الفرجار

تُستخدم الفرجار الداخلي لقياس الحجم الداخلي لجسم ما.

• يتطلب الفرجار العلوي في الصورة (على اليمين) ضبطًا يدويًا قبل التركيب. يتم ضبط هذا النوع من الفرجار بدقة عن طريق النقر برفق على ساقيه على سطح مناسب حتى يكادا يمران فوق الجسم المراد قياسه. ثم يتم الضغط برفق على برغي المحور المركزي لتوسيع الساقين إلى البعد الصحيح، مما يوفر الإحساس المطلوب والمتسق الذي يضمن قياسًا دقيقًا ومتكررًا.
• يحتوي الفرجار السفلي في الصورة على برغي ضبط يسمح بضبطه بعناية دون إزالة الأداة من قطعة العمل.

تُستخدم الفرجار الخارجي لقياس الحجم الخارجي لجسم ما.

تنطبق نفس الملاحظات والتقنيات على هذا النوع من الفرجار، كما هو الحال مع الفرجار الداخلي. مع فهمٍ لحدودها واستخداماتها، يمكن لهذه الأدوات أن توفر درجة عالية من الدقة والتكرارية. وهي مفيدة بشكل خاص عند القياس لمسافات طويلة جدًا؛ على سبيل المثال، عند استخدام الفرجار لقياس أنبوب ذي قطر كبير، لا يمتلك الفرجار الورني القدرة على قياس هذا القطر الكبير والوصول في الوقت نفسه إلى أقصى نقاط قطر الأنبوب. وهي مصنوعة من الفولاذ عالي الكربون.

في مجال تشكيل المعادن، تُستخدم الفرجار، المعروفة باسم البوصلة، لتحديد المواقع . تُشحذ رؤوسها لتؤدي وظيفة الكتابة؛ حيث يُوضع أحد طرفيها في التجويف الناتج عن مثقب مركزي أو مثقب ، بينما يُدار الطرف الآخر لرسم خط على سطح قطعة العمل، مُشكلاً بذلك قوسًا أو دائرة.

يُستخدم هذا الجهاز، الذي سُمّي باسمه، في تقسيم قطعة عمل ذات عرض عشوائي إلى أقسام متساوية العرض: من خلال "تحريك" الأداة من أحد طرفيها إلى الطرف الآخر عن طريق تدويرها من نقطة إلى أخرى حتى الوصول إلى الطرف الآخر، ثم ضبط الفجوة بين النقاط حتى ينتهي "التحريك" مباشرة عند نقطة النهاية، يمكن بسهولة تحديد الأقسام المتساوية دون أي قياس.

تُستخدم الفرجار لقياس المسافة بين نقطتين على الخريطة. تُقرّب طرفا الفرجار من النقطتين المراد قياس المسافة بينهما. ثم يُقاس قطر فتحة الفرجار إما بمسطرة منفصلة ثم يُحوّل إلى المسافة الفعلية، أو يُقاس مباشرةً على مقياس الرسم الموجود على الخريطة. في الخرائط البحرية ، تُقاس المسافة غالبًا على مقياس خطوط العرض الظاهر على جانبي الخريطة: دقيقة قوسية واحدة على طول أي دائرة عظمى ، مثل أي خط طول، تُعادل تقريبًا ميلًا بحريًا واحدًا أو 1852 مترًا .

تُستخدم الفرجار أيضًا في المجال الطبي. يقيس جهاز قياس تخطيط القلب الكهربائي (ECG) المسافة على مخطط كهربية القلب ؛ وبالاقتران مع المقياس المناسب، يمكن تحديد معدل ضربات القلب. وقد اخترع طبيب القلب روبرت أ. ماكين نسخة جيبية من هذا الجهاز. ^{[ 9 ]}

تُستخدم الفرجار ذو الأرجل المنفردة ، أو الفرجار الخنثى ، أو الفرجار ذو الأرجل المنفردة المزدوجة ، كما هو موضح في الصورة على اليسار، لرسم خط على مسافة محددة من حافة قطعة العمل. يُستخدم الجزء المنحني من الفرجار للتحرك على طول حافة قطعة العمل بينما يقوم قلم التحديد بوضع علامته على مسافة محددة مسبقًا، مما يضمن الحصول على خط موازٍ للحافة.

في الرسم التوضيحي على اليسار، يحتوي الفرجار العلوي على نتوء طفيف في ساقه المنحنية، مما يسمح له بالاستقرار على الحافة بشكل أكثر أمانًا. أما الفرجار السفلي، فيفتقر إلى هذه الميزة، ولكنه مزود بأداة تحديد قابلة للاستبدال يمكن تعديلها وفقًا للتآكل، كما يمكن استبدالها عند تآكلها بشكل مفرط.

الأجزاء الموسومة هي

تُظهر الفرجار في الرسم التخطيطي قراءة أساسية على المقياس المتري تبلغ حوالي 2.475  سم (2.4  سم مقروءة من المقياس الرئيسي بالإضافة إلى حوالي 0.075  سم من مقياس الورنية).

غالبًا ما تحتوي الفرجار على "خطأ في نقطة الصفر": أي أن الفرجار لا يُظهر قراءة 0.000  سم عند إغلاق فكيه. يجب دائمًا طرح خطأ نقطة الصفر من القراءة الأساسية. لنفترض أن خطأ نقطة الصفر في هذه الفرجار هو 0.013  سم. وهذا سيعطينا قراءة طول قدرها 2.462  سم.

في أي قياس، يُعدّ الإبلاغ عن الخطأ فيه أمرًا بالغ الأهمية. وبغض النظر عن إمكانية التقدير البصري، فإنّ كلًا من القراءة الأساسية وقراءة نقطة الصفر محصورة بين ± نصف الطول المقابل لعرض أصغر فاصل على مقياس الورنية (0.0025  سم). هذه أخطاء مطلقة، والأخطاء المطلقة تتراكم، لذا فإنّ قراءة الطول محصورة بين ± الطول المقابل للعرض الكامل  لأصغر فاصل على مقياس الورنية (0.005 سم). وبافتراض عدم وجود أي تأثيرات منهجية على القياس (أي أنّ الجهاز يعمل بكفاءة تامة)، فإنّ القياس الكامل سيكون 2.462  سم ​​± 0.005  سم.

تقيس الفرجارات ذات الورنية والمؤشر والرقمية المسافة بدقة عالية . وهي متطابقة وظيفيًا، مع اختلاف طرق قراءة النتيجة. تتكون هذه الفرجارات من مقياس مُعاير بفك ثابت، وفك آخر مزود بمؤشر ينزلق على طول المقياس. تُقرأ المسافة بين الفكين بطرق مختلفة في الأنواع الثلاثة.

أبسط طريقة هي قراءة موضع المؤشر مباشرةً على المقياس. عندما يكون المؤشر بين علامتين، يمكن للمستخدم إجراء تقدير ذهني لتحسين دقة القراءة. هذا ما يُعرف بالفرجار المُعاير ببساطة، ولكن إضافة مقياس الورنية يسمح بتقدير أكثر دقة، وهو الأسلوب المُتبع عالميًا؛ وهذا ما يُعرف بالفرجار ذي الورنية .

يمكن استخدام الفرجار ذي الورنية، والفرجار ذي القرص، والفرجار الرقمي لقياس الأبعاد الداخلية (باستخدام الفكين العلويين في الصورة على اليمين)، والأبعاد الخارجية باستخدام الفكين السفليين الموضحين في الصورة، وفي كثير من الحالات لقياس العمق باستخدام مسبار متصل بالرأس المتحرك وينزلق على طول مركز الجسم. يتميز هذا المسبار بنحافته وقدرته على الوصول إلى الأخاديد العميقة التي قد يصعب على أدوات القياس الأخرى الوصول إليها.

قد تتضمن مقاييس الورنية قياسات مترية في الجزء السفلي منها وقياسات بالبوصة في الجزء العلوي، أو العكس في الدول التي تستخدم البوصة. توفر مقاييس الورنية الشائعة الاستخدام في الصناعة دقة تصل إلى 0.01  مم (10 ميكرومترات )، أو جزء من ألف من البوصة. وهي متوفرة بأحجام تصل إلى 1828  مم (72  بوصة). ^{[ 10 ]}

• القياس باستخدام الفرجار الورني
• 
  قياس المسافة الخارجية
• 
  قياس المسافة الداخلية
• 
  قياس عمق الدرجة أو الحفرة باستخدام مسبار العمق
• 
  قياس عرض الدرجة باستخدام الجزء العلوي من الفرجار

• وضع العلامات باستخدام الفرجار الورنييه
• 
  تحديد مسافة محددة أو مقاسة من حافة ما عن طريق كشط خط بالجوانب الحادة للمنقار
• 
  تحديد مسافة محددة أو مقاسة من حافة ما باستخدام قلم رصاص. يتم تثبيت الجزء العلوي من الجزء المتحرك على جانب الدرجة. لا تتوفر هذه الخاصية في جميع أجهزة القياس.

بدلاً من استخدام آلية الورنية، التي تتطلب بعض التدريب لاستخدامها، يقرأ الفرجار القرصي الجزء الأخير من المليمتر أو البوصة على قرص بسيط.

في هذا الجهاز، يقوم ترس صغير ودقيق بتحريك مؤشر على قرص دائري ، مما يسمح بالقراءة المباشرة دون الحاجة إلى قراءة مقياس الورنية. عادةً، يدور المؤشر دورة واحدة كل بوصة، أو عُشر بوصة، أو مليمتر واحد. يجب إضافة هذا القياس إلى القياسات التقريبية بالبوصات أو السنتيمترات المقروءة من المنزلق. عادةً ما يكون القرص قابلاً للدوران أسفل المؤشر، مما يسمح بإجراء قياسات "تفاضلية" (قياس الفرق في الحجم بين جسمين، أو ضبط القرص باستخدام جسم مرجعي، ومن ثم القدرة على قراءة التباين الموجب أو السالب في حجم الأجسام اللاحقة بالنسبة للجسم المرجعي مباشرةً).

يمكن عادةً تثبيت منزلق الفرجار القرصي على إعداد معين باستخدام ذراع صغير أو برغي؛ وهذا يسمح بإجراء فحوصات بسيطة لتحديد أحجام الأجزاء.

بدلاً من آلية التروس المسننة ، تستخدم الفرجار الرقمي مُشفِّرًا خطيًا . تعرض شاشة الكريستال السائل القياس، والتي غالبًا ما تُتيح التبديل بين وحدات المليمتر والبوصة الكسرية أو العشرية. جميعها تُتيح تصفير الشاشة عند أي نقطة على طول المنزلق، مما يسمح بإجراء نفس أنواع القياسات التفاضلية كما في الفرجار التناظري. قد تحتوي الفرجار الرقمي على ميزة "تثبيت القراءة"، مما يسمح بقراءة الأبعاد بعد الاستخدام في الأماكن الصعبة التي لا يمكن رؤية الشاشة فيها. ومثل الفرجار التناظري، يمكن قفل منزلق العديد من الفرجار الرقمي باستخدام ذراع أو برغي.

طريقة القياس

طلب براءة اختراع أمريكي ^{[ 13 ]} يُقابل براءة اختراع ألمانية صدرت عام 1983 برقم DE3340782C2 ^{[ 14 ]} لجهاز قياس إزاحة سعوي ذي طبقات قياس على شكل حرف T، ويصفه ملخصه كما يلي: جهاز قياس طول و/أو زاوية السعة مزود بمحول طاقة يتألف من جزء ثابت يشكل مقياسًا ووحدة استشعار، وكلاهما مزود بطبقات سعوية. يؤدي تغيير مساحة التداخل بينهما إلى تغيير المفاعلة السعوية ، مما يُغير موضع طور الإشارات الكهربائية. ويمكن الحصول على دالة خطية بين الكمية الميكانيكية المراد قياسها وجزء الطور من الإشارات من خلال تكوين مناسب لأسطح المكثف.

تحتوي العديد من الفرجار الرقمي على مُشفِّر خطي سعوي . تحتوي النماذج الرخيصة على 56 لوحة باعثة ضيقة ولوحة استقبال طويلة محفورة على لوحة الدوائر المطبوعة للشاشة المنزلقة ، والتي تتقاطع مع نمط متكرر من لوحات على شكل حرف T في لوحة "الجزء الثابت" الأطول. يتقاطع الجزء العلوي من لوحات "T" مع لوحة الاستقبال، بينما تتقاطع الخطوط الرأسية لكل "T" مع لوحات الباعث. تبلغ المسافة بين كل "T" في الجزء الثابت أقل بقليل من 8 أضعاف المسافة بين كل لوحة باعثة، لذا فإن منطقة التداخل السعوية بينهما ليست متطابقة تمامًا، بل تُشكِّل نمط تداخل . ^{[ 15 ]} مع حركة المنزلق، تتغير هذه السعات المتغيرة بشكل خطي متكرر. تقوم دائرة المنزلق بحساب هذه التكرارات أثناء انزلاقه، وتحقق دقة أعلى باستخدام الاستيفاء الخطي للسعات. ^{[ 16 ]} يرسل أحد النماذج 8 إشارات جهد دورية لتعديل عرض النبضة (تبدو متطابقة ولكنها خارج الطور بمقدار 1/8 من الدورة)، [ ^{17 ] كل} منها متصل بـ 7 لوحات باعثة، وتُقرأ الإشارة التناظرية الناتجة من خلال لوحة استقبال واحدة. ^{[ 18 ]} يُقال إن براءة الاختراع الألمانية لعام 1983 رقم DE3340782C2 (انظر الشكل) تصف آلية العمل. ^{[ 19 ]}

تحتوي بعض الفرجار الرقمي على مشفر خطي حثي ، مما يسمح بأداء قوي في وجود ملوثات مثل سوائل التبريد. ^{[ 20 ]} وتُستخدم مشفرات خطية مغناطيسية في أنواع أخرى من الفرجار الرقمي.

يُطلق على الفرجار الذي يستخدم برغيًا مُعايرًا للقياس (بدلاً من منزلق) اسم مقياس الفرجار الميكرومتري الخارجي ، أو فرجار الميكرومتر ، أو ببساطة الميكرومتر . أحيانًا يُستخدم مصطلح "الفرجار"، للإشارة إلى أي نوع آخر في هذه المقالة، في مقابل الميكرومتر .