 |
Основные параметры средств измерений
|
|
|
|
МЕТРОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Метрология - наука об изменениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
ГОСТ 16263-70 устанавливает основные задачи метрологии – установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, разработка теории. А также методов и средств измерений и контроля, обеспечение единства измерений и единообразных средств измерений, разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
Измерение физической величины выполняют опытным путем с помощью технических средств и получают значение физической величины.
Q=q*U – действительное значение физической величины
Где q – числовое значение физической величины в принятых единицах, U – единица физической величины.
Нормативно-правовой системой метрологического обеспечения точности измерений является государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основные нормативно-технические документы ГСИ – Госстандарты ГОСТ 8.417-81 (СТ СЭВ 1052-78).
Основными единицами физических величин являются: длины – метр (м), массы – килограмм (кг), времени – секунда (с), силы электрического тока – ампер (А), термодинамической температуры – кельвин (К), силы света – кандела (кд), количества вещества – моль (моль), радиан (рад) и стерадиан (ср) – для измерения плоского и теменного углов соответственно, единицы силы – ньютон (Н) 1Н=1кг*м*с-2, единица давления – паскаль 1Па=1кг*м-1*с-2.
Для обозначения десятикратных степеней (умноженных на 10 в положительной степени) и дольных (умноженных на 10 в отрицательной степени) приняты следующие приставки.
|
|
|
| Экса | (Э) | - | 18 | атто | (а) | - | -18 | |||
| Пета | (П) | - | 15 | фемто | (ф) | - | -15 | |||
| Тера | (Т) | - | 12 | пико | (п) | - | -12 | |||
| Гига | (Г) | - | 9 | нано | (н) | - | -9 | |||
| Мего | (М) | - | 6 | микро | (мк) | - | -6 | |||
| Кило | (К) | - | 3 | милли | (м) | - | -3 | |||
| Гекто | (Г) | - | 2 | санти | (с) | - | -2 | |||
| Дека | (да) | - | 1 | деци | (д) | - | -1 |
Так 0,001мм=1мкм
Средства измерений – это технические средства, используемые при измерении и имеющие нормированные метрологические свойства.
Эталоны – это средства измерений, официально утвержденные и обеспечивающие воспроизведение или хранение единицы физической величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений.
Меры – это средства измерений, предназначенные для воспроизведения заданного размера физической величины (плитки плоскопараллельные - концевые меры длины и т.п.).
Образцовые средства измерений – меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других физических измерений.
Рабочие средства – применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.
Методы измерений – ГОСТ 16263-70 устанавливает совокупность приемов использования различных физических принципов и средств.
При прямых измерениях значения физических величин находят из опытных данных.
При косвенных измерениях значения находят на основании известной зависимости от величин, подвергаемых прямым измерениям.
Например, диаметр детали можно непосредственно измерить как расстояние между диаметром противоположными точками (прямое измерение) либо определить из зависимости, связывающей этот диаметр, длину дуги и стягивающую ее хорду, измерив непосредственно последние величины (косвенное измерение).
|
|
|
Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях основных величин и использование значений физических констант (например, измерение длины штангенциркулем).
Относительное измерение: величину сравнивают с одноименной величиной, играющей роль единицы или принятой за исходную. Измерение диаметра вращающейся детали производится по числу оборотов соприкасающегося с ней оттестированного ролика.
При методе непосредственной оценки значение физической величины определяют непосредственно по отчетному устройству прибора прямого действия (измерение давления пружины манометром).
При методе сравнения с мерой измеряемую величину сравнивают с мерой (с помощью гирь уравновешивают на рычажных весах).
При дифференциальном методе измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой (например, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре, после его настройки на ноль по блоку концевых мер длины).
Нулевой метод – также разновидность метода сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (измерение электрического сопротивления по схеме моста с полным его уравновешиванием).
Метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (при измерении штангенциркулем используется совпадение отметки основной и нониусной шкал).
Поэлементный метод – характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала).
Комплексный метод характеризуется измерением суммарного показателя качества, на который оказывают влияние отдельные его составляющее (измерен7ие радиального биения цилиндрической детали, на которое влияет эксцентриситет, овальность и т.п.).
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Длина деления шкалы – расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренные вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых положительных отметок шкалы.
Цена деления шкалы – разновидность значений величины соответствующих двум соседним отметкам шкалы (1мкм для оптиметра, длинномера и т.п.).
|
|
|
Градуированная характеристика – зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений.
Диапазон показаний – область значений шкалы ограниченная конечным и начальным значениями шкалы. Например, для оптиметра типа ИКВ-3 диапазон показаний показывает ±0,1мм.
Диапазон измерений – область значений измеряемой величины с нормированными допускаемыми погрешностями средства измерений. Для ИКВ-3 диапазон измерений длин составляет 0…200мм.
Отчет показаний измерительного средства выполняют в соответствии с уравнением
,
где А – значение отсчета,
М – размер меры, по которому отсчитанное устройство установлено на ноль,
n – число целых делений, отсчитываемое по шкалам отсчетного устройства,
i – цена деления шкалы,
К – номер шкалы,
m – доля деления шкалы с наименьшей ценой деления, оцененная визуально.
Влияющая физическая величина – физическая величина, не измеряемая данным средством, но оказывающая влияние на результаты измерений (температура).
Нормальные (рабочие) условия применения средств измерения – условия их применения, при которых влияющие величины имеют нормальные значения, т.е. в пределах нормальной. Нормальные условия для выполнения линейных и угловых измерений регламентированы ГОСТ 8.050-73.
Чувствительность измерительного прибора – отношение сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины (например, при измерении диаметра вала с номинальным размером х=100мм изменение измеряемой величины ∆х=0,01мм вызвало перемещение стрелки показывающего устройства на ∆l=10мм). Абсолютная чувствительность прибора составляет:
,
относительная чувствительность составляет
.
В соответствии с ГСТ 16504-81 геометрический объект контроля содержит одну или несколько контрольных точек.
Зона контроля (измерения) – область взаимодействия средства контроля (измерения) с объектом контроля (измерения), на которой расположена одна или несколько контрольных точек.
|
|
|
Линия контроля (измерения) – прямая, проходящая через контролируемый (измеряемый) размер.
Плоскость контроля (измерения) – плоскость, проходящая через линию контроля (измерения) и выбранную линию расположения контрольных точек.
ГОСТ 16263-70 устанавливает структурные элементы измерительных средств: преобразовательный и чувствительный, измерительная цепь, измерительный механизм, отсчетное устройство со шкалой и указателем и регистрирующее устройство, а также контактные измерительные приборы снабжаются одним или несколькими наконечниками.
ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ
Под погрешностями измерения подразумевают отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины.
Точность измерения – отражает близость результатов измерения к истинному значению измеряемой величины.
Абсолютная погрешность измерения – разность между значением величины, полученным при измерении, и ее истинным значением, выражаемая в единицах измеряемой величины.
Относительная погрешность измерения – отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины.
Систематическая погрешность измерения – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины.
Случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся при этих условиях случайным образом.
В зависимости от последовательности причины возникновения различают:
· инструментальная погрешность – составляющая погрешности измерения;
· погрешность метода измерения – возникающая неточным отсчитыванием показаний средств измерений;
· погрешность поверки – погрешность измерений при поверке средств измерений.
Таким образом, в зависимости от способа выявления следует различать поэлементные (составляющие) и суммарные погрешности измерения.
ГОСТ 8.401-80 устанавливает класс точности средств измерений, который характеризует свойство, средств измерения, поскольку при определении погрешности измерения необходимо учитывать погрешности метода, настройки и т.д.
Эталон единицы длины - метр, равный 1650763,73 длин световых волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона 86 (ГОСТ 8.417-81) или длине пути, проходимого света в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
За единицу времени принята секунда, равная 9192631770 периодам излучения, соответствующего перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома Цезия-133.
|
|
|
Эталон единицы массы – 1кг цилиндр из сплава платины (90%) и иридия (10%), у которого диаметр и высота примерно одинаковы (около 30 мм).
Эталон количества вещества (моль) – количество вещества системы содержащей столько же структурных элементов частиц, сколько атомов содержится в 12,000 г углерода-12.
Эталон единицы силы света (кандела) – сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012 Гц, элемент числа света которого в этом направлении составляет 1/683 В/ср.
Эталон единицы силы тока (ампер) – сила, не изменяющегося во времени электрического тока, который, протекая в вакууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения расположенные один от другого на расстоянии 1 метр, создает на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия 2*10-7Н.
Единицей термодинамической температуры является кельвин, составляющий 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.
Для воспроизведения длины в промышленности используют штриховые и концевые меры. Штриховые меры выполняют в виде образцов, линеек, рулеток и шкал с отсчетными элементами.
Плоскопараллельные концевые меры длины – набор параллелепипедов (пластин и брусков) из стали длиной до 1000мм или твердого сплава длиной до 100мм с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями (ГОСТ 9038-83).
Наборы составляют из различного числа концевых мер от 2 до 112 штук, следующих классов точности: 00; 0,1; 0; 1; 2; 3 – из стали; и 00; 0; 1; 2; 3 - из твердого сплава. К каждому набору прилагают паспорт по ГОСТ 2875-75.
Призматические угловые меры (ГОСТ 2875-75) – для контроля наружных и внутренних углов инструментов, шаблонов, изделий, поверки приборов и т.п. выпускают их 5 типов: 1 и 2 – с одним рабочим углом, со срезанной вершиной и остроугольные; 3 – с четырьмя рабочими углами; 4 – многогранные призматические с равномерным угловым шагом; 5 – с тремя рабочими углами. 1, 2 и 3 угловые меры изготовляют 3х классов (0, 1, 2); 4 – четырех классов (00, 0, 1, 2); 5 – класса (1).
|
|
|
