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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA DEPARTAMENTO DE METAL MECÁNICA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA MATERIA:
MEDICIONES MECÁNICAS Y ELÉCTRICAS CALIBRADOR VERNIER REPORTE DE PRÁCTICA
PROFESOR: ING. LEOBARDO GACHUZ RANGEL ALUMNO:
REYES NONATO TEDDY GRUPO 129601
INDICE
PÁG
Objetivo de la práctica……………………………………………………………………….3 Definición……………………………………………………………………………………....3 Descripción……………………………………………………………………………….……3 Marco histórico………………………………………………………………………………..4 Tipos y partes……………………………………………………………………………….…4 Marco teórico………………………………………………………………………………...10 Desarrollo de la práctica…………………………………………………………………...15 Análisis de resultados………………………………………………………………..…….16 Observaciones y Conclusiones……………………………………………………..……17 Fuentes consultadas…………………………………………………………….………….18
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OBJETIVO DE LA PRÁCTICA Al término de esta práctica sabré diferenciar entre cada tipo de vernier, así como determinar su legibilidad y realizar mediciones con una exactitud lo mas alta posible. Los calibradores vernier tienen diferentes sistemas de unidades, así que también se deberá practicar con los tres sistemas de unidades utilizados (sistema internacional (mm) y sistema inglés (pulgadas & decimales de pulgadas). CALIBRADOR VERNIER, DEFINICIÓN El calibre, también denominado cartabón de corredera o pie de rey, es un instrumento para medir dimensiones de objetos relativamente pequeños, desde centímetros hasta fracciones de milímetros (1/10 de milímetro, 1/20 de milímetro, 1/50 de milímetro). En la escala de las pulgadas tiene divisiones equivalentes a 1/16 de pulgada y en su nonio de 1/128 de pulgadas. El inventor de este instrumento fue el matemático francés Pierre Vernier (1580 (?) 1637 (?)), y la escala secundaria de un calibre destinada a apreciar fracciones de la unidad menor, se la conoce con el nombre de Vernier en honor a su inventor. En castellano se utiliza con frecuencia la voz nonio para definir esa escala. Consta de una "regla" con una escuadra en un extremo, sobre la cual desliza otra destinada a indicar la medida en una escala. Permite apreciar longitudes de 1/10, 1/20 y 1/50 de milímetro utilizando el nonio. Mediante piezas especiales en la parte superior y en su extremo permite medir dimensiones internas y profundidades. Posee dos escalas: la inferior milimétrica y la superior en pulgadas. DESCRIPCIÓN
El calibrador vernier cuenta con una composición física que le permite realizar mediciones de hasta una centésima de milímetro (.01 mm), o 1/128 de pulgada. Como se puede ver en la figura anterior, el vernier común está compuesto de una serie de componentes, de los cuales, los mas destacados, y con los que se realizan las mediciones son los brazos de medición de interiores y exteriores, la escala principal y por supuestos el nonio.
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Después, revisando de manera mas minuciosa, podemos darnos cuenta de que los instrumentos de uso profesional, cuentan con una serie adicional de componentes que le permiten al operador realizar una medición lo mas acertada posible, accesorios que permiten evitar errores tales como los errores de paralaje, o los errores de medición a causa de la dureza de las superficies. Uno de los ejemplos de los accesorios, es el tornillo de sujeción, que puede ser sustituido por un seguro de fijación en el botón del pulgar, siendo este otro de los accesorios para mejorar la calidad de la medición; otro de los accesorios con los que algunos tipos austeros de los vernier no cuentan, puede ser la bayoneta, para medición de profundidades, o un brazo de medición de exteriores plegable para medición de peldaños. MARCO HISTÓRICO La escala vernier la inventó Petrus Nonius (1492-1577), matemático portugués por lo que se denomino nonio. El diseño actual de la escala deslizante debe su nombre al francés Pierre Vernier (1580-1637), quien la perfecciono. Este instrumento fue elaborado para satisfacer la necesidad de un instrumento de lectura directa que pudiera brindar una medida fácilmente, en una sola operación. El calibrador típico puede tomar tres tipos de mediciones: exteriores, interiores y profundidades. Consta de una regla provista de un nonius. El nonius es un aparato destinado a la medida precisa de longitudes o de ángulos. Es empleado para la medida de longitudes consta de una regla dividida en partes iguales, sobre la que desliza una reglilla graduada (nonius) de tal forma que n-1 divisiones de la regla se dividen en n partes iguales del nonius. Fue inventado para interpretar con mayor aproximación las fracciones decimales (de longitudes o ángulos) gracias a subdivisiones lineales o fracciones de arco. El calibrador vernier fue elaborado para satisfacer las necesidades de un instrumento de lectura directa que pudiera brindar una medida fácilmente, en una sola operación.
CLASIFICACIÓN Y TIPOS DE CALIBRADORES Vernier o Pie de rey digital • Cuando se trata de medir diámetros de agujeros grandes que no alcanza la capacidad del pie de rey normal, se utiliza un pie de rey diferente llamado de tornero, que solo tiene las mordazas de exteriores con un mecanizado especial que permite medir también los agujeros. • Cuando se trata de medir profundidades superiores a la capacidad del pie de rey normal existen unas varillas graduadas de diferente longitud que permite medir la profundidad que sea. • Existen en la actualidad calibres con lectura directa digital
Vernier tipo M Tiene un cursor abierto y puntas para medición de interiores; los que cuentan con un rango de 300 mm o menos, cuentan con una barra de profundidades. Los de rango de medición mayor (600 a 1000 mm) carecen de tal bayoneta para profundidades. El vernier está graduado con 20 divisiones en 39 mm para el tipo de legibilidad de 0.05 mm; o en 50 divisiones en 49 mm para el tipo con legibilidad de 0.02 mm.
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Algunos están diseñados para medir peldaños, ya que tienen un borde del cursor al ras con la cabeza del brazo principal, cuando los palpadores están cerrados por completo.
Vernier tipo M con ajuste fino Incorpora el mecanismo de ajuste fino del tipo CM; es útil para medir pequeñas mediciones de interiores; existen calibradores de este tipo, con rangos de 130, 180 y 280 mm, todos con legibilidad de 0.02 mm. En la figura se muestra un calibrador con botón para el pulgar, el cual tiene la superficie de referencia de la escala principal al lado de las puntas de medición de exteriores y una cuña flexible con un tornillo de fijación al lado de las puntas de medición de exteriores y una cuña flexible, con un tornillo de fijación al lado de las puntas de medición de interiores. El muelle en el botón para el pulgar sobre el cursor, es para fijar el mismo cursor. Manteniendo oprimido el botón moleteado para el pulgar, el cursor se libera y puede moverse suavemente, lo que bloquea el movimiento del cursor y elimina la necesidad de apretar y aflojar el tornillo de fijación, mejorando así la eficiencia de la medición.
Vernier tipo CM Tiene un cursor abierto y está diseñado en forma tal que las puntas de medición de exteriores pueden usarse en la medición de interiores. Por lo general cuentan con un dispositivo de ajuste para el movimiento fino del cursor.
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Vernier con palpadores de carburo de tungsteno Los palpadores de los vernier están sujetos a desgaste, por lo que con el objeto de aumentar la resistencia a la abrasión, algunos calibradores tienen palpadores de carburo de tungsteno en los palpadores para interiores y exteriores. Estos calibradores son adecuados para medir piezas con superficies ásperas, fundiciones y piedras de esmeril.
Vernier con puntas desiguales permite ajustar verticalmente, aflojando un tornillo de fijación, la punta de medición sobre la cabeza del brazo principal, lo que hace posible realizar mediciones en piezas escalonadas que no puedan medirse con calibradores convencionales.
Vernier con palpador móvil abatible Tiene el palpador móvil dispuesto de tal forma que puede girar 180 grados con referencia en el nonio, alrededor de un eje paralelo a la línea de medición; por tanto,
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puede medir piezas escalonadas y ejes con secciones descentradas que no pueden medirse con calibradores convencionales.
Vernier con puntas largas Diseño modificado de los calibradores tipo C y tipo CM; tiene un brazo de escala principal y palpadores más largos que los vernier convencionales; y puede medir diámetros interiores de agujeros profundos y diámetros exteriores que no pueden medirse con los calibradores convencionales. Las longitudes normales de los palpadores de calibradores convencionales, miden 75 mm, para una capacidad de 300 mm; y de 100 mm, para una capacidad de 500 mm.
Vernier de carátula análoga con fuerza constante En la actualidad se utilizan, en gran escala, materiales plásticos para partes maquinadas, las cuales requieren una medición dimensional exacta. Debido a que estos materiales son suaves, pueden deformarse son la fuerza de los calibradores y micrómetros ordinarios, lo que provoca mediciones inexactas. Los calibradores de carátula con fuerza constante, han sido creados precisamente para medir tales materiales fácilmente deformables. Como muestra la figura, el calibrador e carátula con fuerza constante, está diseñado de modo que el palpador fijo no es parte del brazo principal, sino que esta sujeto al brazo mediante resortes paralelos que aplican una fuerza de medición constante a la pieza que se está midiendo.
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El palpador fijo está sujeto mediante un extremo de los resortes paralelos, el otro extremo de los resortes está fijo al brazo principal. Cuando la pieza toca la punta de medición esta se desplaza un poco. El movimiento de la punta de medición lo transmite un perno conector que está sujeto a la punta y al sector de engrane que gira al piñón. Cuando la aguja indicadora (sujeta al piñón) señala las líneas indicadoras sobre la carátula, una fuerza de medición constante predeterminada es aplicada a la pieza para medirla con exactitud.
Vernier con punta desigual para medir la distancia entre centros de agujeros Tiene puntas de medición cónicas con un ángulo de 40º para medir las distancias entre centros de agujeros cuyos diámetros sean iguales o diferentes, entre agujeros sobre superficies diferentes (sobre una pieza escalonada) y la distancia desde una superficie al centro de un agujero. Las capacidades son de 10 – 150 mm, 10 – 200 mm y 10 – 300 mm.
Vernier con puntas paralelas para mediciones de profundidad de 32 mm Legibilidad: 0.05 mm, Capacidad: 0-150 mm.
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Vernier con puntas cónicas Disponible con barra de profundidad, Capacidad: 0-150 mm.
Θ= 40 º Vernier con puntas de cuchilla para mediciones en ranuras estrechas Cuenta con barra de profundidad y un recubrimiento de carburo de tungsteno en las caras de medición exteriores. Legibilidad: 0.05 mm; Capacidad: 150 mm, 200 mm, 300 mm.
Vernier para tubos Disponible con punta fija tipo cilindro para medición de tubería con diámetro interior mayor de 3 mm. Legibilidad: 0.05 mm; Capacidad: 0-250 mm.
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Vernier con puntas en gancho Para medir el ancho de ranuras en perforaciones de mas de 3 mm. Legibilidad: 0.05 mm; Capacidad: interiores (10-200 mm) y exteriores (0-200 mm).
Vernier para ranuras Útil en la medición del ancho de la ranura dentro de perforaciones de mas de 30 mm de diámetro. Legibilidad: 0.05 mm; Capacidad: exteriores (0-200 mm) e interiores (2-200 mm).
MARCO TEÓRICO
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El sistema consiste en una regla sobre la que se han grabado una serie de divisiones según el sistema de unidades empleado, y una corredera o carro móvil con un fiel o punto de medida, que se mueve a lo largo de la regla.
Dada una escala de medida, podemos apreciar hasta su unidad de división más pequeña, siendo esta la apreciación con la que se puede dar la medición, es fácil percatarse que entre una división y la siguiente hay más medidas, que unas veces esta más próxima a la primera de ellas y otras a la siguiente.
Para poder apreciar distintos valores entre dos divisiones consecutivas, se desarrolló una segunda escala que se denomina nonio o vernier, grabada sobre la corredera y cuyo punto cero es el fiel de referencia, hay que tener en cuenta que el nonio o vernier es esta segunda escala, no el instrumento de medida o el tipo de medida a realizar, tanto si es una medición lineal, angular, o de otra naturaleza, y sea cual fuere la unidad de medida. Esto es, si empleamos una regla para hacer una medida, solo podemos apreciar hasta la división más pequeña de esta regla; si además disponemos de una segunda escala, llamada nonio o vernier, podemos distinguir valores más pequeños. El nonio o escala vernier toma un fragmento de la regla, en el sistema decimal un múltiplo de diez menos uno, 9, 19... y lo divide en un número más de divisiones 10, 20,..., en la figura tomamos 9 divisiones de la regla y la dividimos en diez partes iguales, es el caso más sencillo, de tal modo que cada una de estas divisiones sea de 0,9 unidades de la regla. Esto hace que si la división cero del nonio coincide con la división cero de la regla, la distancia entre la primera división de la regla y la primera del nonio sea de 0,1; que entre la segunda división de la regla y la segunda del nonio haya una diferencia de 0,2; y así, sucesivamente, de forma que entre la décima división de la regla y la décima del nonio haya 1,0, es decir: la décima división del nonio coincide con la novena de la regla, según se ha dicho en la forma de construcción del nonio. Esto hace que en todos los casos en los que el punto 0 del nonio coincide con una división de la regla el punto diez del nonio también lo hace.
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Cuando la división uno del nonio coincide con una división de la regla, el fiel está separado 0,1 adelante. De modo general, el fiel indica el número entero de divisiones de la regla, y el nonio indica su posición entre dos divisiones sucesivas de la regla. Apreciación del nonio. Una escala nonio tiene cuatro características que la definen: n: el numero de divisiones del nonio A: la apreciación, medida más pequeña que puede representar. k: constante de extensión, que determina la longitud del nonio para una misma apreciación L: su longitud en las mismas unidades de la regla de estas variables solo n y k son independientes y A y L dependen de las primeras del siguiente modo la apreciación es: y la longitud del nonio es: donde k es un numero entero mayor o igual que 1, normalmente 1 o 2 cuando se quiere facilitar la lectura.
En el caso visto hasta ahora, con n = 10, tenemos que:
en el caso visto k = 1, por tanto:
En el caso de que k = 2, tendríamos: un nonio de 19 mm de longitud y 10 divisiones tendría la misma apreciación, en el doble de longitud, lo que facilita su lectura, al estar sus divisiones mas separadas. Nonio de 20 divisiones
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Podemos ver otro ejemplo, que junto con el anterior, son los más utilizados en el sistema decimal. Con un nonio de 19 de longitud y 20 divisiones, con lo que tendríamos una apreciación:
que en este caso, seria:
el caso más normal es con k = 1, por tanto: Las longitudes del ninio de 10 divisiones y K = 2 y 20 divisiones y k= 1 es la misma 19 mm, como puede verse, pero en este segundo caso las 20 divisiones dan una apreciación de 0,05 que en el caso anterior es de 0,1, por la diferencia en el numero de divisiones. Para un calibre Pie de Rey es la mayor apreciación dado que divisiones más pequeñas no serian apreciables a simple vista, y seria necesaria un equipo óptico auxiliar.
Nonio de 50 divisiones
Un nonio de 50 divisiones es el de la fotografía. La apreciación de este calibre como en los casos anteriores, corresponde a la expresión:
que sustituyendo los valores, tenemos:
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operando, da como resultado: Esta apreciación esta grabada en la parte superior del calibre como se puede ver. su longitud con k = 1, es: La apreciación del instrumento, una división del nonio, equivale a 0,02, cada cinco divisiones son 0,02 * 5 = 0,1. En el nonio o escala vernier, se puede ver que cada cinco divisiones están marcadas con un numero del 0, para indicar el fiel y comienzo de la escala, y correlativamente del 1 al 10 indicando las décimas de milímetro. La segunda fotografía representa en detalle el nonio de la misma imagen, indicando la lectura: 3,58, con dos trazos rojos, uno indica el 3, el valor de la regla anterior al fiel, y la otra la cuarta marca después del 5 en el nonio. Aun tratándose de una fotografía perfectamente ampliada el señalar una lectura con más precisión de 3,6 es dificultosa. Es fácil percatarse de las dificultades de este calibre para diferenciar medidas de esta precisión, y aunque si se fabrican y comercializan calibres de esta apreciación, en la practica resulta poco útil internar realizar mediciones de más apreciación de 0,05 mm en un calibre a simple vista. Uso del nonio
El uso del nonio en los instrumentos de medida esta muy generalizada, y se emplea en todo tipo de medidas, es el calibre, sin lugar a dudas, donde su utilización es más general y popular. Este instrumento de medida, de gran precisión, para su coste, versátil y practico ha alcanzado una amplia difusión en los más distintos ámbitos. Nonio en la escala sexagesimal Hasta ahora hemos visto nonios o escala vernier, en el sistema decimal, cuando una unidad inferior es la decimal parte, esto es un dígito a la derecha del anterior. En sistemas no decimales, como por ejemplo el sexagesimal, también se emplea este sistema de medición y la escala del nonio se puede representar en la unidad inferior. En el sistema sexagesimal, el de medida de ángulos por ejemplo, en grados, minutos y segundos, donde un grado son sesenta minutos y un minuto sesenta segundos, podemos emplear un nonio del siguiente modo. Partiendo de una regla graduada en grados sexagesimal podemos ver que la apreciación del nonio es:
donde n es el numero de divisiones, y la aprecia vendrá dada en grados sexagesimal, por tanto podemos decir:
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donde la apreciación vendrá dada en minutos sexagesimal. Buscando el número n de divisiones entre los divisores de sesenta, tendremos una escala en minutos, por ejemplo para n= 6, la apreciación será de 10 minutos:
La longitud del nonio en unidades de la regla de medida será: que para un valor k= 1, nos dará una longitud del nonio de: esto es: la longitud del nonio o vernier es de 5 grados. Si hacemos k= 2, tendremos una longitud mayor, con lo que conseguimos unas divisiones mas separadas, dando más claridad a la lectura y permitiendo grabar los valores de las divisiones en algunos casos:
Lo que resulta: Esto es valido para distintos valores de n, procurando en toda caso, que el valor de la apreciación, resulte practica dando números redondos en la unidad que nos interesa, veamos otro ejemplo. Si tomamos un valor de n= 12 y k= 1, nos dará:
Con lo que tenemos una apreciación de 5 minutos de grado, en una escala clara y perfectamente coherente con el sistema de medida empleado. Errores de medición con calibradores 1.- Error inherente a la construcción del calibrador. 2.- Error de paralaje. 3.- Condiciones ambientales y fuerza de medición Mantenimiento Aunque los calibradores con frecuencia se utilizan en condiciones ambientales hostiles, su mantenimiento tiende a descuidarse, debido a su simple constitución y bajas exigencias de cuidado. De cualquier forma, con el objeto de obtener la mejor
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lectura posible por parte de estos instrumentos; y asegurar su uso económico, es esencial realizar un efectivo control del mantenimiento. Como con otro tipo de instrumentos, los calibradores deberán tener reglas estandarizadas, que regulen la compra, capacitación del operador, manejo, almacenaje, mantenimiento e inspección periódica. Generalmente, para garantizar una protección contra la corrosión, conviene bañar al instrumento en sus partes metálicas con una delgada capa de aceite en aerosol (W40 suele ser la mas común), seguida de una limpieza periférica. Precauciones durante su uso. 1. antes de tomar alguna medición, elimine rebaba, polvo y rayones superficiales en la pieza. 2. cuando mida, mueva lentamente el cursor mientras presiona con suavidad el botón para el pulgar contra el brazo principal. 3. mida la pieza utilizando la parte de las puntas mas cercana al brazo principal. 4. no use una fuerza excesiva de medición cuando mida con los calibradores que emplean las mismas puntas de medición para interiores y exteriores como el tipo CM. 5. nunca trate de medir piezas en movimiento 6. después de utilizar un calibrador, límpielo y guárdelo con las puntas de medición ligeramente separadas. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Para esta práctica, se realizará la medición de varios puntos susceptibles a medir, para recolectar una serie de mediciones, con varios tipos de instrumentos con varias legibilidades, para comprobar los resultados entre cada una de las mediciones entregadas por cada instrumento.
Fuentes consultadas 1.- www.wikipedia.com 2.- metrología; Carlos Gonzáles Gonzáles, Ed. Mc Graw Hill Interamericana.
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