Los principales componentes estructurales del nuevo micrómetro NIST:un dispositivo para medir el espesor de alambre fino, fibras estrechas y objetos similares:están hechos de invar, una aleación de níquel-hierro que no reacciona a pequeños cambios de temperatura. Como resultado, el dispositivo de medición es menos propenso a errores que otros instrumentos de última generación. Un rayo láser entra por el lado izquierdo del dibujo y entra en un cubo divisor de rayo (1), que divide la viga en dos partes. Una parte permanece en el cubo, se refleja desde un espejo lateral hacia el centro y sirve como haz de referencia. La otra parte golpea el retrorreflector (2). A medida que el carro flotante (3) se aleja del cubo divisor y se dirige hacia el extremo posterior del yunque (4), la distancia entre el retrorreflector y el divisor de cubos varía (5 Cuando los dos haces se vuelven a juntar, el láser informa del cambio de distancia. Crédito:NIST
Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han desarrollado un instrumento láser drásticamente mejorado que mide el diámetro de cables de calibre fino, fibras y otros objetos sólo aproximadamente tres veces el grosor de un cabello humano. Conocido como micrómetro láser, la precisión del dispositivo es igual a la de sus homólogos de última generación, pero es más barata, más simple de operar y más fácil de mantener.
Los científicos del NIST John Stoup y Ted Doiron informaron sus hallazgos el 15 de diciembre, Edición de 2020 de Metrologia .
El nuevo micrómetro utiliza un interferómetro de desplazamiento láser avanzado, que se basa en la luz para medir el grosor de los objetos sostenidos entre dos contactos metálicos. Con el nuevo sistema, los investigadores pueden medir el diámetro de cualquier objeto de menos de 50 milímetros de ancho, incluidos alambres y fibras de calibre fino, con una incertidumbre de solo 2 nanómetros. Eso es mejor que el doble de la precisión de los micrómetros láser anteriores desarrollados en NIST.
Stoup y Doiron fabricaron el nuevo micrómetro casi en su totalidad con Invar, una aleación de níquel-hierro conocida por su estabilidad térmica. Eso significa que el material no reacciona a pequeños cambios de temperatura, resistiendo la expansión o contracción. Como resultado, el dispositivo de medición es menos propenso a errores que otros instrumentos de última generación.
De hecho, la mejora "coloca al nuevo micrómetro NIST en un nivel equivalente al mejor del mundo, "dijo Stoup. Además, el micrómetro NIST es menos costoso y más sencillo de operar. Por ejemplo, porque el instrumento NIST no está tan automatizado como otros instrumentos de última generación, es más barato de construir, diseño más simple y más fácil de mantener bajo estricto control estadístico.
"Siempre es un desafío lograr el mejor rendimiento del mundo sin romper el banco, "Dijo Stoup.
Los fabricantes están trabajando con fibras y cables mucho más delgados que hace una década para las comunicaciones ópticas y las redes eléctricas en chip. Esto ha impulsado la necesidad de un micrómetro láser que pueda medir diámetros diminutos con alta precisión y establecer fibras "maestras" de diámetro estándar que puedan usarse como referencias para evaluar el diámetro de otras fibras. En el otro extremo de la escala, Existe una necesidad creciente de medir el tamaño de los grandes, pistones de presión de un centímetro de diámetro y medidores de cilindros, que también puede realizar el micrómetro NIST. Debido a que la presión que ejerce un pistón es proporcional a su área, Incluso los pequeños errores en la medición del diámetro del pistón pueden producir errores críticos en el cálculo de la presión.
Medir el diámetro de fibras y alambres delgados es una operación delicada porque estos objetos pueden deformarse, o cambiar su forma, con relativa facilidad. Si no se tienen en cuenta esas deformaciones, podrían dar lugar a un error significativo en el tamaño medido. Para tener en cuenta la deformación, Los investigadores del NIST diseñaron su micrómetro para poder variar la fuerza aplicada por los contactos que mantienen el objeto en su lugar. Midiendo las variaciones de diámetro del objeto cuando se aplicaron diferentes fuerzas de contacto, los investigadores pudieron extrapolar el diámetro cuando no se ejerce fuerza sobre el objeto, el diámetro no deformado.
El nuevo diseño permite a los investigadores operar el dispositivo de forma remota, eliminando la posibilidad de introducir calor en el sistema a través del contacto humano. Los investigadores también diseñaron una forma más estable para que los contactos de carburo sostuvieran el objeto medido. Todas estas mejoras aumentaron la precisión del dispositivo.
