Ноониус (штангенциркуль): измерительный инструмент точностью 0,05-0,1мм

Что такое штангенциркуль с нониусной шкалой

Штангенциркуль представляет собой прецизионный измерительный прибор, состоящий из штанги с основной миллиметровой шкалой и подвижной рамки с дополнительной шкалой — нониусом. Нониус позволяет измерять доли миллиметра, обеспечивая точность от 0,02 до 0,1 мм в зависимости от класса инструмента.

Конструктивно прибор включает неподвижные и подвижные губки для внешних и внутренних измерений, линейку глубиномера и стопорный винт для фиксации показаний. Материалом изготовления служит углеродистая сталь с хромовым покрытием или нержавеющая сталь согласно ГОСТ 166-89.

История развития инструмента

Первые прототипы штангенциркуля использовались в Древнем Китае в период династии Хань. В XVII веке в Европе появились деревянные модели с ограниченной точностью. Революционный прорыв произошел в 1631 году, когда французский математик Пьер Вернье разработал вспомогательную шкалу, позволившую достичь высокой точности измерений.

В конце XVIII века в Англии начали производить металлические штангенциркули с нониусом. Массовое промышленное производство началось в 1860-х годах компанией Brown and Sharpe в США. В конце XX века появились цифровые модификации с электронным отсчетом показаний.

Конструкция и основные элементы

Штангенциркуль состоит из взаимосвязанных компонентов, каждый из которых выполняет определенную функцию в процессе измерения.

Штанга с основной шкалой

Основой конструкции служит штанга длиной от 125 до 2000 мм с нанесенной миллиметровой шкалой. Штанга изготавливается из закаленной стали и имеет базовую поверхность для скольжения рамки. На штанге закреплены неподвижные губки для наружных измерений и направляющая для линейки глубиномера.

Подвижная рамка с нониусом

Рамка перемещается вдоль штанги без люфта и перекосов. На рамке нанесена шкала нониуса с числом делений 10 или 20, что определяет цену деления 0,1 мм или 0,05 мм соответственно. Конструкция рамки обеспечивает параллельность измерительных поверхностей с допуском 0,010 мм для класса точности 1 согласно ГОСТ 166-89.

Измерительные губки

Линейка глубиномера и стопорный винт

Линейка глубиномера жестко соединена с рамкой и выдвигается из штанги при движении рамки. Стопорный винт фиксирует рамку в необходимом положении для точного снятия показаний. Некоторые модели типа ШЦ-II оснащаются устройством тонкой подачи рамки с микрометрическим винтом.

Принцип работы нониусной шкалы

Нониус — вспомогательная шкала, позволяющая отсчитывать доли деления основной шкалы. Принцип работы основан на разнице длин делений двух шкал.

Методика снятия показаний

Процесс определения размера состоит из трех этапов. Сначала по основной шкале отсчитывают целое число миллиметров — для этого находят штрих шкалы штанги, расположенный слева от нулевого штриха нониуса. Затем на шкале нониуса определяют штрих, точно совпадающий со штрихом основной шкалы, и умножают его порядковый номер на цену деления нониуса. Итоговое значение получают суммированием целых миллиметров и долей.

Например, если нулевой штрих нониуса находится между отметками 13 и 14 мм, а третий штрих нониуса совпадает со штрихом основной шкалы при цене деления 0,05 мм, результат измерения составляет 13 мм + 3 × 0,05 мм = 13,15 мм.

Типы штангенциркулей по ГОСТ 166-89

Российский стандарт ГОСТ 166-89 регламентирует технические условия производства штангенциркулей и определяет их классификацию по конструктивным особенностям.

Модификации по способу отсчета

Помимо нониусных штангенциркулей (ШЦ), выпускаются модели с круговой шкалой (ШЦК) и цифровым отсчетным устройством (ШЦЦ). Циферблатные штангенциркули оснащены индикатором часового типа с ценой деления 0,01-0,1 мм, что упрощает считывание показаний. Цифровые модели имеют электронный дисплей с шагом дискретности 0,01 мм и функции обнуления в произвольной точке, переключения единиц измерения.

Классы точности и технические характеристики

Штангенциркули со значением отсчета по нониусу 0,1 мм и верхним пределом измерения до 400 мм изготавливаются двух классов точности в соответствии с ГОСТ 166-89.

Класс точности 1

Инструменты первого класса точности имеют предел допускаемой погрешности от 0,05 до 0,10 мм в зависимости от измеряемой длины. При измеряемой длине до 100 мм погрешность составляет 0,05 мм, от 100 до 200 мм — 0,08 мм, свыше 200 до 300 мм — 0,10 мм согласно таблице 3 ГОСТ 166-89. Такие штангенциркули применяются в точном машиностроении и лабораторных условиях.

Класс точности 2

Штангенциркули второго класса имеют предел погрешности 0,05 мм при измеряемой длине до 100 мм, 0,10 мм при длине от 100 до 200 мм и 0,15 мм при длине свыше 200 мм согласно таблице 3 ГОСТ 166-89. Они предназначены для измерений в общем машиностроении, строительстве, ремонтных работах.

Область применения штангенциркуля

Универсальность штангенциркуля обеспечила его широкое применение в различных отраслях промышленности и производства.

Машиностроение и металлообработка

В машиностроительной отрасли штангенциркули используются для контроля размеров деталей на всех этапах обработки. Инструментом проверяют диаметры валов и отверстий, толщину стенок, глубину пазов и канавок. В токарном и фрезерном производстве штангенциркули применяются для настройки станков и проверки соответствия размеров чертежам.

Строительство и монтажные работы

В строительной сфере штангенциркули необходимы для измерения толщины металлопроката, диаметров труб и арматуры, проверки размеров крепежных элементов. Инструмент используется при монтаже металлоконструкций, установке оборудования, контроле качества сварных соединений.

Приборостроение и электротехника

В производстве приборов и электронных компонентов требуется высокая точность измерений малых размеров. Штангенциркули с ценой деления 0,02-0,05 мм применяются для контроля размеров печатных плат, корпусов приборов, контактных элементов.

Лабораторные исследования

В научных и заводских лабораториях штангенциркули используются для измерения образцов материалов при испытаниях на прочность, измерения деформаций, определения геометрических параметров исследуемых объектов.

Методика проведения измерений

Правильная техника измерений обеспечивает точность результатов и продлевает срок службы инструмента.

Подготовка к работе

Перед началом измерений штангенциркуль очищают от загрязнений и консервирующей смазки. Проверяют отсутствие повреждений на измерительных поверхностях губок, плавность хода рамки. Обязательно контролируют совмещение нулевых штрихов основной шкалы и нониуса при сведенных губках — отклонение не должно превышать цену деления нониуса.

Измерение наружных размеров

Деталь размещают между нижними губками перпендикулярно к их плоскости. Губки сводят до плотного контакта с поверхностью детали без чрезмерного усилия, которое может вызвать деформацию или износ. При измерении диаметров цилиндрических деталей штангенциркуль ориентируют по максимальному показанию, что соответствует прохождению плоскости измерения через ось детали. Рамку фиксируют стопорным винтом и снимают показания.

Измерение внутренних размеров

Верхние губки вводят в измеряемое отверстие и разводят до контакта с противоположными стенками. Плоскость рамки должна проходить через ось отверстия. Для штангенциркулей типа ШЦ-II с кромочными губками к показаниям прибора добавляют суммарную толщину губок, которая указана на инструменте.

Измерение глубины

Штангу устанавливают перпендикулярно к поверхности детали у края отверстия. Линейку глубиномера выдвигают рамкой до упора в дно отверстия. Показания определяют по положению торца штанги относительно шкал.

Преимущества и ограничения применения

Преимущества штангенциркуля

Ограничения использования

Точность штангенциркуля ограничена 0,02-0,1 мм, что недостаточно для особо точных измерений — в таких случаях применяют микрометры с точностью до 0,001 мм. Нониусные штангенциркули требуют навыка правильного снятия показаний, возможны ошибки при считывании совпадающих штрихов. На точность влияет температура измеряемой детали и инструмента — измерения следует проводить при температуре 20±5°C согласно ГОСТ 166-89.

Измерительные поверхности подвержены износу при интенсивной эксплуатации, особенно при контакте с абразивными материалами. Цифровые штангенциркули чувствительны к влаге, пыли, электромагнитным помехам.

Поверка и обслуживание штангенциркулей

Регулярная поверка штангенциркулей необходима для подтверждения их метрологических характеристик в соответствии с ГОСТ 8.113-85.

Порядок поверки

Поверка включает внешний осмотр, проверку отсчетных устройств, определение погрешности показаний с использованием концевых мер длины класса точности 3 или выше. Проверяют параллельность измерительных поверхностей губок индикаторной скобой или микрометром. Усилие перемещения рамки контролируют динамометром — оно не должно превышать 20 Н для штангенциркулей с длиной штанги до 500 мм.

Межповерочный интервал и уход

Межповерочный интервал составляет 1 год для штангенциркулей, применяемых как рабочие средства измерений согласно ГОСТ 8.113-85. После каждого использования инструмент протирают чистой тканью, удаляя загрязнения и влагу. Хранят штангенциркули в футлярах или чехлах в сухом помещении при температуре от 10 до 40°C и относительной влажности воздуха не более 80%. Измерительные поверхности периодически смазывают тонким слоем технического вазелина или инструментальной смазки для защиты от коррозии.

Частые вопросы о штангенциркулях