Измерение линейных размеров оптиметром ИКГ Методические указания

Лабораторная работа 102

ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОПТИМЕТРОМ ИКГ

Цель работы: ознакомиться с устройством горизонтального калибровочного оптиметра ИКГ, провести измерение толщины алюминиевой фольги и статистическую обработку результатов прямого измерения.

Назначение и устройство ИКГ. Оптиметр – оптикомеханический прибор, который служит для измерения линейных размеров в пределах шкалы. На горизонтальном оптиметре можно производить измерения толщины пластинок, диаметра шариков, нитей.

Рис. 1. Схема установки оптиметра – ИКГ

ИКГ состоит из массивного штатива 1 (рис.1), на котором укреплены предметный столик 2, оптическая труба 3 с оптическим

11

отсчетным устройством. В левой части трубы укреплен штифт 4, соприкасающийся с поверхностью измеряемого изделия. Отсчеты при измерении снимают по шкале окуляра 5, 6 – металлическая труба, внутри которой помещается стержень 9 с пружиной. Стержень может перемещаться вдоль оси вращением винта 7, а положение наконечника 9 закрепляется винтом 8. 10 – держатель наконечника 9.

Оптическая труба оптиметра – основная часть прибора (рис.2). Световой поток источника S, отражаясь от зеркала 3 и призмы П1 (явление полного внутреннего отражения), освещает шкалу Ш, которая находится в фокальной плоскости объектива ОБ и через окуляр ОК не видна, так как она закрыта призмой П1. Пройдя через призму П2 и объектив ОБ, лучи падают на зеркало З2, в котором изображается шкала Ш. При отражении лучей от зеркала З2 изображение шкалы И по принципу автоколлимации создается объективом рядом с самой шкалой Ш так, что нулевой штрих совпадает с неподвижным указателем у .

Рис. 2. Оптическая схема оптиметра – ИКГ

12

Наблюдение ведется через окуляр ОК. Если совпадения нет, то его можно добиться смещением штифта 4 винтом 7 (рис.1).

Измеряемая деталь помещается между наконечниками 4 и 9 (рис.1 и рис.2), что приведет к поступательному перемещению штифта 4, который повернет плоское зеркало З2 на угол φ. Изображение шкалы И смещается параллельно шкале Ш; величина смещения отсчитывается относительно неподвижного указателя.

Механические и оптические соотношения системы оптиметра подобраны так, что видимое в окуляр смещение изображения шкалы на одно деление соответствует осевому перемещению штифта на один микрон, т.е. цена деления прибора – 1 мкм.

Измерения и обработки результатов измерений

1.Включить осветитель ИКГ через трансформатор в сеть

(220 В).

2.Проверить в окуляре видимость изображения шкалы (при необходимости настройки прибора обратиться к лаборанту или преподавателю).

3.Произвести установку нуля с помощью микровинта 7.

4.Держатель наконечника 10 отвести влево и в появившийся зазор между наконечниками штифта и стержня 4 и 9 ввести фольгу. Изображение шкалы сместится относительно указателя; величина этого смещения равна толщине фольги.

5.Сделать десять измерений толщины фольги в разных ее местах ( hi ). Перед каждым измерением проверять установку нуля

шкалы.

6. Оценить случайную ошибку прямого измерения. Для этого: а) Значения отдельных измерений hi занести в таблицу 2.

б) Определить среднее арифметическое измеряемой величины

где n – число измерений.

в) Найти остаточные ошибки hi h и занести их в 3-й столбец таблицы 1.

13

г) Определить среднюю квадратичную погрешность отдельного измерения: для этого заполнить последний столбец

без использования данных, подозреваемых на промахи. Если

ж). По таблице Стьюдента определить коэффициент Стьюдента для п 10 и заданной доверительной вероятности 0,95.

з) Найти случайную ошибку h среднего значения измерения по формуле:

h t (п)Sh .

7. Оценить величину систематической ошибки h :

а) определить величину погрешности прибора . В данном

измерений;

в) вычислить систематическую ошибку измерения h :

h t ( ) 3 .

14

8. Оценить границы доверительного интервала с учетом совместного влияния случайной и систематических ошибок h:

h h2 h2 t 2(n) Sh2 t 2( ) ( 3 )2 .

9. Вычислить относительную ошибку измерения

11. Аналогичную обработку провести для пяти первых измерений и составить сравнительную таблицу 3 оценки ошибок при различном числе измерений.

Таблица 2

Сделать выводы о зависимости точности результата от числа измерений.

15

Контрольные вопросы

1.Прямые и косвенные ошибки измерения.

2.Классификация ошибок измерения по происхождению: а) случайные, б) систематические,

в) промахи.

3 Классификация ошибок измерения по форме математического выражения:

а) абсолютные, б) относительные.

4.Что такое доверительный интервал и доверительная вероятность?

5.Принцип работы ИКГ.

6. Объяснить полученную форму записи результата измерения.

7. Как повысить точность результата измерений?

Литература

1.Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Наука, 1964.

2.Зайдель A.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. 1968 г.

3.Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие / Т.И. Трофимова. – 6-е изд., стереотип. – М.: Высшая школа, 1999. – 542с.

4.Детлаф А.А. Курс физики: учеб. пособие / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – 3-е изд., исправл. – М.: Высшая школа, 2001. – 718с.

5.Коргнев А.В., Рублев Ю.В. «Практикум по физике». – М.: Высшая школа,

1963.

Ответственный за выпуск А. В. Репина

Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета

Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального исследовательского технологического университета

420015, Казань, К. Маркса, 68

16