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Meßinstrumente

[667] Meßinstrumente (hierzu Tafel »Meßinstrumente I u. II«), Instrumente zur Ausführung von Messungen aller Art. Das hauptsächlichste Instrument zur Ausführung feinster Längenmessungen wie Vergleichungen des Urnormalmaßes mit andern Stäben, die als Kopien des Urmaßes dienen sollen, Bestimmung von Ausdehnungskoeffizienten der Maßstäbe etc., ist der Komparator, dessen Einrichtung dem speziellen Zweck angepaßt wird. Bei den zur Vergleichung von Endmaßen dienenden Komparatoren sind auf einer festen geraden Unterlage zwei schneidenförmige Kontakte angebracht, deren Entfernung voneinander etwas größer ist als die zu vergleichenden Maßstäbe; zwischen diese Kontakte werden die Maßstäbe gebracht, so daß sie den einen berühren, während ihre Entfernung von dem andern mittels eines Meßkeils (eines aus Glas oder Stahl angefertigten Keils mit geringer Neigung), dessen Dimensionen an jeder Stelle genau bestimmt sind, gemessen wird. Der eine Kontakt kann auch beweglich und mit einer Fühlhebellibelle versehen sein, aus deren verschiedenen Einstellungen sich dann der Unterschied der beiden Maßstäbe ergibt. Komparatoren zur Vergleichung von Strichmaßen bestehen gewöhnlich aus zwei Mikroskopen, die mit Okularmikrometern versehen sind. Die Ganghöhe der Schrauben dieser Mikrometer wechselt von 1 mm bis herab zu 0,1 mm, und da die Trommel der Schrauben meist in 100 Abschnitte geteilt ist, so ist eine direkte Ablesung von 0,01–0,001 mm möglich, deren Zehntelteile noch durch Schätzung ermittelt werden können. Die Mikroskope sind unabhängig voneinander auf festen Pfeilern angebracht, und die zu vergleichenden Maßstäbe werden nacheinander behufs Einstellung auf kleinen Wagen unter die Mikroskope geschoben, oder die Maßstäbe werden in eine unveränderliche Lage gebracht, und die an einem festen Gestell befindlichen Mikroskope werden durch transversale Verschiebung über die Strichmarken der Stäbe geführt. Die Maßstäbe können durch Feinstellvorrichtungen so gelagert werden, daß ihre Oberflächen in derselben Horizontale liegen und mithin eine scharfe Einstellung der Striche zwischen den Mikrometerfäden möglich ist. Zum Schutze gegen äußere Temperatur einflüsse werden die Vorrichtungen, die zur Auflagerung der Stäbe dienen, in doppelwandige Tröge eingeschlossen, deren Hohlraum mit Flüssigkeit gefüllt wird. Zur Vermeidung der Strahlung von obenher werden die Tröge mit starken Metallplatten, die nur die Stellen zur Durchsicht auf die Strichmarken und Thermometer frei lassen, bedeckt.

Bei dem von Bamberg hergestellten Komparator (Tafel I, Fig. 1 u. 2) ruht die Meßvorrichtung auf einem festen gußeisernen Gestell G. Auf einem nach oben dachförmig zulaufenden Prisma P sind zwei Schlitten S und S¹ angebracht, welche die Halter der beiden Mikrometermikroskope F und F¹ tragen. Mit Hilfe einer Schraube a, die auf dem Prisma mittels einer zweiten Schraube b festgeklemmt werden kann, sind die beiden Schlitten mikrometrisch verstellbar. Die Auslagerung der zu vergleichenden Maßstäbe geschieht auf der prismatischen Platte A, die auf Rädern läuft und durch Drehung des Handrades C innerhalb gewisser Grenzen horizontal verschoben werden kann, wodurch die Strichmarken der beiden Maßstäbe nacheinander unter die Mikroskope gebracht werden. k k sind Kontakte, die eine Verwendung des Komparators zur Vergleichung von Endmaßstäben gestatten.

Der Komparator von Zeiß (Tafel II, Fig. 4), der Längen bis zu 100 mm zu messen gestattet, besteht aus zwei Mikrometermikroskopen I und II, deren Träger an einer auf einem Dreifuß ruhenden Platte angebracht sind. Normalmaßstab und zu messendes Objekt werden auf dem in die Bodenplatte eingesetzten und nach beiden Richtungen verschiebbaren Schlitten A A befestigt. Die als Normalmaßstab dienende Teilung M ist direkt auf dem Schlitten A A angebracht. Das zu vergleichende Objekt kommt auf einen besondern Schlitten B, der einmal an allen Verschiebungen des Schlittens A A teilnimmt, dann aber auch innerhalb gewisser Grenzen allein mit Hilfe der Einstellschraube S verschoben werden kann. Die Messung geschieht in der Weise, daß das Mikroskop II auf das Objekt und I auf den Maßstab eingestellt wird, hierauf wird der Schlitten AA verschoben, bis das andre Ende des Objekts im Mikroskop II erscheint. Die Differenz der beiden Ablesungen im Mikroskop I gibt in Verbindung mit den Korrektionen, die wegen der erforderlich gewesenen Verstellung der Mikrometer angebracht werden müssen, direkt die Länge des Objekts.

Einen sehr einfachen Komparator erhält man dadurch, daß man an einem Normalmaßstab einen verstellbaren Schlitten mit Mikroskop anbringt, das auf die j Endpunkte der zu messenden Länge eingestellt wird; die letztere ist dann gleich der Größe der Verschiebung. Wird der Normalmaßstab durch eine lange Schraube von bestimmter Ganghöhe ersetzt, so erhält man das Modell eines Schraubenkomparators. Zur Vergleichung von Maßstäben und Pendeln in vertikaler Lage werden Vertikalkomparatoren benutzt, deren Konstruktion mit der für Langitudinalkomparatoren übereinstimmt, nur daß die Gleitschiene oder die Träger der Mikroskope in vertikaler Lage an gebracht sind.

Ein andres Instrument zur Messung von Längenunterschieden in vertikaler Richtung ist das Kathetometer, das im wesentlichen aus einem vertikalen Maßstab mit daran befestigtem verschiebbaren Fernrohr besteht. Letzteres wird auf die Teilpunkte des zu messenden Objekts eingestellt und die Länge an dem Maßstabe mit Hilfe eines Nonius abgelesen. Durch Ersetzung des Fernrohrs durch ein Mikrometermikroskop sowie durch Anbringung eines zweiten Mikroskops auf dem vertikalen Maßstabe laßt sich das Kathetometer[667] in einen Vertikalkomparator verwandeln. Ein Kathetometer in vervollkommter Ausführung zeigen Fig. 1 u. 2 auf Tafel II. In das Kernstück eines Dreifußes paßt die konische Achse einer dreiseitigen prismatischen Säule P, deren Vertikalstellung durch die Einstellung der Dosenlibelle D auf dem Dreifuße sowie der auf das Fernrohr A ausgesetzten Röhrenlibelle L bewirkt wird. Auf der prismatischen Säule P gleitet ein mittels der Schraube f feststellbarer Schieber S. Über die am obern Ende von P angebrachte Rolle r läuft eine Schnur, deren Ende an dem Zapfen Z so befestigt ist, daß ihr Angriffspunkt senkrecht über dem Schwerpunkte des aus Fernrohr, Schieber, Libelle etc. gebildeten Teiles angreift. Das andre Ende der Schnur führt zu einem im Hohlraum der Säule P befindlichen Gewichte, das die Last des Fernrohrschiebers genau ausbalanciert. Die Verbindung des Fernrohrs mit dem Schieber geschieht durch das Rahmenstück R. Es ist nun die Einrichtung getroffen, daß die Skala und der zu messende Gegenstand gleichzeitig und nebeneinander durch das Okular beobachtet werden können, wodurch Fehler, die sonst infolge der getrennten Operationen des Einstellens und Ablesens in der Zwischenzeit entstehen können, ausgeschlossen werden. Langs derjenigen Kante der Säule P, die bis zur Achse des Fernrohrs in das Gesichtsfeld hineintritt (Fig. 1), ist eine in Millimeter geteilte Skala aufgetragen. Auf die der Skala unmittelbar genäherte Seite einer Spiegelglasplatte n, die mit ihrer Fassung in die Okularhülfe o geschoben wird, ist ein Indexstrich aufgetragen. Derselbe durchzieht den freien Teil des Sehfeldes und hat stellenweise Unterbrechungen, um bequem auf die Teilstriche eines in vertikaler Lage befindlichen Maßstabes einstellen zu können. An den Indexstrich schließt sich eine kurze, in 0,1 mm geteilte Hilfsskala an, um die genaue Lage des Indexstriches zu den Teilstrichen der Hauptskala ermitteln zu können. Zur Beleuchtung der Hauptskala dient ein kleiner Spiegel sp, von dem das reflektierte Licht durch einen Durchbruch der Okularhülfe auf die Skala geworfen wird.

Um den gegenseitigen Abstand zweier Endflächen eines Körpers zu messen, dienen zunächst die unter dem Namen Kalibermaß, Schustermaß, Schiebelehre, Kontaktschraube, Schraubenlehre bekannten Instrumente, die zur feinern Ablesung mit einem Nonius, bez. einer Mikrometerschraube versehen sind. Handelt es sich um Körper von nur wenigen Millimetern Dicke, so bedient man sich zu feinern Messungen der Mikrometertaster, die durch Hebelübersetzung ein Millimeter in 20–1000 Teile teilen, so daß mit den Instrumenten direkt 0,05–001 mm abgelesen werden können. Der Mikrometertaster von Fueß in Dosenform dient in dem durch Fig. 4 (Tafel I) veranschaulichten Konstruktionstypus hauptsächlich zur Messung der Dicken von Objektträgern und Deckgläsern, wie solche zu mikroskopischen Präparaten Anwendung finden. Derselbe besteht im wesentlichen aus den beiden, die Tastzange bildenden Teilen Z und Z., wovon der erstere fest mit der Grundplatte der Vorrichtung verbunden und der andre um den zylindrischen Hals der Schraube a drehbar eingerichtet ist. Der längere im Innern des Gehäuses befindliche Hebelarm des Teiles Z, überträgt beim Öffnen und Schließen des Tasters seine Bewegungen auf einen kleinen, bei b befindlichen Exzenter, mit dem der die Skala S bestreichende Zeiger c in Verbindung steht. Die Spiralfeder f bewirkt, daß die Tastzange beim Nichtgebrauch stets geschlossen ist, während die den Bewegungen des Zeigers entgegenwirkende Feder t' dafür sorgt, daß der Zeiger beim Nichtgebrauch stets auf den Nullpunkt der Skala einspielt.

Andre Apparate zu feinern Dickenmessungen sind die Kontaktmikrometer und Sphärometer. Bei dem Kontaktmikrometer von Zeiß (Tafel II, Fig. 5) ist eine in 0,2 mm geteilte Silberlamelle M zwischen zwei Spitzen S in geradliniger Fortführung des am untern Ende der Führungsschiene F befindlichen Kontaktstiftes K aufgehängt. Letzterer ruht mit stets gleichem Druck auf dem Objekt, bez. der Grundplatte. Zum Heben und Senken der Schiene dient die aus der Schnur, der Rolle R, dem Gegengewicht G, der Rinne J sowie den beiden Handhaben H¹ und H² bestehende Vorrichtung. Die Messung geschieht durch Ablesung der Silberskala einmal bei Einstellung des Kontaktstiftes auf die Grundplatte und dann auf das untergelegte Objekt mit Hilfe des Mikrometermikroskops, das so reguliert ist, daß zwei Umdrehungen der Schraube einem Intervall von 0,2 mm des Maßstabes entsprechen, so daß ein Trommelteil der hundertteiligen Trommel 0,001 mm entspricht.

Sphärometer sind in der Konstruktion sehr verschieden, gemeinsam ist ihnen, daß eine längere Meßschraube bei einer bestimmten Höhe ihrer Spitze mit einem geeigneten Gegenstand in Kontakt tritt. Fig. 3 (Tafel II) zeigt ein sogen. Interferenzsphärometer von Fueß. Die Meßschraube hat eine Ganghöhe von 0,5 mm, ihre Trommel ist in 250 Teile eingeteilt, so daß ein Intervall 0,002 mm gibt. Die vollen Schraubenumdrehungen werden an der vertikalen Skala d abgelesen. Der zu messende Gegenstand wird auf die planparallele Glasplatte e gelegt, die ihrerseits wieder auf der planen Oberfläche der 1 cm dicken schwarzen Glasplatte f ruht. Zwischen den beiden Glasplatten e und f entstehen Interferenzstreifen, die besonders im Natriumlicht deutlich hervortreten. Sobald nun das kugelförmige Ende der Schraube die Platte e oder den darauf liegenden Gegenstand auch nur leicht berührt, geraten die Interferenzstreifen in lebhafte Zuckungen. Die Dicke des Gegenstandes ergibt sich aus der Differenz der beiden Einstellungen der Schraube.

Eine der einfachsten und für die meisten Zwecke bei der Herstellung optischer Gläser ausreichende und daher gebräuchlichste Vorrichtung zeigt Fig. 5 der Tafel I. Die zu messende Linse wird zwischen die beiden kugelförmigen Enden der zylindrischen Stahlstäbe a und a., von denen der mit a bezeichnete Stab in seinem Lager bei s festgeklemmt und der eigentliche Maßstab in seiner Hülfe exakt verschiebbar ist, gebracht. Auf a, ist eine 0,5 mm-Skala aufgetragen, die einen Nonius N bestreicht, der je nach der verlangten Meßgenauigkeit 0,1 mm, bez. 0,05 mm abzulesen erlaubt.

Zur Ausmessung photographischer Himmelsaufnahmen dienen Meßapparate, die es ermöglichen, die relative Lage zweier Gestirne, entweder in Polarkoordinaten (Positionswinkel und Distanz) oder in rechtwinkligen Koordinaten (Rektaszensions- und Deklinationsdifferenz) zu bestimmen. Meistens wird die letztere Art der Messung vorgezogen, so bei der internationalen Herstellung der photographischen Himmelskarte (s. Astrophysik, S. 13), und es wird in diesem Fall auf die photographischen Platten vor ihrer Exposition ein Gitternetz von äußerst seinen, zueinander senkrechten und 5 mm voneinander entfernten Linien aufkopiert, und mit dem Meßapparat werden dann für jeden Stern die Abstände von den benachbarten[668] Gitterstrichen aus gemessen. Fig. 3 auf Tafel I zeigt einen solchen photographischen Meßapparat von Repsold. Auf einer starken Grundplatte U erheben sich drei Säulen S, S', S'', die oben durch einen Dreiarmteil verbunden sind. Durch die Mitte derselben geht das Mikrometermikroskop M senkrecht hin durch, das der bequemern Stellung des Beobachters wegen gebrochen ist, dergestalt, daß beide Rohrteile sich in einem Prisma unter einem Winkel von 45° treffen. Der obere Teil trägt das Doppelmikrometer O, in dem zwei zueinander senkrechte Mikrometerdädenpaare bewegt werden können, und mit denen die senkrechten Entfernungen eines Sterns von den Gitterstrichen ausgemessen werden. Die photographische Platte F wird durch Klammern K auf dem Rahmen R befestigt, der in der Mitte durchbohrt ist, damit die Platte von unten beleuchtet werden kann. Der Rahmen R gleitet nun auf dem Zylinder C und der Schiene B und wird durch Trieb- und Zahnstange bei Z bewegt. Zylinder C und Schiene B sind wieder auf dem tiefer liegenden Rahmen r befestigt, dem auf dem Zylinder C' und der Schiene B' eine zu C senkrechte Bewegung in gleicher Weise erteilt werden kann. Auf diese Weise kann jede Stelle der Platte unter das Mikroskop gebracht werden. Geeignete Teilungen in Verbindung mit den Gleitzylindern machen eine leichte Identifizierung der Gitterlinien möglich, an die mittels des Mikrometers der Anschluß des Sterns ausgeführt wird. Bei englischen und französischen Meßapparaten dieser Art wird kein gebrochenes Mikroskop verwandt, sondern ein gerades; um aber den Beobachtern eine bequeme Stellung vor der Platte zu geben, wird die Auflagefläche der Platte nicht horizontal angeordnet, sondern unter einem Winkel von 45° gegen die horizontale Ebene, was manche Vorteile bietet.

In der Geodäsie benutzt man Längen-, Winkel- und Höhenmeßinstrumente, und zwar Signalinstrumente (Meßfahne, Heliotrop etc.), Längenmesser (Maßstäbe [auch Kompensationsmaßstäbe, deren Länge gleich den Kompensationspendeln von der Temperatur wenig abhängig ist], Meßstangen, Meßkette, Meßbänder, Stahlband, Meßrad und der Basismeßapparat zum Messen der Linie auf dem Boden; Kippregel, Tachymeter und andre Fernrohrinstrumente), unvollkommene Winkelmesser: Vertikalmesser; ältestes Instrument der Kreuz- oder Jakobsstab (ballista geometrica), aus einigen verstellbaren Holzlinealen bestehend; dann die Pendelinstrumente, wie der Pendelquadrant, ein Viertelkreis von Holz, dessen eine Radiusseite zum Anvisieren einer Böschungslinie eingerichtet ist, während ein im Mittelpunkt angebrachtes Pendellot mit Zeiger an dem Umfang den Vertikalwinkel anzeigt; ähnlich diesem der rheinische Höhenmesser. Horizontalwinkelmesser: das Winkelkreuz, ein horizontal gehaltenes, auf Stock gestecktes Holzkreuz mit Stiften, über die hinweg Winkel von 30–45° abzusehen sind; die Winkelscheibe, kreisförmig, mit Stiften am Rande; der Winkelkopf, Messingzylinder mit Einschnitten zum Durchsehen in verschiedenen Richtungen. Bussoleninstrumente, Spiegel- und Prismeninstrumente (Sextant), Kreisinstrumente (Theodolit), Höhenmeßinstrumente: a) Barometer, Aneroide; b) Höhenwinkelmeßinstrumente oder Altimeter, Hypsometer, Klinometer, Klitometer, Klisigoniometer, meist Pendelinstrumente nach dem Prinzip des Pendelquadranten oder kippregelartige Konstruktionen; c) Nivellierinstrumente: Kanalwage, Quecksilber wage (ihr ähnlich, statt des Wassers Quecksilber), Nivellierfernrohre (s. Nivellieren). Über Elektrotechnische Meßinstrumente s. d.