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CALIBRACIÓN DE PIE DE RELOJ COMPARADOR

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Bibliografía         

CENAM, Incertidumbre en la calibración de indicadores de cuadrante.

Natalia Urrego Ospina, Metrología-Manejo del comparador de carátula. http://es.wikipedia.org/wiki/Reloj_comparador http://www.slideshare.net/nurrego/metrologia-manejo-del-comparadorde-caratula http://www.matematicasypoesia.com.es/metodos/meuweb112.htm http://www.matematicasypoesia.com.es/metodos/mecweb04.htm http://www.matematicasypoesia.com.es/metodos.htm http://www.monografias.com/trabajos68/tornos/tornos4.shtml http://www.buenastareas.com/ensayos/Indicador-De-CaratulaComparador-De-Caratula/6273059.html René Chanchay

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Contenido            

Objetivo Alcance Introducción Condiciones ambientales para la calibración y acondicionamiento Actividades previas Prerrequisitos Patrones y equipos Procedimiento Cálculos Incertidumbre Consideraciones en el uso del Reloj Comparador Errores máximos permitidos, DIN 878 René Chanchay

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Reloj Comparador 1. Objetivo: Proveer las actividades para la calibración de un reloj comparador.

2. Alcance: El presente procedimiento de calibración es de aplicación a los comparadores con división de escala mayor o igual a 0.001 mm independientemente del campo de medida de éstos.

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Reloj Comparador 3. Introducción El reloj comparador es un instrumento de medición en el cual un pequeño movimiento del usillo se amplifica mediante un tren de engranajes que mueve en forma angular una aguja indicadora sobre la caratula del dispositivo. La aguja indicadora puede dar tantas vueltas como lo permita el mecanismo de medición del aparato.

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Reloj Comparador 3. Introducción Su construcción es similar al de un reloj.

Consta de una barra central en la que está ubicado el palpador en un extremo y en el otro posee una cremallera que está conectada a un tren de engranajes que amplifica el movimiento, finalmente este movimiento se transmitió a una aguja que se desplaza en un dial graduado.

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Reloj Comparador 3. Introducción

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Reloj Comparador 3. Introducción

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Reloj Comparador 3. Introducción Al ser un instrumento de comparación, es necesario que durante su uso esté sólidamente sujeto a una base de referencia. Para tal efecto se usan soportes especiales como el que se puede observar en la figura.

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Reloj Comparador 3. Introducción La ventaja de este instrumento es que sirve para un gran número de mediciones como por ejemplo:  planitud,  Excentricidad,  cilindricidad,  esfericidad,  concentricidad,  desviación,  desplazamiento, etcétera.

Para fijar un comparador de carátula se emplea generalmente un brazo articulado con base magnética.

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Reloj Comparador 3. Introducción

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Reloj Comparador 3. Introducción Excentricidad de engranaje del árbol de levas

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Reloj Comparador 3. Introducción

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Reloj Comparador 3. Introducción

Analógicos 0,01 mm 0,001 mm

Digitales 0,01 mm 0,001 mm

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Reloj Comparador 3. Introducción Lecturas en el Reloj Comparador 0,00 mm + 0,41 mm

5,00 mm + 0,54 mm

0,41 mm

5,54 mm

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Reloj Comparador 3. Introducción Lecturas en el Reloj Comparador

http://www.youtube.com/watch?v=JpHm6uNfR14 (Ver)

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Reloj Comparador 4. Condiciones ambientales para la calibración y acondicionamiento Las condiciones ambientales del laboratorio corresponden a un laboratorio tipo II con 20 °C ± 1 °C. Tanto el instrumento como los patrones deben permanecer en el laboratorio hasta que ambos estén en equilibrio térmico. Para ello, el instrumento a calibrar será llevado al laboratorio 6 horas antes de su calibración. Una práctica muy usual para conseguir el equilibrio térmico es ingresar el instrumento al laboratorio el día anterior a la calibración.

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Reloj Comparador 5. Actividades previas 5.1 Preparación del bloque patrón  Normalmente el bloque patrón, por motivos de su conservación, siempre está recubierta de una fina capa de aceite.  Para la utilización en la calibración, el bloque debe estar libre de toda substancia extraña y limpia, para ello se somete a un lavado con alcohol utilizando guantes de nitrilo (o similares) y una brocha suave. El secado es a la temperatura ambiente del laboratorio.  El Lavado debe realizarse antes de ingresar al período de estabilización térmica.

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Reloj Comparador 5. Actividades previas 5.2 Inspección visual del instrumento  Revise las condiciones generales del instrumento, entre ellas, oxidación, golpes, limpieza, funcionamiento, etc.  Si el instrumento está sucio, limpie el reloj comparador con un trapo suave, que no suelte pelusa, humedecido en alcohol especialmente las superficies de medición (Antes de ingresar al período de estabilización térmica).  Verifique que las graduaciones de la escala estén libres de defectos que dificulten su lectura.  Verifique la correcta operación de las agujas indicadoras (principal y cuenta vueltas).

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Reloj Comparador 5. Actividades previas 5.3 Preparación para el uso Montaje Un comparador es un útil de muy diversos usos que requiere su colocación en un soporte adecuado a la aplicación que se le pretende dar.

Comprobación Subir cuerpo al tope máximo y soltarlo.

Observar si el deslizamiento del cuerpo es lo más uniforme posible.

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Reloj Comparador 5. Actividades previas 5.3 Preparación para el uso Puesta a cero Una vez colocado en el soporte, existe diversos procedimientos para encerar el instrumento, dependiendo de la clase y usos del comparador.

Los digitales tienen un botón para ello mientras que algunos mecánicos suelen tener un tornillo, otros una carátula giratoria o algún mecanismo similar.

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Reloj Comparador 6. Prerrequisitos  Bloques patrón con certificado de calibración vigente  Personal calificado para realizar la calibración  La limpieza y manipulación de los bloques patrón debe ser de acuerdo a los instructivos respectivos.

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Reloj Comparador 7. Patrones y equipos  Bloques patrón longitudinales grado 0 para los comparadores milesimales y bloques patrón longitudinales grado 1 o superior para los comparadores con división de escala superior a la micra.  Mesón de calibraciones

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Reloj Comparador 8. Procedimiento  Seleccione los bloques patrón de los valores a calibrar.  Colóquelos en el mesón de calibración juntándolos de mayor a menor de manera que forme una escalera.  Con el Reloj Comparador, mida la longitud de cada bloque patrón, siguiendo la serie ascendente, descendente, ascendente.

http://www.youtube.com/watch?v=BWLX7NHnVdE (Ver)

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Reloj Comparador 8. Procedimiento Puntos de calibración Los puntos de calibración serán:  Cero  La primera vuelta en el caso de los analógicos o 1 mm en el caso de digitales.  Los siguientes puntos serán, cuatro o cinco puntos equidistantes en todo el rango.

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Reloj Comparador 9. CĂĄlculos En cada punto de calibraciĂłn se determina la lectura promedio del instrumento:

1 đ??żđ??ź = 3

3

đ??żđ??źđ?‘— đ?‘—=1

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Reloj Comparador 9. CĂĄlculos En cada punto de calibraciĂłn se determina el error como: đ??¸ = đ??żđ??ź − đ??żđ?‘ƒ 1 + đ?›źđ?‘? đ?‘‡ − 20 Donde: đ??¸ Es el error determinado en el punto de calibraciĂłn đ??żđ??ź Lectura del instrumento đ?‘‡ Temperatura del laboratorio đ??żđ?‘ƒ Valor de la longitud del bloque patrĂłn đ?›źđ?‘?

Coeficiente de dilataciĂłn lineal del bloque patrĂłn Nota: Dado que el procedimiento establece un perĂ­odo de estabilizaciĂłn tĂŠrmica, se asume que la temperatura del laboratorio es la misma para el instrumento y el bloque patrĂłn.

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre

đ?‘˘ đ??¸ =

đ?‘˘ đ??¸ =

đ?œ•đ??¸ đ?œ•đ??żđ??ź

2

đ?œ•đ??¸ 2 đ?‘˘ đ??żđ??ź + đ?œ•đ??żđ?‘ƒ

2

2

2

đ?‘˘2 đ??żđ?‘ƒ

đ?œ•đ??¸ + đ?œ•đ?›źđ?‘ƒ

2

đ?‘˘2 đ?›źđ?‘ƒ

đ?œ•đ??¸ + đ?œ•đ?‘‡

2

�2 �

2

đ??śđ??żđ??ź đ?‘˘2 đ??żđ??ź + đ??śđ??żđ?‘ƒ đ?‘˘2 đ??żđ?‘ƒ + đ??śđ?›źđ?‘ƒ đ?‘˘2 đ?›źđ?‘ƒ + đ??śđ?‘‡ 2 đ?‘˘2 đ?‘‡

đ?‘ˆ đ??¸ = 2đ?‘˘ đ??¸ RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre FUENTE DE INCERTIDUMBRE

COEFICIENTE DE SENSIBILIDAD, đ?‘Şđ?’Š

Lectura del instrumento, đ??żđ??ź

1

Longitud del bloque patrĂłn, đ??żđ?‘ƒ

1 + đ?›źđ?‘ƒ đ?‘‡ − 20

Coeficiente de dilataciĂłn lineal del patrĂłn, đ?›źđ?‘ƒ

đ??żđ?‘ đ?‘‡ − 20

Temperatura del laboratorio, �

đ??żđ?‘ đ?›źđ??ź − đ?›źđ?‘ƒ

đ??żđ?‘

Longitud nominal del bloque patrĂłn RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.1 Incertidumbre de la lectura del instrumento Fuente

Incertidumbre

ResoluciĂłn

đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘

Repetibilidad

đ?‘˘đ?‘…đ?‘’đ?‘?. đ?‘˘đ?‘ƒđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘™.

Paralaje HistĂŠresis

đ?‘˘đ??ťđ?‘–đ?‘ .

AlineaciĂłn

đ?‘˘đ??´đ?‘™đ?‘–.

đ?‘˘ đ??żđ??ź =

đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘

2

+ đ?‘˘đ?‘…đ?‘’đ?‘?.

2

+ đ?‘˘đ?‘ƒđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘™.

2

+ đ?‘˘đ??ťđ?‘–đ?‘ .

RenĂŠ Chanchay

2

+ đ?‘˘đ??´đ?‘™đ?‘–.

2

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.1.1 Incertidumbre por resoluciĂłn

đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ =

đ?‘…đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘™đ?‘˘đ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘›

2 3 10.1.2 Incertidumbre por repetibilidad đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘?. =

1 đ?‘› đ?‘›âˆ’1

đ?‘›

đ?‘Ľđ?‘– − đ?‘Ľ

2

≈ 0,351 đ?œ‡đ?‘š

đ?‘–=1

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.1.3 Incertidumbre por paralaje Este componente de incertidumbre solo está presente en los instrumentos analógicos y se debe a que el punto de observación y la aguja indicadora no están en la misma perpendicular al plano de la carátula. Para instrumentos digitales, esta fuente de incertidumbre se elimina.

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.1.3 Incertidumbre por paralaje đ??ˇđ?‘‚ ∙ â„Ž ∙ đ??ˇđ?‘€đ??¸ đ?‘˘đ?‘ƒđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘™. = đ??ˇđ??š ∙ đ?‘‘ ∙ 3 đ??ˇđ?‘‚ DesviaciĂłn respecto a la posiciĂłn ideal (~32 mm) â„Ž SeparaciĂłn entre la escala y la aguja indicadora (~ 1 mm) đ??ˇđ?‘€đ??¸ Valor de una divisiĂłn mĂ­nima de escala (0,001 mm o 0,01 mm) đ??ˇđ??š Distancia de lectura de la escala (MetrĂłlogo – Instrumento) (~300 mm) đ?‘‘ Distancia fĂ­sica entre dos marcas consecutivas de escala (~2 mm) RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.1.4 Incertidumbre por HistĂŠresis Se debe a la diferencia de energĂ­a acumulada en los mecanismos del indicador cuando asciende y cuando desciende. Se determina durante la calibraciĂłn como la mĂĄxima diferencia de lecturas encontrada (en un mismo punto) entre los recorridos de ascenso y descenso. Si suponemos una distribuciĂłn rectangular la incertidumbre por histĂŠresis queda determinada por: đ??żđ??´đ?‘ đ?‘?. − đ??żđ??ˇđ?‘’đ?‘ đ?‘?. đ?‘˘đ??ťđ?‘–đ?‘ . = 2 3 đ??żđ??´đ?‘ đ?‘?. Lectura ascendente en un punto đ??żđ??ˇđ?‘’đ?‘ đ?‘?. Lectura descendente en el mismo punto RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.1.5 Incertidumbre por alineaciĂłn Esta fuente de incertidumbre esta asociada con la falta de perpendicularidad entre el instrumento y la superficie de referencia (conocido como error de coseno). Si suponemos una distribuciĂłn rectangular: đ?‘™ 1 − đ?‘?đ?‘œđ?‘ ∅ đ?‘˘đ??´đ?‘™đ?‘–. = 3 donde: ∅ ĂĄngulo con respecto a la vertical RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.2 Incertidumbre del bloque patrĂłn đ?‘ˆđ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ą. đ?‘˘đ?‘ƒ = đ?‘˜

Donde: đ?‘ˆđ?‘?đ?‘’đ?‘&#x;đ?‘Ą. Longitud nominal del bloque đ?‘˜ Coeficiente de dilataciĂłn lineal del instrumento Si para los cĂĄlculos de errores del instrumento se utiliza la longitud nominal del bloque patrĂłn, entonces su incertidumbre se la obtendrĂĄ como sigue: đ?‘’đ?‘šđ?‘? đ?‘˘đ?‘ƒ = 3 Donde: đ?‘’đ?‘šđ?‘?

Error mĂĄximo permitido del bloque patrĂłn RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.3 Incertidumbre del coeficiente de dilataciĂłn lineal del bloque patrĂłn Se supone un Âą10 % de variaciĂłn de ese coeficiente, con una distribuciĂłn de probabilidad rectangular resultando.

0,1 ∙ đ?›źđ?‘? đ?‘˘ đ?›źđ?‘? = 3 Normalmente, los bloques patrĂłn son de acero el cual tiene un coeficiente de dilataciĂłn lineal de 0,0000115/oC. Para este caso la incertidumbre del coeficiente de dilataciĂłn lineal del bloque patrĂłn es: 0,1 ∙ 0,0000115/ đ?‘œđ??ś đ?‘˘ đ?›źđ?‘? = = 0,66 ∙ 10−6 / đ?‘œđ??ś 3 RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 10. Incertidumbre 10.4 Incertidumbre de la temperatura Al rango de variación de la temperatura duarnte la calibración se le aplica una distribución rectangular. � � =

∆đ?‘‡

2 3 Como la calibraciĂłn se realiza en un laboratorio cuya exigencia en variaciĂłn de temperatura es Âą1 oC, entonces esta incertidumbre puede ser considerada como: 1 đ?‘œđ??ś đ?‘˘ đ?‘‡ = = 0, 577 đ?‘œđ??ś 3 RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 11. Ejemplo de cálculo de incertidumbre  Reloj Comparador de división de escala 0,001 mm  Bloque patrón de 15 mm de clase de exactitud 1, emp=±0,0003 mm, de acero con coeficiente de dilatación 0,0000115/oC  Temperatura promedio del laboratorio durante la calibración 20,4 oC

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Reloj Comparador 11. Ejemplo de cĂĄlculo de incertidumbre đ?‘Şđ?’Š

đ?‘Şđ?’Š

đ?‘Şđ?’Š

đ?‘Şđ?’Š

đ??śđ??żđ??ź

1

1

1

đ??śđ??żđ?‘ƒ

1 + đ?›źđ?‘ƒ đ?‘‡ − 20

1 + 0,0000115 20,4 − 20

1,0000046

đ??śđ?›źđ?‘ƒ

đ??żđ?‘ đ?‘‡ − 20

15 20,4 − 20

6

đ??śđ?‘‡

đ??żđ?‘ ∙ đ?›źđ?‘ƒ

15 ∙ 0,0000115

0,0001725

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Reloj Comparador 11. Ejemplo de cĂĄlculo de incertidumbre Incertidumbre de la lectura del instrumento đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘

đ?‘…đ?‘’đ?‘ đ?‘œđ?‘™đ?‘˘đ?‘?đ?‘–Ăłđ?‘›

đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ =

2 3

đ?‘˘đ?‘…đ?‘’đ?‘?. =

đ?‘˘đ?‘…đ?‘’đ?‘?.

đ?‘˘đ?‘ƒđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘™.

đ?‘˘đ?‘ƒđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘™. =

đ?‘˘đ??ťđ?‘–đ?‘ .

đ?‘˘đ??ťđ?‘–đ?‘ . =

đ?‘˘đ??´đ?‘™đ?‘–.

đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ =

đ?‘˘đ??´đ?‘™đ?‘–. =

đ??ˇđ?‘‚ ∙ â„Ž ∙ đ??ˇđ?‘€đ??¸

đ??ˇđ??š ∙ đ?‘‘ ∙ 3 đ??żđ??´đ?‘ đ?‘?. − đ??żđ??ˇđ?‘’đ?‘ đ?‘?.

2 3 đ?‘™ 1 − đ?‘?đ?‘œđ?‘ ∅

3

0,001 đ?‘šđ?‘š

0,000288

2 3

1 đ?‘› đ?‘›âˆ’1

đ?‘›

đ?‘Ľđ?‘– − đ?‘Ľ

2

đ?‘–=1

≈ 0,00035 đ?‘šđ?‘š 32 ∙ 1 ∙ 0,001 đ?‘˘đ?‘ƒđ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘™. = = 0,000031 300 ∙ 2 ∙ 3 15,001 − 15,000 đ?‘˘đ??ťđ?‘–đ?‘ . = 2 3 15 1 − cos(0,5) đ?‘˘đ??´đ?‘™đ?‘–. = RenĂŠ Chanchay 3

0,00035

0,000031 0,000288 0,00033 41

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Reloj Comparador 11. Ejemplo de cĂĄlculo de incertidumbre Incertidumbre de la lectura del instrumento đ?‘˘ đ??żđ??ź =

đ?‘˘đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘ .

2

+ đ?‘˘đ?‘…đ?‘’đ?‘?.

2

+ đ?‘˘đ?‘?đ?‘Žđ?‘&#x;đ?‘Žđ?‘™.

đ?‘˘ đ??żđ??ź = 0,000288 2 + 0,00035 đ?‘˘ đ??żđ??ź = 0,00063 đ?‘šđ?‘š

2

2

+ đ?‘˘đ??ťđ?‘–đ?‘ .

2

+ 0,000031

RenĂŠ Chanchay

+ đ?‘˘đ??´đ?‘™đ?‘–.

2

2

+ 0,00028

2

+ 0,00033

2

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Reloj Comparador 11. Ejemplo de cålculo de incertidumbre � �

� � =

đ?‘˘ đ??żđ?‘ƒ

đ?‘˘đ?‘ƒ =

đ?‘˘ đ?›źđ?‘?

đ?‘˘ đ?›źđ??ź =

∆đ?‘‡

2 3 đ?‘’đ?‘šđ?‘?

3 0,1 ∙ đ?›źđ?‘?

3

đ?‘˘ đ?‘‡ = đ?‘˘đ?‘ƒ = đ?‘˘ đ?›źđ??ź =

1 đ?‘œđ??ś

3 0,0003 đ?‘šđ?‘š

3 0,1 ∙ 0,0000115

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3

0,577 0,0001732 0,000000664

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Reloj Comparador 11. Ejemplo de cĂĄlculo de incertidumbre Presupuesto de incertidumbre đ?&#x;?

Fuente

đ?‘Şđ?’Š

đ?’–đ?’Š

đ?‘Şđ?’Š ∙ đ?’–đ?’Š

đ??żđ??ź

1

0,00063

0,00063

3,969E-07

92,7700541

đ??żđ?‘ƒ

1,0000046

0,0001732

0,0001732

2,99985E-08

7,01175095

đ?›źđ?‘?

6

0,000000664

3,984E-06

1,58723E-11

0,00370993

�

0,0000525

0,577

3,0293E-05

9,17636E-10

0,21448501

đ?‘Şđ?’Š ∙ đ?’–đ?’Š

%

đ?&#x;?

4,27832E-07

đ?‘˘ đ??¸

0,000654089

đ?‘Şđ?’Š ∙ đ?’–đ?’Š

đ?‘ˆ đ??¸ 0,0013 mm ≈ 0,0013 mm = 1,3 mm RenĂŠ Chanchay

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Reloj Comparador 12. Consideraciones en el uso del Reloj Comparador  Antes de efectuar las mediciones, limpie el instrumento del polvo y suciedades.  Cerciórese que el instrumento esté libre de golpes o desportillados.  Verifique un libre desplazamiento del usillo.  Verifique el cero mediante el movimiento del usillo, para que la punta de contacto toque varias veces el mismo sitio de la superficie de medición.

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Reloj Comparador 12. Consideraciones en el uso del Reloj Comparador  Evite el error de paralaje observando la carátula del reloj en posición frontal.

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Reloj Comparador 12. Consideraciones en el uso del Reloj Comparador  Monte el reloj siempre en posición perpendicular a la base de referencia para evitar errores en la lectura.

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Reloj Comparador 12. Consideraciones en el uso del Reloj Comparador  Para fijar el reloj por el vástago, introdúzcalo por el agujero lo máximo posible.

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Reloj Comparador 12. Consideraciones en el uso del Reloj Comparador  Use una base rígida para montar el reloj, y procure siempre dejarlo lo mas cercano posible a la base.

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Reloj Comparador 12. Consideraciones en el uso del Reloj Comparador  Después del uso, limpie la suciedad y marcas dejadas por los dedos en el uso. Use un paño limpio y seco.

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Reloj Comparador 12. Consideraciones en el uso del Reloj Comparador  No utilice el Reloj Comparador como martillo.  Tenga cuidado, no coloque ningún peso encima del Reloj Comparador.  Guarde siempre en ambiente seco y limpio, preferentemente en el estuche proporcionado por el fabricante

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Reloj Comparador 13. Errores máximos permitidos, DIN 878  Error de histéresis, fu Error de histéresis fu es la distancia de los valores con émbolo entrante y émbolo saliente, en el mismo punto de medición.  Error total de la indicación, fges Error de la indicación fges es la distancia entre las ordenadas del punto mas alto y del punto mas bajo en el diagrama de la desviación con émbolo entrante y saliente.

La desviación total fges incluye la histéresis fu.

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Reloj Comparador 13. Errores máximos permitidos, DIN 878  Repetibilidad, fw La repetibilidad es una característica para las variaciones del valor medido n veces en el mismo punto, dentro del rango de medición y con la misma dirección de movimiento del émbolo. fw es la diferencia entre el valor máximo y valor mínimo de las lecturas del instrumento en el mismo punto.

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Reloj Comparador 13. Errores máximos permitidos, DIN 878

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Reloj Comparador 13. Errores máximos permitidos, DIN 878 Rengo de medición

mm

Error de indicación fges mm

Error de repetibilidad fw mm

Error de histéresis fu mm

0,4

9

3

3

0,8

9

3

3

3

12

3

3

5

14

3

3

10

17

3

3

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