Штангенциркуль(ы) или штангенциркуль(и) — это инструмент, используемый для измерения линейных размеров объекта или отверстия; а именно, длины , ширины, толщины, диаметра или глубины объекта или отверстия. Слово «калипер» происходит от искаженной формы слова калибр . [1] [2] [3]
Многие типы штангенциркулей позволяют считывать измерение на линейчатой шкале , циферблате или электронном цифровом дисплее . Распространенной ассоциацией является штангенциркуль, использующий скользящую нониусную шкалу .
Некоторые штангенциркули могут быть такими же простыми, как компас с точками, обращенными внутрь или наружу, но без шкалы (индикации измерения). Кончики штангенциркуля регулируются так, чтобы соответствовать точкам, которые необходимо измерить, а затем удерживаются в этом диапазоне, перемещаясь к отдельному измерительному устройству, такому как линейка .
Штангенциркули используются во многих областях, таких как машиностроение , металлообработка , лесное хозяйство , деревообработка , наука и медицина .
Caliper — это американский вариант написания , а calliper (двойная «L») — британский.
Один инструмент может называться штангенциркулем или штангенциркулями — только во множественном числе ( plurale tantum ), как ножницы или очки .
В разговорной речи фраза «пара верньеров» или просто «верньер» может относиться к штангенциркулю с нониусом. В свободном разговорном употреблении эти фразы могут также относиться к другим видам штангенциркулей, хотя они не включают в себя шкалу нониуса. В использовании в машиностроении термин «штангенциркуль» часто используется в противопоставлении микрометру , хотя внешние микрометры технически являются формой штангенциркуля. В этом употреблении штангенциркуль подразумевает только форм-фактор инструмента.
Самый ранний кронциркуль был найден в затонувших греческих кораблях Джильо у побережья Италии . Находка датируется VI веком до нашей эры. Деревянная часть уже имела фиксированную и подвижную челюсти. [4] [5] Несмотря на редкость находок, кронциркули использовались греками и римлянами . [5] [6]
Бронзовый штангенциркуль, датируемый 9 годом нашей эры, использовался для мельчайших измерений во времена китайской династии Синь . На штангенциркуле была надпись, гласящая, что он был «изготовлен в день гуй-ю , [a] в первый день [b] первого месяца первого года Шицзяньго . [c] » Штангенциркули включали «паз и штифт» и «градуировались в дюймах и десятых долях дюйма». [7] [8]
Современный штангенциркуль с нониусом был изобретен Пьером Вернье как усовершенствованный нониус Педро Нунеса .
Нутромеры используются для измерения внутренних размеров объекта.
Наружные штангенциркули используются для измерения внешних размеров объекта.
К этому типу штангенциркуля применимы те же наблюдения и методы, что и к внутреннему штангенциркулю. При некотором понимании их ограничений и использования эти приборы могут обеспечить высокую степень точности и повторяемости. Они особенно полезны при измерении на очень больших расстояниях; подумайте, используются ли штангенциркули для измерения трубы большого диаметра. Штангенциркуль с нониусом не обладает глубинной способностью, чтобы охватить этот большой диаметр и в то же время достичь самых дальних точек диаметра трубы. Они изготовлены из высокоуглеродистой стали.
В области металлообработки для разметки мест используется штангенциркуль, который в народе называют циркулем . Концы заточены так, что они действуют как чертилки; одну ножку можно поместить в углубление, созданное центровым или дыроколом , а другую повернуть так, чтобы она чертила линию на поверхности заготовки, образуя дугу или окружность.
Их одноименное применение заключается в разделении заготовки произвольной ширины на равные по ширине секции: «проходя» инструментом от одного конца до другого, поворачивая его от одной точки к другой, пока он не достигнет другого конца, а затем регулируя зазор между точками до тех пор, пока «проход» не закончится прямо на конечной точке, можно легко разметить равные секции без каких-либо измерений.
Делитель штангенциркуля также используется для измерения расстояния между двумя точками на карте. Два конца штангенциркуля подносятся к двум точкам, расстояние до которых измеряется. Затем отверстие штангенциркуля либо измеряется на отдельной линейке, а затем преобразуется в фактическое расстояние, либо измеряется непосредственно по шкале, нарисованной на карте. На морской карте расстояние часто измеряется по шкале широты , указанной по бокам карты: одна минута дуги вдоль любого большого круга , например, любого меридиана долготы, составляет приблизительно одну морскую милю или 1852 метра .
Делители также используются в медицинской профессии. Штангенциркуль ЭКГ (также ЭКГ) переносит расстояние на электрокардиограмму ; в сочетании с соответствующей шкалой можно определить частоту сердечных сокращений. Карманный вариант штангенциркуля был изобретен кардиологом Робертом А. Маккиным. [9] [ проверка не удалась ]
Штангенциркули Oddleg , Hermaphrodite или Oddleg Jennys , как показано слева, обычно используются для разметки линии на заданном расстоянии от края заготовки. Согнутая ножка используется для перемещения вдоль края заготовки, в то время как чертилка делает отметку на заданном расстоянии, это обеспечивает линию, параллельную краю.
На схеме слева верхний суппорт имеет небольшой выступ в согнутой ножке, что позволяет ему более надежно сидеть на краю. Нижний суппорт лишен этой особенности, но имеет сменный чертилку, которую можно регулировать по мере износа, а также заменять при чрезмерном износе.
Маркированные части:
Штангенциркули на схеме показывают основное показание по метрической шкале около 2,475 см (2,4 см по основной шкале плюс около 0,075 см по шкале нониуса).
Штангенциркули часто имеют «погрешность нулевой точки»: это означает, что штангенциркули не показывают 0,000 см, когда челюсти закрыты. Погрешность нулевой точки всегда должна вычитаться из первичного показания. Предположим, что эти штангенциркули имеют погрешность нулевой точки 0,013 см. Это даст нам показание длины 2,462 см.
Для любого измерения также важно сообщать об ошибке измерения. Игнорируя возможность интерполяции на глаз, как первичное показание, так и показание нулевой точки ограничены плюс/минус половиной длины, соответствующей ширине наименьшего интервала на шкале нониуса (0,0025 см). Это «абсолютные» ошибки, и абсолютные ошибки складываются, поэтому показание длины затем ограничено плюс/минус длиной, соответствующей полной ширине наименьшего интервала на шкале нониуса (0,005 см). Если предположить, что никакая систематика не влияет на измерение (прибор работает идеально), полное измерение тогда покажет 2,462 см ± 0,005 см.
Нониусные, циферблатные и цифровые штангенциркули напрямую считывают измеренное расстояние с высокой точностью и аккуратностью . Они функционально идентичны, но имеют разные способы считывания результата. Эти штангенциркули включают калиброванную шкалу с фиксированной губкой и другую губку с указателем, которая скользит по шкале. Расстояние между губками затем считывается разными способами для трех типов.
Самый простой метод — считывать положение указателя непосредственно на шкале. Когда указатель находится между двумя отметками, пользователь может мысленно интерполировать, чтобы повысить точность показаний. Это был бы просто калиброванный штангенциркуль, но добавление шкалы нониуса позволяет более точно интерполировать и является универсальной практикой; это штангенциркуль нониуса .
Штангенциркули с нониусом, циферблатные и цифровые могут измерять внутренние размеры (используя самые верхние губки на рисунке справа), внешние размеры, используя изображенные нижние губки, и во многих случаях глубину с помощью зонда, который прикреплен к подвижной головке и скользит вдоль центра корпуса. Этот зонд тонкий и может проникать в глубокие канавки, которые могут оказаться сложными для других измерительных инструментов.
Шкалы нониуса могут включать метрические измерения в нижней части шкалы и дюймовые измерения в верхней, или наоборот, в странах, где используются дюймы. Штангенциркули нониуса, обычно используемые в промышленности, обеспечивают точность до 0,01 мм (10 микрометров ), или одной тысячной дюйма. Они доступны в размерах, которые могут измерять до 1828 мм (72 дюйма). [10]
Вместо использования механизма нониуса, использование которого требует некоторой практики, штангенциркуль считывает конечную долю миллиметра или дюйма на простом циферблате.
В этом инструменте небольшая, точная реечная передача приводит в движение указатель на круглом циферблате , что позволяет производить прямое считывание без необходимости считывания шкалы нониуса. Обычно указатель поворачивается на один дюйм, десятую часть дюйма или 1 миллиметр. Это измерение должно быть добавлено к грубым целым дюймам или сантиметрам, считываемым со слайда. Циферблат обычно расположен так, чтобы его можно было вращать под указателем, что позволяет проводить «дифференциальные» измерения (измерение разницы в размерах между двумя объектами или настройку циферблата с использованием эталонного объекта и последующую возможность непосредственного считывания плюс-минус отклонения в размере последующих объектов относительно эталонного объекта).
Ползунок штангенциркуля обычно можно зафиксировать в определенном положении с помощью небольшого рычага или винта; это позволяет легко проверять размеры деталей по принципу «годен/не годен» .
Вместо реечной передачи цифровые штангенциркули используют линейный энкодер . Жидкокристаллический дисплей показывает измерение, которое часто может переключать единицы между миллиметрами и дробными или десятичными дюймами. Все они обеспечивают обнуление дисплея в любой точке вдоль ползуна, что позволяет проводить те же дифференциальные измерения, что и с помощью циферблатного штангенциркуля. Цифровые штангенциркули могут содержать функцию «удержания показаний», позволяющую считывать размеры после использования в неудобных местах, где дисплей не виден. Как и в аналоговых штангенциркулях, ползун многих цифровых штангенциркулей можно заблокировать с помощью рычага или винта.
Обычные 150-миллиметровые (6- дюймовые ) цифровые штангенциркули, изготовленные из нержавеющей стали, имеют номинальную точность 0,02 мм ( 0,001 дюйма ) и разрешение 0,01 мм (0,0005 дюйма). [11] Та же технология используется для более длинных штангенциркулей, но точность снижается до 0,03 мм (0,001 дюйма) для измерений 100–200 мм (4–8 дюймов) и 0,04 мм (0,0015 дюйма) для измерений 200–300 мм (8–12 дюймов). [12]
Многие цифровые штангенциркули содержат емкостный линейный энкодер . Недорогие китайские модели имеют 56 узких пластин-эмиттеров и одну длинную пластину-приемник, вытравленных на печатной плате выдвижного дисплея , которые пересекаются с повторяющимся рисунком Т-образных пластин на более длинной плате «статора». Верхняя часть пластин «Т» пересекается с пластиной-приемником, в то время как вертикальные полосы каждой «Т» пересекаются с пластинами-эмиттерами. Шаг каждой «Т» в статоре немного меньше 8-кратного шага каждой пластины-эмиттера, поэтому их пересекающаяся емкостная область не идеально выровнена, а скорее образует интерференционную картину . [15] При перемещении ползунка эти переменные емкости изменяются повторяющимся линейным образом. Схема ползунка подсчитывает эти повторения по мере его перемещения и достигает более высокого разрешения с помощью линейной интерполяции емкостей. [16] Одна модель посылает 8 периодических сигналов напряжения широтно-импульсной модуляции (которые кажутся идентичными, но сдвинуты по фазе на 1 ⁄ 8 периода), [17] каждый из которых подключен к 7 пластинам-излучателям, а полученный аналоговый сигнал считывается через одну пластину-приемник. [18] Говорят, что немецкий патент 1983 года DE3340782C2 (см. рисунок) описывает работу. [19]
Другие цифровые штангенциркули содержат индуктивный линейный энкодер, который обеспечивает надежную работу при наличии загрязнений, таких как охлаждающие жидкости. [20] Магнитные линейные энкодеры используются и в других цифровых штангенциркулях. [ необходима цитата ]
Цифровые штангенциркули в настоящее время предлагают последовательный вывод данных для ускорения повторных измерений, избегания человеческих ошибок и обеспечения прямого ввода данных в цифровой регистратор, электронную таблицу , программу статистического управления процессами или аналогичное программное обеспечение на персональном компьютере . Интерфейсные устройства на основе RS-232 , универсальной последовательной шины или беспроводной связи могут быть созданы или приобретены. Последовательный цифровой вывод различается у разных производителей, но распространенными вариантами являются:
Штангенциркуль, использующий для измерения калиброванный винт , а не ползунок, называется внешним микрометрическим штангенциркулем , микрометрическим штангенциркулем или, чаще, просто микрометром . (Иногда термин штангенциркуль , относящийся к любому другому типу в этой статье, противопоставляется микрометру .)
Каждый из вышеперечисленных типов штангенциркулей имеет свои относительные достоинства и недостатки.
Штангенциркули с нониусом прочны и обладают долговечной точностью, устойчивы к воздействию охлаждающей жидкости, не подвержены воздействию магнитных полей и в значительной степени ударопрочны. Они могут иметь как сантиметровую, так и дюймовую шкалу. Однако для считывания показаний штангенциркулей требуется хорошее зрение или увеличительное стекло , и их может быть трудно считывать с расстояния или с неудобных углов. Сравнительно легко неправильно прочитать последнюю цифру. В производственных условиях считывание показаний штангенциркулей в течение всего дня подвержено ошибкам и раздражает рабочих.
Штангенциркули с циферблатом сравнительно легко считывать, особенно при поиске точного центра путем покачивания и наблюдения за движением стрелки. Их можно установить на 0 в любой точке для сравнения. Обычно они довольно восприимчивы к ударным повреждениям. Они также очень склонны к попаданию грязи в шестерни, что может вызвать проблемы с точностью.
Цифровые штангенциркули легко переключаются между сантиметровой и дюймовой системами. Их можно легко установить на ноль в любой точке с полным отсчетом в любом направлении, и они могут выполнять измерения, даже если дисплей полностью скрыт, либо с помощью клавиши «hold», либо обнуляя дисплей и закрывая зажимы, показывая правильное измерение, но отрицательное. Они могут быть механически и электронно хрупкими. Большинству из них также требуются батарейки, и они плохо противостоят охлаждающей жидкости. Они также лишь умеренно ударопрочные и могут быть уязвимы для грязи.
Штангенциркули могут считывать данные с разрешением 0,01 мм или 0,0005 дюйма, но точность может быть не выше ±0,02 мм или 0,001 дюйма для штангенциркулей размером 150 мм (6 дюймов) и хуже для более длинных. [28]
.jpg/1280px-Measuring_saltmarsh_sparrow_(50237104216).jpg)
Для выполнения требуемого измерения штангенциркуль необходимо правильно приложить к детали. Например, при измерении толщины пластины штангенциркуль необходимо держать под прямым углом к детали. Для правильного измерения круглых или неровных объектов может потребоваться некоторая практика.
Точность измерения при использовании штангенциркуля в значительной степени зависит от мастерства оператора. Независимо от типа, губки штангенциркуля должны быть прижаты к измеряемой детали. Поскольку и деталь, и штангенциркуль всегда в некоторой степени эластичны , величина применяемой силы влияет на показания. Последовательное, твердое прикосновение является правильным. Слишком большое усилие приводит к заниженным показаниям, поскольку деталь и инструмент деформируются; слишком малое усилие дает недостаточный контакт и завышенные показания. Это более серьезная проблема со штангенциркулем, включающим колесо, которое дает механическое преимущество . Это особенно касается цифровых штангенциркулей, штангенциркулей без регулировки или штангенциркулей с балкой низкого качества.
Простые штангенциркули некалиброваны; выполненное измерение должно сравниваться со шкалой. Независимо от того, является ли шкала частью штангенциркуля или нет, все аналоговые штангенциркули — нониусы и циферблаты — требуют хорошего зрения для достижения наивысшей точности. Цифровые штангенциркули имеют преимущество в этой области.
Калиброванные штангенциркули могут неправильно использоваться, что приводит к потере нуля . Когда губки штангенциркуля полностью закрыты, он, конечно, должен показывать ноль. Если это не так, его необходимо перекалибровать или отремонтировать. Штангенциркуль с нониусом нелегко потерять калибровку, но резкий удар или случайное повреждение измерительной поверхности в губках штангенциркуля могут быть достаточно значительными, чтобы сместить ноль. [29] Цифровые штангенциркули имеют кнопки установки нуля для быстрой перекалибровки.
Штангенциркули с нониусом, циферблатные и цифровые можно использовать с принадлежностями, расширяющими их возможности. Примерами служат основание, расширяющее возможности глубиномера, и насадка для губок, позволяющая измерять межцентровое расстояние между отверстиями. С 1970-х годов хитроумная модификация подвижной губки на задней стороне любого штангенциркуля позволяет проводить измерения шага или глубины в дополнение к внешним измерениям штангенциркуля, аналогично универсальному микрометру (например, Starrett Mul-T-Anvil или Mitutoyo Uni-Mike).
Метод использования нониусной шкалы или штангенциркуля с нулевой погрешностью заключается в использовании формулы «фактическое показание = основная шкала + нониусная шкала − (нулевая погрешность)». Нулевая погрешность может возникнуть из-за ударов, которые влияют на калибровку на 0,00 мм, когда губки штангенциркуля идеально закрыты или просто касаются друг друга. Положительная нулевая погрешность относится к тому факту, что когда губки штангенциркуля только что закрыты, показание является положительным показанием, отличным от фактического показания 0,00 мм. Если показание составляет 0,10 мм, нулевая погрешность обозначается как +0,10 мм. Отрицательная нулевая погрешность относится к тому факту, что когда губки штангенциркуля только что закрыты, показание является отрицательным показанием, отличным от фактического показания 0,00 мм. Если показание составляет −0,08 мм, нулевая погрешность обозначается как −0,08 мм.
Штангенциркули с осями измерения, смещенными относительно измеряемого объекта, страдают от ошибки Аббе , если губки не перпендикулярны из-за производственных допусков. В отличие от нулевой ошибки, величина ошибки Аббе зависит от смещения. [30]
регулируемый внешний штангенциркуль... датируется 9 годом нашей эры. Сокращенная версия.
