УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ
DEVICE FOR LINEAR DIMENSIONS MEASUREMENT

Изобретение относится к канцелярским товарам, к устройствам для измерения линейных размеров.
Часто в книгах и журналах графические данные изображаются с нанесением сетки линий, параллельных горизонтальной оси и вертикальной оси. Расстояние между смежными параллельными линиями сетки, измеряемое обычной линейкой, часто не соответствует целому числу сантиметров. Это затрудняет обработку графических данных с целью нахождения по графику конкретных числовых данных. Изобретение нацелено на то, чтобы облегчить эту работу. Нередко географические карты и планы городов, районов и т.п. выпускаются с «неудобным» масштабом, например 1 см на карте соответствует 1,25 км на местности. Это затрудняет оценку расстояний по этой карте с помощью обычной линейки. Изобретение нацелено на то, чтобы облегчить эту работу.
Известна линейка металлическая (см. стр.46 и рис.4.1а на стр.46 в кн.: Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993, 416 с.), представляющая собой металлическую полосу, на широкой поверхности которой нанесены деления через 1 мм между осями штрихов. Как указано на стр.47 указанной книги, измерение линейкой производится так называемым непосредственным методом, т.е. прикладыванием ее к измеряемому объекту и сопоставлением его длины со значением меры. Чаще всего эти измерения осуществляют совмещением нулевого штриха линейки с краем детали. Непосредственным называется метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отчетному устройству измерительного средства.
Совпадающими признаками этого устройства и заявляемого устройства являются следующие. Оба устройства содержат полосу, на широкой поверхности которой нанесены деления. При измерениях устройство прикладывают к измеряемому объекту.
Недостатки этого устройства заключаются в следующем. Когда делаются замеры на графических данных, изображенных с сеткой линий, параллельных горизонтальной оси и вертикальной оси, причем расстояние между смежными параллельными линиями не равно целому числу сантиметров, то, делая замеры с помощью указанной выше обычной линейки, затруднительно проводить обработку графических данных с целью нахождения по графику конкретных числовых данных. Нередко географические карты и планы городов, районов и т.п. выпускаются с «неудобным» масштабом, например 1 см на карте соответствует 1,25 км на местности. Это затрудняет оценку расстояний по этой карте.
Известно устройство для замера линейных размеров, называемое штангенциркуль (см. стр.50-51 и рис.4.3 в и г в кн. Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993, 416 с.). На стр.50-51 указанной книги сказано следующее. Конструкцию штангенциркуля можно представить как усовершенствованную конструкцию масштабной линейки. С этой целью на конце линейки 1 (штанга), имеющей шкалу с делениями через 1 мм, находится неподвижная измерительная губка, измерительные поверхности которой перпендикулярны линейке. Вторая измерительная губка находится на рамке 3, перемещаемой по линейке. На этой же рамке находится нониус 14 для отсчета величины перемещения губки на рамке 3. Таким образом, наружный измеряемый размер определяется по расстоянию между измерительными губками, которые имеют плоские измерительные поверхности небольшой ширины. Остальные элементы конструкции имеют вспомогательный характер, облегчая использование штангенциркуля или расширяя область его применения. Так, в штангенциркуле, показанном на рис.4.3,в, верхние губки предназначены в основном для разметки поверхности и для измерения размеров внутри узких проточек. Устройство, называемое микрометрической подачей, предназначено для медленного перемещения рамки по штанге. При пользовании этой микроподачей вспомогательную рамку микроподачи скрепляют со штангой винтом 10, стопор 11 отпускают и вращением гайки 8 перемещают рамку. Микроподачу в основном используют при установке на штангенциркуле размера для разметки. Большинство штангенциркулей для измерения внутренних размеров имеют либо отдельные измерительные губки (рис.4.3 а), либо специальные измерительные поверхности основных губок (рис.4.3 в, г). У штангенциркулей, показанных на рис 4.3 в и г, губки для измерения внутреннего размера имеют цилиндрическую поверхность. Размер этих губок в сведенном состоянии обычно бывает b=10 мм и маркируется на боковой поверхности одной из губок. Если после ремонта этот размер меняется, то изменяется и маркировка, поскольку нулевой отсчет по шкале и нониусу соответствует наружным измерениям. Поэтому, когда отсчитывают размер при внутренних измерениях, к отсчету по шкале и нониусу штангенциркуля необходимо добавить значение размера губок для внутренних измерений (т.е. размер, указанный на одной из губок). //В тексте выше номера позиций деталей, указанные в названной выше книге, изменены и соответствуют номерам, указанным на фиг.1.//
Типоразмеры штангенциркулей охватывают диапазон измерений до 2000 мм. Однако наиболее распространены штангенциркули с диапазоном измерений от 0 до 125 (или 140) мм (рис.4.3 а, б) и с диапазоном измерений от 0 до 320 (200 или 250) мм (рис.4.3 в, г). Штангенциркули первого типа обычно имеют отсчет по нониусу 0,1 мм, а второго - как 0,1 мм, так и 0,05 мм. Штангенциркули с большим диапазоном измерения обычно имеют величину отсчета 0,1 мм. Практически штангенциркули для размеров свыше 500 мм не выпускаются, хотя и известны.
Совпадающими признаками этого устройства и заявляемого устройства являются следующие. Оба устройства имеют линейку, имеющую шкалу с делениями, имеют неподвижную измерительную губку, вторая измерительная губка находится на рамке, перемещаемой по линейке. Для плавного перемещения подвижной губки имеется устройство, называемое микрометрической подачей.
Недостатки этого устройства заключаются в следующем. Когда делаются замеры на графических данных, изображенных с сеткой линий, параллельных горизонтальной оси и вертикальной оси, причем расстояние между смежными параллельными линиями не равно целому числу сантиметров, то, делая замеры с помощью указанного выше штангенциркуля, затруднительно проводить обработку графических данных с целью нахождения по графику конкретных числовых данных. Нередко географические карты и планы городов, районов и т.п. выпускаются с «неудобным» масштабом, например 1 см на карте соответствует 1,25 км на местности. Это затрудняет оценку расстояний по этой карте с помощью указанного выше штангенциркуля, имеющего «обычную» шкалу делений.
Известно устройство для замера линейных размеров, принятое в качестве прототипа, называемое штангенциркуль типа ШЦ-111 (см. стр.81, рис.2.8в в кн. Контрольно-измерительные приборы и инструменты. Учебник для нач. проф. образования. С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, A.M. Толстов, Р.В. Меркулов. 5-е изд., перераб. М.: Издательский центр «Академия», 2011, 464 с.).
Совпадающими признаками этого устройства и заявляемого устройства являются следующие. Оба устройства имеют линейку, имеющую шкалу с делениями, имеют неподвижную измерительную губку, вторая измерительная губка находится на рамке, перемещаемой по линейке. Для плавного перемещения подвижной губки имеется устройство, называемое микрометрической подачей.
Недостатки этого устройства заключаются в следующем. Когда делаются замеры на графических данных, изображенных с сеткой линий, параллельных горизонтальной оси и вертикальной оси, причем расстояние между смежными параллельными линиями не равно целому числу сантиметров, то, делая замеры с помощью указанного выше штангенциркуля, затруднительно проводить обработку графических данных с целью нахождения по графику конкретных числовых данных. Нередко географические карты и планы городов, районов и т.п. выпускаются с «неудобным» масштабом, например 1 см на карте соответствует 1,25 км на местности. Это затрудняет оценку расстояний по этой карте с помощью указанного выше штангенциркуля, имеющего «обычную» шкалу делений.
Задача изобретения заключается в обеспечении удобства при обработке графических данных и оценке расстояний по картам местности, имеющим «неудобный» масштаб.
Данная задача решается следующим образом. Устройство снабжается комплектом линеек из эластичного материала (эластичных линеек). Эти линейки на концах имеют приспособления для крепления их на губках штангенциркуля. В исходном (нерастянутом) состоянии разные линейки имеют разные масштабы расстояний между делениями. В том числе, могут быть линейки, у которых в исходном (нерастянутом) состоянии расстояние между осями штрихов делений совпадает с 1 мм, также могут быть линейки, у которых это расстояние меньше 1 мм (например, в 2 раза, в 1,5 раза и т.п.). Также могут быть линейки, у которых это расстояние больше 1 мм (например, больше в 2 раза, в 1,5 раза и т.д.). Это устройство используется следующим образом. Например, пусть по карте, у которой 1 см соответствует 1,25 км на местности, надо измерить расстояние между объектами. Сначала вычисляем: сколько миллиметров на карте соответствует 1 км на местности:
10 мм/1,25=8 мм.
Берем эластичную линейку, у которой расстояние между осями штрихов делений меньше 1 мм, например в 1,5 раза. Закрепляем эту эластичную линейку на губках штангенциркуля и растягиваем ее так, чтобы 10 делений линейки соответствовали 8 мм. (Удобней, чтобы участок эластичной линейки, длиной 50 делений, занимал 40 мм.) Затем с помощью этой эластичной линейки измеряем расстояние между объектами на карте (шкала эластичной линейки будет указывать данные в км).
Технический результат
Технический результат использования данного изобретения заключается в обеспечении удобства при обработке графических данных и оценке расстояний по карте местности, имеющей «неудобный» масштаб.
В отдельных случаях (для краткости) вместо слов «линейка из эластичного материала» будем использовать слова «эластичная линейка». Для удобства закрепления эластичных линеек наружные грани губок (неподвижной и подвижной) штангенциркуля можно сделать наклонными с упором.
Чтобы для закрепления эластичных линеек использовать уже имеющиеся штангенциркули, следует эластичные линейки снабдить проушинами (отверстиями соответствующей формы). Форма проушин выбирается такой, чтобы в проушину входила губка штангенциркуля и при растяжении эластичной линейки путем «раздвижения» губок штангенциркуля эластичная линейка надежно закреплялась на этих губках. Профиль проушины должен позволять надежно зафиксировать на губке эластичную линейку. Удобно отдельно изготовить проушину из достаточно жесткого материала и вставлять ее в проушину в эластичной линейке (см. фиг.7). Использование «вставных» проушин позволит избежать нежелательного «прилипания» материала эластичной линейки к губкам штангенциркуля при длительном контакте этих материалов.
Чтобы из-за явлений ползучести эластичных материалов эластичные линейки не изменяли своих первоначальных размеров (в нерастянутом состоянии; или эти изменения были бы незначительны), следует «разгружать» эластичные линейки, если они не используются для замеров (например, на ночь «разгружать», а утром опять устанавливать на губки штангенциркуля нужную для работы эластичную линейку).
На фиг.1 показан известный штангенциркуль типа ШЦ-111. (Фиг.1 - это копия рис.2.8в из книги (Контрольно-измерительные приборы и инструменты. Учебник для нач. проф. образования. С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, А.Н. Толстов, Р.В. Меркулов. 5-е изд., перераб. М.: Издательский центр «Академия», 2011, 464 с. См. стр.81) с некоторыми изменениями и дополнениями, в частности частично изменена нумерация позиций, добавлены номера некоторых элементов.
На фиг.2 показана предлагаемая линейка 15 из эластичного материала с утолщениями 16 и 17 на концах.
На фиг.3 показано отверстие в утолщении 16 (аналогичное отверстие сделано в утолщении 17). Фиг.3 - это вид сверху на левую часть линейки 15, показанной на фиг.2.
На фиг.4 показан «выступ» 18. Аналогичный «выступ» может быть сделан в отверстии элемента 17.
На фиг.5 показан процесс замера расстояния между объектами на карте, обозначенными стрелками (1 см на карте соответствует 1,25 км на местности; в данном случае расстояние между объектами равно примерно 3,4 км).
На фиг.6 показан процесс замера расстояния от вертикальной линии до точки пересечения графиком горизонтальной линии. (Эта точка пересечения располагается между вертикальными линиями 22 и 23 и удалена от линии 22 на расстояние примерно равное 0,3 расстояния между точками пересечения вертикальных линий 22 и 23 с горизонтальной линией 20.)
На фиг.7 показан вариант крепления эластичной линейки, когда используется «вставная» проушина из жесткого материала. На фиг.7 «перекрестной» штриховкой показано сечение утолщения 16, а штриховкой «одного направления» - сечение «вставной» проушины, сделанной из более жесткого материала (например, металл; сталь, алюминий и т.п. или жесткая пластмасса).
На фиг.3, 4 толщины стенок вокруг отверстия (см. элемент 16) и толщина, и ширина линейки 15 показаны условно.
На фигурах 2 и 4 для линейки 15 число «крупных» делений, равное 10, показано условно, их может быть больше или меньше, например 5, чтобы можно было «растянуть» линейку 15, например, в два раза, и при этом можно было использовать штангенциркуль стандартной длины.
На фиг.1-7 обозначены следующие элементы.
1 - линейка-штанга, на ней установлена неподвижная губка 2. По линейке-штанге 1 перемещается рамка 3, с которой связана подвижная губка 4. На конце неподвижной губки 2 находится элемент 5, а на конце подвижной губки 4, элемент 6; элементы 5 и 6 предназначены для обеспечения возможности замера внутренних размеров, например диаметра отверстия. Конструкция элементов 5 и 6 такова, что на них удобно закреплять эластичные линейки. Элементы 5 и 6 можно охарактеризовать следующими словами. Подвижная и неподвижная губки на своих концах имеют протяженные участки, боковая поверхность которых образована путем движения по замкнутому контуру прямой, которая остается параллельной сама себе, причем эта прямая располагается параллельно плоскости, в которой располагается лицевая сторона линейки-штанги с делениями и нормально к кромке лицевой стороны линейки-штанги.
7 - рамка микрометрической подачи. 8 - гайка микрометрической подачи. Гайка 8, при ее вращении, перемещает поступательно стержень 9 с резьбой, который связан с рамкой 3 и подвижной губкой. Рамка 7 с помощью винта 10 может быть зафиксирована в заданном месте на линейке-штанге 1. Затем, вращая гайку 8, можно в определенных пределах плавно смещать подвижную губку 4, а с ней и элемент 6 относительно неподвижной губки 2 (и элемента 5).
Винт 11 служит для фиксирования положения рамки 3 относительно линейки-штанги 1.
Нониус 14 служит для отсчета десятых долей миллиметра при «обычных» измерениях с помощью штангенциркуля.
В зонах начала элементов 5 и 6 имеются углубления (пазы) 12 и 13 (см. фиг.1). На элементы 5 и 6 устанавливают линейку 15 из эластичного материала.
Для удобства закрепления линейки 15 из эластичного материала на элементах 5 и 6, на краях линейки 15 сделаны утолщения с отверстием - см. элементы 16 и 17 на фиг.2, 3, 4.
Для более надежного крепления эластичной линейки 15 на элементах 5 и 6 можно сделать небольшой выступ (см. позицию 18 на фиг.4). Такой «выступ» может быть сделан в отверстиях утолщений 16 и 17 эластичной линейки 15. При соответствующем расположении относительно друг друга эластичной линейки 15 и элементов 5 и 6 штангенциркуля, «выступы» типа 18 входят в углубления 12 и 13 (см. фиг.5 и 7).
Величины отверстий в элементах 16 и 17, а также размеры «выступов» типа 18 выбираются такими, чтобы быстро можно было устанавливать эластичную линейку 15 на элементах 5 и 6; чтобы при этом «выступы» типа 18 входили в углубления 12 и 13; чтобы при этом можно было быстро заменить эластичную линейку 15 на другую (более подходящую в данном случае) и чтобы эластичная линейка 15 надежно держалась на элементах 5 и 6 при работе с линейкой 15.
19 - участок кривой, изображающей функцию (см. фиг.6).
20, 21 - смежные горизонтальные линии на графике.
22, 23, 24 - смежные вертикальные линии на графике.
25 - «вставная» проушина из жесткого материала (см. фиг.7). Деталь 25 имеет выступ, входящий в паз 12 в рабочем состоянии (аналогичная деталь имеет выступ, входящий в паз 13).
Наряду с эластичными линейками, у которых в нерастянутом состоянии оси штрихов делений расположены через 1 мм (или больше 1 мм) и они предназначены для того, чтобы при измерениях их растягивали, следует изготовить еще один вариант линеек. Они до нанесения штрихов линейки растягиваются (например, длина мерного участка увеличивается в 1/25 раза; в 1,5 раза; в 2 раза и т.д.). Когда эластичная линейка находится в таком растянутом состоянии, на ее поверхность наносится сетка штрихов с шагом 1 мм.
Когда эта эластичная линейка будет находиться в «свободном» состоянии (т.е. не будет растянута), расстояние между штрихами будет соответственно меньше 1 мм в 1/25; в 1/5; в 2 раза (и т.д.).
Использование устройства
Например, если у карты (или плана города) 1 см соответствует 1/25 км на местности, то вначале вычисляется значение меры, которая соответствует 1 км на местности: 10 мм / 1,25=8 мм.
Берется эластичная линейка, у которой в свободном состоянии 10 делений занимают менее 8 мм (например, линейка, которая в момент нанесения штрихов с шагом 1 мм, была растянута в 1,5 раза). Эта линейка закрепляется на губках устройства и растягивается так, чтобы 10 штрихов этой эластичной линейки соответствовали 8 мм (удобнее считать, что 50 штрихов эластичной линейки соответствуют 40 мм). Затем с помощью этой эластичной линейки меряют на карте (или плане) расстояние между объектами, зная, что расстояние между 10 штрихами эластичной линейки соответствует 1 км на местности.
При обработке графических данных поступают следующим образом. Пусть, например, расстояние между соседними параллельными линиями сетки на графике 14 мм. Выбирается подходящая эластичная линейка (например, у которой в «свободном состоянии» 10 делений соответствуют 10 мм), она закрепляется на губках устройства и растягивается так, чтобы 10 делений соответствовали расстоянию между этими соседними параллельными линиями сетки на графике. Иногда бывают «искажения», и расстояния между разными парами соседних параллельных линий сетки на графике несколько отличаются друг от друга, тогда следует сделать «поправку»: несколько удлинить или сократить длину растянутой эластичной линейки. И проводить измерения с помощью этой линейки (см. фиг.6). Пусть следует определить числовые данные в точке пересечения кривой 19, изображающей функцию, и горизонтальной линии 20 на графике. Растянув эластичную линейку 15 до нужной длины, следует совместить «нулевое» деление с вертикальной линией 22 (см. фиг.6), а другое «крупное» деление, обозначенное «I», с вертикальной линией 23 и приблизить линейку 15 к горизонтальной линии 20 (см. фиг.6). Показанный на фиг.6 пример показывает, что точка пересечения кривой 19 и горизонтальной линии 20 отстоит от вертикальной линии 22 на расстояние, равное 0,3 от расстояния между точками пересечения горизонтальной линии 20 и вертикальных линий 22 и 23.
В зависимости от того, правша или левша использует устройство, и от того, какой участок карты изучается, можно по-разному устанавливать дополнительную линейку из эластичного материала (подвижная губка с рамкой может располагаться либо слева, либо справа от неподвижной губки; на фиг.5 показан вариант, когда подвижная губка 4 располагается справа от неподвижной губки 2).
Так как в зоне соединения части эластичной линейки 15 со шкалой делений с утолщением материал эластичной линейки будет деформироваться неравномерно, желательно «ноль» шкалы располагать на некотором удалении от зоны соединения с утолщением. Это расстояние может составлять величину, примерно равную ширине линейки (в нерастянутом состоянии).
В книге (Контрольно-измерительные приборы и инструменты. Учебник для нач. проф. образования. С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, А.Н. Толстов, Р.В. Меркулов. 5-е изд., перераб. М.: Издательский центр «Академия», 2011, 464 с.) (см. стр.81, рис.2.8в) изображен штангенциркуль, у которого есть устройство, называемое микроподачей, но нет верхних губок, предназначенных в основном для разметки поверхности и для измерения размеров внутри узких проточек. Такой конструкции штангенциркуля не приведено на рисунках на стр.50 в книге (Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. 2-ое изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993, 416 с.). Эти «верхние губки» могут создавать некоторые неудобства, поэтому в данном случае лучше использовать штангенциркули без этих губок. Но в книге (Марков Н.Н., Ганевский Г.М. Конструкция, расчет и эксплуатация контрольно-измерительных инструментов и приборов. 2-ое изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993, 416 с.) есть более подробное описание устройства и применения штангенциркулей, поэтому оставлена ссылка на эту книгу.
Для указания прототипа выбран рисунок из книги (Контрольно-измерительные приборы и инструменты. Учебник для нач. проф. образования. С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, А.Н. Толстов, Р.В. Меркулов. 5-е изд., перераб. М.: Издательский центр «Академия», 2011, 464 с. См. стр.81, рис.2.8в), так как этот вариант штангенциркуля более удобен для проведения замеров при использовании данного изобретения.
Для удобства эластичные линейки следует изготовлять из податливого эластичного материала. Например, чтобы растянуть эластичную линейку в 2 раза, требовалось бы усилие не более 5Н (0,5 кгс). В рабочем состоянии эластичные линейки находятся в растянутом состоянии (в рабочем состоянии их длина больше начальной длины свободно расположенной линейки).
Часто графики строятся в логарифмических (или полулогарифмических) координатах. Поэтому следует изготовить эластичные линейки не только с равномерной сеткой штрихов, но и с сеткой штрихов, расположенных с логарифмическим масштабом, для обработки данных, расположенных с логарифмическим масштабом.