EL MICROMETRO:
El micrómetro (del griego micros, pequeño, y metro, medición), también llamado Tornillo de Palmer, es un instrumento de medición cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico que sirve para medir las dimensiones de un objeto con alta precisión, del orden de centésimas de milímetros (0,01 mm) y de milésimas de milímetros (0,001 mm) (micra).
Para ello cuenta con dos puntas que se aproximan entre sí mediante un tornillo de rosca fina, el cual tiene grabado en su contorno una escala. La escala puede incluir un nonio. La máxima longitud de medida del micrómetro de exteriores normalmente es de 25 mm aunque existen también los de 0 a 30, por lo que es necesario disponer de un micrómetro para cada campo de medidas que se quieran tomar (0-25 mm), (25-50 mm), (50-75 mm), etc.
Frecuentemente el micrómetro también incluye una manera de limitar la torsión máxima del tornillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro de la precisión del instrumento.
Historia
El primer tornillo micrométrico fue inventado por William Gascoigne en el siglo XVII, como una mejora del vernier, fue entonces usado en un telescopio para medir las distancias angulares entre las estrellas. Su adaptación para las medidas pequeñas fue hecha por Jean Louis Palmer, este dispositivo es desde entonces llamado Palmer en Francia.
El tornillo micrómetro fue fabricado en masa y ampliamente difundido en el mercado en 1867 por Brown & Sharpe, lo que permitió el uso, de este instrumento de medida, en los talleres mecánicos de tamaño medio. Brown & Sharpe se inspiraron en varios instrumentos anteriores, uno de ellos el diseñado por Palmer.
En 1888 Edward Williams Mirley demostró la precisión de las medidas, con el micrómetro, en una serie compleja de experimentos.
Principios de funcionamiento
El principio de funcionamiento del micrómetro es un tornillo, que gira roscado en una tuerca fija, el desplazamiento del tornillo en el sentido longitudinal, es proporcional al giro dado.
El número de vueltas enteras dadas se ven un una regla longitudinal, la fracción de vuelta en un tambor solidario al tornillo.
En la figura puede ver un tipo de micrómetro, que permite medir la diferencia de cuota, pandeo, de una superficie, tomando como referencia tres puntos de la superficie, mediante tres palpadores cónicos, el tornillo central determina la diferencia de cuota.
En la regla graduada vertical, con una escala en milímetros, vemos el número de vueltas enteras dadas por el tornillo, de paso un milímetro, el valor cero corresponde a la posición de la punta del tornillo en el plano de los palpadores cónicos, la escala por encima del cero mide el resalte de la superficie y la escala por debajo del cero el rebajado del plano.
La fracción de vuelta se mide en el tambor de cien divisiones, el tambor sirve de indicador sobre la regla, el tambor ha la altura del cero de la regla y la división cero del tambor enfrentado con la regla indica 0,00mm de resalte, la punta del tornillo en el mismo plano que los tres palpadores.
El ejemplo de la figura, permite ver el principio de funcionamiento del micrómetro, la regla longitudinal que mide el número de vueltas enteras dadas por el tornillo, y el tambor que mide la fracción de giro, la combinación de estas dos escalas determina la medida, la precisión del micrómetro se debe a un amplio giro del tambor por un pequeño desplazamiento en el avance del tornillo.
Partes del micrómetro
Partiendo de un micrómetro normalizado de 0 a 25 mm, de medida de exteriores, podemos diferenciar las siguientes partes:
1. Cuerpo: que constituye el armazón del micrómetro.
2. Tope: que determina el punto cero de la medida
3. Espiga: elemento móvil que determina la lectura del micrómetro.
4. Tuerca de fijación: que permite bloquear el desplazamiento de la espiga.
5. Trinquete: que limita la fuerza ejercida al realizar la medición.
6. Tambor móvil, solidario a la espiga, en la que esta gravada la escala móvil de 50 divisiones.
7. Tambor fijo: solidaria al cuerpo, donde esta grabada la escala fija de 0 a 25 mm.
Si seccionamos el micrómetro podremos ver su mecanismo interno:
Donde podemos ver la espiga lisa en la parte que sobresale del cuerpo y roscada en la parte derecha interior, el paso de rosca es de 0,5mm, el tambor móvil solidario a la espiga que gira con él, el trinquete en la parte derecha de la espiga, con el mecanismo de embrague, que desliza cuando la fuerza ejercida supera un limite.
El extremo derecho del cuerpo es la tuerca donde esta roscada la espiga, esta tuerca esta ranurada longitudinalmente y tiene una rosca cónica en su parte exterior, con su correspondiente tuerca cónica de ajuste, este sistema permite compensar los posibles desgastes de la rosca, limitando, de este modo, el juego máximo entre la espiga y la tuerca roscada en el cuerpo del micrómetro.
Sobre el cuerpo esta encajado el tambor fijo, que se puede desplazar longitudinalmente o girar si es preciso, para ajustar la correcta lectura del micrómetro, y que permanecerá solidario al cuerpo en las demás condiciones.
La parte del tambor fijo, que deja ver el tambor móvil, es el número entero de vueltas que ha dado la espiga, dado que el paso de rosca de la espiga es de 0,5mm, la escala fija, grabada en el tambor fijo, tiene una escala de milímetros enteros en la parte superior y de medios milímetros en la inferior, esto es la escala es de medio milímetro.
El tambor móvil, que gira solidario con la espiga, tiene gravada la escala móvil, de 50 divisiones, numerada cada cinco divisiones, y que permite determinar la fracción de vuelta que ha girado el tambor, lo que permite realizar una lectura de 0,01mm en la medida.
Micrómetro con nonio
Micrómetro con nonio, indicando 5,783 mm.
Una variante de micrómetro un poco más sofisticado, además de las dos escalas anteriores tiene un nonio, en la fotografía, puede verse en detalle las escalas de este modelo, la escala longitudinal presenta las divisiones de los milímetros y de los medios milímetro en el lado inferior de la línea del fiel, la escala del tambor tiene 50 divisiones, y sobre la línea del fiel presenta una escala nonio de 10 divisiones numerada cada dos, la división de referencia del nonio es la línea longitudinal del fiel.
En la imagen, la tercera división del nonio coincide con una división de la escala del tambor, lo que indica que la medida excede en 3/10 de las unidades del tambor.
Esto es, en este micrómetro se aprecia: en la escala longitudinal la división de 5 mm, la subdivisión de medio milímetro, en el tambor la línea longitudinal del fiel coincide por defecto con la división 28, y en el nonio su tercera división esta alineada con una división del tambor, luego la
Medida es:
La combinación de estos métodos da lugar a un instrumento, quizá un poco sofisticado, que puede dar la lectura con una apreciación de una micra. Una enorme precisión para los usos empíricos usuales.
Otros micrómetros
Micrómetro de paso de rosca 1mm, tambor de 100 divisiones, lectura 8,01mm
Según las necesidades de uso, existen otros micrómetros, que no cumplen los parámetros anteriores de longitud 25mm, paso de rosca 0,5mm y 50 divisiones del tambor.
En la imagen podemos ver un micrómetro de 25mm de longitud, 0 a 25mm de margen de lectura, 1mm de avance por vuelta de tambor y 100 divisiones en el tambor.
En este micrómetro no hay que realizar la operación de sumar medio milímetro, dado que sus 100 divisiones dan lugar a una lectura más sencilla, los milímetros se leen directamente en la escala fija longitudinal, y las centésimas en el tambor, lo que resulta más sencillo y practico, presentando el inconveniente de necesitar un tambor de mayor diámetro para poder distribuir las 100 divisiones. Este mayor diámetro puede ser un inconveniente según la forma y tamaño de la pieza a medir.
En la imagen se puede ver la distancia entre caras de una tuerca, con una medida de 8,01mm.
Micrómetro de profundidades
En el caso del micrómetro de profundidad, sonda, se puede ver las similitudes con el tornillo micrométrico de exteriores, si bien en este caso la escala esta en sentido inverso
Cuando la sonda esta recogida, en su menor medida, el tambor fijo se ve en si totalidad, y el tambor móvil oculta la escala fija a medida que la medida aumenta, por tanto el valor en milímetros enteros y medio milímetro es el ultimo que se oculto por el tambor móvil, la lectura de la escala misil es similar a la del micrómetro de exteriores.
El micrómetro es un dispositivo ampliamente usado en ingeniería mecánica, para medir con precisión grosor de bloques medidas internas y externas de ejes y profundidades de ranuras. Los micrómetros tienen como principal característica la precisión en la medida, entre los instrumentos de medida de longitudes: regla graduada, cinta métrica, calibre y reloj comparador.
En los procesos de fabricación mecánica de precisión, especialmente en el campo de rectificados se utilizan varios tipos de micrómetros de acuerdo a las características que tenga la pieza que se está mecanizando.
Podemos diferenciar varios tipos de micrómetro, clasificándolos según distintos, así podemos distinguir:
Según la tecnología de fabricación:
Mecánicos: los más clásicos, basados en elementos exclusivamente mecánicos.
Electrónicos: Fabricados con elementos electrónicos, empleando normalmente tecnología digital.
Por la unidad de medida:
Sistema decimal: según el Sistema métrico decimal, empleando el Milímetro como unidad de longitud.
Sistema ingles: según el Sistema anglosajón de unidades, utilizando un divisor de la Pulgada como unidad de medida.
Por la normalización:
Estándar: Para un uso general, en cuanto a la apreciación y amplitud de medidas.
Especiales: de amplitud de medida o apreciación especiales, destinados a mediciones especificas, en procesos de fabricación o verificación concretos.
Por la horquilla de medición:
En los micrómetros estándar métricos todos los tornillos micrométricos miden 25mm, pudiendo presentarse horquillas de medida de 0 a 25mm, 25 a 50mm, de 50 a 75 etc., hasta medidas que superan el metro.
En el sistema ingles de unidades la longitud del tornillo suele ser de una pulgada, y las distintas horquillas de medición suelen ir de una en una pulgada.
Por las medidas a realizar:
De exteriores: si se mide las cuotas exteriores de la pieza.
De interiores: si se mide cuotas interiores de la pieza.
De profundidad: si se mide la diferencia de cuota entre dos superficies paralelas.
Por la forma de los paleadores:
Paralelos planos: los más normales para medir entre superficies planas paralelas.
De puntas cónicas para roscas: para medir entre los filetes de una superficie roscada.
De platillos para engranajes: con platillos para medir entre dientes de engranajes.
De palpadores radiales: para medir diámetros de agujeros pequeños.
La versatilidad de este instrumento de medida da lugar a una gran amplitud de diseños, según las características ya vistas, o por otras que puedan plantearse, pero en todos los casos es fácil diferenciar las características comunes del tornillo micrométrico en todas ella, en la forma de medición, horquilla de valores de medida y presentación de la medida
Modo de Uso:
I. Precauciones al medir
Verificar la limpieza del micrómetro:
El mantenimiento adecuado del micrómetro es esencial, antes de guardarlo, no deje de limpiar las superficies del husillo, yunque, y otras partes, removiendo el sudor, polvo y manchas de aceite, después aplique aceite anticorrosivo.
No olvide limpiar perfectamente las caras de medición del husillo y el yunque, o no obtendrá mediciones exactas. Para efectuar las mediciones correctamente, es esencial que el objeto a medir se limpie perfectamente del aceite y polvo acumulados.
Utilice el micrómetro adecuadamente:
Para el manejo adecuado del micrómetro, sostenga la mitad del cuerpo en la mano izquierda, y el manguito o trinquete (también conocido como embrague) en la mano derecha, mantenga la mano fuera del borde del yunque.
II. Método correcto para sujetar el micrómetro con las manos
Algunos cuerpos de los micrómetros están provistos con aisladores de calor, si se usa un cuerpo de éstos, sosténgalo por la parte aislada, y el calor de la mano no afectará al instrumento.
El trinquete es para asegurar que se aplica una presión de medición apropiada al objeto que se está midiendo mientras se toma la lectura.
Inmediatamente antes de que el husillo entre en contacto con el objeto, gire el trinquete suavemente, con los dedos. Cuando el husillo haya tocado el objeto de tres a cuatro vueltas ligeras al trinquete a una velocidad uniforme (el husillo puede dar 1.5 o 2 vueltas libres). Hecho esto, se ha aplicado una presión adecuada al objeto que se está midiendo.
Si acerca la superficie del objeto directamente girando el manguito, el husillo podría aplicar una presión excesiva de medición al objeto y será errónea la medición.
Cuando la medición esté completa, despegue el husillo de la superficie del objeto girando el trinquete en dirección opuesta.
Como usar el micrómetro del tipo de freno de fricción:
Antes de que el husillo encuentre el objeto que se va a medir, gire suavemente y ponga el husillo en contacto con el objeto. Después del contacto gire tres o cuatro vueltas el manguito. Hecho esto, se ha aplicado una presión de medición adecuada al objeto que se está midiendo.
III. Asegure el contacto correcto entre el micrómetro y el objeto.
Es esencial poner el micrómetro en contacto correcto con el objeto a medir. Use el micrómetro en ángulo recto (90º) con las superficies a medir.
Métodos de medición
Cuando se mide un objeto cilíndrico, es una buena práctica tomar la medición dos veces; cuando se mide por segunda vez, gire el objeto 90º.
No levante el micrómetro con el objeto sostenido entre el husillo y el yunque.
No levante un objeto con el micrómetro
No gire el manguito hasta el límite de su rotación, no gire el cuerpo mientras sostiene el manguito.
IV. Verifique que el cero esté alineado
Cuando el micrómetro se usa constantemente o de una manera inadecuada, el punto cero del micrómetro puede desalinearse. Si el instrumento sufre una caída o algún golpe fuerte, el paralelismo y la lisura del husillo y el yunque, algunas veces se desajustan y el movimiento del husillo es anormal.
Paralelismo de las superficies de medición
1) El husillo debe moverse libremente.
2) El paralelismo y la lisura de las superficies de medición en el yunque deben ser correctas.
3) El punto cero debe estar en posición (si está desalineado siga las instrucciones para corregir el punto cero).
V. Como corregir el punto cero
Método I)
Cuando la graduación cero está desalineada.
1) Fije el husillo con el seguro (deje el husillo separado del yunque)
2) Inserte la llave con que viene equipado el micrómetro en el agujero de la escala graduada.
3) Gire la escala graduada para prolongarla y corregir la desviación de la graduación.
4) Verifique la posición cero otra vez, para ver si está en su posición.
Método II)
Cuando la graduación cero está desalineada dos graduaciones o más.
1) Fije el husillo con el seguro (deje el husillo separado del yunque)
2) Inserte la llave con que viene equipado el micrómetro en el agujero del trinquete, sostenga el manguito, gírelo del trinquete, sostenga el manguito, gírelo en sentido contrario a las manecillas del reloj.
3) Empuje el manguito hacia afuera (hacia el trinquete), y se moverá libremente, relocalice el manguito a la longitud necesaria para corregir el punto cero.
4) Atornille toda la rosca del trinquete y apriételo con la llave.
5) Verifique el punto cero otra vez, y si la graduación cero está desalineada, corríjala de acuerdo al método I.
Lectura del Micrómetro:
Para el micrómetro estándar en milímetros nos referimos a la figura 2. Para lecturas en centésimas de milímetro primero tome la lectura del cilindro (obsérvese que cada graduación corresponde a 0.5 mm) y luego la del tambor, sume las dos para obtener la lectura total.
. Lectura de un micrómetro convencional
a. Lectura sobre el cilindro 4.0
b. Lectura entre el 4 y el borde del tambor 0.5
c. Línea del tambor que coincide con el cilindro 0.49
Lectura total: 4.99 mm
• Note que el tambor se ha detenido en un punto más allá de la línea correspondiente a 4mm.
• Note también que una línea adicional (graduación de 0.5 mm) es visible entre la línea correspondiente a 4mm y el borde del tambor.
• La línea 49 sobre el tambor corresponde con la línea central del cilindro así:
El tornillo micrométrico.
El micrómetro para medidas exteriores es un aparato formado por un eje móvil (c) con una parte roscada (e), al extremo de la cual va montado un tambor graduado (f); haciendo girar el tambor graduado se obtiene el movimiento del tornillo micrométrico (e) y por consiguiente el eje móvil (c), que va a apretar la pieza contra el punto plano (b). Sobre la parte fija (d), que está solidaria al arco (a), va marcada la escala lineal graduada en milímetros o pulgadas. A diferencia del vernier hay un micrómetro para cada sistema de unidades. Las partes fundamentales de un micrómetro son:
• Arco de herradura.
• Punto fijo plano.
• Eje móvil, cuya punta es plana y paralela al punto fijo.
• Cuerpo graduado sobre el que está marcada una escala lineal graduada en mm y ½ mm.
• Tornillo solidario al eje móvil.
• Tambor graduado.
• Dispositivos de blocaje, que sirven para fijar el eje móvil en una medida patrón y poder utilizar el micrómetro de calibre pasa, no pasa.
• Embrague. Este dispositivo consta de una rueda moleteada que actúa por fricción. Sirve para impedir que a la presión del eje móvil sobre la pieza supere el valor de 1 Kg/cm², ya que una excesiva presión contra la pieza pueda dar lugar a medidas erróneas.
Figura 3. El Tornillo Micrométrico.
El micrómetro presenta dos graduaciones para la lectura del milímetro y la centésima de mi¬límetro. La rosca del tornillo micrométrico tiene un paso
De 0,5 mm. Por tanto con un giro completo del tomillo, el tambor graduado avanza o retrocede 0,5 mm.
La extremidad cónica del tambor está dividida en 50 partes de otra graduación. Por tanto la apreciación se hace en este caso dividiendo el paso entre 50 partes; sería 0,5 : 50 — 0,01 mm. Girando el tambor, el cuerpo graduado en centé¬simas, el eje móvil y el embrague van corriendo por la escala graduada fija. El milímetro y el me¬dio milímetro se leen sobre la graduación lineal fija que está en correspondencia con la gradua¬ción de la parte cónica del tambor graduado.
El Micrómetro de profundidades
El micrómetro de profundidad sirve para com¬probar la medida de la profundidad del agujero, acanaladuras, etc. Se diferencia del micrómetro para medidas externas en que se sustituye el arco por un puente aplicado a la cabeza del mi¬crómetro.
El campo de medida de este instrumento es de 25 mm y su aproximación es de 0,01 mm. Las partes fundamentales son:
• Puente de acero. La anchura puede variar de 50 a 100 mm.
• Plano de apoyo.
• Eje móvil.
• Dispositivo de blocaje.
• Cuerpo graduado.
• Tambor graduado
Para aumentar la capacidad de lectura, el micrómetro de profundidad dispone de unos ejes de medidas variables que son intercambiables. La figura 4. Indica un ejemplo de medida con micrómetro de profundidad. Para que la medida sea correcta es indispensable que el plano del puente del micrómetro se adapte perfectamente a la superficie de la pieza, y con la mayor zona de contacto posible.
Micrómetro de interiores
El micrómetro para interiores sirve para medir el diámetro del agujero y otras cotas internas su¬periores a 50 mm. Está formado por una cabeza micrométrica sobre la que pueden ser montados uno o más ejes combinables de prolongamiento. La (figura. 5). Muestra las partes principales del mi¬crómetro:
• Tambor graduado.
• Cuerpo graduado.
• Tornillo micrométrico.
• Dispositivo de blocaje.
• Punta fija de la cabeza micrométrica.
• Primer tubo de prolongamiento, atornillado directamente sobre la cabeza.
• Eje que se atornilla por el interior del primer tubo de prolongamiento.
• Segundo tubo de prolongamiento atornillado sobre el primer tubo.
• Eje atornillado por el interior del primer tubo.
• Extremidad esférica.
• Extremidad plana.
Figura 5. El Micrómetro de interiores
Con el tambor completamente abierto la cabeza da una longitud de 50 mm. El campo de medida es de cerca de 13 mm. Con sólo la cabeza del micrómetro, pueden por tanto efectuarse medidas comprendidas entre 50 y 63 mm (fig.6).
Para ampliar las medidas se pueden utilizar uno o más ejes de prolongación. Un conjunto completo está constituido por 5 ejes con medidas que son: 13, 25, 50, 100 y 150 mm.
Combinando los ejes de diferentes maneras puede medirse cualquier distancia comprendida entre 50 y 400 mm.
Para medidas superiores a 400 mm hace falla ejes suplementarios de 200 mm. La (fig. 6), muestra un ejemplo de medida efec¬tuada montando sobre la cabeza micrométrica dos ejes de prolongamiento.
Errores de Medición sobre el Micrómetro:
• Incertidumbre
En una serie de lecturas sobre una misma dimensión constante, la inexactitud o incertidumbre es la diferencia entre los valores máximo y mínimo obtenidos.
Incertidumbre = valor máximo - valor mínimo
• Error Absoluto
El error absoluto es la diferencia entre el valor leído y el valor convencionalmente verdadero correspondiente.
Error absoluto = valor leído - valor convencionalmente verdadero
• Error Relativo
El error relativo es la razón del error absoluto y el valor convencionalmente verdadero
Error relativo = Error absoluto / valor convencionalmente verdadero
Como el error absoluto es igual a la lectura menos el valor convencionalmente verdadero, entonces:
Error relativo = (valor leído - valor real) / valor real
Con frecuencia, el error relativo se expresa como un porcentaje de error, multiplicándolo por cien:
Porcentaje de error = Error relativo*100%
• Ejemplo de la medida de un error
Sea por ejemplo, un remache cuya longitud es 5.4 mm y se mide cinco veces sucesivas, obteniéndose las siguientes lecturas:
5.5 mm; 5.6 mm; 5.5 mm; 5.6 mm; 5.3 mm
Incertidumbre = 5.6 -5.3 = 0.3 mm
Los errores absolutos de cada lectura serían:
5.5 - 5.4 = 0.1 mm
5.6 - 5.4 = 0.2 mm
5.5 - 5.4 = 0.1 mm
5.6 - 5.4 = 0.2 mm
5.3 - 5.4 = -0.1 mm
El signo nos indica si la lectura es mayor (signo +) o si es menor (signo -) que el valor convencionalmente verdadero. El error absoluto tiene las mismas unidades de la lectura.
El error relativo y el porcentaje de error para cada lectura serían:
0.1 / 5.4 = 0.0185 = 1.85 %
0.2 / 5.4 = 0.037 = 3.7 %
0.1 / 5.4 = 0.0185 = 1.85 %
0.2 / 5.4 = 0.037 = 3.7 %
-0.1 / 5.4 = 0.0185 = -1.85 %
INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD Y CONSERVACIÓN:
Una vez usado el micrómetro, limpiar el tacto de las manos con una gamuza y posteriormente dar a los contactos una ligera capa de vaselina neutra.
Siempre que el micrómetro esté sin utilizar debe guardarse en un estuche cerrado. A su vez debe protegerse conservándolo en vitrinas cerradas o en armarios de taller.
Paralelamente al mantenimiento que se realiza con el uso del instrumento, debe efectuarse una revisión a fondo en el momento en que éste se envía a la calibración periódica. Esta operación se hace por personal cualificado de Metrología y comprende el desmontaje de los componentes del equipo (cuando proceda), revisión, limpieza y puesta a punto del instrumento.