1M

Чувствительностью прибора называется отношение перемещения указателя прибора к значению измеряемой величины, вызвавшей это перемещение. Так, например, если при измерении величины N, которая изменяется на N, указатель прибора сместился на x, то чувствительность S выразится соотношением

Чувствительность прибора будет тем больше, чем меньше цена деления шкалы. Под точностью прибора понимают степень достоверности результата измерений. Точность прибора характеризуется погрешностью, которая допускается при измерении. Точность указывается на приборе или в паспорте данного прибора.

4.2. Штангенциркуль

Штангенциркуль (рис. 4.1) состоит из штанги 1, на которую нанесена шкала с миллиметровыми делениями. По штанге 1 скользит рамка 2 с зажимным винтом. На рамку нанесена специальная шкала 3, называемая нониусом. Штанга и рамка снабжены ножками 4, которые служат для измерения наружных и внутренних размеров тел.

2 1

Рис. 4.1. Штангенциркуль

Штангенциркуль позволяет измерять линейные размеры с точностью до 0,1–0,02 мм. Такая точность измерений достигается благодаря нониусу.

Нониус – это короткая линейка, которая скользит вдоль основной шкалы (масштаба). Цена деления нониуса не равна цене деления масштаба, а выбирается таким образом, чтобы разность между длиной некоторого целого числа делений масштаба и длиной одного деления нониуса равнялась 0,1 мм, 0,05 мм или 0,02 мм. Точность отсчетов с помощью нониуса равна этой разности. Точность штангенциркуля равна точности отсчетов по нониусу и обычно указывается на рамке.

11

Если ножки штангенциркуля плотно сдвинуты, нулевое деление нониуса совпадает с нулевым делением масштаба, а последнее деление нониуса с некоторым делением масштаба. Остальные деления нониуса сдвинуты относительно ближайших к ним справа делений масштаба на m мм, где m – номер деления нониуса, а – его точность. Например, при точности нониуса = 0,05 мм, шестое деление нониуса (m = 6) сдвинуто относительно ближайшего справа деления масштаба на l = m =6 0,05 = 0,3 мм. Пусть мы измеряем штангенциркулем, имеющим такую точность, толщину бруска. Нулевое деление нониуса оказалось сдвинуто относительно нулевого деления масштаба на 5 целых мм и некоторую величину l, меньше 1-го мм. Если с каким-либо делением масштаба совпало шестое деление нониуса, то, как сказано выше l = 0,3 мм и толщина бруска – 5,3 мм. Если совпало, например, седьмое деление нониуса, то l = m = 7 0,05 = 0,35 мм и толщина бруска равна 5,35 мм. Наименьшая величина, которую можно с достоверностью измерить этим штангенциркулем, равна 0,05 мм, т. е. его точности.

Для измерения наружных размеров предмет помещают между ножками штангенциркуля, следя за тем, чтобы не было перекосов, и, закрепив рамку винтом, производят отсчет по масштабу и нониусу. При измерении внутренних диаметров ножки вводят в отверстие или паз, раздвигают ножки до касания с краями отверстия и отсчитывают длину, прибавляя к показаниям штангенциркуля общую ширину ножек, которая всегда написана на них.

4.3. Микрометр

Еще более точным, чем штангенциркул, инструментом для измерения длин является микрометр (рис. 4.2). Он имеет вид тисков, в которых измеряемый предмет зажимается между упором 1 и микрометрическим винтом 2. Шаг винта обычно равен 0,5 мм.

25

20 0

15

6

8

Рис. 4.2. Микрометр

12

С винтом скреплен барабан 3 с нанесенной на него круговой шкалой 4, имеющей 50 делений. Поворот барабана на одно деление соответствует перемещению винта на 0,01 мм. При вращении винта барабан перемещается вдоль линейной шкалы 5, на которой деления нанесены в два ряда. Нижний ряд делений соответствует числу целых мм, а деления верхнего ряда нанесены между делениями нижнего ряда и позволяют отсчитывать по 0,5 мм.

Все детали микрометра укреплены на массивной скобе 6. При измерениях следует вращать барабан за трещотку 7. Это обеспечивает постоянное усилие и предотвращает деформацию измеряемого тела и скобы микрометра. Стопор 8 служит для закрепления винта при отсчете.

Длина отрезка равна сумме отсчетов по линейной и круговой шкале. На рис. 4.3 показаны примеры двух возможных случаев положения барабана.

Отсчет в первом случае (рис. 4.3, а)

l1 = 5 мм + 0,01 32 мм =5,32 мм.

Во втором случае (рис. 4.3,б) отсчет

l2 = 7,5 мм + 0,01 41 мм =7,91 мм.

Рис. 4.3. Примеры отсчета по шкале микрометра

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Приборы и оборудование:

1)штангенциркуль;

2)микрометр;

3)тела правильной геометрической формы (брусок, стержень, шайба).

5.1.Измерение объема тела с помощью штангенциркуля

5.1.1.Познакомьтесь с устройством штангенциркуля. Найдите цену деления шкалы масштаба и нониуса.

5.1.2.Изучите форму тела. Выведите формулу для определения объема тела (рис. 5.1) и формулы для вычисления абсолютной и относительной ошибок (см. подразд. 2.4).

13

5.2.Измерение площади поперечного сечения

иобъема цилиндра с помощью микрометра

5.2.1.Измерьте диаметр цилиндра микрометром. Измерения проводить у концов и середины цилиндра (в трех сечениях) по двум взаимноперпендикулярным направлениям. Результат запишите в табл. 5.2.

5.2.2.Измерьте длину цилиндра по трем образующим. Результат запишите в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Результаты измерений и вычислений

5.2.3.Вычислите средние значения величин и средние ошибки.

5.2.4.Рассчитайте площадь поперечного сечения, объем цилиндра и средние ошибки.

5.2.5.Сравните средние относительные ошибки линейных размеров площади и объема. Сделайте вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется измерительным преобразованием и измерительным преобразователем?

2.Назовите основные виды измерений. Чем они характеризуются?

3.Назовите причины возникновения погрешностей. Как классифицируются погрешности?

4.Что называется средней абсолютной и средней относительной ошибками?

5.Каков алгоритм вычисления относительной погрешности косвенных измерений?

6.Назовите основные характеристики измерительных приборов.

7.Сформулируйте правила измерения длины с помощью штангенциркуля и микрометра.

8.Объясните принцип действия нониуса.

15

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высшая шко-

ла, 2004.

2.Анцыферов С.С. Общая теория измерений : учеб. пособие / С.С. Анцыферов, Б.И. Голубь ; под редакцией академика РАН Н.Н. Евтихиева. – М. : Горячая линия. – Телеком, 2007. – 176 с.

Учебное издание

Максименко Виталий Александрович

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Методические указания на выполнение лабораторной работы

Отпечатано методом прямого репродуцирования

————————————————————————————

План 2013 г. Поз. 9.29. Подписано в печать 01.02.2013. Уч.-изд. л. 1,0. Усл. печ. л. 0,9. Зак. 38. Тираж 60 экз. Цена 50 руб.

————————————————————————————

Издательство ДВГУПС 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.

16