마이크로미터

마이크로미터

마이크로미터(micrometer)는 나사의 원리를 이용하여 길이를 정밀하게 측정하는 도구이다. 기종에 따라서는 1µm 단위까지 측정할 수 있는 것도 있다. 버니어 캘리퍼스와 달리 이른바 '아베의 원리'를 따르기 때문에 더 정확한 측정이 가능하다. 나사를 사용한 기계식 외에 전기 마이크로미터와 공기 마이크로미터가 있다.

개요

마이크로미터라고 하면 외측 마이크로미터를 가리킨다. 그 외에 내측 마이크로미터나 3점식 내측 마이크로미터, 막대형 마이크로미터, 깊이 마이크로미터 등 측정 용도에 따라 여러 가지 타입이 있다. 또한 프레임의 크기에 따라 측정 가능한 범위는 0~25mm, 25~50mm와 같이 25mm씩 달라지기 때문에 대상 물체와 맞는 것을 사용해야 한다. 최근에는 디지털식 마이크로미터가 보급되고 있다. 마이크로미터는 나사의 이동과 회전을 이용하여 철사의 지름, 정밀기계 등의 미소(微小)한 치수를 측정하는 기구이다.

아베의 원리

아베의 원리는 측정 정도를 높이기 위해서는 측정 대상 물체와 측정 기구의 눈금을 측정 방향의 동일선 상에 배치해야 한다는 것이다. 마이크로미터의 경우 눈금과 측정 위치가 동일선 상에 있기 때문에 아베의 원리를 따르고 있어 측정 정도가 높다고 할 수 있다. 콤퍼레이터(comparator)의 원리라고도 하는 이 원리는, 독일의 물리학자이며 광학기술자인 아베(E. Abbe, 1893)가 제창한 이론으로 측정기의 제작상 피할 수 없는 결함이 측정오차에 미치는 영향을 최소로 하기 위한 것이다. 아베의 원리는 치수 측정 시의 정도와 관련된 원리이며, 측정 기기를 설계할 때 중요한 지침이 된다. 실제 측정 기구에 적용하면 외측 마이크로미터는 눈금과 측정의 위치가 동일선 상에 있는데 비해 버니어 캘리퍼스는 눈금과 측정 위치가 떨어져 있다는 것을 알 수 있다.

구조

A : 앤빌, B : 스핀들, C : 클램프, D : 슬리브, E : 프레임, F : 방열판, G : 기준선, H : 딤블, I : 래칫 스톱

나사를 1회전 시키면 하나의 나사산과 다음 나사산 간의 거리만큼 움직인다. 나사산 사이가 1mm이면 나사를 1회전함으로써 1mm를 움직인다. 나사 머리의 원주 위에 눈금을 넣는다면, 나사를 1／100 회전했을 때에는 나사머리에 있는 눈금은 한 눈금만 회전하고, 나사가 움직인 거리는 나사산 사이의 1／100이 된다. 나사산 사이의 거리가 1mm인 경우는 한 눈금의 회전에 의해 움직이는 거리는 0.01mm(10μ)가 된다. 이와 같이 나사머리의 원주 위에 눈금을 넣어서 나사의 회전각(回轉角)을 보면 나사가 화살표의 방향으로 어느 정도 움직였는가를 정밀하게 측정할 수가 있다. 마이크로미터는 이 나사의 원리를 이용하여 길이를 정밀하게 측정하는 것으로서, 1의 차이를 측정할 수 있는 것까지도 쓰이고 있다. 가장 일반적인 마이크로미터는 측정할 물건을 고정면(固定面)인 앤빌(anvil)과 스핀들(spindle)의 선단 사이에 끼우고 나사가 회전하는 눈금을 읽음으로써 측정물의 길이를 측정하도록 되어있다.

종류

깊이 마이크로미터

디지털 마이크로미터

일반적으로 마이크로미터라고 하면 외측 마이크로미터를 가리키며 그 외에도 스플라인, 튜브, 포인트, 캘리퍼스 타입 내측 마이크로미터 등 여러 종류가 있다. 종류가 나눠지는 기준은 위에서 살펴본 마이크로미터 구조 중 U자형 프레임 한쪽 끝에 고정된 앤빌(Anvil)에 있다. 측정 대상의 모양이나 크기 등에 따라 이 앤빌이 달라지고 그에 따라 마이크로미터의 종류도 세분화된다. 파이프의 내측을 잴 때는 튜브 마이크로미터, 움푹 패어진 곳을 측정할 때는 포인트 마이크로미터 등 측정 대상에 맞는 마이크로미터를 사용하여야 한다.

깊이 마이크로미터

마이크로미터의 종류 중 하나이며 시편의 깊이를 측정할 때 사용하는 계측기기다. 깊이 마이크로미터는 깊이 게이지와 같이 깊이 측정에 사용되는 측정기로 깊이 바(Bar)의 형식에 따라 단체형과 로드 교환형으로 구분된다. 로드 교환형은 공작물(피측정물)의 측정 깊이에 적당한 로드를 교환하여 측정범위를 크게 할 수 있다. 깊이측정은 피측정물의 기준면에 안정되게 측정기의 베이스를 접촉시키고 양면을 균일한 힘으로 누르면서 라체트스톱을 회전시켠 측정압을 가한 후 측정값을 읽는다. 깊이 마이크로미터의 기준면이 한쪽만 접촉시켜야 하는 경우에는 베이스가 뜨지 않도록 하는 것이 중요하다.

디지털 마이크로미터

디지털 마이크로미터는 숫자를 보는 방식이기 때문에 측정 초보자가 쉽게 이용할 수 있다. 반면 일반 마이크로미터는 눈금을 읽는 방식이기 때문에 숙련자가 많이 이용한다.

잡는 방법

방열 커버를 잡아 마이크로미터의 열팽창을 억제하고 래칫 스톱을 사용하여 일정한 측정압으로 측정한다.

주요 사용법

마이크로미터 눈금 예시

• 측정 전 앤빌과 스핀들의 면은 깨끗한 천으로 닦는다. 이렇게 하면 오염이나 먼지가 제거되어 정확한 측정이 가능해진다.
• 마이크로미터를 잡을 때는 왼손의 엄지와 검지 사이에 프레임의 방열판 부분을 끼우고 오른손의 엄지와 검지로 딤블을 잡는다.
• 측정물을 마이크로미터의 엔빌에 축 직각으로 정확히 맞춘다.
• 레칫스탑(Ratchet Stop)을 딸깍 소리가 날 때까지 정확히 돌리되 스핀들이 공작물에 닿기 전에는 천천히 돌려 관성에 의해 스핀들이 돌아가지 않도록 한다.
• 주 눈금인 슬리브와 딤블 양쪽에서 읽는다. 슬리브의 오른쪽 끝 선에서 0.5mm 단위까지 읽을 수 있고 딤블 중앙의 선(기준선)과 일치하는 눈금에서 0.01 mm 단위까지 읽을 수 있다.

마미크로미터 읽는법

사진에서 슬리브의 눈금은 심블의 기선과 만나는 부분을 확인한다. 위의 눈금은 12mm 정도가 된다. 다음 심블의 눈금은 슬리브에 있는 수평선과 일치되는 부분을 읽는다. 눈금이 15에서 일치되고 심블의 단위는 0.01mm이므로 0.15mm가 된다. 따라서 눈금은 12mm + 0.15mm = 12.15mm가 되겠다.

취급상의 주의점

• 마이크로미터는 블록 게이지나 전용 게이지를 이용하여 교정한다. 또한 정확한 측정을 위해서는 앤빌의 면이 항상 평행이어야 한다. 측정을 반복하다 보면 면의 마모나 오염으로 인해 평행이 유지되지 않을 수 있다. 따라서 옵티컬 플랫이라는 부품을 이용하여, 표시되는 뉴턴 링으로 평행인지 아닌지를 정기적으로 확인한다.
• 금속 대상 물체를 측정할 때나 블록 게이지로 교정할 때는 열팽창에 주의한다. 금속은 되도록 맨손으로 만지지 말고 열이 전달되지 않는 정밀 작업용 장갑을 사용한다.
• 마이크로미터의 교정주기는 3개월~1년이다.

공기 마이크로미터

공기 마이크로미터

공기 마이크로미터 혹은 에어 마이크로미터(Air Micrometer)는 물건이 변위한 때의 이동 거리를 공기의 압력으로 변환하여 측정하는 기구로서, 약 1mm 이내의 거리 변화를 0.1μ 정도의 정밀도로 측정할 수 있는 것까지도 개발되고 있다. 펌프에 의해서 일정한 압력의 공기를 보내고, 파이프의 도중에 있는 조리개, 즉 파이프의 단면을 작게 하는 장치를 통하여 유출구(流出口)로부터 분출시킨다. 유출구와 그 부근에 있는 물체 표면과의 사이의 거리ℓ이 변하면 유출구로부터 분출하는 공기의 양이 달라지고, 따라서 유출구와 조리개와의 사이에 있는 공기의 압력 P`가 변화한다. 여기서 그 압력 P`` 와 유출구와 물체와의 거리 ℓ과의 관계를 조사하여 두면 압력 P``를 측정함으로써 거리의 변화를 알 수 있게 된다. 단위시간 내에 회로에 흐르는 공기량은 회로의 단면적에 의하여 변화한다는 현상에 기초를 두고 있다. 측정노즐과 피측정물 사이의 틈새로 공기가 빠져나오는데 이 틈새가 크며 흘러나오는 공기의 양이 많게 된다. 이때 노즐에 흐르는 공기의 양이나 압력자, 속도를 측정하면 그 틈새의 크기를 알 수 있다.

종류

• 유량식 : 단위시간에 노즐 내에 흐르는 공기량의 변화를 이용한 구조.
• 배압식 : 공기의 압력을 이용한 구조로 변화압을 수치로 확대 변환.
• 유속식 : 측정부의 좁은 틈새를 통해 흡인하는 방식.

장점

• 배율이 높아 1,000배~40,000배까지 가능하며 정도(±0.5㎛)가 좋다.
• 측정력이 5~16gf으로 거의 0에 가까워 연질 재료의 측정이 가능하다.
• 측정물에 부착된 기름이나 먼지를 압축공기로 불어내므로 측정이 정확하다.
• 타원, 테이퍼, 진원도, 편심, 직진도, 직각도, 평행도 등을 간단히 측정할 수 있다.
• 원거리 자동측정에 이용이 가능하다

단점

• 대부분 전용 측정 게이지를 만들어야 하므로 대량생산이 아니면 비용이 많이 든다.
• 비교측정기이기 때문에 최대, 최소 허용한계치수의 2개의 표준게이지가 필요하다.
• 피측정물의 표면이 거칠면 실제 치수보다 작게 측정된다.
• 압축공기원이 필요하다.

전기 마이크로미터

전기 마이크로미터

조그만 길이의 차이나 물체가 변위한 거리를 전압, 전류로 변환하여 측정하는 것으로서 전기마이크로미터라는 측정기가 있다. 현재 사용되고 있는 것은 콘덴서의 용량 변화를 이용하는 것과 변압기를 이용하는 방식의 것이 일반적이다. 콘덴서 방식의 전기마이크로미터는 평행으로 놓인 2장의 금속판(콘덴서의 역할을 한다) 중의 아래 것은 측정자에 부착되어 있어서 물체의 변위에 따라 측정자가 움직이면 금속판 사이의 거리가 변화한다. 금속판 사이의 거리가 변화하면 콘덴서의 용량이 달라지고, 이에 접속되어 있는 전기회로의 전류에 변화가 생긴다. 그 전류의 변화와 측정자와 변위량과의 관계를 미리 조사하고 전류를 측정하면 측정자의 변위량, 즉 물체의 변위 거리를 알 수 있게 된다. 변압기를 이용한 전기마이크로미터는 1차코일에 일정한 전압으로 교류를 통하여 두면, 2차코일의 유도전압은 코일 속에 있는 철봉의 위치에 따라 변화한다. 철봉은 측정자와 결합되어 있으므로 측정자의 위치 변화는 2차코일의 전압을 변화시키는 것이다.

길이 단위

마이크로미터(영국 영어: micrometre, 미국 영어: micrometer, 단위: μm)는 미터의 백만분의 일에 해당하는 길이의 단위다. 미크론(micron, 단위: µ)이라고도 하며 과학적 표기법으로는 1×10⁻⁶m라 적는다. 마이크로미터(μm)는 센티미터의 만분의 일이기도 하다. 마이크론이라고도 표기하기도 한다. 마이크론(micron)과 μ기호는 1879년 공식적으로 마이크로미터(micrometre)를 나타내기 위해 별도 사용이 수락되었으나 1967년 국제단위계(SI)에서 철회되었다. SI에서 마이크로미터(micrometre)라는 명칭은 이 단위의 공식 명칭이 되었고 μm이 공식 단위 기호가 되었다. 마이크론의 복수형은 마이크론스(microns)이지만 micra가 1950년 전에 간헐적으로 사용되었다.

참고자료

• 〈마이크로미터 (기구)〉, 《위키백과》
• 〈마이크로미터〉, 《위키백과》
• 〈마이크로미터〉, 《나무위키》
• 〈마이크로미터〉, 《네이버 지식백과》
• 텅스텐짱, 〈측정의 기초 지식, 아베의 원리 알아보기〉, 《네이버 블로그》, 2021-12-16
• 한국미스미, 〈마이크로미터의 모든 것 (종류, 읽는 법과 검교정)〉, 《네이버 포스트》, 2019-08-05
• 〈마이크로미터의 올바른 사용법에 대해서〉, MISUMI
• 〈마이크로미터〉, KOREA KEYENCE
• 대원캐드캠, 〈마이크로미터 사용법 파헤치기!〉, 《네이버 블로그》, 2020-04-07
• 대구공돌이, 〈(측정)공기 마이크로미터(air micrometer)〉, 《네이버 블로그》, 2022-02-23

같이 보기

• 줄자
• 길이
• 도구
• 기계
• 나사
• 금속
• 전압
• 전류

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