تاريخچه
اندازه گيري قدمتي به اندازة تاريخ تمدن بشري دارد . از زماني كه انسان كشاورزي و دامداري را فرا گرفت براي مبادلة كالاهاي مورد نياز خود با ديگران نياز به مقياسهايي داشت كه مهمترين آنها مقياسهاي طول و وزن بودند .
نخستين مقياس اندازه گيري در حدود ۴۰۰۰ سال قبل از ميلاد در مصر بوجود آمد . اين واحد بنام Cubit واحد اندازه گيري طول و برابر با فاصلة نوك انگشت تا آرنج فرمانرواي وقت بود كه بعنوان مرجع در كاخ سلطنتي نگهداري مي شد و از روي آن نمونه هايي ساخته و در اختيار افراد قرار مي گرفت . اين روش در قرنهاي بعد در كشورهاي يونان و روم باستان و در حدود ۱۰۰۰ سال قبل در انگلستان نيز رواج پيدا كرد .
در سال ۱۹۷۰ ميلادي سيستم متريك ( اندازه گيري بر اساس متر ) در كشور فرانسه پايه گذاري گرديد . تعريف متر در ابتدا بر اساس كسري از اندازة محيط كرة زمين در خط استوا بود كه بصورت يك ميلة استاندارد ساخته و نگهداري مي گرديد ولي از آنجايي كه امكان آسيب ديدن اين نمونه در اثر حوادث طبيعي وجود داشت و از طرفي ساخت نمونه هاي مشابه داراي خطا بود تصميم گرفته شد كه تعريف ديگري براي متر استاندارد در نظر گرفته شود كه بتوان در هر زمان آن را ايجاد نمود . از اينرو در سال ۱۹۲۷ در هفتمين كنفرانس بين المللي اوزان و مقادير متر استاندارد معادل ۱۵۵۳۱۶۴۰۱۳ برابر طول موج نورقرمز عنصر كادميوم تعريف گرديد .
در سال ۱۹۶۰ اين تعريف بر اساس طول موج تشعشع عنصر كريپتون ۸۶ اصلاح شد . در حال حاضر آخرين تعريف براي متر استاندارد بصورت زير است :
يك متر مسافتي است كه نور در خلاء و در مدت زمان ثانيه طي مي كند .
البته بايستي در نظر داشت كه جملة بالا فقط يك تعريف است و عملي ساختن تعريف فوق احتياج به تجهيزات و امكانات خاصي دارد كه فقط معدودي از آزمايشگاههاي پيشرفته در سطح بين المللي از آن برخوردارند .
سيستم متريك در بيشتر كشورهاي جهان پذيرفته شده و در معدودي از كشورها نظير انگلستان و آمريكا از سيستم اينچي استفاده مي شود . اين سيستم در صنايع و علي الخصوص صنعت نفت و گاز كاربرد زيادي دارد . روابط سيستم اينچي با سيستم متريك بصورت زير مي باشد :
۱ in=25.4 mm 1 ft=304.8 mm 1 yd=914.4 mm ( طول
۱ ib=453.6 gr 1 oz=28.35 gr (جرم
در بخش هاي بعدي پر كاربرد ترين ابزارهاي اندازه گيري ابعادي توضيح داده خواهد شد .
اندازه گيری
به هر گونه عملياتی که يک مقدار عددی را به يک کميت فيزيکی نسبت دهد اندازه گيری می گويند.
هر عمليات اندازه گيری شامل سه جزء اصلی می باشد: ۱- قطعه ۲- ابزاراندازه گيری ۳- استاندارد
روشهای اندازه گيری
تمامی اندازه گيريهای ابعادی به دو روش اساسی انجام می گيرند :
۱- روش قابل تعويض ۲- روش جابجا سازی
در روش قابل تعويض برای اندازه گيری يک کميت ابتدا با استفاده از يک نمونه مرجع دستگاه اندازه گيری را تنظيم و سپس قطعه مورد نظر را با کمک آن دستگاه اندازه گيری می نماييم . در این روش دستگاه اندازه گيری بطور مستقيم (و يا بدليل محدوديت های خاص ) قادر به انجام اندازه گيری نمی باشد .
مثال : برای کاليبره کردن بلوک های مرجع از اين روش استفاده می شود.
در روش جابجا سازی دستگاه اندازه گيری از قبل به کمک نمونه های استاندارد مدرج شده و بطور مستقيم قادر به انجام عمل اندازه گيری می باشد . در اين روش ابتدا نقطه صفر دستگاه کنترل شده سپس دستگاه قطعه را بطور کامل در بر گرفته و هم زمان نتيجه اندازه گيری روی دستگاه خوانده می شود .
مثال : اندازه گيری قطعات به کمک کوليس و ميکرومتر طبق روش فوق انجام می شود.
كوليس
از پركاربردترين ابزارهاي اندازه گيري بوده و بطور وسيعي مي توان آنرا در صنايع بزرگ تا كارگاههاي كوچك مشاهده كرد . هر كوليس مطابق شكل از اجزاء زير تشكيل شده است :
فك هاي خارج سنج ، داخل سنج و عمق سنج يك كوليس مطابق شكلهاي زير براي اندازه گيري طولهاي خارجي ، قطر شيارها و عمق سوراخهاي ايجاد شده در يك قطعه يا ارتفاع آن كاربرد دارند .
كوليسها بر سه نوع معمولي ( ورنيه اي ) ، ساعتي و ديجيتالي مطابق شكل زير موجود مي باشند :
دقت كوليسهاي ورنيه دار ۰٫۱ mm ، ۰٫۰۵ mmو ۰٫۰۲ mmمي باشند و كوليسهاي ساعتي با دقتهاي۰٫۰۲ mm و۰٫۰۱ mm و نوع ديجيتالي آن نيز با دقت ۰٫۰۱ mm در دسترس مي باشند .
محدودة اندازه گيري كوليسها از ۱۵۰ mm تا۱۰۰۰ mm و حتي بيشتر مي باشد ولي بايستي به اين نكته توجه داشت كه هر چه محدودة اندازه گيري كوليس بزرگتر مي شود دقت آن كمتر خواهد بود .كوليسهاي بزرگ معمولاً بدليل خطا در اندازه گيري و نداشتن دقت داراي فك عمق سنج نمي باشند .
انواع ورنيه ها
همانگونه كه در قسمت قبل گفته شد دقت كوليس هاي ورنيه دار مقادير ۰٫۱ mm ،۰٫۰۵ mm و۰٫۰۲ mm مي باشند .
در كوليسهاي با دقت ۰٫۱ mm اندازة ۹ mm از خط‌كش كوليس به ۱۰ قسمت مساوي تقسيم شده است .
در كوليسهاي با دقت ۰٫۰۵ mm اندازة ۳۹ mm از خط‌كش كوليس به ۲۰ قسمت مساوي تقسيم شده است. البته بايستي ۱۹ mm از خط كش كوليس به ۲۰ قسمت مساوي تقسيم شود ولي بدليل آنكه فاصلة بين اين خطوط كاهش يافته و احتمال خطا در قرائت كوليس زياد مي شود مقدار۳۹ mm از خط‌كش كوليس را به ۲۰ قسمت مساوي تقسيم مي كنند .
در كوليسهاي با دقت ۰٫۰۲ mm اندازه ۴۹ mm از خط‌كش كوليس به ۵۰ قسمت مساوي تقسيم شده است .
قرائت كوليسهاي ورنيه دار
ابتدا دقت مي كنيم كه خط صفر ورنيه چند ميلي متر از خط‌كش كوليس را نشان مي دهد. در شكل زير صفر ورنيه بعد از ۲۵ mm خط‌كش كوليس قرار گرفته است .سپس دقت مي كنيم كه كدام يك از خطوط ورنيه بر يكي از خطوط ميلي متري خط‌كش منطبق شده است .در مثال زير خط ۵۵ ورنيه بر خط ۴۷خط كش كوليس انطباق دارد (با عدد ۴۷ mm خط‌كش كوليس كاري نداريم ) پس كوليس موردنظر عدد زير را نشان مي دهد .
۲۵ mm + 0.55 mm = 25.55 mm
ميكرومتر
از ابزارهاي اندازه گيري دقيق بوده و نسبت به ديگر ابزارهاي اندازه گيري داراي تنوع بسيار زيادي مي باشد . نمونه ها ي مختلف ميكرومترها را در شكلهاي زير مي توان ديد :
يك ميكرومتر از اجزاء زير تشكيل شده است .
ميكرومترها نيز همانند كوليسها بر سه نوع معمولي ، ساعتي و ديجيتال ساخته مي شوند كه دقت نوع معمولي آنها ۰٫۰۱mm و ورنيه دار ۰٫۰۰۲ mm و۰٫۰۰۱ mm و نوع ساعتي آن۰٫۰۰۲ mm و ۰٫۰۰۱ mm و نوع ديجيتال آنها نيز داراي دقت ۰٫۰۰۱ mm مي باشد .
تعداد محدودي از ميكرومترها ( معمولا نوع سه فک ) نيز با دقت ۰٫۰۰۵ mm ساخته مي شوند .
قرائت ميكرومتر
معمولاً محيط استوانة متحرك در ميكرومترها به ۵۰ قسمت مساوي تقسيم شده است . چون فاصلة هر دو خط در استوانة متحرك معادل ۰٫۰۱ mmروي خط‌كش ثابت مي باشد از اينرو هر دور دوران اين استوانه متحرك باعث مي شود كه فك متحرك به اندازة ۰٫۵ mm حركت كند .
در شكل زير تقسيم بندي خط‌كش ثابت ميكرومتر نشان داده شده است .
اپراتور ابتدا بايستي تعيين كند كه استوانه متحرك چند ميلي متر از خط كش ثابت را نشان مي دهد . سپس عدد روي استوانه متحرك را كه در مقابل خط‌كش ميكرومتر است قرائت نمائيد. در صورتي كه استوانه متحرك از خط نيم ميلي متري عبور كرده عدد ۵۰را به عدد قرائت شده از روي استوانه متحرك در مرحله قبل اضافه نمائيد . حال عدد قرائت شده از روي خط کش ثابت ميكرومتر را با عدد خوانده شده از روی استوانه متحرک جمع می شود.
مثال: در شكل بالا ميكرومتر عدد ۳۲٫۷۰ رانشان میدهد
در ميكرومترهايي كه محيط استوانه متحرك آنها به ۱۰۰ قسمت تقسيم شده باشد عمل قرائت راحت بوده و مقادير اعشاري اندازه گيري شده مستقيماً از روي استوانه متحرك خوانده مي شود .
اين نوع ميكرومترها داراي خطاي كمتر و در نتيجه دقت بيشتري نسبت به ميكرومترهايي مي باشند كه استوانه متحرك آنها به ۵۰ قسمت تقسيم شده است .
نكات ايمني
در هنگام اندازه گيري با ميكرومتر بايستي دقت نمود كه حتماً از جغجغة ميكرومتر استفاده شده و دهانة ميكرومتر به آرامي بسته شود در غير اينصورت اندازه گيري داراي خطا خواهد بود . نكتة ديگر اينكه قبل از شروع بكار با ميكرومتر حتماً نقطه صفر و تنظيم مربوط به آن كنترل شود .
در ميكرومترهايي كه اندازه گيري آنها از صفر شروع نمي شود) مانند ميكرومترهاي( ۲۵-۵۰ mm يك قطعه كنترلي به همراه ميكرومتر وجود دارد كه بايستي به كمك آن نقطه شروع اندازه گيري كنترل و در صورت لزوم با آچار مربوطه تنظيم گردد .
نكات بسيار مهم :
۱- در صورتي كه با ساختار ميكرومتر آشنايي نداريد از دستكاري و تنظيم آن خودداري نمائيد
۲- دهانة ميكرومتر را هيچگاه بيش از محدودة كاري باز نكنيد ) مخصوصاً در ميكرومترهاي كنتوردار (
۳- از قرار دادن ميكرومتر در معرض نورمستقيم آفتاب ، گرد و غبار و ……. خودداري نمائيد .
۴- از روغن هاي معمولي براي روانكاري ميكرومتر استفاده نكنيد .
۵- در صورتي كه به مدت طولاني از ميكرومتر استفاده نمي كنيد دهانه آن را به اندازة حداقل ۱ mm باز گذاشته و سپس ميكرومتر را قفل نمائيد .
ساعت اندازه گيري
ساعت هاي اندازه گيري از جمله ابزارهاي اندازه گيري دقيق بوده كه نسبت به كوليسها و ميكرومترها از تكرارپذيري
بسيار خوبي برخوردارند.
ساعت هاي اندازه گيري عموماً بر دو نوع مي باشند
۱- ساعت هاي انديكاتور ۲- ساعت هاي شيطانكي
يك ساعت انديكاتور از اجزاء زير تشكيل شده است .
يك ساعت شيطانكي از اجزاء زير تشكيل شده است :
نمونه هاي مختلف ساعتهاي انديكاتور و شيطانكي را مي توان در شكلهاي صفحه بعد مشاهده كرد :
ساعتها عموماً بر دو نوع عقربه اي و ديجيتال موجود مي باشند كه دقت نوع عقربه‌اي آنها شامل ۰٫۰۲mm و ۰٫۰۱mm و ۰٫۰۰۱mm بوده و دقت انواع ديجيتال آنها شامل ۰٫۰۰۵ mm ، ۰٫۰۰۱ mm و ۰٫۰۰۵ mm و حتي ۰٫۰۰۰۲ mm نيز مي باشد .
كاربرد ساعتهاي انديكاتور در اندازه گيري طول بوده و ساعتهاي شيطانكي براي تعيين لنگي و خطي بودن يا تعامد قطعات بسته شده به سه نظام يا ميز كار ماشين هاي تراش و فرز كاربرد دارد . (شكلهاي زير )
نكتــــه : از ساعتهاي شيطانكي نمي توان براي اندازه گيري طول قطعات استفاده كرد .
از آنجايي كه ساعتها عمل اندازه گيري را بصورت غيرمستقيم انجام مي دهند ( بدليل آنكه فقط داراي فك متحرك مي باشند ) بايستي بر روي پاية مناسب نصب شوند . برخي از پايه ها در شكلهاي صفحه بعد نشان داده شده اند .
قرائت ساعتها
وجه مشترك تمامي ساعتهاي اندازه گيري عقربه‌اي متحرك بودن صفحه اندازه گيري آنها مي باشد . بطوري كه اپراتور مي تواند براحتي با چرخش صفحة ساعت عدد صفر را روي عقربه تنظيم كرده و سپس اندازه گيري را شروع كند . قبل از شروع اندازه گيري اپراتور بايستي موقعيت ساعت را مطابق با شكل قطعة كار تعيين و سپس نقطة صفر را تنظيم نمايد . در برخي موارد كه ساعت از صفحة اندازه گيري فاصله دارد بايستي از يك بلوك مرجع براي تنظيم نقطة صفر استفاده كرد .
اندازه گيري زاويه
زاويه سنجي مكمل اندازه گيري طول بوده و براي اين منظور ابزارهاي متفاوتي وجود دارند كه معمول ترين آنها عبارتند از : ۱- گونيا ۲- نقاله ۳- زاويه سنج
واحدهاي اندازه گيري زاويه :
سه واحد مهم براي اندازه گيري زاويه وجود دارد كه عبارتند از :
۱- درجه ۲- گراد ۳- راديان
درجه : اگر محيط يك دايره را به ۳۶۰ قسمت مساوي تقسيم كنيم هر قسمت را يك درجه مي نامند . اگر يك درجه را به ۶۰ قسمت مساوي تقسيم كنيم هر قسمت را يك دقيقه مي نامند . از اينرو داريم : دقيقه ۶۰ = درجه ۱
اگر يك دقيقه را به ۶۰ قسمت مساوي تقسيم كنيم هر قسمت را يك ثانيه مي نامند و داريم :
ثانيه ۶۰ = دقيقه ۱
ثانيه ۳۶۰۰ = درجه ۱
گراد : اگر محيط دايره را به ۴۰۰ قسمت مساوي تقسيم كنيم . هر قسمت را يك گراد مي نامند . اندازه گيري زاويه به كمك گراد در امور نظامي بيشتر كاربرد دارد .
راديان : زاوية مركزي مقابل به قوسي از دايره كه طول آن قوس برابر شعاع دايره باشد را يك راديان مي نامند . محيط يك دايره ۲ راديان است . اين نوع زاويه سنجي در رياضيات و علوم كاربرد زيادي دارد
گونيا
ساده ترين ابزار اندازه گيري زاويه بوده و نوع ۹۰ درجة آن فراوان ترين نوع مي باشد . ولي انواع ديگري با زواياي ۳۰ درجه ، ۴۵ درجه و ۶۰ درجه نيز وجود دارند . ( شكل زير )
گونياها قابل تنظيم نمي باشند و در صورتي كه دچار ضربه ، حرارت و يا هر نوع آسيب شوند از دقت آنها كاسته شده و از درجة اعتبار ساقط مي شوند
نقاله
نقاله از ديگر ابزارهاي اندازه گيري زاويه بوده و بر اساس تعاريفي كه قبلاً از درجه و گراد انجام شد ساخته مي شوند . نقاله ها به دو صورت نيم دايره و تمام دايره با تقسيم بندي يك درجه اي ( و يا يك گراد ) و يا تركيبي از هر دو ساخته مي شوند و براي اندازه گيري زاوية رسم شده روي سطوح مسطح كاربرد دارند .(شكل زير )
نقاله ها نيز همانند گونياها قابل تنظيم نمي باشند و در اثر حادثه از دقت مي افتند .
زاويه سنج
از دقيق ترين ابزارهاي اندازه گيري زاويه بوده و ساختار آن بر اساس نقاله طراحي گرديده است . ( شكل زير )
زاويه سنج ها بر دو نوع ديجيتال و معمولي ساخته مي شوند كه دقت نوع ديجيتال آنها تا ۱ دقيقة زاويه اي و نوع معمولي آنها داراي دقت ۱ درجه ، ۰٫۵ درجه( يا ۳۰ دقيقه) و ۵ دقيقه مي باشند .
زاويه سنج هايي كه دقت آنها از ۱ درجه بيشتر است از نوع ورنيه اي بوده و نحوة قرائت آنها شبيه به كوليس هامي باشد.