Методы измерений

Измерение – совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.

1. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения методы подразделяются:

- статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени; (пример: измерение размеров тела, постоянного давления)

-динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.(пример: измерения пульсирующих давлений, вибраций)

2. По способу получения результатов измерений методы измерений делятся на:

-прямые – при этом измерении искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (пример: измерение угла угломером)

-косвенные- при этом методе искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям(пример: определение угла с помощью синусной линейки)

3. По способу выражения результатов измерений различают:

- абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использовании значений физических констант (пример: измерение размеров деталей штангенциркулем или микрометром)

- относительное – при этом измерении величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную(пример: измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика)

4. В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают:

-поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (пример: измерение эксцентриситета, овальности., огранки цилиндрического вала)

-комплексный метод хар-ся измерением суммарного показателя качества(а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие(пример: измерение радиального биения цилиндр. детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.)

По способу получения значений измеренных величин различают два основных метода измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой:

- метод непоср. оценки – метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (пример: измерение длины с помощью линейки)

- метод сравнения с мерой – метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.(пример: измерение внутреннего диаметра с помощью нутромера индикаторного).

При измерении линейных величин различают контактный и бесконтактный методы измерений.

Контроль – это процесс получения и обработки информации об объекте (параметре детали, механизма, процесс и т.д.) с целью определения нахождения параметров объекта в заданных пределах. Контроль частный случай измерения, и он проводится с целью установления соответствия измеряемой величины заданному допуску. Контроль используется также для настройки, регулировки и при установке(замене) отдельных блоков технических систем.

Классификация:

- неразрушающий

- разрушающий

- По характеру распределения по времени: непрерывный, периодический и летучий контроль(в случайные моменты времени).

- В зависимости от исполнителя контроль разделяют на самоконтроль, контроль мастеров, контроль ОТК(отдел техн.контроля) и инспекционный контроль(ведомственный, вневедомственный, государственный).

- По стадии технологического (производственного) процесса отличают входной, операционный и приемочный контроль.

- входному контролю подвергают сырье, исходные материалы, комплектующие изделия и т.п.,т.е. все то, что используется при производстве продукции или ее эксплуатации

- операционный контроль еще незавершенной продукции проводится на всех операциях производственного процесса.

- приемочный контроль готовых, сборочных и монтажных единиц осуществляется в конце технологического процесса.

-По числу измерений отличают однократный и многократный контроль.

-По способу отбора изделий, подвергаемых контролю, отличают сплошной и выборочный контроль.

Методика выполнения измерений. В целом точность измерения зависит от: точности применяемого средства измерения; точности метода измерения; влияния внешних факторов.

Под методикой выполнения измерений понимают совокупность методов, средств, процедур, условий подготовки и проведения измерений, а также правил обработки экспериментальных данных при выполнении конкретных измерений.

По закону РФ «Об обеспечении единства измерений» измерения должны проводиться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками.

Нормативно-техническими документами (НТД), регламентирующими методику выполнения измерений яв-ся:

1. Госстандарты или методические указания Госстандарта России по методикам выполнения измерений. Стандарт разрабатывается в том случае, если применяемые средства измерений внесены в Государственный реестр средств измерений.

Средства измерений и их виды. Средство измерения – это техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

По метрологическому назначению средства измерений делятся по их назначению на образцовые и рабочие.

Образцовые предназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности. Поверка – это операция, проводимая уполномоченным органом и заключающаяся в установлении пригодности СИ к применению на основании экспериментально определенных метрологических характеристик и контроля их соответствия предъявляемым требованиям. Основной метрологической характеристикой, определяемой при поверке СИ является его погрешность.

Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.

К средствам измерений относятся:

1. Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера.

2. Измерительные преобразователи – это средства измерений, перерабатывающие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хранения и обработки, но как правило, не доступную для непосредственного восприятия наблюдателем(термопары, измерительные усилители и др). Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования – выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования (статической характеристикой).

3. Измерительные приборы относятся к средствам измерений, предназначенным для получения измерительной информации о величине, подлежащей измерению, в форме удобной для восприятия наблюдателем. Значительно большими точностными возможностями обладают приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны.

По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие (аналоговые и цифровые) и на регистрирующие.

Наибольшее распространение получили аналоговые приборы, отсчетные устройства которых состоят из двух элементов – шкалы и указателя, причем один из них связан с подвижной системой прибора. а другой – с корпусом. В цифровых приборах отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или др. цифровых отсчетных устройств.

Универсальные измерительные средства. Средства измерения по назначению можно разделить на универсальные и специальные. Специальные средства предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа.

К универсальным средствам измерений относятся:

- концевые меры длины. Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Широко используются плоско-параллельные концевые меры длины в форме прямоугольного параллепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями. Меры выпускаются по ГОСТ 9038-73

К универсальным измерительным инструментам относятся штангенциркули, предназначенные для измерения наружных и внутренних размеров, микрометрические измерительные инструменты.

Механические измерительные приборы. К ним относятся приборы с зубчатой передачей – индикаторы часового типа. Метрологические показатели средств измерений:

1. Длина деления шкалы – это расстояние между серединами двух соседних отметок(штрихов, точек и т.п.) шкалы.

2. Цена деления шкалы – это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

3. Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, т.е. наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины.

4. Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерения.

Погрешность измерений - это отклонение значений величины, найденной путем ее измерения, от истинного(действительного) значения измеряемой величины.

∆изм = Хизм – Х

где Хизм – действительное значение измеряемой величины

Х – истинное значение.

В зависимости от физической природы возникновения погрешности разделяют на систематические и случайные.

Систематической погрешностью наз-ся погрешность, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся во времени при повторных измерениях одной им той же величины. Для выявления систематической погрешности производят многократные измерения образцовой меры и по полученным результатам определяют среднее значение размера. Отклонение среднего значения от размера образцовой меры характеризует систематическую погрешность, которую называют «средней арифметической погрешностью». Систематическая погрешность всегда имеет знак отклонения, т.е. «+» или «-».

Случайной погрешностью измерения называют погрешность. которая при многократном измерении одного и того же значения не остается постоянной. Например, при измерении валика одним и тем же прибором в одном и том же сечении получаются различные значения измеренной величины.

Систематические и случайные погрешности чаще всего появляются одновременно.

Суммарная погрешность измерения – погрешность, включающая инструментальную погрешность, погрешность метода измерения и дополнительную погрешность.

Имеется ряд слагаемых погрешностей, которые являются доминирующими в общей погрешности измерения:

1. Погрешность установки – возникает в том случае, если ось измерительного наконечника прибора (ориентация детали) не совпадает с нормалью к измеряемой поверхности. При измерении, настройке, совпадение оси с нормалью обеспечивается относительным «покачивание» прибора и детали с фиксацией минимального отсчета по шкале.

2. Погрешности из-за установочных мер по которым производится настройка средства измерения.

3. Погрешности, зависящие от измерительного усилия. Колебание измерительного усилия приводит к деформации поверхности детали и конструкции средства измерения, вызывая значительную случайную составляющую. (Такая погрешность появляется при применении штативов и стоек недостаточной жесткости).

4. Погрешность, происходящая от температурных деформаций объекта измерения и средства измерения. За нормальную температуру как для допусков размеров так и для измерения принята температура 20^оС. Чем выше точность измерения, тем меньше допускаемое отклонение температуры. Например, для измерения деталей 6-го квалитета точности температурный режим должен быть в пределах 20 = 5 ^оС.

5. Погрешности субъективные, зависящие от оператора. К ним можно отнести погрешности отсчитывания (для шкальных приборов), погрешности, зависящие от профессионального мастерства при выполнении настройки и измерения.

6. Прочие погрешности, к которым можно отнести вибрации от различных факторов, от шероховатости поверхности, от загрязненности и скорости движения воздушной среды помещения, от износа средств измерения и прочие специфические составляющие.

7. Погрешности при отклонениях от правильной геометрической формы.При измерении деталей с целью учета возможной погрешности формы рекомендуется производить измерение в нескольких точках (как правило в шести).