Mikrometarski zavrtanj

Mikrometarski zavrtanj, često samo mikrometar, je mjerni instrument kod koga je tačnost izmjerene vrijednosti do jedan mikrometar. Slično nonijusu, zavrtanj se satoji od pomičnog i nepomičnog dijela, ali se kod ovog instrumenta pomični dio pomiče zavrtanjem ili odvrtanjem zavrtnja. Mikrometarski zavrtanj je i oko pet puta precizniji od nonijusa.

Mikrometarski zavrtanj

Mikrometri se takođe koriste u teleskopima ili mikroskopima za merenje prečnika nebeskih tela ili mikroskopskih objekata. Mikrometar koji se koristi sa teleskopom izumeo je oko 1638. godine Vilijam Gaskojn, engleski astronom.

Istorija

Gaskojnov mikrometar prema crtežu Roberta Huka

Prvi mikrometarski zavrtanj je napravio engleski astronom Vilijam Gaskojn u 17. vijeku, kao unaprijeđeni vid nonijusa. Koristio ga je na teleskopu da bi mjerio ugao između zvijezda i relativnu veličinu nebeskih tijela.

Početkom 19. vijeka Henri Modsli je unaprijedio Gaskojnov izum i promijenio mi namjenu. Koristio ga je za potrebe provjere preciznosti i kvaliteta proizvoda svoje kompanije za mašinske uređaje.

Francuz Žan Loren Palmer ga je 1848. prilagodio na ručni mjerni instrument i kao takav je ušao u masovnu proizvodnju i upotrebu već od 1867.

Preciznost mikrometra je poboljšao i nizom eksperimenata to dokazao Edvard Morli 1888.

Dijelovi instrumenta

Mikrometar se satoji od:

• okvira: Tijelo u obliku slova С koji drži nakovanj i cijev u stalnom odnosu. Izuzetno je tanak da bi se spriječile deformacije, ali i poprilično težak i sa velikom temperaturom topljenja.
• nakovnja: Mali dio prema kome se kreće zavrtanj i koji zajedno s njim drži mjereno tijelo.
• šuplje nepomične cijevi izbaždarene na po 0,5mm
• dijela koji sprečava dalje okretanje nakon postizanja dovoljnog pritiska
• zavrtnja: pomičnog dijela koji zajedno sa nakovnjem stišće mjereno tijelo
• bubnja: dijela koji se pokreće okretanjem ručice i na kome se očitavaju dijelovi od 0,01mm

Mjerenje i očitavanje rezultata mjerenja

Mikrometarski zavrtanj koji je izmjerio 5,78mm (5+0,5+0,25)

Da bi se izmjerila dužina nekog tijela, ono se postavlja između nakovnja i zavrtnja, tako da zavrtanj lagano dodirne tijelo da bi se izbjegle deformacije. Ovaj instrument posjeduje i sigurnosni mehanizam koji sprečava dalje stezanje nakon što zavrtanj ostvari određen pritisak na predmet.

Mjerenje dužina se zasniva na proporcionalnosti između translatornog pomaka i ugla zakretanja zavrtnja. Kad se zavrtanj okreće u matici, njegov pomak se očitava na nepomičnoj skali tako da se prati pomak kraja bubnja.

Metrički sistem

U metričkom sistemu hod zavrtnja, tj. translatorni pomak za puni okret iznosi tačno 0,5 milimetara. Upravo na tolike dijelove je izdijeljena nepomična skala, s tim što su iznad skale označeni puni milimetri. Skala na bubnju je podijeljena i brojno označena na 50 dijelova od po 0,01 milimetar. Mjerena vrijednsot se dobija sabiranjem cijelih dijelova od po 1mm, cijelih dijelova od po 0,5mm i vrijednosti očitane sa bubnja pomnožene sa 0,01mm.

Mjerenje u inčima

Mikrometar sa očitanom dužinom od 0,276 inča (0,275+0,001)

Na nepomičnoj skali izvršena je podjela na četrdeste dijelove inča što iznosi 0,025 inča (1 ÷ 40 = 0,025), pri čemu je brojem označen svaki četvrti dio (0,01 inč). Skala na bubnju je izdijeljena na 25 dijelova što omogućava tačnost pri mjerenju od 0,001 inča (0.025 ÷ 25 = 0,001). Očitavanje se vrši sabiranjem cijelih dijelova od 0,025 inča i broja na bubnju pomnoženog sa 0,001.

Kombinacija za pomičnim mjerilom

Poboljšani mikrometar koji očitava 5,783 milimetara (5,5+0,28+0,003)

Dodavanjem podjele jednog milimetra na 10 dijelova na nepomičnu skalu omogućeno je mjerenje sa tačnošću od 0,001 milimetra. Očitavanje se vrši slično kao kod običnog metričkog mikrometra sa dodavanjem broja dijelova od 0,001 milimetra koji se dobijaju posmatranjem linije podjele na nepomičnoj skali koja se poklopila sa linijom podjele na bubnju i množenjem tog broja sa 0,001.

Očitavanje se slično vrši i pri mjerenju u inčima.

Vrste mikrometara

Osnovna podjela

Mikrometarski zavrtnji za spoljašnja, unutrašnja mjerenja i dubinomjer

Prema načinu mjrenja zavrtnji se dijele na:

• mikrometarski zavrtanj za spoljašnja mjerenja (za mjerenje debljine žice, osovina, spoljašnjeg prečnika valjaka i cijevi)
• mikrometarski zavrtanj za unutrašnja mjerenja (za mjerenje unutrašnjeg prečnika cijevi ili ležaja)
• mikrometarski zavrtanj kao dubinomjer (za mjerenje dubine navoja ili otvora)

Posebni tipovi

Korištenje velikog mikrometra

Svi tipovi mikrometra mogu se kombinovati sa posebnim nakovnjima i osovinama za obavaljanje posebnih vrsta mjerenja. Tako nakovanj može imati oblik navoja, v-bloka ili velikog diska.

• Univerzalni set mikrometara sadrži zamjenjive nakovnje raznih vrsta: ravni, sferni, dugački savitljivi, u obliku diska, sječiva i oštrice noža. Takođe može da ima i mogućnost modifikovanja okvira čime se može koristiti i za unutaršnja i za spoljašnja mjerenja.
• Mikrometri sa oštricom imaju nakovnje sa uskim vrhom (oštricom). Njime se mogu mjeriti dimenzije uskih O-prstenova.
• Mikrometri za navoje zavrtnja ili nitni mikrometri imaju izuzetno tanke nakovnje i omogućavaju mjerenje prečnika navoja zavrtnja.
• Granični mikrometri imaju dva nakovnja i dvije osovine i koriste se kao ugrizni mjerači. Dio koji se mjeri mora proći kroz prvi razmak i zaustaviti se kod drugog razmaka da bi se utvrdilo da zadovoljava postavljene uslove. Razmaci su postavljeni tako da odražavaju raspon tolerancije za dati proizvod.
• Mikrometri za unutašnje prečnike obično imaju tri nakovnja i koriste se za mjerenje unutrašnjih prečnika.
• Cijevni mikrometri imaju cilindrični nakovanj postavljen normalno na osovinu. Koriste se za mjerenje debljine cijevi.
• Mikrometarske klapne su mikrometri koji su stavljaeni na postolje na stolu za glodalicu, strug ili drugu mehaničku alatku umjesto običnih klapni. Pomažu rukovaocu mašinom da precizno postavi mašinu i predmet koji se obrađuje. Takođe se može koristiti za uključivanje isključnika ili graničnih prekidača za zaustavljanje sistema napajanja.
• Loptasti mikrometri imaju sferne nakovnje. Mogu imati jedan ravni i jedan sferni nakovanj i tada se koriste za mjerenje debljine zida cijevi, razmak rupe i ivice i ostala mjerenja gdje se jedan nakovanj mora postaviti na zaobljenu površinu. Prednost nad cijevnim mikrometrima je mogućnost korištenja u druge svrhe, a nedostatak nemogućnost uklapanja u manje cijevi. Loptasti mikrometri sa parom sfernih nakovanja mogu se koristiti kada se na obje strane želi ostvariti samo jedna tačka kontakta. Najčešći primjer upotrebe je mjerenje faznog prečnika navoja.
• Mikrometri za inspekciju se koriste za provjeravanje dimenzija predmeta i imaju preciznost od polovine mikrometra.
• Cifralni mikrometri kod kojih se pri očitavanju dimenzija cifre prevrću.
• Digitalni mikrometri kod kojih se udaljenost digitalno očitava.
• V mikrometri su mikrometri za mjerenje spoljašnjih dimenzija kod kojih je nakovanj u obliku v-bloka. Korisni su za mjerenje prečnika kruga pomoću tri tačke jednako udaljene od njega. Ovo mjerenje najpoznatiju primjenu ima pri mjerenju elemenata glodalice i spiralnih bušilica.

Principi rada

Animacija mikrometra u upotrebi. Predmet koji se meri je u crnoj boji. Merenje je 4,140 ± 0,005 mm.

Mikrometri koriste vijak za pretvaranje malih rastojanja (koja su premale da bi se direktno merila) u velike rotacije vijka koje su dovoljno velike za čitanje sa skale. Tačnost mikrometra proizilazi iz tačnosti oblika navoja koji su u središtu jezgra njegovog dizajna. U nekim slučajevima to je diferencijalni zavrtanj. Osnovni principi rada mikrometra su sledeći:

1. Količina rotacije precizno napravljenog vijka može se direktno i precizno povezati sa određenom dozom aksijalnog kretanja (i obrnuto), kroz konstantu poznatu kao korak vijka. Korak zavrtnja je rastojanje za koje se aksijalno pomera napred sa jednim potpunim zaokretom (360°). (U većini zavoja [tj. u svim zavojima sa jednim početkom], korak i visina se odnose u osnovi na isti koncept.)
2. Sa odgovarajućim korakom i velikim prečnikom zavrtnja, data količina aksijalnog kretanja pojačaće se u rezultirajućem obodnom kretanju.

Na primer, ako je navoj vijka 1 mm, ali je glavni prečnik (ovde spoljni prečnik) 10 mm, tada je obim vijka 10π ili oko 31,4 mm. Zbog toga se osno kretanje od 1 mm pojačava (uvećava) do obodnog kretanja od 31,4 mm. Ovo pojačanje omogućava da mala razlika u veličini dva slična izmerena predmeta stoji u korelaciji sa većom razlikom u položaju naprstka mikrometra. U nekim mikrometrima se postiže još veća preciznost korišćenjem diferencijalnog zavrtnja regulatora za pomeranje naprstka u mnogo manjim koracima nego što bi to dozvoljavao jedan navoj.

U analognim mikrometrima u klasičnom stilu, položaj naprstka se očitava direktno sa oznaka skale na naprstku i rukavu (za nazive delova pogledajte gornji odeljak). Često je uključena skala nonijusa, što omogućava očitavanje položaja do razlomka najmanje oznake skale. U digitalnim mikrometrima, elektronsko očitavanje prikazuje dužinu digitalno na LCD-u na instrumentu. Postoje i verzije sa mehaničkim ciframa, poput stila automobilskih odometara, gde se brojevi „prevrću“.

Literatura

• Fizika za prvi razred gimnazije. Istočno Sarajevo: Zavod za udžbenike i nastavna sredsta. 2009. 
• Roe, Joseph Wickham (1916), English and American Tool Builders, New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753 . Reprinted by McGraw-Hill, New York and London, 1926 (LCCN 27-24075); and by Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois, (ISBN 978-0-917914-73-7).
• ISO 3611: "Geometrical product specifications (GPS). Dimensional measuring equipment. Micrometers for external measurements. Design and metrological characteristics" (2010)
• BS 870: "Specification for external micrometers" (2008)
• BS 959: "Specification for internal micrometers (including stick micrometers)" (2008)
• BS 6468: "Specification for depth micrometers" (2008)
• Waitelet, Ermand L. (1964). „Micrometer with adjustable barrel sleeve. US 3131482 A”. Google patents. Pristupljeno 26. 8. 2016. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Precision Measuring and Gaging”. www.waybuilder.net. Arhivirano iz originala 28. 8. 2016. g. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

Spoljašnje veze

• Open Source Physics Micrometer Computer Model Arhivirano na sajtu Wayback Machine (2. april 2015)
• Simulator očitavanja za stoti dio milimetra kod špoljašnjih mikrometara
• Simulator očitavanja za hiljaditi dio milimetra
• Lekcije o mikrometru za profesore i učenike
• Simulator očitavanja za hiljaditi dio inča
• Simulator očitavanja za stoti dio inča
• Quantum Laser Micrometers
• micrometer simulator with zero error.
• How to read a micrometer screw gauge
• How its made, micrometer