Вступне заняття № 2 вимірювальні прилади

Фізичними називають величини, які кількісно характеризують фізичні явища (маса, час, тиск, довжина тощо). Точно визначити величину можна шляхом її вимірювання.

Для вимірювання фізичних величин використовують різні вимірювальні прилади. В таблиці наведені приклади механічних приладів для вимірювання деяких фізичних величин.

Фізична величина	Вимірювальний прилад
Маса	Важільні терези
Сила, вага	Пружинні терези (динамометр)
Довжина	Штангенциркуль, мікрометр
Час	Годинник (секундомір)
Тиск	Манометр

Будова і принцип дії використовуваних приладів приводяться в лабораторних роботах. Тут же розглянемо будову і принцип дії штангенциркуля та мікрометра, що використовуються в багатьох роботах для вимірювання лінійних геометричних розмірів тіл з великою точністю.

Штангенциркуль (рис. 1) дає можливість вимірювати лінійні розміри з точністю до 0,1 (0,05) мм. За його допомогою можна вимірювати довжину різних геометричних тіл, зовнішній і внутрішній діаметр циліндрів, глибину отворів тощо.

Штангенциркуль складається із нерухомої лінійки – штанги (Ш) з нанесеними на ній міліметровими поділками і повзунка Д, що ковзається по ній. На повзунку нанесена невелика шкала – ноніус Н з десятьма або двадцятьма поділками.

Ноніусом називають додаткову лінійку, яку використовують разом з основною (масштабною) для визначення десятих і сотих долей міліметра.

Розглянемо ноніусну шкалу з десятьма поділками. Ці поділки розподілені наступним чином: наноситься два штрихи, відстань між якими дорівнює 9 мм. Цю відстань ділять на десять рівних частин і довжина кожної поділки ноніусної шкали дорівнює 0,9 мм, а різниця між однією поділкою основної і однією поділкою ноніусної шкал становить 0,1 мм. Це число називають точністю ноніуса.

Повзунок (Д) з ноніусною шкалою (Н) має рухому ніжку штангенциркуля БF. Ця ніжка, разом з ноніусом (Н), може рухатися вздовж штанги (Ш), що закінчується нерухомою ніжкою (АЕ). Коли рухома ніжка (БF) впритул підведена до нерухомої (АЕ), нульова поділка ноніуса співпадає з нульовою поділкою нерухомої лінійки. Тіло, лінійний розмір якого визначають, розміщують між нерухомою і рухомою ніжками, відводячи останню на відповідну відстань (тіло затиснуте між рухомою та нерухомою ніжками). Після цього відраховують кількість цілих міліметрів m на нерухомій шкалі до нуля ноніусної шкали. Кількість десятих долей міліметра дорівнює значенню тієї поділки ноніусної шкали, яка співпадає з будь-якою поділкою нерухомої лінійки. Таким чином визначають чисельне значення цілих міліметрів і десятих долей міліметра між рухомою і нерухомою ніжками, тобто лінійний розмір тіла l, розміщеного між рухомою і нерухомою ніжками.

Загалом, коли в ноніусі (n – 1) поділки масштабної лінійки розділені на n частин, то при довжині тіла m цілих поділок масштабної лінійки і співпаданні k-тої поділки ноніуса з будь-якою поділкою масштабної лінійки, довжина тіла рівна l = (m +) мм з точністю домм.

Мікрометр (рис. 2) дає можливість вимірювати відстані з точністю до 0,01мм (10 мкм). Він складається зі стальної скоби (С) і шпинделя (Ш) з гвинтовою різьбою. Крок гвинта – 0,5 мм. Це означає, що при одному повному оберті шпинделя відстань між ним і п’ятою (П) скоби змінюється на 0,5 мм. Шпиндель з’єднаний з барабаном (Б), що обертається разом з ним. На ободі барабана нанесено 50 поділок. Оберт барабана на одну поділку змінює відстань між шпинделем і п’ятою скоби на 0,01 мм. Всередині барабана знаходиться гільза, до якої прикріплена тріскачка (запобіжна головка).

Тіло, довжину якого необхідно виміряти, розміщують між п’ятою скоби і шпинделем, відполіровані торці яких паралельні між собою. Щоб не пошкодити вимірюване тіло, барабан необхідно обертати запобіжною головкою-тріскачкою. Поява характерного тріску свідчить про те, що шпиндель дійшов до вимірюваного тіла, обертання барабана припиняють і беруть відлік. Відлік цілих міліметрів беруть по поділці шкали гільзи, що відкрилася при обертанні барабана, а число сотих долей міліметра визначають за тією поділкою барабана, що знаходиться навпроти лінії проведеної вздовж гільзи.

Мікрометром визначають лінійні розміри тіл, величина яких не більша 25 мм.

Рис. 2.