اندازه گیری
چشم انداز
تمامی مهندسین ( بدون توجه به اینکه در چه شاخه ای کار می کنند )پیوسته با مسائل اندازه گیری روبرو هستند . مسائلی نظیر اندازه گیری جرم ، نیرو ، دما ، مقدار یک جریان الکتیرکی ، طول ،زاویه و غیره و یا مسائلی مربوط به اثرات جمعی از آنها .نتایج این قبیل اندازه گیری ها خط مشیی را به مهندس نشان می دهد و اطلاعاتی را فراهم می کند که می توان بر اساس آنها تصمیم گرفت .
این قبیل اندازه گیری ها بخشی از علم متالوژی را شکل می دهد به خصوص مربوط به مهندسان مکانیک یا مهندسان تولید می شوند چرا که با اندازه گیری طول و زوایا ارتباطند .
در این بین طول یکی از اجزاء مهم اندازه گیری است و با کاربرد خاصی از اندازه گیری خطی می توان اندازه گیری زاویه را نز انجام داد.
در حقیقت مقصود از اندازه گیری حصول وسیله ای است برای کمک به تصمیم گیری هر چه بهتر. البته باید گفت که اندازه گیری تا زمانی بر اساس دقت قابل قبولی نباشد یک اندازه گیری کامل نخواهد بود.اگر چه هیچ اندازه گیری دقیق نیست اما ذکر دقت در اندازه گیری به ابعاد اندازه گیری بسیار مفید است. می دانیم عضو لاینفک اندازه گیری است و گریزی از آن نیست ولی به حد اقل رساندن آن ممکن است. در این جا مثالی آورده می شود: فرض کنید که یک اپراتور در اختیار دارید و اندازه اسمی آن 30 mm است. آیا بیان اندازۀ اپراتور به تنهایی کافی است؟ حال اطلاعات زیر را در نظر می گیریم:
(a : خطای اندازه گیری شده در راپراتور -0.0002mm است.
(b : و دقت آن +-0.0004 mm است.
حال هر کسی از این راپراتور استفاده کند اطلاعات کاملی در اختیار دارد و د جهت اندازه گیری دقیق تر یاری اوست.
گاهی اوقات دقت اندازه گیری بالا نیست و می توان از خطا چشم پوشی کرد مثلاً فرض کنید از یک راپراتور(بلوک اندازه گیری) برای اندازه گیری خط مبنای یک ورنیه که فقط mm 0.02 دقت دارد استفاده شود. در اینجا خطا قابل چشم پوشی است چرا که مقدار آن ناچیز است حالا اگر از همین راپراتور برای تنظیم یک کمپراتور (مقیاسه گر) که درجه بندی آن تا mm 0.001 را نشان می دهد استفاده شود مقدار خطا مهم بوده و باید در نظر گرفته شود. با ترتیب دقت اندازه گیری راپراتور دقت کمپراتور، کل دقت اندازه گیری حاسل می شود.
در انتها باید گفت این فصل مرجعی خواهد شد برای مطالب بعدی کتاب .
2-1 انواع خطاها
معمولا در هر اندازه گیری دو نوع خطا می توان تشخیص داد. یک نوع آنهایی می باشند که با دقت بیشتر در کار می توان حذفشان کرد و نوع دیگر که عضو لاینفک اندازه گیری می باشد و به عبارت دیگر نمی توان آنها را به صفر رساند.
1-2-1) خطاهایی که می توان آنها را حذف کرد (آنها را به صفر رساند)
الف) خطاهای ناشی از غلط خواندن:
مثلاً یک میکرومتر به مقدار 28/5 را نشان می دهد 78/5 یا 28/6 خوانده می شود.
ب) خطاهای محاسباتی.
این نوع خطا معمولاً به هنگام جمع کردن اعداد پیش می آید. مثلاً برای جمع کردن یک ستون از اعداد دو راه وجود دارد یآ از بالا، اعداد را با هم جمع کنیم یا از پایین ستون شروع به جمع زدن می کنیم که در هر دو صورت باید جوابها بر هم منطبق باشند در بسیاری مواقع این قبیل خطاها (همچنین خطاهای ناشی از غلط خواندن) نتایج دور از انتظاری به دست می آیند و با تکرار اندازه گیری آشکار می شود. البته همیشه با تکرار ایرادها مشخص نمی شود تنها راه جلوگیری از پیشامد چنین خطاهایی دقت و توجه به جزئیات است.
ج) خطاهای محوری :
این نوع خطاها زمانی اتفاق می افتد که وسیله اندازه گیری با قطعه کاردر راستای صحیح قرار نداشته باشند که معمولا بین اندازه واقعی یعنی D ومقدار غیر حقیقی یعنی M یک رابطه مثلثاتی برقرار خواهد بود.(شکل1-1)
با توجه به شکل، صفحه مدرج با قطعه کار زاویه می سازد بنابراین (1-1) در حالت دیگری همین نوع خطا در اثر نا راستایی بین امتداد خط دید و درجه بندی دستگاه اندازه گیری پدید می آیند.
اکثر اندازه گیری ها کم و بیش متأثر از شرایط محیطی در آن نانجام می شوند هستند و مهمترین عامل نیز دماست و هم دمای محیط چندان سودمند نخواهد بود بنابریان باید سعی کرد خود جسم نیز دمای ثابت و حتی الامکان دمای محیط دمای محیط اندازه گیری را داشته باشد. دست زدن به وسیله اندازه گیری خود می تواند دمای وسیله را تغییر داده از دقت آن بکاهد.
بنابراین بهتر است که در طول مدت انداز گیری کلیه وسایل روی یک سطح چوبی یا پلاستیکی قرار داده شوند، همچنین تا آنجا که امکان دارد وسیله اندازه گیری دارای دسته عایق باشد.
وقتی که درباره اندازه گیری ، بحث می شود باید دو نکته مهم را مورد توجه قرار داد :
1) اندازه گیری مستقیم: قطعه مستقیماً به وسیله ابزار اندازه گیری ، اندازه گرفته می شود. در این حالت تأثیر حاسل از به کار بردن یک دمای غیر استاندارد تولید یک خطای نسبی می کند.
(2-1)
L :طول واقعی (اندازه گرفته شده در دمای استاندارد
X : ضریب انبساط طولی قطعه
: میزان انحراف دما از دمای استاندارد
(2) اندازه گیری غیر مستقیم (نسبی یا مقایسه ای ):
اگر فرض کنیم که دو قطعه داریم که ضریب ننبساطی طولی آنها به ترتیب باشند.
آنگاه خطای ناشی از کاربرد دمای غیر استاندارد عبارت است از.
در صورتیکه مقادیر x1 و x2 کوچک باشند و میزان خطا کوچک می شود.
با توجه به مطالب فوق واضح است که اندازه گیری مستقیم هم دما بودن تمامی اجزاء سیستم اندازه گیری مهم بوده بهتر است که تا حد امکان نزدیک به دمای استاندارد باشد.
در بعضی از وسائل اندازه گیری علاوه بر ، عوامل دیگر نظیر میزان رطوبت هوا، فشار هوا، میزان دی اکسید کربن و... قادر به تغییر دقت اندازه گیری می باشند. پس باید در تمام طول اندازه گیری عوامل فوق ثبت شده و بعد از اندازه گیری آنها تغییر ایجاد می کنند می توان به تداخل سنجها اشاره کرد.
هـ) خطاهای ناشی از تغییر شکل کشسان :
هر شیء کشسان برای تحمل نیرویی بر آن وارد می شود تغییر شکل می دهد به بزرگی این تغییر شکل وابسته به بزرگی نیرو، بزرگی سطح تماس و خواص میکانیکی مواد در حال تماس دارد. پس باید مراقب بود تا میزان بار یا فشار اندازه گیری به هنگام استفاده از روش اندازه گیری. مقایسه ای (یعنی اندازه گیری با کمپراتورها)ثابت باشند.
در بسیاری از کارخانجات برای داشتن اندازه گیری بهتر از کمپراتورها و میکرومترهای رومیزی استفاده می کنند فشار اندازه گیری و منظور از فشار بین سطوح قطعۀ مورد اندازه گیری و وسیلۀ اندازه گیری است ثابت است و اگر سطوح تماس که البته می توانند از انواع مختلف باشند صحیح تنظیم نشوند اندازه واقعی به دست نخواهد آمد.
بنابراین قبل از خواندن هر گونه اندازه گیری یا هر برداشتی از اندازه و ابعاد قطعه کار، باید آن را نسبت به وسیلۀ اندازه گیرةی دقیقاً تنظیم نمود. فرمول زیر تغییر شکل نهایی، در اثر فشارw وارد بر قطعه ای کره ای شکل را نشان می دهد. به عبارت دیگر اگر یک کره استاندارد به شعاع استاندارد و یک قطعه اندازه گیری کره ای شکل به شعاع قابل اندازه گیری داشته باشیم که هر دو تحت فشار اندازه گیری W قرار دارند تغییر در فاصله مراکز این دو کره یعنی ، می شود :
تغییر شکل نهایی (4-1)
و به ترتیب ضرایب پواسان برای قطعه استاندارد و قطعه کار می باشند. و و نیز برای قطعه استاندارد و قطعه کار می باشند. اگر این اندازه گیری به وسیله یک کمپراتور و در دو مرحلۀ A و B انجام شود مقدار خطای خواهد بود که تغیؤی شکل نهایی برای مرحلۀ اول و برای مرحله دوم است. ضمناً باید مقادیر به طور جداگانه برای هر دو حالت A وB تعیین شود.
نوع دیگر ازتغییر این شکل کشسان وقتی اتفاق می افتد که یک جسم زیر فشار وزن خود شکم دهد و خم شود) در این حالت برای خطا می توان موقعیت تکیه گاه را تغییر داد. (شکل 2-1)
(a استاندارد خط و میله ی ها که شیب انتهای میله صفر است.
(b لبه های مستقیم انتهایی مشتبه مرکز میله تغییر شکل می دهد.
شکل 2-1) موقعیت های تکیه گاهی برای حالات مختلفی از اندازه گیری (به جنبش ضمیمه مراجعه شود) در حالت اول می بینید که شیب در انتهای قطعه صفر است ولی در حالت دوم شیب در دو انتهای قطعه به همان میزان شیب در وسط قطعه است پس تغییر شکل کشسان حاصل از وزن قطعه در حالت اول کمترین تأثیر را بر طول دارد.
2-2-1 خطاهایی که نمی توان آنها را حظف کرد.
هیچ اندازه گیری نمی تواند کاملاً دقیق باشد چرا که هر مقدرا عددی ثبت شده به چشم انسان بستگی دارد و انسان می تواند در هر مرحله از خواندن اشتباه کند بنابراین خواندن درجه بندی وسیله اندازه گیری به توانایی مقصدیمتعددی در خواندن درجه بندی و در بعضی حالات نیز به حس لامسه مقصدی وابسته است.
الف) خطاهای ناشی از درجه بندی
اگر درجه بندی که اندازه ها از روی آن خوانده می شود دارای خطا باشد بدیهی است که خود اندازه گیری هم دارای خطا خواهد شد. اسن خطا تا حدودی با میزان سازی در جه بندی وسایل اندازه گیری مطابف استانداردهای معین طول بر طرف می شود. با این حال خطای ناشی از درجه بندی را در اندازه گیری های مقایسه ای با کوچک ترین تقسیمات کاهش می دهند.
ب) خطاها در قرائت.
با چه دقتی می توان یک درجه بندی را خواند؟ البته این بستگی دارد به ضخامت خط کشی ها (درجات) و فاصله بین تقسیمات و ضخامت خط مینا با عقریه ای که برای خواندن بکار می روند.
برای راهنمایی بیشتر در نظر بگیرید که هر گاه عقربه یک وسیله اندازه گیری روی یکی از تقسیمات قرار بگیرد دقت خواندن مقدار عددی، %10I و هر گاه عقربه وسیله اندازه گیری بیت تقسیمات قرار گرفت مقدار دقت %20I دقت تقسیمات درجه بندی باشد .
در این صورت اگر عقربه مقدار 3- واحد (واحد در اینجا واحد تقسیمات درجه بندی است) را نشان دهد و دقت درجه بندی (کوچک ترین مقداری را که درجه بندی نشان می دهد) 0/001mm باشد اندازه نسبی که عقربه نشان داده است -0/003mm و دقت آن 0/0002mm می شود.
لازم به ذکر است که وقتی یک کمپراتور (مقایسه گر) عمل اندازه گیری را انجام می دهد این دسته از خطاها دوبار اتفاق می افتند. یکبار در حالی که دستگاه بوسیله گیبهای مادر (اندازه گیر های مادر) تنظیم می شود و یکبار زمانی که اندازه قطعه کار از روی دستگاه قرائت میشود.
ج) خطاهای ابزار گیری :
انواع خطاهای مختلفی که در صفحات گذشته شرح داده شدند از انواع جمع شونده هستند به این معنی که در بعضی مواقع باید مقدار دیگری به عنوان حساسیت که در اثر لمس کردن ابزار یا قطعه کار پیش می آید به آنها اضافه کرد . که البته مقدار آن هم به نوع وسیله اندازه گیری که مورد استفاده قرار گرفته است بستگی دارد.
عموماً برای حذف چنین اثری (حساسیت لامسه) که کمپراتورها و مقایسه گرها استفاده می شود استفاده می شود. در اینجا فرض می کنیم که می خواهیم قطر یک اندازه گیر توپظی ساده با قطر اسمی mm 25 را به دست آوریم.
اندازه گیری به کمک کمپراتوری ا بزرگ نمایی 5000 که با یک راپراتور به طول اسمی mm25 و با خطای معلوم mm0.0001 و دقت mm 0.0002 تنظیم شده است انجام می شود.
وقتی راپراتور در دستگاه قرار دارد مقدار 0 قرائت می شود و زمانی که اندازه کسر توپی ار در دستگاه قرار می دهیم مقدار 2/1- (از تصمیمات درجه بندی) قرائت می شود. ضمناً اثر تغییر شکل جنس هر دو از یک ماده است ضمناً ه هنگام تماس سطوح شرایط به نحوی است که تغییر در آنها بسیار جزئی است. مسئله ذیل به صورت جدولی تنظیم شده است.
|
میزان دقت و تعیین
|
مقدار قرائت شده
|
عنصر (عامل) خطا
|
| |
|
راپراتور
|
| |
|
مقدار قرائت شده به هنگام تنظیم
|
| |
|
مقدار قرائت شده از کمپراتور
|
| |
|
نتیجه جمع کل
|
بنابراین اندازۀ گیج(اندازه گیر) (یا در واقع قطر آن)
خواهد بود اما با توجه به دقت کل به دست آمده مقدار قطر گیج بین مقادیر زیر محدود خواهد شد.
قطر گیج
قطر گیج
3-1 خطاهای ترکیبی
در بسیاری از مواقع اتفاق می افتد که اندازه محاسبه شده نهایی ، تابع است از تعداد اندازه های خاص مثل a,b,c و ... که هر کدام از آنها دارای دقت و... می باشند.
در ا«ی صورت دقت اندازه گیری DM با نشان داده می شود را می توان به کمک مشتق جزیی به دست آورد.
منظور از (رند m به رند A) مشتق جزئی m نسبت به a است یعنی متغیر های دیگر را در رابطه M ثابت فرض کرده و نسبت به مشتقa می گیریم و به همین نحو برای و... به عنوان مثال به مسئله ص110 توجه کنید که در یک اندازه گیری دقت به صورت زیر تعریف شده است :
به فرض:
مقدار دقت D به صورت زیر حاصل می شود.
توجه شود که در اثر ایجاد خطا در دما به اندازۀ ، باعث تایری به مقدار mm 024/0 در dD تاثیر حاصل شده است بنابراین L باید با مقدار دقت بیشتری نسبت به w تعیین تعیین شود چرا که dD شامل 96 درصد و فقط 3 در صد است.
4-1 تاثیر نتایج میانگین یا روشهای آماری
اگر یک اندازه گیری کامل را چندین بار تکرار کنیم مقادیر متفاوتی برای اندازۀ x به دست می آوریم (به فرضx مقدار مورد اندازه گیری می باشد )در نتیجه می توانیم با رسم نمودار های آماری یک فرکانس توزیع به دست آوریم. همچنین به کمک این اطلاعات می توان میزان انحراف داده ها یعنی را پیدا کرد.طبق بررسی های انجام شده 28/99 در صد از مشاهدات بین که x میانگین مشاهدات است قرار دارند پس می توان گفت که برای کارهای عملی دقت تخمینی است.
حال اگر ما این مشاهدات را به زیر گروههای تصادفی n تایی تقسیم کنیم و برای زیر گروهای مقدار x میانگین را بیابیم به کمک فرمول های آماری می توانیم یک فرکانس توزیع برای مقادیر x پیدا کنیم. طبیعی است که این روش بسیار دقیقتر از آن است که فقط به اندازه یک بار به اندازه گیری اکتفا کنیم. طبق فرمول زیر می توان مقدار انحراف داده ها را یافت:
: انحراف میانگین استاندارد
: انحراف استاندارد هر مشاهده
n : تعداد عضوهای زیر گروهها یا اندازه نمونه
لنابراین با توجه به مطالب گفته شده در مورد دقت و می توان گفت که دقت تعیین اندازه میانگین یک نمونه n تایی (n مشاهده ای) عبارت است است:
جدول آماری نشان می دهد که تریباً 95 در صد از تمامی مشاهدات در محدوده که میانگین مشاهدات است قرار دارند در حدود 65 درصد از مشاهدات نیز در محدودۀ قرار دارند . حالا می توان با اطمینان اظهار کرد که مقدار دقت مشاهدات را یافته ایم برای توضیح بیشتر : فرض کنید که دقت تخمین زده شده ی: تک مشاهده بوده و برابر باشد. با توجه به بررسی های انجام شده این دقت برای بیش از 99 درصد مشاهدات قابل اطمینان است. بطور ساده تر می گوییم که دقت برای بیش از 99 در صد مشاهدات درست است . به روش مشابه که این دقت برای حدوداً 95 در صد از مشاهدات اعتبار دارد و بالاخره
که یان دقت برای حدوداً 95 درصد از مشاهدات ارتباط دارد و بالاخره که برای 65 درصد از مشاهدات قابل قبول است .اگر این مقادیر را با حد متوسط n مشاهده و ترکیب می کنیم ، خواهیم داشت :
(محدوده اول) = 99 درصد محدودۀ اطمینان
(محدوده دوم) = 95 درصد محدودۀ اطمینان
(محدوده سوم) = 65 درصد محدودۀ اطمینان
بنابراین به کمک فرمول های داده شده می توان انحراف استاندارد را محاسبه کرد و علاوه برآورد مقدار دقت تعیین می توان محدوده اطمینان آن را نیز به دست آورد.
5-1 روشهای ترسیمی
فرض کنیم در آزمایشی دو متغیر اندازه گیری شده x و y به دست آمده اند. برای یآفتن رابطه بین آنها می توان یک منحنی از مقادیر قرائت شده را ترسیم کرد و با رسم یک خط میانگین رابطه منحنی خط میانگین رابطه منحنی را تعیین کرد به این معنی که خطاها را در یک از مشاهدات به صورت میانگین در می آوریم (منظور از خط میانگین آن است که منحنی حاصل را با تقریب به صورت یک خط به نام خط میانگین در می آوریم)معولا مشاهدات به نحوی انجام می شود که منحنی حاصل یک خط راست به فرم کلی y=ax+b بدست می آید که a شیب خط و b عرض مبداً است. اگر خط میان به وسیله چشم و به صورت تخمینی انتخاب شود امکان ایجاد خطا خواهد بود. اما اگر در هر نقطه یک مستطیل رسم شود و دقت تعیین هر یک از مشاهدات مشخص شود ، از آنجا که از انتهای هر مستطیل در خط اخراج می شود ، دو خط قابل رسم خواهند بود که در نتیجه دو رابطه به دست می آیند.
با یان روش در حقیقت محدودۀ دقت رابطه منتج به دست می آید استفاده از این روش پر زحمت است و معمولاً از روشی بهتر با نام کوچکترین توان دوم (مربع) استفاده می شود.
1-5-1 روش کوچکترین توان دوم
فرض کنیم a شیب منحنی باشد. در واقع می توان گفت که a نمونه متوسط y است وقتی که به x نحوی معین داده شود:
عملا استاده از این فرمول مستلزم محاسبات دشواری است و معمولاً از فرمول عمودی دیگری که در آن فقط از داده های اصلی و اولیه استفاده می شود و دیگر نیازی به محاسبات مقدار میانگین نیست
استفاده می شود.
بدین ترتیب بهترین مقدار برای a پیدا می شود. بهترین مقدار برای b را می توان با جایگزین کردن مقدار میانگین xوy در عبارت y=ax+b یافت که در اینجا:
بهتر است که جدولی طراحی کنیم و برای مقادیر x و y و وxy و مقادیر نهایی ستون هایی در نظر گرفته مسئله را حل کنیم .
در جدول زیر مقدار x و y در جدولی مشخص شده اند مشاهده می کنید.
|
totals
|
|
|
91
|
13
|
12
|
11
|
10
|
9
|
8
|
7
|
6
|
5
|
4
|
3
|
2
|
1
|
X
|
|
481
|
54
|
57
|
57
|
44
|
41
|
36
|
33
|
37
|
33
|
31
|
24
|
18
|
17
|
Y
|
|
819
|
169
|
144
|
121
|
100
|
81
|
64
|
49
|
36
|
25
|
16
|
9
|
4
|
1
|
|
|
3966
|
702
|
684
|
616
|
440
|
369
|
288
|
231
|
222
|
165
|
124
|
72
|
36
|
17
|
xy
|
با توجه به مقادیر جدول و با استفاده از عبارت (12-1) داریم:
با جایگزین کردن آنها عبارت :
پس رابطه خط راست به صورت زیر به دست می آید:
حال اگر ما مقادیرx را در عبارت حاصل قرار دهیم مقدار تئوری y که آن را Y در نظر می گیریم حاصل می شود در این صورت خطا در مقدار مشاهده شده (y , Y) خواهد بود این محاسبه اگر در جدول انجام شد علاوه بر ستون های مربوط به محاسبات a و b دو ستون اضافه برای و y-Y نیاز است. در اینجا متذکر می شویم که این روش برای ارزیابی صحت و ثابت بودن نتایج آزمایش بکار رود.
1-6 خلاصه
خلاصه نکات اصلی این فصل به قرار زیر است:
1) همه اندازه گیری ها خطا پذیر هستند.
2) انحراف ایجاد شده در اندازه گیری باید براورد شده و به عنوان دقت اندازه گیری ارائه شود.
3) دقت را می توان با تکرار اندازه گیری به دفعات متعدد و تعیین مقدار میانگین بهبود بخشید.
4) روشهای آماری تشخیص دقت و درجه (محدوده) اطمینان باید به کار گرفته شود.
5) روشهای آماری همچنین می تواند برای تحلیل داده های آزمایش بکار می رود که معمولا به صورت نموداری نشان داده می شود و عموماً این روش موجب سازگاری بهتر داده های حاصل از آزمایش روابط یا قوانین مشتق شده از آن می باشد.
پایان فصل اول
فصل دوم :
استفاده از امواج نوری به عنوان استانداردهای طول
1-1 تکامل تدریجی استاندارد طول
علم اندازه گیری در بسیاری از علوم و فنون مورد اهمیت است و درآنها نقش بسزایی دارد. از طرفی وجود واحد های اندازه گظیری عضو لاینفک علم اندازه گیری است. واحدهای اندازه گیری علاوه بر نقض مهمشان در اندازه گیری در پیشرفت تکنولوژی پیشرفت فراوانی می کنند اما برای قابل استفاده بودن این واحدها باید به آنها عمومیت داد یعنی در کل کشورها قابل درک باشند و در واقع واحدهای بین المللی شوند .در پی حصول چنین مقاصری دو سیستم اینچی و متریک ایجاد شدند که سالهای متمادی کشورهای صنعتی جهان از آنها استفاده می کردند. در سال 1960 به وسیله کمیتۀ اوزان و مقادیر سیستمی تهیه شد با نام سیستم SI که مخفف (systeme international unites) است و از دو سیستم mks و mksa منشعب شده است هم اکنون در بسیاری از کشورهای صنعتی مهم استفاده می شود و بسیاری از کشورها سیستم واحدهای خود را به آن تغییر داده اند.
در این کتاب سیستم Si مورد استفاده قرار می گیرند و به همین دلیۀ واحد طول متر خواهد بود.
1-1-2 تعریف متر
متر عبارت است از : که طول موج اشعه نارنجی رنگ (قرمز پرتقالی) ایزوتوپ کریپتون 86 در خلاء است.
این تعریف است که کشورهای استفاده کننده از سیستمSI از طول ارائه داده اند. در ادامه مبحث سیستمها متذکر می شویم که هر سیستم بین المللی باید بتواند دقت مورد نیاز در اندازه گیری را برابرتمامی مقاصر علمی و صنعتی تأمین کند. برای به دست آوردن دقت های مختلف برای متر، زیر واحدهایی تعریف می شود مثلاً مقادیر راپراتوها و ملحقات آنها نظیر (دقت و خطا)که از آنها در استانداردهای عملی طول استفاده می شوند به قدری دقت دارند که برای کالیبره کردن آنهااز اینتر فرومتری (تداخل سنجی) که بر اساس طول موج نور انجام می گیرد استفاده می شود.
2-2 ماهیت نور
تداخل سنجی شاخه ای از علم است که پایه تولید اشعه نور از یک منباء نور و تجزیه آن در یک عرضی که معمولاً چشم است قرار دارد. تفاوت طول در مسیری که شعه های نور طی می کنند تا قبلاز تجزیه شدن آنها مشخص کنندۀ فاز آنهاست. این اختلاف فازها در چشم احساس می شود( به طورت نوارهای تاریک و روشن )برای درک پدیده تداخل لازم است که ماهیت نور را بدانیم. برای توضیع ماهیت نور دو تئوری ارائه شده است .تئوری ذره ای و تئوری موجی تئوری ذره ای به وسیله نیوتن اظهار شد که در آن نور بصورت انتشار ذرات درخشان فرض می شود. و تأثیر این ذرات در چشم احساس(دیدن) نور را ایجاد می کند.
تئوری موجی که بوسیلۀ تمویگنس ارائه شد فرض را بر این گذاشته بود که ور به صورت حرکت موجی است که در فضا منتشر می شود. این تئوری به طور رضایت بخشی پدیدۀ تداخل نور را ترجیح می کند. پس نور به صورت یک موج الکترومغناطیسی به شکل سینوسی در نظر گرفته می شود.
جهت انتشار در راستای محور ox است و فاصلۀ طی شده به وسیلۀ یک موج در دورۀ تناوب(مدت زمان T) را طول موج گفته و با نشان می دهیم . همچنین می توان گفت که طول موج فاصله بین دو نقطه هم موقعیت مثل P و P می باشد . بیشترین دامنۀ تغییر a و شدت آن a3 است.سرعت انتشار برابر با است. همچنین فرکانس نور است. برای هر نور تک رنگ مشخص ، پارامتر به شرایط های محیط نظیر دما و فشار بستگی دارد. حال اگر به عنوان مثال ز پرتو نور سبز رنگ جیوه 198 برای منبع نور تک رنگ استفاده کنیم طول موج آن 5461/0میکرومتر خواهد بود. در بسیاری مقاصد مهندسط از نور سفید که متشکل است از رنگهایی که در محدوده طیف مرئی قرار می گیرند استفاده می شود و به همین علت نور سفید منبع مناسبی برای مقاصد اینترفرومتری خواهد بود.
جدول زیر مقدار تقریبی طول موج رنگهای موجود در طیف مرعی را نشان می دهد و شرح می دهد که چرا بعضی از منابع نور برای اندازه گیری طول قابل بررسی نیستند.نمی توان طول موجها ره به طور دقیق به تک تک رنگها نسبت داد برای همین معمولا در مسایل از یک طول موج متوسط به عنوان موج نور سفید و مقدار تقریبی mm5/0 استفاده می شود. و از آنجا که دارای دقت کافی است می توان ان را به عنوان یک استاندارد طولی قبول کرد. نقص در طول موج برای رنگهای اصلی مهمترین دلیل تلاش فیزیکدانان در طی سالیان متمادی برای یافتن نور تک رنگ خالص نظیر آنچه که جیوه 198 یآ کریپتون 86 به دست می دهند بود که به اندازۀ کافی دقیق و قابل تولید هستند.
|
محدوده طول موجها(Mm)
|
فاصله(محدودۀ)طول موجها(Min)
|
رنگ
|
|
423/0-396/0
|
7/16-7/15
|
بنفش
|
|
490/0-423/0
|
3/19-7/16
|
آبی
|
|
575/0-490/0
|
6/22-3/19
|
سبز
|
|
600/0-575/0
|
6/23-6-22
|
زرد
|
|
643/0-600/0
|
4/25-6/23
|
نارنجی
|
|
698/0-643/0
|
5/27-4/25
|
قرمز
|
3-2 پرتوهای تک رنگ
:ی پرتو نور تک رنگ ممکن است ترکیبی با مقدار تعداد نا متناهی از انواج با طول موج یکسان که طول موج رنگ هر موج را مشخص می کند. در اینجا به بررسی تداخل دو پرتو تک رنگ با طول موج یکسان می پردازیم.عمل تداخل می تواند به دو شکل باشد : اگر دو پرتو A وB هم فاز باشند و هم دور از نقطه o شروع می شوند دامنه نوسان بر آیند، می شود و (شکل2-2)
حال اگر اختلاف فازی برابر بین A و B ایجاد شود عمل تداخل به صورتی که در شکل نمایش داده شده انجام خواهد گرفت.
اگر هم فاز باشند که از مقدار Max کمتر است و بالاخره اگر اختلاف فاز بین آنها به همان صورتی که در شکل 4-2 نشان داده شده است به اندازه 180 درجه یا باشد و مقدار Min خواهد بود در صورتی که آنگاه در این حالت چشم ، نوری را احساس نمی کند و یک نور تاریک دیده می شود.
لازم به ذکر است که به جابجایی به شکل خطی صورت می گیرد و تداخل Max بین دو موج زمانی انتفاق می افتد که .
تداخل دو موج A و B که که هم منبع و هم فاز هستند می توان به صورت نشان داده شده در شکل 5-2 نیز شرح داده شود.
پرده ای را در نظر می گیریم که خط oo1 بر آن عمود است و دو منبع نور همسان و هم فاز A و B در مقابل آن مستقراند. O وسط AوB است. حال اگر به بررسی تداخ در نقطۀ o1 بپردازیم (نقطه O1 روی صفحه ) واضح است که بنابراین دو پرتو AوB در نقطه 1O نیز هم فازند این حالت شباهت دارد به شکل 2-2. در این نقطه دامنه نوسان ها با هم جمع شده و یک نوار روشن ایجاد می شود که چشم آن را حس می کند. حال اگر در نقطه 2o به بررسی بپردازیم فاصله Ao2 ب طور کاملاً روشنی کوچکتر از Bo2 است و داریم :
که b عدد صحیح است. پس موج به اندازه می چرخد (خارج از فاز) در این حالت دامنه کم می شود (ویآ به صفر می رسد) در نتیجه حاصل یک نوار تاریک است. اگر نقطه ای دیگر نظیر 03 را بررسی کنیم : که در این حالت دامنه ها با هم جمع می شوند و در نتیجه یک نوار روشن حاصل می شود. در حالت تشکیل نوار تاریک تفاوت مسیر طی شده بوسله A وB تا o2 مضرب ذوجط از نصف طول موج است و در حالت تشکیل نوار روشن این تفاوت، مضرب ضروری از نصف طول موج است. لازم به ذکر است که این تداخل زمانی انجام می شود که شکل3-2 دامنۀ برآیند aR برای ودو موج A و B که مقدار اختلاف فاز دارند.
شکل 4-2 دامنه برآیند برای دو موج A و B که مقدار نصف طول موج 180 درجه اختلاف فاز دارند.
منابع نور A و B یکسان می باشند. برای این کار در مقابل یک منبع نور دو شکاف A وB قرار می دهند که در نتیجه دو پرتو یکسان به دست می آید.
بنابراین به طور خلاصه:
A) نور تولید شده در یک منبع تکةی باید به دو جزء تقسیم شود.
B) قبل از ترکیب در چشم هر اشعه باید مسیری را تا رسیدن به پرده طی کند تفاوت این مسیرها مضرب عددی در نصف طول موج است.
شکل5-2
تشکیل نوارهای تاریک و روشن پی در پی روی پرده که حاصل از طی شدن مسیرهای متفاوت به وسیلۀ امواج دو منبع A وB می باشد.
4-2 کاربرد اینترفرومتری در آزمایش تخت بودن سطح
یکی از مسایل مربوط به ساخت در مهندسی دقیق که متناوباً با آن مواجه می شویم تولید سطوحصاف و با مساحت نسبتاً کوچک است . چنین سطوحی طبیعتاً به وسیله سنگ زنی و صیقل کاری سایشی متناوب انجام می شود تا به سطحی با درجه صافی و پرداخت بالا به دست آید.
یکی از رضایت بخشترین و البته مناسبترین روشها برای آزمایش صافی سطح چنین سطحی ، استفاده از پدیده تداخل نور و کاربرد شیشه های نوری به عنوان اندازه گیری های مادر می باشد.
یک شیشه نوری دیسکی است از شیشه تنش گیری شده آی از کوارتز هر دو طرف آن صاف و صیقلی و پولیش شده می باشد. درجه صافی آن بالاتر از سطحی است که در مهندسی با آن مواجه می شویم به همین دلیل شیشه های نوری می توانند به عنوان یک مرجع برای سنجش صافی بکار روند (یا برای مقایسه صافی سطح )
شیشه های نوری از قطر mm25 وجود دارند با قطر mm300 و همچنین بزرگترین آنها ضخامتی در حدود mm50 دارند. و در همه حالات سخت و نسبتاً تنش گیری شده است. استفاده صحیح در کاربرد و حفظ آنها موجب افزایش و نامحدود شدن تقریبی اثرپذیری شان (در برابر نور) می شود. حال اگر یک شیشه نوری را به صورت طبیعی و بدون اعمال هیچ فشاری به آن روی سطح یک منعکس کننده صاف و(تخت) قرار بدهیم تماس یک حالت کاملاً افقی نخواهد داشت بلکه همانطور که در شکل 6-2 نشان داده شده است تحت زاویه خواهد بود و یک لایه هوا بین سطوح قرار خواهد گرفت. البته مقدار در اینجا اغراق آمیز در نظر گرفته شده است.
شکل6-2 رویت شکل گیری نوارهای تداخل حاصل از پرتو موازی یک نور تک رنگ روی یک سطح تخت از طریق شیشه نوری.
حال اگر این سیستم تحت تابش پرتوهای موازی یک نور تک رنگ قرار بگیرد دیده می شود که قسمتی از موج تولید شده از منابع S در نقطه a منعکس می شود و قسمتی دیگر در امتداد لایه هوا به B منتقل شده و در انجا منعکس می شود. B نقطه ای است روی سطح نقطه کار . دو جزء منعکس شده جمع می شوند و در چشم دوباره ترکیب می شوند. ولی مسیرهای طی شده به وسیله دو پرتو نشان داده شده و به اندازه a b c تفاوت دارند.
اگر = a b c آنگاه شرایط برای تداخل کامل رضایت بخش است به این معنی که پرتو تابیده شده از منبع s به دو جزء تقسیم شده و منعکس می شوند همچنین ا«ی دو جزء به اندازه نصف طول موج نور به هم اختلاف فاز دارند. اگر به صورت عمود بر شیشه نوری نگاه کنیم یک خط مستقیم یا یک نوار تداخلی دیده خواهد شد. حال در امتداد سطح به نقاط مشابه به نقاط a و b می رسیم (نقاط d و e) در اینجا طول مسیر طی شده به وسیله دو پرتو به اندازۀ def تفاوت دارد. اگر = def درباره عمل تداخل صورت گرفته و نوار تداخلی دیگری دیده خواهد شد.
حال در امتداد سطح در نقاط مشابه به نقاط A وB می رسیم (نقاط eوd) در اینجا طول مسیر طی شده بوسیله دو پرتو به اندازۀ def تفاوت دارد.
درباره عمل تداخل صورت گرفته و نوار تداخلی دیگری دیده خواهد شد.
در نقاطی که اختلاف مسیر برابر حاصل ضرب یک عدد زوج در نصف طول موج است دو جزء منعکس شده هم فازند و یک نوار روشن در آن نقطه دیده خواهد شد.
بنابراین یک سطح متشکل از نوارهای تاریک و روشن پدید خواهد آمد که به صورت نوارهای مستقیم خواهد بود. برای یک سطح تخت به همان نحوی که در شکل 7-2 نشان داده شده است.
یک سطح داخلی تشکیل می شود.
شکل7-2 نوارهای داخلی حاصل از پرتوهای موازی یک نور تک رنگ که بر روی یک سطح تخت ایجاد شده و از طریق شیشه نوری دیأه می شود.
ایجاد یک انحراف باعث حصول خطا در تخت بودن (یا تختی) سطح و در روی صفحه ای به موازات رأس زاویه خواهد شد.
دوباره به شکل 6-2 بر می گردیم دیده می شود که اگر کوچک باشد (که باید چنین باشد) داریم:
مقدار دور شدن شیشه نوری و سطح تخت از نقطۀ b تا e برابر با تفاضل de , ab خواهد بود:
پس مقدار دور شدن شیشه نوری و سطح تخت برابر است با نصف طول موج نور و البته برای نقاط و روی نوارهای تداخلی و مجاور هم اگر افزایش یابد نوارهای تاریک و روشن به هم نزدیک تر می شوند و برعکس با کاهش دو سطح شیشۀ نوری وقطعه کار به موازات هم ترار گرفته در نتیجه پهنای نوارها زیاد می شود.
عملاً تغییرات بسیار کم است چرا که اگر را خیلی بزرگ بگیریم نوارها خیلی به هم نزدیک می شوند و در نتیجه غیر قابل تشخیص خواهد بود و اگر را خیلی کم کنیم مثلا دو سطح اگر به هم فشرده شوند هوای موجود بین سطوح از بین رفته و هظیچ نواری مشاهده نخواهد شد.
در عمل زاویه آنقدر زیاد نیست که در شکل 6-2 نشان داده شده است.
و معمولاً تماس در چندین نقطه و یا چندین خط صورت می گیرد. شکل8-2 نمونه ای را نشان می دهد که در آن سطح قطعه کار محرب است. تماس بین قطعه کار و شیشه نوری در یک نقطه مرکزی با بلندترین ارتفاع صورت می گیرد . شکل 8-2 نمونه ای را نشان می دهد که در آن سطح قطعه کار محرب است. تماس بین قطعه کار و شیشه نوری در یک نقطه مرکزی با بلندترین ارتفاع صورت می گیرد. به همین علت نوارهای تاریک و روشن به صورت دوایری به مرکز نقطه تماس تشکیل می شوند . هر نوار نمایش دهندۀ مجموعه نقاطی است که از سطح کار به یک ارتفاع هستند. مقدار اختلاف ارتفاع بین نقاط مختلف عبارت است از:
تغییر های در ارتفاع نقطه تماس
در آن طول موج نور مورد استفاده و n شماره نوارهای مجاور مشاهده شده است.
واضح است نوارهای مشاهده شده وقتی که سطح کار محدب است یا زمانی که سطح کار مقعر است یکسانند. برای تشخیص این دو حالت اگر سطح محدب باشد و یک گونه از شیشه نورظی به آرامی فشار دهیم تمامی نوارها به آن طرف متمایل می شوند و مرکز دوایر به وضعیت اولیه انتقال می یابند.
شکل8-2 نوارهای نمونه تولید شده بر روی یک سطح محدب توجه شود که با افزایش زاویه بین سطوح کار و سطح شیشه فوراً نوار ها باریک تر شده و به هم نزدیک می شوند.
همچنین نوارهای خارجی تر به هم نزدیک می شوند اگر سطح مقعر باشد دیگر با فشردن گوشه شیشه نوری تغییر در شکل نوارها ایجاد نمی شودچرا که شیشه نوری با سطح در یک نقطه تماس ندارند بلکه بر روی خطوطی گرداگرد صفحه کار با آن تماس دارد.
بنابراین براتی تشخیص سطح مقعر کافی است به آرامی مرکز شیشه نوری را بفشاریم که در نهایت دوایر تولید شده به هم نزدیک تر می شوند و در نتیجه از تعداد آن کاسته خواهد شد.
عموماً شیشه های نوری را در نور طبیعی که دارای طول موج تقریبی 0/5Mm است به کار می برند. بنابراین اختلاف ارتفاع بین نقاط تشکیل دهندۀ هر دو نوار مجاور به اندازۀ یاmm 25/0 خواهد بود.
نوار های تشکیل دهنده همانند شکل 10-2 می باشد.
شکل10-2) نوار نمونه تولید شده روی سطحی که c.l (خط مرکزی) آن به اندازه نصف طول موج بلند تر از لبه هایش است.
فرض کنید که نقطه یا خط تماس در AA باشد . در اینجا یادآوری می کنیم که تمامی نقاط هم ارتفاع نسبت به سطح شیشه نوری در روی یک نوار تاریک و روشن قرار می گیرد.بنابراین نوارهای نمونه مطرح شده در حقیقت نقشه ای از محیط سطح تخت آزمایش است و فاصله بین هر نوار نمایش دهنده مقدار ارتفاع نسبت به سطح شیشه نوری است که مقدار این اختلاف ارتفاع است در شکل 10-2 نقطه c به همان اندازه نقطه B از شیشه نقطه نوری فاصله دارد ولی به اندازۀ دورتر یا نزدیک تر از نقطه D . بنابراین سطح کار c ذه اندازۀ بلندتریا (کوتاهتر) از سطح در نقطه D است.
اگر انحنای نوار به سوی خط تماس یعنی A باشد سطح کار محدب است حالت عکس نیز امکان پذیر است. تمرین و ممارست در کاربرد شیشه های نوری برای به دست آوردن درک صحیحی از قطعات تولید شده ضروری است و در همین راستا باید به هنگام کاربرد انها به نکات زیر توجه داشت:
1) همیشه شیشه های نوریرا به دقت و به مقدار کم جابه جا کنید.
2) مطمئن شوید که سطح قطعه کار و شیشه نوری کاملاً تمیز باشد و در صورت لزوم آنها را با چرم بز کوهی یآ پارچه ای از جنس (selvyt) خشک و پاک کنید.
3) هرگز شیشه را به سطح کار نفشارید بلکه آنها را روی قطعه قرار دهید ضمناً کج بودن شیشه نوری باعث تولید نوارهای تاریک و روشن غلط می شود.
4) هیچ وقت دو شیشه نوری را به هم نفشارید چرا که جدا کردن انها مشکل است و امکان دارد سطح آنها خراشیده و خراب شود .
5-2) تداخل سنجها اینتر فرومترها)
شیشه های نوری را می توان در نور روز یا بهتر ، در یک منبع انتشار نور تک رنگ شامل یک لامپ تخلیه سدیم که در مقابل یک صافی (فیلتر زرد رنگ) قرار دارد به کار می رود.
با این وجود به کار گیری آنها برای کارهای دقیق گاهی توأم با کشکلاتی نظیر مشکلات زیر می شود.
1) کنرل شیشه نوری روی قطعه بیشتر مواقع مشکل است همچنین با کج شدنش دقت نوارهای تولید شده کاهش می یابد چرا که شیشه نوری باید در بهترین موقعیت قرار بگیرد.
2) نوارها دقیقاً از بالا و در راستای قائم دیده نمی شوند و کج دیدن باعث خطا خواهد شد.
این مشکلات با به کار گیری وسائل نوری با نام تداخل سنجها بر طرف می شود. در اینجا دو نوع از آنها شرح داده می شود: یک نوع برای اندازه گیری صافی سطح و نوع دیگر بای کنترل میزان خطای طول و طول راپراتورها با استفاذه از طول موج نور.
1-5-2 تداخل سنجها .N.P.L برای تعیین میزان صافی سطح
این وسیله به صورت شماتیک در شکل 11-2 نشان داده شده است که به وسیله آزمایشگاه ملی فیزیک (National physical laboratory N.P.L)
طراحی شده است و به صورت تجاری و به وسیله شرکت Corentry Gauge and Tool ساخته شده است.
این تداخل سنج شامل یک منبع نور بخار جیوه است که از یک صافی سبز عبور می کند . بنابراین نورهای دیگر جذب شده و فقط نور سبز با طول موج نزدیک به mm 5/0 عبور می کند. این نوار از یک روزنه عبور داده خواهد شد تا منبع نور نقطه ای تولید کند. نور حاصل از چنین منبعی با عبور از عدسی موازی ساز تبدیل به اشعه موازی می شودو مستقیماً به طرف شیشه نوری و سپس قطعه تحت آزمایش گسیل می شود. پس از انجام تداخل نوری و تشکیل نوارهای تاریک و روشن در سرتاسر قطعه ، تصویر این نوارها دقیقاً از بالای آنها به وسیله یک شیشه منعکس کننده که تحت زاویه 45 درجه نسبت به افق قرار دارد به طرف چشم منتقل می شود. برای اینکه نوارهای تداخلی به بهترین شکل ممکن ایجاد شوند باید وضعیت قطعه تحت آزمایش را تغییر داد به همین دلیل سطح مبنای یک سرپایۀ قابل چرخش است که درجه بندی نیز می باشد.
مزیت این تداخل سنج آن است که می توان از آن برای تعیین موازی بودن سطوح قطعه کار (یا راپراتور) نیز استفاده کرد برای این کار نیز دو روش به کار می رود:
1) گیج های با طول کمتر از mm 25.
2) گیج های با طول بیشتر از mm25
شکل 11-2 ) ساختمان تداخل سنج برای آزمایش صافی سطح ( با اجازه چاپ از N.P.L)
1) در این حالت نوارهای تداخلی هم روی سطح مبنا و هم روی قطعه تولید می شود.
اگر فاصله بین نوارهای تولید شده د روی قطعه با نوارهای ایجاد شده روی سطح مبنا برابر به موازات هم بودند سطوح فوقانی و تحتانی قطعه با هم مساوی اند.
2) در این حالت دیدن نورها روی سطح مبنا مشکل است. با توجه به اینکه سطح تحتانی قطعه کار با سطح مبنی کاملاً موازی هستندسطح فوقانی قطعه با شیشه نوری و زاویه ای می سازد( شکل(a) 12-2) از آنجا که سطح مبنی قابل چرخش است می توان آن را 180 درجه چرخاند در این صورت زاویه فوق افزایش می یابد(شکل (b) 12-2) و تعداد ابزارهای بیشتری قابل مشاهده خواهد بود.
در اپراتور نشان داده شده (شکل12-2) در حالت اول 10 نوار در حالت دوم 18 نوار مشاهده شده است.
در شکل(a-12-2) فاصلۀ بین راپراتور (گیج)و شیشه نوری S1 در موقعیت دوم شکل (b-12-2) S2 می باشد. همانظور که در بخش 4-2 توضیع داده شد.
------
جهت کالیبره و طبقه بندی کردن راپراتورهای کنار گذاشته شده.
تداخل سنج N.P.L-Pitter یکی از تداخل سنجهای شناخته شده ای است که عمل اندازه گیری را به طور مستقیم (بی واسطه)انجام می دهد و به وسیله واسطهی آزمایشگاه ملی فیزیک طراحی شده است.
شکل شماتیک آن در شکل 13-2 دیده می شود که میدان دیگر نیز در عدسی چشمی نشان داده شده است.
در عمل، منبع نور لامپ سدیم است که عدسی همگسرای j اشعه حاصل از آن را در روزنه G جمع می کند و بدین وسیله منبع نور نقطه ای ایجاد می شود. سپس اشعه حاصل به طرف عدسی موازی کننده f گسیل شده وارد منشور e می گردد که شکل خاص این منشور باعث چرخش پرتو ها به اندازه و به طرف شیشه نوری c می شود. صفحه پایینی منشور به وسیله یک ماده نیمه منعکس کننده از آلمینیوم پوشیده شده است که بخشی مساوی از پرتوهای تابیده را به طرف بالا منعکس می کند و بخش دیگری را به طرف شیشه نوری c عبور می دهد که پس از عبور از شیشه نوری به سمت فوقانی راپراتور و صفحه مبنایb برخورد می کند. نور منعکس شده از روی هر کدام از این سطوح بر می گردد و پس از برخورد به منشور منعکس کننده r به میزان 90 درجه و به طرف عدسی سر دوربین و به محلی که چشم قرار دارد می چرخد.
شکل 13-2) دیاگرام سیستم نوری تداخل سنج N.P.L از 4-0 اینچ برای اندازه گیری خطا در راپراتورها (با اجازه چاپ از N.P.L)
بدین ترتیب نوارهای تداخلی تشکیل می شود. یک سری از آنها بر اثر انعکاس از روی سطح مبنای B ایجاد می شودو در روی این نوارها ، نوارهای دیگری تشکیل می شود که در اثر انعکاس نور از روی سطح فوقانی راپراتور که به روی سطح مبنا قرار گرفته است ایجاد شده اند.
معمولاً مجموعه نوارهای تداخلی تشکیل شده به اندازه A از خط میزان جابجا می شود که مقدار جابجایی a به نوع رنگ و در نتیجه طول موج نور تجزیه شده به وسیله منشور منحرف کننده بستگی دارد.مقدار جابجایی a به صورت کسری از پهنای نوارها یعنیb نشان داده میشود. فقط کافی است که مقدار f را برآورد کنیم که ا«ی مقدار نیز برای 4 پرتو حاصل از اشعه لامپ سدیم (قرمز-سبز-آبی-بنفش) که حاصل از تجزیه در منشور منحرف کننده هستند تعیین شده است.ار آنجا که خط میزان، منطبق بر نوارهای تداخلی تشکیل شده به روی سطح راپراتور است می توان گفت که فاصله بین هر نوار به وجود آمده به روی سطح راپراتور و نوار مشابه آن که به روی سطح مبنا تشکیل شده است a می باشد: شکل (b-13-2) به وضوح مطلب فوق را نشان می دهد .
شکل14-2) جابجایی بین گیج و سطح مبنا در تداخل سنج نوع N.P.L.
روش اندازه گیری:
نکته مهمی که قبلاً باید ذکر شود آن است که شرایط فیزیکی محیط باید به هنگام اندازه گیری در شرایط استاندارد باشد به صورت زیر:
دما در فشار هوا 760mmhg- فشار بخار آب mmhg7 ومقدار
در هوا 03/0 در صد.
در صورت تغییر هر کدام از مقادیر فوق باید مقادیر صحیح به هنگام محاسبه را اعمال شود.
بعد از ذکر این نکته اکنون به محاسبه خطای یک راپراتور mm3 می پردازیم برای این کار از سه طول موج
حاصل از پرتو سدیم به قرار زیر استفاده می کنیم :
----
حال با کم کردن فرمول حاصل از مشاهده کردن صفحات گیج از فرمول حاصل از محاسبات مقادیر اسمی یعنیg میزان انحراف یا خطای G از مقدار اسمکیش یعنی Gn محاسبه می شود:
---
قرار دادن اطلاعات در جدول است مثل جدول زیر:
---
مقاطدیری در ستون های 6 و 7 نشان داده شده اند به وسیله روش انتباق درجات به وجود آمده اند. این روش ساده ترین راه یافتن مضارب صحیح نصب طول موج ومضارب کسرهای نصف طول موج(I) می باشد که در اندازه گیری خطا در گیج کاربرد دارند. مقادیری که در ستون 5 به دست آمده برای این است که درجه انطباق دقیقی برای مقادیر ستون 6 داشته باشیم در روش انطباق درجات از یک خط کش کشویی استفاده می شود که در شکل 15-2 نمایش داده شده است که در روی ان طول موجهای سه پرتو نور تک رنگ قرمز ، سبز،بنفش از یک مبدأ مشترک روی درجه ها نشان داده شده اند.
درجه بندی پایین خط کش مطاابق است با درجه بندی یک میکرومتر و یک خط نیز از مقادیر 29/2 و 89/2 و 19/3 که بردی درجه بندی طول پیدا شده اند ، عبور داده می شوند .
امتداد این خط درجه بندی میکرومتر را در عددmm48/1 را قطع می کند که همان میزان خطا در ارتفاع گیج است.
* مقادیر فوق، حاصل عبارت داخل کروشه در فرمول است.
---
1-3) شکل انداز
ما در فصل گذشته توانستیم بین روشها اندازه گیری که پایه استاندارد های مهندسی طول ایجاد شده بودند و علل استفاده از این قبیل استانداردها پل ارتباطی برقرار کنیم.
البته بررسی این ارتباط به علم اندازه گیری مربوط نیست و به طور کامل مربوط به رشته فیزیک می باشد. با این همه ارتباط بین روشهای اندازه گیری و استانداردهای طول از پایه های اندازه گیری خطی است. اندازه گیری خطی معمولاً اندازه گیی قطعه کار با یک اندازه معین مثلاً اندازه یک گیج مرجع می باشد که به آن اندازه گیری مقایسه ای می گویند .
برای انجام موفقیت آمیز این قبیل اندازه گیری ها با دقت مورد احتیاج و اغلب نیاز به استادی و مهارت در به کار بردن تجهیزات و وسائل نسبتاً ساده می باشد.
این کار همواره محتاج به کار گیری یکسری اصول ساده و مشخص و داشتن پشتکار و تنظیم راهی روشمند و استفاده از فنون متعددی است که فقط با تمرین به دست می آید.
این نکاد در آینده با تشریح اندازه یک گیج صفحه ای (Plain gap gavgc) بهتر تفهیم خواهد شد. در پایان باید گفت در این قبیل اندازه گیری ها هیچ چیز نمی تواند جانشین تجربه شود.
2-3) گیجهای خطا و گیج های مکعبی شکل
این دو گیج از معیارهای سودمند برای طول در کارهای مهندسی می باشد. به دلایل متعددی قابل ملاحظه اند :
جدول زیر 888.s.B استخراج شده استو مشخص کننده دقت در ابعاد و اندازه ها همچنین در صافی سطح و تفاضی سطوح است. البته این جدول تمامی پارامترهای گیجهای خطا را مشخص نمی کند.
در مجموعه خطا دارای درجه بالایی از استحکام ابعادی بوده و قابل فشردن به یکدیگر می باشند.
استحکام آنها حاصل از انتخاب مناسب فولادی است که در ساختشان به کار رفته است و همچنین ثبات رفتار گرمایی که گیجها پس از عملیات سخت شدن طی می کنند علت دیگی آن می باشد.
خواص مربوط به قابلیت فشاردهی آنهاد به یکدیگر ناشی از صافی سطح و پرداخت سطوحی است که وقتی دو گیج از جهت آن سطوح به یکدیگر تماس پیدا می کنند نه تنها هوای بین آنها خارج می شود بلکه جاذبه مولکولی بین آنها نیز پدیدار می گردد. مطلب اخیر به کمک این حقیقت قابل نشان دادن است که وقتی دو گیج برای مدتی به هم فشرده می وند و جدا کردن آنها مشکل خواهد بود. با توجه به این موضوع تذکر داده می شود که نباید گیجها برای مدت طولانی در شرایط فشردگی قرار گیرند چرا که در غیر این صورت سطوح تماس به هنگام جدا کردن خراب خوهد شد.
عموماً گیجها به چهار دسته تقسیم می شوند که هر کدام دارای یک دقت می باشند و هر کدام را بسته به کیفیت و نوع کاری که انجام می دهد بکار می برند.
نوع کارگاهی انها که دسته اول را تشکیل می دهند برای تمامی مقاصد کارگاهی و محدوده وسیعی از کارهای بازرسی و معاینه از دقت کافی برخوردار می باشند.
دسته دوم گیجهای بازرسی هستند که اختصاص دارند به معاینه و بازرسی و تنظیم گیجها و همچنین استاندارد کردن کمپراتور(گیجهای کنترل کیفیت)
دستۀ سوم گیجهای میزان سازی (یا کالیبره کردن) می باشند که برای کارهای با کیفیت بالا نظیر بازرسی اندازۀ گیجهای کارگاهی و بازرسی گیجهای حدی (limit gouge) مورد استفاده قرار می گیرند.
دسته چهام گیجهای مرجع می باشند همانطور که از نامشان پیداست فقط زمانی استفاده می شوند که دقت گیجهای دیگر مشکوک به نظر می رسند و یا احتیاج به بررسی و بازرسی دارند. این گیجها به عنوان آخرین ملاکهای بازرسی در دستگاهها و وسایل بازرسی و معاینه تعبیر می شوند.
عموماً عمل کالیبره کردن یا به وسیلۀ خود سازنده ها انجام می شود یا به وسیله شرکت های معتبری نظیر آزمایشگاه ملی فیزیک و برای کارها از روشهای تداخل سنجی شرح داده شده در فصل 2 استفاده می شود.
با توجه به میزان سازی انجام شده و جدول واضح است که کوچکترین اختلاف موضوع بین اندازه های هر دو گیج mm2500/0 است. در حقیقت می توان اختلافها را به طور محسوسی کوچکتر از این مقدار ترتیب داد البته با توجه به مقدار و جهت خطای تک تک گیجها.
هر جا که کطیفت کار ایجاد بکند مقادیر کالیبره شده گیجها خطای مورد استفاده قرار بگیرند. معمولاً برای ر گروه از گیجهای خط یکسری محافظهای خطا تا mm0/1
تهیه می گردد و باید ترکیب آنها به نحوی باشد که ایجاد فرسودگی زائد در گیجهای خطا جلوگیری کنند.
3-3 گیجهای میله ای شکل طول
طرح کامل این گیجها در 1790.S.B (استاندارد انگلیسی سال 1790) در چهار گروه از دقت ارائه شد: کارگاهی، بازرسی و معاینه، میزان سازی، مرجع.
هدف از کاربرد آنها مشابه گیجهای خطا می باشد ولی برای قطعه کارهای بزرگتر.
به همین دلیل از آنها کمتر در کارهای مهندسی متوسط و شرکتهای بازرسی استفاده می شود. سطوح انتهایی هر یک از میله ها به روش پرداخت فشاری صیقل داده شده اند ولی این خاصیت برای اینکه بتوان گیجها را با هم ترکیب کرد قابل اطمینان نیست.
میله ها بجز آنها که mm25 طول دارند در انتها پیچ تراشی وارد شده اند ، تا بتوان برای اتصال مطمئن آنها به یکدیگر از پیچهای انظباقی که دو سر آن رزوه شده است استفاه کرد.
بهترین کاربرد این میله ها استفاده از آنها بطور عمودی است چرا که وقتی به طور عمودی مورد استفاده قرار می گیرند باید از دو نقطه اتکا به فاصلۀ (طول میله * 775/0) از دو انتهای میله قرار دارند استفاده شود بنابر ا«ی دو سطح انمتهایی گیجها میله ای در یک راستا خارج از نقاط اتکا است قرار می گیرند. تمام این جزئیات در شکل (a) 2-1 نشان داده شده است .
لازم به تذکر است که دقت گیجهای خطا و گیجهای میله ای باید به وسیله یک شرکت مهندسی که دقت تولیدات را تعیین می کند ارائه می شود و این کار نیازمند تحقیق و رسیدگی منظم مورد دقت گیج ها می باشد.
برای تعیین دقت لازم نیست که حتماً یک شرکت یک تداخل طول سنج به عنوان مرجع تعیین دقت گیجها وجود داشته باشد. تعیین دقت این گیجها را آزمایشگاه بین المملی فیزیک بر عهده گرفته است و با آزمایش آنها خطای طول را در هر یک از گیجها ارائه نموده است. همچنین میزان خطا در توازی سطوح و صافی آن نیز تعیین و ارائه می شود.
حال با ای گیجها به عنوان استانداردهای مرجع قابل قبولند و با کاربرد یک کمپراتور با بزرگنمایی بالا و قابلیت مناسب و همچنین تکرار در خواندن مقادیر قرائت شده می توان گروه دوم گیجها را کالیبره کرد درشرکتهای کنترل کیفیت کاربرد دارند. به روش مشابه می توان گروه کارگاهی این گیجها را نیز میزان سازی نمود . با این اوصاف یک نسبت مستقیم بین دقت قطعات کار و استانداردهای نهایی طول برقرار شده است و این تنها منبع معمو ل برای ساخت قابل تبدیل است. که در جدول 3-1 این تبدیلات دیده می شود.
در اینجا لازم به ذکر است که رسیدگی و تحقیق در مورد گیجها باید تحت شرایط مناسب فیزیکی انجام شود.
گیجهای مرظجع باید همواره در اتاقهای استاندارد قرار داده شوند به طوری که در محیطی آرام و بدون لرزش قرار بگیرند. دمای دمای مطلوب است که با کنترل میزان رطوبت هوا در ارتباط می باشد برای محکم کاری با استفاده ازصافی در مقابل ورودی هوا اتاق کنترل و گرد و خاک می توان از فساد لوازم و تجهیزات جلوگیری کرد.
تمام کمپراتورها باید همیشه به نحوی روی تکیه گاهها قرار بگیرند که علاوه بر استحکام در موعیت تراز نیز قرار داشته باشند. تحت شرایط قرار داده شده فوق و با به کار گیری فن اندازه گیری دقیق می توان دقت گیج ها را به صورت کسری از یک Mmتعیین کرد.
منظور از ساخت قابل تبدیل این است که با ساخت گیجهای مرجع می توان گیجهای دیگر را نیز کالیبره کرد .
نخستین استاندارد طول: متر که به وسیله تداخل سنجی تعیین می شود
دومین استاندارد: زیرا استانداردهای متر( که به وسیله تداخل سنجی تعیین می شوند)
گیجهای خطای مرجع یا میزان سازی (که به وسیلۀ تداخل سنجی تعیین می شوند )
گیجهای خطای کنترل کیفیت (که به وسیله مقایسه گر با بزرگنمایی بالا تعیی« می شوند)
گیج های خطای کارگاهی (که به وسیله مقایسه گر با بزرگ نمایی بالا تعیین می شوند )
قطعه کار( که به وسیله روش اندازه گیری مناسب تعیین می شوند)
(شکل1-3)
4-3) طراحی و بهره برداری از وسایل اندازه گیری خطی
اساس وسایل اندازه گیری بر پایه شماتیک است. علم سینما تیک بر بررسی حرکاتهای نسبی بدون در نظر گرفتن نیروهای تولید کنندۀ حرکت می پردازد. این حرکتها می توانند مستقیم انحنا یا دورانی باشند که گاهی نیازمند به ذف آنها در قطعات می باشد تجربه حاصل از طراحی در سالهای متمادی نشان نی دهد که اصول سینماتیک باید به دقت پیروی شوند. به همین دلیل ماشین ها و وسایل باید دارای این ویژگی ها باشند
1) درجه بالایی از حساسیت
2) درجه بالایی از دقت
3) عدم وجود وارتانس
4) حداقل ایترسی در قسمت های قابل حرکتی که مکانیزم عقربۀ وسیله اندازه گیری را شکل می دهند.
1-4-3) اصل مسیر
علاوه بر این نکات که بوسیلۀ اصول سینماتیک فراهم می شوند یآن اصل مهم دیگر نیز باید مورد بررسی قرار بگیرد. این اصل که به اصل مسیر معروف است می گوید : خطای اندازه گیری و خطای اندازه که مورد اندازه گیری است باید بر هم منطبق باشند به طور ساده تر قطعه ی مور اندازه گیری و وسیلۀ اندازه گیری باید در یک راستا قرار بگیرند. این اصل یک اصل بسیار اساسی برای طراحی خوب است و به ندرت از این اصل انحرافی صورت گرفته است.
به عنوان یک مثال خوب می توان میکرومتر خارج سنج شکل 2-3 را بررسی کرد که اصل مسیر در آن به طور کامل بر قرار است.
شکل2-3) یک میکرومتر دستی که با اصل مسیر مطابقت دارد .
حال به شکل 3-3 توجه کنید به طوری که نشان داده شده است اصل فوق رعایت نشده بطوری که با افزایش مقدار جابجایی، اختلاف بین اندازۀ A و مقدار قرائت شده B زیاد می شود.
شکل3-3) یک کولیس که اصل مسیر در آن رعایت نشده است.
انحنای نشان داده داده شده ممکن است در اثر فشار دادن بیش از حد شاخک ورنیه به قطعه کار نیز بوجود بیاید. از آنجا که تعیین اندازه (در غیاب وسایل لازم برای استاندارد کردن آن ) از فردی به فرد دیگر تغییر می کند با چنین مقادیر مختلفی برای اندازۀ A قرائت می شود و در نتیجه درجه اطمینان این کولیس نسبت به دقت میکرو متر شکل 2-3 کمتر و تعیین اندازۀ A با آن مشکلتر خواهد بود مثالهای دیگری از کاربرهای این اصلرا بعداً توضیح خواهیم دادو اکنون به بررسی دیگر پارامتر های مهمی که وسایل اندازه گیری باید دارا باشند می پردازیم :
2-4-3)حساسیت
می توان حساسیت را به این صورت تعریف کرد:
میزان جابجایی عقربۀ دستگاه به کمیت انداره گیری شده (یا اندازه مورد نظر)
با در نظر گرفتن چنطدین قطعه کار و اندازه گیری آنها با دستگاه مورد نظر می توان نموداری را به شکل زیر رسم کرد:
شکل-4-3)
مقدار حساسیت یک وسیله اندازه گیری
اگر dx مقدار نمونه x وdy مقدار y برای دو. مقدار متوالی قرائشت شده باشند آنگاه برای هر مقدار حساسیت دستگاه عبارت است از شیب منحنی در هر مقداری از y .
باید توجه شود که این روش یافتن حساسیت دستگاه بر اساس عقاید مورد قبول متعددی بسط داده شده است تا از این طریق حساسیت دستگاه به طور کامل و با توجه به کمترین میزان تغییر در مقدار اندازه گیری شده که باعث تغییر قابل ملاحظه ای در مقدار قرائت شدۀ دستگاه خواهدش د تعریف و تعیین گردد.
با این حال این قبیل تعاریف به این حقیقت توجه ندارند که حساسیت ممکن است تا پس از جابجایی نهایی عقربه دستگاه ثابت نباشد.
3-4-3) دقت
دقت عبارت است از مقدار تصحیحی که باید نسبت به مقادیر اندازه گیری شده به روی مقادیر قرائت شده صورت گیرد. در واقع با دقت در تعیین درجه بندی وسیله اندازه گیری هنگام سوار کردن دستگاه یا آزمایش کردن با آن این اختلاف بر طرف خواهد شد .
ممکن است که مکانیسم دستگاه در اثر کار فرسوده شود در این صورت دستگاه نیازمند میزان سازی (کالیبره کرده) دوباره می باشد تا دقتش اصلاح شود. عمل میزان سازی را می توان با گیج های خطا انجام اد به این ترتیب که نسبت اندازه واقعی گیج را به اندازه ی اسمی شان تعیین کنیم (که مقدار خطا در دستگاه خواهد بود )
4-4-3) واریانس
واریانس عبارت است از میزان تغییر در مقدار قرائت شده از دستگاه که با تکرار در اندازه گیری کی انددازه داده شده حاصل می شود و مقدار آن در بسیاری از انواع وسایل اندازه گیری ذاتی و لاینفک است. مقدار واریانس به چندین عامل از قبیل کیفیت ساخت و مقصدی دستگاه بستگی دارد .
به عنوان یک آزمایش به تعیین واریانس در یک دستگاه اندازه گیری می پردازیم .
برای این کار ساعت اندزه گیری را در نظر می گیریم که می تواند با دقت روی یک سطح مرجع که کاملاً پرداخت شده است حرکت کند. پس مجموعه ای از گیج های خطا را در نظر میگیریم به طوری که اندازه آنها به طور متوالی mm1 افزایش یابد تا به این وسیله ی محدودۀ حرکت شاخص ساعت اندازه گیری را افزایش دهیم . اکنون هر گیج را به نوبت و با دقت روط صفحه مرجع قرار داده و شاخص ساعت اندازه گیری را در امتداد سطح فوقانی آن عبور می دهیم در نتیجه مجموعه ای از قرائت های مشابه حاسل می شود که انها را ثبت می کنیم .
برای اطنکه بتوان این قرائت ها را روی محور عمودی نمایش داد فرض می کنیم که ساعت ساعت اندازه گیری به صورت عمودی روی گیج ها حرکت کند و بالا یا پاةیین برود .
بنابراین یک بار شاخص را رو به بالا حرکت می دهیم و مجموعه ای از قرائت ها حاصل می شود و بار دوم شاخص را رو به پایین حرکت می دهیم و مجموعه ای دیگر از قرائت ها حاصل خواهد شد که آنها را همان طور که در شکل (5-3) نشان داده است رسم میکنیم . این قرائت ها تشکیل دو منهنی می دهند که آنها نیز یک گره یا حلقه را می سازند(به این نوع حلقه ها ، حلقه یا (گره ) پسماند می گویند که از خصوصیات ویژه ی دستگاه تحت آزمایش است ) بیشترین فاصله ی بین این دو منهنی بیشترین مقدار واریانس قرائت ها را در مجموعه ای از گیج های خطا نشان می دهد.
با توجه به این آزمایش و شکل (5-3) می توان نتیجه گرفت که عموماً ساعت های امندازه گیری برای اندازه گرفتن اختلاف ارتفاع ها یا اختلاف طولهای بسیار کوچک مناسب نیستند.
کمیت اندازه گیری شده (قرائت شده )
شکل5-3) واریانس در یک ساعت اندازه گیری تحت آزمایش
5-4-3) اینرسی در قسمت های قابل حرکت (متحرک)
بیشترین دستگاهها خواه به طور کامل و خواه به طور جزئی به اتصالات وسیستم های مکانیکی یا به جابجایی های یک سال بستگی دارد و به همین دلیل عملکرد آنها دستخوش زیانهای ناشی از اینرسی است و تنها دستگاه هایی که منحصراً به کاربرد خواص نوری بستگی دارند به کلی از اثرات اینرسی در امان می باشند . این اثرات موجب تولید یک حالت کندی وسستی در دستگاه می شود که می توان آن را برای یک دستگاه معین و با توجه به گوچکترین تغییر در مدار انمدازه گیری شده ( که در نتیجه سبب تغییر در مقدار قرائت شده می باشد مشخص کرد ).
به عنوان مثال دستگاهی را در نظر بگیرید که دارای یک دیافراگم است . اطن دیافراگم از یک سو تحت فشار سیالی قرار می گیرد و با انتقال این فشار به یک عقربه که به روی صفحه ای درجه بندی شده قرار دارد عددی را نشان می دهد. چنین دستگاهی فقط زمانی از اثرات اینرسی در امان است که دیافراگم کاملاً کشسان باشود چرا که در غیر این صورت میل به ماندگی (اینرسی)باعث می شود تا دیافراگم به طور کامل به وضعیت اولیه خود بازنگردد و در نتیجه اندازه گیری خطا پذیر می شود.
دستگاهی جای دیگری نیز وجود دارند که عملکرد عقربۀ آنها ناشی از یک سیستم فنری است در اینجا هم اگر فنرها کشسان کامل نباشند مشکل فوق وارد خواهد بود .
پس از بررسی اجمالی مطالب فوق تصدیق می شود که جدا کردن عیوب تولید کننده ی خطا در وسایل اندازه گیری کاری مشکل است چرا که اکثراً با هم در ارتباطند . مثلاً همین حالت لختی و سستی و در وسایل دقیقاً در ارتباط با حساسیت دستگاه می باشد که نهایتاً موجب اشتباه در قرائت درجه بندی دستگاه می شود. این نگته را به ذهن بسپارید که ماشین های اندازه گیری علاوه بر اجزاء مختلف باید دارای خواص گفته شده نیز باشند و البته خود این خواص نیز در چارچوب اصول سینماتیک قرار می گیرند .
در حقیت باید گفته شود که فقط به کمک رئایت دقیق چنین اصول سینماتیک ) است که می توان یک طراحی مناسب را ارائه داد .
5-3) اصول سینماتیک
یکی از مهمترین قضایای سینماتیک می گوید که : هر جسم صلب در فضا دارای شش درجه آزاد است. همانطور که در شکل 6-3 نشان داده شده است این جسم می تواند در راستای هر کدام از محورهای x و y و z حرکت کند و یا حول آنها بچرخد بنمابر این دارای شش درجه آزادی خواهد بود . به همین دلیل برای ثابت نگه داشتن این جسم در فضا 6 قید لازم است هر قید برای 1 درجه آزادی عموماً در وسایل اندازه گیری لازم می شود که فقط 1درجه آزادی به عضو مورد نظر بادهیم به طوری که در 5 جهت دیگر محتاج بکار گیری 5 قید خواهیم بود .
(شکل 6-3) شش درجه آزادی- اگر جسمی در فضا قادر به حرکت باشد یک حرکت یا ترکیبی از حرکت های نشان داده شده را خواهد داشت .
1-5-3 ) تثبیت کامل
به عنوان مثالی در مورد مطلب اخیر فرض کنید که می خواهیم یک صفحه مسطح را روی پایه ای سوار کنیم . این کار باسید به نحوی صورت گیرد که شرایط زیر برقرار شوند :
(1) صفحه بدون کاربرد هیچ نیرو یا نیروهای خارجی باید کاملاً ثابت باشد
(2) صفحه باید در مقابل منبسط شدن یا منقبظ شدن در اثر تغییرات دمای محیط آزاد باشد .
(3) صفحه باید به اندازه کافی از تغییر شکل و کج شدن محافظت شود.
(4) از جابجایی یا خروج اتفاقی صفحه از محل تنظیم شده خود جلوگیری شود .
می توانیم به طور اختیاری شرط دیگری نیز برای سوار کردن صفحۀ به شرط های فوق اضافه کنیم به این ترتیب که صفحه در حالتی کاملاً افقی (تراز) قرار بگیرد . در هر حال همۀ این شرایط با روش زیر قابل دسترسی خواهند بود:
سطح تحتانی صفحه به روی سه گلوله سوار خواهند شد به نحوی که مرکز ثقل صفحه ، مرکز ثقل مثلثی باشد که اضلاع آن مثلث خطوط گذیده از مراکز گلوله هاست.(شکل7-3)*
مقاطعی که این صفحه باید دارا باشد تا این سه گلوله ها درون آنها قرار بگیرند به صورت سوراخ مخروطی ، شیار و یک شکل و یک سطح صاف خواهند بود (شکل8-3) به این ترتیب اگر گلوله ها درون حفرۀ مخروطی ، شیار V شکل و سطح صاف قرار بگیرند حفرۀ مخروطی مانع از همۀ حرکات افقی در راستای محورهای X و y وz می شود .**
چرخش حول محور z (محور عمودی z) و یکی از محور های x و y به وسیله شیار v شکل ثابت می شود.
چرخش حول محور افقی باقیمانده نیز به وسیله مقطع مسطح جلوگیری می شود . بنابر این صفحه به طور کامل مقید می شود و سه شرط تعیین کننده ثبات صفحه بر قرار مط باشند . بعداً ذکر خواهد شد که موقعیت صفحه در این حالت دقیق است ضمناً اگر گلوله ها را روی پیچهای متعادل کننده قرار دهیم با نتظیم ارتفاع گلوله ها به وسیلۀ این پیچها می توان صفحه را در یک سطح تراز و افقی قرار داد .
** اگر شرط اختیاری ذکر شده در صفحه قبل را نیز در نظر بگیریم و آن حالت دو بعدی خواهد شد . حرکت در رفت و برگشتی در راستای z خود به خود منتفی خواهد شد .
* با نوجه به شکل این مقاطع هم روی سطح تحتانی صفحه و هم روی سطح فوقانی سطحی که صفحه به وسیلۀ گلوله ها روی آن قرار دارند باید ایجاد شوند.
2-5-3) یک درجه آزادی
حال اگر یک درجه آزادی احتیاج داشته باشیم مثلاً حرکتی خطی در طول محور y کافی است به جای سوراخ مخروطی یک شیار v شکل را جایگزین کنیم در این صورت شرایط برقرار شده در شکل (9 -3) را خواهیم داشت .
ضمناً از آنجا که جسم فقط در انتداد محور نشان داده شده می تواند آزادانه حرکت کند مرکز ثقل صفحه دیگر مرکز ثقل مثلث وصف شده نخواهد بود .
شکل(10-3)نمونه ای است از سبط قوانین فوق برای سور خوردن دو سفحه که با ساخت شیارهای v شکل به وجود آمده است.
برای اینکه عمل سر خوردن بهتر انجام شود و همچنین برای کاهش استحکاک بجای گلوله فوق از گلوله های غلعی استفاده می شود . و برای جلوگیری از پخش شدن آنها ، در فواصل مناسب از ریلها ، میخ های متعددی قرار می دهند.
به کارگیری این نوع ریل های کشویی در ماشین های اندازه گیری نیز وجود دارد . و طراحی آنها بسته به کاربردشان در دستگاه اندازه گیری متغیر است.
در اینجا ی: بار دیگر تأکید میکنیم که تنها با به کار بردن اصول سینماتیک می توان وسیله ای را طراحی ک رد که دقتش در همان حد دقت زمان ساخت باقی بماند . به کار گیری این قوانین نه تنها فراید ساخت را ساده تر می کند بلکه موجب تطبیق قسمت های مختلف دستگاه به هنگام سوالر کردن آنها به روی هم یا به هنگام آزمایش کردن آنها خواهد شد همچنین باعث می شوند تا به طور کاملاً رضایت بخشی به خصوصیات ویژه ی کاربردی نایل آئیم .
6-3) مقایسه گیج های مکعبی شکل (راپراتورها)
قبلاً روش مناسبی با نام اندازه گیری مقایسه ای با گیج های خطا ذکر شد .
این روش به قدری مهم و اساسی است که می ارزد تا در اینجا با تفصیل آن را بررسی کنیم. به مسال زیر توجه کنید :
مثال : می خواهیم مجموعه ای از گیجهای خطا که از درجۀ کارگاهی می باشند را با گیجهای خطای مرجع مقایسه کرده و آنها را کالیبره کنیم .
وسایل مورد نیاز : 1 مجموعه از گیجهای خطای مرجع ، گیج های خطای کارگاهی که می خواهیم آنها را کالیبره (میزان سازی) کنیم و یک کمپراتور با بزرگنمایی 10.000 برابر .
روش ، ابتدا فرض می کنیم که تمامی وصایل فوق به مدت کافی در اتاق استناندارد یا آزمایشگاه انمدازه گیری قرار گرفته اند به طوری که دمای آنها تقریباً باشد . همچنین گیجها را بایأ به وسیله چرم بز کوهی و پس از شستن در یک الکل مناسب مثل تتراکلریدکربن خشک کرد .
میز کمپراتور (مقایسه گر) را نیز به همین روش شسته و خشک کنید .
بهتر است گیج ها را در نقطه ای مجاور مقایسه گر در دو گروه مرجع و کارگاهی منظم کنید.
حال یک گیج مرجع را به آرامی روی صفحه ی مرجع مقایسه گر قرار می دهیم و دستگاه را پایین می آوریم و آن را برای خواندن مقدار خطای معلوم
گیج مرجع تنظیم می کنیم . در ای« مرحله باید دمای گیج و محیط اطرافش ثابت بوده و به حالت موازنه باشند . اگر لازم باشد مقدار قرائت شده دستگاه را دوباره با مقدار خطای گیج های مرجع تطبیقش می کنیم .سپس با دقت گیج مرجع را برداشته و گیج کارگاهی را با همان اندازه اسمی جایگزین می کنیم و روش قبلی را به کار می بریم بعضی مواقع ممکن است لقی در عقربه ها پدید آید و در نتیجه موجب تولید خطا در تنظیم صفر دستگاه شود بنابراین در صورت وجود باید این خطا را ثبت کنیم شرط احتیاط آن است که به کمک قرائت دوبارۀ خطای گیج مرجع، صحیح بودن محل صفر دستگاه را بررسی می کنیم . با این کار تغییرات احتمالی ایجاد شده در شرایط اندازه گیری بخصوص دما را می توان تشخیص داد.
بعد از قرائت خطای گیج ها تنایج را در جدولی مثل جدول مقابل خلاصه می کنیم.
دقت اندازه گیری به کمک این قبیل روش ها معمولاً در محدودۀ mm 05/0+ قرار دارد البته این مقدار قابل تغییر است چرا که به دقت مقایسه گر و همچنین دقت مشاهدات بستگی دارد .
* منظور آن است که وقتی با دستگاه هیچ عمل اندازه گیری انجام نمی شود عقربه یا نمایشگر دستگاه کاملاً روی صفر تراز بگیرد.
7-3) طراحی مقایسه گرها
مقایسه گرها از وسایل اصلی اندزه گیری خطی می باشند و برای همین طراحی آنها خیلی مورد توجه واقع شده است اصول بسیاری در فراهم کردن میزان بزرگ نمایی مناسب برای غقربه که حرکت آن متأثر از بُعد در حال اندازه گیری است بکار می روند که اصلی ترین آنها عبارتند از :
1)مکانیکی 2)مکانیکی- نوری 3)بادی 4)الکتریکی 5)جابجایی سیال
1-7-3) مقایسه گرهایی که بزرگنمایی بالایی دارند.
در مجموع این قبیل مقایسه گرها برای استفاده در اتاقهای استاندارد و بطور نسبی در سازمانهایی کنترل و کیفیت طرتحی شده اند و بطور وسیعی برای میزان سازی گیج ها به کار می روند . دو نوع از آنها عبارتند از :
1) مقایسه گر تراز شکل بروکز (Brookes)
2) مقایسه گر ادن- رولت (Eden-Rolt) یا میلیونیوم
طراحی هر دو آنها در آزمایشگاه بین المللی فیزیک صورت گرفته است و ساخت آنها کار انسانهایی است که پیشرفت اندازه گیری مرهون آنهاست، هر کدام از این دو وسیله هم اکنون به وسیله تجاری تولید می شوند و سادگی و صحت کارشان به قدری است که هیچ کتاب علم اندازه گیری نمی تواند از بحث دربارۀ آنها چشم پوشی کند.
1-1-7-3)مقایسه گر تراز شکل Brooks
اصول مار این مقایسه گر ها مثل حرکت یک حباب در تراز است که در شکل 11-3 نشان داده شده است. مهمترین بخش این دستگاهها همان تراز آنهاست که حباب آزادانه در آن حرکت می کند و شیب لازم را بر اساس اختلاف ارتفاع گیج های AوB و همچنین میزان چرخش صفحه مبنای مقایسه گر بدست می دهد در عمل دو گیج مورد مقایسطه را روی صفحه ی مبنای مقایسه گر قرار می دهیم پس تراز را از طریق ستون فولادیش پایین می آوریم به طوری که دو طوری پایه در فاصله مرکز به مرکز mm 5/17 و روی گیج های A و B قرار بگیرند . حالا اگر فرض کنیم که A گیج مرجع باشد مقدار و جهت شیب تراز بستگی به ارتفاع B نسبت بهA دارد .
(در موقعیت A –B (شکل b 11-3) پدیدار می گردد و عدد دیگری از روی تراز خوانده می شود .
اختلاف بین مقادیر قرائت شده در موقعیت های b-a وa-b دو برابر اختلاف ارتفاع گیج هاست پس : که R1 و R2 مقادیر قرائت شده در دو وضعیت فوق می باشند. درجه بندی دستگاه تا mm2/0 تقسیم بندی شده است ولی بصورت تخمینی (تقریبی) می توان تا mm04/0 را با آن خواند بنابراین کوچکترین دقت در اختلاف ارتفاع های بدست آمده دو گیج یا mm02/0 خواهد بود .*
شکل(11-3): اصول اندازه گیری مقایسه ای به وسیله ی مقایسه گر تراز شکل بروکز.
*: در فصل 2 این روش برای شکل 12-2 بکار گرفته شده است برای تفهیم بهتر به این قسمت مراجعه کنید .
یکی از مزایای این دستگاه مقایسه ی دو گیج است بدون اینکه با هم تماسی داشته باشند چرا که وقتی آنها را جداگانه روی صفحه پایه مقایسه اةی قرار می دهیم قبل از خواندن درجه از نظر ما معادل می شوند . مدت زمان پیشنهادی برای معادل شدن دمای آن 1 دقیقه برای هر میلی متر است . همچنین اینه وسائل برای گیج های با طول بیش از m 1 هم ساخته شده است که می توان آن را مزیت دیگری برای این گروه از مقایسه گرها دانست .
کارکردن با این مقایسه گرها مقداری کند پیش می رود . ولی با بکار بردن آنها در اتاقهای استاندارد در شرایط سحیح برای میزان سازی گیج ها وسایل کاملاً مناسبی هستند (همان طور که در فصل قبل شرح داده شده )
2-1-7-3)مقایسه گر رادن-رولت (میلیونیوم)
این وسایل نیز برای کالیبره کردن گیجها تحت شرایط استاندارد اندازه گیری و در اتاقهای استاندارد مناسب هستند. طرح آنها از نظر سادگی و اقتصادی بودن قابل ملاحظه است . با این وجود بزرگ نمایی بسیار بالایی نیز دارند که حاصل از ترکیب یک حرکت میکانیکی بصورت دیاگرام(a12-3) نشان داده شده است . روش کار این مقایسه گر به این صورت است که وقتی یک گیج مثلاً یک گیج مرجع A بین سندان و شاخص اندازه گیری قرار می گیرد موجب حرکت خطی بلوک m نسبت به بلوک f می شود.
شکل (12-3(a)) سیستم مکانیکی مقایسه گردان – رولت (میلیونیوم) (با بزرگنمایی 40 برابر )
این دو بلوک به وسیله دو نوار باریک فولادی که به یکدیگر متصل شده اند و به وسیله نوارهای باریک دیگری با یک عقربه در ارتباط اند . در انتهاةی اةین عقربه حلقه اتی متصل شده است که درون آن و در امتداد حلقه یک تار عنکبوت که مستقیماً با چشم قابل دیدن نیست قرار داده شده است . بدین ترتیب در اثر حرکت بلوک m و انتقال آن به عقربه و حلقه تار موجود تغییر مکان محسوسی خواهد داد که با کمک سیستم فوری نمایش داده شده در شکل (b12-3) قابل دید است .
این سیستم ساده نوری بزرگ نمایی 50 برابر دارد . از طرفی سیستم مکانیکی بزرگ نمایی 400 برابر دارد و بنابراین بزرگنمایی کلی و نهایی دستگاه برابر می باشد .
شکل(12-3b) سیستم نوری مقایسه گرهای ادن-رولت (میلیونیوم)با بزرگنمایی 50 برابر با درجه بندذی دستگاه مستقیماً می توان تا mm2/0 را خواند ولی فاصلۀ بین هر دو تقسیم متنوالی تقریباً mm5 است پس می توان بطور تقریبی تا mm02/0 را با این دستگاه قرائت کرد .
قابل توجه است که این طراحی در دو مرحلۀ نسبتاً ساده ، بزرگنمایی بسیار بالایی را تولید می کند مرحله اول آن که برای داشتن حساسیت لازم و ساده شدن ساخت به قوانین سینماتیک بستگی دارد دارای اصول مکانیکی است و مرحله دوم آن شامل سیستم نوری است که شرح آن در صفحات قبلی ارائه شد . همانطور که در شکل (12-3(a) ) دیده می شود سندان متحرک بلوک m حامل یک توپی است و سندان ثابت آن دارای سه توپی است که در رئوس یک مثلث قرار دارند(به عبارت دیگر شکل یک مثلث می دهند)
برای همین گیج به طور صیحی روی سندان مینشیند و ارتفاعش از سطح سندان و نسبت به این تعداد حرکت ثابت باقی می ماند.
وسیله ای که ملاحظه شد مثال بارز و برجسته ای است از طراحی که در آن دقت ساخت دستگاه نقش کمی در دقت قرائت ها ایفا می کند . با عنوان مثال لازم نیست که فاصله بین دو نوار فولادی حامل عقربه (نشانگر) و یا طول عقربه دقیق باشند . همچنین بزرگنمایی سیستم نوری ممکن است فقط یک مقدار اسمی باشد.
هر نقصی که در دستگاه ایجاد شود خواه در سیستم مکانیکی و خواه در سیستم نوری را می توان به کمک مرجع قرار دادن قرائت هایی فراهم شده از روی یک مجموعه گیج های خطا که مقدار خطای آنها معلوم است دوباره میزان سازی کرد. اکنون که بررسی این دو نوع مقایسه گر به اتمام رسیده است لازم می دانیم که اصول کار انواع بیشتری از مقایسه گرها و همچنین کاربردشان را شرح دهیم . سعی می شود که معمولی ترین آنها مورد بررسی قرار بگیرد. ضمناً در هر کدام از آنها به روش های کاربرد اصول سینماتیک توجه کنید.
* * * * * * * * * *
2-7-3) مقایسه گرهای مکانیکی
1-2-7-3)میکروکاتور جانسون
شاید ساده ترین (و تابه حال استادانه ترین) مدل به کار گرفته شده در مقایسه گرها در این دستگاه به کار رفته باشد . ایده آن از یک دانشمند سوئدی با نام اچ.آبرامسون [1] است و به وسیله شرکت سی.ای. جانسون[2] ساخته شده است . طرح آن را می توانیم در شکل 13-3 ببینید . همانطور که مشاهده می کنید این دستگاه تشکیل شده است از دو نوار به هم پیچیده که یک طرف آنها به پایه ی تنظیم کننده ثابت شده است و طرف دیگر آنها به سک زانویی متصل است که این زانویی از نوار فنری ساخته شده است .
همچنین یکی از بازوهای این زانو به شاخص دستگاه متصل می شود. هنگامی که شاخص حرکت می کند (هم به بالا هم به پایین) زانو به صورت یک اهرم سنگ عمل کرده و طول نوارهای به هم پیچیده شده تغییر می کند .
شکل(13-3) چگونگی حرکت میکروکاتور جانسون
در وسط نوارهای پیچیده شده یک قرص شیشه ای سبک قرار دارد و به عقربه دستگاه متصل است . با تغییر طول نوارهای پیچیده شدنه اسن نوارها چرخیده و در نتیجه قرص شیشه ای را به حرکت دورانی وادار می کند و در نهایت عقربه مقداری را متناسب با تغییر طول نوار بدست می دهد مقدار این عدد عبارت است از :
L: طول نوارهای پیچیده شده در امتداد محورشان
W: پهنای نوارهای پیچیده شده
N: تعداد دورها یا پیچش ها
: پیچش نقطه ی وسط نوارها نسبت با انتهایشان (بر حسب درجه)
ضخامت و پهنای نوارهای پیچیده شده معمولاً خیلی کوچک است و بر طبق نوع دستگاه تغییر می کند ولی می توان مقدار متوسط را برای ابعاد آنها در نظر گرفت.
تنش در نوارها را برای یک کشش معلوم با ایجاد سوراخهای کوچک در امتداد طول آنها می توان کاهش داد. هدف از کاربرد پایه (سگ دست) تنظیم کننده و تنظیم طول و پیچش نوارهاست مثلاً اگر نوار در اثر حرکت شاخص بیش از حد پیچ خورده باشد و یا طول موثر آن افزایش یافته باشد به کمک تغییر این پایه می توان اثرات فوق را خنثی کرد. در اینجا می بینید که چگونه یک طراحی مناسب موجب زاحت تر شدن ساخت دستگاه شده است. تنظیم نهایی دستگاه بزرگ کننده را می توان به سادگی و با تغییر طول آزاد نوار تنظیم شونده انجام داد.
همچنین حرکت پایه (سگ دست) قابل تنظیم است . برای این کار می توان یکی از پیچها را شل کرده و دیگری را سفت کرد بدین ترتیب کشش اولیه نوارهای پیچیده شده قابل تنظم خواهد بود .
پایین آورنده شاخص به شکل یک واشر است که در آن شکافی به شکل C ایجاد شده است .(شکل13-3)
با وجود این واشر، دیگر نیازی به ایجاد محور یا کشو برای حرکت شاخص نیست در نتیجه میزان فرسودگی نیز کاهش می یابد. این دستگاه به طور شگفت آوری محکم و نیرومند است و به صورت تجاری با بزرگنمایی بیش از 5.000 برابر تولید می شود. به وسیله این دستگاه و تحت شرایط آزمایشگاهی کنترل شده می توان به دقت های بسیار بالایی دست یافت .
2-2-7-3) مقایسه گر سیگما
یکی دیگر از مقایسه گرهایی که هنوز دارای طرح استادانه و ساده ای است مقایسه گر سیگما نام دارد که در یک محدودۀ مشخص از بزرگنمایی به وسیله شرکت سیگما تولید شده است . شکل14-3 چگونگی کار این مقایسه گر را به صورت یک دیاگرام نشان می دهد ( البته متذکر می شویم که این دیاگرام شرح دهنده ی اصول دستگاه بوده، نسبت به دستگاه اصلی خیلی خلاصه شده است). همانطور که مشاهده می شود شاخص دستگاه روی یک جفت دیاگرام شکاف دار قرار دارد که موجب می شوند تا شاخص دارای حرکت خطی اصطحکاکی باشد .
حرکت شاخص موجب تغییر مکان لبه (زائده) چاقویی شکل می شود. حرکت این زائده چاقویی شکل به روی دو نوار باریک و متقاطع که به هم لولا شده اند اثر می گذارد.
در شکل می بینید که این جزء لولا شده دارای یک بلوک متحرک (عضو متحرک) و یک بلوک ثابت (عضو ثابت) می باشد بنابراین اگر نیروی خارجی بر عضو متحرک وارد شود این عضو حول محور تقاتع (مثل یک لولا) می چرخد. عضو متحرک به یک بازوی Y شکل متصل است.
توجه: به منظور وضوح بیشتر شکل، جزئیات حذف شده و فقط قسمت های ضروری نشان داده شده اند .
شکل (14-3) دیاگرام حرکت مقایسه گر مکانیکی سیگما
اگر طول مؤثر این بازو L باشد و فاصله محور لولا تا لبه چاقویی شکل X باشد اولین مرحلۀ بزرگ نمایی به اندازۀ خواهد بود .
در انتهای بازوی Y شکل یک نوار باریک صفر برنز قرار دارد که به دور استوانه ای به شعاع r پیچیده شده است و به دور شاخک بازو متصل می باشد.خود استوانه نیز به میلۀ عقربه وصل است. اگر طول عقربه R باشد آنگاه بزرگ نمایی مرحله دوم است بنابراین بزرگنماةیی نهایی دستگاه خواهد بود . بزرگ نمایی را می توان با شل و سفت کردن پیچهای متصل کنندۀ زائده چاقویی شکل به شاخص ( و در نتیجه تغییر در فاصله x) تنظیم کرد.
زمانی که به مقایسه گری با بزرگنمایی مختلف نیاز باشد می توان با تغییر شعاع r استوانه و تعویض نوارهای باریک وصف شده دستگاه مورد نظر را تولید کرد.
قطع نظر از نوع حرکت ، این مقایسه گر خصوصیات دیگری نیز دارد :
(1) ایمنی:
از آنجا که لبۀ چاقویی شکل به دور از عضو متحرک لولا حرکت می کند اگر از یک شاخص نیرومند استفاده شود بارهای ضربه ای حاصل از شاخص در تمام مدت حرکت به قسمت های دیگر دستگاه منتقل نخواهد شد.
2- از بین رفتن نوسانات عقربه:
برای اینکه عقربه با نوسان کم یا بدون نوسان حرکت کند به انتهای عقربه یک دیسک غیر آهنی متصل کرده و در یک میدان مغناطیسی دائمی قرار می دهند.
حرکت چرخشی عقربه و دیسک موجب تولید جریان های گردابی روی دیسک شده که از اثر آن به صورت ةیک حرکت چرخشی در خلاف جهت حرکت دیسک و تناسب با سرعت چرخشی آن ظاهر می شود . بنابراین نوساناتت احتمالی به وسیله این نیروی خفه کننده از بین می روند. می توان این نیرو را متناسب با وسعت و سرعت نوسانات افزایش داد.
3-تطابق خوب:
تنظیم ارتفاع عمودی قطعه کار (نسبت به صفر عقربه)برای وسایلی از این قبیل که دارای بزرگ نمایی بالایی می باشند مشکل است و برای این مقصود مناسب نیستند .
به منظور فائق آمدن بر این مشکل صفحه ساعت اندازه گیری را طوری می سازند که حول محورش قابل چرخش است. بنابراین آخرین تنظیم عقربه با حرکت دادن صفحۀ درجه بندی ( و بدون حرکت دادن قطعه کار) قابل دسترسی است و این حالت بزرگنمایی دستگاه بیش از قبل کمک می کند.
4-انطباق:
در این دستگاه روی تقسیمات درجه بندی یک ماده منعکس کننده نور قرار داده شده است . در این صورت اگر راستای دید کاملاً عمود بر عقربه باشد زمانی که سایه عقربه به روی یکی از این درجه بندی ها قرار بگیرد باعث تاریک شدن آن می شود (نوری منعکس نمی کند). بنابراین اشتباه کردن در قرائت عدد نشان داده شده به وسیلۀ عقربه تا حد زیادی کاهش می یابد.
در یک سری مدل ها نیز روش دیگری القاء شد بدین صور ت که عقربه را در پشت صفحه درجه بندی قرار دادند و شکافی در روی درجه بندی تعبیر شد که فقط نوک عقربه از آن معلوم بود . روی نوک عقربه یک نمایشگر کوچک قرار داده شد. این نمایشگر دارای ضخامتی بود که وقتی به روی غقربه قرار می گرفت سطح بالایی آن کاملاً هم سطح با صفحه درجه بندی می شد. بنابراین انطباق به طور کامل حاصل می گشت.
5- فشار ثابت در اندازه گیری :
یکی ازز قسمتهایی که در دیاگرام ثاده شدۀ دستگاه نشان داده نشده است آهن ربایی است که باعث می شود تا فشار را اندازه گیری در سطح تماس شاخص و قطعه کار ثابت باقی بماند.
بدین ترتیب که یک مانع نگه دارنده به روی شاخص قرار می گیرد و بالای آن در روی یک قاب آهنربای نعلی شکل وصل می شود. هنگامی که شاخص بالا می رود و احتیاج به افزایش نیرو می باشد مانع نگهدارنده به آهن ربا نزدیک می شود و جاذبۀ آهنربایی بین آنها افزایش می یابد بنابراین با افزایش نیروی منحرف کننده( نیرو وارد به شاخص ) نیروی جاذبه آهنربایی بیشتر می شود در نتیجه فشار اندازه گیری ثابت باقی می ماند .
همانطور که ملاحظه شد مقایسه گرهای سیگما مفصل تر شرح داده شدند چرا که قطع نظر از یک وسیلۀ اندازه گیری خوب این مقایسه گرها مثال خوبی برای توضیع اولیۀ فن طراحی می باشند به این علت که در آنها هر مشکلی جداگانه مورد بررسی قرار گرفته و یک وسیله برای رفع آن مشکل و بر پایه اصول ساده و شناخته شده طراحی شده است.
3-7-3) مقایسه گرهای مکانیکی – نوری
به طوری که در شکل می بینید جابجایی های کوچک شاخص اندازه گیری به وسیلۀ یک سیستم مکانیکی شامل اهرم هایی که قادر به چرخش حول محورهای مشخص شده می باشند به یک آیینه منتقل شده و آیینه را جابجا می کنند .
سیستم نوری تصویر یک نمایشگر کوچک را درآیینه شکل می دهد و آیینه هم این تصویر را به روی درجه نوری منعکس می کند که در نتیجه تصویر نمایشگر عددی را روی درجه بندی نشان می دهد . این درجه بندی به روی زمینۀ یک پرده نمایش شیشه ای قرار دارد . این سیستم در شکل 15-3 نمایش داده شده است در این قبیل سیستم ها (با توجه به شکل ) بزرگنمایی مکانیکی= واحد
بزرگنمایی نوری = واحد
و بزرگنمایی نهایی = واحد
شکل(15-3) اصول مقایسه گر مکانیکی – نوری
ضریب 2 در بزرگنمایی نوری به ترتیبی که شرح داده می شود پدید آمده است :
شکل (16-3) انعکاس از سطح یک صفحه
همانطور که در شکل (16-3)می بینید یک پرتو موازی نور تحت زاویۀ نسبت به خط عمود به روی یک صفحۀ منعکس کننده تابیده است. پرتو منعکس شده نیز تحت همین زاویه نسبت به خط عمود از سطح صفحه خرج می شود. اگر حالا صفحۀ منعکس کننده تحت زاویه بچرخد مسیر پرتو ورودی بدون تغییر باقی می ماند اما همانطور که در شکل (b16-3) دیده می شود وقتی صفحۀ منعکس کننده به اندازۀ می چرخد پرتو انعکاسی به اندازۀ 2 میچرخد، پس زاویه بین پرتو ورودی و خط عمود بر صفحه در حالت دوم + خواهد شد ( برای پرتو خروجی نیز چنین است ) بنابراین زاویه بین پرتوهای خروجی و ورودی ( + ) 2 خواهد بود.
ضریب عددی 2 در محاسبه بزرگ نمایی نمایی نوری دستگاه حاصل از یک انعکاس است. واضح است که اگر بتوان یک انعکاس دو گانه تولید کرد (به وسیله دو صفحه منعکس کننده در مقابل هم که یکی ثابت است و دیگری به اندازه می تواند کج شود ) در این صور ت ضریب دو به ضریب 4 تبدیل می شود . عموماً برای حصول بزرگ نمایی نوری مناسب از آیینه هایی که پرتو انعکاسیشان دارای طول مناسبی می باشند استفاده می کنند. یک نکته جالب و تا حدی مهم در آیینه هایی که برای این کار یا مقاصدی مشابه در وسایل اندازه گیری به کار می روند آن است که آنها از نوع جلو منعکس کننده هستند[3] . در نتیجه عدم وضوح و روشنی تصویر که در نتیجه از کاربر آیینه های معمولی می باشد برطرف خواهد شد (شکل17-3)
شکل(b)16-3 انعکاس از سطح ی: صفحه که تحت زاویه چرخیده است.
شکل 17-3: انعکاس از منعکس کننده های جلو تا بنده و عقب تابنده
در هنگام جابجا کردن این قبیل آیینه ها از (جلو تابنده) باید دقت کرد که سطح منعکس کننده آنها خراب نشوذ ضمناً باید آنها را به کمک برسی با موی شتر پاک کرد.
شکل( 18-3) کاربرد دقیق اصول گفته شده در مقایسه گرهای مکانیکی- نوری را نشان می دهد. برای فشرده تر کردن دستگاه آن را طوری طراحی می کنند که مسیر نور به وسیله منشور به مقدار دوران کند. درجه بندی دستگاه بر حسب واحد های خطی که معمولا تا است تقسیم بندی شده است ای« قبیل دستگاهها اجزای تحرک کمی دارند که محدود میشود به شاخص و منعکس کننده . عقربۀ معمولی که در وسایل مکانیکی استفاده می شود در اینجا با یک پرتو نور که البته دارای وزن بوده و از سیستم اهرم نوری تبعیت می کنند جایگزین می شود[4] . شکل 16-3) اگر فاصله بین محور شاخص تا محور آیینه x باشد و شاخص فاصلۀ h را طی کند آنگاه حرکت زاویه ای آیینه می شود . اگر f فاصله کانون عدسی باشد آنگاه حرکت (یا جابجایی پرتوو روی ) درجه بندی است (به فصل چهار رجوع شود)
حرکت (جابجایی پرتو روی) درجه بندی
حرکت شاخص/ حرکت درجه بندی بالا = بزرگنمایی دستگاه
اگر این بزرگنمایی را با یک اهرم ساده مکانیکی مقایسه کنیم می بینیم که دو برابر بزرگنمایی اهرم است. در مقایسه گر فوق x در واقع همان طول بازو اول اهرم و f (فاصلۀ کانونی ) طول بازو دوم اهرم و در طرف دیگر نقطۀ اتکا خواهد بود [5]. ضریب دو در حاصل از سیتم نوری دستگاه است. همچنین عدسی چشمی عدسی سر دوربین دستگاه خود دارای بزرگنمایی است بنابراین : بزرگنمایی عدسی چشمی =بزرگنمایی کلی دستگاه
شکل 18-3 اصول نوری کمپراتور نوری OMT این دستگاه تصویؤ منعکس شده از درجه بندی را روی یک پرده تصویر می کند.
4-7-3) مقاسیه گرهای بادی
در صنعت مقایسه گرهای بادی (که با تغییرات کوچکی در ابعاد که به کمک ابعاد مرجع قابل اندازه گیری هستند ساخته می شوندو با وتغییر فشار هوا یا سرعت وزش هوا کار می کنند) دارای اهیمت فراوانی هستند.
و علل این اهمیت خصوصیات ویژه ای نظیر خصوصیات زیر است
امکان ایجاد بزرگنمایی خیلی بالا، نداشتن سطح تماس و نیز یکی با قطعه مورد اندازه گیری، آسان بودن اندازه گیری ابعاد داخلی با توجه به شکل هندسی و فرکانس تعیین شده.
به علاوه این مقایسه گرها می توانند به طور همزمان چندین اندازه را کنترل کنند یا بلافاصله بعد از یک اندازه گیری به اندازه گیری بعدی بپردازند
1-4-7-3) مقایسه گرهایی که فشار هوا در آنها از عقب وارد می شود .
سیستم تغییر فشار بر اساس دو سوراخ تعبیه شده در دستگاه میباشد که در شکل 19-3 نشان داده شده است .
شکل(19-3) اصول یک سیستم اندازه گیری بادی فشار از عقب
هوا با فشار کنترل شده ای به داخل دستگاه وارد شده و فشار منبع Ps تعمین می کند و از طریق سوراخ کنترل O1 به طرف محفظه بعدی رانده می شود سوراخ O1 اندازه ثابتی دارد ولی اندازه مؤثر سوراخ O2 با تغییر در فاصلۀ d تغییر می کند. با تغییر فاصلۀ d فشار Pb نیز تعییر می کند و در نتیجه مقیاسی حاصل می شود تا با آن بتوان فاصلۀ d را اندازه گرفت برای این کار می توان از یک گیج فشار (فشار سنج) .یا مانومتر استفاده کرد که عقربه آن بر اساس فشار Pb بین سوراخها، عددی را نشان خواهد داد.
به کمک تطابق مناسب قطرها در سوراخهای O1 وO2 و کنترل Ps، فشار Pb را می توان به نحوی تولید کرد که به صورت خطی با اندازه مؤثر سوراخ O2 تغییر کند.
بدین ترتیب با داشتن نسبت مساحت های دو سوراخ O1 و O2 نسبت فشارهای موجود در محفظه ها می توان نموداری را که در شکل (20-3) نشان داده شده است رسم کرد.
شکل(20-3) نمودار ویژه سیستم بادی فشار از عقب .
با بررسی نمودار می بینیم که روی محور عمودی و تقریباً بین اعداد 6/0 و 8/0 نمودار در حدود 1% خطی است و همین مقادیر هستند که در طراحی این قبیل مقایسه گرها و قطرهای سوراخ ها ( دهانه – مدخل – ورودی – روزنه ) به کار می روند.
با خطی در نظر گرفتن منحنی در این فاصله می توان معادله خط را به این صورت نوشت
همانطور که در فصول قبل ذکر شد حساسیت یک کمپرانور عبارت است از نسبت میزان تغییر موقعیت عقربه به میزان تغییر مشابه در موقعیت سمبه (شاخص دستگاه)
بنابراین در این مقایسه گر حساسیت دستگاه خواهد بود[6].
با توجه به این فرمول، بزرگنمایی پنوماتیکی با فشار اعمال شده متناسب بوده ولی با مساحت سوراخ کنترل O1 (یا با مربع قطر سوراخ O1) نسبت عکس دارد.
واضح است که ثابت بودن فشار Ps اصل مفید و مورد نیازی است که باید در ماشین اعمال شود بنابراین ضروری است که برای کنترل فشار هوای ذخیره شده از یک رگلاتور ساده فشار استفاده شود . فشار را تا رسیدن به نسبت
یا کاهش دهیم. شکل 21-3 دیاگرام همین دستگاه را نشان می دهد که برای اندازه گیری داخلی تنظیم شده است این دستگاه به وسیله شرکت Solex Ari Gauges تولید شده است.
شکل(21-3) کاربرد سیستم اندازه گیری فشار از عقب به کمک هوا به کار برده شده به وسیله شرکت Solex Ari Gauges
هوای موجود در من بع ذخیره پس از تصویه شدن از یک شیر کاهنده فشار عبور کرده0 و فشارش کاهش می یابد. فشار هوا بدون تغییر حفظ خواهد شد(یعنی ثابت نگه داشتهمی شود) پس به کمک یک لوله ، هوا به داخل محوظه پر از آبی فرو برده می شود. میزان فشار هوا به کمک اندازهئ گیری مقدار جابجایی آب تعیین می شود و هوای اضافی در اتمسفر رها می گردد .
هوایی که فشار آن کاهش یافته از سوراخ کنترل می گذرد و از سوراخ کله گی دستگاه( عمل اندازه گیری )به بیرون فرار می کند. فشار از غقب در مسیر گردش هوا به کمک میزان جابجایی آب در لولۀ مانومتر که یک لوله درجه بندی شده به صورت خطی است تعیین میِ شود بدین ترتیب تغییرات فشار که منتج به تغییر اندازۀ d می شود را نشان می دهد. ( شکل(19-3) )
در این سیستم بزرگنمایی دستگاه بیشتر از 50.000 برابر است .
کمپراتور فشار از عقب دیگری به وسیله شرکت Mercer Air Gauges تولید شده است ولی این یکی در فشار اندازه گیؤی که مقدار آن است کار می کند.
در این دستگاه فشار ثابت به وسیلۀ یک دیاگرام از نوع رگلاتور تولید می شود و هوا پس از طریق سوراخ کنترل ابه طرف محل اندازه گیری رانده می شود.
طرحهای جالب :
a ) تنظیم بزرگنمایی : همانطور که گفته شد بزرگنمایی می تواند با تغییر قطر سوراخ کنترل تفغییر کند .
برای این کار می توان دررون سوراخ کنترل یک شیر کنترل که دارای سوزن نوک تیزی است قرار دارد با میزان کردن بزرگ نمایی و تنظیم صفر دستگاه می توان برای همۀ قطعات مورد اندازه گیری از یک درجه بندی استفاده کرد.
b ) تنظیم صفر : برای این کار می توان محلی را برای نشد هوا تعبیه کرد. (با ایجاد دریچه ای بر خلاف جهت جریان هوا در سوراخ اندازه گیری که با یک شیر سوزن مخروطی کنترل می شود)
بخش اندازه گیری فشار کمتشکل از یک فشار سنج لوله ای است. صفحه ساعت دستگاه درجه بندی شده است و واحدهای به کار رفته از نوع واحدهای خطی با تقسیمات mm01/0 و mm001/0 یا واحدهای اینچی است.
در تمامی کمپراتورها تنظیم اولیه دستگاه به وسیله گیجهای مرجع انجام می شوند ومهم است که گیجهای مرجع و قطعۀ مورد اندازه گیری دارای شکل هندسی یکسانی باشند. مثلاً گیجهای خطا را می توان بهخ مانند گیجهای تنظیم شده (میزان سازی) برای قطعات کار سطحی به کار برد و در حالی که برای قطعات مدور باید از گیجهای تنظیم کنندۀ استوانه ای استفاده کرد.
در شکل 21-3 ةیک جفت گیج حلقه ای برای تنظیم دستگاه جهت اندازه گیری داخلی لازم است. اگر این احتیاط ها انجام نشوند پارامترهطای افزایش گریز هوا از سوراخ محل اندازه گیری (O2) تغییر خواهند کرد و بر قرائت مقدار فشار در لوله مانومتر تأثیر می گذارد.
از جمله عیوب این دستگاهها (فشار از عقب) سرعت نسبتاً کم پاسخ در بعضی شرایط استفاده از دستگاه است. واضح است که اگر حجم هوا در سیستم افزایش یابد پاسخ آن به تغییر فشار در نتیجه قابلیت تراکم آن کاهش می یابد.
البته زمانی که طول نهایی مدار ( مسیر ) کوتاه است این پارامترها ارتباط زیادی با هم ندارند ولی مثلاً در کنترل ابعاد یک ماشین ابزار که آماده بهره برداری است طول مسةیر نسبتاً زیاد می باشد و موجب نقصان در دستگاه اندازه گیری می شود .
2-7-4-3) مقایسه گرهایی بادی که با میزان سرعت جریان کار می کنند
دستۀ دوم از مقایسه گرهای بادی آنهایی هستند که بر پایۀ سرعت جریان هوا کار می کنند.
شکل 22-3) دیاگرام خطی مدار پنوماتیکی مقایسه گری که بر اساس سرعت جریان هوا کار می کند .
این سیتم فاقد سوراخ کنترل مثل O1 است ( شکل19-3) بلکه با اندازه گیری سرعت جریان هوای عبور کننده از سیستم ، تغییر جزئی در مساحت مؤثر گریز هوا برای سوراخ O2 اندازه گیری می شود تا بتوان میزان تغییر در مقدار جریان هوا را یافت.
شکل22-3 مدار این سیتم را نشان می دهد هوای موجود در منبع ذخیره تصفیه شده و فشارش میزان می شود . پس از درون یک لوله شیشه ای درجه بندی شده که قطر داخلی آن به طور یکنواخت کم می شود (باریک می شود) عبور کرده و شاخص شناور موجود در شیشه را جابه جا می کند.
به طوری که سرعت هوا در لوله ثابت است . سپس هوا از میان سوراخ کله گی دستگاه (محل اندازه گیری) فرار می کند. حال با استفاده از یک گیج مرجع با اندازه و شکل هندسی منماسب می توان جریان هوای عبور کننده از سیستم را تنظیم کرد. ( به عبارت دیگر به تنظیم دستگاه پرداخت)
هر تغییر جزئی در اندازه قطعه ای که مورد اندازه گیری است موجب تغییر جزئی در مقدار جریان عبوری از سیستم می گردد. این کار به وسیلۀ تغییر در سطح مقطع مؤثر سوراخ اندازه گیری انجام می شود . این تغییر نیز به صورت تغییر در ارتفاع شاخص ( که به وسیله درجه بندی خطی تعبیه شده قابل خواندن است ) ظاهر می گردد.
این سیستم می توان تمام کارهایی که سیستم های فشار از عقب انجام می دهند را انجام بدهد . در عین حل علاوه بر سادگی دارای سرعت پاسخ گویی بیشتری است که این سرعت به طول مسیر بستگی ندارد( برخلاف سیستم های فشار از عقب)
یکی از مزایایی که هردوی این سیستم ها دارا می باشند آن است که سوراخ کلگی دستکاه هیچ تماس فیزیکی با سطح قطعه مورد نظر(مورد اندازه گیری) ندارد و در نتیجه از زیان های احتمالی وارد بر سطوح تماس جلوگیری شده است.مزیت دیگر آنها نشان دادن شکل هندسی قطعه کار است که به میزان زیادی محدودۀ تلرانس ابعادی را کاهش می دهد. به عنوان مثال همانطور که در شکل 21-3 دیده شد دو جت اندازه گیری (یا دو روزنۀ خروج هوا) وجود دارد که در سمت مخالف جهت یکدیگرند که درون یک پیج توپی سازگار شونده می باشند و برای اندازه گیری قطرهای داخلی استفاده می شوند[7]. حال با چرخش کله اندازه گیری به انداه 180 درجه ، در سوراخ تحت آزمایش ی: شکل سادۀ بیضی گون آشکار می شود. اگر مثل شکل 23-3 از یک کلگی به شکل حلقۀ اندازه گیری استفاده کنیم همانطور که دیده می شود سه جت یآ روزنۀ اندازه گیری خواهیم داشت که بهیک فاصله از هم قرار دارند. با کمک این وسیله می توان شفت نشان داده شده را اندازه گیری کرد. شکل شفت به صورت تقریبی یک سه ضلعی ( یا به طور کلی چند ضلعی گون است) :
با چرخش شفت به اندازۀ می توان قطر متوسط شفت را به دست آورد. به همین ترتیب می توان قطعات کار دیگری که به صورت چند ضلعی های ناقص هستند اندازه گیری کرد. با گردش حلقه اندازه گیری به کار برده شده بروی قطعه کار اطمینان حاصل می شود که حلقۀ اندازه گیری که در واقع یک گیج توپی مثل شکل 21-3 می باشد به خوبی با کار تماس دارد
شکل 23-3) گیج حلقه ای پنوماتیکی تنظیم شده برای اندازه گیری قطر و نشان دادن چند ظلعی گون
5-7-3) کمپراتورهای الکتریکی
عموماً این کمپراتورها بر اساس کاربرد پل و تستون برای یک مدار D.C مار می کنند. هر تغییری در تعادل بین مقاومت های الکتریکی پل و تستون دو در هر بازوی آن که موجب جابجایی آرمیچر که متصل به بازوهاست می شود. عامل بر هم زدن این تعادل حرکت سمبۀ اندازه گیری است خروج از تعادل اگر گذرانده بر مدار به وسیلۀ یک میکروآمپرمتر درجه بندی شده بر حسب واحدهای خطی و با تغییر جابجایی سمبه، اندازه گیری می شود.
شکل 24-3 اصولی متشابه اصول فوق را برای یک مدار A.C مشان می دهد.
جابجایی سمبه باعث پس زدن آرمیچر می شود و بنابراین تغییر جزئی در اندوکتانس ( ) یک جفت سیم پیچ که روی یکی از بازوهای پل و تدسون قرار دارند، پدید می آید.
در شکل دیده می شود که سمبه با زویی را که بین سیم پیچها سوار شده است و روی یک نوار باریک فولادی خم شونده قرار دارد پس می زند. بازو حامل یک آرمیچر است واندوکتانس در سیم پیچها به جا به جایی آرمیچر بستگی دارد.
تعادل مقدار در ابتدا روی صفر تنظیم می شود و عدم تعادل حاصل شده از حرکت سمبه (و بنابراین به وسیله آرمیچر) تقویت شده و روی یک درجه بندی و بر حسب واحد های خطی نشان داده می شود.
با این سیستم بزرگنمایی به یزرگی 30.000 برابر امکان پذیر است.
شکل 24-3) کله گی اندازه گیری برای یک کمپراتور الکتریکی
6-7-3) کمپراتورهای جا به جایی مایع
یک سطح ریز در یک لولۀ مویین ایجاد شده است. انتهای لوله در یک محفظه به سطح مقطعی نسبتاً بزرگ که حاوی یک مایع با غلظت کم می باشد قرار دارد کف محفظه با یک دیافگرام که به وسیله فشار انتقالی از سمبۀ اندازه گیری قابل تغییر شکل می باشد پوشیده شده است.
شکل25-3) اصول اندازه گیری مایع پرست ویچ (Prest Uich) با بزرگنمایی تقریبی
این تغییر شکل در دیافراگم باعث جابجایی مقدار کمی مایع از محفظه به داخل لوله مویی می شود. در نتیجه سطح مایع در لوله بالا می رود تا در نقطه ای بالاتر از ارتفاع آزاد مایع ثابت می ماند به کمک درجه بندی تعبیه شده روی لوله که حدود اندازه گیری به عنوان بیشترین و کمترین حد اندازه گیری در آن مشخص شده است می توان میزان جابجایی مایع را یافت.
(برای تهیۀ حدود اندازه گیری باید از یک گیج مرجع استفاده کرد) بزرگنمایی این سیستم عبارت است از :
در این دستگاه چندین عیب موجود است :
1- سطح مایع در اثر تغییرات دما به مانند دماسنج تغییر تغییر می کند از آنجا که نیاز به نقطه ای برای نمایش سطح آزاد مایع می باشد، هر تغییری در دما این سطح را تغییر داده و نیاز به تنظیم مجدد ارتفاع آن و حد پایینی است .
2- وجود ناتوانی هایی در دستگاه که نانشی از دیافراگم و غلظت مایع است.
3- نیروی تغییر شکل دیافراگم در واحد اندازه گیری ثابت نیست. بنابراین با افزایش مقاومت معین دیافراگم نیروی اندازه گیری افزایش می یابد.
8-3) طراحی و به کارگیری ماشین های اندازه گیری
وسایل اندازه گیری که ملاحظه شدند (با کمی استثناء محدود به مقایسه های خطی در حدود mm250 می باشند در حالی که بیشتر قطعات مورد اندازه گیری شامل ابعادی هستند که نسبتاً بزرگترند برای همین ماشین های اندازه گیری با طراحی های گوناگون ساخته شدند ساده ترین آنها بر پایه است فاده از میکرومتر رومیزی است.
کار آن به صورت مقایسه طولهای یک گیج مرجع و قطعه کار و ارائۀ نسبت اختلاف است.
1-8-3) کمپراتورهای افقی طول
یک نمونه نسبتاً ساده از این نوع ماشین در شکل 26-3نشان داده شده است که در حقیقت نوعی میکرومتر رومیزی توسعه یافته است و در فصل 8 به هنگام بررسی اندازه گیری پیچ شرح داده خواهد شد. این وسیله معمولاً برای مقایسۀ طولهای بزرگتر از یک کتر به کار می رود.
اجزاء آن به طور کامل مشابه میکرومتر رومیزی است . علاوه بر آن دارای شیارهای V شکل است ( در امتداد میز) تا بتوان به اندازۀ مورد نیاز از سندان ( یا فک) ثابت دور شد می توان به آن یک صفحه ساعت اندازه گیری متصل کرد توجه شود که هنگام اندازه گیری میله ها در یک سطح افقـــی تکیه گاهها باید L577/0 (L= طول میله) از هم فاصله بگیرند. تکـــیه گاههایی که در شکل 26-3نشان داده شده اند به شکل V می باشند و ارتفاع و فاصله شان از هم قابل تنظیم است .
برای هم ارتفاع بودن آنها بدین ترتیب عمل می شود :
بعد از قرار دادن آنها به روی شیار های V شکل میله را روی انها قرار می دهیم سپس به کمک حرکت ساعت اندازه گیری روی میله افقی بودن ( و در نتیجه هم ارتفاع بودن تکیه گاهها ) را آزمایش می کنیم. تا آنجا که امکان دارد طول گیج مرجع باید نزدیک به قطعه کار باشد تا از حرکت های زائد پیچ میکرومتر اجتناب شود. همچنین لازم است که قبل از هر قرائتی برای تثبیت دما فکری کنیم.
2-8-3) ماشین های اندازه گیری یونیورسال
از این دسته ماشینها ، انواع گوناگونی وجود دارد که محدودۀ وسیعی از آنها را ماشین های یونیورسال اندازه گیری تشکیل می دهند.
شکل 26-3 یک میکرومتر رومیزی به عنوان کمپراتور افقی طول
شکل 27-3 ) ماشین اندازه گیری متشکل از یک درجه بندی به عنوان یک مرجع با اجازۀ چاپ (Societe Genevoice)
یک نمونه از این ماشین ها در شکل 27-3 نشان داده شده است. اصول کار بر پایه قرائت تغییرات روی درجه بندی بسیار دقیق دستگاه به وسیله میکروسکوپ است. این تغییرات در اثر حرکت سندان اندازه گیری ماشین ایجاد می شود.
در این دستگاه درجه بندی با محور سندان اندازه گیری همراستاست و طدر نتیجه اصل مسیر( که در بخش 1-4-3 شرح داده شد) رعایت شده است.
این ماشین به اندازه گیریهایی نظیر اندازه گیری طول ها، قطرها ، قطعات رزوه شده یا صاف و سطح ، مخروطی و گام پیچ آن با دقت بالا تواناست.
در تهیه این ماشین ها دو یا سه سیستم اندازه گیری هماهنگ بکار می رود و همچنین استانداردهای خطی طول در آنها مورد استفاده قرار گرفته است. بهتر است که درجه بندی دستگاه برای جلوگیری از خراب شدن در اثر تماس های فیزیکی و یا اتمسفر دو پوشش و یا محفظه ای قرار بگیرد. در مورد گیجها نیز رعایت این مطلب سودمند است.
3-8-3- میکروسکوپ های فتوالکتریک
به توسعه میکروسکوپ های فتوالکتریک دقت قرائته ماشین های اندازه گیری که بر پایه استاندارد های خطی کار می کنند خیلی زیادتر شده است. اصول کار آنها بر پایۀ تصویر کردن یک جفت طناب مویی در روی درجه بندی یک میکروسکوپ درجه بندی شده است. باید تصدیق کرد که حتی این روش نیز قابل لغزش و اشتباه است چرا که بر پایه نظریه علوم تجربی است.
9-3) کنترل اتوماتیک ماشین
از آنجا که احساس می شود اندازه گیری و کنترل ماشین(اندازه گیری) بسیار به یکدیگر نزدیکند ناگزیر مطالبی در زمینۀ کنترل ماشین باید ذکر شود. در حقیقت کنترل ماشینها مربوط به کتابها و فصول دیگری است و در اینجا امکان بررسی تفصیلی آنها وجود ندارد.
فرض کنید یک اپراتور برای تهیه یک قطعه کار به اندازه صحیح باید از روند زیر تبعیت کند:
1- اندازه گیری قطعه کار 2- محاسبه اختلاف بین اندازه های واقعی و اندازه های مورد نیاز 3- حرکت دادن میز کشویی عرضی به اندازۀ نصف این مقدار 4- تنظیم عمل براده برداری (یا برش) 5- چک کردن اندازه نهایی.
در یک طرح اندازه گیری اتوماتیک این فرایند بطور پیوسته انجام می شود.
حال در شکل 28-3 نمونه دیگری را مشاهده می کنید که در آن قطعه کار به وسیلۀ یک سنگ پرداخت می شود. یک اندازه گیری مرتباً قطر قطعه کار را اندازه می گیرد(به کامپیوتر منتقل می کند).
کامــــپیوتر فوراً داده های ورودی را با اندازه نهایی مورد نیاز مقایسه می کند به کمک جواب (یا پانچ) خروجی کامپیوتر می توان دستگاه سنگزنی را کنترل کرد. واضح است که در چنین سیستمی وسیله اندازه گیری بسیار مهم است چرا که اندازه های ارائه شده به وسیله آن به عنوان ورودی های کامپـیوتر محسوب می شوند.
در نتیجه این وسیله باید با دقات بالایی اندازه گیری کند. انواع کمپراتورهای پنوماتیکی فشار از عقب می تواند پاسخگویی این نیاز باشد. بعضی از شرکتها این وسائل را با سطتم اندازه گیری اتوماتیک ترکیب کردند (مثل شرکت (Mercer Air Guage) ) همچنین استفاده از اندازه گیریهای الکتریکی در سیستمهای کنترل اتوماتیک و کاربرد میکروسکوپ های فتوالکتریک مفید است در ضمن استانداردهای خطی مناسبی نیز باید بکار گرفت.
«پایان فصل سوم»
کله گی اندازه گیری که قطعه کار را اندازه گرفته و به عنوان اطلاعات ورودی وارد کامپیوتر می کند.
شکل19-3) کلیات یک سیستم اندازه گیری اتوماتیک
فصل چهارم :
اندازه گیری زاویه ای و تقسیم مـــــدوّر
1-4 مقدمه :
اندازه گیری زاویه ای و تقسیم مدور بخش مجزا و مهمی از علم اندازه گیری را تشکیل می دهد و قالباً به دو شاخه تقسیم می گردد. اندازه گیری زاویه ای که در ارتباط با اندازه گیری زوایای خاص می باشد و تقسیم مدور که شامل اندازه گیری پیوسته زوایای داخلی یک دایره است. این بخش در گذشته به نحوی بررسی شده است که تقریباً به طور کامل از این سیستم جدا شد. با این حال به نظر می رسد که این دو شاخه از علم اندازه گیری باید با هم در ارتباط باشند به همین دلیل این فصل طوری آنها را شرح خواهد داد که اندازه گیری زاویه ای به طور طبیعی به طرف تقسیم مدور هدایت میشود.
2-4 زوایا از استاندارهای طول – خط کشی نیسوسی
در فصل 1 تذکر داده شده بود که با به کار گیری ترکیب مناسبی از اندازه گیری های خطی، می توان اندازه گیری زوایایی را به نحو دقیق به دست آورد. خط کش نیسوسی وقتی که با اپراتورها به کار برده می شود یک مثال عالی از این قبیل ترکیبات است این وسیله در واقع شامل یک خط کش است که حامل دو استوانه با فاصلۀ مرکز تا مرکز مشخص می باشد. طرح اولیه و روش کاربرد آن در شکل 1-4 نشان داده شده است.
شکل1-4 خط کش سینوسی که تحت زاویه تنظیم شده است.
اگر l فاصله خطی محوهای دو استوانه از هم و h ارتفاعی راپراتورها تشکیل داده اند باشد آنگاه
اکنون شرایط لازم جهت طراحةی خط کش سیوسی ذکر می شوند و قابل توجه است تا وقتی این شرایط بر قرار هستند اندازه گیری زاویه اةی دقت لازم را خواهد داشت:
1- قطر دو استوانه باید یکسان بوده و اصول هندسی استوانه ها در آنها به درستی بر قرار باشد.
2- فاصله ی بین محورهای دو استوانه باید دقیق و معلوم باشد همچنین این محورها باید به موازات هم قرار بگیرد.
3- سطح فوقانی خط کش باید صاف و موازی با محور استوانه ها باشد و ضمناً از هر دوی آنها به یک فاصله قرار داشته باشند.
این شرایط تنها با دقت در ساخت همه اجزاء بر قرار خواهند شد و بهتر است قبل از سنگ زنی و پرداخت کاری ساختار خط کش را با عملیات سخت کردن تثبیت کرد.
پس از فراهم کردن همه این شرایط به طور صحیح می توان خط کش سیوسی را به همراه راپراتنورها با دقت بالایی برای تشخیص زوایا به کار برد (قبلاً یک خط کش سینوسی که فاصلۀ این محور های دو استوانۀ آن با دقتی برابر یک میکرومتر، 250 میلیمتر است )
بهتر است خط کش سینوسی روی صفحه ای از درجۀ A قرار بگیرد اگر هر دو استوانه خط کش روی راپراتورها قرار داده شود بی نظمی های احتمالی موجود در سطح فوق نیز حذف می گردد در شکل 1-4 ارتفاع h ارتفاع بین راپراتورهایی که در زیر دو استوانه قرار داده شده خواهد بود.( البته در این شکل تنها زیر یکی از استوانه ها راپراتور قرار داده شده و ارتفاع h همان ارتفاع راپراتورهای راست خواهد شد-م).
برای اندازه گیری یک زاویه باید مواظب بود که این زاویه در اثر هم راستا نبودن قطعه کار و خط کش سنیوسی تغییر نکند به عبارت دیگر باید قطعه کار و خط کش در راستای هم قرار بگیرند و از اصل مسیر پیروی کنند جهت حل این مشکل باید خط کش را به آهستگی و بر خلاف شیب قطعه کار نگه داشت به همین ترتیب قطعه کار نیز طور نگه داشته می شود که شیب آن مخالف شیب خط کش باشد سپس ةیک ساعت اندازه گیری را به طور افقةی روی سطح فوقانی قطعه کار حرکت داده و مقادیر پنشان داده شده قرائت می گردد اگر این قرائت ه همگی یکسان باشند آنگاه شیب قطعه کار از فرمول به دست می آید(شکل 2-4)
شکل2-4 خط کش سنیوسی به کار رفته برای آزمایش زوایه یک بلوک گوه ای شکل .
در تعیین شیب یک قطعه کار بیشتر از زمانی که براةی تنظی» خط کش سنیوسی جهت تعیین مجدد شیب مورد نظر نیاز است این تصرف یافتن مقدار صحیح h به کمک روش آزمون و خطا می گردد. این زمان با سادگی و با پیروی از یک روش منطقی به صورت زیر قابل کاهش است:
1- خط کش سنیوسی و قطعه کار را به مانند شکل 2-4 طورةی تنظیم کنید که سطح بالایی قطعه کار تقریباً به موازات سطح میز قرار بگیرد.
2- به وسیله حرکت دادن ساعت اندازه گیری در امتداد قطعه کار به تفاوت ارتفاع احتمالی در انتهای آن توجه کرده و لبۀ انتهایی را که پایین تر قرار گرفته است بیابید.
3- به فرض آنکه لبۀ انتهایی از خط کش سنیوسی که ارفاع بیشتری دارد پایین تر باشد(مثلاً در شکل 2-4 انتهای سمت راست) با قرار دادن یک راپراتور ارتفاع آن را افزایش دهید اندازه این راپراتور مقداری ایت معادل با حاصل ضرب اختلاف مقادیر قرائت شدۀ ساعت اندازه گیری در دو لبۀ انتهایی قطعه کار در نسبت طول نقشه سینوسی به طول قطعه کار.
به عنوان مثال فرض کنید که انتهای قطعه کار به اندازۀ یک mm 1% پایین باشد و طول خط کش سینوسی mm250 و طول قطعه کار mm100 باشند در این صورت مقدار عددی که باید به ارتفاع راپراتورها اضافه شود ( یا ضخامت راپراتور اضافه شده ) خواهد بود.
گر چه ای« روش نتیجۀ کاملاً درستی را برای تنظیم به دست نمی دهد ولی از ورش آزمون و خطا بسیار سریع تر است هةیچ خط کش سنیوسی نباید برای زوایای بیشتر از به کار رود در غیر این صورت خطایی ناشی از فاصلۀ مرکز ت مرکز استوانه ها و خطای راپراتورها آشکار می شوند و نتیجه اندازه گیری با اقراق بسیار توأم خواهد شود.
رسم یک نمودار از خطای زاویه ای بر حسب اندازۀ اسمی زاویه با فرض وجود خطای mm02/0 در تمامی مقادیر h جالب خواهد بود. ز.اةیای بزرگتر را می توان با تفریق در زاویۀ قائمه نشان داد به عبارت دیگر تنظیم بر اساس تقسیم زاویۀ مورد نظر صورت می گیرد.
1-2-4) میزهای سنیوسی :
این وسایل در حقةیقت نوعی خط کش سنیوسی توسعه یافته می باشند و روش تنظیم آنها مشابه تنظیم خط کش سنیوسی است واضح است که خطکش سنیوسی فقط برای قطعه کارهای نسبتاً کوچک و کم وزن مناسب است اما میز سنیوسی سطح کار بزرگتری دارد و بسیار نیرومندتر از خط کش سنیوسی بوده برای قطعه کارهای سنگین تر و بزرگ تر مناسب می باشند.
یک وسیله توسعه یافته دیگر میز سنیوسی مرکب می باشد که ترکیب دو میز سنیوسی است و محور های آنها نسبت به یکدیگر زاویه قائمه می سازد و همه به روی یک پایه مشترک قرار دارند جهت تنظیم زوایای ویژهای تجزیه می کنند وسپس هر میز به همین اساس تنظیم می شود( به عبارت دیگر این زوایای روی محور های عمود بر هم دو خط کش سنیوسی میز سنیوسی مرکب پیاده می شود –م)
2-2-4) مرغک سنیوسی
برای آزمایش کارهای مخلوطی (که در هر دو انتها مرغک زده شده ) مرغک سنیوسی به کار می رود ( شکل3-4)
شکل3-4) اندازه گیری زاویه یک گیج مخروطی بروی مرغک های سنیوسی.
طول مرغک ها به طور دقیق از اصل مسیر پیروی می کنند قطعه کار به نحو صحیحی در راستای خط اندازه گیری قرار می گیرد اصول تنظیم این وسیله به مانند خط کش سنیوسی است اما مشکلی که در اینجا ممکن است پیش بیاید هم محور نبودن قطعه کار و مرغک ها به هنگام سوار کردن کار به روی دستگاه است . برای روفع این مشکل ساعت اندازه گیری را به روی یک قطعه از قطعه کار ( در اینجا مخروط) قرار می دهیم و به آرامی قطعه کار سوار شده روی مرغک ها را می چرخانیم تا به نقطه ای برسیم که در آن بیشترین مقدار در روی ساعت اندازه گیری قرائت گردد.
پس در همین حالت زاویه قطعه کار توسط راپراتورها محاسبه می گردد آنگاه قطعه کار را چرخانده و این محاسبه تکرار می شود.
میانگین این دو زاویه محاسبه شده مشابه زاویه قطعه کار خواهد بود لازم به ذکر است که اگر قطعه کاری به مقدار قابل اندازه گیری از راستای اندازه گیری خارج گردد باعث می شود تا کیفیت اندازه گیری مشابه کیفیت حقیقی باشد و نه خود مقدار حقیقی در نتیجه می توان این اندازه گیری را نپذیرفت و آن را رد کرد .
3-4) اندازه گیری گیج های مخروطی:
گیج های مخروطی معمولاً برای اندازه گیری مخروط یا زاویه ای در یک سوراخ شفت به کار نمی روند بلکه جهت یافتن قطر سطح مقطع خاصی از قطعه کار که در محدوده معینی قرار دارد مورد استفاده واقع می شوند.
قطر این گیجها در هر یک از دو انتهای بخش مخروطی با هم متفاوت است در حقیقت این گیجها مجوعه ای از قطرهای مختلف هستند که بالاترین و پایین ترین قطرهای بخش مخروطی آنها مدهای حداکثر و حداقل این مجموعه می باشند. بدین ترتیب اندازه گیری یک گیج حلقه ای یا مخروطی به دو مرحله تقسیم می شود. 1- تعیین زاویه مخروط 2- تعیین قطرهای مخروط
1-3-4) اندازه گیری گیجهای توپی مخروطی (Taper plag gauges) (با گیجهای سر مخروطی-م)
معمولاً زاویه مخروط یک گیج سرمخروطی را با استفاده از مرغک های سنیوسی بخش2-2-4 ) تعیین می کنند اگر این وسیله موجود نباشد می توان این زاویه را به کمک روش اندازه گیری قطری و در فاصلۀ مشخصی از امتداد گیج معین کرد.
اندازه گیریها معمولاً به وسیلۀ استوانه هایی که به طور دقیق کالیبره شده اند و دارای قطرهای یکسان هستند انجام می گیرد.
برای جلوگیری از جدا شدن استوانه ها از گیج راپراتورها مورد استفاده قرار می گیرند (شکل4-4)
شکل5-4) اندازه گیری قطر انتهای کوچک یک گیج سر مخروطی
شکل4-4) اندازه گیری گیج سر خروطی
در مثلث ABC از شکل4-4) دیده میشود که h ارتفاع راپراتورها بوده و که و در شکل زیر نشان داده شده است.
بنابراین زاویه مشابه زاوةیه مخروط به وسیلۀ اندازه گیری به طور مستقیم قابل تقسیم است. برای یافتن ماکزیمم و می نیمم قطرها دربالا و پایین بخش مخروطی ابتدا نیاز به اندازۀ Ds یعنی قطر انتهای قطر کوچک (شکل5-4) می باشد. شکل 5-4 انتهای کوچک گیج را به هنگام اندازه گیری نشان می دهد از شکل می توان دید و از شکل 5-4:
که d = قطر استوانه
با مراجعه به معادله یک دیده می شود که در حقیقت معادل است با میزان افزایش شعاع بر گحسب واحد طول :
میزان افزایش قطر بر حسب واحد طول
و
که H ارتفاع گیج و S ارتفاع آن است. اگر مقدار را بین و ( میانگین آنها ) در نظر بگیریم آنگاه دو مقدار بدست می آید. اگر این دو مقدار با هم مساوی نباشند شکل مخروط گیج صحیح نیست به عبارت دیگر کناره هایش مستقیم نمی باشد.
با در نظر گرفتن مقادیر و و در موقعیت های مختلف و در روی گیج میتوان به روش مشابه گردی مخلوط را نیز چک کرد.
2-3-4) ماشین اندازه گیری مخروط
یک روش بهتر از نوع اندازه گیریهایی که در بالا انجام دادیم در ماشینی که شکل 6-4 آن را نمایش می دهد به کار برده شده آین ماشین به طور کالی از یک میکرومتر که قادر است تا 0002/0 میکرومتر را بخواند و یک شاخص که در امتداد خط اندازه گیری می توان شناور باشد تشکیل شده است. کله گی دستگاه می تواند روی یک ستون سخت و سنگین به بالا و پایین حرکت کند و قطعه کار به روی یک پایه سنگین که دارای سطح پرداخت شده ای است تکیه دارد و به وسیله یک مرغک از بالا در وضعیت لازم نگه داشته می شود. اگر دقت لازم مبذول گردد میکرومتر وقت های بالایی را می توان بدست دهد .
3-3-4) اندازه گیری گیج های حلقه ای مخروطی
روش در اینجا مشابه روش به کار برده شده در گیج های سر مخروطی است.
اندازه گیری ها توسط
شکل7-4) اندازه گیری ی: گیج حلقه ای مخروطی
شکل 6-4) ماشین اندازه گیری مخروط با اجازه چاپ از شرکت coventry gauge and Tool.
باز هم در اینجا می توان دید : ولی در این حالت داریم:
( وd نظر استوانه)
در این روش دقت تا حد زیادی به تماس صحیح بین گلوله ها در راپراتورها بستگی دارد و انجام صحیح این روش با تمرین و تجربه حاصل میشود. لازم به ذکر است که در اندازه گیری مقادیرM چهار نقطه تماس موجود است( فرض می کنیم فشار بین اجزاء الاستیک باشد) که در راپراتور بزرگتر نیروی لبه ای بیشتری داده می شود (شکل7-4)
مؤلف احساس می کند که بهترین روش کار شروع با راپراتورهایی زیر اندازه لازم می باشد.
با قرار دادن چنین راپراتورهایی بررسی می کنیم که گلوله ها تا چه اندازه برای حرکت آزادند ( می توان گلوله ها را با یک میل بافتنی جدا کرد) پس اندازه راپراتور را mm01/0 به mm01/0 افزایش می دهیم بدین ترتیب تدریجاً حرکت آزاد گلوله کاهش می یا بد تا وقتی که دیگر به هیچ عنوان نمی توانند حرکت کنند بعد از وقوع این حالت بهتر است که کل اجزاء آزمایش ( گلوله ها و راپراتورها ) مورد بررسی قرار گیرد، سپس محاسبات لازم انجام می شود. این روش یک معتدل و عینی است و بهتر از روشهای حدسی می باشد.
4-3-4 اندازه گیر سوراخ های مخروطی
روشی که در بخش قبلی شرح داده شد فقط زمانی کاربرد داشت که سوراخ مخروطی دارای قطر بزرگی باشد تا بتوان گلوله ها و راپراتور ها را به آسانی در آن جای داد اما برای مخروط های با قطر کوچکتر از روش های اندازه گیری زاویه ای و یا متداول (از قطر گذرنده) استفاده میشود(شکل8-4)
شکل8-4) اندازه گیری یک سوراخ مخروطی
همانطور که از شکل دیده می شود این روش بر منبای اندازه گیری ارتفاع گلوله هایی با قطرهای متفاوت است که مستقیماً درون مخروط قرار داده شده اند. فاصلۀ مرکز تا مرکز گلوله ها یعنی :
Lm عبارت است از و
بنابراین زاوةیه مخروط پیدا می شود برای تعیین یکنواختی مخروط می توان از گلوله سومی استفاده کرد که تقریباً در وسط طول مخروط قرار داده می شود سپس محاصبات فوق دوباره انجام می گیرد( اگر زاویه بدست آمده از دو گلوله با زاویه بدست آمده از سه گلوله برابر باشد مخروط یکنواخت است –م)
برای یافتن در انتهای بزرگ مخروط فرض می شود O رأس زاویه مخروط باشد در این صورت و و مشکلاک عمل این روش بخصوص وقتی که زاویه مخروط کوچک است بیشتر از حالت قبلی می باشد. اثرات تماس گلوله ها و تغییر شکل الاستیک منتج هم برای گلوله ها و هم برای گیج ها موجب تولید خطا در اندازه گیری مقادیر و می شود که در نهایت این خطاه موجب محاسبه اشتباه زاویه می گردد لازم به ذکر است که به هیمچ عنوان نباید گلوله ها به داخل مخروط پرت شوند بهتر است آنها را به آرامی و به طور موازی با محور مخروط به داخل مخروط غلطاند رعایت این مسائل و دیگر مشکلات موجود تنهااز طریق تجربه عملی حاصل می گردد.
4-4) تراز دقیق.
همانطور که در فصل 3 در مورد مقایسه گرهای تراز شکل بروکز گفته شد در این وسائل مبنای مقایسه ارتفاع دو راپراتور حساسیت حباب یک تراز می باشند به طور کلی تراز وسیله ای است که برای اندازه گیری زاویه ای مورد استفاده قرار می گیرد و شامل یک لوله ای شیشه ای است که باریختن مایعی در این لوله حبابی از هوا در آن ایجاد شده است حساسیت این نوع ترازها به شعاع لوله حاوی مایع و طول پاةیه تراز بستگی دارد به فرض ترازی طوری درجه بندی شده است که فاصله هر درجه یک از دزجه دیگر باشد همچنین شعاع لوله تراز R در نظر گرفته می شود. اگر یک انتهای تراز ( و در نتیجه لوله حاوی به مایع ) تحت زوایه طوری منحرف گردد که حباب به اندازه یک تقسیم از درجه بندی حرکت کند(یعنی به اندازه ) آنگاه بر حسب رادیان به عنوان مثال اگر فاصلۀ تقسیمات از هم mm5/2 و زاویۀ انحراف 10 ثانیه باشد آنگاه رادیان در نتیجه بنابراین R تقریباً برابر است با5/51 متر با کاربرد این شعاع و طول mm250 ارتفاع x (ارتفاعی که تراز باید بالا برده شود تا حباب mm5/2 حرکت کند) عبارت است از:
رادیان
به همین ترتیب با کاهش طول پایه از mm250 ، حساسیت افزایش می یابد مثلاً اگر از mm250 بهmm125 کاهش یابد هر درجه از تقسیم بندی 006/0 را نشان می دهد. کاربرد اصلی ترازهای دقیق برای اندازه گیری مستقیم بودن و عدم پیچ خوردگی در ریل های ماشین ابزار است (نه برای انمدازه گیری زوایا) این موضوع در فصل شش به طور کامل توضیح داده خواهد شد ولی به طور اجمالی و سطحی می توان گفت که اگر تراز در امتداد ریل در فواصلی به اندازه طول پایه اش ریل را طی کند موقعیت اول تراز به عنوان مبنایی برای اندازه گیری ارتفاع نقاط دیگر در روی ریل خواهد بود. خاطر نشان می شود که دقت یک تراز به نحوۀ تنظیم شیشه حامل مایه نصبت به پایه تراز بستگی دارد. در بیشتر طراحی ها جهت انتباق صحیح شیشه حاوی مایع به هنگام نصب آن در تراز قیدهای خاصی بکار برده می شود . در اندازه گیری های دقیق با تراز بهتر است فرض کنیم که در تنظیم شیشه حاوی مایع مقدار خطا وجود دارد و در نتیجه جهت اطمینان از درستی اندازه گیری دو قرائت را که هر دو را در امتداد یک خط ولی در جهات مختلف قرار دارند بدست آورد( به عبارت دیگر بهتر است توسط تراز به جای یک قرائت دو قرائت از موضوع تحت اندازه گیری انجام شود که در این حالت راستای هر دو قرائت یکی ولی جهات آنها مخالف باشد) میانگین این دو قرائت مقدار صحیح خطا را در تراز بودن سطح تحت اندازه گیری بدست می دهد.
1-4-4) کلینومتر (The Clinometr)
کلینومتر یک حالت خاص از کاربرد ترازهای مایعی است که در آن تراز بر روی یک بدنه قابل چرخش و در داخل یک محفظه قرار دارد و یک سطح بدنه پایه یا تکیه گاه دستگاه را تشکیل می دهد، کاربرد اصلی این وسیله اندازه گیری زاویۀ دو پیشانی مجاور یک قطعه کار است بنابراین به هنگام کار پایه دستگاه روی یک پیشانی قرار داده میشود و بدنۀ قابل چرخش آنقدر حرکت داده می شود تا حباب تراز در مقابل صفر قرار بگیرد.
زاویه چرخش لازم برای رسیدن به این حالت به وسیله یک شاخص ورودی یک درجه بندی زاویه ای نشان داده می شود به همین روش پایه دستگاه را این بار روی پیشانی دوم قرار می دهیم و زاویه چرخش نشان داده شده به وسیله شاخص را می خوانیم زاویه بین دو پیشانی اختلاف بین قرائت های اول و دوم است بسته به نوع دستگاه مورد استفاده می توان تا دقت یک دقیقه مقدار زاویه را بدست آورد.
2-4-4) استانداردهای ترازهای مایعی
استانداردهای مربوط به دقت ، حساسیت، کالیبره کردن، شرایط کار و دقت سطوح نمایش (سطوح نمایش دهندۀ مقدار ) به وسیله استاندارد انگلیسی 958 شرح داده شده است برای قطعه کارهایی با دقت عمومی حساسیت بسیار مفید است یعنی جابجایی زاویه ای 10 ثانیه ای باعث حرکت حباب به اندازه یک تقسیم از درجه بندی می گردد.
این مقدار معمولاً mm5/2 است.
5-4) وسایل نوری برای اندازه گیری زاویه ای
برای اندازه گیری اختلاف های زاویه ای کوچک ی: گروه از وسایل نوری موجود اند که اساس کار آنها بر پایه موازی ساختن یک پرتاب نور است.
اگر منبع نور نقطه ای O در کانون ةیک عدسی موازی ساز قرار داده شود پرتو خروجی نور موازی خواهد بود( شکل9-4 قسمت (a) )
شکل 9-4(b) تصویر یک منبع نقطه ای که از روی یک منعکس کننده کج شده انعکاس یافته است.
شکل 9-4(a) منبع نقطه ای نور در صفحه کانونی یک عدسی موازی ساز
حال اگر این پرتو موازی به یک منعکس کننده که بر محور نوری عمود است بتابد پرتو انعکاسی روی خود مسیر نور بازمی گردد و دوباره در کانون جمع می شود اما اگر صفحه انعکاسی به اندازه زاویه کوچک کج شود پرتوهای انعکاسی به اندازه خواهند چرخید و در نقطه ای روی صفحه ی کانونی به فاصلۀ x ازO (نقطۀ ) جمع می شود. این اثر در شکل 9-4 قسمت b نمایش داده شده است.
اگر پرتو نور از مرکز هندسی لنز مورد بررسی عبور کند (که در این صورت دچار شکست در عدسی نمی شود ) آنگاه می توان دید که که فاصله کانونی لنز است.
دربارۀ این فرمول نکاتی مهمی وجود دارد کع فوراً آشکار نمی شوند:
1- فاصلۀ بین منعکس کننده و عدسی اثری در فاصلۀ x یعنی فاصلۀ بین منبع نور و تصویر ندارد.
2- برای حصول حساسیت های بالا یعنی بدست آوردن یک مقدار بزرگ از x برای یک انحراف زاویه ای کوچک فاصله کانونی بلندی لازم است.
3- همچنین فاصۀ عدسی از منعکس کننده بر قرائت x تأثیری ندارد اگر در یک مقدار معلوم از منعکس کننده بیش از حد عقب برده شود همه پرتوهای انعکاسی به طور کامل به عدسی اصابت نمی کنند و در نتیجه هیچ شکلی تولید نمی شود. بنابراین برای داشتن میدان دید وسیع بهتر است فاصلۀ این عدسی و منعکس کننده کمترین مقدار ممکن باشد این مطلب به خصوص در مقایسه گرهای نوری فصل 3 بسیار مهم می باشد.
1-5-4) اتوکالیستر ( موازی ساز خودکار- به بخش ضمیمه مراجعه شود-م)
طرح شکل تصویر ی: منبع نوری نقطه ای عملی نیست (همانطور که در بالا شرح داده شد ) برای همین در این وسایل یک جفت سیم به نام سیم هدف در صفحه کانونی عدسی موازی ساز قرار داده می شود که از پشت روشن شده و تصویر آنها شکل می گیرد شکل 10-4 این سیستم نوری را نشان میدهد.
شکل10-4) نمایش سیستم نوری و عدسی چشمی اتوکالیمتر (موازی ساز خودکار) با تنظیم میکرومتر
سیم های تنظیم را طوری حرکت می دهیم که تصویر سیم هدف در بین آنها قرار گیرد پس مقدار نشان داده شده قرائت می گردد
تصویر شکل شده از هدف به یک صفحه منــــعکس کننده برخورد می کند و انعکاس تصویر در نقطه ای روی صفحۀ سیم های هدف (صفحه کانونی9 تشکیل میگردد. سیم ها و تصویرشان به طور همزمان درچشمی دیده می شود. این چشمی شامل یک جفت سیم قابل تنظیم و یک صفحه درجه بندی شده می باشد سیم های تنظیم شونده به وسیلۀ یک میکرومتر جابجا می شوند تا وقتی که تصویر منعکس شده یا تصویر سةیم هدف را در بر گیرند. دقیق ترین درجه بندی که در چشمی می توان خواند دقیقه می باشد و چون استوانۀ ( شکل10-4) میکرومتر که سیمهای تنظیم شونده را در هر دور دقیقه حرکت می دهد به شصت قسمت مساوی تقسیم شده بنابراین یک تقسیم بندی از استوانۀ میکرومتر نشان دهندۀ آن است که منعکس کننده به اندازه ثانیه کج شده است. با داشتن دقت در کار و نصب بدون ازتعاش دستکاه می توان تا دقت نیز زاویه کج شدن را به دست آورد این دستکاه به طور طبیعی دارای محدوده قرائتی از 10 دقیقه تا 10 متر می باشد به همین دلیل در آزمایش هم راستایی ماشین ابزار یا برای هر اندازه گةیری با مقیاس بزرگ که شامل انحرافات زاویه ای کوچکی است کاربرد این وسیله بسیار باارزش است. در فصل 6 شرح کاملی از کاربرد این وسیله برای این قبیل مقاصد ارائه شده است.
2-5-4) دکور زاویه (The Argle Dekkor) (به بخش ضمیمه مراجعه شود)
در این کاربرد از اصل موازی سازی یک درجه بندی به وسیلۀ منبع نوری روشن می گردد به طوری که این درجه بندی در صفحه کانونی یک عدسی موازی ساز و خارج از میدان چشمی میکروسکوپ باشد. سپس تصویر آن به صورت یک پرتو موازی به یک صفحه منعکس کننده در زیر دستگاه برخورد می کند و تصویر منعکس شده توسط عدسی در کانون جمع می شود به طوری که تصویر در میدان دید چشمی قرار گیرد. تصویر این درجه بندی روشن شده به روی یک درجه بندی ثابت مشابه که عمود بر تصویر روشن شده می باشد قرار می گیرد به این ترتیب مقدار قرائت شده روی تصویر بندی روشن شده در چشمی میزان انحراف زاویه ای محوری عمود بر محور نوری را نشان می دهد(به عبارت دیگر میزان انحراف منعکس کننده را مشخص می کند-م)
و مقدار قرائت شده روی درجه بندی ثابت انحراف زاویه ای محوری را نشان می دهد که متقابلاً عمود دو محور دیگر است.(یعنی عمود بر محور نوری-م)
به کمک این طرح می توان خطاهای زاویه ای را در دو صفحه بررسی کرد و (یا خیلی مهمتر از این) می توان قرائت مربوط به گیج مرجع و قطعه کار را به طور مشابه در یک صفحه انجام داد و مقدار خطا را در صفحه دیگر قرائت کرد. بنابراین از ایجاد خطاهای زوایه ای ترکیبی جلوگیری می شود.( در شکل 11-4) این سیستم نوری و آنچه که در چشمی دیده می شود نمایش داده شده است.
طرح فیزیکی ساده این دستگاه شامل یک سطح مبنای پرداخت شده و یک منعکس کننده می باشد دیگر اجزاء نوری در درون یک لوله قرار دارند که متصل به پایه ای قابل تنظیم است.
به هنگام استفاده از این دستگاه ابتدا یک گیج مرجع مثلاً یک خط کش سنیوسی یا یک گروه از گیج های زاویه دار (بخش1-2-5-4 را ببینید) را به روی سطح مبنای دستگاه قرار می دهند و دستگاه طوری تنظیم می گردد که روی هر دو درجه یک مقدار قرائت شود. سپس گیج مرجع را برداشته و قطعه کار را جایگزین میکنند و به روی سطحی از قطعه کار که مورد بررسی قرار می گیرد جهت انعکاس بهتر یک راپراتور قرار داده می شود که دارای سطح پرداخت خوبی است. می توان این راپراتور را با نوارهای الاستیکی روی قطعه کار محکم کرد. سپس قطعه کار به آرامی چرخانده می شود تا درجه بندی روشن شده در امتداد درجه بندی ثابت حرکت کند و زمانی که مقدار قرائت شده روی درجه بندی ثابت همان مقداری باشد که در مرحله ی اول به وسیله گیج مرجع قرائت شد قطعه کار دیگر حرکت داده نخواهد شد و میزان خطا در زاویۀ قطعه کار اختلاف دو مقدار خوانده شده ( در مرحله اول و مرحله دوم) روی درجه بندی روشن شده خواهد بود. جهت چک کردن سطوحی که به طور اسمی بر هم عمود اند نیاز به گیج مرجع نیست . کافی است که مثل دفعه قبل روی دو سطح مورد نظر یک راپراتور قرار داده شود و دستگاه تنظیم گردد در این صورت اگر دو سطح کاملاً بر هم عمود باشند در انعکاس از روی هر دو سطح در چشمی دو تصویر از درجه بندی روشن شده دیده می شود که به طور عمودی در راستای هم (به دنبال هم) قرار دارند و قرینه هم هستند. اما اگر این دو سطح بر هم عمود نباشند دو تصویر درجه بندی روشن شده در امتداد هم قرار نخواهند گرفت و فاصلۀ بین آنها مقدار خطای دو گانه( یا به طور ساده تر خطای –م) انحراف از زاویه قائمه است. در شکل(12-4) چشمی دستگاه به هنگام آزمایش تعمد دو سطح قطعه کار نمایش داده شده است. در ابتدای کار با این دستگاه خواندن مقادیر کمی دشوار است ولی یا تمرین بیشتر تصدیق می گردد که این وسیله برای آزمایش زوایای بسیار سریعتر و دقیقتر است. اگر چه این دستگاه حساسیت اتوکالیمتر را ندارد اما برای دامنۀ وسیعی از اندازه گیریهای زاویه ای در فواصل کوتاه بینهایت مفید است.
شکل(11-4): سیتم نوری کمپراتور زاویه
شکل(12-4) نمای چشمی یک کمپراتور زاویه به هنگام آزمایش سطوح متعامد
به همین دلیل از این وسیله در اتاقهای اندازه گیری و برای کنترل و کیفیت تولیدات استفاده می شود بوسیلۀ آن می توان به طور مستقیم مقادیری از (1) دقیقه تا 50 دقیقه را قرائت کرد همچنین به طور تخمینی می توان مقادیر قرائت شده (1) تا دقت 2/0 دقیقه بدست آورد.
1-2-5-4) گیج های زاویه دار مرکب
در بخش 2-5-4 ذکر گردید که کمپراتور زاویه به مانند دیگر کمپراتورها با یک گیج مرجع تنظیم می گردد همچنین می توان از یک خط کش سنیوسی جهت این کار استفاده کرد اما در سال 1941 شکلهای بسیار مناسبی از گیجهای مرجع یعنی گیجهای زاویه دار مرکب به بازار عرضه شد. به طور ساده این گیجها مکعبهایی هستند که به صورت زوایای دقیقی سخت و پرداخت شده اند و می توان آنها را روی یکدیگر قرار داد. مشابه با راپراتورها می توان آنها را به هم اضافه یا از هم کم کرد. همانطور که در شکل 13-4 نشان داده شده است.
شکل(13-4) اضافه و کم کردن گیجهای زاویه دار مرکب
زوایای به کار رفته به صورت یک تصاعد هندسی با قدر نسبت به 3 مرتب شده اند.
این گیجها 13 تا هستند( به همراه یک بلوک صاف و هموار و همگی دارای زوایای کالیبره شده می باشند) و به کمک آنها می توان هر زاویه ای بین 0 تا 90 درجه را با نمو 3 ثانیه تشکیل داد. این گیجها ممکن است در ترکیب با یکدیگر به کار روند یا از بلوک صاف و هموار هم شوند.
آنها را با استانداردهایی مشابه با استانداردهای راپراتور می سازند. همگی دارای دقت بالا و خصوصیت به هم فشردگی بوده و کالیبره شده اند. همچنین خواص انعکاسی سطح پرداختشان آنها را بخصوص برای کاربرد در دستگاههای موازی ساز مناسب کرده است.
3-5-4) تلسکوپ هم راستایی
کاربرد عمده این وسیله برای آزمایش دقت همراستایی یا تاقانها، دقت هم راستایی سطوحی که قیدهای مونتاژی بزرگ رویشان قرار می گیرند و دقت هم راستایی قطعه کارهای مشابه می باشد. این دستکاه شامل دو قسمت است: یک بخش موازی ساز و یک تلسکوپ جمع کننده(یا در کانون متمرکز کننده-م)
بدنۀ هر دوی این قسمت ها استوانه ای است وقطعه خارجی آن دقیق می باشد. از آنجا که محور نوری و مکانیکی بر هم منطبق هستند می توان هر قسمت را به طور مستقیم یا به وسیلۀ بوش های دقیق بین دو یاتاقان که به فاصلۀ معینی از هم هستند قرار داد و سپس تصاویر بدست آمده از بخش تلسکوپ را به بخش موازی ساز منتقل کرد.
بخش موازی ساز شامل یک منبع نور و یک کندانسور (جمع کننده) است که در جلوی آن یک شیشۀ مدرج زاویه ای (یا شیشۀ شطرنجی-م) در صفحه کانونةی عدسی موازی ساز نصب شده است این درجه بندی شطرنجی به صورت یک پرتو موازی تصویر می گردد. اکر تلسکوپ در بینهایت تنظیم شود، پرتوهای موازی و درجه بندی زاویه ای به روی خطوط مبنا( یا سیم های متقاتع تلسکوپ در شکل 14-4-م) خواهند افتاد. بدین ترتیب ناهمراستایی زاویه ای در دو صفحه معین می گردد.
قسمت موازی ساز در جلوی عدسی موازی ساز شامل یک شیشه مدرج زاویه دیگری است که دارای دو درجه بندی عمود بر هم می باشد. اگر فاصلۀ کانونی تلسکوپ کوچک شود این تقسیم بندی روی خطوط مبنای تلسکوپ دیده شده و جابجایی خطی مستقیماً اندازه گیری می شود. اما چون درجه بندی نا هم راستایی زاویه ای خیلی دور از کانون است در چشمی تلسکوپ دیده نمی شود. در شکل(14-4) دیاگرامی از واحد موازی ساز و نمایی از چشمی تلسکوپ در دو حالت فوق (اندازه گیری جابجایی و نا هم راستایی زاویه ای ) نشان داده شده است. خاطر نشان می شود که فاصله اثری بر قرائت نا هم راستایی زاویه ای ندارد. چرا که این قرائت ها با کاربرد اصل موازی سازی حاصل شده اند . اما این موضوع در مورد جابجایی خطی درست نیست و تلسکوپ تنها اندازه ظاهری درجه بندةی را برای دیدن به وسیله چشم ، بزرگ می کند. سپس با افزایش فاصله، اندازه درجه بندی جابجایی کاهش می یابد و قابلیت قرائت آن نیز کم می شود بنابراین دقت این قرائت با افزایش فاصله کم می شود.
6-4) تقسیم دایروی
بیشتر تحقیقات پیشین در مورد استانداردهای اندازه گیری به وسیله یک شرکت سوئیسی به نام Societe Genevoise صورت گرفته بود که تا کنون بیشتر استاندارهای خطی بسیار دقیق شامل نخستین نمونه های بین المللی و کپی های آنها را تولید کرده است. این مطلب مسجل شده بود که در ساخت وسایلی با دقت بالا احتیاج به درجه بندیهای مدور دقیقی است و در راستای این هدف بود که در سال 1865 ماشین های تقسیم مدور ساخته شد. در این زمان روشی برای چک کردن فضایی بین دندانه های حول میز ماشین وجود نداشت و این موضوع به استفاده از ماشین های تقسیم خطی (که جهت ساخت استانداردهای خطی به کار می روند) به شکل یک خط کش سنیوسی برای کالیبره کردن ماشین تقسیم منجر گردید.
به این ترتیب اولین درجه بندی برای تقسیم مدور ساخته شد. از آن به بعد کاربردهای بسیاری برای این قبیل درجه بندیها در ساخت میزهای چرخشی اپتیکی و کله گی های تقسیم اپتیکی بوجود آمد.
1-6-4) نصب درجه بندیهای تقسیم شده شیشه ای :
ساده ترین شکل تقسیم کننده اپتیکی شامل یک درجه بندی شیشه ای است که به روی یک محور سوار می گردد و از طریق یک میکروسکوپ مثل شکل (15-4) دیده می شود. این درجه بندی شیشه ای از پشت روشن می شود و با قرار گرفتن تصویر آن روی درجه بندی میکروسکوپ به طور مستقیم نسبت به درجه بندی میکروسکوپ در درجه بندی قابل قرائت است. در این قبیل تجهیزات لازم است که دایره تقسیم شده (درجه بندی مدور-م)طوری نصب گردد که بتواند که به نحو صحیحی حول محورش بچرخد. اگر به هنگام چرخش درجه بندی از مرکز خارج گردد در تقسیم مدور خطایی تولید خواهد شد.
شکل(16-4) یک دیسک که دارای خروج از مرکز e است را نشان می دهد که به این منحنی با چرخش دیسک، مرکز دیسک یک دایره به شعاع e رسم میکند.
دیسک در موقعیت اول (شکل (a) 16-4 ) دقیقاً مقابل خط مبناست و مقدار صفر قرائت می گردد در نتیجه میزان خطا صفر می باشد.
حال اگر بخواهیم دیسک زاویۀ را نشان دهد مرکز دیسک به موقعیت نشان داده شده روی شکل (b) 16-4 می رود بنابراین برای نشان دادن زاویه 90 باید دیسک اندازه بچرخد ( میزان خطای زاویه ای است-م) بطور مشابه در شکل (c)16-4 برای قرائت باز هم خطای ایجاد می گردد ولی این بار برای رسیدن به زاویۀ دیسک باید به مقداری کمتر از یعنی بچرخد.
بنابراین میزان خطا از می باشد و با رسم نمودار خطا یک منحنی سنیوسی حاصل می گردد. حداکثر خطای زاویه ای (یآ پیک خطای زاویه ای-م) بین هر دو قرائت فوق است و با توجه به شکل رادیان. پس اگر دیسک بین تا چرخانده شود حداکثر خطای زاوطه ای به وجود آمده خواهد بود که e خروج از مرکز و R شعاع محدودۀ شرائت هاست. (شعاعی که قرائت ها درآن شعاع به دست می آیند) این قبیل تنظیمات در وسایل اپتیکی نظیر آنچه که در ابتدای این بخش (بخش 1-6-4) گفته شده قابل کاربردند.
شکل (15-4) اصول میز چرخشی یا کله گی تقسیم اپتیکی
شکل(16-4) (a): قرائت : خطا (b): قرائت : ، خطا (c):قرائت : خطا
توجه: وقتی که مرکز چرخش و مرکز درجه بندی و خط مبنا روی یک خط قرار بگیرند میزان خطا صفر است.
2-6-4) کالیبره کردن و درجه بندیهای مدور و وسایل نشانه گذاری:
ساده ترین وسیله برای کالیبره کردن (میزان سازی-م) یک دستگاه نشانه گذاری (مثل یک کله گی تقسیم)
نسبت دادن آن به ی: چند ضلعی دقیق است. یان چند ضلعی یک تکه فولاد سخت شده و محکم می باشد که سطوح انعکاسی آن به دقت پرداخت شده اند و بر تقسیمات انجامش ده بر روی یک دایره کاملاً عمود است.
بزرگ ترین چند ضلعی ساخته شده (برای این کار-م) 72 پیشانی در فواصل اسمی 5 درجه ای دارد. معمولاً یک چند ضلعی 12 ضلعی در فواصل 30 درجه ای برای بیشتر کارها مناسب می باشد.
روش کار بدین صورت است که چند ضلعی روی طرح شانه گذاری قرار داده می شود و با تنظیم یک اتوکامتر از جند ضلعی یا قرائت بدست می آید.
اکنون اگر طرح فوق در فواصل 30 درجه ای ( یعنی دایره) نشانه گذاری شود دوباره باید قرائت ها به وسیله اتوکاسی متر تکرار گردند. در غیر این صورت اختلاف بین قرائت ها در مرحله اول میزان خطا در نشانه گذاری تقسیم بندی خواهد بود. بطور مشابه اختلاف تمامی قرائت ها در اولین قرائت ها مقدار خطا تقسیم بندی تحت زاویه نهایی می باشند در حالی که خطاهای مربوط به جابه جایی های هر تقسیم بندی به وسیله تفریق بدست می آید.
معمولاً یک قرائت تکراری روی پیشانی اولیه چند ضلعی انجام می شود و هر خطایی که در این قرائت تکراری بدست آید به طور یکنواخت بین جابجایی تقسیمات دیگر توزیع می گردد.
جدول زیر برای یک گروه از قرائت های بدست آمده از آزمایش کله گی تقسیم یک ماشین فرز است که برای تقسیم بندی ساده ای تقسیم شده است در شکل (17-4) نتاج حاصل به صورت گرافیکی بیان شده اند . در این جدول فرض می شود که چند ضلعی کاملاً دقیق می باشد البته نه اینکه مطلقاً دقیق است بلکه تا حد ممکن دقیق می باشد. خطای زاویه ای در هر پیشانی معلوم است پس می توان برای این خطا مقدار مجازی معین کرد.
شکل(14-4) واحد نشان داده شده است. در عدسی چشمی تلسکوپ دیده می شود.
شکل(17-4) نمودار خطای حاصل در تقسیم بندی یک طرح تقسیم شده که دارای یک محور خارج از مرکز است.
3-6-4)کالیبره کردن یک چند ضلعی دقیق :
اگر خطاها در یک چند ضلعی معلوم نباشد (برای کالیبره کردن میزان سازی آن می توان از استفاده کرد. همانطور که در شکل18-4 نشان داده شده است دواتوکاسی متر برای دو پیشانی مجاور چند ضلعی تنظیم شده اند. اگر به ترتیب قرائت های حاصل از اتوکاسی مترهای 1 و 2 ،S زاویه بین عمودهای وارد بر صفحات B,A وT زاویه بین دو اتوکاسی متر باشد آنگاه:
یا
اگر تمام چند ضلعی بررسی شود و همه مقادیر S وT و ( ) بدست آیند:
ولی پس:
با تقسیم این عبارت بر n (تعداد اضلاع چند ضلعی) داریم:
شکل(18-4) نحوه تنظیم دو اتوکاسی متر برای اندازه گیری خطاهای یک چندضلعی دقیق
یا
توسط گروه کاملی از قرائت مقدار به دست می آید و بنابراین می توان مقدار T را معین کرد. این مقدار را می توان به معادلۀ (1) قرار داده و برای هر پیشانی، زاویه پیشانی 1 پیدا کرد. در جدول زیر تمامی محاصبات نشان داده شده است.
بنابراین بدون رجوع به استاندارد زاویه ای می توان چند ضلع را با دقت بالایط کالیبره کرد. البته این روش به این مبناست که دایره یک تابع پیوسته است به عبارت دیگر مجموع تمام مقادیر زوایای چند ضلعی برابر 360 است. این روش برای ما یک استاندارد زوایه ای طبیعی فراهم می کند و توسط آن می توان استانداردهای زاویه ای کاربردی نظیر گیج های زاویه دار مرکب را نگه داری و تعمیر کرد.
(7-4) اندازه گیری تعامد.
بین زوایای گوناگون زاویه ی ویژه ی وجود دارد که احتمالاً به علت اهمیت بیشتر آن اسامی خاصی برای آن پدید آمده است. این زاویه، زوایۀ می باشد ( عمود- گونیا- قائمه) این زاویه در دستگاه های مختلف اهمیت زیادی دارد به عنوان مثال اگر سوپرت عرضی ماشین تراش به طور عمود بر محور اصلی حرکت نکند به هنگام عملیات پیشانی تراشی سطح صافی ایجاد نخواهد شد یا در یک میکرومتر عمل سنج اگر محور دستگاه بر تکیه گاهش عمود نباشد اندازه گیری شامل یک خطای کسینوسی خواهد بود در واقع می توان گفت که زاویه قائمه از پیشرفت علم مدرن بوده است و اگر امکان تولید یک زاویه قائمه مورد بررسی قرار گرفت اغلب آزمایش تعامد مهندسی محیط کار ( تعامد از نظر نقطه مهندسی) کافی نیست و وجود یا عدم وجود متعامد را می توان به سادگی (ظبه طور حدسی) با چشم تشخیص داد. آنچه که بیشتر اوقات مورد نیاز است میزان خطای تعامد( یا میزان انحراف از تعامد) می باشد خطای تعامد را می توان م از طریق اندازه گیری خطی و هم از طریق اندازه گیری زاویه ای در طول مشخص از سطح به دست آورد اما در صورت می توان تجزیه را از یکی به دیگری تبدیل کرد(مثلاً از خطی به زاویه ای و بلعکس)
1-7-4) روش های تمامی اندازه گیری تعامد.
بلوک نشان داده شده در شکل19-4 را در نظر بگیرید.
شکل19-4) آزمایش تعامد به کمک راپراتورها، خطای تعامد در طول L ، عبارت است از 2/1
سطوح مقابل این بلوک موازی هم می باشد می توان این توازی را به سادگی و به کارگیری یک میکرومتر یا یک کمپراتور (بسته به دقت مورد نیاز) چک کرد.
این توازی را می توان با وسایل بسیاری نظیر وسایل سنگ زنی صفحه ای و سنگ زنی موضعی (بسته ب د قت- مورد نیاز) تولید کرد. فرض می شود که بلوک بطور دقیق موازی است ولی چهارگوش نمی باشد مطابق آنچه که در شکل 19-4 نشان داده شده است در کنار بلوک ی: قطعه باریک موازی به طور عمود بر سطح مبنا قرار داده می شود. در دو نقطۀ A و B دو اپراتور قرار میگیرد به نحوی که فاصله بین بلوک و نقطه باریک را پرکنند.
ابعاد این راپراتور ثبت می شود سپس بلوک چرخانده می شود بطوریکه اینبار بلوک A در بالا قرار می گیرد اگر در حالت بلوک B در پایین قرار گرفت (بطوریکه فاصله بین بلوک و قطعه باریک را پر کند)
بلوک متعامد خواهد بود در غیر این صورت راپراتور دیگری به نام پیدا می کنیم که این فاصله را پر کند در اینصورت نصف اختلاف اندازه راپراتورهای B و B1 خطای تعامد قطعه کار در فاصله بین دو راپراتور است( نه در کل طول قطعه کار-م) در شکل 20-4 روش دیگری جهت تعیین خطای تعامد نشان داده شده است.
شکل20-4) بکارگیری ساعت اندازه گیری جهت آزمایش تعامد. خطای تعامد در اینجا و در طول L برابر است با
در این روش از یک ساعت اندازه گیری استفاده می شود برین ترتیب که در دو حالت نشان داده شده در شکل 20-4 دو قرائت از ساعت اندازه گیری بدست می آید. در حالت اول مقدار قرائت شده و در حالت دوم پس از اینکه قطعه کار چرخانده شد مقدار قرائت شده می باشد. نصف تفاوت این قرائت ها، خطای تعامد در طول L است.
1-1-7-4) تصحیح خطای تعامد
مقدار معینی است که اگر به ترتیبی خاص در ابعاد قطعه کار اعمال گردد موجب از بین رفتن خطای تعامد می شود با مراجعه دوباره به شکل 20-4 فرض می شود که اختلاف قرائت های ساعت اندازه گیری در دو حالت A وb mm12/0باشد در این صورت در فاصلۀ بین شاخص ثابت و مرکز اندازه گیری (در طول L) قطعه کار به اندازۀ mm06/0 خارج از تعامد است اما در کل طول قطعه کار خروج از تعامد mm075/0 می باشد.
بنابراین برای تصحیح تعامد باید از ضلع AD مقداری گوه ای شکل به رأس A و تا عمق mm075/0 از قطعه کار تراشیده شود.(شکل 21-4 قسمت (a) ).
همین کار را بروی ضلع BC و از طرف c به طرف B انجام می دهیم بدین ترتیب که حداکثر عمق تراشیده شده در نقطۀ C برابر mm075/0 و حداقل آن در B برابر mm5 باشد.
شکل21-4) روش صحیح تعامد
همانطور که دیده می شود در نقطۀ D تکراری از قطعه کار در حدود mm5/2 باقی خواهد ماند به این ترتیب خطای تعامد تصحیح می گردد و تنها کافی است که برای موازی بودن ضلع AD با BC AD را به اندازۀ لازم سنگ زد(احتمالاً منظور از سنگ زدن ضلع AD سنگ زدن قطعۀ باقی مانده در نقطه D است تا به موازات ضلع BC قرار بگیرد)
2-7-4) روش های اپتیکی (نوری) برای چک کردن تعامد
در این روش از یک میکسچر (قید) ساده و یک اتوکای متر یا کمپراتور زاویه استفاده می شود این دستگاه به وسیله لابراتوار بین المللی فیزیک طراحی شده است.
1-5) مقدمه :
صحت و دوام بیشتر کالاهای ساخته شده به برقراری نصبت های درست ابعادی بین اجزای مختلف مونتاژی بستگی دارد. این عبارت بدین معنی است که اجزاء باید به روش معینی با هم سازگار شوند. مثلاً برای چرخش یک شکل در یک سوراخ باید بین آنها موجود باشد تا یک لایه نازک روغن بتواند بین آنها قرار گیرد. اما اگر این لقی خیلی زیاد باشد موجب شناور شدن شعاعی ( در راستای شعاع سوراخ-م) شفت کمی گردد. از طرف دیگر در صورت عدم موجود لقی و به طوری که شفت با فشار در سوراخ جا داده شود نیروهای کشسانی تولید می شوند که این دو قطعه را به هم پرس می کنند و اجازه حرکت به شفت نمی دهند در این حالت امکان دارد که سوراخ شکافته شود.
برای رفع این مشکلات باید برای سوراخ و شفت اندازه های کاملاً معینی در نظر گرفته شود. متأسفانه این کار به دو دلیل بسیار خوب امکان پذیر نیست.
1) نمی توان یک قطعه را با اندازه کاملاً معینی ساخت( نمی تواتن خطا را به صفر رساند-م)
2) اگر بر فرض یک قطعه دقیقآً مطابق با همان اندازه مورد نیاز ساخته شود، باز نمی توان آن را دقیقاً اندازه گیری کرد.(خطای اندازه گیری را نمی تواند به صفر رساند-م)
مثلاً در مورد راپراتورها با در نظر گرفتن 888 .S .B ( استاندارد انگلیسی 888) دیده می شود که راپراتورهایی با طول های بیشتر از mm25 تنها تا mm05/0 دقت دارند و اندازه آنها دقیقاً مقدار ذکر شده نیست . مورد دیگری که باید به آن توجه کرد این است که هر چه دقت قطعه افزایش یابد هزینه ساخت آن نیز بالا می رود. به عنوان مثال هزینه ساخت یک قطعه به اندازۀ اسمی 25% میلیمتر کمی بیشتر از هزینه ساخت قطعه ای به اندازه اسمی mm5/0 می باشد. اما ساختن قطعه ای با اندازۀ اسمی mm002/0 هزینۀ بسیار بیشتری نیاز دارد تا ساخت قطعه ای به اندازۀ اسمی mm01/0 بدین ترتیب نمودار هزینه – دقت به صورت نشان داده شده و در شکل 1-5 رسم خواهد شد همانطور که دیده می شود محور هزینه برای این نمودار یک خط مجانب است یعنی دقت 100% بی نهایت هزینه می برد با توجه به توضیحات فوق این سوال پیش می آید که اگر نمی توان قطعه طای دقیق تولید کرد پس چگونه امکان دارد قطعاتی ساخته شوند که با هم سازگار باشند. ( یا با هم فیت شوند-م)
شکل 1-5) نمودار نشان دهندۀ رابطه بین تلراپنس قطعه کار و هزینه آن
برای پاسخ به ای سوال و روف این مشکل سه روش در نظر گرفته می شود که هر کدام در صنعت جایگاه خاص خود را دارد.
1-1-5) ساختن برای سازگاری ( در این فصل کلمات سازگاری، فیت و انتباق متوادف هستند-م)
در این روش ابتدا یک قطعه با دقت لازم و به طور اقتصادی ساخته می شود سپس قطعه عدی به تدریج ماشین کاری می گردد تا زمانی که با قطعه اول به نحوی مناسب فیت شود. این روش برای کارهای تکی و یا محفظه ابزار و غیره که درآنها دو قطعه سریع تعویض خواهند شد بکار می رود. روش ساختن برای سازگاری با مطالب کتاب ارتباط چندانی ندارد. به عبارت دیگر مورد بررسی قرار نمی گیرد-م
2-1-5) مونتاژ اتتخابی :
این روش زمانی به کار می رود که ساخت قطعات با درجه بالایی از دقت به روش ساختن برای سازگاری اقتصادی نباشد. در این مورد روش مونتاژ انتخابی اقتصادی تر است در این روش قطعات اندازه گیری شده و به گروههایی که هر یک شامل قطعاتی با اندازه مشابه و محدودۀ دقیق معینی هستند طبقه بندی می شوند سپس قطعاتی از هر مجموعه که به طور مشابه درجه بندی شده اند مونتاژ می گردد.
مثال خوبی که برای این روش می توان ارائه داد، ساخت بلبرینگ است. یک بلبرینگ به طور کلی شامل یک حلقه داخلی و یک حلقه خارجی است که به وسیلۀ ساچمه های فولادی از هم جدا شده اند هر دو نوع حلقه و همچنین ساچمه ها طوری دسته بندی و مونتاژ می شو ند که شرایط زیر بر قرار باشند:
1- ساچمه های بزرگ در داخل حلقه های کوچک داخلی و حلقه های بزرگ خارجی مونتاژ شوند.
2- ساچمه های متوسط در داخل حلقه های داخلی متوسط و حلطقه های خارجی متوسط یا حلقه های بزرگ داخلی و خارجی یا حلقه های کوچک داخلی و خارجی موتاژ شوند.
3- ساچمه های کوچک در داخل حلقه های داخلی بزرگ و حلقه های خارجی کوچک مونتاژ شوند. معمولاً سیستم مونتاژ انتخابی زمانی بکار می رود که به هنگام خرابی کل مجموعه مونتاژی به عنوان یک سیستم واحد تعوض گردد نه یک جزء از آن.
مثلاً اگر یک ساچمه در یاتاقان بترکد تمام یاتاقان عواض می شود نه یک ساچمه معیوب آن
3-1-5) سیتم های حدی و سازگاری
حتی در تولید تکراری قطعات نیز گاهی نیاز به تغییر اندازه ها می باشد در نتیجه باید تلرانسهای این تغییرات با توجه به شرایط موجود مورد بررسی قرار گرفته و معین گردند.
مثلآً درشفت ها و سوراخها تلرانس ها باید به نحوی باشند که هر شفت به طور صحیح با سوراخ درگیر شده و به اندازه عمر طراحی شده برای سیستم مونتاژی ، کار کند.
در مورد شفت ها و سوراخها معمولاً سه نوع سازگاری یا فیت موجود است : 1- ( فیت تداخلی که در آن حداقل قطر مجاز شفت بزرگتر از حداکثر قطر مجاز سوراخ است.
2-فیت عبوری که در آن قطر بزرگترین سوراخ مجاز ، بزرگتر از کوچکترین شفت است ولی کوچکترین سوراخ کوچکتر از بزرگترین شفت می باشد.
3- فیت لقی که در آن قطر بزرگترین شفت مجاز، کوچکتر از قطر کوچکترین سوراخ است، این سه نوع فیت در شکل 2-5 نشان داده شده است.
شکل 2-5) روابط ابعادی ممکن بین ةیک سوراخ و یک شفت.
در شکل 2-5 عباراتی به کار برده شده است که تعاریف آنها به صورت زیر می باشد:
1- محدوده اندازه : ماکزیمم و مینیمم اندازه های مجاز یک قطعه محدوده یا حدهای اندازه آن قطعه می باشد .
2- تلرانس: عبارت است از ماکزیمم تغییری مجاز در اندازه ةیک قطعه معین .
3- الوانس ( اضافه مجاز): عبارت است از اختلاف اندازه بین حدهای اندازه دو قطعه لازم به ذکر است الوانس مثبت موجب تولید فیت لقی و الوانس منفی موجب تولید فیت تداخلی می گردد.
هر شرکت تولیدی نةیازمند تعدادی از انواع مختلف فیت ها می باشد از جمله فیت هایی که برای مونتاژ آنها باید از انقباظ یا فشار هیدرولیکی استفاده کرد و فیت هایی که مونتاژ آنها با فشار مکانیکی کوچکی قابل انجام است مثل فیت های روان و فیت های لقی. این قبیل مجموعه ها (مجموعه فیتها ) از دو طرةیق جداگانه قابل تولید هستند.
الف) سیتمی که در آن سوراخ، مبناست در این سیستم اندازه سوراخ در یک مقدار اسمی مشخصی ثابت نگه داشته می شود و مجموعه ای از انواع فیت ها با تغییر در حدود اندازه شفت ها تولید میگردند مثلاً بفرض اینکه سوراخی به اندازۀ باشد شفت ها می توانند دارای مقادیر زیر باشند:
1- شفت با این قطر موجب فیت تداخلی (انطباق تداخلی) خواهد شد.
3- شفت با این قطر موجب یک فیت لقی (انطباق لقی) خواهد شد. همانطور که ذکر شد تمام این فیت ها تنها برای یک سوراخ به قطر مشخص فراهم شده اند:
ب) سیستمی که در آن شفت، مبناست. د