Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
Все параметры прибора заносят в его паспорт — документ, сопровождающий прибор. 1
ГЛАВА I
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
К механическим приборам относятся приборы, в которых используются законы механики (различные соотношения между кинематическими и динамическими величинами, а также механической энергией). В то же время для измерения механических величин используются и другие физические явления (электрические, оптические, атомные). Поэтому в этой главе не избежать некоторых экскурсов в электронику, оптику и другие разделы физики и техники.
§ 1. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ
Линейка, градуированная по эталону в единицах длины (см, мм), является простейшей рабочей мерой длины. Линейка должна изготавливаться из твердого материала, мало меняющего свои свойства со временем, лучше из металла (деревянные и особенно пластмассовые лийейки,' высыхая, становятся заметно короче). Следует также учитывать тепловое расширение и линейки, и объекта. (На это можно не обращать внимание только в том случае, если они сделаны из одного материала.) Широко используются гибкие меры длины: рулетка, портновский метр и т. д. Точность этих приборов невелика.
Большей точности достигают в приборах с нониусом, например в штангенциркуле. Нониус позволяет более точно определять количество долей деления основной шкалы. К основной шкале с делением I изготавливается вспомогательная — нониус, каждое деление которого меньше деления основной шкалы на I — In- 6, где 6 — малая часть деления. Определить б нетрудно, совместив начала линеек (рис. 10, а).
Допустим т делений нониуса 2 соответствует т — 1 делениям основной шкалы 1, т. е. тій =(т — 1)/. Тогда ft = / — L = lIm (на рис.10, а — в 6 = 1/3 основного деления). Пусть вначале совпадают нулевые деления обеих шкал (рис. 10, а). Сдвинув нониус вправо, поместим измеряемое тело 3 между началами линеек, как показано на рисунке 10, б. При сдвиге на ? первое деление нониуса совпадает с первым делением основной шкалы, затем при сдвиге на 26 — второе со вторым и т. д. Таким образом,
I 2
J PtL Г ? J tdm г 1Ъ|
»*г о і г з «J ё і 2 3 IJ
Wh 1_
s (0 <9
........і.........................i".... гомм mm .....1
Рис. 10. Использование нониуса в штангенциркуле.
14 номеру совпавшего деления мы можем определить, на сколько до-ей'деления сдвинулся вправо нониус, т. е. какова длина тела.
Если длина тела больше одного деления, то отсчет долей деления зоизводится аналогично, следует обращать внимание4 только на то еление нониуса, которое совпало с некоторым (неважно, каким) ¦лением основной шкалы. Так, на рисунке 10, в длина тела равна -(- 26 "делений = 22/3 деления).
Обычно o берут меньше, и нониус может быть сложнее (рис. 10, г), всегда цена деления нониуса равна цене од-ого деления основной шкалы, деленной на исло делений нониуса. Так, на рисунке 10, г цена
1 MM Г\ пс
ного деления нониуса равна = 0,05 мм.
Другой способ определения доли деления основной шкалы прибора зименен в микрометре. Здесь использован способ винта и барабана. IHT и полый барабан, составляя одно целое, вращаются и ввинчи-%аются в основу, зажимая измеряемую деталь (рис. 11). На основной Іикале читаются целые миллиметры (или половины миллиметров). |3дин полный оборот барабана соответствует продвижению винта и барабана на один шаг резьбы, который равен одному делению основной шкалы. Неполный поворот соответствует неполному делению основной шкалы. По краю барабана нанесены деления, разделяющие '¦его окружность на доли оборота. Поворот на одно деление барабана ^соответствует смещению винта впра-во или влево на расстояние, равное цене деления основной шкалы, деленной на число делений барабана. Например, если деление основной шкалы 0,5 мм, а на бараба- /-не 50 делений, то поворот на одно деление соответствует смещению на 0,01 мм.
Микрометр точнее штангенциркуля, но, как правило, может измерять только небольшие детали. Точность его зависит от точности изютовления резьбы. Для того чтобы прижим детали был не слишком большим (и стандартным), барабан поворачивают за фрикцион, который при определенном усилии перестает вести за собой барабан и винт («прощелкивает»).
Для дальнейшего увеличения точности отсчета применяется опти- рис 12 Вертикальный оптиметр: ческии рычаг. Рассмотрим прин- станина, 2 — измеряемая деталь, цип действия оптиметра (рис. 12). 3 — толкатель, 4 — зеркало, 5 —зри-Луч света от осветителя 9 прохо- тельная труба, 6 — окуляр, 7 — шка-дит через боковое отверстие в оку- ла- * - 3ерК8ЛО'
J ---'--
4 -----
3
Рис. 11. Микрометр: 1 — скоба, 2 — винт с барабаном, 8 — основная шкала, 4 — деления барабана, 5 — измеряемая деталь, 6 — фрикцион.
15 ляр 6 зрительной трубы 5, отражается полупрозрачным зеркалом 8, поставленным под углом 45°, и попадает на зеркало 4, наклон которого зависит от Толщины детали 2. В окуляре 6 есть шкала 7, на нее проецируется ее же собственное отражение от зеркала 4. Без детали зеркало 4 горизонтально (перпендикулярно лучу) и отражает луч в прямо противоположном направлении, при этом изображение шкалы совпадает с самой шкалой 7. Такой окуляр называется автоколлимационным (см. окуляры). При наличии детали зеркало поворачивается иа угол а, а отраженный луч — на угол 2а. В окуляре изображение шкалы сдвигается относительно самой шкалы, что наблюдается глазом и позволяет измерять толщину детали. Благодаря большой длине луча (на рисунке масштаб не выдержан) незначительный поворот на угол а вызывает значительное смещение изображения шкалы.
