کولیس ورنیه به ابزاری گفته می‌شود که معمولا برای انواع اندازه‌گیری‌های دقیق استفاده می‌شود و لزوما فقط مربوط به موارد مهندسی نیست. سه نوع کولیس ورنیه وجود دارد که معمولا در آزمایشگاه برای اندازه‌گیری دقیق طول اجسام کوچک استفاده می‌شود که با استفاده از مقیاس متر یا هر ابزار دیگری نمی‌توان آن را انجام داد.
- نوع A
- نوع B
- نوع C
مهمترین کاربرد هر کولیس ورنیه اندازه گیری قطر داخلی و خارجی یک جسم است. کلمه کولیس (caliper) به معنای هر ابزاری با دو فک است که برای تعیین قطر اجسام استفاده می شود. کولیس برای به دست آوردن اندازه گیری های دقیق در آزمایش های علمی بسیار مورد نیاز است.
اصولی که کولیس ورنیه بر اساس آن کار می کند این است که هر گاه دو مقیاس یا تقسیم بندی وجود داشته باشد که اندازه آنها کمی متفاوت است، از اختلاف بین آن ها استفاده می شود تا دقت اندازه گیری افزایش یابد.
اجزای کولیس ورنیه
از آن جایی که کولیس ورنیه در جاهایی که نیاز به اندازه گیری بسیار دقیق وجود دارد بسیار پرتقاضاست بنابراین ضروری است که اجزای آن را که در زیر آمده است به درستی بشناسیم. اجزای اصلی کولیس ورنیه عبارتند از:
- مقیاس اصلی
- مقیاس ورنیه
- پیچ انگشتی
- پیچ قفل
- عمق سنج
- فک ثابت
- فک متحرک
مقیاس اصلی
کولیس ورنیه غالبا از دو خط کش فولادی تشکیل شده است که می توانند به موازات یکدیگر بلغزند. یکی از آن ها یک نوار فلزی مستطیل شکل بلند با یک فک ثابت در یک سر آن است، قسمت بالایی آن بر حسب اینچ و در قسمت پایینی آن بر حسب سانتی متر درجه بندی شده است که به عنوان مقیاس اصلی شناخته می شود. مقیاس اصلی را می توان روی چهارچوب های صلب L شکل مشاهده کرد که روی آن ها علامت های سانتی متر به 20 قسمت تقسیم شده است به طوری که یک قسم می تواند برابر با 0.05 سانتی متر باشد. این همان چیزی است که امکان بهبود تکنیک های اندازه‌گیری رایج و همچنین اندازه‌گیری های مستقیم را با استفاده از روش درجه‌بندی خطی می‌دهد.
مقیاس ورنیه
یک نوار فلزی مستطیلی کوچک دیگر نیز وجود دارد که با نسبت خاصی از مقیاس اصلی درجه بندی شده است که به آن مقیاس ورنیه می گویند و دارای یک فک شبیه به مقیاس اصلی است که روی نوار فلزی بلند می لغزد. در کولیس ورنیه دو فک وجود دارد که یکی فک بالا و دیگری فک پایین است. این فک ها برای محکم نگه داشتن جسم در حین اندازه گیری طول (که با استفاده از مقیاس متر غیرممکن است) آن استفاده می شوند.
فک خارجی که به عنوان فک پایین نیز شناخته می شود معمولا برای اندازه گیری قطر یک کره یا استوانه استفاده می شود در حالی که فک های داخلی یا فک های بالایی معمولا برای اندازه گیری قطر داخلی یک استوانه توخالی استفاده می شوند. یک نوار فلزی نیز به پشت کولیس ورنیه متصل است و برای اندازه گیری عمق داخلی استوانه کاربرد دارد.
اصل کار کولیس ورنیه
هر ابزار اندازه گیری نمی تواند اجسام کوچکتر از 1 میلی متر را اندازه گیری کند در حالی که کولیس ورنیه می تواند اجسام تا 1 میلی متر را اندازه گیری کند. همانطور که قبلا گفته شد کولیس ورنیه دارای دو مقیاس است، مقیاس اصلی و مقیاس ورنیه. هر دوی آن ها امکان اندازه گیری طول های بسیار کوچک مانند 0.1 میلی متر و غیره را فراهم می کنند. مقیاس اصلی دارای کمترین شمارش 1 میلی متر است در حالی که مقیاس ورنیه دارای کمترین شمارش 0.9 میلی متر است. 10 واحد از مقیاس اصلی معادل 1 سانتی متر است در حالی که 10 واحد مقیاس ورنیه معادل 0.9 میلی متر است.
واحد مقیاس ورنیه میلی متر است، این تفاوت اصلی مقیاس اصلی و مقیاس ورنیه که 0.1 میلی متر است می باشد و به عنوان اصل کار کولیس ورنیه نیز شناخته می شود.
کمترین شمارش کولیس ورنیه
تفاوت بین مقادیر تقسیم مقیاس اصلی و مقیاس ورنیه کمترین شمارش کولیس ورنیه نامیده می شود. کمترین شمارش کولیس ورنیه به کوچکترین مقدار قابل اندازه گیری با این ابزار اطلاق می شود. برای محاسبه کمترین شمارش کولیس ورنیه، کوچکترین مقدار در مقیاس اصلی بر تعداد تقسیمات در مقیاس ورنیه تقسیم شود.
به عنوان مثال، اگر مقدار تقسیم مقیاس اصلی 1 میلی متر باشد و تعداد کل تقسیم در مقیاس ورنیه 10 میلی متر باشد، کمترین شمارش 0.1 میلی متر خواهد بود. بنابراین کمترین شمارش، کوچکترین فاصله ای است که می توان با استفاده از ابزاری به نام کولیس ورنیه اندازه گیری کرد.
خطای صفر کولیس ورنیه
خطای صفر در کولیس ورنیه به خطای ریاضی گفته می شود که به موجب آن صفر مقیاس ورنیه با صفر مقیاس اصلی منطبق نمی شود. در صورتی که علامت صفر در مقیاس ورنیه با علامت صفر در مقیاس اصلی منطبق نباشد، خطای رخ داده به عنوان خطای صفر نامیده می شود. خطاهای صفر 2 نوع هستند که به شرح زیر است:
- خطای صفر مثبت
- خطای صفر منفی
1) خطای صفر مثبت
در صورت خطای صفر مثبت، اگر این فک ها به هم نزدیک شوند، ناظر می تواند صفر مقیاس ورنیه را از صفر مقیاس اصلی جلوتر ببیند. می توان گفت که صفر مقیاس ورنیه در سمت راست صفر مقیاس اصلی است. در هر صورت اگر جلوتر از صفر مقیاس اصلی باشد یا در سمت راست صفر مقیاس اصلی باشد به آن خطای صفر مثبت می گویند.
2) خطای صفر منفی
در خطای صفر منفی، هنگامی که هر دو فک به هم نزدیک شوند، ناظر می تواند ببیند که صفر مقیاس ورنیه در پشت صفر مقیاس اصلی یا در سمت چپ آن قرار دارد. به این حالت خطای صفر منفی می گویند.
3) بدون خطای صفر
بدون خطای صفر، هنگامی که هر دو فک به هم نزدیک می شوند، ناظر می تواند ببیند که صفر مقیاس اصلی با صفر مقیاس ورنیه منطبق است. اگر دقیقا در یک خط مستقیم باشند می گویند کولیس ورنیه بدون خطای صفر است یا می توان گفت در آن کولیس ورنیه خطای صفر وجود ندارد.
انواع کولیس ورنیه
- کولیس لبه تخت
- کولیس لبه چاقویی
- کولیس چرخ دنده
- کولیس عمق سنج
- کولیس لبه تخت و چاقویی
- کولیس ارتفاع سنج
- کولیس ساعتی یا عقربه ای
1) کولیس لبه تخت
کولیس لبه تخت ورنیه به نوعی از ورنیه گفته می شود که برای کارهای معمولی مانند اندازه گیری خارجی طول، عرض، ضخامت و قطر استفاده می شود. از آنجایی که لبه آن از نوع خاصی است، اندازه گیری داخلی را نیز می توان با آن انجام داد اما از مقدار اندازه گیری شده، عرض باید کم شود. این نوع اندازه گیری اغلب روی فک نوشته می شود در غیر این صورت باید با میکرومتر اندازه گیری شود.
2) کولیس فک چاقویی
کولیس فک چاقویی عمدتا برای اندازه گیری فضاهای باریک، فاصله سوراخ های پیچ و غیره استفاده می شود. اهمیت آن به دلیل لبه نازک فک آن است که البته به سرعت فرسوده شده و در نتیجه اندازه گیری آن نادرست خواهد بود. استفاده از این نوع کولیس باید کم و با احتیاط باشد.
3) کولیس چرخ دنده
کولیس چرخ دنده به نوع خاصی از ابزار گفته می شود که از ترکیب دو کولیس ورنیه ساخته می شود. این نوع کولیس از دو مقیاس مجزا تشکیل شده است که یکی مقیاس عمودی و دیگری مقیاس افقی است. با استفاده از این کولیس می توان ضخامت یک دندان چرخدنده را از دایره گام بدست آورد و یا می توان گفت که از این کولیس برای اندازه گیری قسمت های مختلف چرخ دنده استفاده می شود.
4) کولیس عمق سنج
عمق سنج ورنیه به ابزاری گفته می شود که برای اندازه گیری عمق حفره/سوراخ و شیار استفاده می شود. این نوع کولیس تقریبا شبیه کولیس ورنیه معمولی است و خواندن آن نیز به همان صورت است اما دارای پایه ای صاف است که به جای فک استفاده می شود.
عمق سنج با استفاده از یک تیغه نازک مانند یک خط کش باریک ساخته شده است و مقیاس اصلی و ورنیه نیز هم به صورت اینچ و هم به صورت متریک است. هدف اصلی چنین کولیسی این است که بتوان سه نوع را با آن اندازه گیری کند:
- مقیاس اصلی با اینچ مشخص می‌شود و به ۶۴ زیر بخش تقسیم می‌شود
- سر دیگر دارای 40 زیربخش است و هر چهار خط در میان یک خط بزرگتر قرار دارد. این شامل اندازه محلی با حداقل اندازه گیری 0.001 است و با کمک مقیاس ورنیه بدست آمده است.
- خوانش ها بر حسب میلی متر یافت می شوند که می توانند حداقل اندازه گیری 0.02 میلی متر را به همراه مقیاس ورنیه انجام دهند.
5) کولیس لبه تخت و چاقویی
کولیس های ورنیه با لبه‌ی تخت و چاقویی به آن دسته از کولیس هایی گفته می‌شود که یک فک آن ها مانند کولیس معمولی و فک دیگر دارای لبه ی چاقویی است. از این نوع کولیس ها می توان برای انجام انواع کارها استفاده کرد، زیرا می تواند همه چیز را به راحتی اندازه گیری کند.
6) کولیس ارتفاع سنج
کولیس های ارتفاع سنج برای اندازه گیری دقیق ارتفاع در مواردی که دقت بالایی مورد نیاز است استفاده می شود. این ابزار کاملا شبیه به کولیس ساده است با این تفاوت که با اتصال برخی از ملحقات اضافی استفاده می شود. خط کش به صورت طولی روی پایه نصب است. همچنین شاخک اندازه گیری که با استفاده از آن ارتفاع کار اندازه گیری یا علامت گذاری می شود بر روی خود خط کش نصب می گردد. این نوع کولیس ها به دو نوع مختلف طبقه بندی می شوند:
- پایه صلب
- پایه متحرک
در نوع صلب امکان تنظیم خط کش یا پایه مطابق با نیاز وجود ندارد در حالی که در پایه متحرک این امکان وجود دارد. کولیس ارتفاع سنج به صورت ست بوده و دارای پایه، پ پيچ محکم کننده شاخک اندازه گيری و… می باشد. این نوع ارتفاع سنج را می توان با جداکردن پایه آن به عنوان یک کولیس ساده استفاده کرد. برای استفاده از هر دو نوع ارتفاع سنج ورنیه، رعایت نکات زیر الزامی است:
- اطمینان حاصل کنید که از آن بر روی سطح صاف استفاده می کنید
- برای پیشگیری از شکستگن، از وارد کردن فشار بیش از حد هنگام علامت گذاری خودداری کنید
- فقط برای علامت گذاری یا اندازه گیری دقیق استفاده شود
- اندازه ها بعد از خواندن یادداشت شود
7) کولیس ساعتی یا عقربه ای
در کولیس تا آنجا که مربوط به خواندن است، احتمال اشتباه وجود دارد. بنابراین برای جلوگیری از این موارد، امروزه از کولیس های ساعتی استفاده می شود که جایگزین مقیاس ورنیه شده اند و برای جلوگیری از خطای خواندن، یک صفحه مدرج نیز دارند.
مشابه کولیس های ورنیه، این ابزار می تواند برای اندازه گیری ابعاد به اینچ و همچنین میلی متر استفاده شود. یک رک و پینیون (چرخ و شانه) نیز در این نوع کولیس استفاده شده است. رک در مقیاس اصلی قرار دارد و به پینیون صفحه مدرج متصل شده است.
فک متحرک آن توسط غلتک انگشتی حرکت می کند. در خواندن این نوع کولیس نیز مثل کولیس ورنیه، اول عدد صحیح را از روی خط کش خوانده و سپس مقداری که عقربه نشان می دهد را به آن اضافه می کنیم تا عدد کامل به دست آید.
نوع A ،B و C کولیس ورنیه
کولیس های ورنیه به طور کلی بر اساس استاندارد بین المللی 1974-3651 طبقه بندی می شوند. بر اساس این استاندارد سه نوع کولیس ورنیه وجود دارد که برای برآوردن نیازهای اندازه گیری خارجی و داخلی تا 2000 میلی متر با دقت 0.02، 0.05 و 0.1 میلی متر تعیین شده اند. انواع مختلف کولیس ورنیه به انواع A، نوع B و نوع C طبقه بندی می شوند.
نوع A
این نوع ورنیه تنها با یک مقیاس ساخته می شود که در جلوی خط کش قرار دارد و امکان خواندن مستقیم را فراهم می کند. این کولیس ها دارای فک هایی در دو طرف خود برای محاسبه اندازه های خارجی و داخلی هستند. همچنین دارای تیغه ای برای اندازه گیری عمق هستند. کولیس های نوع A از فولاد با کیفیت بسیار خوب ساخته شده اند و سطوح اندازه گیری آن تا 650HV سخت شده است. خط کش به طور مسطح طراحی شده است تا تحت تاثیر تلورانس برای طول های اسمی 900 تا 1000 میلی متر، برای اندازه های 1500 و 2000 میلی متر قرار نگیرد.
طبق استاندارد IS 3651-1974 اندازه های اسمی برای اندازه گیری عبارتند از:
0mm-125mm, 0-200mm, 0-250mm, 0-300mm, 0-500mm and 0-750mm
این مقیاس هم برای اندازه گیری های خارجی و هم برای اندازه گیری های داخلی به خوبی عمل می کند. فک ثابت به عنوان بخش جدایی ناپذیر از خط کش است و فک لغزنده به گونه ای ساخته شده است که حرکت آزادانه در امتداد میله داشته باشد.
نوع B
نوع B به ورنیه هایی گفته می‌شود که تنها از یک مقیاس ساخته شده‌اند و در جلوی خط کش قرار دارند تا بتوان آن را درست خواند. دارای دو فک در یک طرف برای اندازه گیری خارجی و داخلی است. تمام طول خط کش تعمدا مسطح ساخته می شود تا تحت تاثیر تلرانس 0.05 میلی متر برای طول های اسمی تا 300 میلی متر، 0.08 میلی متر برای 900 تا 1000 میلی متر و 0.015 میلی متر برای اندازه های 1500 و 2000 میلی متر قرار نگیرد.
در این نوع کولیس ورنیه برای اندازه گیری های داخلی و خارجی فک جداگانه ای وجود ندارد و دو فک در یک طرف هم اندازه گیری داخلی و هم خارجی را انجام می دهند.
اگر بخواهیم اندازه گیری های داخلی انجام دهیم، باید چند نکته را به خاطر بسپاریم:
حداقل اندازه ی داخلی باید بیشتر از کل عرض فک ها هنگامی که کنار هم هستند باشد.
با افزودن عرض فک های اندازه گیری به مقدار خوانده شده اندازه داخلی به دست می آید.
نوع C
این نوع کولیس دارای فک هایی در دو طرف خود است. از فک پایین برای اندازه گیری و از فک بالا برای نشانه گذاری استفاده می شود.
کل طول خط کش تعمدا مسطح ساخته می شود تا تحت تاثیر تلرانس 0.05 میلی متر برای طول های اسمی تا 300 میلی متر، 0.08 میلی متر برای 900 تا 1000 میلی متر و 0.015 میلی متر برای اندازه های 1500 و 2000 میلی متر قرار نگیرد.
