Металлические штангенциркули описание и характеристики

Устройство металлического штангенциркуля

Металлический штангенциркуль представляет собой измерительный инструмент, предназначенный для определения линейных размеров с точностью до долей миллиметра. Его конструкция основана на жёсткой штанге с нанесённой шкалой и подвижной рамке, которая перемещается вдоль штанги. Корпус изготавливают из инструментальной или нержавеющей стали, что обеспечивает устойчивость к деформациям и длительный срок службы. Для выбора подходящего инструмента вы можете перейти в каталог.

Основные элементы: шкала, нониус, губки, глубомер

Основные элементы металлического штангенциркуля включают штангу с основной миллиметровой шкалой, подвижную рамку с дополнительной шкалой — нониусом, две пары измерительных губок (для наружных и внутренних измерений) и глубиномер. Штанга обычно имеет длину 150, 200, 300 мм или более, на неё нанесены деления через 1 мм. Подвижная рамка может фиксироваться винтом для удержания положения. Губки для наружных измерений имеют плоские или заострённые контактные поверхности; внутренние губки, расположенные с противоположной стороны, имеют узкие режущие кромки для работы в отверстиях. Глубомер представляет собой тонкую планку, выдвигающуюся из торца корпуса при перемещении рамки.

Губки для наружных измерений, как правило, имеют длину 30–60 мм и твёрдость не менее 50–55 HRC, что предотвращает износ контактных поверхностей. Внутренние губки короче — до 20 мм, их форма позволяет входить в отверстия диаметром от 5 мм. Глубиномер имеет прямоугольное или круглое сечение; его ход ограничен длиной штанги — у моделей с диапазоном 0–150 мм глубина измерений не превышает 150 мм.

Принцип работы нониусной шкалы для отсчёта долей миллиметра

Нониусная шкала позволяет считывать доли миллиметра без использования дополнительных устройств. Стандартный нониус содержит 10 или 20 делений, которые занимают на рамке длину 9 или 19 мм основной шкалы соответственно. Цена деления нониуса вычисляется как разность между делением основной шкалы (1 мм) и фактической длиной нониуса, разделённой на количество делений. Для 10-деленийного нониуса: 1 мм – (9 мм / 10) = 0,1 мм. Для 20-деленийного нониуса: 1 мм – (19 мм / 20) = 0,05 мм.

Снятие показаний выполняют в два этапа. Сначала фиксируют целое число миллиметров по основной шкале до нулевой отметки нониуса. Затем находят деление нониуса, которое точнее всего совпадает с любым делением основной шкалы — его номер умножают на цену деления нониуса (0,1 или 0,05 мм) и прибавляют к целым миллиметрам. Погрешность отсчёта по нониусу составляет половину цены деления — ±0,05 мм для 0,1-миллиметрового нониуса и ±0,025 мм для 0,05-миллиметрового.

Пример: если нулевая риска нониуса находится между 12 и 13 мм, а с основной шкалой совпадает 4-е деление нониуса (цена 0,1 мм), результат равен 12 + 4 × 0,1 = 12,4 мм.

Типы штангенциркулей по отсчётному устройству

Нониусные, циферблатные и цифровые модели: отличия и особенности

По способу индикации показаний металлические штангенциркули делятся на нониусные, циферблатные (с индикаторной головкой) и цифровые (электронные). Нониусный тип — классический, не требует источников питания, устойчив к загрязнениям, но требует определённого навыка при считывании. Циферблатные модели оснащены круглой шкалой с подвижной стрелкой, которая приводится в движение через зубчатую передачу от перемещения рамки; цена деления циферблата обычно составляет 0,01 мм или 0,02 мм. Цифровые штангенциркули имеют жидкокристаллический дисплей и ёмкостный или магнитный датчик положения.

Цифровые модели дополнительно поддерживают переключение между миллиметрами и дюймами, обнуление в любой точке и удержание показаний (HOLD). Дискретность отсчёта у большинства цифровых штангенциркулей составляет 0,01 мм. Питание осуществляется от батареи напряжением 1,5 В (типа LR44). Однако цифровые устройства чувствительны к влаге и механическим ударам, а при разряде батареи теряют работоспособность.

Влияние типа устройства на погрешность и удобство измерений

Погрешность измерений зависит не только от класса точности, но и от типа отсчётного устройства. У нониусных инструментов погрешность отсчёта равна половине цены деления нониуса — обычно ±0,05 мм или ±0,025 мм. У циферблатных моделей погрешность может достигать ±0,01 мм при условии исправности механизма, но износ зубчатой передачи со временем увеличивает её. Цифровые модели имеют погрешность, заявленную производителем, как правило, в пределах ±0,02 мм для диапазона до 200 мм, но это значение достигается только при стабильной температуре (20±5 °C) и чистоте контактов датчика.

Удобство измерений также различается. Нониусные штангенциркули не требуют питания и моментально готовы к работе. Цифровые модели ускоряют процесс, так как исключают ошибки счёта делений, но требуют замены батареи. Циферблатные занимают промежуточное положение: они механически надёжнее электроники, но циферблат может быть плохо различим при слабом освещении.

Классы точности и погрешность измерений

Класс 1 и класс 2: допустимые отклонения

Согласно ГОСТ 166–89 (действующему в странах СНГ), металлические штангенциркули подразделяются на классы точности 1 и 2. Для класса 1 допускаемая погрешность при измерении длины до 100 мм составляет ±0,05 мм, при длине от 100 до 200 мм — ±0,05–0,06 мм, при 200–300 мм — до ±0,07 мм. Класс 2 имеет более высокие допуски: для диапазона до 100 мм погрешность может достигать ±0,10 мм, для 100–200 мм — ±0,12 мм, для 200–300 мм — ±0,15 мм. Эти значения указаны для нормальных условий (температура 20 °C).

Выбор класса точности определяется требуемой достоверностью измерения. Класс 1 применяют в тех случаях, когда контролируются посадки с допуском IT6–IT7 (например, в машиностроении). Класс 2 подходит для черновых измерений, контроля заготовок или деталей с широкими допусками (IT10–IT12).

Зависимость погрешности от диапазона измерений

Погрешность штангенциркуля возрастает с увеличением длины измеряемой детали. Это связано с тепловым расширением штанги, её упругими деформациями при приложении измерительного усилия и неточностью нанесения шкалы. Например, для инструмента класса 1 с диапазоном 0–150 мм абсолютная погрешность при длине 50 мм составляет ±0,05 мм, а при длине 150 мм — ±0,06 мм. Для класса 2 при тех же значениях погрешность увеличивается до ±0,10 и ±0,12 мм соответственно.

На практике при измерении деталей длиннее 200 мм рекомендуется учитывать температурную поправку: изменение температуры на 1 °C приводит к удлинению стальной штанги длиной 200 мм приблизительно на 0,0022 мм. При отклонении температуры от 20 °C более чем на 5 °C погрешность может выйти за пределы нормы.

Правила выполнения измерений и типичные ошибки

Проведение наружных, внутренних и глубинных измерений

Для наружных измерений деталь зажимают между верхними или нижними губками; при этом усилие должно быть таким, чтобы губки плотно прилегали к поверхности, но не деформировали деталь. Нормальное контактное усилие для стальных деталей составляет 3–5 Н. После фиксации винтом рамки штангенциркуль снимают с детали и считывают показания. Для внутренних измерений используют внутренние губки, которые вводят в отверстие или паз до касания стенок; глубиномер упирают в дно отверстия, а планку выдвигают до прилегания.

При измерении глубины инструмент ставят перпендикулярно поверхности детали, а планку глубиномера опускают до контакта с дном. Важно, чтобы планка не перекашивалась — это вызывает ошибку до 0,2 мм на глубине 50 мм. Перед каждым типом измерений проверяют нулевое положение: при сомкнутых губках нулевая отметка нониуса должна совпадать с нулём основной шкалы.

Ошибки при снятии показаний и способы их избежать

Наиболее частые ошибки: неверное определение деления нониуса (берут не то деление, которое совпадает наиболее точно), перекос инструмента при измерении, неплотное прилегание губок, снятие показаний до фиксации винта (смещение рамки). Избежать этих погрешностей помогает:

• использование лупы с увеличением 3–5× для считывания риски нониуса;
• проверка совпадения нулевых рисок перед началом работы;
• проведение трёх измерений в одной точке и усреднение результата;
• фиксация рамки винтом до снятия инструмента с детали.

Ошибки при внутренних измерениях часто возникают, если губки вводят не параллельно оси отверстия. Для круглых отверстий рекомендуется проводить два измерения под углом 90° — расхождение более 0,05 мм указывает на перекос.

Выбор и уход за штангенциркулем

Влияние материала корпуса на долговечность и точность

Корпуса металлических штангенциркулей изготавливают из углеродистой инструментальной стали (например, стали У8 или 45) или из нержавеющей стали. Инструментальная сталь после закалки имеет твёрдость 56–60 HRC, но подвержена коррозии, поэтому требует периодического протирания масляной ветошью. Нержавеющая сталь (AISI 420, 440 и аналоги) более устойчива к влаге, но её твёрдость обычно ниже — 48–52 HRC, что приводит к более быстрому износу измерительных поверхностей.

На долговечность также влияет качество шлифовки и полировки штанги и рамки. У штангенциркулей с хромированным покрытием штанги износ замедляется, но хром со временем может отслаиваться. На точность измерений в первую очередь влияет износ губок: если контактные поверхности теряют геометрию, возникает систематическая погрешность.

Проверка точности без эталонов и правила хранения

Точность штангенциркуля можно оценить простыми способами, не имея эталонных образцов. Основной тест — проверка совпадения нулей: при максимальном сведении губок нулевая риска нониуса и шкалы должны совпадать. Для нониусных моделей допускается смещение не более 0,02 мм (проверяют на просвет). Для цифровых инструментов нулевое значение должно равняться 0,00 мм. Если нуль смещён, погрешность будет систематической по всему диапазону.

Дополнительный тест — измерение калиброванного цилиндра (например, вала диаметром 10 мм, купленного как образец длины). Разброс результатов в трёх повторностях не должен превышать заявленную погрешность класса.

Правила хранения металлического штангенциркуля:

1. Хранить в сухом помещении при температуре 15–25 °C и влажности не выше 60%.
2. После использования протирать сухой безворсовой салфеткой; при работе в масляной среде — удалять остатки масла.
3. Не допускать падений — даже однократное падение на твёрдую поверхность способно сместить шкалу рамки и нарушить точность до 0,1 мм.
4. Смазывать штангу тонким слоем нейтрального масла (например, индустриального И-20) каждые 3 месяца или после 50–100 измерений.
5. Для цифровых моделей извлекать батарею, если инструмент не используется более месяца — это предотвращает окисление контактов.

Для контроля состояния губок рекомендуется периодически проводить проверку по калибровочному кольцу или кубику с известными размерами. При обнаружении люфта рамки (бокового смещения более 0,03 мм) инструмент подлежит ремонту или замене.

Таким образом, знание устройства, типов отсчётных устройств, классов точности и правил измерений позволяет осознанно подходить к выбору и эксплуатации металлического штангенциркуля, минимизируя погрешности и продлевая срок службы инструмента.

Видео