Как пользоваться оптическим квадрантом?

Механический угломер и особенности его применения

Угломер механического типа классифицируется на три типа — простые, с транспортиром и с нониусом. Простейший угломер механического типа (малка) предназначен для шаблонного измерения угла. Что это означает? С его помощью нельзя узнать величину угла в градусах, так как он не имеет встроенного транспортира. Измеренный угол переносится на шаблон, после чего используется для изготовления подобных деталей. Как уже упоминалось, прибор не является высокоточным, но его достаточно для выполнения плотницких работ. Применяется также такой инструмент в строительстве, например при монтаже откосов.

Теперь рассмотрим модель угломера с транспортиром (его называют квадрантом), который позволяет узнать градусы измеряемого угла с незначительной погрешностью. Такой инструмент изготавливается из стали или пластика, и состоит из двух прилегающих оснований в виде реек, а также транспортира и указательной планки.

Пользоваться угломером квадрантом достаточно просто, а его погрешность в 1-2 градуса позволяет применять его в строительстве, например, при перекрытии крыш. Измеритель позволяет измерять углы от 1 до 180 градусов.

Как пользоваться механическим угломером с нониусом, знают далеко не многие мастера. Нониусная шкала прибора нужна для того, чтобы получить высокую точность измерений. Прибор с нониусом еще называют универсальным, так как применять его можно в разных сферах.

Угломер универсальный с нониусом конструкция

Класс точности механического прибора очень высокий, и если сравнить показания механического и электронного, то первый вариант покажет более точные результаты несмотря на свой возраст.

Это интересно! Если необходимо измерить точный угол двух перпендикулярных плоскостей, то рекомендуется воспользоваться угломером с нониусной шкалой.

https://youtube.com/watch?v=4pFf65ZhVIA%3F

Пользоваться инструментом достаточно просто. Для этого прибор имеет две шкалы — в градусах (транспортир) и нониусная. Цена деления нониуса составляет 2 градуса. С его помощью можно осуществлять измерения до 320 градусов. Принцип измерения заключается в том, что целое число в градусах считывается по шкале транспортира, а доли по нониусу.

Для этого нужно найти точно совпадающие риски двух шкал, и считать показания. Выпускаются приборы с нониусом по стандарту ГОСТ 5378-88. Более подробно о том, как пользоваться шкалой нониуса, описано в материале «Как пользоваться штангенциркулем». На видео представлена конструкция и особенности применения механического угломера с нониусом.

https://youtube.com/watch?v=fhAThz1VhTw%3F

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.016-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений плоского угла

ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ 1435-99 Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия

ГОСТ 2386-73 Ампулы уровней. Технические условия

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 2875-88 Меры плоского угла призматические. Общие технические условия

ГОСТ 8026-92 Линейки поверочные. Технические условия

ГОСТ 9038-90 Меры длины концевые плоскопараллельные. Технические условия

ГОСТ 9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия

ГОСТ 9392-89 Уровни рамные и брусковые. Технические условия

ГОСТ 10905-86 Плиты поверочные и разметочные. Технические условия

ГОСТ 25557-2016 (ISO 296:1991) Конусы инструментальные. Основные размеры

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Приложение Д (справочное)

Форма протокола поверки

Протокол поверки

от «___»____________20___г.

Оптический квадрант № ______________________

типа (модели)________________, изготовленный______________________________,

принадлежащий_________________________________________________________,

вновь изготовленный, после ремонта, находящийся в эксплуатации,

(нужное подчеркнуть)

поверен в соответствии с ГОСТ 8.393-2010

с применением средств поверки____________________________________________

Температура окружающей среды:

в начале измерений tн, °C__________

в конце измерений tк, °C__________

Относительная влажность, %______

Время:

в начале измерений tн, ч_________

в конце измерений tк, ч_________

Скорость изменения температуры Dt/Dt, °С/ч________

Результаты измерений

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________ Результаты поверки Номер пункта методики поверки Допускаемые отклонения Действительные отклонения Заключение Поверитель____________________ ____________________________ личная подпись                                  инициалы, фамилия

Принцип работы, классификация и разновидности

Для угловых измерений используют, кроме оптических, также и механические устройства. Измерения механическими квадрантами производятся при помощи поворачивающегося зубчатого сектора, на лицевой плоскости которого наносится измерительная шкала. Искомый угол наклона совмещают с ближайшим делением шкалы, после чего выполняют отсчёт показания.

При простоте устройства, механические квадранты обладают рядом эксплуатационных ограничений. Основными из них являются:

1. Предельный измерительный диапазон — от 0 до 90°, причём углы должны располагаться только в вертикальной плоскости.
2. Точность измерения сильно зависит от состояния измерительных поверхностей: их износа, загрязнения и т. д.
3. Измерение производится только после передвижения прибора на требуемое расстояние, в процессе чего могут появиться дополнительные погрешности.
4. Самостоятельная регулировка механического квадранта невозможна, необходимы специальные поверочные устройства.

В отличие от механических квадрантов, в приборах оптического действия используют визуальный принцип совмещения плоскостей – обычный или в виде цилиндра. При этом ориентируются на показания тарированной ампулы, внутри которой находится пузырёк с воздухом. По месторасположению этого пузырька относительно измерительной шкалы делают заключение о значении угла и направлении наклона измеряемой плоскости или поверхности. Особенность применения оптического квадранта – необходимость в его дополнительной фиксации.

Оптические квадранты серии КО производятся отечественной приборостроительной промышленностью. Обычно они имеют производственный ресурс до 6000 часов, и различаются своими эксплуатационными характеристиками.

Основные технические характеристики модели КО-1:

• Диапазон измеряемых углов, ° ±90;
• Цена деления основной шкалы, ° 1;
• Наибольшая длина измерительного основания, мм – 148.

Основные технические характеристики модели КО-10:

• Диапазон измеряемых углов, ° ±180;
• Цена деления основной шкалы, ° 1…5;
• Наибольшая длина измерительного основания, мм – 165.

Основные технические характеристики модели КО-30м:

• Диапазон измеряемых углов, ° ±120;
• Цена деления основной шкалы, ° 1;
• Наибольшая длина измерительного основания, мм –155

Основные технические характеристики модели КО-60м:

• Диапазон измеряемых углов, ° ±120;
• Цена деления основной шкалы, ° (регулируемая) 0,5…1,0;
• Наибольшая длина измерительного основания, мм –155

Индекс «м» в обозначении оптического квадранта означает, что устройство оснащено магнитным захватом. Для остальных моделей фиксация выполняется вручную.

Число после буквенного обозначения модели означает цену деления шкалы угломера в минутах (за исключением модели КО-1, где она приведена в градусах).

3 Операции и средства поверки

3.1 При проведении поверки должны быть выполнены операции и применены средства поверки, указанные в таблице 1.

Таблица 1

Наименование операции	Номер подраздела, пункта настоящего стандарта	Средство поверки	Проведение операции при поверке
			первичной	периодической
Внешний осмотр	7.1	–	Да	Да
Опробование	7.2	–	Да	Да
Определение параллакса:	7.3	–
– между верхним и нижним изображениями штрихов лимба квадранта типа КО-10;	7.3.1	–	Да	Да
– между неподвижным индексом и штрихами шкалы оптического микрометра квадранта;	7.3.2	–	Да	Да
– между штрихами шкалы окулярной сетки и лимба квадранта	7.3.3	–	Да	Да
Определение намагниченности оснований квадрантов	7.4	Груз массой (0,10±0,01) г;груз из углеродистой стали массой (7,0±0,1) кг;параметр шероховатости поверхности 1,25 мкм по ГОСТ 2789 (см. приложение А)	Да	Да
Определение диапазона наводки окуляра	7.5	Диоптрийная трубка, диапазон измерений ±5 дптр	Да	Да
Определение шероховатости опорных поверхностей основания	7.6	Образцы шероховатости поверхности (сравнения) по ГОСТ 9378 с параметром шероховатости 0,63 мкм	Да	Нет
Определение отклонения от плоскостности опорной поверхности основания	7.7	Плоская стеклянная пластина для интерференционных измерений типа ПИ-60, класс точности 2 (КТ2)*; линейка ЛД-1-200 по ГОСТ 8026;плоскопараллельные концевые меры длины по ГОСТ 9038, (КТ2)	Да	Нет
________________ * В Российской Федерации см. ТУ 3-3.2123-88 “Плоские стеклянные пластины для интерференционных измерений. Технические условия”.
Определение отклонения от параллельности оси ампулы поперечного уровня и опорной поверхности основания	7.8	Плита 1-1-630400 по ГОСТ 10905; брусковый уровень 150-0,10 по ГОСТ 9392	Да	Да
Определение разномасштабности изображений противоположных участков лимба (для квадрантов с двусторонней системой отсчета)	7.9	–	Да	Да
Определение несоответствия длины шкалы отсчетного устройства длине наименьшего деления шкалы лимба	7.10	–	Да	Да
Определение несовпадения нулевых отметок шкалы лимба и наружной шкалы	7.11	–	Да	Да
Определение погрешности квадранта на нулевой отметке шкалы лимба	7.12	Плита 1-0-630400 по ГОСТ 10905, (КТ1);экзаменатор 1-го разряда по ГОСТ 8.016;цилиндрический валик (см. приложение Б);брусковый уровень 150-0,10 по ГОСТ 9392	Да	Да
Определение погрешности квадрантов:	7.13	Визуальный автоколлиматор типа АК-0,5У*; призматическая мера угловая12-гранная 1-го разряда по ГОСТ 2875	Да	Да
типа КО-10	7.13.1	8-гранная 3-го разряда; 8-гранная 4-го разряда;	Да	Да
типа КО-60	7.13.2	Оправка (см. приложение В); делительная оптическая головка типа ОДГЭ-2**; делительная оптическая головка типа ОДГЭ-5**	Да	Да
________________ * В Российской Федерации см. ТУ 3-3.2254-90 ГОСРЕЕСТР СИ N 10714-05 “Автоколлиматоры унифицированные АКУ. Технические условия”. ** В Российской Федерации см. ТУ 3-3.199-80 ГОСРЕЕСТР СИ N 26906-04 “Головки делительные оптические ОДГЭ. Технические условия”.
Примечания 1 Допускается применение других средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик с требуемой точностью. 2 Применяемые средства поверки должны иметь действующие свидетельства о поверке.

Квадранты оптические КО

Квадрант оптический КО (далее — квадрант) предназначен для измерения углов наклона плоских и цилиндрических поверхностей и для их установки под заданным углом к горизонтальной плоскости. Квадранты применяются в лабораториях научно-исследовательских институтов, машиностроительных предприятий, строительных организаций и других отраслях народного хозяйства.

Информация по Госреестру

Основные данные
Номер по Госреестру	26905-15
Наименование	Квадранты оптические
Модель	КО
Межповерочный интервал / Периодичность поверки	2 года
Срок свидетельства (Или заводской номер)	14.04.2020

Производитель / Заявитель

АО «Швабе — Оборона и Защита», г.Новосибирск

Назначение

Квадрант оптический КО (далее — квадрант) предназначен для измерения углов наклона плоских и цилиндрических поверхностей и для их установки под заданным углом к горизонтальной плоскости. Квадранты применяются в лабораториях научно-исследовательских институтов, машиностроительных предприятий, строительных организаций и других отраслях народного хозяйства.

Описание

Квадранты изготавливаются трех модификаций: КО-10 (с ценой деления 10″), КО-60 и КО-бОМ (с ценой деления 60″).

Принцип действия квадранта заключается в том, что отсчет угла наклона основания относительно оси уровня производится по стеклянному лимбу с помощью отсчетного микроскопа. Квадрант работает как при естественном, так и при искусственном освещении.

Оптическая схема квадранта КО-10 (рисунок 1).

Лучи света от зеркала (16) через защитное стекло (15) попадают в светопровод (7) и направляются им на лимб (14) и шкалу (3). Лучи, передающие изображение штрихов шкалы и штрихов лимба (нижнее в поле зрения), через сетку (2) с индексом, через призмы (1) и (19) проходят в объектив, состоящий из линз (4) и (5). Лучи, передающие изображение штрихов диаметрально противоположной части лимба (верхнее поле зрения), призмой (17), клиньями (18) микрометра и призмой (19) направляются также в объектив. Объектив через призму (13) и разделительный блок, состоящий из призмы (11) и клиньев (8) и (12), передаёт изображение штрихов шкалы и двух диаметрально противоположных частей лимба в фокальную плоскость окуляра. Окуляр состоит из линз (9) и (10). Лучи, передающие изображение шкалы, отражаются зеркальным участком грани призмы (11). Лучи, передающие нижнее изображение штрихов лимба, отражаются зеркальным участком клина (12), а зеркальная грань клина (8) отражает лучи, передающие верхнее изображение штрихов. Линия раздела между верхним и нижним изображениями штрихов образуются границей серебрения на клине (12). Пластина (6) компенсирует разность верхнего и нижнего изображений штрихов лимба, возникающую в разделительном блоке. Клинья (18) совместно образуют плоскопараллельную пластинку. Сдвигом клиньев перпендикулярно оптической оси меняется толщина пластинки, и этим достигается правильность показаний отсчетного устройства.

Рисунок 1 — Оптическая схема квадранта КО-10 Конструктивно квадрант состоит из следующих основных частей: оптического устройства, наружного кожуха с окуляром, блока уровней, основания. Общий вид квадранта КО-10 представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Общий вид квадранта К0-10 Оптическая схема квадрантов КО-бО и КО-бОМ (рисунок 3).

Пучок лучей, попадая в светофильтр (1), проходит далее через оптический лимб (2), линзы объектива (3), сетку с коллективом (4) и линзы окуляра (5). Поле зрения наблюдается в зелёном свете.

А “ плоскость делений лимба;

Б — плоскость делений сетки

Рисунок 3 — Оптическая схема квадранта КО-бО / КО-бОМ

Конструктивно квадрант КО-бО состоит из следующих основных частей: основания

(КО-бОМ — с магнитом), корпуса, крышки, микроскопа отсчётного, зеркала, уровня основного,

уровня поперечного, кожуха, винта закрепительного, винта наводящего, индекса. Общий вид

квадранта КО-бО / КО-бОМ представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 — Общий вид квадранта КО-бО / КО-бОМ Для защиты квадранта от несанкционированного доступа производится пломбировка одного винта на крышке с уровнем, идентификационная наклейка размещается на боковой стороне корпуса, справа.

История создания

Первое упоминание о примитивных прообразах такого угломерного средства измерения встречается в старинных манускриптах, рассказывающих о путешествиях, открытии новых стран, звезд, мореплавании.

Из-за своего устройства инструмент получил название «sextans» (перевод с латинского означает шестой).

Сначала был изобретен компас для определения направления движения. При помощи часов высчитывали долготу, астролябии — широту, но они не давали точных результатов.

Ученые многих стран занимались усовершенствованием угломерных изделий. Но история сохранила только два имени тех, кто изобрел секстант одновременно, используя научный потенциал того времени. Это Джон Хэдли из Англии, Томас Годфрис из США.

Независимо друг от друга в 30-е годы XVIII столетия они разработали структуру октанта, сократив шкалу измерения до одной восьмой окружности, а капитан Камбел в 1757 году усовершенствовал изделие, уменьшив лимб до шестой части круга.

Это изделие стали называть морским секстаном, ставшим прародителем современных угломерных инструментов для навигации.

Принцип его действия, как предшествующего октанта, основан на принципе двойного отражения, изобретенным в 1699 году Исааком Ньютоном.

Отражательная оптическая система, состоящая из двух зеркальных поверхностей или призм, позволяет быстро, с точностью выполнять угловые измерения.

Разные модели отличаются:

• строением рамы,
• алидадой с осью,
• отсчетным устройством.

Сначала использовали только верньер – пластинку, где деления были короче, чем на главной шкале лимба. Современные производители оснащают изделия микрометрическими винтами, отсчетными барабанами, зубчатыми рейками.

Эти модели позволяют осуществлять угловой отсчет угла быстрее, но требуют специальной методики наблюдений, более тщательного ухода.

Сегодня для кораблей морского флота выпускают модели приборов с искусственным горизонтом ИМС, ИМС, изделия СНО, СНО-2М, СНО- М, перископические, новейшую конструкцию с осветителем секстанта СНО-Т тропикоустойчивого варианта.

Некоторые морские суда оснащаются немецкими моделями VEB и «Плат».

Подробно о квадранте оптическом

Производители оборудования для инженерной геодезии и строительства выпускают разнообразные модификации средств измерения. Для расчетов можно использовать модель:

• механическую, где отвесную линию формирует стержень или струна с грузом,
• оптическую, оснащенную визирной трубкой,
• лазерную с видимым лучом в области спектра красного цвета.

Современный инструмент может быть дополнен различными приспособлениями и дополнительными деталями для повышения функциональности. Есть комбинированные модели, где сочетаются возможности оптики и лазера. Они отличаются:

• легкостью веса,
• компактностью размеров,
• влагостойкостью,
• эффективной защитой от пыли и перепадов температуры.

Одними из лучших в сегменте угломерных инструментов считаются оптические модели, обладающие отличным качеством, надежной конструкцией.

Использование в разных отраслях

Оптические модели квадрантов созданы для измерений:

• астрономических,
• геофизических,
• космических,
• картографических,
• строительных,
• проектных,
• сельскохозяйственых,
• машиностроительных,
• научно-исследовательских.

Высокоточные инструменты позволяют определить:

• угловые значения шаблонов,
• углы заточки крупных инструментов для резки,
• степень наклона опорных плит.

РЕГУЛИРОВКА

До получения расчетов при помощи оптического квадранта ко 60 необходимо проверить нулевую отметку, перпендикулярность опорных площадок. Для этого инструмент измерения располагают на поверхности и вращают диск так, чтобы пузырьки ампулы продольного уровня находились посередине.

Перевернув прибор на 180 градусов, с помощью наводящего винта добиваются того же результата. При правильной регулировке абсолютные значения обоих измерений будут одинаковыми, но отличаться по знакам.

При расположении средства измерения на высоте, когда не видно или неудобно следить за пузырьками лимба, можно использовать зеркало, отражающее изображение уровня. Если отклонение от нуля превышает ±20”, требуется юстировка, которую надо проводить по следующему порядку:

• выворачиваются винты,
• снимается щиток,
• с помощью спецключа ослабляются гайки,
• юстировочные винты вращаются по очереди до совмещения нулевых рисок лимба с сеткой микроскопа,
• щиток возвращается на место,
• гайки закрепляются.

При несовпадении расчетных делений юстировка повторяется.

История эволюции угломерных приборов

Человеку издревле приходилось что-то измерять, для чего изобретались различные приспособления. Ученые древнего Вавилона первыми стали использовать термин «градус». Одновременно с градусом они ввели понятия минуты и секунды.

Клавдий Птолемей способствовал сохранению этих единиц для измерения, которые стали основой угломерных приборов.

Древние ученые для расчетов создали транспортир, но это средство измерения не подходило для работ на местности. Первый квадрант для определения параметров наклона поверхностей на местности описал в I веке до нашей эры как «диоптр» Герон Александрийский из Древней Греции. Этот инструмент и дал начало созданию науки геодезии.

С развитием технического прогресса для измерений прикладного характера появились экер, нивелир, теодолит, инклинометр, универсал, автоколлиматор. В астрономии – астролябия, октант, секстант, бэкстаф, для машиностроения — различные угломеры.

Рождение достаточно сложных оптических приборов началось в XVI-XVII веках, благодаря трудам ученых Рене Декарта, Пьера Ферма, Исаака Ньютона, Х. Гюйгенса, Галилея Галилео, Иогана Кеплера, других. Они объединили лучшие черты предшествующих инструментов и уникальные возможности оптики. Усовершенствованные средства измерения были значительно точнее, соответствовали требованиям, предъявляемым топографами и навигаторами.

Эффективное устройство для расчетов

Технический прогресс, а также возрастающая сложность задач оказали влияние на эволюцию оптико-механических приборов, в том числе на оптический квадрант – инструмент, где угломер совмещен с уровнем. Такое средство измерения состоит из надежного корпуса, составных элементов, оптики. Его функциональность основана на том, что горизонтальная линия независимо от степени отклонении основания задается при помощи продольного уровня цилиндрической формы. Определение выполняется при помощи расчетной системы прозрачного лимба из стекла. Как правильно пользоваться квадрантом определенной модели, можно узнать из паспорта инструмента.

Современные производители выпускают три вида оптических квадрантов, обладающие разными ценами делений – 2, 10, 60, которые позволяют выполнять измерения с большей точностью, чем устройства древнейших предшественников.

СТЕННОЙ КВАДРАНТ

В числе прототипов современных угломерных инструментов – квадрант. Его неподвижную конструкцию сооружали для астрономических исследований на стенах обсерваторий, как правило, в одной плоскости с меридианом. В средние века таким образом измеряли высоту планет над горизонтом при помощи градуированной дуги.

Такие изделия были громоздкими, но сложность их возведения вознаграждалась точностью результатов. История сохранила такие огромные настенные квадранты, которые использовали в странах Востока известные ученые ал-Бируни, Насир ад-Дина ат-Туси, Улугбека. Позже их заменили меридианными кругами.

КВАДРАНТ МЕХАНИЧЕСКИЙ

Измерения в дооптрической астрономии проводились механическими угломерными инструментами. Конструкции таких моделей основывались на формировании отвесной линии, получаемой при помощи струны, отягощенной грузом, или специального стержня.

Груз крепился на конец струны. Если струна располагалась вертикально, его могли поместить в воду или масло, чтобы повысить точность результатов. Современные геодезисты редко используют механический квадрант, предпочитая вести расчеты при помощи оптических и лазерных моделей.