Метрологические показатели средств измерения

При выборе средства измерения в зависимости от за­данной точности изготовления деталей необходимо учиты­вать их метрологические показатели (рис. 4.2): цену деления шкалы, диапазоны показаний и измерений, пре­делы измерения, измерительное усилие и др. Основным элементом отсчетного устройства является шкала, по кото­рой снимается отсчет. Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним от­меткам шкалы, например 0,002 мм при длине (интервале) деления шкалы прибора, равной 1 мм (под интервалом деления шкалы понимаем расстояние между осями двух соседних отметок шкалы).

Начальное и конечное значения шкалы – соответственно наименьшее и наибольшее зна­чения измеряемой величины, указанные на шкале, харак­теризующие возможности шкалы измерительного средства и определяющие диапазон показаний.

Диапазон показаний – область значений шкалы, огра­ниченная конечным и начальным значениями шкалы. Диапазон измерений, состоящий из диапазонов показаний и перемещения измерительной головки по стойке при­бора, – это область значении измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений. Придел измерении – наибольшее пли наи­меньшее значение диапазона измерений.

Одной из основных характеристик контактных средств измерения линейных и угловых величин контактным мето­дом является измерительное усилие, которое возникает в зоне контакта чувствительного элемента средства изме­рений с деталью пли другим исследуемым объектом.

При анализе измерений сравнивают истинные значения физических величин с результатами измерений. Отклоне­ние Δ результата измерения X от истинного значении Q измеряемой величины называют погрешностью измерения:

Δ = X – Q

Под точностью измерений понимают качество измере­ний, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины (высокая точность изме­рений соответствует малым погрешностям).

Погрешности измерений обычно классифицируют по причине их возникновения и по виду погрешностей.

В зависимости от причин возникновения выделяют сле­дующие погрешности измерений.

Погрешность метода – это составляющая погрешности измерения, являющаяся следствием несовершенства ме­тода измерений. Суммарная погрешность метода измерения определяется совокупностью погрешностей отдельных его составляющих (погрешности показаний прибора и блока концевых мер, погрешности, вызванной изменением тем­пературных условий и т. п.).

Погрешность отсчета – это составляющая погреш­ности измерения, являющаяся следствием недостаточно точного отсчета показаний средства измерений и завися­щая от индивидуальных способностей наблюдателя.

Инструментальная погрешность – составляющая погрешности измерения, зависящая от погрешностей применяемых средством измерений. Различают основную и дополнительную погрешность средства измерений. За основ­ную погрешность принимают погрешность средства изме­рений, используемого в нормальных условиях. Дополни­тельная погрешность складывайся из дополнительных погрешностей измерительного преобразователя и меры, вызванных отклонением от нормальных условий. Напри­мер, если при настройке прибора для измерения методом сравнения с мерой и температура меры отличается от нормальной, то это приведет к погрешности настройки при­бора на нуль и соответственно к погрешности измерений. Погрешности средств измерений нормируют установлением предела допускаемой - погрешности.

Предел допускаемой погрешности средства измерения – наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению.

Все перечисленные погрешности измерения подразде­ляют по виду на систематические, случайные и грубые

Под систематическими понимают погрешности, по­стоянные или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях одной и той же величины. Выявленные си­стематические погрешности могут быть исключены из результатов измерения путем введения соответствующих поправок. Примером таких погрешностей являются по­грешности показания прибора при неправильной градуировке шкалы; погрешности мер, по которым производят установку на нуль прибора.

Случайные погрешности – составляющие погрешности измерения, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случай­ными являются погрешности, возникающие вследствие нестабильности показаний измерительного прибора, колебания температурного режима в процессе измерения и т. д. Случайные погрешности нельзя установить заранее, по можно учесть в результате математической обработки данных многократных измерений.

К грубым погрешностям относятся случайные погреш­ности, значительно превосходящие погрешности, ожида­емые при данных условиях измерения. Причинами, вы­зывающими грубые погрешности, являются, например, неправильный отсчет по шкале прибора, неправильная установка измерительной детали в процессе измерения и т. д.

4.4.Выбор средств измерения

Применение средств измерения и контроля приводит к уменьшению табличного допуска Т на изготовление детали (рис. 4.3, а). При использовании измерительного средства допуск Т оставался бы постоянным, если бы это средство было идеально точно выполнено и настроено на границы поля допуска Е₁ и Е₂. В действительности при выбранных методе и средстве измерения всегда возникает метрологическая погрешность измерения ±Δ_мет. Чтобы ни одна из бракованных деталей не была признана ошибочно годной, необходимо уменьшить допуск Т до значения технологического допуска (рис. 4.3, б):

Т_г = Т – 4 Δ_мет.

Последнее обстоятельство объяс­няется тем, что средство измерения может быть настроено на предель­ные значения погрешности Δ_мет, т. е. па границы поля допуска Е₁ и Е₂. Чтобы не сужать производ­ственный допуск и не увеличивать стоимости изделия, необходимо либо уменьшить метрологическую погрешность Δ_мет, либо сместить настройку (установить приемочные границы) вне поля допуска (рис. 4.3, г), расширяя его до гарантированного значения Т_г.

Основным экономически и технически оправданным вариантом расположения предельной погрешности, измерения относительно предельного размера изделия является симметричное расположение (рис. 4.3, б). Однако при этом некоторые бракованные изделия могут быть ошибочно признаны годными. Чтобы ни одно бракованное изделие не попало к потребителю, приемоч­ные границы смещают внутри поля допуска изделия на величину с (см. рис. 4.3, г). Если точность технологического процесса известна, смещение с подлежит расчету, еслиточность технологического процесса неизвестна, с = Δ _мет / 2.

При выборе средства измерения детали необходимо учитывать следующие факторы:

- величину допуска на изготовление измеряемого раз­мера;

- номинальный размер;

- допускаемую погрешность измерения этого размера; общий контур детали;

- способ производства при изготовлении данной детали; предельную (полную) погрешность измерения.

Для оценки пригодности выбираемого средства изме­рения сопоставляют величину допускаемой погрешности измерения контролируемого размера, определенную по табл. 7, с предельной величиной погрешности измерения этим средством, установленной по табл. 8 и 9

Если предельная погрешность измерения выбранным средством не превышает допускаемой погрешности изме­рения при оценке годности измеряемого размера, то дан­ное средство можно применить для измерения.

Порядок действия при выборе средства измерения для линейных размеров:

1. Определяют по чертежу детали номинальный раз­мер, величины предельных отклонений измеряемого эле­мента детали. Подсчитывают величину допуска размера в мкм.

2. Находят величину допускаемой погрешности изме­рения детали (табл. 7) по величине допуска и номиналь­ному размеру.

3. Выбирают средство измерения по таблицам пре­дельных погрешностей измерения (по табл. 8 для на­ружных размеров и по табл. 9 для внутренних размеров) и записывают его наименование, диапазон измерения, цену деления шкалы и величину предельной погрешно­сти измерения этим средством.

4. Сопоставляют величины предельной и допускаемой погрешностей измерения и решают вопрос о пригодности выбранного средства измерения в данных условиях производства.

Упражнение: Выбрать средство для измерения в условиях серийного производства диаметра ступени вала Ф 50 h 11.

1. Задано, что измеряемый элемент детали вал имеет наружный размер Ф 50мм, поле допуска h 11, по табл. 3 определяем предель­ные отклонения: верхнее — 0, нижнее – 0,160 мм. Величина допуска 7–160 мкм.

2. Определяем величину допускаемой погрешности измерения по табл. 7 находим графу интервала номинальных размеров 30 ÷ 50 мм и графу 11-го квалитета. На пересечении находим для до­пуска 160 мкм допускаемую погрешность измерения, равную 40 мкм.

3. В табл. 8 указаны предельные погрешности измерения наруж­ных линейных размеров. Подбираем по этой таблице средство, име­ющее диапазон измерения, включающий номинальный размер Ф 50 мм и имеющее предельную погрешность измерения, близкую к 40 мкм, т.е. к допускаемой погрешности измерения нашей ступени вала. Находим скобу индикаторную для размеров от 0 до 50 мм, цена де­ления 0,01 мм, предельная погрешность измерения 15 мкм. Это сред­ство измерения нам подходит и по погрешности измерения, и по про­изводительности.

Контрольные вопросы:

1.Что такое активный контроль?

2. Опишите трехконтактную подвесную скобу и ее действие и преимущество.

3. Что такое командно-управляющие приборы типа КУ? Каковы его особенности?

4. Что такое контрольные автоматы? Каково их применение?

5. Перечислите факторы, которые необходимо учитывать при выборе средств измерения. Что такое допускаемая погрешность из­мерения?

6. Расскажите порядок действий при выборе средств измерения линейных размеров.

Приложения

Таблица 7. Допускаемые погрешности измерений δ, в зависимости от допусков размеров Т

Номинальн-ые размеры, мм	Квалитеты
мкм
Т	σ	Т	σ	Т	σ	Т	σ	Т	σ	Т	σ	Т	σ	Т	σ
До 3	1,2	0,4	2,0	0,8				1,4		1,8
св.3 до 6	1,5	0,6	2,5	1,0		1,4		1,6		2,0
»6»10	1,5	0,6	2,5	1,0		1,4				2,0
»10»18	2,0	0,8	3,0	1,2		1,6		2,8
»18»30	2,5	1,0	4,0	1,4
»30»50	2,5	1,0	4,0	1,4		2,4
»50»80	3,0	1,2	5,0	1,8		2,8
»80»120	4,0	1,6	6,0	2,0
»120»180	5,0	2,0	8,0	2,8
»180»250	7,0	2,8	10,0	4,0
»250»315	8,0	3,0	12,0	4,0
»315»400	9,0	3,0	13,0	5,0
»400»500	10,0	4,0	15,0	5,0

Продолжение табл. 7

Номинальн-ые размеры, мм

Квалитеты

мкм

Т

σ

Т

σ

Т

σ

Т

σ

Т

σ

Т

σ

Т

σ

Т

σ

До 3

св.3 до 6

»6»10

»10»18

»18»30

»30»50

»50»80

»80»120

»120»180

»180»250

»250»315

»315»400

»400»500

Таблица 8. Предельные погрешности измерения, мкм, наружных размеров и биения универсальными измерительными средствами

Средства измерения	Класс мер	Ход стержня, мм	Номинальным размер, мм
1– 6	6–10	10–18	18–60	50–80	80–120	120–	180– 260	260–360	360–500
Штангенциркули с от­счетом по нониусу 0,1 мм	—	—
Штангенциркули с от­счетом по нониусу 0,05 мм	—	—
Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм при измерении размера
	0,1
Индикаторы часового типа с ценой делений 0,01 мм при измерении биения	—
0,1
0,02–0,03
Индикаторы рычажно-зубчатые с ценой деления 0,01 мм при измерении биения	—	0,8
0,1
0,02
Головки пружинные (микрокаторы) с ценой деления 0,001 мм		—	0,5								—
Головки пружинные (микрокаторы) с ценой деления 0,002 мм		—									—
Головки рычажно-зубчатые с ценой деления 0,001 мм		—										—

Продолжение табл. 8

Средства измерения

Класс мер

Ход стержня, мм

Номинальный размер, мм

0–25

25– 50

50– 75

75– 100

100–125

125–150

150– 175

175– 200

200– 225

225– 250

250–275

275– 300

300– 400

400–500

Скобы индикаторные с ценой деления 0,01 мм в руках

0,1

Микрометры гладкие с ценой деления 0,01 мм в руках

—

По уста­новочной мере

Микрометры рычажные с ценой делений 0,002 и 0,01 мм

—

По уста­новочной мере

Скобы рычажные с це­ной деления 0,002 и 0,005 мм

Вся шкала

—

10 деле­ний

—

Таблица 9. Предельные погрешности измерения Δ, мкм, внутренних линейных размеров универсальными измерительными средствами

Средства измерения	Средства установки	Ход стержня	3–18	18–50	50–120	120–260	260–500
Штангенциркуль с отсчетом по нониусу 0,1 мм	—	—
Штангенциркуль с отсчетом по нониусу 0,05 мм	—	—
Нутромеры микрометрические с ценой деления 0,01 мм	Установочная мера		—
Нутромеры индикаторные с отсчетной головкой (цена деле­ния 0,01 мм)	Концевые меры 4-го класса или гладкий мик­рометр	Весь расход
То же	0,1
Концевые меры 3-го класса или установочные кольца	0,03					—