Micrómetro (dispositivo)

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Este artículo trata sobre el dispositivo de medición. Para conocer la unidad de longitud, consulte Micrómetro. No confundir con micrómetro telémetro.

Micrómetro moderno con una lectura de 1.640 ± 0.005 mm. Suponiendo que no hay error cero, esta es también la medida.

Micrómetros de exterior, interior y profundidad

Un micrómetro, a veces conocido como medidor de tornillo micrométrico, es un dispositivo que incorpora un tornillo calibrado ampliamente utilizado para la medición precisa de componentes en ingeniería mecánica y mecanizado, así como en la mayoría de los oficios mecánicos, junto con otros instrumentos metrológicos como el dial, nonio y digital. calibradores. Los micrómetros suelen tener la forma de calibradores (extremos opuestos unidos por un marco), aunque no siempre. El husillo es un tornillo mecanizado con mucha precisión y el objeto a medir se coloca entre el husillo y el yunque. El eje se mueve girando la perilla de trinquete o el dedal hasta que el objeto a medir sea tocado ligeramente por el eje y el yunque.

Los micrómetros también se utilizan en telescopios o microscopios para medir el diámetro aparente de cuerpos celestes u objetos microscópicos. El micrómetro utilizado con un telescopio fue inventado alrededor de 1638 por William Gascoigne, un astrónomo inglés.

Contenido

1 Historia del dispositivo y su nombre
2 tipos
- 2.1 Tipos especializados
3 Principios operativos
4 partes
5 Lectura
- 5.1 Sistema consuetudinario / imperial
- 5.2 Sistema métrico
- 5.3 micrómetros Vernier
6 Calibración: prueba y ajuste
- 6.1 Puesta a cero
- 6.2 Prueba
- 6.3 Ajuste
7 Véase también
8 referencias
- 8.1 Bibliografía
9 Enlaces externos

Historia del dispositivo y su nombre

Micrómetro de Gascoigne, dibujado por Robert Hooke, c. 1667

La palabra micrómetro es una acuñación neoclásica del griego micros 'pequeño' y metrón 'medida'. El Merriam-Webster Collegiate Dictionary dice que el inglés lo obtuvo del francés y que su primera aparición conocida en la escritura inglesa fue en 1670. Ni el metro ni el micrómetro (μm) ni el micrómetro (dispositivo) como los conocemos hoy existían en ese momento. Sin embargo, la gente de esa época tenía mucha necesidad e interés en la capacidad de medir pequeñas cosas y pequeñas diferencias. Sin duda, la palabra fue acuñada en referencia a este esfuerzo, aunque no se refiriera específicamente a sus sentidos actuales.

El primer tornillo micrométrico fue inventado por William Gascoigne en el siglo XVII, como mejora del nonio ; se utilizó en un telescopio para medir distancias angulares entre estrellas y los tamaños relativos de los objetos celestes.

Henry Maudslay construyó un micrómetro de banco a principios del siglo XIX que fue apodado jocosamente "el Lord Canciller" entre su personal porque era el juez final sobre la exactitud y precisión de las mediciones en el trabajo de la empresa. En 1844, se publicaron los detalles del micrómetro de taller de Whitworth. Esto se describió como una estructura sólida de hierro fundido, cuyos extremos opuestos eran dos cilindros de acero de alto acabado, que se atravesaban longitudinalmente mediante la acción de tornillos. Los extremos de los cilindros donde se encontraban eran de forma hemisférica. Un tornillo estaba equipado con una rueda graduada para medir hasta diez milésimas de pulgada. Su objetivo era proporcionar a los mecánicos ordinarios un instrumento que, si bien proporcionaba indicaciones muy precisas, no era muy susceptible de ser trastornado por el rudo manejo del taller.

El primer desarrollo documentado de calibradores de tornillo micrométrico de mano fue realizado por Jean Laurent Palmer de París en 1848; por lo tanto, el dispositivo a menudo se llama palmer en francés, tornillo de Palmer ("tornillo Palmer") en español y calibro Palmer ("calibre Palmer") en italiano. (Esos idiomas también usan los cognados micrométricos: micromètre, micrómetro, micrometro.) El calibre micrométrico fue introducido en el mercado de masas en los países anglófonos por Brown amp; Sharpe en 1867, lo que permitió la penetración del uso del instrumento en el taller de máquinas promedio. Brown amp; Sharpe se inspiraron en varios dispositivos anteriores, uno de ellos es el diseño de Palmer. En 1888, Edward W. Morley aumentó la precisión de las mediciones micrométricas y demostró su exactitud en una compleja serie de experimentos.

La cultura de la exactitud y precisión en el cuarto de herramientas, que comenzó con pioneros en intercambiabilidad como Gribeauval, Tousard, North, Hall, Whitney y Colt, y continuó a través de líderes como Maudslay, Palmer, Whitworth, Brown, Sharpe, Pratt, Whitney, Leland y otros, crecieron durante la Era de las Máquinas para convertirse en una parte importante de la combinación de la ciencia aplicada con la tecnología. A principios del siglo XX, ya no se podía dominar verdaderamente la fabricación de herramientas y matrices, la construcción de máquinas herramienta o la ingeniería sin algún conocimiento de la ciencia de la metrología, así como las ciencias de la química y la física (para metalurgia, cinemática / dinámica, y calidad ).

Tipos

Gran calibre micrométrico, 1908

Tipos especializados

Otro micrómetro grande en uso

Cada tipo de calibre micrométrico puede equiparse con yunques especializados y puntas de husillo para tareas de medición particulares. Por ejemplo, el yunque puede tener la forma de un segmento de rosca, la forma de un bloque en V o la forma de un disco grande.

Los juegos de micrómetros universales vienen con yunques intercambiables, como planos, esféricos, estriados, de disco, de hoja, de punta y de filo de cuchillo. El término micrómetro universal también puede referirse a un tipo de micrómetro cuyo marco tiene componentes modulares, lo que permite que un micrómetro funcione como micrófono exterior, micrófono de profundidad, micrófono de paso, etc. (a menudo conocido por las marcas Mul-T-Anvil y Uni- Miguel).
Los micrómetros de hoja tienen un juego de puntas estrechas (hojas) a juego. Permiten, por ejemplo, la medición de una ranura angosta de junta tórica.
Los micrómetros de diámetro de paso (también conocidos como micrófonos de rosca) tienen un juego de puntas en forma de rosca a juego para medir el diámetro de paso de las roscas de los tornillos.
Los micrófonos de límite tienen dos yunques y dos ejes, y se utilizan como un calibre de presión. La pieza que se está revisando debe pasar por el primer espacio y debe detenerse en el segundo espacio para estar dentro de las especificaciones. Los dos espacios reflejan con precisión la parte superior e inferior del rango de tolerancia.
Micrómetro de diámetro interior, normalmente una cabeza de tres yunques sobre una base micrométrica que se utiliza para medir con precisión los diámetros interiores.
Los micrómetros de tubo tienen un yunque cilíndrico colocado perpendicularmente a un eje y se utiliza para medir el grosor de los tubos.
Los topes micrométricos son cabezas micrométricas que se montan en la mesa de una fresadora manual, en las bancadas de un torno u otra máquina herramienta, en lugar de topes simples. Ayudan al operador a colocar la mesa o el carro con precisión. Los topes también se pueden utilizar para activar mecanismos de desconexión o interruptores de límite para detener un sistema de alimentación automático.
Los micrómetros de bola tienen yunques en forma de bola ( esféricos ). Pueden tener un yunque plano y uno de bola, en cuyo caso se utilizan para medir el grosor de la pared del tubo, la distancia de un orificio a un borde y otras distancias en las que se debe colocar un yunque contra una superficie redondeada. Se diferencian en su aplicación de los micrómetros de tubo en que pueden usarse para medir contra superficies redondeadas que no son tubos, pero es posible que el yunque de bola tampoco pueda caber en tubos más pequeños tan fácilmente como un micrómetro de tubo. Se pueden usar micrómetros de bola con un par de bolas cuando se desea un contacto de un solo punto tangencial en ambos lados. El ejemplo más común es la medición del diámetro de paso de las roscas de los tornillos (que también se realiza con yunques cónicos o con el método de 3 hilos, el último de los cuales utiliza una geometría similar a la del método del par de bolas).
Los micrómetros de banco son herramientas de inspección cuya exactitud y precisión son de alrededor de medio micrómetro (20 millonésimas de pulgada, "una quinta parte de una décima" en la jerga de los maquinistas) y cuya repetibilidad es de alrededor de un cuarto de micrómetro ("una décima de una décima".). Un ejemplo es la marca Pratt amp; Whitney Supermicrometer.
Los micrófonos de dígitos son del tipo con dígitos mecánicos que se dan vuelta.
Los micrófonos digitales son del tipo que usa un codificador para detectar la distancia y muestra el resultado en una pantalla digital.
Los micrófonos en V son micrófonos para exteriores con un pequeño bloque en V como yunque. Son útiles para medir el diámetro de un círculo desde tres puntos espaciados uniformemente a su alrededor (en comparación con los dos puntos de un micrómetro exterior estándar). Un ejemplo de cuando esto es necesario es medir el diámetro de fresas de ranurar de 3 canales y brocas helicoidales.

Principios de operacion

Animación de un micrómetro en uso. El objeto que se mide está en negro. La medida es 4.140 ± 0.005 mm.

Los micrómetros utilizan el tornillo para transformar distancias pequeñas (que son demasiado pequeñas para medirlas directamente) en grandes rotaciones del tornillo que son lo suficientemente grandes para leer en una escala. La precisión de un micrómetro se deriva de la precisión de las formas de rosca que son fundamentales para el núcleo de su diseño. En algunos casos es un tornillo diferencial. Los principios básicos de funcionamiento de un micrómetro son los siguientes:

La cantidad de rotación de un tornillo hecho con precisión puede ser directamente y precisamente correlacionada con una cierta cantidad de movimiento axial (y viceversa), a través de la constante conocida como del tornillo de plomo ( / tapa /). De un tornillo de plomo es la distancia que se mueve hacia adelante axialmente con una vuelta completa (360 ° ). (En la mayoría de los subprocesos [es decir, en todos los subprocesos de inicio único], el avance y el tono se refieren esencialmente al mismo concepto).
Con un paso apropiado y un diámetro mayor del tornillo, una determinada cantidad de movimiento axial se amplificará en el movimiento circunferencial resultante.

Por ejemplo, si el paso de un tornillo es de 1 mm, pero el diámetro principal (aquí, el diámetro exterior) es de 10 mm, entonces la circunferencia del tornillo es 10π, o aproximadamente 31,4 mm. Por lo tanto, un movimiento axial de 1 mm se amplifica (magnifica) a un movimiento circunferencial de 31,4 mm. Esta amplificación permite que una pequeña diferencia en los tamaños de dos objetos medidos similares se correlacione con una diferencia mayor en la posición del dedal de un micrómetro. En algunos micrómetros, se obtiene una precisión aún mayor utilizando un ajustador de tornillo diferencial para mover el dedal en incrementos mucho más pequeños de lo que permitiría una sola rosca.

En los micrómetros analógicos de estilo clásico, la posición del dedal se lee directamente de las marcas de escala en el dedal y la manga (para los nombres de las piezas, consulte la siguiente sección). A menudo se incluye una escala de nonio, que permite leer la posición a una fracción de la marca de escala más pequeña. En micrómetros digitales, una lectura electrónica muestra la longitud digitalmente en una pantalla LCD en el instrumento. También existen versiones de dígitos mecánicos, como el estilo de los odómetros de los automóviles donde los números "se mueven".

Partes

Las partes de un calibre micrométrico. Tenga en cuenta la adición de una tabla de conversión de unidades grabada en el marco, útil para convertir entre medidas en fracciones de pulgada y sus equivalentes decimales.

Un micrómetro se compone de:

Cuadro: El cuerpo en forma de C que mantiene el yunque y el cañón en constante relación entre sí. Es grueso porque necesita minimizar la flexión, expansión y contracción, lo que distorsionaría la medición.El marco es pesado y, por lo tanto, tiene una alta masa térmica, para evitar un calentamiento sustancial por la mano / dedos que lo sostienen. A menudo está cubierto por placas de plástico aislante que reducen aún más la transferencia de calor.Explicación: si se sostiene el marco lo suficiente como para que se caliente 10 ° C, entonces el aumento de longitud de cualquier pieza lineal de acero de 10 cm es de una magnitud de 1/100 mm. Para micrómetros, este es su rango de precisión típico.Los micrómetros suelen tener una temperatura específica a la que la medición es correcta (a menudo 20 ° C [68 ° F], que generalmente se considera " temperatura ambiente " en una habitación con HVAC ). Los cuartos de herramientas generalmente se mantienen a 20 ° C [68 ° F].
Yunque: La parte brillante hacia la que se mueve el eje y contra la que se apoya la muestra.
Manga, barril o culata: El componente redondo estacionario con la escala lineal en él, a veces con marcas de nonio. En algunos instrumentos, la escala está marcada en una manga cilíndrica ajustada pero móvil que encaja sobre el cañón fijo interno. Esto permite realizar la puesta a cero alterando ligeramente la posición del manguito.
Contratuerca, anillo de seguridad o dedal: El componente moleteado (o palanca) que se puede apretar para mantener el eje estacionario, como cuando se sostiene momentáneamente una medida.
Tornillo: (No visible) El corazón del micrómetro, como se explica en "Principios de funcionamiento". Está dentro del cañón. Esto hace referencia al hecho de que el nombre habitual del dispositivo en alemán es Messschraube, literalmente "tornillo de medición".
Huso: El componente cilíndrico brillante que hace que el dedal se mueva hacia el yunque.
Dedal: El componente que gira el pulgar. Marcas graduadas.
Tope de trinquete: (No se ilustra) Dispositivo en el extremo del mango que limita la presión aplicada deslizándose a un par calibrado.

Leer

Sistema consuetudinario / imperial

Dedal micrométrico que muestra una lectura de 0,2760 ± 0,0005 pulg.

El husillo de un micrómetro graduado para los sistemas de medición usuales de Estados Unidos e Imperial tiene 40 hilos por pulgada, de modo que una vuelta mueve el husillo axialmente 0.025 pulgadas (1 ÷ 40 = 0.025), igual a la distancia entre graduaciones adyacentes en la manga. Las 25 graduaciones en el dedal permiten dividir aún más las 0,025 pulgadas, de modo que al girar el dedal a través de una división, el husillo se mueve axialmente 0,001 pulgadas (0,025 ÷ 25 = 0,001). Así, la lectura viene dada por el número de divisiones enteras que son visibles en la escala de la manga, multiplicado por 25 (el número de milésimas de pulgada que representa cada división), más el número de esa división en el dedal que coincide. con la línea cero axial en el manguito. El resultado será el diámetro expresado en milésimas de pulgada. Como los números 1, 2, 3, etc., aparecen debajo de cada cuarta subdivisión en la funda, lo que indica cientos de milésimas, la lectura se puede tomar fácilmente.

Suponga que el dedal se desenroscó de modo que la graduación 2 y tres subdivisiones adicionales fueran visibles en la manga (como se muestra en la imagen), y que la graduación 1 en el dedal coincidiera con la línea axial de la manga. La lectura sería entonces 0.2000 + 0.075 + 0.001, o 0.276 pulgadas.

Sistema métrico

Dedal micrométrico con lectura de 5,78 ± 0,005 mm.

El eje de un micrómetro métrico ordinario tiene 2 hilos por milímetro y, por lo tanto, una revolución completa mueve el eje a lo largo de una distancia de 0,5 milímetros. La línea longitudinal del manguito está graduada con divisiones de 1 milímetro y subdivisiones de 0,5 milímetros. El dedal tiene 50 graduaciones, cada una de las cuales es de 0,01 milímetro (una centésima de milímetro). Así, la lectura viene dada por el número de divisiones milimétricas visibles en la escala del manguito más la división particular del dedal que coincide con la línea axial del manguito.

Suponga que el dedal se desenroscó de modo que la graduación 5 y una subdivisión adicional de 0,5 fueran visibles en la manga (como se muestra en la imagen), y que la graduación 28 en el dedal coincidiera con la línea axial de la manga. La lectura entonces sería 5,00 + 0,5 + 0,28 = 5,78 mm.

Micrómetros vernier

Micrómetro de vernier con lectura de 5.783 ± 0.001 mm, que comprende 5.5 mm en la escala de avance del tornillo principal, 0.28 mm en la escala de rotación del tornillo y 0.003 mm agregado del vernier.

Algunos micrómetros están provistos de una escala de nonio en la manga además de las graduaciones regulares. Estos permiten realizar mediciones dentro de 0,001 milímetros en micrómetros métricos, o 0,0001 pulgadas en micrómetros del sistema de pulgadas.

El dígito adicional de estos micrómetros se obtiene al encontrar la línea en la escala del nonio de la manga que coincide exactamente con la del dedal. El número de esta línea de nonio coincidente representa el dígito adicional.

Por lo tanto, la lectura para micrómetros métricos de este tipo es el número de milímetros enteros (si los hay) y el número de centésimas de milímetro, como con un micrómetro ordinario, y el número de milésimas de milímetro dado por la línea del vernier coincidente en la escala de nonio de la manga.

Por ejemplo, se obtendría una medida de 5.783 milímetros leyendo 5.5 milímetros en la manga y luego agregando 0.28 milímetros según lo determinado por el dedal. Luego, se usaría el nonio para leer el 0.003 (como se muestra en la imagen).

Los micrómetros en pulgadas se leen de manera similar.

Nota: 0.01 milímetro = 0.000393 pulgadas y 0.002 milímetros = 0.000078 pulgadas (78 millonésimas) o alternativamente, 0.0001 pulgadas = 0.00254 milímetros. Por lo tanto, los micrómetros métricos proporcionan incrementos de medición más pequeños que los micrómetros unitarios en pulgadas comparables: la graduación más pequeña de un micrómetro de lectura en pulgadas ordinario es 0.001 pulgadas; el tipo nonio tiene graduaciones de hasta 0,0001 pulgadas (0,00254 mm). Cuando se usa un micrómetro métrico o en pulgadas, sin un vernier, por supuesto, se pueden obtener lecturas más pequeñas que las graduadas por interpolación visual entre graduaciones.

Calibración: prueba y ajuste

Puesta a cero

En la mayoría de los micrómetros, se utiliza una pequeña llave inglesa para girar el manguito en relación con el barril, de modo que su línea cero se reposicione en relación con las marcas en el dedal. Por lo general, hay un pequeño orificio en la manga para aceptar el pasador de la llave. Este procedimiento de calibración cancelará un error de cero: el problema de que el micrómetro lee distinto de cero cuando sus mandíbulas están cerradas.

Pruebas

Un micrómetro estándar de una pulgada tiene divisiones de lectura de 0,001 pulgadas y una precisión nominal de ± 0,0001 pulgadas (" una décima ", en el lenguaje de los maquinistas). Tanto el instrumento de medición como el objeto que se mide deben estar a temperatura ambiente para una medición precisa; la suciedad, el abuso y la poca habilidad del operador son las principales fuentes de error.

La precisión de los micrómetros se verifica usándolos para medir bloques patrón, varillas o patrones similares cuyas longitudes se conocen con precisión y exactitud. Si se sabe que el bloque patrón mide 0,75000 ± 0,00005 pulgadas ("setecientos cincuenta más o menos cincuenta millonésimas", es decir, "setecientos cincuenta mil más o menos media décima"), el micrómetro debe medirlo como 0,7500 pulgadas.. Si el micrómetro mide 0,7503 pulgadas, entonces está fuera de calibración. La limpieza y el par de torsión bajo (pero constante) son especialmente importantes al calibrar: cada décimo (es decir, diez milésimas de pulgada), o centésimas de milímetro, "cuenta"; cada uno es importante. Una mera mota de suciedad, o un mero apretón, oscurece la verdad de si el instrumento puede leer correctamente. La solución es simplemente conciencia: limpieza, paciencia, el debido cuidado y atención, y mediciones repetidas (una buena repetibilidad asegura al calibrador que su técnica está funcionando correctamente).

La calibración generalmente verifica el error en 3 a 5 puntos a lo largo del rango. Solo uno se puede ajustar a cero. Si el micrómetro está en buenas condiciones, entonces todos están tan cerca de cero que el instrumento parece leer esencialmente "-en" en todo su rango; no se ve ningún error perceptible en ningún lugar. Por el contrario, en un micrómetro desgastado (o uno que fue mal hecho para empezar), uno puede "perseguir el error hacia arriba y hacia abajo del rango", es decir, moverlo hacia arriba o hacia abajo a cualquiera de los varios lugares a lo largo del rango., ajustando la manga, pero no se puede eliminar de todos los lugares a la vez.

La calibración también puede incluir el estado de las puntas (planas y paralelas), cualquier trinquete y la linealidad de la escala. La planitud y el paralelismo se miden típicamente con un calibre llamado plano óptico, un disco de vidrio o plástico de tierra con extrema precisión para tener caras planas y paralelas, lo que permite contar las bandas de luz cuando el yunque y el husillo del micrómetro están contra él, revelando su cantidad de inexactitud geométrica.

Los talleres de maquinaria comercial, especialmente aquellos que realizan ciertas categorías de trabajo (militar o aeroespacial comercial, industria de energía nuclear, médico y otros), son requeridos por varias organizaciones de estándares (como ISO, ANSI, ASME, ASTM, SAE, AIA, la Militares de EE. UU. Y otros) para calibrar micrómetros y otros medidores en un cronograma (a menudo anualmente), para colocar una etiqueta en cada medidor que le dé un número de identificación y una fecha de vencimiento de la calibración, para mantener un registro de todos los medidores por número de identificación y especificar en los informes de inspección qué calibre se utilizó para una medición en particular.

No todas las calibraciones son asunto de los laboratorios de metrología. Un micrómetro se puede calibrar en el sitio en cualquier momento, al menos de la manera más básica e importante (si no de manera integral), midiendo un bloque de medición de alto grado y ajustándolo para que coincida. Incluso los medidores que se calibran anualmente y dentro de su período de vencimiento deben verificarse de esta manera cada mes o dos, si se usan a diario. Por lo general, comprobarán que está bien, ya que no necesitan ajuste.

La precisión de los bloques indicadores en sí se puede rastrear a través de una cadena de comparaciones hasta un estándar maestro, como el prototipo internacional del medidor. Esta barra de metal, como el prototipo internacional del kilogramo, se mantiene bajo condiciones controladas en la sede de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Francia, que es uno de los principales laboratorios de patrones de medición del mundo. Estos patrones maestros tienen copias regionales de extrema precisión (guardados en los laboratorios nacionales de varios países, como el NIST ), y el equipo metrológico hace la cadena de comparaciones. Debido a que la definición del medidor ahora se basa en una longitud de onda de luz, el prototipo internacional del medidor no es tan indispensable como antes. Pero estos medidores maestros siguen siendo importantes para calibrar y certificar equipos metrológicos. El equipo descrito como "rastreable por NIST" significa que su comparación con los medidores maestros, y su comparación con otros, se puede rastrear a través de una cadena de documentación hasta el equipo en los laboratorios de NIST. Mantener este grado de trazabilidad requiere algunos gastos, razón por la cual los equipos rastreables por NIST son más costosos que los no rastreables por NIST. Pero las aplicaciones que necesitan el más alto grado de control de calidad imponen el costo.

Ajustamiento

Un micrómetro que ha sido puesto a cero y probado y que se encuentra apagado puede restaurarse a la precisión mediante un ajuste adicional. Si el error se origina en las partes del micrómetro que están desgastadas de forma y tamaño, entonces no es posible restaurar la precisión por este medio; más bien, se requiere reparación (pulido, lapeado o reemplazo de piezas). Para los tipos de instrumentos estándar, en la práctica es más fácil y rápido, y a menudo no más caro, comprar uno nuevo en lugar de realizar una renovación.

Ver también

Referencias

Bibliografía

Roe, Joseph Wickham (1916), constructores de herramientas ingleses y estadounidenses, New Haven, Connecticut: Yale University Press, LCCN 16011753. Reimpreso por McGraw-Hill, Nueva York y Londres, 1926 ( LCCN 27-24075 ); y por Lindsay Publications, Inc., Bradley, Illinois, ( ISBN 978-0-917914-73-7 ).
ISO 3611: "Especificaciones geométricas de producto (GPS). Equipos de medición dimensional. Micrómetros para mediciones externas. Diseño y características metrológicas" (2010)
BS 870: "Especificación para micrómetros externos" (2008)
BS 959: "Especificación para micrómetros internos (incluidos los micrómetros de varilla)" (2008)
BS 6468: "Especificación para micrómetros de profundidad" (2008)

enlaces externos

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