Штангенциркуль адаптивний

Реферат: UA 112254 U UA 112254 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до контрольно-вимірювальних інструментів, які застосовуються у виробничих цехах та на відкритому просторі, усюди, де температура вимірюваної деталі відрізняється від нормальної у 20 градусів Цельсію. Калібрування штангенциркулів за міжнародним стандартом DIN862 має проводитися при нормальній температурі 20 градусів Цельсію /1/, без регламентації температурних відхилень. За стандартом України /2/ температурний діапазон калібрування дорівнює 15…25 градусів Цельсію, за заводським стандартом інноваційної швейцарської фірми Sylvac /3/ температурний діапазон калібрування дорівнює 18…22 градуси Цельсію. Сучасні штангенциркулі використовують за різних робочих температур: - Діапазон робочих температур за стандартом України /2/ дорівнює 10…35 градусів Цельсію (-10,+15 градусів відносно нормальної температури 20 градусів Цельсію); - Діапазон робочих температур за стандартом швейцарської фірми "Sylvac" /3/ дорівнює 5…40 градусів Цельсію (-15, +20 градусів відносно нормальної температури). Конструкція традиційних штангенциркулів не передбачає засобів контролю температури в умовах калібрування та використання: - при калібруванні штангенциркулів в умовах метрологічних лабораторій температуру жорстко контролюють сертифікованими точними термометрами; - при використанні у цехах та на відкритому просторі температуру вимірювань, зазвичай, зовсім не контролюють та не враховують її вплив на показники вимірювань. При вимірюваннях у реальних робочих умовах виникає додаткова температурна похибка вимірювань за рахунок температурного подовження/зменшення деталі та штангенциркуля. Для прецизійних вимірювань штангенциркулем необхідно забезпечити: - нормальні температурні умови для штангенциркуля та деталі (20 градусів Цельсію); - врахувати температурні відхилення деталі при забезпеченні нормальних температурних умов для штангенциркуля (20 градусів Цельсію). Найближчий аналог до корисної моделі є "Штангенциркуль комп'ютерний" за патентом №99687 /4/, в якому до відліково-комп'ютерного блока підключено дискретний переставний датчик температури, який поперемінно визначає дійсні температури при встановленні на штангенциркуль або на деталь. Недоліками найближчого аналога: - значна обмеженість використання штангенциркуля з вбудованим комп'ютером; - складність обчислення нелінійної температурної компенсації показників комп'ютерного штангенциркуля, оскільки вплив зовнішніх умов на електроніку та на цифрові шкали штангенциркулів досі практично не досліджені. В основу корисної моделі поставлена задача зменшити на 80-98 % додаткової температурної похибки вимірювань шляхом врахування температурного подовження вимірюваної деталі та забезпечення нормальної температури для штангенциркулю. Корисної моделі полягає у обчисленні температурного подовження вимірюваної деталі та забезпечення нормальної температури (20 градусів Цельсію) для штангенциркуля. Поставлена задача вирішується тим, що складається з вимірювальної штанги 1 з нерухомою губкою 2, на якій встановлена рухома рамка 3 з рухомою губкою 4 та відліковим пристроєм 5, датчика температури штангенциркуля та деталі 6, згідно з корисною моделлю, до відлікового пристрою 5 приєднано калькулятор 7 для обчислення нормального розміру деталі з урахуванням поточної температури, поточного розміру та матеріалу вимірюваної деталі, а до вимірювальної штанги 1 приєднано тепловий акумулятор 8 з теплоносієм нормальної температури 9. Калькулятор 7 нормальної довжини деталі враховує поточний розмір, різницю поміж поточною температурою деталі та нормальною температурою (20 градусів Цельсію). Калькулятор 7 може бути вбудований у відліковий пристрій 5 або у вигляді автономного пристрою приєднаний до відлікового пристрою 5 за допомогою бездротового зв'язку. На калькуляторі 7, окрім того, передбачена можливість введення показника ТКЛР для вимірюваної деталі або вибору з відповідної групи матеріалів з однаковим ТКЛР з зазначеною розмірністю "Градус х Мікрон:Метр": - "5" для скла, сплавів вольфраму, молібдену, цирконію; - "11" для сплавів заліза, титану, берилію, хрому, нікелю; - "17" для міді та сплавів; - "22" для алюмінію та сплавів. Датчик температури штангенциркулю та деталі 6 може бути контактним або безконтактним (інфрачервоним або іншим) з передачею інформації до калькулятора 7 бездротовим або дротовим способами та ручним набором. 1 UA 112254 U 5 10 15 20 25 30 Дійсний розмір вимірюваної деталі при нормальній температурі у 20градусів Цельсію калькулятор 7 обчислює шляхом корегування (збільшення або зменшення в залежності від різниці поточної та нормальної температур) поточного розміру деталі з урахуванням ТКЛР матеріалу вимірюваної деталі. Для забезпечення нормальних температурних умов до металевої штанги штангенциркуля приєднано тепловий акумулятор 8 з теплоносієм 9 нормальної температури 20 градусів Цельсію (фіг. 1) з можливими варіантами приєднання теплового акумулятора 8: 1) вмонтованим усередину вимірювальної штанги 1 малого теплового акумулятора 8 з обмеженою кількістю теплоносія нормальної температури 9 (фіг. 2) з можливістю заміни невідповідного теплоносія на теплоносій 9 нормальної температури (20 градусів Цельсію); 2) закріпленим на вимірювальній штанзі 1 замінного автономного середнього теплового акумулятора 8 з достатньою кількістю теплоносія нормальної температури 9 (фіг. 3), з можливістю заміни невідповідних акумуляторів на відповідні теплові акумулятори 8; 3) змонтованим у футлярі штангенциркуля великого стаціонарного акумулятора 8 з великою кількістю теплоносія нормальної температури 9 та можливістю додаткового встановлення електричного термостата для підтримання нормальної температури у 20 градусів Цельсію (фіг. 4); 4) комбінація малого вмонтованого, середнього автономного теплових акумуляторів 8 разом з великим стаціонарним акумулятором 8 у футлярі (з можливістю додаткового електричного термостата). Варіант 1 з вмонтованим малим тепловим акумулятором 8 доцільний у діапазоні робочих температур 15…25 градусів Цельсію з терміном використання до 6 годин. Варіант 2 з середнім автономним тепловим акумуляторами 8 доцільний у діапазоні робочих температур 5…35 градусів Цельсію з терміном використання до 8 годин. Варіант 3 з великим стаціонарним тепловим акумулятором 8 та додатковим електричним термостатом дозволяє використовувати усі існуючі серійні штангенциркулі при робочих температурах 5…35 градусів Цельсію протягом 8-12 годин; Варіант 4 з комбінацією малого вмонтованого та середнього автономного теплового акумуляторів з великим стаціонарним тепловим акумулятором у футлярі (з можливістю додаткового електричного термостата) дозволяє проводити вимірювання у робочому діапазоні температур 0…40 градусів Цельсію протягом 3-10 робочих змін. У табл.1 наведені розрахунки температурних подовжень-скорочень в залежності від різниці поточної та нормальної температури, матеріалу деталі. Таблиця 1 Поточний розмір, мм 150 600 1200 2000 Корегування поточного розміру деталей з матеріалів з Похибка Температура різними ТКЛР, мкм DIN/1/ град. Цельсію мкм Скло "5» Сталь "11» Мідь "17» Алюм. "22» 15…25 +3,8…-3,8 +8,3…-8,3 +12,8…-12,8 +16,5…-16,5 30 5…35 +11,3…-11,3 +25…-25 +38,3…-38,3 +50…-50 0…40 +15…-15 +33…-33 +51…-51 +66…-66 15…25 +15…-15 +33…-33 +51…-51 +66…-66 40 5…35 +45…-45 +100…-100 +153…-153 +200…-200 0…40 +60…-60 +132…-132 +204…-204 +264…-264 15…25 +30…-30 +66…-66 +102…-102 +132…-132 50 5…35 +90…-90 +200…-200 +206…-206 +400…-400 0…40 +120…-120 +264…-264 +408…-408 +528…-528 15…25 +50…-50 +150…-150 +170…-170 +300…-300 60 5…35 +150…-150 +450…-450 +510…-510 +900…-900 0…40 +200…-200 +600…-600 +680…-680 +1200…-1200 35 40 Без врахування температурного подовження деталей похибка вимірювань штангенциркуля зростає на 40-2000 % відносно до стандартизованої похибки DIN 862 /1/. Вимірювання деталей за допомогою корисної моделі "Штангенциркуль адаптивний" виконуються наступним чином: 1) Для отримання найкращих метрологічних показників бажано калібрувати штангенциркулі твердосплавними кінцевими мірами довжини, які мають ТКЛР у 2 рази менший за сталеві міри, при цьому температурні діапазони для калібрування штангенциркулів наступні: - 15…25 градуси Цельсію для діапазону 0…150 мм зі сталевими мірами довжини; 2 UA 112254 U 5 10 15 20 25 30 - 15…25 градуси Цельсію для діапазону 0…300 мм з твердосплавними мірами; - 16,5…23,5 градуси Цельсію для діапазону 0…600 мм з твердосплавними мірами; - 18…20 градуси Цельсію для діапазону 0…1200 мм з твердосплавними мірами; - 18,5…21,5 градуси Цельсію для діапазону 0…2000 мм з твердосплавними мірами; 2) На початку вимірювань штангенциркуль повинен мати нормальну температуру 20 градусів Цельсію, що забезпечують теплові акумулятори 8 з теплоносієм нормальної температури 9 та контролюють за допомогою датчика температури 6. Температуру штангенциркуля стабілізують до нормальної шляхом заміни теплоносія 9 (варіант 1) та теплового акумулятора 8 (варіант 2), або з використанням стаціонарного акумулятора 8 з додатковим термостатом (варіанти 3 та 4). 3) За допомогою датчика температури 6 вимірюють температуру деталі, яку передають до калькулятора 7 бездротовим або дротовим способами та ручним набором. 4) Надалі на калькуляторі 7 вибирають ТКЛР з чотирьох вищезазначених груп матеріалів (5, 11, 17, 22) або встановлюють відповідне числове значення ТКЛР; 5) Вимірювання розмірів деталі виконують звичайним чином, затискаючи деталь поміж вимірювальних губок, при цьому відліковий пристрій 5 визначає поточний розмір деталі при поточній температурі; 6) Калькулятор 7, отримавши поточний розмір при поточній температурі деталі, обчислює та відображає на дисплеї нормальний розмір деталі (за умови 20 градусів Цельсію). 7) Після застосування штангенциркуль з вмонтованим акумулятором 8 залишають на неметалевій поверхні або закладають в термостатичний футляр зі стаціонарним акумулятором та, за необхідності, з додатковим активним електричним термостатом; 8) У разі повторних вимірювань виконують переходи пп. 2…7. Робота з корисною моделлю "Штангенциркуль адаптивний" не потребує особових знань та навичок, оскільки запропонована конструкція забезпечує декларований результат в умовах нормальної температури штангенциркулю. Відповідно до формули корисної моделі "Штангенциркуль адаптивний" заявником були виготовлений експериментальний зразок та виконано порівняльний метрологічний аналіз в порівнянні з прототипом /4/, див.табл. 2. Порівняння експериментального зразка корисної моделі "Штангенциркуль адаптивний" з кращими у світі штангенциркулями Sylvac (Швейцарія) /3/ повністю підтвердило переваги запропонованої корисної моделі у частині зменшення додаткової температурної похибки вимірювань та вартості штангенциркуля. Таблиця 2 Значення показників та функцій Порівняльні показники штангенциркулів цифрових з Корисна модель "Штангенциркуль Штангенциркуль 811.1410 діапазоном 0-1000 мм адаптивний» фірми Sylvac /3/ Діапазон вимірювань, мм 1000 1000 Датчик температури Так Ні Діапазон температур для 0…40 град. Цельсію 18…22 град. Цельсію паспортної похибки 50 мкм Додаткова похибка за рахунок 440 мкм (відсутня температурного подовження у 11 мкм (є термостабільність) термостабільність) діапазоні 0…40 град. Цельсію Вартість штангенциркуля, % 55 100 35 40 Проведений у табл. 1 порівняльний аналіз запропонованої корисної моделі "Штангенциркуль адаптивний" та швейцарського інноваційного штангенциркуля фірми Sylvac /3/ підтверджує можливість практичної реалізації та переваги корисної моделі "Штангенциркуль адаптивний". Запропонована корисна модель "Штангенциркуль адаптивний" значно зменшує собівартість та додаткову температурну похибку вимірювань в виробничих умовах. 1. DIN 862 2. ДСТУ ГОСТ 166 "Штангенциркулі. Технічні умови» 3. Catalog "Sylvac". Edition 8 4. Штангенциркуль комп'ютерний. Крамаренко С.Б. Патент № 99687. 2015 р. 45 3 UA 112254 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Штангенциркуль адаптивний, що складається з вимірювальної штанги з нерухомою губкою, на якій встановлена рухома рамка з рухомою губкою та відліковим пристроєм, датчика температури штангенциркуля та деталі, який відрізняється тим, що до відлікового пристрою приєднано калькулятор для обчислення нормального розміру деталі з урахуванням поточної температури, поточного розміру та матеріалу деталі, а до вимірювальної штанги приєднано тепловий акумулятор з теплоносієм нормальної температури. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2