллиметры отмечаются по шкале 5 малой стрелкой. Для прижима измерительного стрежня к измеряемому объекту

сопределенным усилием применена пружина 6. Установка индикатора на нуль производится вращением шкалы 7,

соединенной с ободком 8 (рис. 3.4,6). Измерительный на­ конечник 9 ввинчивается в торец измерительного стерж­ ня 1. Крепление индикатора на стойке может производить­ ся с помощью ушка !0 или за втулку 11. Погрешность ин­ дикаторов часового типа колеблется в пределах от ± 4 ,5

до + 2 6 мкм.

Приборы с рычажно-зубчатой передачей имеют много разновидностей (рычажно-зубчатый индикатор, рычажный микрометр и скоба, ортотест, микронный индикатор, пассиметр и др.), конструкции которых построены на сочета­ нии рычажных и зубчатых передач. Простейшая схема та- Jshx приборов изображена на рис. 3.5, а: при перемещения точки а рычага 1 зубчатый сектор поворачивает шестерню 2 и стрелку, укрепленную жестко на ее оси; пружина 3 по­ стоянно прижимает шестерню к зубчатому сектору и уст­ раняет мертвый ход. На рис. 3.5,6, в, г изображены также схемы: микроиндикатора, ортотеста, рычажного микро­

0,01 мм. Погрешность рычажно-зубчатых приборов в зави­ симости от измеряемого размера и условий его использо­ вания исчисляется микрометрами. Так, например, рычаж­ ные микрометры при измерении размеров до 50 лш-имеют

94

предельную погрешность ± 1 , б-г-5,5 мкм. С увеличением из­ меряемого размера погрешность увеличивается.

Приборы с пружинной и рычажно-пружинной передачей

построены по принципу использования в передаточных

Рис. 3.5. Схемы рычажно-зубчатых приборов:

а — принципиальная схема; б —* микронного индикатора; в — ортотеста;

а —«рычажного микрометра

механизмах упругих свойств плоских и витых пружин. Та­ кие приборы имеют ряд преимуществ по сравнению с рас­ смотренными ранее (малое трение в звеньях механизма, стабильность работы, малая цена деления и др.).

95

Характерным прибором этого типа является пружин­ ная измерительная головка — м и к р о к а т о р , цена деле­ ния которого 0,002; 0,001; 0,0005; 0,0002 и 0,0001 мм (при пределах измерения соответственно ±0,06; ±0,03; ±0,015; ±0,006 и ±0,003 мм). Кроме того, выпускаются малога­

ный стержень 1, подвешенный на пружинах, может переме­ щаться вдоль своей оси относительно установочной скобы 2 и воздействовать через плоскую пружину 3 на скручен­ ную пружину 4, которая одним концом прикреплена к ско­ бе 2, а другим — к пружине 3; при перемещении стержня 1 вверх пружина 4 растягивается и прикрепленная в сред­ ней ее части стрелка 5 перемещается относительно шкалы 6. Такой механизм позволяет получить передаточное отно­ шение до 10 000. Погрешность показаний микрокаторов —■

от 0,1 до 0,5 мкм.

§ 3.4. ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИН

Оптико-механические методы измерения широко рас­ пространены благодаря универсальности и высокой точно­ сти. Приборы, построенные на использовании этих мето­

96

дов, расширяют оптические возможности человеческого глаза, позволяют получить увеличенные изображения из­ меряемых объектов и повышают точность отсчета. Увели­ чение, создаваемое оптическим прибором, характеризуется отношением угла зрения, под которым видят изображение предмета при помощи прибора, к углу зрения, под которым видят предмет невооруженным глазом на расстоянии нор­ мального зрения.

Р а з р е ш а ю щ а я с п о с о б н о с т ь оптических при­ боров во много раз выше, чем у невооруженного глаза че­ ловека. Мерой разрешающей способности (силы) является наименьшее расстояние между двумя точками (линиями), которые еще могут быть различными. В объективах разре­ шающую способность принято определять числом линий на длину 1 мм. Для определения предела разрешения при­ меняются тест-объекты и штриховые меры. На разрешаю­ щую способность влияют аберрация линз, дифракция от краев диафрагм, контраст полос и т. д. [ 15].

Работа оптических приборов зависит от качества изго­ товления сложных оптических устройств, тщательности их настройки. Поэтому они, как правило, дорогие, а их эксплуатация не отличается простотой: точные измерения требуют большой аккуратности и занимают обычно много

ных измерениях длин измерительный наконечник прибора контактирует с измеряемым изделием. Такие измерения могут быть сравнительные и непосредственные. При бес­ контактных измерениях производится сравнение изобра­ жения измеряемого объекта в приборе с измерительной шкалой.

Оптико-механические приборы разнообразны по прин­ ципу действия и конструктивному выполнению. К таким приборам относятся рычажно-оптические, проекционные и измерительные — микроскопы и машины, длиномеры, ин­ терференционные приборы Повышение точности отсчета и измерений этих приборов достигается либо сочетанием механических передаточных механизмов с оптическим автоколлимационным устройством (оптиметры), либо благо­ даря значительному увеличению измеряемых объектов или шкал (микроскопы, проекторы и др.), либо измерением параметров интерференционных картин.

В рычажно-оптических приборах (оптиметр, микро-

Удлинение большого плеча b оптического рычага можно произвести в небольшом пространстве повторными отра­ жениями от зеркал.

Рис. 3.8. Схема автоколлимации:

а — шкала смещена относительно главной оптической оси; б — зеркальная плоскость расположена под углом к главной оптической оси

Автоколлимационное устройство содержит объектив и расположенное на некотором расстоянии от него зеркало. Принцип его работы основан на том, что лучи от источника света, находящегося в фокусе, вышедшие из объектива па­ раллельным пучком, отразившись от зеркала, перпендику­ лярного главной оптической оси, вновь собираются в фоку­ се объектива. Если точка О не совпадает с фокусом объек­ тива, но расположена в фокальной плоскости на расстоя­ нии а от главной оптической оси (рис. 3.8,а), то лучи пос­ ле прохождения через объектив, отражения от зеркала

98

и возвращения через объектив соберутся в точке О', сим­ метричной точке О. Таким образом, можно получить в ок­ рестности точки 0 ' перевернутое изображение шкалы, расположенной в фокальной плоскости в окрестности

щают шкалу и индекс, нанесенные фотографированием на стеклянной плоскопараллельной пластине 6, расположен­ ной в фокальной плоскости объектива 7. Пройдя плоско­ параллельную пластину 6 и отразившись от зеркала 8, лу­ чи попадают в объектив 7; выйдя из объектива параллель­ ным пучком и отразившись от зеркала 9, они попадают