авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской федерации

ПСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

И.Г. Ершова, С.И. Дмитриев

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПРОИЗВОДСТВА

Краткий конспект лекций

для студентов специальности

«Технология машиностроения»

Псков ППИ

2010

2 МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА Согласно ГОСТ 1.25–76 «Государственная система стандартизации. Метрологическое обеспечение. Основные положения» под метрологическим обеспечением (МО) понимается уста новление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства измерений (результаты измерений должны быть выраже ны в узаконенных единицах величин) и требуемой точности измерений (погрешность измерений не должна выходить за установленные границы).

Понятие МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ применяется, как правило, по отношению к изме рениям в целом. В то же время допускается использование термина МО технологического про цесса, подразумевая при этом МО измерений в данном процессе, производстве, организации.

Объектом МО являются все стадии жизненного цикла (ЖЦ) изделия (продукции) или услу ги.

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Метрологическое обеспечение имеет 4 основы: научную, нормативную, техническую и организационную.

Метрологическое обеспечение Научные основы Метрология Государственная система обеспечения единства Нормативные основы измерений ГСИ Системы:

Технические основы • система государственных эталонов ФВ;

• система передачи размеров единиц ФВ от эта Организационные основы лонов к рабочим СИ.

• система разработки, постановки на производст во и выпуска рабочих СИ;

Государственная мет- • система государственных испытаний и метроло рологическая служба гической аттестации СИ;

• система государственной поверки и калибровки Ведомственная метрологи- СИ;

ческая служба • система стандартных образцов состава и свойств вещества и материалов;

• система стандартных справочных данных о фи зических константах и свойствах веществ и ма териалов.

1. НАУЧНАЯ ОСНОВА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Научной основой метрологического обеспечения являются МЕТРОЛОГИЯ.

Метрология (от греческих слов «метрон» – мера, «логос» – учение) – наука об измерениях, ме тодах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности (ГОСТ 16263–70).

Основными задачами метрологии (РМГ 29-99) являются:

• установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;

• разработка теории, методов и средств измерений и контроля;

• обеспечение единства измерений;

• разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;

• разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств изме рений рабочим средствам измерений.

ОСНОВНЫМИ ПОНЯТИЯМИ МЕТРОЛОГИИ ЯВЛЯЮТСЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА - одно из свойств физического объекта, которое является общим в качественном отношении для многих физических объектов, отличаясь при этом количественным значением.

Практически все решаемые в рамках метрологии задачи направлены на обеспечение единст ва измерений при требуемой для производства точности. С этой целью разрабатываются и утвер ждаются единые для страны единицы физических величин, в соответствии с которыми градуи руются средства измерений, создаются государственные эталоны для воспроизведения единиц конкретных физических величин и передачи их размера применяемым в стране средствам изме рения этих величин.

ЕДИНИЦА ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ – физическая величина фиксированного размера, кото рой условно присвоено числовое значение, равное 1.

Совокупность основных и производных единиц, относящихся к некоторой системе величин, и образованная в соответствии с принятыми принципами, составляет систему единиц физических величин.

Одним из условий обеспечения единства измерений – выражение результата в узаконенных единицах. Для этого необходимо обеспечить воспроизведение, хранение единиц физических ве личин и передачу их размеров всем применяемым средствам измерений, проградуированных в этих единицах.

ЭТАЛОНОМ называется СИ, обеспечивающее воспроизведение единицы с максимально воз можной точностью и хранение ее для передачи размера другим СИ, выполненное по особой спе цификации и официально утвержденное в установленном порядке.

Передача размеров единиц осуществляется путем поверки или калибровки СИ.

ПОВЕРКА СИ – совокупность операций, выполняемых органами Гос. метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия СИ установленным техническим требованиям, т.е. находят погрешности СИ и устанавливают его пригодность к применению.

КАЛИБРОВКА СИ – совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтвер ждения действительных значений характеристик и пригодности к применению СИ, не подлежа щих Гос. метрологическому контролю и надзору.

СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ – представляют собой технические устройства, предна значенные для измерений и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Для получения результата измерения СИ применяются по определенному методу.

Под МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЙ понимают совокупность приемов использования принципов и СИ.

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИ - характеристики свойств СИ, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений.



ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ – отклонение результата измерений от истинного значения из меряемой величины.

2. НОРМАТИВНЫЕ ОСНОВЫ МО Нормативной основой (нормативно-правовой) является Государственная система обеспе чения единства измерений ГСИ (устанавливает различные нормативные документы).

Нормативную базу МЕТРОЛОГИИ составляют:

1. Конституционная норма по вопросам метрологии – устанавливает, что в федеральном веде нии находятся стандарты, эталоны, закрепляет руководство основными вопросами метрологии.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2. Вся метрологическая деятельность в РФ основывается на конституционной норме, согласно которой приняты следующие законы, детализирующие основы метрологической деятельности.

Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» - регулирует вопросы о СИ, допускает к применению единицы ФВ Международной системы единиц.

Закон «О стандартизации» устанавливает правовые основы стандартизации.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3. Текущая метрологическая деятельность регламентируется Постановлениями Пра вительства РФ по отдельным вопросам (направлениям) метрологической дея тельности.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4. Разрабатываются и принимаются Нормативные документы Госстандарта России:

ГОСТ, РД, МИ – методич. инструкции, ПР - правила, РМГ – межгосуд. рекомендации.

Все нормативные документы в виде Государственных и Межгосударственных стандартов (т.е. ГОСТ Р и ГОСТ) по метрологическому обеспечению имеют шифр ГСИ – Государственная система обеспечения единства измерений и выпускаются под серией «8», например ГОСТ 8.051– 81.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5. Рекомендации государственных научных метрологических центров Госстандарта РФ.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Комплекс нормативных документов, устанавливающих правила, нормы, требования, на правленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности, составляет государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ).

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Технические основы метрологического обеспечения включают в себя формулировки характера выполняемых работ.

Приведем важнейшие из них:

1. Система государственных эталонов единиц физических величин, обеспечивающих воспро изведение единиц с наивысшей точностью;

Практически во всех странах есть государственные службы, которые создают государственные эталоны, и следят за их сохранностью.

В соответствии с законом «Об обеспечении единства измерений» под эталоном единиц вели чин имеют в виду средства измерений, предназначенные для воспроизведения и хранения едини цы величины (либо кратных, либо дольных значений единицы величины).

2. Система передачи размера от государственных эталонов рабочим средствам измерений.

Эта система должна обеспечивать положение, при котором точное значение величины переда ется от эталона до рабочих средств измерений.

3. Система поверки и калибровки средств измерений.

Средства измерений, находящиеся в эксплуатации, должны периодически поверяться с тем, чтобы убедиться, что погрешность их не стала больше, чем это может быть допущено.

4. Система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих средств измерений требуемой точности;

5. Система государственных испытаний, метрологической аттестации средств измерений, обя зательной государственной и ведомственной поверок средств измерений;

Поскольку точность средств измерений влияет не только на качество выпускаемой продукции, но и на большие материальные потери и даже на здоровье и жизнь людей, необходимо допускать к применению только такие средства измерений, которые испытаны Государственной метроло гической службой. Это относится к определенной группе средств измерений.

6. Система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, стандартных спра вочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.

7. Система стандартных справочных данных, физических констант и свойств веществ и мате риалов.

4. ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ.

Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в РФ осуществляет Комитет РФ по стандартизации и метрологии – Госстандарт России.

Он является федеральным органом исполнительной власти, осуществляет межотраслевую координацию и регулирование в области стандартизации, метрологии и сертификации.

Он руководствуется Конституцией РФ, законами, указами и др. нормативными документа ми в области метрологии.

В ведении Госстандарта России находятся • Государственная метрологическая служба - ГНМЦ.

• Метрологические службы юридических лиц (ведомственная метрологическая служба).

Метрологические службы - специальные или специализированные организации или подраз деления на предприятиях, которые проводят работы по метрологическому обеспечению. Метро логические службы разрабатывают нормы, правила, требования.

Метрологические службы бывают государственные и службы юридических лиц.

Государственная метрологическая служба.

Основными задачами государственной метрологической службы являются организация и проведение работ по созданию и сохранению системы государственных эталонов величин, а так же системы передачи точности эталонов до рабочих средств измерений.

Метрологические службы юридических лиц.

Создаются в необходимых случаях в установленном порядке для выполнения работ по обеспечению единства измерений, повышения уровня метрологического обеспечения.

Метрологические службы призваны обеспечить необходимую и достаточно достоверную измерительную информацию при проектировании, испытании и контроле качества выпускаемой продукции.

К основным задачам метрологических служб относятся: калибровка средств измерений;

надзор за состоянием и применением средств измерений, за методиками выполнения измерений, эталонами единиц величин, применяемыми для калибровки СИ, за соблюдением правил и норм, нормативных документов по обеспечению единства измерений;

представление СИ на поверку и калибровку;

Метрологические службы занимаются метрологической подготовкой производства, созда нием и метрологической аттестацией специальных средств измерений, метрологической экспер тизой, конструкторской, технологической и другой документации и рядом других работ.

Именно в связи с этим и возникло понятие «метрологическое обеспечение», которое вклю чает не только обеспечение единства измерения, но обеспечение необходимыми средствами из мерений.

Общий комплекс работ по МОП разделяют на две основные части:

1. Метрологическое обеспечение подготовки производства 2. Метрологическое обеспечение действующего производства 1. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕ С ПЕ ЧЕ НИЕ ПОД ГОТ ОВ К И ПР ОИЗВ ОД СТ ВА В общий комплекс работ по метрологическому обеспечению при подготовке производства входят следующие работы:

• метрологическая экспертиза и метрологическая проработка конструкторской и техноло гической документации;

• разработка методик измерений отдельных показателей геометрической точности;

• проведение испытаний на утверждение типа средств измерений;

• разработка систем измерений для конкретных производств.

Метрологическая экспертиза и метрологическая проработка техни ческой документации 1. Метрологическая экспертиза (МЭ) конструкторской и технологической документации – анализ и оценка технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установ лению норм точности и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделия.

Специалист, проводящий МЭ на основании изучения конструкторской и технологической документации должен дать заключение, что все точностные требования указанные в документа ции могут быть выявлены с помощью имеющихся на данном производстве средств измерений.

2. Метрологическая проработка (МП) – это поиск технических решений по выбору пара метров, подлежащих измерению, установление метрологически обеспеченных норм точности на эти параметры и выбор методов и средств измерений для обеспечения процессов разработки, производства, испытаний и эксплуатации изделий.

Из сопоставления понятий МЭ и МП следует, что принципиальная разница заключается, прежде всего, во времени проведения работ. Если МЭ проводится после окончания разработки документации, то МП проводится в процессе разработки документации.

Конструкторская документация на средства измерений, подлежащая МП метрологической проработке и МЭ метрологической экспертизе должна проводиться на всех этапах разработки документации, и эту работу можно разделить на три этапа:

• подготовка и разработка технического задания – ТЗ;

• разработка технического предложения или технического проекта – ТП;

• разработка рабочей документации – РД.

Цель МП (МЭ) конструкторской документации заключается в обеспечении контролепри годности точностных требований, установленных в документации.

По д ко нтролепригодностью понимается возможность измерений нормируемы х параметро в с доп ускаемой погрешностью в конкретных условиях производства (на ко нкретно м производстве).

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ (МВИ) Методика выполнения измерений – это нормативный документ по обеспечению единства измерений, в котором рассматривается последовательность применения средства измерений с вспомогательными устройствами и способ обработки результатов непосредственных измерений для определения значений параметров физических величин или соответствия этих параметров заданным предельным значением.

Разработка методик выполнения измерений должна включать:

анализ технических требований к точности измерений, изложенных в стандарте, техни ческих условий или технических заданий;

определение конкретных условий проведения измерений;

выбор испытательного и вспомогательного оборудования, а так же СИ;

исследование влияния условий проведения измерений и подготовки испытуемых объ ектов к измерениям;

определение порядка подготовки средств измерений к работе, последовательности и количества измерений;

разработку или выбор алгоритма обработки экспериментальных данных и правил оформления результатов измерения.

Общие требования к методикам выполнения измерений указаны и разделы, которые долж ны быть в каждой методике измерений см в ГОСТ 8.010 – 72.

2. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕ С ПЕ ЧЕ НИЕ Д ЕЙС Т В УЮЩ Е ГО ПР ОИЗВ ОД С ТВ А В процессе производства, цель метрологического обеспечения заключается в обеспечении единства мер и средств измерений.

Основным содержанием этих работ является поверка средств измерений или их калибровка, а также метрологический контроль и надзор с целью проверки соблюдения метрологических правил и норм.

1. Поверка и калибровка средств измерений Содержание работ выражаемых терминами «поверка» и «калибровка», в принципе, харак теризуют одну и ту же деятельность, только проводится она специалистами разных ведомств и организаций.

Поверка средств измерений – совокупность операций, выполняемых органами государст венной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим требованиям.

Различают несколько видов поверки: первичная;

периодическая;

внеочередная;

инспекци онная;

экспертизная.

1. Первичная поверка проводится при выпуске средств измерения после изготовления или ре монта, а также при ввозе по импорту.

2. Периодическая поверка проводится через межповерочные интервалы, которые первоначально устанавливаются при испытании приборов. Поверяется каждый экземпляр средства измере ний.

3. Внеочередная поверка производится в тех случаях, когда повреждено клеймо, удостоверяю щее поверку, или утрачено свидетельство о поверке. Эта поверка может быть произведена и при вводе средства измерений в работу после хранения, если оно хранилось более одного по верочного интервала.

4. Инспекционная поверка проводится при общей поверке предприятия органами государствен ного метрологического надзора. Эта поверка должна производиться в присутствии хозяина прибора.

5. Экспертизная поверка осуществляется при возникновении споров между изготовителем и по требителем или приемщиком, по запросу прокуратуры.

Калибровка средств измерений – совокупность операций, выполняемых с целью определе ния и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригод ности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору. Калибровка не является обязательной.

Калибровка средства измерений производится метрологической службой юридических лиц, т.e. предприятий и организаций, где эти средства измерений применяются.

Средства измерений, не подлежащие поверке, могут подвергаться калибровке при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации, прокате и продаже.

Результаты положительной калибровки удостоверяются калибровочным знаком непосред ственно на средстве измерений или выдачей сертификата (свидетельства), а так же записью в эксплуатационной документации.

Калибровка, т.е. поверка средств измерений непосредственно потребителем, является делом добровольным и эти средства измерений не находятся под наблюдением и контролем государст венной метрологической службы.

Таким образом, отличие калибровки от поверки заключается только в том, что калибровку проводят специалисты того предприятия, где используются эти средства измерений.

Метрологический контроль и надзор Метрологический контроль и надзор – деятельность, осуществляемая органом государст венной метрологической службы (государственный метрологический контроль и надзор) или метрологической службой юридического лица, в целях проверки соблюдения установленных метрологических правил и норм (Закон «Об обеспечении единства измерений»).





Государственный метрологический контроль и надзор В России эту работу проводит Государственная метрологическая служба Госстандарта Рос сии. Разделить понятия «контроль» и «надзор» весьма трудно, но в законе «Об обеспечении единства измерений» под этими понятиями имеется в виду проведение определенных работ.

Государственный метрологический контроль включает:

1. Утверждение типа средств измерений.

2. Поверку средств измерений, в том числе эталонов.

3.Лицензирование деятельности юридических и физических лиц по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений.

Государственный метрологический надзор осуществляется:

1. За выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методика ми выполнения измерений, эталонами единиц величин, соблюдением метрологических правил и норм.

2. За количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций. Эта работа проводится с целью определения массы, объема, расхода или других величин, характеризующих количество этих товаров.

3. За количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и про даже.

Метрологический контроль и надзор на предприятиях и в организациях (у юридиче ских лиц) В связи с влиянием метрологического обеспечения на качество и сохранность выпускаемой продукции установлен метрологический контроль и надзор или со стороны государственных ор ганов, или со стороны метрологической службы предприятий и организаций.

Государственный метрологический контроль и надзор осуществляется, в основном, Госу дарственной метрологической службой Госстандарта России.

Метрологический контроль и надзор на предприятиях и организациях осуществляется мет рологической службой, которая обязательно создается на предприятиях и организациях, сфера деятельности которых контролируется Государственной метрологической службой.

На остальных предприятиях и в организациях метрологические службы создаются в необ ходимых случаях по усмотрению этих предприятий и организаций.

Законом «Об обеспечении единства измерений» установлены виды работ, которые должна проводить Государственная метрологическая служба по контролю и надзору за выполнением метрологических правил. Эта работа осуществляется путем:

Калибровки средств измерений.

Надзора за состоянием и применением средств измерений, аттестованными методами вы полнения измерений, эталонами, нормативной документацией по обеспечению единства из мерений.

Выдачи обязательных предписаний, направленных на предотвращения, прекращения или устранения нарушений метрологических правил и норм.

Проверки своевременного представления средств измерений на испытания дли утверждения типа средств измерений, а также на поверку и калибровку.

Основные виды работ по МО, которые должны проводиться непосредственно на предприятиях и в организациях.

1. Проведение анализа состояния с измерениями.

Цель – обеспечить необходимую точность и производительность измерений.

В процессе анализа необходимо убедиться, что все нормируемые показатели точности могут быть измерены имеющимися на этом предприятии средствами измерений.

2. Проведение метрологической проработки и метрологической экспертизы конструк торской и технологической документации.

Целью проведения этой работы является обеспечение разработки документации, в которой все нормируемые показатели точности были бы контролепригодны на конкретном производстве, для которого эта документация разрабатывается.

3. Проведение работ по выбору средств измерений и методик проведения измерений.

Этот вид работ является одним из важнейших в метрологическом обеспечении. При этом выясняется, какими средствами и как необходимо измерять на всех этапах и операциях техноло гического процесса от получения заготовки до готового изделия.

4. Обеспечение производства необходимыми средствами измерений.

Это касается как средств измерений, выпускаемых специализированными производителями, так и специальных средств измерений, разрабатываемых на предприятии.

5. Участие в работах по анализу точности технологического процесса.

Проводимый технологической службой анализ касается, в частности, выявления причин по явления брака. В эти работы включается надзор за точностным состоянием финишного оборудо вания.

6. Участие в работах по сертификации продукции.

При проведении работ по сертификации оценивается не только технический уровень и каче ство выпускаемой продукции, но и обеспеченность производства средствами измерений и усло виями, позволяющими проводить измерения с требуемой точностью.

7. Организация работ по поверке и калибровке средств измерений.

Для большинства средств измерений характерны так называемые параметрические отказы, т.е. поломки, при которых прибор функционирует, выдает информацию, но эта информация име ет погрешность, выходящую за допускаемые пределы. Поэтому возникает необходимость регу лярно поверять все средства измерений. Наиболее правильным является поверка прибора непо средственно оператором, который пользуется этим средством измерений. В отношении сложных средств измерений такую поверку должны производить специалисты метрологической службы, которые подготовлены специально для такой работы.

В последние годы значительно расширились рамки деятельности метрологических служб.

Наряду с основной деятельностью – обеспечением единства измерений, они занимаются метроло гической подготовкой производства, созданием и метрологической аттестацией специальных средств измерений, метрологической экспертизой конструкторской, технологической и другой документации и рядом других работ. Именно в связи с этим и возникло понятие «метрологиче ское обеспечение», которое включает не только обеспечение единства измерения, но обеспечение необходимыми средствами измерений.

ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью спе циальных технических средств (ГОСТ 16263–70).

Основное уравнение измерений С помощью измерения сопоставляют измеряемую величину с единицей измерения, т.е.

если имеется некоторая физическая величина X, а принятая для нее единица [X], то значение физической величины определяется как X = q[X ], где q - числовое значение физической величины в принятых единицах измерения.

Измерения (по видам) классифицируют:

• по характеристике точности – равноточные, неравноточные;

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинако выми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различ ными по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

• по числу измерений в серии – однократные, многократные;

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз (двукратное, трехкратное).

Многократное измерение – измерение, состоящее из ряда последовательных однократных измерений. При n 4 измерения можно считать многократными, и могут быть обработаны в со ответствии с требованиями математической статистики.

• по отношению к изменению измеряемой величины – статические, динамические;

Статическое измерение – измерение физической величины, принимаемой за неизменную на протяжении времени измерения.

Динамическое измерение – измерение физической величины, размер которой изменяется с течением времени. Например, измерение вращающиеся детали в процессе ее обработки на стан ке.

• по метрологическому назначению – технические, метрологические;

Технические измерения – измерения при помощи рабочих средств измерений с целью кон троля параметров изделий, технологических процессов и т. д.

Метрологические измерения – измерения при помощи эталонов и образцовых средств из мерений с целью воспроизведения единиц физических величин или передачи их размера рабочим средствам измерений. При поверке.

• по выражению результата – абсолютные, относительные;

Абсолютное измерение – измерение, приводящее к значению измеряемой величины, выра женному в ее единицах. При измерении длины детали микрометром результат измерения вы ражается в единицах измеряемых величин (в миллиметрах).

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, иг рающей роль единицы.

• по общим приемам получения результатов измерении – прямые, косвенные, совместные, совокупные.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непо средственно по показаниям прибора (измерение микрометром, измерительной линейкой).

Формула прямого измерения: Х = n[X], где Х – искомая физическая величина;

[X] – едини ца физической величины;

n – значение физической величины.

Косвенное измерение – измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми пря мым измерениям.

Формула косвенных измерений: y = f (x1, x2, … xn), где y – искомая физическая величина;

x1,x2,…,xn – величины, подвергаемые прямым измерениям.

sin = H / L ;

Например, угол синусной линейки по катету и гипотенузе средний диаметр методом трех проволочек, устанавливаемых во впадины резьбы d 2 = M 1,5d 0, где d 0 = 0,577 P.

Совокупные измерения – измерения нескольких однородных величин в различных их со четаниях, значения которых определяют путем решения системы уравнений.

Например, измерение отклонений от прямолинейности образующих тел вращения (рис.2.2).

Для определения отклонений от прямолинейности необходимо измерить три валика X, Y и Z и составить три уравнения.

Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких неоднородных величин для установления зависимости между ними.

Например, на основании ряда одновременных измерений отклонений диаметра шейки вала d и параметра шероховатости Ra после тонкого точения определяют статистическую связь d 5 k Rz, где k – угловой коэффициент.

• в зависимости от наличия контакта измерительной поверхности измерительного средства с поверхностью измеряемого изделия - контактный;

бесконтактный.

• в зависимости от специально поставленной цели - комплексный;

дифференциальный.

Комплексный метод измерения направлен к ограничению предельных контуров изделий, которые (контуры) определяются величинами и расположением полей допусков.

Дифференциальный (элементный) метод измерения характеризуется тем, что параметры каждого элемента изделия измеряют независимо от других элементов.

• по методу измерений - непосредственной оценки;

сравнения с мерой.

Таблица Характеристики и области применения различных видов измерения Наименование вида Характеристика видов измерения Область применения Абсолютный (не- Измерение микрометром, Прибор показывает абсолютное зна посредственной штангенциркулем, длинноме чение измеряемой величины оценки) ром Измерение оптиметром, ин Прибор показывает отклонение зна Относительный дикаторным нутромером чения измеряемой величины от раз (метод сравнения мера установочной меры или иного с мерой) образца Значение искомой величины или от- Измерение диаметров микро клонение её отсчитывают непосред- метром или индикатором на Прямой стойке ственно по прибору Значение искомой величины или от- Измерение угла синусной ли клонение от неё находят по результа- нейкой;

диаметра по длине там измерения другой величины, свя- дуги и углу, опирающемуся Косвенный занной с искомой определённой зави- на неё симостью Контроль резьбы на проекто Определяется или ограничивается ре и комплексными калибра Комплексный сумма погрешностей отдельных гео ми, двухпрофильная проверка метрических элементов изделия зубчатых колёс Наименование вида Характеристика видов измерения Область применения Контроль среднего диаметра, шага, и угла профиля резьбы;

Определяется погрешность каждого Элементный (диф геометрического элемента изделия в основного шага, профиля, на ференциальный) копленной погрешности, ша отдельности га зубчатых колёс Измерительная поверхность прибора Измерение механическими Контактный соприкасается с контролируемой по- приборами верхностью детали Чувствительный элемент прибора не Измерение на проекторах соприкасается с контролируемой по- пневматическими и ёмкост Бесконтактный верхностью ными приборами МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ Под методом измерения понимается совокупность используемых измерительных средств и условий их применения.

Различают два основных метода измерений:

методом непосредственной оценки;

методом сравнения с мерой.

• метода непосредственной оценки, при котором значение измеряемой величины оп ределяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора;

Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соот ветствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения:

x = n [x], где х – искомая физическая величина;

n – значение физической величины;

[x] – единица физиче ской величины.

• метод сравнения с мерой, где измеряемая величина сравнивается с величиной, вос производимой мерой (эталоном):

x = (m ± n) [x], где m – размер меры;

n – разница между размером меры (например, блоком концевых мер) и размера, воспроизводимого измеренной деталью.

Например, измерение диаметров калибра-пробки с помощью микрокатора, который на страивается на размер по КМД.

Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей:

метод дополнения, где значение измеряемой величины дополняется мерой этой же ве личины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения действовала их сумма, равная заранее за данному значению;

дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой;

нулевой метод аналогичен дифференциальному, но разность между измеряемой вели чиной и мерой сводится к нулю;

Это контролируется специальным измерительным прибором вы сокой точности – нуль-индикатором.

метод замещения – метод сравнения с мерой, в которой измеряемую величину заме щают известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание).

методе совпадений - разность между измеряемой величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадение отметок шкал. Примером может служить измерение размера при помощи штангенциркуля с нониусом: наблюдают совпадение отметок на шкалах штанген циркуля и нониуса Очевидно, что выбор метода измерений зависит от его теоретической обоснованности, наличия необходимых средств измерений, их вида (мера, измерительный прибор и др.) и конст руктивных особенностей.

Контроль – это совокупность экспериментальных операций, имеющих целью установление факта нахождения значения физической величины в пределах заданных границ.

Технический контроль – проверка соответствия объекта, от которого зависит качество продукции, установленным техническим требованием.

Испытания – экспериментальное определение количественных и качественных характери стик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объекта и воздействий.

Организация контроля зависит от технических требований и производственных условий.

Основные виды контроля:

• комплексный (контроль внутр. резьбы гайки с пом. резьбового калибра-пробки) и дифференциальный (контроль каждого параметра в отдельности);

• активный и пассивный;

• автоматический и неавтоматический.

Активным контролем называют такой контроль, по результатам которого осуществляет ся воздействие на технологический процесс с целью обеспечения заданного качества.

Активный контроль классифицируется:

• до обработки;

• в процессе обработки;

• после обработки.

Пассивный контроль – контроль, при котором результаты измерения параметров детали не используются для непосредственного воздействия на технологический процесс.

Различают следующие формы контроля:

• 100 % готовых изделий – калибры, Унив. СИ, специализированные СИ;

• выборочный контроль готовых изделий - используют универсальные и спец. СИ;

• статистический контроль (инженерные обоснования и расчётная система выборочного контроля) - используют универсальные и специальные СИ;

• контроль средств производства - используют универсальные и специальные СИ.

Поверкой называется процесс определения погрешностей и соответствия мер и измери тельных приборов техническим требованиям.

При поверке измерительных приборов оценивается величина систематической погрешно сти и наиболее вероятная величина случайной погрешности на основе многократного снятия показаний с образцового прибора.

Образцовый прибор - прибор, цена деления, а соответственно и погрешность которого вы бирается обычно в 5 – 10 раз меньше, чем у поверяемого.

КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики/ Классификация СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ (СИ).

1. По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делятся на:

• метрологические, предназначенные для метрологических целей – воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ;

- образцовые.

• рабочие СИ предназначены для измерения размеров величин (применяемые для из мерений, не связанных с передачей размера единицы другим средствам измерений).

• вспомогательные средства измерений.

2. В зависимости от конструктивного исполнения СИ (классификация по РМГ 29-99):

• меры;

МЕРЫ • измерительные преобразователи;

• измерительный инструмент;

КАЛИБРЫ • измерительные приборы;

Универсальные инструменты и приборы • измерительные установки и измерительные системы;

1. Мера – СИ, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного раз мера.

меры длины (КМД, штриховые меры, мм – ые линейки);

угловые меры (плоские угл. меры, угловые шкалы, призмы).

Однозначные меры, воспроизводящие одно значение ФВ(гиря, образцы твердости, шеро ховатости и т.п.).

Многозначные меры, воспроизводящие несколько размеров физической величины (милли o метровая линейка, КМД).

2. Измерительный преобразователь ИП – средство измерений, предназначенное для вы работки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего пре образования, обработки, но не доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Основной метрологической характеристикой ИП считается соотношение между входной и вы ходной величинами, которое называется функцией преобразования (статич. хар-ка).

Различают первичные преобразователи (П П), промежуточные преобразователи (ПР П), передающие преобразователи (П ПР).

3. Измерительный инструмент – бесшкальное средство измерения, не имеющее преоб разовательных элементов, предназначенное для контроля размеров, формы и расп. пов.

• калибры (гладкие калибры, конусные, резьбовые, шлицевые, шпоночные и др.);

• прочие (щупы, шаблоны, поверочные и синусные линейки, угольники, контрольные призмы, контрольные плиты и т. д.).

4. Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения изме рительной информации о величине, в форме, доступной для восприятия наблюдателем.

механические:……. (оптические, электрические, пневматические, гидравлические) • штриховые инструменты, снабженные нониусом (штангенинструменты);

• микрометрические инструменты, основанные на применении микропар;

• рычажно-механические приборы, которые подразделяются на:

• собственно рычажные приборы (миниметры);

• зубчатые приборы (ИЧ типа);

• рычажно-зубчатые приборы (микрометры);

• приборы с пружинной передачей (микрокаторы ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ 1. Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Цена деления не должна быть меньше погрешности показаний прибора!

2. Интервал деления шкалы – расстояние между осями (или центрами) двух соседних от меток шкалы. В измерительных приборах величина длины деления шкалы обычно составляет, а = 1…2,5 мм.

3. Чувствительность измерительного прибора – отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению сигнала на входе (свойство прибора реа гировать на изменения измеряемой величины):

l S= д.б. x Если изменение измеряемой величины составило x = 0,01 мм, что вызвало перемещение стрелки показывающего прибора на l = 10 мм, то абсолютная чувствительность прибора состав ляет S = 10/0,01 = 1000.

Для шкальных измерительных приборов Чувствительность прибора оценивается переда точным отношением прибора - отношение линейного или углового перемещения стрелки к из менению размера, вызвавшему это перемещение. Оно численно равно отношению интервала де ления к цене деления - k = a.

c 4 Вариацией показаний (нестабильность) показаний прибора - алгебраическая разность в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к ней со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

5 Функция преобразования (градуировочная характеристика средства измерений) – зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы.

Функция преобразования описывает статические свойства преобразователя и в общем случае записывается в виде:

y = f (x).

Функцию преобразования рассматривают обычно в трех аспектах:

• номинальная (желаемая) функция преобразования. Эта функция обусловлена законом построения шкалы и при равномерной шкале прибора номинальная функция преобразования бу дет иметь линейный характер – прямая, которая проходит через начало координат и описывается уравнением:

y0 = kx, где k – требуемое передаточное отношение прибора - k = a.

c • функция преобразования, обусловленная схемой измерительного прибора без учета погрешностей изготовления и сборки деталей передаточного механизма;

yсх = f (x, ri).

Параметры механизма ri - геометрические величины, определяющие размеры и взаимное положение отдельных элементов.

• действительная функция преобразования, учитывающая погрешности изготовления и сборки измерительного прибора. Реальная передаточная функция в статическом режиме имеет вид:

a x b.

y = f (x, ri+ri), i = 1,2,…n;

где x – измеряемая величина, r - теоретическое значение параметра;

r – погрешность параметра (первичная погрешность – обусловлена изготовлением деталей);

i – номер параметра;

n – число учитываемых параметров;

a и b нижний и верхний пределы измерений.

ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ это характеристики свойств СИ, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений – точностные характеристики средств измерений По ГОСТ 8.009 – 84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств изме рений» предусмотрена следующая номенклатура метрологических характеристик МХ:

1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки):

• функция преобразования измерительного преобразователя • значение однозначной или многозначной меры – • цена деления шкалы • вид входного кода – для выдачи результатов в цифровом коде.

2. Характеристики погрешностей СИ включают: значение погрешности, ее систематиче ские и случайные составляющие, погрешности случайной составляющей от Гистерезиса (вариа ция Н выходного сигнала).

3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам вы бираются из числа следующих:

функция влияния;

изменение значений метрологических характеристик СИ, вызванные изменением влияю щих величин в установленных пределах.

4. Динамические характеристики СИ – отражают инерционные свойства СИ при воз действии на него меняющихся во времени величин – параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки.

Нормы на отдельные МХ приводятся в эксплуатационной документации в виде номиналь ных значений.

Метрологические характеристики СИ задаются для нормальных и рабочих условий, регламентируемых ГОСТ 8.051 – 81.

ПОГРЕШНОСТИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ Основная нормируемая МХ - ПОГРЕШНОСТЬ СИ – разность между показанием СИ и дей ствительным значением измеряемой величины.

Классификация погрешностей.

1. Систематическая составляющая погрешность СИ – составляющая погрешность СИ, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся.

Причиной систематической составляющей погрешности может быть неточность изготовле ния деталей измерительной цепи в пределах допусков, установленных чертежами, теоретическая погрешность схемы прибора (sin-tg механизм), неуравновешенность некоторых частей упругие деформации деталей прибора.

Как правило, систематическая составляющая либо мала, либо ее учитывают, вводя в показа ния прибора соответствующую поправку.

2. Случайная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, изменяющаяся случай ным образом.

Причиной случайной составляющей погрешности может быть трение между механическими звеньями передаточного механизма, нестабильность работы упругих элементов, колебания пара метров электропитания, измерительного усилия и др.

3. Абсолютная погрешность СИ – погрешность СИ, выраженная в единицах измеряемой величины.

4. Относительная погрешность СИ – погрешность СИ, выраженная отношением абсолют ной погрешности СИ к результату измерений ли к действительному значению измеренной физи ческой величины.

Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности к нормированному значению ХN:

x = x 100%.

xN За значение ХN обычно принимают верхний предел средства измерения.

Приведенная погрешность используется для установления класса средства измерений.

Класс точности средства измерения – характеристика СИ, определяемая пределами допус каемых погрешностей. Классы точности средств измерений указываются в документации и обыч но обозначаются на самых измерительных приборах (циферблатах, щитках, корпусах) пропис ными буквами латинского алфавита либо римскими цифрами.

5. Статическая погрешность СИ – погрешности, которые возникают при измерении по стоянных величин 6. Динамическая погрешность СИ – разность между погрешностями СИ в динамическом режиме и его статической погрешностью.

Все погрешности в зависимости от внешних условий делятся на основные и дополни тельные.

Условия измерения – совокупность влияющих величин, описывающих состояние окру жающей среды и СИ.

Влияющая величина – это физическая величина ФВ, не измеряемая данным СИ, но оказы вающая влияние на его результаты.

В соответствии с установленными для конкретных ситуаций диапазонами значений влияю щих величин различают нормальные, рабочие и предельные условия измерений.

Нормальные условия измерений – это условия, при которых влияющие величины имеют нормальные значения (т.е. область значений, в пределах которой изменением результата измере ний можно пренебречь). Нормальные условия измерений задаются в Н-Т документации на СИ.

7. Основная погрешность СИ – погрешность СИ, определяемая в нормальных условиях см ГОСТ 8.050-73 ГСИ Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

Рабочими называются условия измерений, при которых влияющие величины находятся в пределах своих рабочих областей.

В пределах рабочей области нормируется дополнительная погрешность СИ.

8. Дополнительная погрешность СИ – составляющая погрешности СИ, возникающая до полнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.

Предельные условия измерений – условия, характеризуемые экстремальными значениями измеряемой и влияющих величин, которые СИ может выдержать без разрушений и ухудшения его МХ.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ 1. Классификация погрешностей измерения Практически каждое измерение имеет погрешность вследствие погрешностей, присущих средству измерений, выбранному методу и методике измерений, отличия внешних условий, в ко торых выполняется измерение.

Эта погрешность вычисляется или оценивается и приписывается полученному результату.

Погрешность результата измерений (кратко – погрешность измерений) – это разница между результатом измерения Xизм и истинным (действительным) значением XД измеряемой величины.

Х = Хизм – Хд, Она указывает границы неопределенности значений измеряемой величины.

Погрешность СИ – разность между показанием СИ и действительным значением изме ряемой ФВ. Она характеризует точность результатов измерений, проводимых данным средст вом.

Эти два понятия близки, и классифицируются по одинаковым признакам.

Пределы допускаемых погрешностей измерений регламентируют ГОСТ 8.051 – 81 ГСИ «Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм» и ГОСТ 8.549 – Погрешности измерений могут быть классифицированы по различным признакам.

По размерности (способу выражения):

1.

Абсолютная п.и. - погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины х = хизм хист. хизм хдейств.

Относительная п.и. - – отношение абсолютной погрешности измерения к действительному (измеренному) значению измеряемой величины и выраженное в %:

x = x 100% 100%.

xизм x действ.

Абсолютная и относительная погрешности используются для выбора измерительных прибо ров.

По закономерности (характеру) проявления:

2.

Систематическая погрешность - составляющая погрешности результата измерения, ос тающаяся постоянной для данного ряда измерений или же закономерно изменяющаяся при по вторных измерениях одной и той же физической величины.

Изменяющиеся систематические погрешности могут быть скорректированы введением поправки лишь в данный момент времени.

Случайная погрешность - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случай ным образом при повторных измерениях одной и той же величины.

Выявить величину случайной погрешности можно только на основе проведения многократ ных измерений и обработки результатов на основе правил теории вероятности.

Их нельзя исключить из результатов измерений путем введения поправки, однако их можно существенно уменьшить путем увеличения числа наблюдений.

К случайным погрешностям относят грубые погрешности и промахи.

Грубые погрешности – имеют место в том случае, если среди результатов измерений есть выделяющиеся результаты.

Для исключения из результатов измерений грубых погрешностей необходимо проделать со ответствующие статистические обоснования.

Промахи – резко выделяющиеся результаты измерений. Промахи исключаются из резуль татов измерений.

По условиям изменения измеряемой величины:

3.

статическая (погрешность результата измерения, обусловленная условиями статического изме рения) динамическая (возникает, если на результат измерения оказывает влияние скорость изменения измеряемой величины).

По источнику (месту) возникновения:

4.

• погрешности метода;

• инструментальные погрешности;

• погрешности условий;

• субъективные погрешности.

По влиянию внешних условий: основная;

дополнительная.

5.

Международная концепция представления результатов измерений Разделение погрешности измерения на случайную и систематическую и построенные на таком разделении методы ее описания стали подвергаться определенной критике.

Обработка результатов измерений во всех странах проводится с использованием аппарата теории вероятностей и математической статистики. Практически везде погрешности разделяются на случайные и систематические. Однако модели погрешностей, значения доверительных веро ятностей и формирование доверительных интервалов в разных странах мира отличаются друг от друга. Это приводит к определенным трудностям при сличении результатов измерений, получен ных в лабораториях разных стран.

Для устранения этих сложностей Международным бюро мер и весов (МБМВ), и другими международными организациями (МОЗМ), (ИСО) и (МЭК) – был разработан документ, содер жащий новую концепцию описания результатов измерений.

Основными положениями документа являются:

• отказ от использования понятий истинное и действительное значения измеряемой вели чины, погрешность, относительная погрешность, точность измерения, случайная и систематиче ская погрешности;

• введение нового термина «неопределенность» - параметра, связанного с результатом измерения и характеризующего дисперсию значений, которые могут быть обоснованно приписа ны измеряемой величине;

• разделение составляющих неопределенности на два типа: А и В.

Неопределенности типа А могут быть оценены статистическими методами на основе мно гократных измерений и описываются традиционными характеристиками центрированных слу чайных величин – дисперсией или средним квадратическим отклонением (СКО). Взаимодействие неопределенностей типа А описывается взаимным корреляционным моментом или коэффициен том взаимной корреляции.

Неопределенности типа В могут быть оценены любыми другими методами, кроме стати стических. Они должны описываться величинами, аналогичными дисперсии или СКО, так как именно эти характеристики можно использовать для объединения неопределенностей типа В как между собой, так и с неопределенностями типа А.

Эти нововведения должны быть, по мнению МБМВ, распространены на практическую деятельность метрологов. Единое мнение метрологов России на этот документ к настоящему времени еще не сформировано. Рассмотренные рекомендации не вошли в нормативные докумен ты метрологических органов России. Тем не менее многие из метрологов склоняются к мнению, что понятие «неопределенность измерения» надо вводить в практику, но не вместо понятия «по грешность», а наряду с ним.

ПОГРЕШ НОСТИ ИЗМЕРЕНИ Я Погрешность измерения можно представить в виде следующих составляющих изм М + ИП + У + С = М + (ОСН + ДОП)ИП + У + С = М + ИП + С где: М – метода;

ИП – измерительного прибора;

У – воздействия внешней среды;

С – субъ ективная.

1. Погрешность метода измерений Погрешность метода измерений может возникнуть из-за несовершенства метода измере ний или допущенных его упрощений, установленных методикой измерений.

Следовательно, Методическая погрешность измерения обусловлена:

• отличием принятой модели объекта измерения от модели, адекватно описывающей его свойства;

• влиянием способов применения СИ;

• влиянием алгоритмов (формул), по которым производятся вычисления результатов изме рений и др.

Отличительной особенностью методических погрешностей является то, что они не могут быть указаны в нормативно-технической документации на используемое СИ, а должны опреде ляться оператором в каждом конкретном случае.

Выбор и обоснование метода измерения Для линейных измерений наибольшее распространение получили прямые методы измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

1. Чаще используется метод непосредственной оценки, при котором измеряемую величину определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного приспособления.

Если измерение прямое и используется метод непосредственной оценки, то погрешность метода принимается равной нулю.

2. При точных измерениях применяют метод сравнения с мерой, для которого характер но наличие высокоточной меры или эталона.

Погрешность этого метода определяется погрешностью используемой меры (эталона), При прямом измерении методом сравнения с мерой x = (m ± n) погрешность метода можно оценить по формуле погрешности косвенного измерения:

M = (1 m) 2 + (1 n) 2.

x где m – размер меры;

n – разность между мерой и размером;

x – единица физической величины.

3. Если рассмотренные методы не позволяют решить измерительную задачу, прибегают к косвенным методам, при которых искомое значение величины y находят на основании извест ной зависимости между y и величинами x1, x 2,..., xi, подвергаемыми прямым измерениям. y = f (x1, x2, …, xi) Погрешность метода при косвенном измерении М 0 и рассчитывается по формуле:

дy n М = x i, i =1 дx i где xi - погрешность прямого измерения i-го параметра.

2 2 y y y x 2 2 +... + xi 2.

x x1 + x м = x 1 2 n 4. Наиболее сложно определить погрешность метода при измерении отклонений формы и расположения поверхностей. Это связано с тем, что нормирование допусков формы и располо жения поверхностей детали осуществляется относительно прилегающих поверхностей. Следова тельно, измерение соответствующих отклонений формы и расположений также должно осущест вляться от прилегающих поверхностей.

Поэтому возникает необходимость в материализации прилегающих поверхностей. Материа лизацию прилегающих поверхностей обычно осуществляют за счет контрольных оправок, пове рочных линеек, мерных прокладок, лекальных линеек и т.п.

Однако на практике часто прилегающую поверхность материализуют за счет реальной по верхности. В этом случае обязательно необходимо учитывать погрешность метода, связанную с погрешностью формы этой реальной поверхности.

дy n = x i, М Погрешность метода рассчитывается по формуле: i =1 дx i где xi - погрешность прямого измерения i-го параметра.

ПРИМЕР L Погрешность метода: м = l + 0,3 3 = 2,5 120 + 0,3 2 = 2 мкм, 2 осн где L = 80 мм – протяженность отсчетной плоскости, lосн = 120 мм – протяженность базовой плоскости, 2 = 2,5 мкм – допуск на неплоскостность базовой плоскости, 3 =2 мкм – допуск на неплоскостность отсчетной плоскости.

120h 80h 50± 0, A x 0,04 A а r lсх Примеры определения методической погрешности L + 4 f перi,k + 0,3 м = 22 1.

li k 1 Измери Оп Шта При Де- Пли 2 L L + некрi + некрk м = 2. lik lik Ви Измери Де тельная При А У Пл м = 22 + 0,04 2 + 0,04 3. лин Измери тельная Плос Де При Шта Ли- Пл L + m d м = 2 + 2 м = 2 + 2, k 2 4. 5.

некрi некрi,k Т Деталь Специальное приспо Накладная Де- Пли 2 упо ра Измеритель (в Пли Измерительная 2. Погрешность измерительного приспособления Погрешность измерительного приспособления возникает из-за:

несовершенства схемы измерительного приспособления, неточности изготовления и сборки, неточности элементов базирования и крепления детали, непропорциональности перемещения звеньев из-за наличия зазоров в опорах, температурных и силовых деформаций элементов прибора и измеряемой детали, неточности отсчета, связанной, в частности, с параллаксом, неточности используемого измерительного преобразователя и др.

В общем виде результирующую погрешность измерительного приспособления можно пред ставить следующим образом ИП СХ + Т + Э + О + П, где СХ - погрешность схемы измерительного приспособления (теоретическая погрешность);

Т технологическая погрешность;

Э - эксплуатационная погрешность;

О - погрешность отсчета;

П - погрешность СИ (измерительной головки).

2.1. Погрешность схемы измерительного приспособления Погрешность схемы (или теоретическая погрешность) возникает на стадии проектирова ния приспособления при упрощения его идеальной схемы, точно осуществляющей заданное движение. Это приводит к применению схемы приспособления, лишь приближенно осуществ ляющей требуемый закон передачи движения, вследствие чего возникает «теоретическая» ошиб ка механизма, называемая погрешностью схемы.

Погрешность схемы измерительного приспособления Погрешность схемы рассчитывается как разность между характеристикой приспособления (функцией преобразования), обусловленной его схемой lсх (xi, ri) и требуемой (желае мой) характеристикой (функцией преобразования), выражающая закон построения шкалы lo(x) :

сх = lсх (xi, ri) – lo(x), где: ri – параметры механизма, это геометрические величины, определяющие размеры и взаимное положение отдельных элементов;

a l o = kx = x, (k – передаточное отношение прибора).

r Связь измерительных приборов с контролируемой поверхностью осуществляется, как пра вило, с помощью прямой или рычажной передачи.

Синусный механизм получается при плоской поверхности контакта поступательно дви жущего элемента (если сфера расположена на поворотном рычаге) Основная зависимость - x = r sin.

Тангенсный - при сферической его поверхности контакта поступательно движущего эле мента (если поворотное звено имеет плоскости).

Основная зависимость - x = a1tg, Пример. - для sin-tg рычага, Исходя из схемы величина входного сигнала:

sin sin l c x = a tg = a =a x = rsin. sin = x/r;

.

cos 1 sin a lo = x x x, lcx = a =a. r x x2 r r r ax ax 50 2 50 сх = lcx - l0 = = = 0,0016мм = 1,6 мкм 50 r x r 2 2 Погрешность схемы, рассчитанная по полученной формуле, например, при исходных дан ных: r = a = 50 мм;

0 х 2 мм составляет около 1,6 мм.

2.2. Погрешность технологическая Технологическая погрешность возникает на стадии изготовления прибора. Источники этой погрешности – неточность изготовления и сборки самого средства измерения.

В первом приближении технологическую погрешность (тех) можно рассчитать по формуле:

lcx l l n тех = ri, Т = сх a + сх r i =1 ri a r где lсх – функция преобразования, обусловленная схемой;

ri – номинальные размеры деталей из мерительного приспособления;

ri – погрешность изготовления или сборки деталей, входящих в измерительную цепь.

На длину плеч r рычагов устанавливают допуск ± (0,05-0,1) мм или по квалитету IT 10…14:

r = ±0,05 мм, a = ±0,1 мм, Пример. Оценим технологическую погрешность средства измерения.

ax l сх =, при расчетах примем a = 0,1мм, а r = 0,05 мм.

r 2 x l сх 2 ( ) ( ) 1 = ax r x = ax r 2 x 2 2 2r.

r l l 1 ( ) x Т = сх a + сх r = a + ax 2r r 2 x 2 2 r = a r 2 r 2 x ( ) = 0,1 + 50 2 50 50 2 2 2 2 0,5 = 0,004 0,002 = 0,002 мм = 2 мкм.

50 2 2 2.3. Эксплуатационная погрешность Эксплуатационная погрешность возникает в результате эксплуатации измерительного при бора. Источниками появления поэлементных эксплуатационных погрешностей могут быть:

• отличие условий эксплуатации от нормальных – непостоянство температурного ре жима (температуры помещений, приспособления, деталей), влажности, атмосферного давления, наличие загрязнений и др.;

• силовые деформации:

1. вызывающие упругие перемещения, 2. контактные деформации, зависящие от измерительного усилия, шероховатости контроли руемой поверхности, формы чувствительного элемента прибора и формы детали 3. и перемещения в пределах зазоров, непостоянство измерительного усилия во времени, упру гого последействия, непостоянства сил трения и т. д.

э = t + s+ упр +к 2.3.1. Погрешность от температурных деформаций при известном температурном режиме t lt = 11,6 10 6 l t.

где l – измеряемый размер (длина нормируемого участка или соответствующий номинальный размер);

температурный режим измерения, т.е. допустимой разности температур (t°С) объекта измерения и измерительного средства:

( си д )max 2 max + t 2, t = t 11,6 10 6 11,6 10 t1 – отклонение температуры воздуха от 20 °С;

t2 – кратковременные колебания температуры воздуха в процессе измерения, Д, П – коэффициенты линейного расширения соответственно измеряемой детали и средства измерений;

где (си д)max – максимально возможная разность значений коэффициентов линейного расширения материалов элементов прибора (средства изме рения) и детали;

max – максимальное значение коэффициента линейного расширения материала средства измерений или измеряемой детали;

При использовании данной формулы могут быть приняты ориентировочные рекомендации по величинам периода колебаний температур: при использовании СИ небольших размеров мож но рассматривать колебания в течение 15-30 мин;

приборами средних габаритных размеров – в течение 1 ч;

приборами больших габаритных размеров – в течение 6 ч.

2.3.2. Погрешность от силовых деформаций Для надежного замыкания размерной измерительной цепи необходимо вводить устройство, создающее усилие в цепи. Это усилие называется измерительным усилием.

Непостоянство измерительного усилия приводит к возникновению следующих по грешностей:

1. погрешность от упругих перемещений элементов измерительного прибора и от упругих деформаций элементов поверхностей измеряемых деталей;

2. погрешность от контактных деформаций;

3. погрешность от перемещений в пределах зазоров.

1. Погрешность от упругих перемещений.

Измерительное усилие, приложенное к измеряемой детали, расположенной консольно или на двух опорах, а также к детали из мягкого материала или тонкостенной, может вызвать про гиб детали.

Величина погрешности измерений при этом равна значению деформации элемента прибора или детали под действием нагрузки и определяется по формулам сопротивления ма териала.

y y F z x h f x l b Fl упр = f =, 3EJ x Естали = 2105 МПа – модуль упругости, Jx = bh3/12 – момент инерции прямоугольника. Jx где =0,05d - момент инерции круга, [b =15 мм, 20 мм;

h = 30, 16мм, F = 2…4 H, l = 50 мм].

При многих измерениях используют вспомогательные элементы (штативы, стойки и др.), входящие в измерительную размерную цепь. При их недостаточной жесткости, особенно при измерении отклонений формы, может возникнуть погрешность измерения. В ГОСТ 10197 – 70 на стойки и штативы нормируются допускаемые значения их прогибов.

2. Погрешность от контактных деформаций.

При расчете учитывают максимальное измерительное усилие, материал, форму и состоя ние поверхности измерительного наконечника и объекта измерения. Значение возникающей де формации может быть рассчитано по известным в сопротивлении материала формулам Герца.

Контактные деформации для случая измерений плоских стальных деталей сферическим наконечником могут быть определены по формуле P k = 0,43 k, r r k – величина контактной деформации, мкм;

где P – измерительное усилие, Н;

r – радиус наконечника, мм;

k – коэффициент, зависящий от материала измерительного наконечника:

для наконечника из стали k = 1;

из корунда k =0,86 (МИГ).;

из твердого сплава k = 0,81 (ИЧТ).

3. Погрешностей от перемещений в пределах зазоров При использовании в передаточном механизме рычажной передачи необходимо учесть влияние зазоров в опоре рычага.

Для уменьшения погрешностей от перемещений в пределах зазоров при разработке измери тельного приспособления следует располагать центры сфер и центр опоры на одной прямой, т.е.

соблюдать правило теоретического рычага. Отверстия в рычагах выполняют с допуском по IT 7.

l сх x a = S max 2.

s = a = a, Smax = ES-ei.

a r 2 x Установку двуплечего рычага в измерительном приспособлении можно осуществить по 2-м вариантам:

1. Ось соединить неподвижно с рычагом, а поворот рычага обеспечить за счет зазора ме жду осью и отверстиями корпуса (рис.1);

2. Ось неподвижна в корпусе, а поворот осуществить за счет зазора между осью и отвер стием рычага (рис.2).

5F7/h 5N7/h 5N7/h 5F7/h 5G7/h 5M7/h Рис.1. можно назначить посадки:G7/h6, N7/h6. Рис.2.

Перемещение рычага в пределах зазора вызовет изменение расстояния в пределах:

a - Smax/2 a a + Smax/2, или Smax a – 0,015 a a + 0, Smax/2 Smax/ ПРИМЕР.

При использовании sin-tg рычага (a = r= 50 мм) поворот рычага обеспечивается за счет за () 0, F = 5 0, зора между осью и отверстием корпуса в соответствии с посадкой 5 Наи () h6 0, больший зазор Smax = ES-ei=0,022-(-0,008)=0,03мм.

l сх x s = a = a = 0,015 = 0,0006 мм = 0,6 мкм, где a = S max.

a r 2 x2 50 2 2 2.4. Погрешностью отсчета является погрешность от влияния параллакса.

Погрешность от параллакса – это составляющая погрешности отсчета, возникающая вслед ствие визирования стрелки, расположенной на некотором расстоянии от поверхности шкалы, в направлении, неперпендикулярном поверхности шкалы.

Вследствие смещения глаза наблюдателя на расстояние z Z наблюдатель совмещает указатель 0 не со штрихом K, а со штрихом К1 (рис. 3).

Возникающая при этом погрешность пар (мм) от парал лакса может быть определена из соотношения:

y z пар y пар = =, отсюда, l l z l где y = 2 мм - расстояние между плоскостями шкалы и указателя (стрелки);

Плоскость указателя z = 30 мм – смещение глаза наблюдателя в плоскости, парал лельной шкале;

У l = 250 мм – расстояние от глаза наблюдателя до указателя.

Плоскость шкалы Полученное значение пар пересчитаем в мкм в зависимо K K Д пар сти от интервала деления и цены деления шкалы.

Учитывая, что для 2МИГ: цена деления c = 0,002 мм;

число делений шкалы n = 200;

диаметр шкалы D = 70 мм, найдем длину деления шкалы:

пар с 0,2 D 3,14 o = /пар = = = 0,36 мкм a= = = 1,1мм а 1, n 3. ПОГРЕШНОСТЬ СРЕДСВ ИЗМЕРЕНИЯ В конструкциях измерительных приспособлений для измерения линейных и угловых вели чин чаще всего используют стандартные измерительные преобразователи – головки и индикато ры (ИЧ, МИГ, ИГ, ИГМ и т.д.). Погрешности этих преобразователей приводятся в паспортных данных, справочниках и т.д.

4. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ, ЗАВИСЯЩИЕ ОТ СУБЪЕКТИВНЫХ ФАКТОРОВ Данные погрешности возникают от участия в процессе измерений или при его подготовке оператора, т.е. субъекта. Они вызываются состоянием оператора, его положением во время рабо ты, несовершенством органов чувств, эргономическими свойствами СИ.

СУММАРНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ Расчетная суммарная погрешность измерения определяется путем суммирования ее со ставляющих.

Выбор способа суммирования погрешностей (складывать алгебраически или геометриче ски, т.е. квадратическое суммирование) зависит от степени коррелированности составляющих.

Если коррелированны – то погрешности складывают алгебраически.

Если не коррелированны – то погрешности складывают квадратически.

Способ суммирования определяется логически: если среди причин, вызывающих погрешно сти измерения, есть общие причины, то с большей вероятностью можно предположить об их вза имной корреляции (например, технологические погрешности, обусловленные неточностью изго товления размеров передаточных звеньев), когда тесные корреляционные связи просматриваются логически.

Погрешности же, между которыми такие взаимосвязи не обнаруживаются, относятся к неза висимым.

ПОГРЕШНОСТЬ ПРИЧИНА м несовершенство метода сх вид передаточного механизма техн неточность изготовления рычагов и сборки t s упр измерительное усилие, вид контакта, материал к си погрешность измерительной головки суб Результирующую погрешность измерения изм следует сравнить с допустимой изм.

При выполнении неравенства изм изм спроектированное измерительное приспособление обеспечивает получение результата измерения с погрешностью не более допустимой.

Если изм изм, то необходимо уточнить составляющие погрешности. Если уточнение не приводит к желаемому результату, следует усилить ограничения на колебание значений влияю щих величин, разработать новый метод или спроектировать новое измерительное приспособле ние.

Сравнение результирующей погрешности измерения с допускаемой нужно проводить до тех пор, пока не будет изм изм ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ 1. Структура измерительных приборов Прибор – это средство, служащее для выполнения функций измерения, контроля, регулиро вания, управления и т.п. Различают универсальные СИ и специальные СИ.

Универсальными называются средства, предназначенные для измерений длин и углов вне зависимости от конфигурации измеряемой детали.

Специальными называются средства, предназначенные для измерений элементов деталей определённой формы (элементы резьбы, зубчатых колёс и т.д.) или специальных параметров де талей вне зависимости от ее геометрической формы (шероховатости, отклонения формы, распо ложения поверхности и т. д.).

Основные требования, предъявляемые к измерительным приспособлениям, определяются необходимостью получения высокой точности и пропускной способности приспособлений, а так же простотой конструкций, дешевизной и удобством их изготовления и эксплуатации.

Конструкции проектируемых ИП зависят от конструктивных особенностей проверяемой де тали, вида конструктивной базы и способов базирования.

Наиболее сложные приборы состоят из следующих основных частей:

1. базирующее устройство, 2. измерительная цепь, в которую могут входить:

• чувствительный элемент, • передающее устройство или ПП, • отсчетное устройство - измерительное средство.

3. вспомогательные элементы – устройства для крепления (зажимное устройство) и пере мещения измеряемой детали и узлов приборов.

Во многих приборах часть структурных элементов отсутствует.

Ч П ОУ Д УЭ Б Б – базирующий элемент 1.

Д – деталь УЭ - Установочные элементы 2.

Ч – чувствительный элемент 3.

П – преобразователь 4.

ОУ – отсчетное устройство 5.

Вспомогательные элементы ИП 6.

2. Проектирование ИП Мы рассмотрели структуру измерительных приборов. Перейдем к вопросу проектирования контрольных приспособлений.

Проектирование любого приспособления начинается с определения теоретической схемы базирования детали, т.е. придания детали требуемого положения относительно принятой систе мы координат, которое осуществляется с помощью выбранных на объекте баз в виде принадле жащих ему поверхностей, осей, точек или их сочетаний.

Совокупность 3-х баз, образующих систему координат объекта, составляет комплект баз.

В этом случае на объект налагается 6 двусторонних геометрических связей, которые симво лизируются 6-ю опорными точками. Использование комплекта баз необходимо для обеспечения неподвижности объекта в выбранной системе координат.

Соответствующее число связей может сниматься, если при измерении детали достаточно определенное число степеней свободы, тогда при базировании используют 2 или 1 базу.

Последовательность разработки приспособления 1. Определение теоретической схемы базирования детали:

• выбор базы, • схемы базирования, • материализация координатных плоскостей исходными точками контакта или поверх ностями объекта, используемыми в качестве баз.

Базы:

установочная - лишает 3 степени свободы направляющая – лишает 2 степени свободы;

двойная направляющая – 4 ст. cв.

опорная – лишает одну степень свободы;

двойная опорная – 4 ст. св.

2. Разработка структурной схемы ИП 3. Выбор и обоснование параметра для расчета на точность 4. Определение допускаемой погрешности измерения 5. Расчет погрешности измерительного приспособления 6. Выводы 3. Схемы измерения Поверхности базирующих и чувствительных элементов (измерительные наконечники) мо гут быть: сферическими, цилиндрическими, плоскими. Следовательно, при измерении могут быть обеспечены три вида контакта чувствительных и базирующих элементов: точечное, линейное и по плоскости. Точечный контакт обеспечивает наименьшую погрешность при измерении.

Итак для измерения размера нужно составить схему, чтобы:

контакт элементов прибора с деталью был точечным;

линия действия должна располагаться вдоль размера.

1. Схемы измерения сфер x y z Sx Sy Sz Сф-Сф ! ! !! + + + Сф-Цил. - ! !! + + + Сф-Плоск. - - !! + + + 2. Схемы измерения цилиндрических деталей x y z Sx Sy Sz Ц-Сф + ! !! + ! + Ц-Ц + ! !! + !! + Ц-Пл - - !! + !! + 3. Схемы измерения плоских деталей x y z Sx Sy Sz Пл-Сф + + !! ! ! Пл-Ц - - !! ! ! Пл-Пл - - !! ! ! ВЫВОДЫ 1. Выбор схемы измерения и контроля осуществляется по той схеме, где меньше всего восклица тельных знаков «!».

2. «!» - говорит о том, что эта степень свободы дает погрешность (необх. лишить эту ст. сво боды).

3. «!!» - смещение вдоль измеряемого размера опасно, т.е. надо обязательно лишать деталь сте пени свободы по z (поворота вокруг y – см. рис.).

4. «+» - необходимо обеспечить свободу перемещения (поворот вокруг измеряемого размера все гда безразличен).

5. «-» - лишение данной степени свободы не влияет на результат измерения.

1. Базирующие элементы измерительных приборов - ИП Правильность конструкции контрольного приспособления и точность его работы в значи тельной степени предопределяются правильным выбором базы измерения.

Базой измерения называются поверхности проверяемой детали, которыми она устанавлива ется на контрольном приспособлении относительно измерительного устройства.

Различают 2 основных вида базирующих поверхностей: базы конструктивные и технологиче ские.

Конструктивной базой называется поверхность детали, которой она устанавливается в узле или механизме относительно других деталей.

Технологической базой называется поверхность детали, которой она устанавливается в ста ночном приспособлении относительно режущего инструмента.

Измерительные (контрольные) приспособления, предназначенные для промежуточного межоперационного контроля, должны использовать по возможности технологическую базу, которая была принята в соответствующем станочном приспособлении.

Измерительные (контрольные) приспособления, предназначенные для проверки оконча тельно обработанных деталей, должны использовать конструктивную базу, которая обеспечит правильность детали применительно к условиям ее работы в механизме.

Наиболее характерными формами поверхностей деталей, которые принимаются за ба зы измерения, являются плоские и цилиндрические (наружные и внутренние) поверхности.

Базирующие элементы ИП служат для установки измеряемой детали.

Ими могут быть:

1. Плоскости;

2. Внутренние и наружные призмы;

3. Контрольные оправки;

4. Центра;

5. Упоры, как правило, полусферические и т.д.

УСТАНОВКА ДЕТАЛЕЙ ПО ПЛОСКОСТИ – КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ.

1. В установочных узлах ИП для установки корпусных деталей по измерительным бази рующим поверхностям применяются плоские опорные поверхности различных размеров.

Погрешности установочной поверхности детали (неплоскостность и чистота обработки) мо гут быть значительными при использовании для установки всей базовой поверхности детали.

Следовательно, в конструкции ИП целесообразно сохранить для базирования лишь три точки, образующие опорный треугольник, в который должны быть вписаны и центр тяжести де тали и проекции точек приложения усилия зажима.

2. Наиболее широкое распространение имеют опоры сферические и плоские.

Опоры со сферическими головками рекомендуются для установки деталей необработанны ми поверхностями, опоры с плоскими головками — для установки деталей обработанными по верхностями.

Материал – Сталь 20Х, У7А, Ст. 45. Калить - HRC 55…60, т.к. быстро изнашивается поверх ность.

Цементировать 1,2…1,5. Rа = 0,63…0,32мкм. Посадки: H7/n6;

H7/r УСТАНОВКА ПО НАРУЖНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ - детали типа ВАЛОВ 1. В ИП для установки деталей этой группы наиболее часто применяют установочные узлы с призмами.

При использовании призмы в качестве установочного элемента следует учитывать, что изме нение диаметра D цилиндрической базирующей поверхности детали в пределах допуска дает определенную погрешность измерения.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.