5 Разработка структурной схемы измерения одного или нескольких параметров исследуемого образца

Микрокаторы являются измерительными приборами с пружинной повышающей передачей.

Чувствительным элементом таких приборов служит плоская пружинная лента, закрепленная по концам и скрученная за середину. Если такую ленту растягивать, то ее средняя часть будет раскручиваться. Прикрепив к середине ленты стрелку и расположив рядом шкалу, получают прибор, позволяющий измерять весьма малые линейные перемещения (рис.6).

Рисунк 6 – Принципиальная схема микрокатора.

Измерительный стержень 2 подвешен на двух плоских пружинах, одна из которых выполнена в виде круглой мембраны 11 с кольцевыми вырезами для уменьшения жесткости, а другая является составной частью пружинного угольника 20, соединенного со скручен­ной лентой 5 из бериллиевой бронзы сечением 0,12х0,008 мм. Передний конец ленты припаян к плоской пружине 12.

При перемещении измерительного стержня угольник 20 поворачивается, что приводит к растяжению ленты и повороту прикрепленной к ней в середине стрелки 22 относительно шкалы 16.

Стрелка выполнена из тонкой стеклянной или алюминиевой трубки диаметром 0,06. 0,08 мм.

Измерительное усилие создается пружиной 8, опирающейся нижним концом на кольцо 9, закрепляемое в нужном положении на измерительном стержне винтом 10.

Плавное перемещение стрелки и исключение ее вибрации обес­печивается демпфером - короткой трубкой 17, охватывающей ленту 5 и заполненной маслом.

Время успокоения стрелки микрокатора не должно превышать 0,5 сек. Шкала микрокатора имеет ±30 делений с интервалом с=1 мм. Наиболее часто применяются микрокаторы с ценой деления i=0,5; 1; 2; 5 мкм и диапазоном показаний соответственно ±15; ±30; ±60; ±150 мкм.

Высокая чувствительность пружинного механизма микрокатора требует особо бережного отношения с ним. Поднимать и опускать измерительный стержень следует плавно, без ударов. Снимать и устанавливатьизмерительный наконечник следует, перемещая его вдоль оси стержня, не допуская поворота, который может повредить пружинную подвеску.

Микрокаторы обладают значительными преимуществами перед остальными приборами с механической передачей: большим передаточным отношением, высокой долговечностью (пружинный механизм выдерживает 900 000 циклов условных измерений), меньшими погрешностями показаний.

При измерении микрокаторами используют метод сравнения с мерой: по шкале определяют отклонение контролируемого размера от установочной меры, по которой прибор был установлен на нуль.

Существует и другое изложение принципиальной схемы микрокатора (Рис.7).

Рисунок 7 – Принципиальная схема микрокатора

где, 1 - регулировочный упругий элемент; 2 - плоская бронзовая пружина; 3 - стрелка; 4 - шкала; 5 - упругий рычаг; 6 плоские пружины; 7 - измерительный стержень; 8 - корпус прибора; 9 - плоская мембрана; 10 - стойка; 11 - объект.

Основным преобразовательным элементом этих приборов является закрученная (в разные стороны от середины) плоская бронзовая пружина 2 (рис.3), закрепленная одним концом на регулировочном упругом элементе 1 и другим концом на упругом рычаге 5, связанным с измерительным стержнем 7. В середине закрученной пружины 2 жестко укреплена стрелка 3.

Изменение натяжения пружины 2, вызываемое перемещением стержня 7 при измерении объекта 11, вызывает поворот среднего сечения этой пружины, и тем самым перемещение стрелки 3 вдоль шкалы 4, расположенной в плоскости, перпендикулярной к оси пружины 2. Измерительный стержень 7 подвешен в корпусе 8 прибора на плоских пружинах 6, и причём последняя выполнена в виде круглой мембраны с кольцевыми вырезами. Корпус 8 крепится на стойке 10.

Принципиальная схема метода сравнения с мерой показана на (рис. 6).

Микрокатор 5 закрепляют в кронштейне 3 винтом 6. На столик 8 измерительной стойки 1 устанавливают блок плоскопараллельных концевых мер длины 7, воспроизводят номинальный размер А контролируемой детали Д.

Отпускают стопорный винт 4 и плавным вращением гайки 10 перемещают кронштейн по колонке 2 вниз до тех пор, пока между измерительным наконечником микрокатора и плоскостью блока не останется зазор 0,5.1 мм, после чего кронштейн вновь закрепляют на колонке.

Вращением микрогайки 9 поднимают столик 8 до тех пор, пока стрелка микрокатора не совместиться с нулевым штрихом шкалы. После закрепления столика и проверки стабильности показаний точную установку на нуль производят поворотом шкалы 6 в пределах ±5 делений с помощью винта 11.

Снимают блок концевых мер и под измерительный наконечник микрокатора помещают деталь Д.

Отсчет производят по максимальному отклонению стрелки ±Дх при измерении в диаметральном сечении цилиндрической детали.

Результат измерения определяется алгебраической суммой размера блока о отсчета по шкале, т.е. х = А ± Дх.

На (рис. 6) приведены также некоторые метрологические характеристики микрокатора (см. шкалу справа):

• цена деления i=1 мкм - разность значений величины соответствующих двум соседним отметкам шкалы;

• длина деления шкалы с=1 мм - разность между осями двух соседних отметок шкалы;

• диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным ее значениями - ±30 мкм;

• передаточное отношение (чувствительность) - отношение длины деления к цене деления - к = с/i = 1 мм/0,001 мм = 1000.

В качестве примера на шкале показано, что регулируемые указатели предельных отклонений устанавливают контролируемый до­пуск в диапазоне ±25 мкм.

Рисунок 8 – Принципиальная схема метода сравнения с мерой

Исследуемый образецмеди представлен на рис. 9(а,б),где а) – 1-ая сторона образца, а б) – 2-я сторона образца.

Рисунок 9 – Схема измерения точек, толщины образца меди

Таблица 3 –Отклонение формы продольного сечения

Измеряемый размер	Применяемые инструменты	∆1, мм	∆2, мм	∆3, мм	∆ср, мм
A	Микрокатор	1.925	1.922	1.923	1.9233
B	Микрокатор	1.923	1.918	1.920	1.9203
C	Микрокатор	1.914	1.916	1.923	1.9177
D	Микрокатор	1.917	1.917	1.916	1.9167
E	Микрокатор	1.925	1.925	1.930	1.9267
A1	Микрокатор	1.920	1.920	1.919	1.9197
B1	Микрокатор	1.923	1.921	1.922	1.9220
C1	Микрокатор	1.920	1.920	1.915	1.9183
D1	Микрокатор	1.914	1.916	1.918	1.9160
E1	Микрокатор	1.925	1.927	1.929	1.9270