نوشته شده توسط : hamid pursoleymani parizi

عنوان آزمایش:آشنایی با وسایل اندازه گیری

 هدف آزمایش

 

چگونگی اندازه گیری با کولیس ،ریزسنج(میکرومتر)،ترازو،  استوانه مدرج وگوی سنج

وسایل آزمایش: کولیس ، ریزسنج  ، ترازو،استوانه مدرج ،  مکعب ، آب        




شرح آزمایش

مقدمه:
حدود300سال قبل ,اساس تئوری اندازه گیری با ورنیه توسط بیرورنیه ریاضیدان فرانسوی کشف شد,بدین ترتیب بود اگر دو طول برابر را به تقسیمات مساوی تقسیم کنیم و آنها را در مجاورت و انطباق با هم قرار دهیم تمام خطوط تقسیمات در امتداد همدیگر قرار می گیرند ولی چنانچه تقسیمات با هم برابر نباشند خطوط در امتداد یکدیگر واقع نخواهند شد.که اساس تئوری اندازه گیری با کولیس بر این اصل استوار می باشند.

کولیس:

کولیس یا قطرسنج یکی از ابزارهای بکار رفته در صنعت ومهندسی مكانیك است.از کولیس برای اندازه‌گیری فاصله میان دو جسم یا دو نقطه استفاده می‌کنند. ساده‌ترین گونه کولیس
پرگارِِِی است که ساق‌هایش به بیرون یا به تو خم شده‌اند. کولیس به دلیل داشتن تنوع و سهولت در اندازه گیری یکی از مهمترین ابزارهای اندازه گیری می باشد که تشکیل شده از دو قسمت ثابت و متحرک که قسمت ثابت ان یک خط کش مدرج با فک و شاخک ثابت و قسمت متحرک شامل کشویی است که فک و شاخک متحرک و همچنین تقسیمات ورنیه روی ان قرار دارد.برای این که کشو را محکم کنیم و همچنین برای کم کردن لقی ازضامنی که در زیر کشو نصب شده است استفاده می شود.
تاریخچه کولیس:در سال 1914 فردی به نام میتوتویو اولین پروانه ساخت کولیس را کسب کرد و تولید آن را در همان سال در کارخانه میزونوکوچی در شهر كاوازاكی ‍ژاپن شروع کرد. در سال 1953کارخانه آن به اوتسونومیا انتقال یافته و تولید انبوه آن شروع شد.در سال 1956 این فرد اولین کسی بود که موضوع استفاده از فولاد ضد زنگ را برای ساخت کولیس مطرح کرد. ۷ سال بعد در سال 1963 میتوتویو بیش از یک میلیون کولیس تولید کرد. در همان سال تولید کولیس ساعتی آغاز شد و به دنبال آن کولیس‌های دیجیتالی و سپس کولیسهای ضد زنگ که در مقابل آب و روغن مقاوم بودند تولید شد. کولیس‌های کار سنگین که طول ۴۵۰ میلیمتر و بیشتر را اندازه‌گیری می‌کنند از سال 1961ساخته شدند. امروزه کولیس‌هایی که طول ۲۰۰۰ میلیمتر را اندازه‌ می‌گیرند نیز تولید می‌شود. بدنه این نوع از کولیس‌ها از فیبرهای کربنی است تا سبک باشند و معضل بزرگ این کولیس‌ها که سنگینی آنها است را بدین‌گونه رفع کرده‌اند.
خط کش برحسب میلیمتر مدرج شده ورنیه دارای درجه بندی کوچکی است که اغلب شامل 10 قسمت بوده و معادل 9 میلیمتر است یعنی 9 میلیمتر در روی خط کش کوچک‌تر است. با این نوع کولیس به آسانی می‌توانیم تا 1.10 میلیمتر را اندازه بگیریم. دقت اندازه گیری کولیس از تقسیم کردن یک درجه خط کش به تعداد تقسیمات ورنیه به دست می‌آید.برخی از انواع کولیسها برای اندازه گیری عمق یک تیغه باریک دارند که به ورنیه متصل است و با آن حرکت می‌کند. اگر صفر ورنیه بر صفر خط کش منطبق باشد انتهای تیغه بر انتهای خط کش منطبق می‌گردد در صنعت برای اندازه گیری قطر گلوله و سیلندر و پیستون و طول وسایل مختلف از انواع کولیس‌ها با بزرگی‌های مختلف استفاده می‌شود. کولیسها بر دو نوع اند : دیجیتال و ساده . نوع دیجیتال آن اندازه ها را بر حسب میلی متر و اینچ با بیشترین دقت برایتان نمایش می دهد . ولی نوع ساده آن برای اینچ دو دقت و میلی متر هم دو دقت اندازه ها را نمایش می دهد. از کولیس برای اندازه‌گیری فاصله میان دو جسم یا دو نقطه استفاده می‌کنند. ساده‌ترین گونه کولیس پرگاری  است که ساق‌هایش به بیرون یا به تو خم شده‌اند.

بدنه اصلی کولیس      
خط کش ثابت :                                                      
  
 
که بدنه اصلی کولیس را تشکیل می دهد که فکهای ثابت بالا و پایین به آن متصل می شوند.دارای دو نوع درجه بندی است:

الف) اینچ((in

ب) سانتی متر((cm

که از 1 تا 10 سانتی متر درجه بندی شده است. بین درجه بندی ها خط های ریزی وجود دارد که هر کدام از آنها نمایش گر یک میلی متر است.
فک های بالایی:

که برای اندازه گیری قطر داخلی لوله به کار می رود. اگر کولیس را مقابل خود بگیریم به گونه ای که درجه بندی اینچ بالا و سر کولیس در دستان چپ ما باشد و به فکهای بالایی نگاه کنیم می فهمیم که فک چپ ثابت و فک راست متحرک است.
 فک های پایینی:

که برای اندازه گیری قطر خارجی لوله به کار می رود.پایین نیز به ترتیب فک چپ ثابت و فک راست متحرک است.
خط کش متحرک:

که بر روی خط کش ثابت و با حرکت فک متحرک حرکت کرده درجه بندی آن از 0 تا 10 میلی متر می باشد که بین دو درجه بندی(0 تا 1) خطهای ریزی است که این خط های ریز هر کدام بیان گر 02/0 میلی متر است.

دقت دستگاه :که از روی همین خط کش تعیین می شود می دانیم که 1 میلی متر را به 5 قسمت تقسیم بندی شده است پس:                 mm۰/۰۲=5۰÷1
پیچ سفت شونده:

که برای ثابت کردن فکهای متحرک بعد از اینکه قطر نهایی جسم را تنظیم کردیم که در حین خواندن درجات فکهای متحرک حرکت نکنند و در خواندن طول اشتباهی رخ ندهد.
زبانه:

که با حرکت فک های متحرک ار انتهای خط کش ثابت حرکت می کند به این صورت که اگر فکها را باز کنیم طول این زبانه زیاد و اگر فکها را ببندیم طول این زبانه از انتهای خط کش ثابت کم می شود.

روش کار کولیس:  قطر داخلی و خارجی یک لوله را نمی‌توان با دقت و به آسانی با یک خط کش مدرج اندازه گرفت. برای اندازه گیری دقیق‌تر آنها از کولیس استفاده می‌شود. کولیس از ترکیب یک خط کش مدرج و یک ورنیه متحرک درست شده است. خط کش ورنیه دارای دو شاخک است شاخک‌های کوچک برای اندازه گیری قطر داخل و شاخک‌های بزرگ برای اندازه گیری قطر خارجی اجسام بکار می‌رود.

اندازه گیری قطر یا طول :جسمی را که منظور تعیین طول با قطر خارجی آن است در بین شاخک‌های ثابت و متحرک بزرگ قرار می‌دهند بطوری که هر دو شاخک با بدنه جسم تماس داشته باشند سپس به کمک ورنیه و خط کش اندازه طول یا قطر گلوله را تعیین می‌کنند. درجات را از روی خط کش (عددی که صفر ورنیه در مقابل آن قرار دارد و یا از آن گذشته است) و کسر درجات را از روی ورنیه می‌خوانند برای کسر درجات از درجات ورنیه را پیدا می‌کنند که درست در برابر یکی از درجات خط کش قرار گرفته است.

 

اندازه گیری قطر داخلی :برای اندازه گیری قطر داخلی مثلا قطر یک لوله دو شاخک بالایی را در داخل لوله فرو می‌برند و ورنیه را برای خط کش آنقدر جابجا می‌کنند تا دو شاخک با جدار داخلی لوله تماس پیدا کنند. کولیس تا حدی در داخل لوله می‌چرخانند تا دو شاخک بر قطر لوله منطبق گردد. در این حالت قطر داخلی را با روش قبلی از روی خط کش و ورنیه می‌خوانند. کولیس یا قطرسنج یکی از ابزار بکار رفته در فلزگری و مهندسی مکانیک است.
کولیس با دقت 1000/1اینچ با ورنیه 50قسمتی:
در این کولیس ها هر اینچ را به 20 قسمت مساوی تقسیم می کنند،در نتیجه فاصلۀ هر قسمت روی خط کش برابر 20/1 اینچ خواهد بود.آنگاه 49 قسمت از خط کش(20/49)را به 50 قسمت مساوی تقسیم می کنند،بنابراین دقت درجه بندی ورنیه 1000/49=50:20/49 اینچ خواهد بود.در این صورت اختلاف بین خطوط خط کش و خطوط ورنیه برابر است با 001/0=049/0-05/0اینچ و در نتیجه دقت این کولیس نیز 001/0 ابنچ می باشد.با توجه به اینکه هر دو نوع کولیس با ورنیه 25 قسمتی و ورنیه 50 قسمتی دارای دقت 001/0 اینچ می باشد،اما خواندن کولیس با ورنیۀ 50 قسمتی راحت تر از خواندن کولیس با ورنیه25 قسمتی می باشد،زیرا تقسیمات کولیس با ورنیۀ 50 قسمتی دارای فضای بیشتری می باشد.
محاسبات :                                   
                                                    
16*0.1=1.6  = محاسبه
                                               
mm 7.52  = =4.7*1.6طول جسم 
                                                              
1.6 16*0.1= = محاسبه
                                                 
3.3*1.6=5.28 mm   =عرض جسم

ریزسنج(میکرومتر)
میکرومترها در سال 1226 توسط یک فرانسوی به نام ژان پالمر ساخته شد و امروزه از نظر شکل ساختمانی مختلف ومتنوع می باشند.
اندازه گیری با میکرومتر:
میکرومتر یا ریزسنج وسایلی هستند که برای اندازه گیری قطعاتی که بایستی دقیق تراشیده شوند به کار برده می شود.دقت آنها به مراتب بیشتر از دقت کولیس ها می باشد.میکرومترها از نظر سیستم اندازه گیری مانند کولیس دو نوع می باشند که آنها را میکرومترهای اینچی و میکرومترهای میلیمتری می نامند .
ضخامت ورقه‌های نازک و سیم‌های نازک را با ریز سنج اندازه می‌گیرند این اسباب از ترکیب یک پچ و یک مهره مدرج ساخته شده است. در این وسیله ، مهره استوانه‌ای است تو خالی که سطح خارجی آن مدرج شده است. این استوانه به کمانی متصل است در انتهای دیگر کمان زایده‌ای وجود دارد که به آن سندان می‌گویند.
پیچ در داخل کلاهکی قرار دارد و در داخل مهره حرکت می‌کند، کلاهک پیچ بر روی سطح خارجی مهره جابجا می‌شود. در صورتی که پای پیچ 0.5 میلیمتر باشد دور کلاهک پیچ به پنجاه قسمت و اگر پای پیچ یک میلیمتر باشد دور کلاهک پیچ به صد قسمت تقسیم می‌شود به آن قسمت از پیچ که از داخل مهره خارج شده و در داخل کمان جابه جا می‌گردد زبانه می‌گویند.اگر پیچ یک دور بپیچد در نوع اول زبانه ریزسنج نیم میلیمتر جابجا می‌شود بنابراین وقتی پیچ به‌اندازه یک درجه بپیچد دهانه ریزسنج به ‌اندازه یک صدم میلیمتر باز یا بسته می‌شود. بنابراین با استفاده از ریزسنج دقت‌اندازه گیری تا میلیمتر بالا می‌رود.
 تنظیم صفر میكرومتر
:از موارد مهم دیگر  درانتقال حرارت دمای قطعه کار است که باید دمای ابزار و دمای قطعه کار کاملایکسان باشند  به عنوان مثا ل چنانچه دمای آزمایشگاه که میکرومتر در آن قرار دارد 20 درجه سانتیگراد باشد . برای اندازه گیری قطعه میله فولادی که در اثر تراشکاری دمایش به 50 درجه سانتیگرا د رسیده چنانچه اندازه واقعی این قطعه 50 میلیمتر و ضریب انبساط خطی فولاد000012/0 ( یک  درجه سا نتیگراد ) باشد مقدار اشتباه برابر 018/0 میشود .
میلیمتر 018/0= (20-50)(000012/0)(50)=مقدار اشتباه یا خطا 

 
برای جلوگیری ا زانتقال حرارت دست به میکرومتر معمولا روی کمان آن قطعه عایقی پیچ شده که محل گرفتن میکرومتر به دست یا محل بستن آن به پایه و یا گیره مخصوص است که بدین وسیله از انتقال حرارت به میکرومتر جلوگیری می کند .دقت میکرومتر های میلیمتری 100/1تا1000/1میلیمتر می باشند.
دقت میکرومتر های اینچی 1000/1تا10000/1اینچ می باشند
.

 طریقه تقسیم بندی میکرومتر های میلیمتری : میکرومترهای میلیمتری را معمولا به سه روش تقسیم بندی میکنند:الف) تقسیم بندی های استوانه ثابت با فاصله یک میلیمتر :هر گاه گام پیچ میکرو متر یک میلیمتر باشد در اثرگرداندن پیچ فک متحرک نیز یک میلیمتر تغییر میکند یعنی اگر پیچ میکرومتر را یک دور کامل بگردانید فک متحرک نیز یک میلیمتر تغییر میکند به همین ترتیب نسبت به گام پیچ روی استوانه ثابت میکرومتر را خط کشی میکنند طوریکه فاصله خطوط از هم یک میلیمترمی باشد .  

طریقه تقسیم بندی پوسته متحرک (از ردیف اول ):در میکرومترهایی که فاصله خطوط روی استوانه ثابت یک میلیمتر است قسمت مخروطی پوسته متحرک را به صد قسمت مساو ی تقسیم میکنند که با تغییر فاصله بر روی پوسته ، فک متحرک 01/0 میلیمتر تغییر مینماید .توجه : وقتی که فک ثابت ومتحرک به هم چسبیده است باید صفر ورنیه درست روبروی صفر خط اصلی استوانه ثابت قرار گیرد .1- خطوط خط کشی شده بر روی استوانه ثابت، 2- خطوط خط کشی شده بر روی قسمت مخروطی ، پوسته متحرک را نشان میدهد .

 

طریقه خواندن میکرومترهای میلیمتری (ردیف الف)

برای خواندن میکرومترهای میلیمتری به نکات زیر توجه کنید :

1- تعداد خطوط اصلی را که صفر ورنیه از روی انها گذشته است یادداشت کنید .

2- تعداد خطوط ورنیه را که بر حسب صدم میلیمتر است نیز یادداشت کنید .

3- اعداد فوق را با هم جمع کنید تا اندازه اصلی به دست آید .

تقسیم بندی استوانه ثابت با فاصله خطوط نیم میلیمتر : هر گاه گام پیچ میکرومتر نیم میلیمتر باشد در هر دور کامل پیچ ، فک متحرک نیز نیم میلیمتر تغییر مکان پیدا میکند . طریقه خط کشی ان بر روی استوانه ثابت به این صورت است که در یک خط مستقیم که بر روی استوانه ثابت کشیده شده فاصله خطوط بالای این خط ، یک میلیمتر و خطوط پایین استوانه ثابت ، درست در مرکز خط بالا قرار گرفته که در واقع میتوان فواصل نیم میلیمتری را از روی آن خواند.
 روش کار ریز سنج
:برای اندازه گیری  جسم مورد نظر را از بین زبانه وسندان قرار می‌دهند و پیچ کلاهک آنقدر می‌چرخانند تا جسم با زبانه و سندان تماس پیدا کند. برای چرخاندن کلاهک پیچ ، پیچ هرز گرد را می‌پیچانند پس از تماس با زبانه با جسم ، پیچ هرز گرد صدا می‌کند. با شنیدن صدا عمل پیچاندن را متوقف می‌کنند. در غیر این صورت از حساسیت اسباب کاسته می‌شود درجات میلیمتر درروی مهره و درجات صدم میلیمتر درروی کلاهک پیچ می‌خوانند. درجه‌ای از کلاهک پیچ خوانده می‌شود که در امتداد خط افقی مهره قرار دارد.

محاسبات آزمایش:
                                                
20 = اندازه روی مهره 
                                              
30 = اندازه روی کلاهک      
                                                    
30*0.01=0.3 =  دقت وسیله *عدد کلاهک
   
mm 0.01) -(20.3+   =  (دقت وسیله *عدد کلاهک )+ اندازه روی مهره: قطر جسم                       


ترازو:
در آزمایشگاه   معمولا از ترازوی  دوكفه ای یا سه اهرمی استفاده می شود  . دقت این ترازو ها 1/0 یا01/0 گرم است . هنگام كار كردن  با ترازو ابتدا باید ترازو را تنظیم كرد سپس عمل توزین را انجام  داد.

طرز تنظیم ترازوی سه اهرمی:
- شاهین ترازو را باید در دست نگه داشت (نوك باریك شاهین را باید بین دو انگشت قرار داد)تا كفه بالا وپایین نرود(هنگام دستكاری ترازو همیشه شاهین را بادست نگه دارید تا از فرسوده شدن نقطه ی اتكا جلوگیری  شود.) سپس  تمامی وزنه ها را باید روی درجه ی صفر قرار داد وآهسته شاهین را رها كرد در این حالت باید عقربه شاهین در مقابل صفر قرار گیرد در غیر این صورت با پیچاندن پیچ تنظیم (که در عقب و زیر کفه قرار دارد)باید عقربه را مقابل صفر قرار داد.پس از تنظیم باید اقدام به توزین كرد. برای این كارباید جسم مورد نظر را در كفه ی ترازو گذاشت (شاهین را باید در دست نگه داشت تا كفه بالا وپایین نرود.) سپس سنگین ترین وزنه ی ترازو را جابه جا كرد . پس از قرار دادن  وزنه باید آهسته شاهین را رها كردو نوك عقربه را نگاه كرد. اگر وزنه  سنگین تر باشد باید آنرا به جای اول (صفر) برگرداندواز وزنه های  اهرم دوم استفاده كرد جا به جایی وزنه ها باید طوری انجام گیرد كه وزنه ی شماره قبل  سبك تر وشماره بعد سنگین تر باشد.وزنه را روی شماره سبك تر قرار داده برای ادامه توزین از وزنه های اهرم سوم استفاده كرد.جابه جایی  وزنه های اهرم سوم تا زمانی كه عقربه در مقابل صفر قرار گیرد ادامه می یابد.(توجه كنید كه  در تمام عملیات  جابه جایی وزنه ها شاهین ترازو  با دست ثابت نگه داشته شود وهیچ گونه حركتی نداشته باشد.) پس از برقراری تعادل باید شماره وزنه ها را خواند تا جرم ماده به دست آید.
ترازوی یک کفه ای سه اهرمی :
از این نوع ترازو نیز برای اندازه گیری جرم استفاده می شود . دقت این نوع از ترازو ها 0.01 گرم است . برای اندازه گیری جرم با این نوع ترازو جسم را در کفه ی مورد نظر قرار داده و براساس قانون اهرم ها ، وزنه های لغزنده را آن قدر جا به جا می کنیم که شاخص انتهای اهرم ها مقابل خط نشانه ثابت شود . سپس با جمع زدن عدد وزنه های لغزنده جرم جسم مورد نظر را تعیین می کنیم .
ترازوی دو کفه ای اهرم دار :
از این نوع ترازو برای اندازه گیری جرم استفاده می شود . این ترازو دارای یک یا دو بازو است . این وزنه ها روی هر درجه ای که قرار بگیرند معادل این است که وزنه ای برابر با مقداری که درجه ی مزبور نشان  می دهد در کفه ی سمت راست گذاشته شده است . کوچک ترین درجه ای که این بازوها نشان می دهند 0.1 گرم است . ظرفیت این ترازومعمولا 2 کیلو گرم است و تا 200گرم احتیاج به وزنه ی اضافی ندارد و با جابه جا کردن وزنه های لغزنده عمل توزین انجام می گیرد در صورت زیادتر بودن جرم جسم وزنه هایی در کفه ی سمت راست قرارداده و با جابه جایی وزنه ها ی لغزنده تعادل را برقرار می کنیم . جرم جسم برابر است با مجموع جرم وزنه ها و مقداری که از روی درجات بازوها خوانده می شود. 

 

 استوانه مدرج
استوانه ای است پایه دار در حجمهای مختلف که از آن میتوان
برای برداشت و انتقال حجمهای بزرگتر از پیپت استفاده کرد  لبه آن مانند بشر، برگشتگی شیارمانندی برای خالی كردن محلول دارد. تفاوت درجه بندی آن با بورت وپیپت در این است كه درجه های كوچكتر آن در پایین قرار دارد.در آزمایشگاه فیزیک از استوانه ی مدرج برای جابه جا کردن مقدار مشخصی مایع، یا  اندازه گیری حجم اجسام استفاده می شود.
شرح آزمایش: برای اندازه گیری حجم یک جسم خاص مقداری از یک مایع را داخل استوانه ی مدرج ریخته و مقدار اولیه آن را اندازه گیری می کنیم  سپس جسم را داخل استوانه می اندازیم حجم مایع را که بالا آمده اندازه گیری کرده  . تغیر در حجم مایع برابر است با حجم جسم  . سپس حجم مقدار اولیه را از ثانویه کم کرده حجم جسم بدست می آید . دقت استوانه های مدرج موجود در آزمایشگاه فیزیک 1،2و5 میلیمتر است . 

محاسبات آزمایش:                                 اندازه اولیه  - اندازه ثانویه =حجم جسم 
                                                                  20 =   
170-150= حجم جسم  
                                                

 گوی سنج

اسفرومتر، یکی از وسایل بسیار ضروری (درحد لنزمتر) برای یک مؤسسه ی عینک سازی می باشد. این وسیله تشکیل شده از یک صفحه ی مدرج ساعتی شکل که در انتها به یک سه پایه ختم می شود که دو پایه ی آن ثابت و پایه ی وسط به داخل و خارج حرکت می کند. حرکت این پایه براساس یکسری روابط هندسی است و مقدار توان مثبت (+) و یا منفی (–) عدسی را توسط عقربه نشان می دهد. این وسیله، جهت سنجش عدسی های معمولی با ضریب شکست 1.53 تنظیم می باشد. نزدیک ترین عدسی به این ضریب شکست ، عدسی های کراون (1.52) می باشد. از آنجا که اسفرومتر، یک وسیله ی اپتیکی است و کاربرد آن در سهولت کار مؤثر و مورد نیاز عینک سازان می باشد.

 روش استفاده از اسفرومتر

در ابتدا جهت اطمینان از دقت اسفرومتر، پایه های آن را به طور عمود بر روی یک سطح کاملاً تخت (شیشه های روی میز) قرار دهید. در این حالت می بایست عقربه، نقطه ی صفر را به شما نشان دهد. در غیر این صورت پایه ی وسط را با وسیله ای (دم باریک ) به راست یا چپ بچرخانید و مجدداً آزمایش نمائید. ابتدا پایه های اسفرومتر را به طور عمود، بر وسط سطح بیرونی عدسی قرار داده و سپس عدسی را حول محور خودش بچرخانید و مراقب باشید که وضعیت عمودی پایه ها نسبت به سطح عدسی حفظ شود.
زمانی که پایه های اسفرومتر به سطح عدسی عمود می شوند، مقدار توان سطح عدسی، بر روی صفحه ی مدرج، توسط عقربه نمایان می گردد و زمانی که عدسی را به چرخش در می آورید، ممکن است که مقدار توان سطح عدسی تغییر نماید. در این حالت، بایستی کمترین و بیشترین مقدار توان را یادداشت نمود. همین روش را می توانید جهت اندازه گیری توان داخل عدسی نیز به کار برید.

     

 

منابع خطا  :1  - خطای شخصی ،2- خطای دستگاه




تاریخ انتشار : سه شنبه 9 فروردین 1390 | نظرات ()
 
   
یکتا رایانه بزرگترین مرکز فروش لپ تاپ جنوب شرق. تلفن : 03454253104