1. Освоить методы работы со штангенциркулями.
2. Освоить методы работы с микрометрами.
3. Ознакомится с метрологическими характеристиками приборов измерения линейных размеров.
4. Ознакомится с нормативными документами по измерения приборам линейных размеров.
5. Освоить на практике методику поверки (калибровки) штангенциркулей.

1. Поверяемые средства: штангенциркули.
2. Средства поверки:
2.1. микрометр МК-25-2 ГОСТ 6507-90;
2.2. ролик;
2.2. металлическая измерительная линейка ГОСТ 427-75;
2.3. плоскопараллельные концевые меры длины ГОСТ 9038-59;
2.4. Плоская стеклянная пластина ГОСТ 2923-75.

Штангенциркуль (нем. Stangenzirkel) – это универсальный измерительный инструмент [1], который предназначается для высокоточного измерения наружных и внутренних линейных размеров, а в некоторых случаях - глубин отверстий.

Штангенциркуль является самым распространенным инструментом измерения, поскольку удобен в обращении, имеет простую конструкцию, и способен проводить измерения с максимальной скоростью.

Название штангенциркуля, также, как и других штангенинструментов (штангенглубиномера, штангенрейсмаса), связано с конструктивными особенностями этого инструмента. Он имеет измерительную штангу с основной шкалой и нониус – вспомогательную шкалу, применяемую для отсчета долей делений. Максимальная точность измерений варьируется, в зависимости от модели, в пределах от десятых до сотых долей миллиметра. Более точные показания можно получить только при помощи микрометра, который может снимать показания с точностью до тысячных долей миллиметра.

Промышленность выпускает штангенциркули следующих основных типов [2]:
I - двусторонние с глубиномером;
Т-1 - односторонние с глубиномером с измерительными поверхностями из твердых сплавов;
II - двухсторонние;
III - односторонние.

Конструкции всех штангенциркулей очень похожи и имеют общие элементы. Для примера на рисунке 1 представлена конструкция штангенциркуля типа I.

Рисунок 1 – Конструкция штангенциркуля типа I.
Здесь: 1 – штанга; 2 – рамка; 3 – зажимающий элемент; 4 – нониус; 5 – рабочая поверхность штанги; 6 – глубиномер; 7 – губки с кромочными измерительными поверхностями для измерения внутренних размеров; 8 – губки с плоскими измерительными поверхностями для измерения наружных размеров; 9 – шкала штанги

Перед тем как начать пользоваться, необходимо подготовить устройство и измеряемую деталь [3]: очистить поверхность от грязи, чтобы обеспечить максимальную точность. Губки нужно плотно свести и оценить размер просвета между ними. Если конструкция исправна, то он будет минимальный.

Далее подвижную рамку необходимо передвинуть так, чтобы её первая риска совпала с нулевой отметкой на шкале штанги в точности. Если не учесть это и не выполнить, то результаты не будут точными. Если не получается сопоставить эти отметки, то такой штангенциркуль неисправен и пользоваться им не рекомендуется. Лишь убедившись, что конструкция полностью подготовлена, можно начинать работать.

Когда требуется провести измерение линейного размера, либо наружного диаметра, то последовательность использования инструмента следующая. Прежде всего, губки нужно развести, передвигая рамку. А потом плотно прижать их к противоположным поверхностям детали, которую требуется измерить, и закрепить положение рамки с помощью винта. Если измеряется наружный диаметр детали цилиндрической формы, то её ось должна быть точно перпендикулярна плоскости рамки. Если же измеряется длина детали или изделия, то его продольная ось должна располагаться точно параллельно штанге. Эти условия необходимо соблюдать, пользуясь штангенциркулем, иначе невозможно получить точные результаты.

Процесс измерения показан на рисунке 2. Измерение наружных поверхностей производится губками 5 на рисунке 2 а, и губками 4 (или внутренней частью губок 5) на рисунке 2 б.

Рисунок 2 – Измерение наружных и внутренних поверхностей, а также глубины с помощью штангенциркулей а) типа I; б) типа II [4].
Здесь: 1 – штанга со шкалой штанги; 2 – рамка; 3 – нониус; 4 – дополнительные губки; 5 – основные губки; 6 – глубиномер; 7 – установочный элемент (винт); 8 – зажимающий элемент (винт)

Чтобы провести замер глубины отверстия, потребуется переместить рамку и выдвинуть глубиномер. Затем вставить его до упора в отверстие, чтобы конец коснулся дна. Он должен быть расположен точно перпендикулярно поверхности измеряемой детали. Прижать к стенке. Штангу переместить в торец также до упора. С помощью стопорного винта зафиксировать положение, и вывести устройство.

Процесс измерения показан на рисунке 2. Измерение глубины производится глубиномером 6 на рисунке 2 а, у штангенциркуля, представленного на рисунке 2 б глубиномер отсутствует.

На неподвижной штанге расположена основная шкала, по которой определяют целое число миллиметров [3]. Нониусная шкала показывает десятые или сотые доли миллиметра (в зависимости от цены деления штнгенциркуля). Нужно найти штрих нониусной шкалы на используемом штангенциркуле, совпавший с определённой цифрой на главной шкале. Этот показатель и будет являться значением размера детали в миллиметрах.

По нониусной шкале
Бывает, что при измерениях достаточно целого показателя. Если же требуется установить значение более точно, то нужно осмотреть нониусную шкалу. А на ней необходимо найти точку совпадения двух рисок. Цифра нониусной шкалы будет означать десятое значение. Сложив её с целым числом, пользователь получит точное значение размера детали.

Пример измерения по нониусной шкале показан на рисунке 3. Здесь итоговая величина определяется следующим образом: сначала определяем количество делений до нуля на шкале нониуса (в примере это 11 мм), затем ищем, какая риска шкале нониуса совпадает с риской на шкале штанги (в примере это риска с номером 6) и считываем цену деления шкалы нониуса (в примере это 0,05 мм). Итоговый размер определяем по формуле: L = 11 мм + 6 · 0,05 мм = 11 мм + 0,3 мм = 11,3 мм.

Для лучшего понимания считывания значений со шкалы нониуса на рисунке 4 приведены еще три примера, в которых цена деления составляет 0,1 мм.

Рисунок 4 – Примеры считывания размеров со шкалы и нониуса. Цена деления нониуса 0,1 мм.
Результаты замеров: а) 0.45 мм, б) 6.9 мм, в) 34.3 мм

По цифровому табло

Высокоточные (до сотых долей миллиметров) показания результатов, полученных при работе с цифровым штангенциркулем, представлены на жидкокристаллическом дисплее. Необходимо при этом помнить, что на нём имеются разные режимы, показывающие результаты измерения как в миллиметрах, так и в дюймах. Такие приборы также оснащены нониусной шкалой. Ею можно пользоваться, если, к примеру, разрядится аккумулятор.

Микрометр – это универсальный измерительный прибор для высокоточного (с погрешностью от 2 до 50 мкм) определения линейного размера детали.

Как универсальный измерительный инструмент применение микрометра возможно в любой области, где необходимо определение линейных размеров с точностью от 2 мкм. Это, в первую очередь, механическая обработка деталей, точная сборка узлов и механизмов, настройка работы промышленного оборудования и многое другое.

Промышленность выпускает микрометры следующих типов [6]:
МК - гладкие для измерения наружных размеров изделий;
МЛ - листовые с циферблатом для измерения толщины листов и лент;
МТ - трубные для измерения толщины стенок труб;
МЗ - зубомерные для измерения длины общей нормали зубчатых колес с модулем от 1 мм;
МГ - микрометрические головки для измерения перемещения;
МП - микрометры для измерения толщины проволоки.

Конструкции микрометров очень похожи и имеют общие элементы. Для примера на рисунке 5 представлена конструкция микрометра типа МК.

Рисунок 5 – Конструкция микрометра типа МК.
Здесь: 1 – скоба; 2 – пятка; 3 – микрометрический винт; 4 – стопор; 5 – стебель; 6 – барабан; 7 – трещотка (фрикцион)

Перед тем как начать пользоваться, необходимо подготовить устройство и измеряемую деталь, аналогично использованию штангенциркуля: очистить поверхность от грязи, чтобы обеспечить максимальную точность. Перед работой нужно протереть измерительные поверхности микрометра и обезжирить их бензином. На них не должно быть грязи и пыли. Проверить свободное вращение цилиндра барабана в не закрепленном состоянии. Он становится неподвижным, когда его фиксирует гайка с трещоткой. Далее нужно вращать гайку до тех пор, пока губки не сомкнутся. Трещоткой до щелчка подтягиваем винт, чтобы зафиксировать измерительные поверхности. Убедиться в наличии нулевого положения.

Важно помнить, что при снятии показаний с микрометра смотреть на шкалу нужно под прямым углом и лучше со стороны барабана.

Рабочие поверхности микрометра разводят на величину чуть большую [8], чем размер измеряемой детали, иначе при работе можно её поцарапать. Дело в том, что торцевые поверхности пятки и микрометрического винта имеют высокую твердость для устойчивости к истиранию.

Пятку слегка прижимают к детали и вращают микрометрический винт с помощью трещотки до соприкосновения его с измеряемой поверхностью. Трещотка служит для регулирования усилия натяга – делается обычно 3 – 5 щелчков. Положение микрометрического винта фиксируют с помощью стопорного устройства для того, чтобы не сбить показания при считывании значений со шкалы.

В процессе работы с микрометром его следует держать за скобу таким образом, чтобы была видна шкала стебля, и показания можно было снять на месте.

При измерении диаметров цилиндрических элементов, измерительные поверхности нужно выставлять в диаметрально противоположных точках. При этом пятка прижимается к цилиндрической поверхности элемента, а микрометрический винт, который медленно вращают трещоткой, последовательно выравнивается в двух направлениях: осевом и радиальном. После работы необходимо проверить точность инструмента с помощью эталона.

Указателем при отсчете по шкале 2 стебля (рисунок 6 а) служит торец барабана [8], а продольный штрих 1 является указателем для круговой шкалы 3. Пронумерованная шкала стебля показывает количество миллиметров, а его дополнительная шкала служит для подсчета половин миллиметров.

Отметим последний полностью открытый барабаном штрих миллиметровой шкалы стебля. Его значение составляет целое число миллиметров, и на рисунке он обозначен зеленым цветом. Если правее этого штриха имеется открытый штрих дополнительной шкалы (выделен на рисунке 6 б голубым цветом), нужно прибавить 0,5 мм к полученному значению.

При отсчете показаний круговой шкалы 3 в расчет берут то её значение, которое совпадает с продольным штрихом 1. Таким образом, на рисунке 6 а показания прибора составляют: 16 + 0,22 = 16,22 мм, на рисунке 6 б: 17 + 0,5 + 0,25 = 17,75 мм.

Распространенной ошибкой является случай, когда неверно учитывают (или не учитывают) величину 0,5 мм. Это связано с тем, что ближайший к барабану штрих дополнительной шкалы может быть открыт частично.

Определите основные метрологические характеристики по нормативно-технической документации на приборы или о обозначениям на самих приборах. Результаты занесите в таблицу 1.

Нормативно-техническая документация для определения метрологических характеристик средств измерения и поверки:

• ГОСТ 166-89 Штангенциркули. Технические условия;
• ГОСТ 8.113-85 ГСИ. Штангенциркули. Методика поверки;
• паспорт штангенциркуля;
• паспорт микрометра;
• паспорт концевых мер длины;
• паспорт пластины поверочной стеклянной.

Таблица 1 – Метрологические характеристики средств поверки и поверяемого средства

Условия поверки должны соответствовать условиям, установленным в ГОСТ 8.113-85 п.2.

Определите условия в аудитории и сделайте вывод о возможности проведения поверки штангенциркуля в данных условиях. Подготовьте штангенциркуль к проведению поверки в соответствии с ГОСТ 8.113-85 п.2.

При внешнем осмотре должно быть установлено:

• соответствие штангенциркуля требованиям ГОСТ 166-89 п.2.25 и п.2.26 в части отчетливости и правильности оцифровки штрихов шкал, комплектности и маркировки;
• наличие зажимного устройства для зажима рамки, шкал на штанге и рамке (ГОСТ 8.113-85 п.3.1).

Не допускаются:

• заметные при визуальном осмотре дефекты, ухудшающие эксплуатационные качества и препятствующие отсчету показаний;
• перекос края нониуса к штрихам шкалы штанги, препятствующий отсчету показаний.

Отразите в протоколе соответствие каждого штангенциркуля требованиям ГОСТ 166-89 п.2.25 и п.2.26, а также ГОСТ 8.113-85 п.3.1.

При опробовании проверяют:

• плавность перемещения рамки вместе с устройством тонкой настройки рамки;
• возможность продольного регулирования нониуса;
• отсутствие перемещения рамки под действием собственной массы;
• возможность зажима рамки в любом положении в пределах диапазона измерения;
• нахождение рамки с нониусом по всей ее длине на штанге при измерении размеров, равных верхнему пределу измерения;
• отсутствие продольных царапин на шкале штанги при перемещении по ней рамки (визуально).

Отразите в протоколе работоспособность каждого штангенциркуля и соблюдение требований ГОСТ 8.113-85 п.3.2

3.3.3.1. Длину вылета губок определяют при помощи металлической измерительной линейки. Длина вылета губок должна соответствовать значениям, установленным в ГОСТ 166-89 п.1.5. Допускается уменьшение длины вылета губок до 30 мм и уменьшение длины губок для внутренних измерений на ¼ их длины по сравнению со значениями, приведенными в ГОСТ 166-89 п.1.5.

Отразите в протоколе результаты измерения длины вылета губок каждого штангенциркуля в виде таблицы 2.

3.3.3.2. Отклонение от параллельности плоских измерительных поверхностей губок для измерения наружных размеров определяют при помощи концевых мер длины и ролика (ГОСТ 166-89 п.3.3.6 черт. 2) при трех положениях подвижной губки, близких к пределам измерений и середине диапазона измерения штангенциркуля.

За отклонение от параллельности плоских измерительных поверхностей губок принимают наибольшую разность измеренных расстояний при каждом положении подвижной губки, которая не должна превышать значений, установленных в ГОСТ 166-89 п. 2.6.

Отразите в протоколе результаты определения отклонения от параллельности плоских измерительных поверхностей губок каждого штангенциркуля для измерения наружных размеров, заполнив таблицу 3.

3.3.3.3. Отклонение от параллельности измерительных поверхностей губок для внутренних измерений штангенциркулей типа ШЦ-I и расстояние между ними определяют гладким микрометром при затянутом зажиме рамки. Штангенциркуль устанавливают на размер близкий к 10 мм по концевой мере, в нашем случае, длиной 10,24 мм. Микрометром измеряют расстояние между измерительными поверхностями губок в двух или трех сечениях по длине губок. Разность расстояний равна отклонению от параллельности измерительных поверхностей и не должна превышать значений, установленных в ГОСТ 166-89 п. 2.6.

Отразите в протоколе результаты определения отклонения от параллельности плоских измерительных поверхностей губок для измерения внутренних размеров, заполнив таблицу 4 для каждого штангенциркуля, оснащенного соответствующими губками.

Таблица 4 – Результаты определения отклонения от параллельности плоских измерительных поверхностей губок для измерения внутренних размеров

3.3.3.4. Погрешность штангенциркулей при измерении глубины определяют по концевым мерам длиной 30 мм. В нашем случае применяем одну концевые меру 30,12 мм и пару концевых мер 5,12 мм и 25 мм. Эти меры устанавливают на плоскую стеклянную пластину или поверочную плиту. Торец штанги прижимают к измерительным поверхностям концевых мер. Линейку глубиномера перемещают до соприкосновения с плоскостью стекла или плиты и производят отсчет. Погрешность штангенциркуля при измерении глубины не должна превышать значения, установленного в ГОСТ 166-89 п. 2.4.

Отразите в протоколе результаты определения погрешности штангенциркуля при измерении глубины, заполнив таблицу 5 для каждого штангенциркуля, оснащенного глубиномером.

3.3.3.5. Погрешность штангенциркулей определяют по концевым мерам длины. Блок концевых мер длины помещают между измерительными поверхностями губок штангенциркуля. Усилие сдвигания губок должно обеспечивать нормальное скольжение измерительных поверхностей губок по измерительным поверхностям концевых мер длины при отпущенном стопорном винте рамки. Длинное ребро измерительной поверхности губки должно быть перпендикулярно к длинному ребру концевой меры длины и находиться в середине измерительной поверхности.

В одной из поверяемых точек погрешность определяют при зажатом стопорном винте рамки, при этом должно сохраняться нормальное скольжение измерительных поверхностей губок по измерительным поверхностям концевых мер.

У штангенциркулей, выпускаемых из ремонта и находящихся в эксплуатации, погрешность определяют в трех или шести точках (в зависимости от длины штанги штангенциркуля), равномерно расположенных по длине штанги и нониуса.

Погрешность для каждой пары губок не должна превышать значений, установленных в ГОСТ 166-89 п. 2.3.

Отразите в протоколе результаты определения погрешности штангенциркуля, заполнив таблицу 6 для каждого штангенциркуля.

В начале отчета должны присутствовать: название работы, цель работы, список применяемых приборов.

Далее приводятся необходимые записи и таблицы.

В конце отчета нужно отразить вывод о пригодности штангенциркулей для применения в следующей формулировке.

На основании проведенной поверки штангенциркуль _________________ № _____________, изготовленный ___________________________ признан пригодным / не пригодным для применения.

1. Какие физические процессы, происходящие в электрических цепях, отображают схемы замещения реальных элементов?
2. Каковы углы сдвига фаз между напряжением и током на реальных элементах?
3. Какие энергетические процессы характеризуют активная и реактив­ная мощности?

1. Штанель.РФ. Главная > Техподдержка > Статьи > Что такое штангенциркуль? URL: https://www.штангель.рф/info/articles/Chto-tekoe-shtangeltsirkyl.htm (дата обращения: 17.04.2022 г.).
2. ГОСТ 166-89. Штангенциркули. Технические условия. – М.: ИПК Издательство стандартов,1997. – 18 с.
3. Лесотека. Главная › Инструмент и оборудование › Штангенциркуль URL: https://lesoteka.com/instrument-i-oborudovanie/shtangentsirkul (дата обращения: 17.04.2022 г.).
4. Строительные инструменты. Измеряем штангенциркулем правильно. URL: https://molibden-wolfram.ru/izmeraem-stangencirkulem-pravilno/ (дата обращения: 17.04.2022 г.).
5. Мекка инструмента. Главная > Словарь > Микрометр. URL: https://mekkain.ru/library/mikrometr.html (дата обращения: 17.04.2022 г.).
6. ГОСТ 6507-90. Микрометры. Технические условия. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200023923 (дата обращения: 17.04.2022 г.).
7. Все инструменты. ру. Главная > Ручной инструмент > Ручной измерительный инструмент > Микрометры > Как пользоваться микрометром? URL: https://www.vseinstrumenti.ru/ruchnoy_instrument/
izmeritelnyj/mikrometry/articles/kak-polzovatsya-mikrometrom/ (дата обра-щения: 17.04.2022 г.).
8. Tehnouzel. Главная > Измерительный инструмент > Как правильно пользоваться микрометром. URL: https://tehnouzel.ru/izmeritelnyy-instrument/kak-polzovatsya-mikrometrom.html (дата обращения: 17.04.2022 г.).
9. Поверка и калибровка средств измерений. Практикум для лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация»: Практикум / Сост. А.А. Сизова, С.А. Бехер. - Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2009. - 48 с.

Отчет по практической работе проводится в аудитории в тестовой форме

Рекомендация: распечатайте бланк отчета с двух сторон листа (с применением двухсторонней печати).