Khái niệm về đo lường kỹ thuật

1. Cơ sở đo lường kỹ thuật

1.1. Khái niệm về đo lường kỹ thuật

Đo lường là việc định lượng độ lớn của đối tượng đo, dựa trên việc thiết lập quan hệ giữa đại lượng cần đo và một đại lượng có cùng tính chất vật lý được quy định dùng làm đơn vị đo.

Thực chất của việc đo lường là việc so sánh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỷ lệ giữa chúng. Độ lớn của đối tượng cần đo được biểu diễn bằng trị số của tỷ lệ nhận được kèm theo đơn vị dùng khi so sánh.

Ví dụ: Đại lượng cần đo là Q, đơn vị dùng để so sánh là u. Khi so sánh ta có tỷ lệ giữa chúng là q

u

Q  .

Kết quả sẽ biểu diễn là: Q = q.u

Việc chọn độ lớn của đơn vị đo khác nhau khi so sánh sẽ có trị số q khác nhau. Chọn độ lớn của đơn vị đo sao cho việc biểu diễn kết quả đo gọn, đơn giản tránh nhầm lẫn trong khi ghi chép và tính toán. Kết quả đo cuối cùng cần được biểu diễn theo đơn vị đo hợp pháp.

Đơn vị đo là yếu tố chuẩn mực dùng để so sánh. Độ lớn của đơn vị đo cần được quy định thống nhất mới đảm bảo được việc thống nhất trong giao dịch mua bán, chế tạo sản phẩm để thay thế lắp lẫn ...

Để đảm bảo tính thống nhất trong đo lường, các đơn vị đo cơ bản và các đơn vị đo dẫn suất hợp thành hệ thống đơn vị đo được quy định trong bảng đơn vị đo hợp pháp của Nhà nước dựa trên quy định của hệ thống đơn vị đo lường quốc tế.

* Đơn vị do chiều dài

Hội nghị quốc tế về đo lường họp năm 1875 đã công nhận "mét" làm đơn vị đo độ dài tiêu chuẩn.

Trong nghành chế tạo máy thường dùng milimét hoặc micrômét. Mét là đơn vị cơ bản.

* Đơn vị đo góc

Bảng đơn vị đo lường hợp pháp của nước ta quy định đơn vị đo góc phẳng là độ, ký hiệu ( o ). Độ là góc phẳng bằng 0

180 

radian ( Radian là góc phẳng chắn trên một đường tròn có tâm đặt ở đỉnh của góc một cung dài bằng bán kính ).

1.2. Dụng cụ đo và các phương pháp đo 1.2.1. Các loại dụng cụ đo

Dụng cụ đo có thể chia làm 2 loại: + Các loại mẫu

[Giảng viên: Tạ Thị Hoàng Thân ] 55 + Các loại dụng cụ đo và máy đo

Các loại mẫu là những vật thể chế tạo theo bội số hoặc ước số của đơn vị đo, gồm các loại thước mẫu, căn mẫu, góc mẫu, ke …

Các loại dụng cụ đo và máy đo dùng đo kích thước của chi tiết gia công, gồm nhiều loại:

- Các loại dụng cụ đo có khắc vạch: thước cặp, panme, đồng hồ so … - Các loại máy đo quang học: Kính hiển vi, ốptimét, máy đo độ dài …

- Các loại máy đo dùng khí nén, máy đo dùng điện, máy kiểm tra tổng hợp… Mỗi loại dụng cụ đo điều có đặc điểm sau:

- Độ dài khoảng cách giữa hai vạch chia trên mặt số. - Giá trị của các vạch chia trên mặt số hoặc trên du xích

- Phạm vi đo của ldụng cụ là kích thước nhỏ nhất và lớn nhất mà kích thước có thể đo được

- Áp lực đo là áp lực tiếp xúc giữa vật đo và dụng cụ đo

1.2.2. Các phương pháp đo

Phương pháp đo là cách thức, thủ thuật để xác định thông số cần đo. Đó là tập hợp mọi cơ sở khoa học có thể để thực hiện phép đo, trong đó nguyên tắc để xác định thông số đo có thể dựa trên mối quan hệ toán học hay mối quan hệ vật lý có liên quan tới đại lượng đo.

Việc chọn mối quan hệ nào đó trong các mối quan hệ có thể với các thông số đo phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu đối với đại lượng đo, trang thiết bị hiện có, có khả năng tìm được hoặc tự chế tạo được. Mối quan hệ cần được chọn sao cho đơn giản, các phép đo để thể hiện với các yêu cầu về trang thiết bị đo ít và khả năng thực hiện được.

Cơ sở để phân loại phương pháp đo:

* Dựa vào quan hệ giữa đầu đo và chi tiết đo chia ra

+ Phương pháp đo tiếp xúc: Là phương pháp đo giữa đầu đo và bề mặt chi tiết đo tồn tại một áp lực gọi là áp lực đo. Khi đo tiếp xúc đầu đo tiếp xúc với mặt chi tiết theo đường điểm hoặc mặt

- Ví dụ khi đo bằng dụng cụ đo cơ khí quang, cơ, điện, tiếp xúc... áp lực đo cho vị trí đo ổn định, vì thế kết quả đo tiếp xúc rất ổn định.

- Tuy nhiên do tồn tại áp lực đo nên khi đo tiếp xúc không tránh khỏi sai số đo do các biến dạng có liên quan tới áp lực đo gây ra. Đặc biệt khi đo các chi tiết là vật liệu mền dễ biến dạng hoặc hệ đo kém cứng vững.

+ Phương pháp đo không tiếp xúc: Là phương pháp đo không có áp lực đo giữa yếu tố đo và bề mặt đo. Ví dụ đo bằng kính hiển vi, ốptimét, đo bằng các máy quang học. Do không tồn tại áp lực đo nên khi đo bề mặt chi tiết không bị biến dạng hoặc cào xước. Phương pháp này thích hợp với các chi tiết nhỏ, mềm, mỏng, dễ biến dạng hoặc các sản phẩm không cho phép có vết xước.

[Giảng viên: Tạ Thị Hoàng Thân ] 56 * Dựa trên quan hệ về giá trị đo chia ra

+ Phương pháp đo tuyệt đối: Giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo là giá trị đo được, phương pháp này đơn giản, ít nhầm lẫn nhưng vì hành trình đo dài nên độ chính xác kém (thước cặp, panpe, thước đo góc ...)

+ Phương pháp đo so sánh: Giá trị chỉ thị trên dụng cụ đo chỉ cho ta sai lệch của giá trị đo so với gia strị của chuẩn ( mẫu ). Khi đó kết quả đo phải là tổng của giá trị chuẩn và giá trị chỉ thị

Q= Qo + x

Trong đó: Q : là kích thước mẫu x : là giá trị chỉ thị của dụng cụ

Ví dụ: khi muốn kiểm tra góc bằng êke, kiểm tra góc bằng góc mẫu, kiểm tra kích thước bằng Calíp, kiểm tra chi tiết trên máy bằng Optimét.

Độ chính xác của phép đo so sánh cao hơn phép đo tuyệt đối và phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác của mẫu và quá trình chỉnh . Các máy đo thường dùng phương pháp này vì nó đơn giản và thuận tiện.

* Dựa vào quan hệ giữa đại lượng cần đo và đại lượng đo chia ra

+ Đo trực tiếp: Đo thẳng vào kích thước cần đo là phương pháp đo mà kết quả của phép đo đọc được trực tiếp trên mặt số của đại lượng đo. Phương pháp này cho đo chính xác cao nhưng hiệu quả thấp.

+ Đo gián tiếp: Không đo thẳng vào kích thước cần đo, giá trị của đại lượng cần đo không xác định được trực tiếp từ chỉ số của dụng cụ đo mà nó có quan hệ với một hay nhiều đại lượng đo trực tiếp theo hàm dạng:

y = f(x1,x2,...,xn) Với y là đại lượng cần đo

x1, x2,...,xn: là đại lượng đo trực tiếp

Ví dụ: Đo 2 cạnh của một tam giác vuông rồi sử dụng định lý Pitago để tính ra cạnh huyền, xác định góc ...

Phương pháp này thông qua các mối quan hệ toán học hoặc vật lý giữa đại lượng được đo và đại lượng cần đo là phương pháp phong phú, đa dạng và hiệu quả. Tuy nhiên, nếu hàm quanhệ phức tạp thì độ chính xác đo càng thấp vì việc tính toán, xử lý kết quả đo và độ chính xác đo phụ thuộc rất lớn vào việc lựa chọn mối quan hệ này.

2. Căn mẫu.

2.1. Công dụng, cấu tạo các bộ căn mẫu. 2.1.1. Công dụng

Căn mẫu là một loại mẫu chuẩn về chiều dài, có độ chính xác cao, dùng để truyền kích thước từ độ dài chuẩn tới chi tiết cần kiểm tra.

[Giảng viên: Tạ Thị Hoàng Thân ] 57 Căn mẫu thường được dùng khi kiểm tra các chi tiết, dụng cụ chính xác, để điều chỉnh dụng cụ đo, máy đo, điều chỉnh máy khi gia công các chi tiết chính xác (điều chỉnh cữ ở trên các máy tự động).

2.1.2. Cấu tạo

Cănmẫu là những khối thép hình chữ nhật có hai mặt đo phẳng, song song và được mài rà chính xác. Kích thước đo của căn mẫu là khoảng cách hai điểm giữa của hai mặt đo.

Đặc điểm của căn mẫu là mặt đo của hai miếng căn có thể khép khít với nhau sau khi đã lau sạch và đẩy trượt lên nhau.

Nhờ đặc điểm đó ta có thể ghép nhiều miếng căn lại thành kích thước cần đo.

Tiết diện căn mẫu là 9 x 30mm với miếng căn có kích thước đo dưới 10mm. Tiết diện bằng 9 x 35mm với các miếng căn có kích thước trên 10mm.

Căn mẫu thường được chế tạo thành từng bộ, mỗi bộ có 38 miếng, 45 miếng, 83 miếng, 92 miếng...đựng trong các hộp gỗ. Tiết diện căn mẫu là 9 x 20mm với miếng căn có kích thước đo dưới 1mm.

Bộ căn mẫu 83 miếng là bộ thông dụng nhất. Trong bộ căn mẫu 83 miếng có các miếng căn có kích thước như sau:

Miếng căn có kích thước 1,005mm Có 1 miếng

Miếng căn có kích thước 1,01; 1,01; 1,03... 1,49 mm Có 49 miếng Miếng căn có kích thước 0,5; 1; 1,5... 10 mm Có 20 miếng Miếng căn có kích thước 1,6; 1,7; 1,8; 1,9mm Có 4 miếng

Hình 3.2. Bộ căn lá

[Giảng viên: Tạ Thị Hoàng Thân ] 58 Miếng căn có kích thước 20; 30; 40;... 100 mm Có 9 miếng

Cộng = 83 miếng Với bộ căn mẫu này có thể ghép được các kích thước có tận cùng bằng 5m. Ngoài ra còn có bộ căn mẫu micrômét gồm 9 miếng: 1,0005; 1,001; 1,002; 1,003; 1,004; 1,006; 1,007; 1,008; 1,009.

Nếu hợp hai bộ trên với nhau thành bộ 92 miếng, thì có thể ghép được các kích thước có tận cùng bằng 0,5m.

2.1.3. Cách chọn và ghép căn mẫu

Khi cần dùng để kiểm tra kích thước nào đó trước hết ta căn cứ vào kích thước

cần kiểm tra, cần đảm bảo dùng số miếng căn là ít nhất và phải chọn những miếng căn có kích thước phần thập phân nhỏ nhất trở đi.

Thí dụ: Dùng bộ căn mẫu 83 miếng để kiểm tra kích thước sau 59,985mm Kích thước cần ghép 59,985 mm

Chọn miếng căn thứ nhất 1,005 mm Kích thước còn lại 58,98 mm Chọn miếng căn thứ hai 1,48 mm Kích thước còn lại 57,5 mm Chọn miếng căn thứ ba 7,5 mm Kích thước còn lại 50 mm Chọn miếng căn thứ tư 50 mm Kích thước còn lại 0mm

Thử lại 1,005+1,48+7,5+50= 59,985 mm

Trước khi ghép căn mẫu, phải rửa sạch lớp mỡ trên mẫu bằng ét xăng (loại xăng trắng), dùng vải sạch hoặc bông lau sạch vài lần cho tới khi soi ra ánh sáng không còn thấy vết dầu hay sợi bông của vải lau. Khi ghép, dùng tay ấn cho hai mặt đo của hai

[Giảng viên: Tạ Thị Hoàng Thân ] 59 miếng căn dính sát vào nhau, rồi đẩy cho mặt này miết lên mặt kia, các miếng căn dính chặt lại với nhau thành một khối. Khi muốn làm cho các miếng căn rời nhau ra ta đẩy cho hai mặt đo trượt ra khỏi nhau. Không tách chúng ra khỏi theo phương thẳng góc với mặt ghép, vì như vậy phải dùng một lực lớn và dễ bị tuột tay làm văng những miếng căn ra.

2.2. Cách bảo quản

Căn mẫu là một loại dụng cụ đo có độ chính xác cao nên việc sử dụng và bảo quản phải thật chu đáo.

Khi sử dụng, dùng panh lấy các miếng căn hoặc dùng lót vải để lấy ra đặt lên một miếng vải mề. Rửa sạch bằng bút lông hoặc vải thấm xăng. Lau khô, sạch các mặt đo bằng vải sạch và mềm.

Cần chú ý: Không sờ tay vào các mặt đo của căn. Những miếng căn dày trên 5mm đặt trên mặt bên của căn mẫu. Không trượt mặt đo của căn lên mặt bên của miếng căn khác, nếu làm như vậy mặt đo sẽ bị sây sát. Khi ghép nên cầm căn thấp gần sát với miếng vải lót trên mặt bàn, đề phòng căn rơi xuống đất hoặc xuống bàn. Các căn ghép với nhau không nên để lâu vì như vậy các mặt đo mau rỉ. Những miếng căn chưa dùng đến phải để riêng từng miếng trên vải lót.

Khi sử dụng xong, tháo những miếng căn ra, dùng xăng rửa sạch, lau khô, dùng bút lông bôi một màng mỡ (vadơlin không có nước, không có axít). Không được cầm tay trực tiếp vào căn; khi lau rửa, bôi mỡ, cũng như khi đặt những miếng căn vào hộp phải dùng vải bôi mỡ lót hoặc dùng panhgắp. Phải thường xuyên lau rửa, kiểm tra, bôi dầu mỡ.

Hộp căn phải được đặt ở những nơi có nhiệt độ ít thay đổi, không để những tia sáng nóng rọi vào, tránh để những nơi ẩm hoặc có hoá chất.

3. Thước cặp.

3.1. Công dụng, cấu tạo, nguyên lý du xích 3.1.1. Công dụng

Thước cặp đo được các kích thước bên ngoài (chiều dài, chiều rộng, chiều cao, đường kính), các kích thước bên trong (đường kính lỗ, chiều rộng rãnh); thước cặp 1/10 còn đo được chiều sâu các bậc, lỗ, rãnh.

Thước cặp 1/10 đo chính xác tới phần mười của milimét nên thường dùng để kiểm tra các kích thước yêu cầu độ chính xác thấp.

Thước cặp 1/20; 1/50 đo chính xác tới 0,05mm; 0,02mm nên thường dùng kiểm tra những kích thước tương đối chính xác.

3.1.2. Cấu tạo của thước cặp:

[Giảng viên: Tạ Thị Hoàng Thân ] 60

Thước cặp gồm các bộ phận chính:

- Thân thước chính (1) mang mỏ cố định (4). Trên thân thước chính có khắc cách vạch kích thước theo milimet.

- Khung trượt (2); Con trượt (6)

+ Trên khung trượt (2) có mỏ động (5); du xích (3) và vít (10).

+ Trên con trượt (6) có vít (7) và đai ốc (8). Mỏ động (5) có thể xê dịch bằng tay hoặc di động nhỏ bằng cách cố định con trượt (6) nhờ vít (7) rồi vặn đai ốc (8).Vít (10) dùng hãm cố định khungtrượt (2), du xích (3) và mỏ động (5) với thước chính (1).

3.1.3. Nguyên lý du xích

Để dễ dàng đọc chính xác những phần lẻ của mm, nguyên lý du xích được cấu tạo theo nguyên lý sau:

Khoảng cách giữa hai vạch trên du xích nhỏ hơn khoảng cách giữa hai vạch trên thước chính. Cứ n khoảng trên du xích thì có (n – 1) khoảng trên thước chính. Như vậy, nếu ta gọi khoảng cách khoảng cách giữa hai vạch trên thước chính là a, khoảng cách giữa hai vạch trên du xích là b, ta có biểu thức sau: a (n - 1) = bn

Từ biểu thức trên ta có: an – a = bn

[Giảng viên: Tạ Thị Hoàng Thân ] 61 an – bn = a

a – b =

n a

Vậy hiệu số độ dài mỗi khoảng trên thước chính và trên du xích bằng tỷ số giữa độ dài mỗi khoảng trên thước chính và số khoảng trên du xích.

Tỷ số

n

a là giá trị của mỗi vạch trên du xích hay gọi là giá trị của thước.

Dựa tên nguyên lý đó người ta chế tạo du xích thước cặp như sau: - Khoảng cách giữa hai vạch trên thước chính a = 1mm.

- Thước cặp 1/10: du xích chia n = 10 nên

n a

= 1/10 = 0,1mm, tức giá trị của thước là 0,1mm

- Thước cặp 1/20: du xích chia n = 20 nên

n

a = 1/20 = 0,05mm, tức giá trị của thước là 0,05mm

Thước cặp 1/50: du xích chia n = 50 nên

n

a = 1/50 = 0,02mm, tức giá trị của thước là 0,02mm.

Để việc đọc rõ ràng thường ở thước cặp 1/10 lấy 9mm trên thước chính chia du xích làm 10 khoảng, thước cặp 1/20 lấy 19mm trên thước chính chia du xích làm 20 khoảng, thước cặp 1/50 lấy 49mm trên thước chính chia du xích làm 50 khoảng.

3.2. Cách sửdụng

+ Cách đọc trị số trên thước cặp:

Khi đo, xem vạch 0 của du xích nằm ở vị trí nào của thước chính ta đọc được phần nguyên của kích thước ở trên thước chính.

Xem vạch nào của du xích trùng với vạch của thước chính ta đọc được phần lẻ của kích thước theo vạch đó của du xích (tại vị trí trùng nhau).

kích thước đo xác định theo biểu thức sau: L = m + k

n a

Ví dụ a: Kích thước đo được là:

m - vạch số 23 trên thước chính a = 1 mm, n = 10, k –vạch thứ 5 trên du xích  23,5( ) 10 1 5 23 mm n a k m L    

Ví dụ b: Kích thước đo được là:

m - vạch số 31 trên thước chính