Мікрометр адаптивний

Реферат: UA 112291 U UA 112291 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель "Мікрометр адаптивний" належить до контрольно-вимірювальних інструментів для вимірювання лінійних розмірів усюди, де необхідні прецизійні вимірювання в цеховим умовах, відмінних від нормальної температури у 20 °C. Мікрометри належать до прецизійного вимірювача, забезпечуючи паспортну похибку вимірювань 2-4 мкм на діапазоні вимірювань 25 мм [1, 2], при цьому діапазон робочих температур вимірювання мікрометрами становить 10…30 °C, а температурні умови калібрування сьогодні регламентовані [2]: - Для діапазону вимірювань 0-150 мм має бути температура 16-24 °C; - Для діапазону вимірювань 150-500 мм температура має бути 17-23 °C; - Для діапазону вимірювань 500-2000 мм температура має бути 18-22 °C. Температура, відмінна від нормальної (20 °C), веде до додаткової температурної похибки вимірювань мікрометром за рахунок температурних подовжень/скорочень матеріалів вимірюваної деталі та мікрометра, значно впливає на роботу електронної схеми цифрового мікрометра. Задачею корисної моделі "Мікрометр адаптивний" є скорочення на 95-99 % додаткової температурної похибки вимірювань мікрометром шляхом врахування температурного розширення вимірюваної деталі та забезпечення нормальної температури для мікрометра. Як прототип було вибрано "Мікрометр комп'ютерний" за патентом №99688 [3], в якому до однієї сторони скоби приєднано п'ятку, до другої сторони скоби приєднано гільзу з корпусом, мікрометричним гвинтом та відліково-комп'ютерним блоком з переставним датчиком температури, який поперемінно встановлюється на вимірювану деталь або в мікрометр. Недоліками прототипу є: - економічна та технологічна надмірність при обмеженості умов використання мікрометра з вбудованим комп'ютером; - складність обчислення нелінійної залежності показників вимірювання мікрометра від температурного розширення скоби мікрометра та впливу температури роботи на електронні схеми цифрового мікрометра. Суть запропонованої корисної моделі "Мікрометр адаптивний" полягає у обчисленні температурного подовження деталі при забезпеченні нормальної температури (20 °C) для мікрометра. Задача корисної моделі "Мікрометр адаптивний" вирішується тим, що складається зі скоби 1, з однієї сторони якої розташована п'ятка 2, а з другої сторони скоби 1 розташовані гільза 3 та корпус 4 з відліковим пристроєм 5, через які переміщується мікрометричний гвинт 6 за допомогою барабана 7, встановлено датчик температур 8 мікрометра та деталі, при цьому відрізняється від відомого прототипу тим, що до відлікового пристрою 5 приєднано калькулятор 9 для обчислення нормального розміру деталі з урахуванням поточної температури, поточного розміру та матеріалу деталі, а до скоби 1 приєднані тепловий акумулятор 10 з теплоносієм нормальної температури 11, також датчик температур 8 скоби 1 та деталі. Калькулятор 9 нормальної довжини деталі може бути вбудованим у корпус 4 з відліковим пристроєм 5 або бути абсолютно автономним цифровим пристроєм у власному корпусі. Калькулятор 9, у вбудованому або автономному виконаннях, враховує: - поточний розмір деталі (надає відліковий пристрій 5) при поточній температурі деталі; - поточну температуру деталі надає датчик температури деталі 8 (контактний, інфрачервоний або інший); - температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) вимірюваної деталі (надає користувач мікрометра). Для визначення нормального розміру деталі калькулятор 9 попередньо обчислює різницю поміж поточною температурою деталі та нормальною температурою у 20 градусів Цельсію. Датчик температури деталі 8 встановлений на скобі 1 та приєднаний до калькулятора 9 дротовим або бездротовим способами, також інформація стосовно температур скоби 1 та деталі має вводитися ручним набором на калькуляторі 9. На калькуляторі 9 необхідно вручну вводити показник ТКЛР для вимірюваної деталі (у одиницях "Мікрон х Градус: Метр") або вибрати необхідну групу з необхідним ТКЛР з чотирьох фіксованих груп матеріалів: - "5" - скло, сплави вольфраму та молібдену; - "11" - залізо, титан, хром, нікель; - "17" - мідь та її сплави; - "22" - алюміній та його сплави. Дійсний розмір вимірюваної деталі (відносно до 20 °C) калькулятор 9 обчислює шляхом корегування поточного розміру деталі на показник температурного подовження/скорочення (в 1 UA 112291 U 5 10 15 20 25 30 залежності від співвідношення поточної температури деталі відносно 20 °C) з урахуванням ТКЛР деталі. Пристрій пояснюється кресленнями. Для забезпечення нормальних температурних умов мікрометра до скоби 1 приєднано тепловий акумулятор 10 з теплоносієм нормальної температури у 20 °C (Фіг. 1) та датчик 8 контролю температури скоби 1 з можливими варіантами приєднання акумулятора 12. - Варіант 1. Малий тепловий акумулятор 12 з мінімальною кількістю теплоносія нормальної температури 11 вбудовано у скобу 1 з можливістю заміни некондиційного теплоносія на теплоносій нормальної температури (Фіг.2). - Варіант 2. Автономний тепловий акумулятор 12 з достатньою кількістю теплоносія нормальної температури 11 приєднано до скоби 1 у вигляді автономного вузла з можливістю заміни некондиційного акумулятора на акумулятор 12 з теплоносієм 11 нормальної температури 20 °C (Фіг.3). - Варіант 3. Великий стаціонарний тепловий акумулятор 10 з великою кількістю теплоносія нормальної температури 11 вбудовано у футляр до мікрометра з можливістю приєднання додаткового електричного термостата, при цьому забезпечено достатній тепловий контакт поміж металевою скобою 1 та поверхнею теплового акумулятора 12 (Фіг.4). - Варіант 4. Комбінація варіантів 1 (вбудованого малого теплового акумулятора 12) або 2 (автономного замінного теплового акумулятора 12) з варіантом 3 (великий стаціонарний акумулятор 10 з можливістю приєднання додаткового електричного термостата). Варіант 1 (з вбудованим малим тепловим акумулятором 12), доцільний при вимірюваннях мікрометром при температурі 15-25 °C протягом до 6 годин. Варіант 2 (з автономним змінним тепловим акумулятором 12), доцільний при вимірюваннях при температурі 5…35 градусів Цельсію протягом 8 годин; Варіант 3 (зі стаціонарним великим тепловим акумулятором 10 з можливістю приєднання додаткового електричного термостата), доцільний для усіх типів мікрометрів (цифрових та аналогових) при температурі 5…35 градусів Цельсію протягом 8-12 годин; Варіант 4 (з комбінацією варіантів 1 або 2 з варіантом 3), доцільний для усіх типів мікрометрів при температурі 0-40 °C протягом 3-10 робочих змін. У табл.1 наведені розрахунки температурних подовжень/скорочень розмірів деталі в залежності від її поточної температури, поточної довжини та ТКЛР вимірюваної деталі. Таблиця 1 Темпер., Поточний Похибка градусів розмір, мм DIN/1/, мкм Цельсію 0…25 4 15…25 10…30 5…35 0…40 0…100 6 15…25 10…30 5…35 0…40 15…25 0…500 13 10…30 5…35 0…40 35 40 Корегування поточного розміру деталей з матеріалів з різними ТКЛР, мкм «5" Скло «11" Сталь «17" Мідь «22" Алюміній -0,6…+0,6 -1,4…+1,4 -2,1…+2,1 -2,8…+2,8 -0,9…+0,9 -2.1…+2,1 -3,2…+3,2 -4,2…+4,2 -1,3…+1,3 -2,8…+2,8 -4,2…+4,2 -5,6…+5,6 -1,7…+1,7 -3,7…+3,7 -5,6…+5,6 -7,5…+7,5 -2,5…+2,5 -5,5…+5,5 -8,5…+8,5 -11…+11 -3,8…+3,8 -8,3…+8,3 -13…+13 -16,5…+16,5 -5…+5 -11…+11 -17…+17 -22…+22 -6,8…+6,8 -15…+15 -23…+23 -29…+29 -12…+12 -27…+27 .44…+44 -55…+55 -19…+19 -41…+41 -66…+66 -82…+82 -25…+25 -55…+55 -89…+89 -110…+110 -33…+33 -73…+73 -119…+119 -148…+148 Корисна модель "Мікрометр адаптивний" використовується наступним чином: 1) прецизійну корисну модель "Мікрометр адаптивний" калібрують з використанням твердосплавних мір довжини (ТКЛР яких удвічі менший за сталеві) при нормальній температурі в діапазонах калібрування: - 18-22 °C для мікрометрів діапазону до 50 мм; - 18,5-21,5 °C для мікрометрів діапазону до 100 мм; - 19,4-20,6 °C для мікрометрів діапазону до 500 мм. 2) включають мікрометр з калькулятором 9; 3) вибирають на калькуляторі 9 ТКЛР, відповідний до матеріалу вимірюваної деталі; 2 UA 112291 U 5 10 15 20 4) контролюють (автоматично) поточну температуру мікрометра за допомогою датчика температури 8, значення якої надходить до калькулятора 9; 5) при відхиленні температури мікрометра від нормальної у 20 °C, стабілізують нормальну температуру мікрометра у відповідності до варіанта закріплення теплового акумулятора 12 на скобі 1 (дивись вище 4 варіанти закріплення); 6) контролюють (автоматично) поточну температуру вимірюваної деталі за допомогою датчика температури 8, значення якої надходить до калькулятора 9; 7) виконують вимірювання деталі шляхом затискання поміж п'яткою 2 та мікрометричним гвинтом 6, при цьому відліковий пристрій 5 визначає поточний розмір деталі, який передається до калькулятора 9; 8) після отримання відповідних значень (ТКЛР, поточного розміру деталі, поточної температури деталі, та відповідності нормальній температури мікрометра) калькулятор 9 обчислює (автоматично) дійсну температуру вимірюваної деталі, яка відображається на екрані відлікового пристрою 5 або на екрані калькулятора 9; 9) у випадку вимірювань деталей з однаковим ТКЛР повторюють переходи пп. 4-8; 10) у випадку вимірювань деталей з різними ТКЛР повторюють переходи пп. 3-8. Використання корисної моделі "Мікрометр адаптивний" не потребує спеціальних знань та навичок у користувача. Відповідно до корисної моделі "Мікрометр адаптивний" було виготовлено дослідний зразок та проведене техніко-метрологічне порівняння з найбільш поширеним в Україні серійним сертифікованим мікрометром МІКРОТЕХ мод. МКЦ-25 класу 1 [4], який перевищує у 2 рази показники європейського стандарту DIN 863. Порівняння проводилися на зразках зі сталі та алюмінію (див.Табл.2). Таблиця 2 № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Порівняльні показники "Мікрометр Корисна модель цифровий» "Мікрометр адаптивний» Діапазон вимірювань, мм 0-13 Ціна поділки, мм 0,001 Похибка при калібруванні, мкм 2 Датчик температури Так Корегування подовження деталі Так Термостабільність мікрометра Так Корегування температурного Так розширення при 0-40 град. Цельсію Похибка при 0-40 град. Цельс. мкм 2 Мікрометр МКЦ-25 кл.1 МІКРОТЕХ/4/ 0-13 0,001 2 Ні Ні Ні Ні 6-10 25 30 35 Проведений у табл. 2 порівняльний аналіз запропонованої корисної моделі "Мікрометр адаптивний" та сучасного мікрометра МІКРОТЕХ мод. МКЦ-25 кл.1 з цифровим відліковим пристроєм [4], підтверджує можливість практичної реалізації та безумовні техніко-економічні переваги корисної моделі "Мікрометр адаптивний". Запропонована корисна модель "Мікрометр адаптивний" має безперечні переваги у виконанні достовірних прецизійних вимірювань у цехових умовах при температурі 0-40 °C з обчисленням нормального розміру вимірюваної деталі відповідно до лабораторних умов при нормальній температурі 20 °C. 1. DIN-863 2. ТУ У 33.2-30291682-002-2004 "Микрометры МИКРОТЕХ". 3. Мікрометр комп'ютерний. Крамаренко С.Б. Патент №99688 4. Прайс-галерея МІКРОТЕХ. №43-2016 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Мікрометр адаптивний, що складається зі скоби, з однієї сторони якої розташована п'ятка, а з другої сторони розташовані гільза та корпус з відліковим пристроєм, через які переміщується мікрометричний гвинт за допомогою барабана, встановлено датчик температур мікрометра 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 скоби приєднано тепловий акумулятор з теплоносієм нормальної температури, також датчик температур скоби мікрометра та деталі. 3 UA 112291 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4