Поверка микрометров: методики, контроль точности и метрологические требования

Микрометры применяются там, где необходимо измерять линейные размеры с высокой точностью: толщину деталей, наружный диаметр, глубину, размеры заготовок и другие геометрические параметры. Даже небольшая погрешность такого инструмента может привести к неправильной оценке размера, выходу детали за установленный допуск или браку продукции.

Чтобы подтвердить соответствие прибора установленным метрологическим требованиям, проводят поверку. Методика поверки микрометра определяет, какие характеристики необходимо проверить, какие меры и вспомогательное оборудование использовать, при каких условиях проводить работы и по каким критериям оценивать результат.

Для распространённых механических микрометров с ценой деления 0,01 мм применяется МИ 782-85. Документ распространяется на ряд микрометров типов МК, МЛ, МТ, МЗ, МГ и МП.

Однако конкретную методику необходимо выбирать по типу и конструкции средства измерений. Для рычажных, цифровых, специальных микрометров и приборов других исполнений могут применяться отдельные документы.

Что проверяют при поверке микрометра

Поверка не ограничивается сравнением показаний прибора с одной мерой известного размера.

В зависимости от конструкции могут контролироваться:

• состояние корпуса и измерительных элементов;
• работа микрометрического механизма;
• плавность перемещения винта;
• исправность стопорного устройства;
• положение шкалы;
• плоскостность измерительных поверхностей;
• параллельность рабочих поверхностей;
• измерительное усилие;
• погрешность показаний;
• характеристики установочных мер.

Набор операций определяется конкретной методикой.

Так, для гладких механических микрометров особенно важны состояние пятки и торца микрометрического винта, их взаимное положение и стабильность усилия, с которым инструмент воздействует на измеряемую деталь.

Для специальных конструкций могут дополнительно контролироваться другие геометрические или метрологические параметры.

Как выбрать методику поверки

Первый вопрос перед проведением работ — какой нормативный документ относится к конкретному прибору.

Для этого необходимо установить:

• тип и модель микрометра;
• изготовителя;
• заводской номер;
• диапазон измерений;
• цену деления или дискретность отсчёта;
• нормируемую погрешность;
• сведения об утверждённом типе СИ;
• установленную методику поверки.

Для классических механических микрометров может использоваться МИ 782-85.

Для других конструкций действуют отдельные документы. Например, методика поверки рычажных микрометров установлена ГОСТ 8.411-81, а для некоторых микрометров со вставками применяется МИ 2077-90.

Поэтому ориентироваться только на общее название «микрометр» недостаточно. Два прибора с похожим назначением могут иметь разную конструкцию и, соответственно, различный порядок поверки.

Почему при поверке важны условия окружающей среды

Размеры деталей и эталонных мер зависят от температуры. Металл при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается, поэтому даже небольшая температурная разница способна повлиять на результат высокоточного измерения.

Методики устанавливают допустимые условия проведения поверки и требования к предварительной выдержке прибора и средств поверки.

Микрометр и эталонные меры должны успеть принять температуру помещения, в котором проводятся измерения.

Важно также снизить влияние тепла от рук оператора. При работе с высокоточными средствами измерений для этого используют предусмотренные конструкцией теплоизоляционные элементы или другие способы, указанные в методике.

Особенно заметно влияние температуры при работе с микрометрами большого диапазона и при контроле малых отклонений.

Внешнее состояние и работоспособность микрометра

Перед определением погрешности проверяют состояние прибора.

Осматриваются:

• измерительные поверхности;
• стебель;
• барабан;
• микрометрический винт;
• стопор;
• трещотка или фрикционный механизм;
• шкала;
• маркировка;
• установочные меры, если они входят в комплект.

На рабочих поверхностях не должно быть повреждений, способных повлиять на результат измерения.

Глубокие царапины, сколы, выраженный износ, деформация или другие дефекты могут привести к ошибке даже при исправном микрометрическом механизме.

После внешнего осмотра прибор опробуют.

Винт должен перемещаться плавно, без заеданий и рывков. Проверяется работа стопора, устойчивость показаний после фиксации винта, а для микрометров со сменными или передвижными элементами — надёжность их положения.

Проверка нулевого положения

Для микрометров, диапазон которых начинается с нуля, измерительные поверхности сводят с использованием трещотки или другого устройства, обеспечивающего нормированное измерительное усилие.

Показание должно соответствовать положению, предусмотренному методикой.

Если нижний предел измерений составляет, например, 25, 50 или 75 мм, для установки исходного положения используют соответствующую установочную меру.

Но правильный ноль ещё не говорит о точности инструмента во всём диапазоне.

Микрометр может правильно показывать исходное значение, но иметь заметную погрешность при дальнейшем перемещении винта. Поэтому нулевая установка — только одна из контролируемых характеристик.

Почему проверяют измерительные поверхности

У гладкого микрометра размер определяется расстоянием между пяткой и торцом микрометрического винта.

Если хотя бы одна из этих поверхностей имеет неправильную геометрию, результат может зависеть от того, в каком месте между ними расположена деталь.

Плоскостность

Для ряда механических микрометров отклонение от плоскостности проверяют интерференционным методом с применением плоской стеклянной пластины.

По характеру интерференционных полос можно оценить состояние рабочей поверхности.

Для некоторых приборов, находящихся в эксплуатации, методика допускает и другие способы контроля.

Нарушение плоскостности может быть связано с износом, повреждением или деформацией поверхности.

Параллельность

Не менее важно взаимное положение пятки и измерительной поверхности винта.

Если они расположены непараллельно, один и тот же объект может давать разные результаты в зависимости от положения между рабочими поверхностями.

Для проверки могут использоваться плоскопараллельные стеклянные пластины или концевые меры длины.

Конкретный способ зависит от типа и диапазона микрометра.

Измерительное усилие и его влияние на результат

При измерении микрометр прижимает рабочие поверхности к детали с определённым усилием.

Если затягивать винт каждый раз по-разному, показания могут изменяться. Особенно это заметно при работе с тонкими, мягкими или легко деформируемыми объектами.

Для создания более стабильного усилия в конструкции применяется трещотка или фрикционный механизм.

При поверке может контролироваться как само измерительное усилие, так и его изменение в пределах диапазона.

Если механизм работает нестабильно, повторяемость измерений ухудшается даже при правильной шкале и хорошем состоянии рабочих поверхностей.

Поэтому исправность трещотки — не просто вопрос удобства эксплуатации, а один из факторов точности измерений.

Как определяют погрешность микрометра

Одна из основных операций поверки — сравнение показаний прибора с известными значениями длины.

В качестве эталонных средств обычно применяют плоскопараллельные концевые меры.

Проверка выполняется в нескольких точках диапазона, чтобы оценить работу микрометрического механизма при различном положении винта.

В простейшем виде отклонение можно представить как:

Δ = Lизм − Lэт

где:

Lизм — показание микрометра;

Lэт — действительное значение длины меры.

Если размер концевой меры составляет 15,000 мм, а микрометр показывает 15,010 мм, отклонение будет равно:

15,010 − 15,000 = +0,010 мм.

Полученный результат сравнивают с допустимым пределом, установленным для конкретного типа средства измерений.

Единого значения допустимой погрешности для всех микрометров нет. Оно зависит от конструкции, диапазона, класса точности и документации на конкретный прибор.

Почему одной или двух контрольных точек недостаточно

Погрешность микрометрического механизма может изменяться по диапазону.

Например, прибор способен точно показывать 5 и 10 мм, но иметь повышенное отклонение ближе к верхнему пределу измерений.

Поэтому методика предусматривает проверку нескольких значений.

Кроме того, важно контролировать механизм при разных угловых положениях микрометрического винта.

Если использовать только условно «круглые» значения, некоторые периодические ошибки винтовой пары могут остаться незамеченными.

Такой контроль помогает выявить:

• неточность шага резьбы;
• локальный износ винтовой пары;
• неравномерность перемещения;
• несовпадение фактического перемещения со шкалой.

Именно поэтому поверка должна охватывать рабочий диапазон, а не только его начало и конец.

Для чего проверяют установочные меры

Микрометры, диапазон которых начинается не с нуля, часто комплектуются установочной мерой.

Она используется для задания исходного положения прибора перед измерением.

Если фактический размер меры отличается от номинального, микрометр будет изначально настроен неправильно. В результате систематическая ошибка появится во всех последующих измерениях.

Поэтому методика может предусматривать проверку:

• фактической длины установочной меры;
• состояния её поверхностей;
• плоскопараллельности рабочих участков.

При необходимости измерения выполняют в нескольких точках поверхности, чтобы оценить не только размер, но и его равномерность.

Какие неисправности выявляет поверка

Причиной отрицательного результата может быть не только превышение допустимой погрешности.

В процессе поверки могут обнаружиться:

• износ рабочих поверхностей;
• нарушение их параллельности;
• повреждение микрометрического винта;
• люфт;
• заедание механизма;
• неправильное положение шкалы;
• неисправность стопора;
• нестабильное измерительное усилие;
• дефекты трещотки;
• неправильный размер установочной меры;
• механические повреждения прибора.

Поэтому микрометр может показывать правильный размер на одной контрольной мере и при этом не соответствовать требованиям по другим характеристикам.

Поверка позволяет оценить прибор комплексно, а не только сравнить одно его показание с эталонным значением.

Особенности цифровых и специальных микрометров

Современные микрометры могут отличаться от классических механических приборов не только способом отображения результата.

Цифровые модели имеют электронную систему отсчёта, программные компоненты и дополнительные функции. Специальные микрометры могут иметь нестандартные измерительные поверхности, вставки или конструкцию, рассчитанную на измерение определённых деталей.

Для таких приборов набор метрологических операций может отличаться.

Именно поэтому применять МИ 782-85 ко всем микрометрам только по признаку их назначения нельзя.

Если прибор относится к утверждённому типу СИ, необходимо определить методику, закреплённую за конкретным типом.

Разработка методик поверки микрометров в ИЦРМ

Для нового или модернизированного микрометра может потребоваться отдельная методика поверки.

Такая задача возникает при разработке нового типа средства измерений, выводе импортного оборудования на российский рынок, изменении конструкции, диапазона, метрологических характеристик или принципа формирования результата.

При разработке методики необходимо определить:

• перечень операций поверки;
• требования к средствам поверки;
• условия проведения измерений;
• способы контроля измерительных поверхностей;
• контрольные точки диапазона;
• методы определения погрешности;
• дополнительные метрологические характеристики;
• критерии оценки результатов.

ИЦРМ работает с метрологической документацией и участвует в испытаниях средств измерений в целях утверждения типа.

Для предварительного анализа микрометра могут потребоваться его техническое описание, сведения о конструкции, диапазоне измерений, дискретности, допустимой погрешности и предполагаемой области применения.

Заключение

Методика поверки микрометров предусматривает комплексную оценку состояния и метрологических характеристик прибора.

Для механического микрометра проверяется не только точность показаний, но и состояние измерительных поверхностей, работа винтового механизма, измерительное усилие, положение шкалы и характеристики установочных мер.

Погрешность контролируют в нескольких точках рабочего диапазона, поскольку правильное показание в одном положении ещё не подтверждает точность инструмента в целом.

Для распространённых механических моделей может применяться МИ 782-85, а для рычажных, специальных, цифровых и других исполнений используются отдельные нормативные документы.

Поэтому перед поверкой необходимо сначала точно определить тип микрометра и установленную для него методику, а уже затем выбирать средства поверки и порядок проведения работ.