Micrómetro (dispositivo)

Micrometro moderno con lectura de 1.639 ± 0.005 mm. (Nota que debe ampliar la imagen para leer correctamente el instrumento.) Asumiendo que no haya error cero, esta es también la medición.

Micrómetros exteriores, interiores y de profundidad

Un micrómetro, a veces conocido como calibrador 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 la mayoría de los oficios mecánicos, junto con otros instrumentos metrológicos como calibradores de dial, vernier y digitales. Los micrómetros por lo general, pero no siempre, tienen la forma de calibradores (extremos opuestos unidos por un marco). El husillo es un tornillo maquinado con mucha precisión y el objeto a medir se coloca entre el husillo y el yunque. El husillo se mueve girando la perilla del trinquete o el dedal hasta que el objeto a medir sea tocado ligeramente por el husillo y el yunque.

Los micrómetros también se utilizan en telescopios y 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.

Historia

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

La palabra micrómetro es una acuñación neoclásica del griego: μικρός, romanizado: micros, lit. 'pequeño' y μέτρον romanizado: metron lit. 'medida'. El Merriam-Webster Collegiate Dictionary dice que el inglés lo obtuvo del francés y que su primera aparición conocida escrita en inglés fue en 1670. Ni el metro ni el micrómetro (μm) ni el micrómetro (dispositivo) como los conocemos hoy en día existían en ese momento.. Sin embargo, la gente de esa época tenía mucha necesidad e interés en la capacidad de medir cosas pequeñas y diferencias pequeñas. Sin duda, la palabra se acuñó 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 una mejora del vernier; 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 recibió el apodo jocoso de "el Lord Canciller" entre su personal porque era el juez final sobre la exactitud y precisión de las mediciones en el trabajo de la firma. En 1844, se publicaron los detalles del micrómetro de taller de Whitworth. Se describió que tenía un fuerte marco de hierro fundido, cuyos extremos opuestos eran dos cilindros de acero de alto acabado, que atravesaban longitudinalmente mediante la acción de tornillos. Los extremos de los cilindros donde se unían tenían forma semiesférica. Un tornillo estaba equipado con una rueda graduada para medir hasta la diezmilésima de pulgada. Su objeto era proporcionar a los mecánicos ordinarios un instrumento que, si bien proporcionaba indicaciones muy precisas, no era muy probable que se estropeara por el manejo rudo del taller.

El primer desarrollo documentado de calibradores de tornillo micrométricos portátiles fue de 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 micrómetro: micromètre, micrómetro, micrometro.) El calibrador micrométrico fue introducido al mercado masivo en los países anglófonos por Brown & Sharpe en 1867, lo que permitió la penetración del uso del instrumento en el taller de máquinas promedio. Marrón y amperio; Sharpe se inspiró en varios dispositivos anteriores, uno de ellos fue el diseño de Palmer. En 1888, Edward W. Morley aumentó la precisión de las medidas micrométricas y demostró su exactitud en una serie compleja de experimentos.

La cultura de exactitud y precisión en el taller de herramientas, que comenzó con los pioneros de la intercambiabilidad, incluidos Gribeauval, Tousard, North, Hall, Whitney y Colt, y continuó con 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 realmente la fabricación de herramientas y troqueles, la construcción de máquinas herramienta o la ingeniería sin algún conocimiento de la ciencia de la metrología, así como de las ciencias de la química y la física (metalurgia, cinemática/dinámica, y calidad).

Tipos

Calentador de micrometro grande, 1908

Tipos especializados

Otro micrometro grande en uso

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

• Conjuntos de micrometer universales vienen con males intercambiables, tales como planos, esféricos, espacias, disco, hoja, punto y cuchilla. El término micrometro universal también puede referirse a un tipo de micrometro cuyo marco tiene componentes modulares, permitiendo que un micrometro funcione como micrófono exterior, micrófono de profundidad, micrófono de paso, etc. (conocido a menudo por los nombres de marca Mul-T-Anvil y Uni-Mike).
• Micrometers de hoja tienen un conjunto de consejos estrechos (negros). Permiten, por ejemplo, la medición de un estrecho o-ring groove.
• Micrometers de pitch-diameter (aka micrófonos de hilo) tienen un conjunto de puntas en forma de hilo para medir el diámetro del campo de los hilos del tornillo.
• Limit mics tienen dos anviles y dos husillos, y se utilizan como un medidor rápido. La parte que se controla debe pasar por la primera brecha y debe detenerse en la segunda brecha para estar dentro de la especificación. Las dos lagunas reflejan con precisión la parte superior e inferior del rango de tolerancia.
• Microscopio de presión, típicamente una cabeza de tres demonios en una base de micrometro utilizada para medir con precisión diámetros interiores.
• Micrometers de tubo tener un avil cilíndrico colocado perpendicularmente a una husillo y se utiliza para medir el espesor de los tubos.
• Paradas de micrometro son cabezales de micrometro que se montan sobre la mesa de una máquina de fresado manual, paños de torno, u otra herramienta de máquina, en lugar de paradas simples. Ayudan al operador a colocar la mesa o el transporte precisamente. Las paradas también se pueden utilizar para actuar mecanismos de arranque o limitar interruptores para detener un sistema de alimentación automático.
• Micrometros de bolas tienen un mal en forma de bola (esférica). Pueden tener un avil plano y una bola, en cuyo caso se utilizan para medir el espesor de la pared del tubo, la distancia de un agujero a un borde, y otras distancias donde se debe colocar un avil contra una superficie redondeada. Ellos difieren en la aplicación de micrometros de tubo en que pueden ser utilizados para medir en superficies redondeadas que no son tubos, pero el amonio de bolas también puede no ser capaz de encajar en tubos más pequeños tan fácilmente como un micrometro de tubo. Los micrometros de bolas con un par de bolas se pueden utilizar cuando se desea un contacto de punto único-tangencial en ambos lados. El ejemplo más común es la medición del diámetro del campo de los hilos del tornillo (que también se hace con los aviles cónicos o el método de 3 hilos, este último de los cuales utiliza geometría similar como el enfoque del par de bolas).
• Micrómetros de punto son herramientas para el uso de inspección cuya precisión y precisión son alrededor de medio micrometre (20 millones de pulgadas, "una quinta parte de un décimo" en jerga machinista) y cuya repetibilidad es alrededor de un cuarto de micrometros ("un décimo de un décimo"). Un ejemplo es la marca Pratt & Whitney Supermicrometer.
• Digit mics son el tipo con dígitos mecánicos que giran.
• Micos digitales son el tipo que utiliza un encoder para detectar la distancia y muestra el resultado en una pantalla digital.
• V mics están fuera de micrófonos con una pequeña V-bloque para un mal. Son útiles para medir el diámetro de un círculo de tres puntos distribuidos equitativamente alrededor de él (ver los dos puntos de un micrometro exterior estándar). Un ejemplo de cuando es necesario es medir el diámetro de los molinos de extremo de 3 hilos y los taladros de giro.

Principios de funcionamiento

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

Los micrómetros usan el tornillo para transformar pequeñas distancias (que son demasiado pequeñas para medirlas directamente) en grandes rotaciones del tornillo que son lo suficientemente grandes como para leerlas en una escala. La precisión de un micrómetro se deriva de la precisión de las formas de hilo 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:

1. La cantidad de rotación de un tornillo con precisión puede estar directamente y precisamente correlacionada con cierta cantidad de movimiento axial (y viceversa), a través de la constante conocida como el tornillo plomo ()/ Ílido). Un tornillo plomo es la distancia que avanza axialmente con un giro completo (360°). (En la mayoría de los hilos [es decir, en todos los hilos de un solo arranque], plomo y lanzamiento referencia a esencialmente el mismo concepto.)
2. Con un plomo apropiado y un diámetro mayor del tornillo, una cantidad determinada de movimiento axial será amplificación 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 de 10π, o aproximadamente 31,4 mm. Por lo tanto, un movimiento axial de 1 mm se amplifica (aumenta) 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 mediante el uso de un tornillo de ajuste 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 el manguito (para ver los nombres de las piezas, consulte la siguiente sección). A menudo se incluye una escala vernier, que permite leer la posición hasta una fracción de la marca de escala más pequeña. En los 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 "dan la vuelta".

Piezas

Las partes de un caliper micrometro. Tenga en cuenta la adición de un gráfico de conversión de unidad grabado en el marco, útil para la conversión entre mediciones de pulgada fraccional y sus equivalentes decimales.

Un micrómetro se compone de:

Frame

El cuerpo en forma de C que sostiene el mal y el barril 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 la calefacción substancial por los sujetadores de sujeción. A menudo está cubierto por placas plásticas aislantes que reducen aún más la transferencia de calor.

Explicación: si uno sostiene el marco lo suficientemente largo para que se calienta por 10 °C, entonces el aumento de la longitud de cualquier pieza lineal de 10 cm de acero es de magnitud 1/100 mm. Para micrometers este es su rango de precisión típico.

Los micrometros suelen tener una temperatura especificada a la que la medición es correcta (a menudo 20 °C [68 °F], que generalmente se considera "temperatura ambiente" en una habitación con HVAC). Las salas de herramientas se guardan generalmente a 20 °C [68 °F].

Anvil

La parte brillante que el husillo se mueve hacia, y que la muestra descansa en contra.

Sleeve, barrel, or stock

El componente redondo estacionario con la escala lineal en ella, a veces con marcas más vernier. En algunos instrumentos la escala está marcada en una fijación ajustada pero móvil de manga cilíndrica sobre el barril fijo interno. Esto permite que se haga cero alterando ligeramente la posición de la manga.

Cierre la nuez, la cerradura o la cerradura

El componente knurled (o palanca) que uno puede apretar para mantener el husillo estacionario, como cuando momentáneamente sostiene una medición.

¡Mierda!

(No visible) El corazón del micrometro, como se explica bajo "Principios de funcionamiento". Está dentro del barril. Esto hace referencia al hecho de que el nombre habitual para el dispositivo en alemán es Messschraube, literalmente "tornillo de medición".

Spindle

El componente cilíndrico brillante que el tropiezo causa moverse hacia el mal.

Temblor

El componente que el pulgar gira. Marcas graduadas.

Parada de Ratchet

(No ilustrado) Dispositivo al final del mango que limita la presión aplicada al deslizarse en un par calibrado.

Lectura

Los micrómetros son instrumentos de alta precisión. El uso adecuado de ellos requiere no solo comprender su funcionamiento en sí, sino también la naturaleza del objeto y la dinámica entre el instrumento y el objeto a medida que se mide. En aras de la simplicidad, en las figuras y el texto a continuación se supone que los problemas relacionados con la deformación o la definición de la longitud que se mide son insignificantes, a menos que se indique lo contrario.

Sistema consuetudinario/imperial

Micrometro de unidad imperial que muestra una lectura de 0.2760 in. La escala principal lee 0.275 en (exacto) más 0.0010 en (estimado) en la escala secundaria (el último cero es un décimo estimado). La lectura sería 0.2760 ± 0.0005 en, que incluye más/menos la mitad del ancho del fallo más pequeño como el error. Aquí se ha asumido que no hay error de punto cero (a menudo falso en la práctica).

El husillo de un micrómetro graduado para los sistemas de medición imperiales y estadounidenses 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 el manga. Las 25 graduaciones en el dedal permiten dividir aún más las 0,025 pulgadas, de modo que al girar el dedal en una división se mueve el husillo 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 manga, indicando cientos de milésimas, la lectura se puede tomar fácilmente.

Supongamos que se desenrosca el dedal de modo que la graduación 2 y tres subdivisiones adicionales sean visibles en el manguito (como se muestra en la imagen) y que la graduación 1 del dedal coincida con la línea axial del manguito. La lectura sería entonces 0,2000 + 0,075 + 0,001 o 0,276 pulgadas.

Sistema métrico

Micrometer thimble con una lectura de 5.779 ± 0.005 mm. (Debe ampliar la imagen para poder leer la escala a su máxima precisión.) La lectura consta de exactamente 5,5 mm de la escala principal más una estimación de 0.279 mm de la escala secundaria. Asumiendo que no haya error cero, esta es también la medición.

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

Como se muestra en la imagen, suponga que el dedal se desenroscó de modo que la graduación 5 y una subdivisión adicional de 0,5 fueran visibles en el manguito. La lectura de la línea axial en el manguito casi llega a la graduación 28 en el dedal. La mejor estimación es 27,9 graduaciones. La lectura entonces sería 5,00 (exacta) + 0,5 (exacta) + 0,279 (estimada) = 5,779 mm (estimada). Como el último dígito es una "décima estimada", tanto 5,780 mm como 5,778 mm también son lecturas razonablemente aceptables, pero la primera no se puede escribir como 5,78 mm o, según las reglas para cifras significativas, se toma como expresar diez veces menos precisión de la que realmente tiene el instrumento! Pero tenga en cuenta que la naturaleza del objeto que se mide a menudo requiere que se redondee el resultado a menos cifras significativas de las que es capaz el instrumento.

Micrómetros vernier

Micrometer Vernier lectura 5,783 ± 0,001 mm, que comprende 5,5 mm en la escala principal del tornillo, 0,28 mm en la escala de rotación del tornillo, y 0.003 mm añadido desde vernier.

Algunos micrómetros cuentan con una escala vernier en el manguito además de las graduaciones regulares. Estos permiten realizar mediciones dentro de 0,001 milímetro en micrómetros métricos, o 0,0001 pulgadas en micrómetros del sistema de pulgadas.

El dígito adicional de estos micrómetros se obtiene encontrando la línea en la escala vernier de la manga que coincide exactamente con una en el dedal. El número de esta línea vernier 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 coincidencia línea vernier en la escala vernier de la manga.

Por ejemplo, se obtendría una medida de 5,783 milímetros leyendo 5,5 milímetros en la manga y luego sumando 0,28 milímetros según lo determinado por el dedal. El vernier luego se usaría para leer el 0.003 (como se muestra en la imagen).

Los micrómetros de 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 brindan incrementos de medición más pequeños que los micrómetros de unidad de pulgada comparables: la graduación más pequeña de un micrómetro de lectura en pulgadas ordinario es 0,001 pulgada; el tipo vernier tiene graduaciones de hasta 0,0001 pulgadas (0,00254 mm). Cuando se utiliza un micrómetro métrico o de pulgadas, sin vernier, se pueden obtener, por supuesto, lecturas más pequeñas que las graduadas mediante interpolación visual entre graduaciones.

Calibración: pruebas y ajustes

Puesta a cero

En la mayoría de los micrómetros, se usa una pequeña llave de tuercas para girar el manguito en relación con el cilindro, de modo que su línea cero se reposicione en relación con las marcas en el dedal. Por lo general, hay un pequeño orificio en el manguito 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 mordazas 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 la jerga 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 comprueba utilizándolos para medir bloques patrón, varillas o patrones similares cuyas longitudes se conocen con precisión y precisión. Si se sabe que el bloque patrón es 0.75000 ± 0.00005 pulgadas ("siete cincuenta más o menos cincuenta millonésimas", es decir, "setecientos cincuenta mil más o menos media décima"), entonces el micrómetro debería medirlo como 0.7500 pulgadas. Si el micrómetro mide 0,7503 pulgadas, no está calibrado. La limpieza y el par bajo (pero constante) son especialmente importantes al calibrar: cada décima (es decir, diezmilésima de pulgada) o centésima de milímetro, "cuenta"; cada uno es importante. Una simple mota de suciedad, o un simple apretón excesivo, oscurece la verdad de si el instrumento puede leer correctamente. La solución es simplemente la conciencia: limpieza, paciencia, el debido cuidado y atención, y mediciones repetidas (una buena repetibilidad le 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 "-on" a lo largo de su rango; no se observa ningún error perceptible en ninguna configuración regional. Por el contrario, en un micrómetro desgastado (o uno mal hecho para empezar), uno puede "perseguir el error arriba y abajo del rango", es decir, mover 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), el trinquete y la linealidad de la escala. La planitud y el paralelismo generalmente se miden con un calibre llamado plano óptico, un disco de vidrio o plástico rectificado 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 ella, revelando su cantidad de inexactitud geométrica.

Los talleres mecánicos comerciales, especialmente aquellos que realizan ciertas categorías de trabajo (militar o aeroespacial comercial, industria de energía nuclear, médica y otros), son requeridos por varias organizaciones de estándares (como ISO, ANSI, ASME, ASTM, SAE, AIA, las fuerzas armadas de los EE. UU. y otros) para calibrar micrómetros y otros medidores según 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 para 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 patrón de alto grado y ajustándolo para que coincida. Incluso los manómetros que se calibran anualmente y dentro de su plazo de vencimiento deben revisarse de esta manera cada mes o dos si se usan a diario. Por lo general, comprobarán que están bien, ya que no necesitan ningún ajuste.

La precisión de los bloques patrón en sí se puede rastrear a través de una cadena de comparaciones con 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 Pesos 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 (mantenidas en los laboratorios nacionales de varios países, como NIST), y el equipo metrológico hace la cadena de comparaciones. Debido a que la definición del metro ahora se basa en una longitud de onda de luz, el prototipo internacional del metro no es tan indispensable como lo era antes. Pero estos calibres maestros siguen siendo importantes para calibrar y certificar equipos metrológicos. Equipo descrito como "NIST rastreable" significa que su comparación con los indicadores maestros, y su comparación con otros, se puede rastrear a través de una cadena de documentación hasta el equipo en los laboratorios del NIST. Mantener este grado de trazabilidad requiere algunos gastos, razón por la cual el equipo rastreable por NIST es más costoso que el que no es rastreable por NIST. Pero las aplicaciones que necesitan el más alto grado de control de calidad exigen el costo.

Ajuste

Un micrómetro que se ha puesto a cero y se ha probado y se ha encontrado que está apagado puede restaurarse a su precisión mediante un ajuste adicional. Si el error se origina por el desgaste de las partes del micrómetro y su 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 tipos estándar de instrumentos, en la práctica es más fácil y rápido, ya menudo no más costoso, comprar uno nuevo en lugar de renovarlo.