Приборы для линейных измерений

Штангенприборы (штангенциркули, штангенрейсмасы, штангенглубиномеры, штангензубомеры) снабжены линейными шкалами, отсчет по которым проводится с помощью дополнительной шкалы — нониуса, служащего для определения дробной части интервала деления основной шкалы, а также со стрелочным отсчетом и электронной цифровой индикацией (рис. 7–9 и табл. 19). Основными производителями указанных средств измерений являются отечественные предприятия «Калибр», ЧИЗ, КРИН, СтИЗ и др.

К микрометрическим приборам относят микрометры, микрометрические нутрометры и глубиномеры.

Нутромеры — микрометрические концевые меры стержневого типа, которые широко распространены при измерениях больших размеров (до 10 000 мм, рис. 10, табл. 20).

Рис. 7. Штангенциркули: а, г, е — тип I — двусторонние с глубиномером; б — тип Т0I — односторонние с глубиномером с измерительными поверхностями из твердых сплавов; в — тип II — двусторонние; г — с круговой шкалой отсчета; д — тип III; е — с электронной цифровой индикацией; 1 — штанга; 2 — рамка; 3 — зажимный винт; 4 — нониус; 5 — глубиномер; 6 — узел микрометрической подачи; 7 — отсчетное устройство; 8 — стопор

Рис. 8. Штангенглубиномер: а — ШГ — с отсчетом по нониусу (1 — рамка; 2 — штанга; 3 — нониус); б — ШГК — с отсчетным устройством с круговой шкалой (1 — круговая шкала отсчетного устройства; 2 — штанга); в — ШГЦ — с электронным цифровым отсчетным устройством (1 — цифровое отсчетное устройство; 2 — штанга)

Микрометры предусмотрены для измерения размеров не более 600 мм, хотя отдельные приборы выпускаются для измерения размеров до 2000 мм. При размерах 600…1000 мм для уменьшения массы корпуса микрометры изготовляют из листовой стали с отверстиями, а при размерах 1000… 2000 мм — сварными из труб диаметром 20…30 мм.

Основные характеристики микрометров (рис. 11), применяемых при монтаже, приведены в табл. 21.

Скобы (рис. 12 и табл. 22) отличаются от микрометров наличием индикаторной головки и жесткой пятки либо индикаторной и микрометрической головок.

Изготовляют также специальные скобы, причем дуговые скобы, как правило, применяют для измерения диаметров не свыше 2000 мм в любом сечении вала, а линейные – для измерения диаметров до 6000 мм только с торца.

Микрометрические глубиномеры (см. табл. 22) используют для контроля размеров уступов, пазов, отверстий и других конструктивных элементов оборудования.

Индикаторные приборы служат для контроля линейных размеров, отклонений формы и расположения при абсолютных и относительных измерениях, выполняемых в процессе монтажа оборудования, а также для контроля перемещений при центрировании и выверке. Наибольшее распространение получили индикаторные нутромеры (табл. 23 и 24), измерительные головки и индикаторы различных типов (табл. 25). Ведущие производители — КРИН и «Эталон» (Россия).

Гидростатические нивелиры рассчитаны на контроль расположения поверхностей оборудования. По разности превышений ими можно оценивать наклоны протяженных плоских поверхностей и отклонений их формы.

Рис. 9. Штангенрейсмасы: а — ШР — с отсчетом по нониусу; б — ШРК — с отсчетным устройством с круговой шкалой; в — ШРЦ — с электронным цифровым отсчетным устройством; 1 — штанга; 2 — рамка; 3 — нониус; 4 — основание; 5 — державка; 6 — губка; 7 — стопор; 8 — отсчетное устройство; 9 — микрометрическая подача

Из гидростатических нивелиров широко известен уровень, выпускаемый заводом «Калибр» (Москва) (рис. 13), четырех моделей: 11501, 11502, 11503 и 11504. Он состоит из измерительных головок, корпус 3 которых выполнен из бронзы и установлен на плиту 6. В корпусе расположен стеклянный сосуд 2, закрытый крышкой 4. Измерительные головки соединены водяным и воздушным шлангами через ниппель 1 и имеют микрометрический винт (глубиномер) 5 с ценой деления 0,01 мм в мод. 11501 и 0,1 мм в мод. 11502. Масса головки 4,7 кг. Предельная погрешность измерений с помощью уровня мод. 11501 составляет 0,03…0,05 мм.

Гидростатический уровень типа 114 (рис. 14) имеет расширенные диапазоны измерений и дополнительную шкалу. Техническая характеристика уровней этого типа приведена в табл. 26.

Шланговый технический нивелир НШТ-1 состоит из двух сообщающихся сосудов 1 и 2 (рис. 15), которые выполнены в виде стеклянных цилиндров в металлическом корпусе, соединенных шлангом 3. На цилиндрах имеется миллиметровая шкала. Внутри цилиндра с миллиметровой шкалой размещен поплавок с нанесенной на нем кольцевой риской. Фиксация положения риски поплавка относительно шкалы проводится визуально. Нивелир НШТ01 выпускается серийно.

Таблица 19. Штангенприборы

Штангенциркули (ГОСТ 166–89)

Диапазон измерений, значение отсчета по нониусу, цена деления круговой шкалы и шаг дискретности цифрового отсчетного устройства штангенциркулей, мм

Примечания. 1. Нижний предел измерения у штангенциркулей с верхним пределом до 400 мм установлен для измерения наружных размеров.

2. У штангенциркулей типа Т-I диапазон измерения относится только к измерениям наружных размеров и глубины.

3. Верхний предел измерения штангенциркулей типов I и Т-I должен быть не более 300 мм.

Предел допускаемой погрешности (мм) штангенциркулей (±) типов I и Т-I при измерении глубины 20 мм

Примечания. 1. За измеряемую длину принимают номинальное расстояние между измерительными поверхностями губок.

2. У штангенциркулей с одним нониусом погрешность проверяют по губкам для измерения наружных размеров.

3. При сдвигании губок штангенциркулей до их соприкосновения смещение нулевого штриха нониуса допускалось только в сторону увеличения размера.

4. Погрешность штангенциркуля не должна превышать значений, указанных в табл. 19, при температуре окружающей среды (20 ± 10) °С во время поверки их по плоскопараллельным концевым мерам длины из стали.

Штангенглубиномеры (ГОСТ 162–90)

Диапазон измерений, значение отсчета по нониусу, цена деления круговой шкалы и шаг дискретности цифрового отсчетного устройства, длина измерительной поверхности рамки, мм

Предел допускаемой погрешности штангенглубиномера как при незатянутом, так и при затянутом зажиме рамки при температуре окружающей среды (20 ± 10) С, относительной влажности не более 80 % при температуре 25 С, мм

Примечание. Погрешность штангенглубиномера не должна превышать значений, указанных в табл. 20, при поверке их по плоскопараллельным концевым мерам длины из стали.

Штангенрейсмасы

Диапазон измерений, значение отсчета по нониусу, цена деления круговой шкалы и шаг дискретности цифрового отсчетного устройства, классы точности штангенрейсмасов, мм

Предел допускаемой погрешности штангенрейсмасов как при незатянутом, так и при затянутом режиме рамки при температуре окружающей среды (20 ± 10) С

Примечание. За измеряемую длину принимают номинальное расстояние между измерительной поверхностью ножки и поверочной плитой. Основными производителями указанных приборов являются отечественные предприятия КРИН, «Эталон», «Калибр» и ряд других.

Рис. 10. Нутромеры с микрометрическими головками для контроля больших размеров: а — без внутренних измерительных стержней; б — сигарообразные; в — телескопические

Таблица 20. Микрометрические нутромеры типов НМ и НМИ (ГОСТ 10–88)

1 – микрометрическая головка; 2 – измерительный наконечник; 3 – удлинители
Параметр	Тип
	НМ075	НМ0175	НМ0600	НМ01250	НМ02500	НМИ04000	НМИ06000
Диапазон измерения	50…75	75…175	75…600	150…1250	600…2500	1250…4000	2500…6000
Цена деления микрометрической головки	0,01
Допускаемая погрешность микрометрической головки	±0,003			±0,004		±0,01
Допускаемая погрешность установочных мер	±0,0015			±0,003		±0,006
Радиусы сферы измерительных поверхностей	2…20	16…25		50…60

Рис. 11. Микрометры: а — гладкий типа МК; б — рычажный типа МР; в — рычажный типа МРП; г — листовой с циферблатом типа МЛ; д — рычажный мод. 125; е — трубный типа МТ; ж — рычажный зубомерный МРЗ; з — со вставками; и — зубомерный МЗ; 1 — скоба; 2 — пятка; 3 — установочная мера; 4 — микрометрический винт; 5 — стебель; 5 — барабан; 7 — трещотка; 8 — отсчетное устройство; 9 — вставки; 10 — установочная мера

Рис. 12. Скобы: а — рычажная СР; б — индикаторная СИ с пределом измерения 100 мм; в — с пределом измерения свыше 100 мм; 1 — корпус; 2 — теплоизоляционная накладка; 3 — пятка; 4 — индикатор

Основные технические характеристики нивелира НШТ-1

Длина шкал измерительных элементов, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . 200

Цена наименьшего деления, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Пределы измерения превышений, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ±200

Длина шланга, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Средняя квадратическая погрешность одного измерения, мм . . . . . . . . ±0,5

Масса, кг:

головки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,8

прибора в рабочем состоянии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,5

комплекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Разработаны измерительные гидростатические системы с дистанционным съемом информации и фотоэлектрическими головками. Применяют также

приборы с сосудами открытого типа и оптико0механической отсчетной системой для контроля отклонения от прямолинейности.

Таблица 21. Микрометры и скобы

* Допускаемая погрешность для второго класса точности.

Таблица 22. Микрометрические глубиномеры типа ГМ

1 – основание; 2 – стебель; 3 – барабан; 4 – трещотка; 5 – стопор; 6 – измерительный стержень
Параметр	Типоразмер
	ГМ0100	ГМ0150
Диапазон измерений, мм	0…100	0…150
Цена деления, мм	0,01
Допускаемая погрешность измерения, мм, для класса точности: 1	±0,003	±0,004
2	±0,005	±0,006
Измерительная сила, сН	300…70
Габаритные размеры, мм	100 × 33 × 107	100 × 33 × 157
Масса, кг	0,61	0,89

Таблица 23. Индикаторные нутромеры (ГОСТ 9244–75)

1 — отсчетное устройство; 2 — ручка; 3 — корпус; 4 — мостик	Диапазон измерений, мм: нутромера	2…3	3…6	6…10	10…18	18…50	50…100	100…160	160…260	250…450
	отсчетного устройства	±0,05			±0,1
	Наибольшая глубина измерений, мм	12	20, 80, 250		100, 250, 500, 750		200	300
	Цена деления отсчетного устройства, мм	0,001			0,002
	Допускаемая погрешность нутромера, мкм, не более	—	1,8	±1,8; ±3,5	±3,5		±4			±8
	Измерительная сила, сН, не более		300	350	400	450	700	900
	Размах показаний, мкм		1	2						3

Таблица 24. Индикаторные нутромеры типа НИ (ГОСТ 868–82)

1 — индикатор; 2 — ручка; 3 — неподвижный измерительный стержень; 4 — центрирующий мостик; 5 — подвижный измерительный стержень (цена деления 0,01 мм)	Диапазон измерений, мм	6…10	10…18	18…50	50…100	100…160	160…250	250…450
	Допускаемая погрешность показаний в пределах всего перемещения измерительного стержня, мм, для класса точности: 1			±0,0012				–
		±0,008			±0,015
	2	±0,012		±0,015	±0,018			± 0,022
	Наибольшая глубина измерения, мм, не менее	60; 100	130	150	200	300	400	500
	Измерительная сила, Н	2,5…4,5			4…7	5…9

Таблица 25. Технические характеристики измерительных головок и индикаторов

* В скобках даны значения для головок первого класса точности.

Рис. 13. Гидростатический уровень типа 115

Рис. 14. Гидростатический уровень завода «Калибр» типа 114: 1 — микрометрический винт; 2 — клапан; 3 — измерительный шток; 4 — круглый уровень;

Рис. 15. Шланговый технический нивелир НШТ-1

Таблица 26. Технические характеристики гидростатических уровней типа 114

Микронивелиры состоят из базовых линеек с двумя опорами и отсчетных устройств, в которых в качестве нульиндикатора используют пузырьковые уровни или их амплитуды. Микронивелиры применяют при монтаже для контроля отклонений от прямолинейности и плоскостности шаговым методом.

Микронивелир с постоянной базой (рис. 16, а) представляет собой корпус0линейку 1 с двумя опорами, на которых установлен уровень 2 или пузырьковая ампула в специальной оправе. Расстояние между опорами равно шагу измерения. Регулируемая опора 2 микронивелира снабжена микрометрическим винтом и индикатором 3.

Микронивелир с переменной базой (рис. 16, б) содержит уровень и индикатор часового типа или измерительную головку с ценой деления 0,01…0,002 мм. Он состоит из линейки0трубы 1 со шкалой, брускового уровня 3, установочного уровня 2 на опоре 8, индикатора 4, контактирующего с торцом микровинта 5. Микровинт устанавливают измерительной опорой 6 на проверяемую поверхность 7. Расстояние между опорами 6 и 8 переменное (200…600 мм), цена деления, мм: индикатора 0,01, основной ампулы продольного уровня 0,02…0,05 на 1 м, поперечного уровня 3…6; пределы перемещения винта ±5 мм.

Приборы для контроля больших диаметров косвенным методом. Приборы ПКД04 и ПКД06 применяют для измерений диаметров 1500…6000 мм методом опоясывания; цена деления 0,01 мм. Измерения осуществляют с помощью набора лент. Прибор крепят к измеряемому изделию посредством постоянного магнита. Электроконтактное сигнальное устройство срабатывает при определенной силе, что исключает влияние растяжения ленты на погрешности измерений.

В ЛИТМО разработаны и внедрены приборы для измерения диаметров по элементам окружности, известные под названием «наездники» (ПКД02, ПКД08, 5ПКД09 и 10ПКД09). Диапазон контролируемых диаметров 800…1700 мм, цена деления 0,01 и 0,005 мм. При использовании таких приборов исходят из принципа измерения диаметров по углу между касательными, высоте сегмента, хорде сегмента и т.п.

Метод контроля диаметров обкаткой роликом основан на зависимости углов поворота мерного ролика от частоты его вращения при обкатке вокруг измеряемой детали. Для измерения диаметров

Рис. 16. Микронивелиры с базой: а — постоянной; б — переменной

вращающихся деталей по этому принципу применяют электронные приборы АИД06, АИД08 и ИБД05, имеющие фотоэлектрический преобразователь измерительных импульсов (цена импульса 0,01 мм). Диапазон контролируемых диаметров 100…10 000 мм.

Оптические приборы для линейных измерений. При измерении превышений, линейных отрезков, недоступных для непосредственного измерения при монтаже оборудования, используют нивелиры и катетометры.

Оптический нивелир — это прибор, предназначенный для определения превышения одной точки над другой. Оптические нивелиры – самые распространенные приборы. Их многообразие обусловлено широким спектром областей применения: от промышленного строительства, включая монтаж оборудования и конструкций, до создания государственных нивелирных сетей. Все современные нивелиры предельно просты в работе и обеспечивают исполнителю одинаковый уровень удобств: прямое изображение, встроенный компенсатор, наличие горизонтального круга и возможность установки на сферический штатив. Поэтому популярность той или

иной модели оптического нивелира у строителей и геодезистов (при одинаковых точности и увеличении) зависит в первую очередь от стоимости прибора. Конструкцию нивелира можно условно разбить на три основных блока: наведения, ориентирования и измерения. Основные части нивелира с уровнем – зрительная труба, цилиндрический уровень, трегер и элевационный винт. В высокоточных нивелирах перед объективом устанавливается плоскопараллельная пластинка, которая является составной частью оптического микрометра; при этом оптический микрометр, в свою очередь, есть составная часть общей конструкции нивелира. Последние модификации точных нивелиров снабжаются оптическим микрометром, который представляет собой надеваемую на объектив насадку. При нивелировании технической точности насадкой (оптическим микрометром) можно не пользоваться или снять ее вообще.

Нивелиры используют в сочетании со специальными нивелирными рейками. Рейка является штриховой мерой длины (табл. 27). Если рейку установить в вертикальное положение в двух точках и, последовательно наводя гориТаблица 27. Технические параметры нивелирных реек ГОСТ 10528–90

зонтальный штрих зрительной трубы на штрихи рейки, снять отсчеты, то их разность определит превышение этих точек. При выверке оборудования применяют также малогабаритные рейки на специальных подставках (рис. 17).

Точность нивелиров характеризуется (по ГОСТ 23543–88) величиной средней квадратической ошибки измерения превышения на 1 км двойного хода: высокоточные — не более 1,0 мм, точные — до 3,0 мм и технические — более 3,0 мм.

Высокоточные и точные нивелиры выпускаются с цилиндрическим уровнем или компенсатором, а технические — с компенсатором. Точные и технические нивелиры изготовляются с горизонтальным лимбом и без него.

Точный нивелир с компенсатором и горизонтальным кругом будет иметь обозначение НЗКЛ.

Технические характеристики наиболее применяемых в практике отечественного промышленного строительства оптических нивелиров приведены в табл. 28.

Рис. 17. Нивелирные малогабаритные рейки на специальных подствках для установки на плоскую поверхность (а) и на валы (б)

В первую очередь к ним относятся приборы известных предприятий: ПО

«Уральский оптико0механический завод» (УОМЗ, Россия) и «Изюмский казенный приборостроительный завод» (Украина). Последнее достижение в области нивелирования — цифровые (электронные) нивелиры. Это современные многофункциональные (и более дорогие) геодезические приборы, совмещающие функции высокоточного оптического нивелира, электронного запоминающего устройства и встроенного программного обеспечения для обработки полученных измерений. Основная отличительная особенность цифровых нивелиров – встроенное электронное устройство для снятия отсчета по специальной рейке с высокой точностью.

Применение цифровых нивелиров позволяет исключить личные (субъективные) ошибки исполнителя и ускорить процесс измерения. Для этого достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение и нажать на кнопку. Прибор выполнит измерение, отобразит на экране полученное значение и расстояние до рейки. Цифровые технологии позволяют значительно расширить возможности нивелиров и области их применения.

В настоящее время цифровые нивелиры представлены в основном изделиями зарубежных фирм: Sokkia (Япония), Trimble (США), Pentax (Япония) и др.

Катетометры. Для визирной трубы катетометра рабочей мерой является миллиметровая шкала стойки штатива. Катетометры имеют визирную трубу, перемещающуюся по вертикальному штативу; устройство для установки трубы в горизонтальное положение; шкалу и отсчетное устройство (микроскоп, нониус и лупу). При измерении визирная труба наводится на начало и конец измеряемого отрезка, длина которого определяется по шкале перемещения трубы.

Таблица 28. Технические характеристики современных оптических нивелиров

Примечания. 1. Стандартный комплект: нивелир, запасные части, инструмент, приспособления, инструкция, футляр для переноски.

2. Призменная насадка на нивелир предназначена для построения вертикальных плоскостей на строительных площадках и при изысканиях.

3. Насадной оптический микрометр НОМ для нивелира служит для повышения точности измерений превышений.

Катетометры обеспечивают небольшую погрешность измерений (до 20 мкм), но несколько громоздки из-за больших массы и размеров штатива. Поэтому их применяют только в тех случаях, когда нивелиры не обеспечивают заданной точности контроля.