Шкала нониуса является визуальной помощью , чтобы принять точное измерение чтения между два градацией маркировкой на линейную шкале с помощью механической интерполяции ; тем самым повышая разрешающую способность и снижая неопределенность измерения за счет использования нониуса для уменьшения ошибки оценки, связанной с человеком.
Нониус - это вспомогательная шкала, заменяющая одиночный указатель измеренного значения и имеющая, например, десять делений, равных по расстоянию девяти делениям на основной шкале. Интерполированное показание получается путем наблюдения, какая из градуировок нониусной шкалы совпадает с градуировкой на основной шкале, что легче воспринимать, чем визуальная оценка между двумя точками. Такое расположение может привести к более высокому разрешению за счет использования более высокого масштабного коэффициента, известного как постоянная нониуса. Нониус может использоваться на круговых или прямых весах, где достаточно простого линейного механизма. Примеры: штангенциркуль и микрометры для измерения с высокой точностью , секстанты для навигации , теодолиты.в геодезии и вообще на научных инструментах . Принцип интерполяции Вернье также используется для электронных датчиков перемещения, таких как абсолютные энкодеры, для измерения линейного или вращательного движения как части электронной измерительной системы.
История [ править ]
Штангенциркуль без шкалы возник в Древнем Китае еще при династии Цинь (9 г. н.э.). [1] [2] Вторичная шкала, обеспечивающая дополнительную точность, была изобретена в 1631 году французским математиком Пьером Вернье (1580–1637). [3] Его использование было подробно описано на английском языке в Navigatio Britannica (1750 г.) математиком и историком Джоном Барроу . [4] В то время как штангенциркуль сегодня является наиболее типичным применением нониусных шкал, они изначально были разработаны для приборов для измерения угла, таких как астрономические квадранты .
В некоторых языках нониусная шкала называется нониусом в честь португальского математика, космографа Педро Нунеса (лат. Petrus Nonius , 1502–1578). В английском языке этот термин использовался до конца 18 века. [5] Нониус теперь относится к более раннему инструменту, разработанному Нуньесом.
Название «нониус» было популяризировано французским астрономом Жеромом Лаландом (1732–1807) в его « Трейте д'астрономии» (2 тома) (1764). [6]
Функционирование [ править ]
Использование нониусной шкалы показано на штангенциркуле, который измеряет внутренний и внешний диаметры объекта.
Шкала нониуса построена так, что она находится на постоянной части фиксированной основной шкалы. Таким образом, для нониуса с константой 0,1 каждая отметка на нониусе находится на расстоянии девяти десятых от основной шкалы. Если вы сложите две шкалы вместе с выровненными нулевыми точками, первая отметка на нониусной шкале будет на одну десятую меньше первой основной отметки шкалы, вторая - на две десятых и так далее до девятой отметки, которая смещена на девять. десятые. Выравнивание происходит только при подсчете полных десяти отметок, потому что десятая отметка - это десять десятых - целая единица основной шкалы - короткая и, следовательно, совмещается с девятой отметкой на основной шкале. (Проще говоря, каждый VSD = 0,9 MSD, поэтому каждое уменьшение длины 0,1 добавляет десять раз, чтобы получить один MSD только в 9 делениях деления нониусной шкалы)
Теперь, если вы переместите нониус на небольшую величину, скажем, на одну десятую его фиксированной основной шкалы, единственная пара меток, которые будут выровнены, - это первая пара, поскольку это были единственные, изначально смещенные на одну десятую. Если мы переместим его на две десятых, вторая пара выровняется, поскольку это единственные пары, изначально смещенные на эту величину. Если мы переместим его на пять десятых, пятая пара выровняется - и так далее. Для любого движения выравнивается только одна пара меток, и эта пара показывает значение между метками на фиксированной шкале.
Наименьшее количество или константа верньера [ править ]
Разница между значением одного основного деления шкалы и значением одного деления нониусной шкалы называется наименьшим счетом нониуса, также известным как константа нониуса. Пусть наименьшее показание основной шкалы, то есть расстояние между двумя последовательными градуировками (также называемое шагом ), будет S, а расстояние между двумя последовательными градуировками шкалы нониуса равно V , так что длина (n - 1) делений основной шкалы равно n делениям нониусной шкалы. Потом,
- длина (n - 1) делений основной шкалы = длине n делений нониусной шкалы , или
- (n - 1) S = nV , или
- нС - S = нВ ,
Острота зрения по вернье [ править ]
Шкалы Вернье работают так хорошо, потому что большинство людей особенно хорошо умеют определять, какие из линий выровнены или смещены, и эта способность улучшается с практикой, фактически намного превышая оптические возможности глаза. Эта способность обнаруживать выравнивание называется нониусной остротой . [7] Исторически сложилось так, что ни одна из альтернативных технологий не использовала эту или любую другую гиперактивность, давая нониусной шкале преимущество перед ее конкурентами. [8]
Нулевая ошибка [ править ]
Ошибка нуля определяется как состояние, при котором измерительный прибор регистрирует показание, когда никакого показания быть не должно. В случае штангенциркуля это происходит, когда ноль на основной шкале не совпадает с нулем на нониусной шкале. Ошибка нуля может быть двух типов: когда шкала направлена в сторону чисел больше нуля, она положительна; остальное отрицательное. Метод использования нониусной шкалы или штангенциркуля с нулевой ошибкой заключается в использовании формулы: фактическое показание = основная шкала + нониусная шкала - (нулевая ошибка).
Ошибка нуля может возникнуть из-за ударов или других повреждений, которые приводят к смещению отметок 0,00 мм, когда губки полностью закрыты или просто касаются друг друга.
Положительная ошибка нуля относится к случаю, когда губки штангенциркуля только что закрыты, а показание является положительным и отличается от фактического показания 0,00 мм. Если показание составляет 0,10 мм, ошибка нуля обозначается как +0,10 мм.
Отрицательная ошибка нуля относится к случаю, когда губки штангенциркуля только что закрыты, а показание является отрицательным и отличается от фактического показания 0,00 мм. Если показание составляет 0,08 мм, ошибка нуля обозначается как -0,08 мм.
В случае положительного результата ошибка вычитается из среднего значения, считываемого прибором. Таким образом, если прибор показывает 4,39 см и ошибка +0,05, фактическая длина будет 4,39 - 0,05 = 4,34. Если отрицательный, ошибка добавляется к среднему показанию, которое показывает прибор. Таким образом, если прибор показывает 4,39 см и, как указано выше, ошибка составляет -0,05 см, фактическая длина будет 4,39 + 0,05 = 4,44. (Учитывая это, величина называется нулевой поправкой, которую всегда следует алгебраически прибавлять к наблюдаемым показаниям до правильного значения.)
- Нулевая ошибка (ZE) = ± n × наименьшее количество (LC)
Верньеры прямые и ретроградные [ править ]
Прямые верньеры являются наиболее распространенными. Индикаторная шкала сконструирована таким образом, что, когда ее нулевая точка совпадает с началом шкалы данных, ее деления находятся на немного меньшем расстоянии, чем деления шкалы данных, и поэтому ни одна, кроме последней градуировки, не совпадает с любыми делениями шкалы данных. N делений индикаторной шкалы перекрывают N − 1 делений шкалы данных.
Ретроградные верньеры встречаются на некоторых устройствах, в том числе геодезических. [9] Ретроградный нониус аналогичен прямому нониусу, за исключением того, что его градуировки расположены на несколько большем расстоянии, чем на основной шкале. N делений индикаторной шкалы покрывают N + 1 делений шкалы данных. Ретроградный нониус также проходит назад по шкале данных.
Аналогичным образом читаются прямой и ретроградный верньеры.
Недавнее использование [ править ]
В этом разделе приведены ссылки на методы, использующие принцип Вернье для выполнения измерений с высоким разрешением.
Вернье-спектроскопия - это разновидность лазерной абсорбционной спектроскопии с усилением резонатора, которая особенно чувствительна к следовым газам. В этом методе используется частотный гребенчатый лазер в сочетании с высокоточным оптическим резонатором для получения спектра поглощения с высокой степенью параллельности. Этот метод также позволяет обнаруживать следовые газы в очень низкой концентрации из-за эффекта усиления оптического резонатора на эффективную длину оптического пути. [10]
См. Также [ править ]
- Микрометр
- Нониус - устройство, изобретенное Педро Нунесом
- Разъем Nonius
- Пьер Вернье
- Поперечный (приборостроение) - техника, используемая до нониусных шкал
Ссылки [ править ]
- ^ Ронан, Колин А .; Нидхэм, Джозеф (24 июня 1994 г.). Более короткая наука и цивилизация в Китае: 4 . Издательство Кембриджского университета. п. 36. ISBN 978-0-521-32995-8.
регулируемый внешний калибр ... датируется 9 г. н.э.
. Сокращенная версия. - ^ "Бронзовый суппорт режима Ван Мана" . Архивировано из оригинального 31 августа 2014 года . Проверено 26 ноября 2013 года .
- ^ Вернье, Пьер (1631). La Construction, l'Usage et les Propriétez du Quadrant Nouveau de Mathématique [ Строительство, использование и свойства нового математического квадранта ] (на французском языке). Брюссель (Бельгия): Франсуа Вивьен.
- ^ Барроу назвал устройство шкалой Вернье. См .: Джон Барроу, Navigatio britannica: or a complete system of navigation ... (Лондон, Англия: W. and J. Mount and T. Page, 1750), стр. 140–142 , особенно стр. 142.
- ^ Даума, Морис, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели , Портман Букс, Лондон 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
- ↑ Лаланд, Жером (1764), Астрономия , т. 2 (Париж, Франция: Desaint & Saillant), страницы 859-860 .
- ^ Определение остроты зрения Вернье в Медицинском онлайн-словаре
- Перейти ↑ Kwan, A. (2011). «Весы Вернье и другие ранние устройства для точного измерения». Американский журнал физики . 79 (4): 368–373. DOI : 10.1119 / 1.3533717 .
- ^ Дэвис, Раймонд, Фут, Фрэнсис, Келли, Джо, Геодезия, теория и практика , McGraw-Hill Book Company, 1966 LC 64-66263
- ^ Фэн Чжу, Джеймс границы, Aysenur Bicer, Джеймс Strohaber, Александр А. Коломенский, Кристоф Gohle, Махмуд Амани, и Ганс А. Шуслер, «ближнего ИК диапазона частот гребенчатой нониусом спектрометр для обнаружения газа широкополосного следа»Opt. Экспресс 22, 23026-23033 (2014)
Внешние ссылки [ править ]
 | В Викиверситете есть учебные ресурсы о шкале Вернье |
- Использование шкалы нониуса в мм и см - тренажер
- Использование шкалы нониуса в дюймах - симулятор измерения и интерпретации
- Как читать штангенциркуль
- Расчет наименьшего числа в метрической и британской шкалах штангенциркуля
