Содержание статьи
Штангенциркуль является одним из наиболее распространенных измерительных инструментов в машиностроении, металлообработке и других технических областях. Несмотря на кажущуюся простоту использования, точность измерений штангенциркулем зависит от множества факторов. Понимание основных ошибок измерения поможет специалистам избежать серьезных погрешностей и повысить качество производимых деталей.
Температурные погрешности
Одной из наиболее значимых и часто игнорируемых ошибок является влияние температуры на результаты измерений. Штангенциркуль изготавливается из нержавеющей стали с коэффициентом линейного расширения около 10,2×10⁻⁶ К⁻¹, что соответствует стальным деталям. Однако при измерении деталей из других материалов возникают существенные погрешности.
| Материал детали | Коэффициент расширения (×10⁻⁶ К⁻¹) | Погрешность на 100 мм при ΔT=20°C (мкм) |
|---|---|---|
| Алюминий | 24,0 | 27,6 |
| Медь | 16,8 | 13,2 |
| Нержавеющая сталь | 10,2 | 0 |
| Углеродистая сталь | 11,5 | 2,6 |
| Чугун | 9,8 | -0,8 |
Расчет температурной погрешности
Формула: ΔL = L × (α₁ - α₂) × ΔT
где L - длина детали, α₁ - коэффициент расширения детали, α₂ - коэффициент расширения штангенциркуля, ΔT - разность температур
Пример: При измерении алюминиевой детали длиной 150 мм, если температура на 15°C выше нормальной (20°C):
ΔL = 150 × (24,0 - 10,2) × 10⁻⁶ × 15 = 31,1 мкм
Износ измерительных губок
Износ губок штангенциркуля происходит в результате частого использования и контакта с измеряемыми поверхностями. Особенно интенсивному износу подвергаются острые кромки губок для внутренних измерений. Износ проявляется в виде округления рабочих кромок, появления рисок и неровностей на измерительных поверхностях.
Влияние износа на точность измерений
Исследования показывают, что при износе губок на 0,01 мм погрешность измерения внешних размеров увеличивается на 8-12 мкм. Для внутренних измерений эта погрешность может достигать 15-20 мкм из-за изменения геометрии контактных поверхностей.
| Степень износа губок | Внешние измерения (мкм) | Внутренние измерения (мкм) | Рекомендуемые действия |
|---|---|---|---|
| 0-5 мкм | ±3-5 | ±5-8 | Продолжить эксплуатацию |
| 5-10 мкм | ±8-12 | ±12-20 | Внеплановая поверка |
| Более 10 мкм | ±15-25 | ±25-40 | Ремонт или замена |
Неправильное усилие прижима
Измерительное усилие оказывает критическое влияние на точность измерений. Избыточное усилие приводит к деформации детали и самого инструмента, а недостаточное - к неплотному контакту и заниженным показаниям. Согласно ГОСТ 166-89, оптимальное измерительное усилие составляет 8-12 Н для штангенциркулей с пределом измерения до 300 мм.
Влияние усилия прижима на погрешность
При превышении рекомендуемого усилия в 2 раза (20-25 Н) погрешность измерения увеличивается на 5-15 мкм в зависимости от материала и толщины измеряемой детали.
Формула деформации: δ = F × L³ / (3 × E × I)
где F - приложенная сила, L - длина губки, E - модуль упругости материала, I - момент инерции сечения
Нарушение принципа Аббе
Принцип Аббе требует, чтобы измерительная шкала располагалась на одной линии с измеряемым размером. В штангенциркуле этот принцип часто нарушается, что приводит к появлению косинусной погрешности при перекосе инструмента относительно измеряемой детали.
Практический пример нарушения принципа Аббе
При измерении диаметра вала 50 мм с перекосом штангенциркуля на угол 2° погрешность составит:
Δ = 50 × (1 - cos(2°)) = 50 × 0,0006 = 0,03 мм = 30 мкм
Это превышает допустимую погрешность большинства штангенциркулей.
Эффект параллакса
Эффект параллакса возникает из-за существования перепада высоты между плоскостями нониусной и основной шкал. При считывании показаний под углом происходит визуальное смещение штрихов, что приводит к ошибке отсчета. Максимальная погрешность от параллакса может достигать 0,02-0,05 мм.
| Угол наблюдения | Погрешность параллакса (мкм) | Влияние на точность (%) |
|---|---|---|
| 0° (перпендикулярно) | 0 | 0 |
| 15° | 8-12 | 15-25 |
| 30° | 20-30 | 40-60 |
| 45° | 35-50 | 70-100 |
Загрязнение инструмента
Загрязнение измерительных поверхностей металлической стружкой, маслом, пылью или окислами значительно снижает точность измерений. Даже тонкий слой загрязнений толщиной 5-10 мкм может привести к систематической погрешности, превышающей допустимые пределы.
Особую опасность представляют намагниченные металлические частицы, которые прочно удерживаются на поверхности губок и создают постоянную систематическую погрешность. Размагничивание штангенциркуля должно проводиться регулярно при работе с ферромагнитными материалами.
Влияние типичных загрязнений
Тонкий слой смазочного масла (2-3 мкм) увеличивает показания на 4-6 мкм. Металлическая стружка размером 10-15 мкм создает локальную погрешность до 20-30 мкм. Окисная пленка на алюминиевых деталях может добавлять 3-8 мкм к измеряемому размеру.
Неправильная установка нуля
Установка нуля является базовой операцией перед началом измерений. Неправильная настройка нулевого положения приводит к систематической погрешности всех последующих измерений. Согласно требованиям метрологии, проверка нулевого положения должна проводиться в начале каждой рабочей смены.
Проверка правильности установки нуля
При полном сведении губок показания должны составлять 0,000 мм ± 0,005 мм для штангенциркулей класса точности 0,05 мм. Если отклонение превышает указанные пределы, необходимо провести корректировку или обратиться в метрологическую службу.
| Класс точности | Допустимое отклонение нуля (мкм) | Периодичность проверки | Действия при превышении |
|---|---|---|---|
| 0,02 мм | ±2 | Каждое измерение | Корректировка |
| 0,05 мм | ±5 | Начало смены | Корректировка |
| 0,1 мм | ±10 | Начало смены | Поверка |
Часто задаваемые вопросы
Важно: Данная статья носит ознакомительный характер и не заменяет специальную метрологическую подготовку. Автор не несет ответственности за возможные ошибки в измерениях, возникшие при использовании представленной информации. Для критически важных измерений обращайтесь к аттестованным специалистам метрологической службы.
Источники информации
1. ГОСТ 166-89 "Штангенциркули. Технические условия" (действующий)
2. ГОСТ 8.113-85 "ГСИ. Штангенциркули. Методика поверки" (действующий)
3. МП 52630-13 "Штангенциркули нониусные и цифровые. Методика поверки" (2012 г.)
4. Аменто Нева "Замечания по применению штангенциркулей"
5. Исследования погрешностей штангенинструментов К.А.Т.
6. Температурные коэффициенты материалов ThermalInfo.ru
