Un micrómetro , a veces conocido como calibre de tornillo micrométrico , es un dispositivo que incorpora un tornillo calibrado ampliamente utilizado para la medición precisa de componentes [1] en ingeniería mecánica y mecanizado , así como en la mayoría de los oficios mecánicos, junto con otros instrumentos metrológicos como dial , vernier. y calibradores digitales . Los micrómetros suelen tener, aunque no siempre, forma de calibres (extremos opuestos unidos por un marco). El husillo es un tornillo mecanizado con mucha precisión y el objeto a medir se coloca entre el husillo y el yunque. El husillo se mueve girando la perilla de trinquete o el dedal hasta que tanto el husillo como el yunque tocan ligeramente el objeto a medir.
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. [2]
La palabra micrómetro es una acuñación neoclásica del griego : μικρός , romanizada : micros , lit. 'pequeño' y μέτρον romanizado : metron lit. 'medida'. Según el Merriam-Webster Collegiate Dictionary , [3] la palabra fue prestada del francés al inglés, y su primera aparición conocida en la escritura inglesa fue en 1670. Ni el metro ni el micrómetro (μm) ni el micrómetro (dispositivo) como Los que hoy conocemos existían en aquella época. 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 refiere específicamente a sus sentidos actuales.
El primer tornillo micrométrico fue inventado por William Gascoigne en el siglo XVII, como una mejora del nonio ; se utilizó en un telescopio para medir distancias angulares entre estrellas y los tamaños relativos de los objetos celestes.
El Museo de Ciencias de Londres contiene una exposición "El instrumento de medición final de James Watt con tornillo micrométrico, 1776", que según el museo de ciencias es probablemente el primer micrómetro de tornillo fabricado. Este instrumento está destinado a medir objetos con mucha precisión colocándolos entre los dos yunques y luego avanzando uno con un tornillo micrométrico fino hasta que ambos estén en contacto con el objeto, registrándose con precisión la distancia entre ellos en los dos diales. Sin embargo, como señala el museo de ciencias, existe la posibilidad de que Watt no haya fabricado este instrumento hacia 1776, sino en 1876, cuando se colocó en la Exposición Especial de Préstamo de Instrumentos Científicos de ese año en South Kensington. [4]
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. [5] En 1844, se publicaron detalles del micrómetro de taller de Whitworth . [6] Se describió que tenía un fuerte marco de hierro fundido, cuyos extremos opuestos eran dos cilindros de acero altamente acabados, que se desplazaban longitudinalmente mediante la acción de tornillos. Los extremos de los cilindros donde se encontraban tenían forma semiesférica. Uno de los tornillos estaba equipado con una rueda graduada para medir hasta la diezmilésima de pulgada. Su objetivo era proporcionar a los mecánicos ordinarios un instrumento que, si bien proporcionaba indicaciones muy precisas, no era muy propenso a ser alterado por el manejo brusco del taller .
El primer desarrollo documentado de calibradores de tornillo micrométrico portátiles fue realizado por Jean Laurent Palmer de París en 1848; [7] Por lo tanto, el dispositivo a menudo se llama palmer en francés, tornillo de Palmer ("tornillo Palmer") en español y calibro Palmer ("pinza Palmer") en italiano. (Esos idiomas también utilizan los cognados del micrómetro : micromètre, micrómetro, micrometro ). El calibre micrométrico fue introducido en el mercado masivo en los países anglófonos por Brown & Sharpe en 1867, [8] permitiendo la penetración del uso del instrumento en el taller mecánico promedio. . Brown & Sharpe se inspiraron en varios dispositivos anteriores, uno de ellos fue 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 taller 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 hasta convertirse en una parte importante de la combinación de ciencia aplicada con tecnología . A partir de 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 de las ciencias de la química y la física (para la metalurgia , la cinemática / dinámica , y calidad ).
Cada tipo de calibrador micrométrico puede equiparse 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 un bloque en V o de un disco grande.
Los micrómetros utilizan el tornillo para transformar distancias pequeñas [9] (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 se trata de un tornillo diferencial . Los principios básicos de funcionamiento de un micrómetro son los siguientes:
Por ejemplo, si el paso de un tornillo es de 1 mm, pero el diámetro mayor (aquí, 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) hasta 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. [10] [11] [12]
En los micrómetros analógicos de estilo clásico, la posición del dedal se lee directamente desde las marcas de escala en el dedal y la funda (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 "se dan vuelta" .
Un micrómetro se compone de:
Los micrómetros son instrumentos de alta precisión. El uso adecuado de ellos requiere no sólo comprender su funcionamiento en sí, sino también la naturaleza del objeto y la dinámica entre el instrumento y el objeto mientras se mide. En aras de la simplicidad, en las figuras y el texto siguientes 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.
El eje de un micrómetro graduado para los sistemas de medición imperial y estadounidense tiene 40 hilos por pulgada, de modo que una vuelta mueve el eje axialmente 0,025 pulgadas (1 ÷ 40 = 0,025), igual a la distancia entre graduaciones adyacentes en el manguito. Las 25 graduaciones del dedal permiten dividir más las 0,025 pulgadas, de modo que al girar el dedal 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 funda, 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, indicando cientos de milésimas, la lectura se puede tomar fácilmente.
Supongamos que el dedal se desenrosca 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 entonces sería 0,2000 + 0,075 + 0,001, o 0,276 pulgadas.
El huso de un micrómetro métrico ordinario tiene 2 hilos por milímetro y, por lo tanto, una revolución completa mueve el huso 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 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, supongamos que el dedal se desenrosca de modo que la graduación 5 y una subdivisión adicional de 0,5 sean visibles en la manga. La lectura de la línea axial del manguito casi llega a la graduación 28 del 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 puede escribirse como 5,78 mm o, según las reglas de cifras significativas , se considera que expresa diez veces menos precisión. que el instrumento realmente tiene! 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 el instrumento es capaz.
Algunos micrómetros cuentan con una escala vernier en la funda, además de las graduaciones habituales. Estos permiten realizar mediciones dentro de 0,001 milímetros en micrómetros métricos o 0,0001 pulgadas en micrómetros del sistema en 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 de 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 línea nonio coincidente en la escala vernier de 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. 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 pulgada y 0,002 milímetro = 0,000078 pulgada (78 millonésimas) o, alternativamente, 0,0001 pulgada = 0,00254 milímetros. Por lo tanto, los micrómetros métricos proporcionan incrementos de medición más pequeños que los micrómetros unitarios comparables en pulgadas: la graduación más pequeña de un micrómetro de lectura en pulgadas común es 0,001 pulgadas; el tipo vernier tiene graduaciones de hasta 0,0001 pulgadas (0,00254 mm). Cuando se utiliza un micrómetro métrico o en pulgadas, sin vernier, por supuesto se pueden obtener lecturas más pequeñas que las graduadas mediante interpolación visual entre graduaciones.
En la mayoría de los micrómetros, se utiliza una pequeña llave de clavija para girar el manguito con respecto al cañón, de modo que su línea cero se reposicione con respecto a las marcas en el dedal. Generalmente 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 un valor distinto de cero cuando sus mandíbulas están cerradas.
Un micrómetro estándar de una pulgada tiene divisiones de lectura de 0,001 pulgadas y una precisión nominal de ±0,0001 pulgadas [15] (" una décima parte ", en lenguaje maquinista). Tanto el instrumento de medición como el objeto que se mide deben estar a temperatura ambiente para una medición precisa; la suciedad, la habilidad del operador y el mal uso (o abuso) del instrumento son las principales fuentes de error. [dieciséis]
La precisión de los micrómetros se verifica usándolos para medir bloques patrón , [17] varillas o estándares similares cuyas longitudes se conocen con precisión y exactitud. Si se sabe que el bloque patrón mide 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 debe medirlo como 0,7500 pulgadas. . Si el micrómetro mide 0,7503 pulgadas, entonces está descalibrado. 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 sobre si el instrumento puede leer correctamente. La solución es simplemente escrupulosidad: limpieza, paciencia, debido cuidado y atención, y mediciones repetidas (una buena repetibilidad asegura al calibrador que su técnica está funcionando correctamente).
La calibración normalmente verifica el error en 3 a 5 puntos a lo largo del rango. Sólo uno puede ajustarse a cero. Si el micrómetro está en buenas condiciones, entonces todos están tan cerca de cero que el instrumento parece leer esencialmente "encendido" en todo su rango; no se ve ningún error notable en ninguna ubicación. Por el contrario, en un micrómetro desgastado (o uno que, para empezar, estaba mal fabricado), uno puede "perseguir el error hacia arriba y hacia abajo en el rango", es decir, moverlo hacia arriba o hacia abajo a cualquiera de las diversas ubicaciones 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. [18] 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 bandas de luz cuando el yunque y el eje del micrómetro están contra él. , revelando su cantidad de inexactitud geométrica.
Los talleres de maquinaria comercial, especialmente aquellos que realizan ciertas categorías de trabajo (aeroespacial militar o comercial, industria de energía nuclear, medicina y otros), son requeridos por varias organizaciones de estándares (como ISO , ANSI , ASME , [19] ASTM , SAE , AIA , el ejército de 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 proporcione 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 toda la calibración es 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 alta calidad y ajustándolo para que coincida. Incluso los medidores 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, se verán bien y no necesitan ajuste.
La precisión de los bloques patrón se puede rastrear a través de una cadena de comparaciones hasta un estándar maestro como el prototipo internacional del medidor . Esta barra de metal, al igual que el prototipo internacional del kilogramo , se mantiene en 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 (conservadas en los laboratorios nacionales de varios países, como el NIST ), y equipos metrológicos realizan la cadena de comparaciones. Debido a que la definición del medidor se basa actualmente en una longitud de onda de la luz, el prototipo internacional del medidor ya no es tan indispensable como lo era antes. Pero estos medidores maestros siguen siendo importantes para calibrar y certificar equipos metrológicos. El equipo descrito como "rastreable por el NIST" significa que su comparación con medidores 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 los equipos rastreables por el NIST son más costosos que los que no lo son. Pero las aplicaciones que necesitan el mayor grado de control de calidad imponen el costo.
Un micrómetro que se ha puesto a cero y se ha probado y se ha encontrado que está apagado podría recuperar su precisión mediante ajustes adicionales. Si el error se origina porque las partes del micrómetro están desgastadas y pierden su forma y tamaño, entonces no es posible restaurar la precisión por este medio; más bien, se requiere reparación (esmerilado, 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 renovarlo.
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )INFORMACIÓN GENERAL DEL MICRÓMETRO{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )ITTC – Procedimientos recomendados: Ejemplos de instrucciones de trabajo, calibración de micrómetros.
https://edu-physics.com/2022/08/02/what-is-zero-positive-and-negative-error-in-a-screw-gauge-physics-practical/ https://edu-physics. com/2020/08/06/numéricos-de-calibrador-de-tornillo/