1. INTRODUÇÃO

Os micrômetros são instrumentos de medição de comprimentos vastamente utilizados na área metrológica.

Estes instrumentos foram os primeiros a atenderem o princípio de Ernest Abbé, que diz que o mensurando deve estar posicionado no eixo da escala do instrumento de medição.

2. FUNCIONAMENTO INTERNO

O micrômetro mede por meio de duas superfícies de medição, sendo que uma delas se movimenta por meio de um fuso roscado. Esta superfície é a face frontal do fuso, ou parafuso micrométrico.

Um fuso roscado possui, da mesma forma que uma escala, uma divisão contínua e uniforme, representada pelos filetes da rosca. A tomada de medida é efetuada girando o fuso na porca correspondente, obtendo-se entre estes elementos um movimento relativo de um passo para cada volta completa. Frações de passo podem ser obtidas, subdividindo-se uma volta completa em tantas partes quantas se queira.

Os erros do movimento de avanço de um fuso de medição que corresponde aos erros de divisão de uma escala dependem principalmente dos erros do passo da rosca, que geram erros progressivos e periódicos, e das características geométricas e de posicionamento das superfícies de medição e do tambor de leitura.

O ajuste do ponto zero do micrômetro deve ser efetuado para minimizar seus erros.

O valor Eo, correspondente à “linha zero” deve ser indicado para que esta possa ser traçada. A linha zero distribui os erros globais em torno de si.

Fig. 1: Ajuste do ponto zero

A norma ISO 3611 especifica que para um micrômetro de 0 – 25 m, Eo pode apresentar valor igual a ±2 µm.

Pode ocorrer também o erro devido ao “curso morto”, que se origina pela folga entre rosca e porca. Para que não ocorra, o movimento final do fuso deve ser no mesmo sentido.

3. PARTES PRINCIPAIS DE UM MICRÔMETRO

O principal mecanismo de um micrômetro é o fuso roscado. Seu passo é de 0,5 m geralmente, ou seja, o deslocamento longitudinal para uma volta completa é de 0,5 m. Os materiais empregados para sua fabricação são aço liga ou aço inoxidável. Eles são retificados e temperados

O tambor divide uma rotação em 50 partes, ou seja, uma divisão do tambor corresponde a 0,01 m.

O tubo graduado possui as escalas de milímetro e de meio milímetro, e ainda pode ter uma escala auxiliar chamada nônio, que geralmente tem 10 divisões.

A resolução comumente adotada em micrômetros quando o mesmo não possui nônio é igual a 1/5 da divisão de escala, ou seja, 2 µm, caso contrário é dada pelo próprio nônio e vale 1 µm. Nos micrômetros digitais a resolução é equivalente ao incremento digital, que em geral é 1 µm.

A trava impede o deslocamento do fuso, possibilitando a fixação de uma medida qualquer.

A catraca é um limitador de torque que possibilita uma força de medição constante. O isolamento térmico evita erros devido à dilatação térmica do arco.

Os sensores de medição são placas de metal duro que resistem ao desgaste que estão sujeitos por estarem em contato com a peça a ser medida.

No eliminador de folga, graças ao ajuste cônico sobre o guia do fuso, com o aperto da porca consegue-se eliminar o curso morto, permitindo ainda deslizamento suave ao girar o fuso.

Para medidas grandes, a bigorna, e às vezes também o mecanismo micrométrico são construídos de modo ajustável, permitindo faixas de medição maiores do que 25 m, por exemplo, de 300 a 350 m. Nestes casos deve-se ajustar a bigorna e o mecanismo micrométrico de 25 em 25 m, com auxílio de blocos padrão ou hastes padrão calibradas.

O arco é feito de aço forjado ou ferro fundido especial e deve ser livre de tensões e envelhecido artificialmente.

Fig. 2: Partes de um micrômetro

4. TIPOS DE MICRÔMETROS

Quanto à obtenção do resultado de medição, podemos classificar os micrômetros em 2 grupos, os mecânicos e os digitais.

Fig. 3: Micrômetros mecânicosFig. 4: Micrômetros digitais

A leitura nos micrômetros mecânicos, também conhecidos como convencionais, é realizada com auxílio das escalas presentes no mesmo, o que deixa a medição um pouco mais demorada e difícil. O grupo dos digitais apresenta os elementos básicos do micrômetro convencional, porém permitem a realização de medições com menor incerteza de medição devido à facilidade de leitura no instrumento, se ganha tempo, diminui-se os erros de medição associados principalmente a construção da escala e de paralaxe.

Além dos micrômetros convencionais com sensores de medição planos, existem micrômetros especiais com sensores de medição adaptados aos objetivos da medição.

Fig. 6: Comprimento de base tangenteFig. 7: Superfícies curvas

Fig. 5: Micrômetro para medir ranhuras

São utilizados para as mais diversas operações como medição de roscas externas e internas, módulos de engrenagens, rasgos de chavetas, etc.

Para medição do diâmetro de flancos (diâmetro primitivo) de roscas, utilizam-se sensores de medição do tipo cone e prisma, cujas dimensões são adaptadas ao perfil da rosca a controlar. A fim de evitar a necessidade de um micrômetro para cada passo e para cada perfil da rosca, os sensores de medição de roscas são substituíveis.

Outros tipos de micrômetros são os comparadores de roscas. Os sensores são cônicos e fabricados especialmente para utilização em rápidas comparações da qualidade da rosca em operações de usinagem de parafusos, e ainda para a medição de rasgos de chavetas, rebaixos, ranhuras e muitas outras aplicações inacessíveis com micrômetros comuns.

Outro tipo de micrômetro especial é o de profundidade, utilizado para medidas de ressaltos e profundidades, comumente equipado de um conjunto de hastes de vários comprimentos que são parafusadas, intercambiavelmente, no corpo do micrômetro. Quando o local é de difícil acesso geralmente usa-se micrômetros com meia base.

Fig. 8: Micrômetro de profundidade

5. FONTES DE ERROS NAS MEDIÇÕES COM MICRÔMETRO

O estudo das fontes de erros em micrômetros é importante para sua minimização durante o processo de medição.

5.1 Grandezas Físicas que Influenciam Sobre O Sistema de Medição 5.1.1 Temperatura

Deve-se à transferência de calor no momento em que o operador trabalha com o micrômetro segurando-o, incidência direta de luz solar e proximidade de um forno ou ventilador.

Causa erros de leitura, desalinhamento dos sensores pela dilatação do arco.

Reduzido pelo emprego de um plástico isolante no arco do micrômetro, segurando o mesmo por intermédio de um pedaço de couro ou o mais apropriado utilizando um suporte especial que se fabrica para este fim.

5.1.2 Força de medição

Forças excessivas provocam deformações e achatamentos nas peças submetidas à medição.

Causam deflexão do arco resultando na separação das superfícies de medição.

Força de medição deve ser igual àquela usada na ajustagem e que não seja demasiada (valor normalizado de 5 até 10 N), o fuso deve ser apertado lentamente (sem impulso) sempre por intermédio da catraca, deixando-se deslizar durante 3 a 5 voltas.

5.1.3 Outros Influentes

Erros de leitura por paralaxe são evitados lendo-se o tambor perpendicularmente.

Durante a medição não se deve empurrar o micrômetro sobre superfícies ásperas ou sujas, abrir o micrômetro para uma certa medida, acionar a trava e forçá-lo sobre a peça.

6. PROCEDIMENTO DE CALIBRAÇÃO

6.1 Cuidados Iniciais Rigorosa inspeção no que se refere aos aspectos de conservação:

• Verificação visual da qualidade da superfície dos sensores

• Análise da condição do funcionamento do instrumento (catraca, trava, folga no parafuso micrométrico);

• Identificação da necessidade ou não de manutenção corretiva prévia.

6.2 Normas Técnicas

• ISO 3611 (nível internacional) • NBR EB-1164 (Brasil)

• DIN 863 (Alemanha)

• JIS B 7502 (Japão)

• VSM 58050 (Suíça)

Além delas os próprios fabricantes de micrômetros podem ter normas internas para qualificar seus instrumentos.

6.3 Parâmetros a Serem Qualificados 6.3.1 Erros de indicação e repetitividade

É o item mais importante a ser verificado, englobam os efeitos de todos os erros individuais, como por exemplo, erro de passo do parafuso micrométrico, das faces de medição (planeza e paralelismo dos sensores de medição), da construção de escala entre outros.

6.3.1.1 Erro de indicação

É um erro sistemático, determinado com o auxílio de blocos padrão classe I. É fundamental que os blocos padrão estejam calibrados de modo a garantir a confiabilidade dos resultados. As normas especificam que os comprimentos dos blocos utilizados sejam os seguintes: 2,5 - 5,1 - 7,7 -10,3 -12,9 - 15,0 - 17,6 - 20,2 - 2,08 e 25,0 m. O ponto zero ou o limite inferior da faixa de medição também é um ponto de calibração.

O erro máximo (por norma) para qualquer ponto da faixa de medição do micrômetro é determinado por:

onde L é o limite inferior da faixa de operação.

Fig. 9: Erro máximo de micrômetros

considerando-se o processo de calibração de um instrumento com faixa de medição

As normas definem que o micrômetro deve atender a dois requisitos simultâneos 0-25 m:

A tendência para ponto de calibração não pode ser superior a 4mµ. Isto significa que este erro pode assumir sinal positivo ou negativo (ISO 3611). A diferença entre a tendência máxima e mínima determinada na calibração não pode exceder 4mµ (DIN 863).

Diferença entre as duas normas: ISO permite uma tendência residual de zero e a

DIN exige que o instrumento seja ajustado obrigatoriamente de modo a obter erro igual a “zero” no ponto zero ou limite inferior da faixa de medição.

6.3.1.2 Repetitividade

É um erro aleatório com confiabilidade de 95%, ocorre em medições repetidas realizadas em condições variáveis.

6.3.2 Erro de paralelismo dos sensores

Determinado pela observação das franjas de interferência geradas através da aplicação de um plano óptico especial entre os sensores de medição do micrômetro

Para uma análise mais ampla utiliza-se um conjunto de quatro planos ópticos, que se diferenciam pela espessura escalonada de um quarto de passo.

O plano óptico deve estar paralelo à superfície de um dos sensores. O número total de franjas não deve exceder a oito, quando sob a luz comum.

Fig. 10: Medição de erro de paralelismo 6.3.3 Erro de planeza dos sensores

Determinado por meio de um plano óptico, colocado de tal maneira que o número de franjas de interferência seja mínima ou que existam em círculos fechados.

Para superfícies com tolerância de planeza de 0,001mm devem ser visíveis no máximo quatro franjas circulares e concêntricas da mesma cor, as superfícies de medição devem ser lapidadas e cada superfície deve ter planicidade dentro de 1 mµ.

6.3.4 Rigidez do arco

A rigidez dos arcos de micrômetros deve ser tal que uma força de 10N aplicada entre os sensores não provoque uma flexão que ultrapasse valores indicados por normas. O controle é efetuado aplicando uma força de 10N no eixo de medição do arco.

6.3.5 Força de medição

A força de acionamento da catraca sobre a peça a medir deve apresentar valores entre 5 a 10N. A força de medição pode ser medida por um dinamômetro de alavanca.

6.3.6 Erro de ajuste do zero

O micrômetro deve apresentar dispositivo para apresentar dispositivo para ajuste do zero e em geral, quando para faixas de medição superiores a 0 -25mm, devem vir acompanhados de padrões com dimensão igual ao limite inferior da faixa de medição do instrumento para possibilitar o ajuste de escala.

Para ajustagem de micrômetros de rosca pelo método do prisma-cone, os padrões de comprimento apresentam-se como uma extremidade em forma de “V” e a outra em forma de cone, permitindo o contato entre os sensores com o objetivo de simular uma rosca comum.

Os padrões de comprimento para ajustagem de micrômetros externos são cilíndricos e apresentam as superfícies de medição planas e/ou esféricas com raio aproximadamente igual à metade do comprimento padrão. São fabricadas de aço ferramentas especialmente selecionadas. As superfícies são temperadas e lapidadas.

Anéis padrão são utilizados para ajustagem de micrômetros para medição de diâmetros internos.

É permitido calcular um erro de indicação de ajustes de escala, segundo ISSO 3611, dada pela equação:

sendo L o limite inferior da faixa de medição do instrumento em milímetros

A norma DIN 863 não permite erros residuais no limite inferior da faixa de medição.

Fig. 1: Padrões de comprimento 6.3.7 Qualidade dos traços e algarismos

O micrômetro deve apresentar traços de graduação nítidos e uniformes, regulares, sem interrupção e sem rebarbas. A distância entre os centros dos traços não devem ser menores que 0,8mµ.

6.3.8 Erros devido ao acionamento da trava

Quando acionada a trava, a distância entre os sensores de medição não deve alterar mais que 2mµ.

6.4 Intervalos de Calibração

As normas para qualificação de micrômetros não especificam o tempo entre as calibrações. Recomenda-se que os micrômetros devem ser calibrados de acordo com a freqüência de utilização.

É necessária a calibração no ponto zero e alguns pontos da faixa de medição, alternando com calibrações completas e detalhadas em intervalos semanais ou mensais em função do rápido deterioramento das características metrológicas em função do mau uso, choques.

Necessidade de manutenção ou substituição de instrumentos danificados ou excessivamente desgastados devido ao uso.

Como intervalo inicial de calibração recomenda-se o período entre três a seis meses.

7. Questionário

7.1 Qual a relação entre o passo da rosca do parafuso micrométrico e o valor de divisão de escala do micrômetro?

Um giro completo do fuso corresponde a um deslocamento longitudinal de um passo, que é lido na escala do tubo graduado. Se o passo for de 0,5 m, cada giro corresponde a 0,5 m e como o tambor é dividido em 50 partes o valor de escala é de (0,5 / 50) m = 0,01 m.

7.2 Qual a vantagem em se utilizar micrômetros digitais em relação aos mecânicos?

Permitem a realização de medições com menor incerteza de medição devido à facilidade de leitura no instrumento, se ganha tempo, diminui-se os erros de medição associados principalmente a construção da escala e de paralaxe.

7.3 Para que podemos utilizar os micrômetros especiais?

São utilizados para as mais diversas operações como medição de roscas externas e internas, módulos de engrenagens, rasgos de chavetas, para medidas de ressaltos e profundidades, etc.

7.4 O que podemos fazer para minimizar os erros em uma medição com micrômetro?

Utilizar a catraca aliada a um movimento suave e lento para garantir uma força de medição constante resultando em uma pequena dispersão de medição, segurar o micrômetro num suporte especial para que não haja troca de calor do operador com o micrômetro evitando erro de leitura e desalinhamento dos sensores pela dilatação do arco, não empurrar o micrômetro sobre superfícies sujas ou ásperas, não abrir o micrômetro para uma certa medida, acionar a trava e forçá-lo sobre a peça evitando um desgaste rápido dos sensores.

7.5 Cite os parâmetros a serem verificados na qualificação de um micrômetro.

Erros de indicação e repetitividade, erro de paralelismo dos sensores, erro de planeza dos sensores, rigidez do arco, força de medição, erro de ajuste do zero ou do limite inferior da faixa de medição, qualidade dos traços e algarismos, erros devido ao acionamento da trava.

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