INSTRUMENTOS DE MEDIDA

REGLA GRADUADA.

Se utiliza la regla graduada para determinar la medida de un segmento. Para hallar el valor del segmento AB, por ejemplo, se apoya sobre él una regla graduada de modo que el extremo A coincida con la graduación 0 (cero). La graduación en B sobre la regla indica, la medida del segmento AB.

Ejemplo:

El valor del segmento AB = 5,3cm = 53mm = 5cm 3 mm o bien la medida del segmento AB con respecto al centímetro es 5,3.

El micrómetro

El micrómetro, también conocido como tornillo micrométrico, es un instrumento de medición utilizado para tomar medidas de precisión en milímetros o fracciones de milímetro. Consiste en un tornillo de rosca fina que se mueve a través de una tuerca que tiene grabado un tambor graduado. El tambor tiene una escala circular que muestra una serie de líneas paralelas, que se utilizan para medir las fracciones de milímetro con gran precisión. El micrómetro se utiliza comúnmente en la industria y en la investigación científica para tomar medidas precisas de piezas pequeñas y objetos delicados.

Íntimamente asociado con el estudio de los decimales se encuentra un instrumento conocido como micrómetro. El micrómetro común es capaz de medir con exactitud hasta una centésima de milímetro. Diez centésimas de milímetro es aproximadamente el espesor de un cabello humano o de una hoja de papel muy fino. Las partes de un micrómetro se ilustran en la figura 1 .

FIGURA 1 . (A) Partes de un micrómetro; (B) escalas del micrómetro.

Para usar un micrómetro, sigue los siguientes pasos:

1. Limpia las superficies de la pieza que vas a medir y del micrómetro con un paño limpio y seco.

2. Abre las mordazas del micrómetro y coloca la pieza que vas a medir entre ellas.

3. Cierra las mordazas hasta que queden ajustadas pero sin apretar demasiado.

4. Lee la escala principal, que se encuentra en el cuerpo del micrómetro, para conocer la medida en milímetros. Ten en cuenta que cada línea gruesa de la escala principal equivale a 1 mm, y que las líneas más pequeñas representan fracciones de milímetros.

5. Lee la escala vernier, que se encuentra en el tambor del micrómetro, para obtener la medida en décimas, centésimas o milésimas de milímetro. La escala vernier tiene una línea que coincide con una de las líneas de la escala principal, y una serie de líneas más pequeñas que te indican la fracción de milímetro adicional. La escala Vernier es una escala auxiliar que se utiliza en algunos instrumentos de medición para permitir una lectura más precisa que la proporcionada por la escala principal. Consiste en una escala auxiliar que se mueve en relación con la escala principal y que tiene una división menos que la escala principal. Al alinear las dos escalas y observar la posición de la división Vernier con respecto a la escala principal, se puede determinar una medida más precisa que la que se obtendría solo con la escala principal.

6. Suma la medida de la escala principal con la medida de la escala vernier para obtener la medida completa en milímetros.

7. Comprueba que el micrómetro está correctamente calibrado, ajustando el cero en caso necesario. Para ello, cierra las mordazas del micrómetro sin colocar ninguna pieza entre ellas, y asegúrate de que la aguja de la escala vernier coincide con el cero de la escala principal. Si no es así, ajusta el micrómetro girando el tornillo de ajuste que se encuentra en la parte superior del cuerpo hasta que las agujas coincidan.

Escalas micrométricas

La espiga y el tambor móvil se mueven en forma solidaria. El extremo de la espiga (que no se ve en la figura 1 ) es un tornillo de un filete por milímetro. En consecuencia, una vuelta completa del tambor móvil desplaza a la espiga un milímetro.

El tambor fijo tiene 10 marcas por centímetro. Así pues, cada espacio entre las marcaciones del tambor fijo vale un milímetro. Entonces, 4 marcas serán igual a 4 mm, 8 marcas igual a 8 mm, 12 marcas igual a 12 mm, etcétera.

Para ser posible la medición de una fracción de vuelta el borde achaflanado del tambor móvil está dividido en 100 partes iguales. Por tanto, cada marca del tambor móvil es 1/100 de una vuelta completa, o 1/100 de mm. Multiplicando 1/100 por mm, determinamos que cada marca en el tambor representa 0,0mm.

Lectura del micrómetro

Cuando se aprende a leer el micrómetro conviene a veces escribir las partes que componen la medición tal como se lee en las escalas y luego sumarlas. Por ejemplo, en la figura 1(B) hay visibles dos divisiones principales (2 mm). Se ven cinco divisiones menores (0,5 mm). La marca en el tambor móvil más cercana a la línea horizontal o índice del tambor fijo es la segunda marca (0,02 mm). Sumando estas partes, tenemos:

Entonces, la lectura es 2,52. Como se explicó antes, esto se lee verbalmente como “dos milímetros quinientos veinte milésimos". Un método más elegante para leer las escalas es leer directamente todos los dígitos como milésimos y hacer la suma mentalmente. Entonces, leemos las divisiones menores de la escala como "quinientos milésimos" y la división menor se suma mentalmente. El proceso mental de lo anterior sería “dos milímetros quinientos milésimos"; "dos milímetros quinientos veinte milésimos".

PRACTICA DE PROBLEMAS:

1. Leer cada una de las posiciones del micrómetro que se ilustran en la figura 2 .

FIGURA 2 . Posiciones del micrómetro.

Respuestas:

A veces la marca sobre el tambor móvil del micrómetro no cae directamente sobre la línea índice del tambor fijo. Para permitir lecturas aún más pequeñas que las milésimas se ha introducido un sistema ingenioso en forma de escala adicional. Esta escala ha sido llamada VERNIER en honor de su inventor, Pierre Vernier. El vernier permite lecturas exactas hasta el milésimo de milímetro.

Fig. 2a - Micrómetro dando una lectura de 4,35 mm

Con el micrómetro ( fig. 2a ) ( calibre de tornillo micrométrico ) la  exactitud de la medición se puede aumentar en un orden de magnitud . La pieza de trabajo a medir se coloca entre las caras de medida, y luego se lleva el cabezal de medición hasta la pieza de trabajo con la transmisión rápida  (trinquete, tornillo). Cuando el accionamiento rápido gira libremente, entonces la presión requerida para la medición se ha alcanzado  y el valor se puede leer. Los milímetros enteros y medios se leen en el tambor fijo, las centésimas de milímetros en el tambor móvil. Si el tambor móvil del micrómetro descubre un medio milímetro, este debe ser añadido a las centésimas.

PRINCIPIOS DEL "VERNIER" O "NONIO"

Si se pretende medir con mayor exactitud, se emplea el "vernier" o "nonio" que consiste en una reglita auxiliar, que se desliza sobre otra mayor, y está dividida de tal manera que 10 de sus partes corresponden a 9 de la regla mayor, llamada principal. El vernier se apoya y puede deslizarse en la regla principal.

El principio del vernier o nonio se basa en la comparación de dos escalas con diferentes divisiones. La escala principal tiene una división uniforme, mientras que la escala vernier tiene una división ligeramente diferente. Al alinear las dos escalas, las divisiones de la escala vernier se superponen con las divisiones de la escala principal. La diferencia entre las dos divisiones se llama "error de lectura". Al leer el nonio o vernier, se puede obtener una medición más precisa que con una escala única.

Por ejemplo, en un calibre vernier, la escala principal muestra las medidas en incrementos de 1 mm, mientras que la escala vernier tiene una longitud de 9 divisiones en el espacio de 10 divisiones de la escala principal. Esto significa que cada división en la escala vernier es de 0,9 mm (9/10 mm) más corta que una división en la escala principal. Al alinear las dos escalas, se puede obtener una medición más precisa de la posición de un objeto. El error de lectura se puede calcular por la cantidad de divisiones de la escala vernier que se alinean con las divisiones de la escala principal.

El calibre (calibre de deslizamiento) es la mejor herramienta de medida conocida para la medición rápida y relativamente precisa. Se pueden hacer medidas interiores, exteriores y de profundidad. La precisión que se puede lograr es proporcional a la graduación de la escala vernier. Las caras de medida que son relevantes para la toma de una lectura pueden ser vistas en las figuras siguientes .

Fig. 3

Cada división del vernier tiene una longitud igual a 9/10 de la correspondiente en la regla principal. En la figura anterior, por ejemplo, si cada división de la regla principal es un centímetro, una división del vernier será 9/10 de un centímetro o sea 9 mm; las 10 divisiones del vernier tendrán por lo tanto 9 cm de longitud.

Para medir un objeto, por ejemplo un tornillo, se coloca éste a lo largo de la regla principal partiendo del cero de la graduación (fig. 4).

Fig. 4

Contiguo al objeto se ubica el vernier y la división de éste que coincida con una cualquiera de la regla principal, indicará el número de décimas partes que se debe agregar al número de unidades directamente leídas en la regla. Si la regla principal está dividida en cm, el tomillo de la figura 2, tendrá por dimensión cm. más 6 décimos de cm. o sea 1,6 cm = 16 mm.

Claro está que si la regla principal estuviera graduada en milímetros, el vernier podría apreciar los décimos de milímetro.

Cuando las mandíbulas son cerradas, la marca cero del vernier coincide con la marca cero en la escala de la regla.

El nombre "vernier" se le da adicionalmente a un indicador que permite que la precisión de la medición (precisión de lectura) del indicador se incremente de 10 a 50 veces. El vernier lineal es una pequeña regla que se desliza a lo largo de una escala. Esta regla está provista de una pequeña escala que se divide en m divisiones iguales. La longitud total de estas divisiones m es igual a m-en la escala principal. La figura 5 , ampliada, muestra 39 divisiones que se extienden desde 28 mm a 67 mm sobre la escala graduada, mientras que  el vernier tiene 20 divisiones (cada segunda marca en el vernier se ha omitido).

Fig. 5 - Calibre Vernier

Fig. 6 - Una lectura de 28 sobre la escala graduada y de 25 sobre la escala vernier dan 28,25 mm

La pieza de trabajo a ser medida se coloca entre las caras de medición y luego el filo de la mandíbula móvil es empujado con presión moderada contra la pieza de trabajo. Al tomar la lectura, la marca cero del nonio es considerada como el punto decimal que separa los números enteros de los décimos. Los milímetros completos se leen a la izquierda de la marca de cero sobre la escala graduada principal y luego, a la derecha de la marca de cero , la marca de división vernier que coincida con una marca de división en la escala principal que se busca . La marca de vernier división indica las décimas de un milímetro (Fig. 6 )

Supongamos ahora, una regla con divisiones cada décima de cm (mm) pero con la cual se desea leer con precisión hasta la centésima. A la regla se agrega una escala vernier, separada y de deslizamiento libre. Ésta tiene 10 marcas que abarcan la misma distancia que 9 marcas en la escala de la regla. Entonces, cada espacio sobre el vernier es 1/10 de 9/10 de cm ó 9/100 cm. ¿Cuánto más pequeño es un espacio en el vernier que un espacio en la regla? El espacio de la regla es 1/10 cm, o 10/100 mm, y el espacio del vernier es 9/100 cm. El espacio del vernier es más pequeño por la diferencia entre estos dos números, como sigue:

Cada espacio del vernier es 1/100 cm más pequeño que un espacio de la regla.

Como un ejemplo de la escala del vernier supongamos que medimos la barra de acero que exhibe la figura 8 . El extremo de la barra casi alcanza la marca 3 cm en la regla, y estimamos que está alrededor de la mitad entre 2,9 cm y 3,0 cm. Las marcas del vernier nos ayudarán a decidir si la medida exacta es 2,94 cm, 2,95 cm ó 2,96 cm.

FIGURA 7 . Escala Vernier.

El cero sobre la escala del vernier está espaciado exactamente la distancia de una marca de la regla (en este caso un décimo de cm) del extremo izquierdo del vernier. Por tanto, el cero está en una posición entre las marcas de la regla que es comparable a la posición del extremo de la barra. En otras palabras, el cero en el vernier se halla casi a la mitad entre dos marcas adyacentes de la regla, en la misma forma que el extremo de la barra está casi a la mitad entre dos marcas adyacentes. El sobre la escala del vernier se encuentra aún más cerca para alinearse con una marca adyacente de la regla; en efecto, está un centésimo de un centímetro más cercano que el cero. Esto se debe a que cada espacio del vernier es un centésimo de un centímetro más corto que cada espacio de la regla.

FIGURA 8 . Medición con un vernier.

Cada marca sucesiva sobre la escala del vernier es un centésimo de centímetro más cercano que la marca precedente, hasta que por último se logra el alineamiento en la marca 5. Esto significa que el cero sobre el vernier debe estar cinco centésimos de centímetro de la marca más cercana de la regla, ya que antes de lograr el alineamiento con una marca se realizaron cinco incrementos, cada uno de un centésimo de centímetro.

Deducimos que eextremo de la barra está cinco centésimos de centímetro de la marca 2,9 de la regla, puesto que su posición entre las marcas es exactamente comparable a la del cero sobre la escala del vernier. Entonces, el valor de nuestra medida es 2,95 cm.

El ejemplo anterior podría continuarse para cualquier distancia entre marcas. Supongamos que la marca cero cae siete décimos de la distancia entre las marcas de la regla. Tomará siete marcas del vernier, a razón de un centésimo de cm cada vez, para nevar la marca a alinearse con el 7 del vernier.

El principio del vernier puede usarse para obtener precisas lecturas lineales, angulares, etcétera. El principio es siempre el mismo. El vernier tiene una marca más que el número de marcas sobre un espacio equivalente de la escala convencional del instrumento de medición. Por ejemplo, el calibre vernier (figura 9 ) posee 10 divisiones sobre el vernier para 9 sobre la escala del calibre. El calibre está marcado para leer el milímetro y el vernier extiende la exactitud a una décima de milímetro.

Figura 9 . Calibre vernier.

MICRÓMETRO VERNIER

Agregando un vernier al micrómetro es posible leer con precisión la milésima de milímetro. Las marcas del vernier se hallan sobre el tambor fijo del micrómetro y son paralelas a las marcas del tambor móvil. Hay 10 divisiones del vernier que ocupan el mismo espacio que 9 divisiones en el tambor móvil. Puesto que un espacio del tambor móvil es un centésimo de mm, un espacio del vernier es 1/10 de 9/100 mm, ó 9/1000 mm. Es 1/1000 mm más pequeño que un espacio del tambor móvil. Entonces, como en la explicaciónn anterior de los vernieres, es factible leer el milésimo de mm leyendo el dígito del vernier cuya marca coincide con una marca del tambor móvil.

En la figura 10 (A) la última división principal que se observa sobre el índice del tambor fijo es 3. La tercera división menor es la última marca que se ve claramente (0,75). La división del tambor móvil más cercana y por encima del índice es 8 (0,08). La marca del vernier que está alineada a una marca del tambor móvil es la cuarta (0,004). Sumándolas todas, tenemos

La lectura es 3,834 mm. Con práctica, estas lecturas pueden realizarse directamente desde el micrómetro sin escribir las lecturas parciales.

FIGURA 10 . Posiciones en el vernier de un micrómetro.

DOBLE DECÍMETRO

En dibujo técnico se utiliza el doble decímetro. Cuando se desea trazar un segmento de longitud apreciable, conviene tener presente que cuanto mayor sea el número de veces que se haya colocado el doble decímetro, mayor será el error proveniente del espesor de los trazos de lápiz que se han hecho cada vez. Entonces es preferible usar instrumentos de medida más bien largos para que haya que transportarlos el menor número de veces posible.

COMPAS DE ESPESOR

En el taller se usan compases de espesor. El compás de espesor es una herramienta de medición utilizada para determinar el espesor de objetos planos y planitud de superficies. Consiste en dos brazos o patas conectadas en un extremo por un eje ajustable, que permite abrir o cerrar la distancia entre las patas. En un extremo de las patas, hay una punta o un borde de medición que se coloca sobre la superficie del objeto que se va a medir.

Para medir el espesor de un objeto con un compás de espesor, se debe abrir las patas del compás y ajustar la distancia entre las puntas para que se ajusten a los extremos del objeto. Luego, se cierra el compás y se lee la medida en la escala que se encuentra en el eje ajustable. La medición se puede tomar en milímetros, pulgadas o cualquier otra unidad de medida.

El compás de espesor también se puede utilizar para medir la planitud de una superficie. En este caso, se utiliza el compás para tomar varias medidas en diferentes puntos de la superficie y se comparan las mediciones para determinar si la superficie es plana o no.

Así en la figura 6-6, se observa cómo se determina el valor del segmento AB con el  compás de exteriores y del segmento MN con el compás de interiores. La distancia entre las puntas del compás se transporta para ser medida sobre la regla graduada (fig. 6-7) obteniéndose así el valor del segmento AB con el compás de exteriores, y del segmento MN con el compás de interiores. La distancia entre las puntas del compás se transporta para ser medida sobre la regla graduada (fig. 6-7) obteniéndose así el valor del segmento.

Otros instrumentos de precisión se usan en el taller: el palmer, el compas de corredera, etc.

El palmer es un instrumento de medición utilizado para tomar medidas de diámetros internos y externos, profundidades y alturas de objetos. Está compuesto por dos patas o mordazas que se abren y cierran mediante un tornillo micrométrico, y una regla graduada en milímetros o fracciones de pulgadas. El palmer puede ser de diferentes tipos, como el palmer digital, que muestra la medida en una pantalla LCD, o el palmer analógico, que tiene una escala graduada en una esfera. Es muy útil en la industria mecánica y en la metrología para la fabricación de piezas precisas.

El compás de corredera es una herramienta de medición utilizada para medir la distancia entre dos puntos. Consiste en dos partes principales: una corredera y una regla graduada. La corredera se desliza a lo largo de la regla graduada y tiene una punta de medición en un extremo. La punta se puede ajustar para medir con precisión la distancia entre dos puntos. El compás de corredera es muy útil para medir longitudes y distancias en espacios estrechos o de difícil acceso.

En un terreno se utiliza cinta de tela o metal. Presenta el inconveniente de no ser muy exacta porque su cantidad de longitud varía si está expuesta a la humedad o al calor excesivo.

Para distancias pequeñas, NM por ejemplo, conviene el uso de listones graduados.

Fig. 14

Se utilizan las reglas a y b. Se tiende un hilo entre los extremos del segmento y se van aplicando, a partir del punto N, sucesivamente, los dos listones, uno a continuación del otro, hasta llegar al extremo M.

Si no se llegara exactamente y no se pudiera pasar por cualquier impedimento, (caso de la figura 14) habría que poner el listón a sobre el b para poder leer la cantidad de longitud MR. El valor del segmento NM será igual al valor del segmento a más valor del segmento b más valor del segmento RM.

NM = segm. a + segm. b + RM

PRÁCTICA DE PROBLEMAS:

1. Leer las posiciones del micrómetro en la figura 10,

Respuestas:

(A) Ver el ejemplo anterior.
(B) 1,539
(C) 2,507
(D) 2,500
(E) 4,690
(F) 0,552

ESFERÓMETRO

Fig. 15 - Esferómetro

Las mediciones relativas más precisas de superficies paralelas ( espesor de una placa ) y las curvaturas de las superficies esféricas pueden ser hechas con el esferómetro.

El esferómetro es un instrumento de medición utilizado para determinar el radio de curvatura de superficies esféricas o la distancia entre dos superficies planas paralelas. Consiste en un marco con una punta de medición y una aguja micrométrica que mide la altura de la punta en relación con la superficie de referencia.

Para usar un esferómetro, se coloca la punta de medición sobre la superficie esférica y se ajusta la altura de la aguja micrométrica hasta que la punta apenas toque la superficie. La distancia medida por la aguja micrométrica se utiliza para calcular el radio de curvatura de la superficie esférica o la distancia entre dos superficies planas paralelas.

El esferómetro es un instrumento de alta precisión y se utiliza en aplicaciones donde se requiere una medición muy precisa de la curvatura de una superficie, como en la fabricación de lentes y espejos.

El esferómetro se utiliza para la medición del radio de curvatura en las superficies esféricas. Además, el espesor de las placas y las diferencias en el nivel entre las superficies se pueden encontrar de una manera conveniente. El dispositivo tiene un trípode con tres puntos de medición que forman un triángulo equilátero. En el centro de este triángulo está situada la sonda de un indicador de aguja. La distancia entre la punta de la sonda y el plano definido por los tres puntos de medición se puede leer en el indicador de dial. La precisión de la medición es mejor que 10^-2 mm .

Operación

Hay cuatro orificios roscados disponibles en cada pata del trípode para la aceptación de los tres puntos de medición.  Todos los puntos deben tener la misma separación desde la sonda del centro. Con el fin de lograr una alta precisión de la medición, los puntos se atornillan en posiciones tan alejadas hacia afuera como sea posible. Se deben considerar los límites establecidos por el tamaño de la superficie a ser investigada.

El indicador de aguja o comparador encaja en el trípode en dos posiciones definidas con precisión. La posición superior del comparador se utiliza para  la medición de superficies convexas, en este caso se utilizan las cifras negras en la escala del indicador. Si el dispositivo de aguja es empujado hacia abajo en el trípode hasta que encastre, entonces se pueden medir superficies cóncavas usando los números rojos. Es importante comprobar el ajuste del punto cero después de que colocar el indicador de posición según la tarea de medición a desarrollar.

Para ajustar el punto cero el esferómetro se coloca sobre la superficie plana de la placa de vidrio incluida y la escala en el dispositivo indicador se gira con el anillo moleteado de modo que su punto cero se encuentre por debajo del puntero. La presión vertical en el esferómetro deberá evitarse durante la lectura.

Una vez que este paso preliminar ha sido completado, el dispositivo será colocado sobre la superficie a medir y la diferencia en altura h es medida . Una revolución del  puntero grande corresponde a 1 mm ( 1 subdivisión corresponde a 10^-2 mm ) .

El número de revoluciones está dado por el pequeño puntero. El desplazamiento máximo de medición es de 10 mm. El radio de curvatura R de una superficie esférica se obtiene a partir de la diferencia de altura h medida de acuerdo con la ecuación:

donde a es la distancia de los puntos de medición desde el centro del sistema. En las siguiente figura se dan las cuatro posiciones posibles de los puntos de medición desde el interior hacia el exterior, marcados de 1 a 4:

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