Метрология, как отрасль науки

Содержание:

 

1. Введение  в метрологию
2. Средства измерения
3. Методы измерений. Виды контроля.
4. Основные метрологические показатели средств измерения.
5. Государственная система обеспечения средств измерений.
6. Меры длинны и угловые меры.
7. Измерительные средства

  7.1 Универсальные измерительные инструменты и приборы.

 

  Введение  в метрологию.

 

  Технический прогресс, совершенствование технологических  процессов, производство точных, надежных и долговечных машин и приборов, повышение качества продукции, обеспечение  взаимозаменяемости и кооперирования производства невозможны без развития метрологии и постоянного совершенствования техники измерений.

  Метрология - наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства. Основные проблемы метрологии: развитие общей теории измерений; установление единиц физических величин и их системы; разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений; обеспечение единства измерений, единообразия средств и требуемой точности измерения; установление эталонов и образцовых средств измерений; разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений и др. Важнейшая роль в решении указанных проблем отводится государственной метрологической службе, имеющей научно-исследовательские институты и разветвленную сеть лаборатории государственного надзора и других организаций. Большую роль в развитии метрологии сыграл Д. И. Менделеев, который руководил метрологической службой в России в период 1892—1907 гг.

  Под измерением понимают нахождение значений физической величины опытным путем с помощью специально для этого предназначенных технических средств.

  Основное  уравнение измерения имеет вид Q = qU, где Q — значение физической величины, q — числовое значение физической величины в принятых единицах, U — единица физической величины.

  Единица физической величины — физическая величина фиксированного размера, принятая по согласованию в качестве основы для количественного оценивания физических величин той же природы.

  Измерения производят как с целью установления действительных размеров изделий и соответствия их требованиям чертежа, так и для проверки точности технологической системы и подналадки ее для предупреждения появления брака.

  Вместо  определения числового значения величины для упрощения часто проверяют, находится ли действительное значение этой величины (например, размер детали) в установленных пределах. Процесс получения и обработки информации об объекте (параметрах детали, механизма, процесса и т. д.) с целью определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект, называется контролем. При контроле деталей проверяют соответствие действительных значений геометрических, механических, электрических и других параметров допустимым значениям этих параметров.

  Для унификации единиц физических величин  в международном масштабе создана Международная система единиц СИ.

 

  Средства  измерения.

 

  Технические средства, имеющие нормированные  метрологические свойства называются средствами измерения. К ним относятся следующие:

  Эталоны единиц физических величин  — средства измерений или комплексы средств измерений, официально утвержденные эталонами для воспроизведения единиц физических величин с наивысшей достижимой точностью, и их хранения (например, комплекс средств измерений для воспроизведения метра через длину световой волны). Примером точности эталонов может служить государственный эталон времени, погрешность которого за 30 тыс. лет не будет превышать 1 с.

  Меры — средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся плоскопараллельные концевые меры длины, гири, конденсаторы постоянной емкости и т. п.

  Образцовые  средства измерений  — это меры, измерительные приборы

  или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых. Они служат для контроля нижестоящих по поверочной схеме  измерительных средств, в то же время  их периодически поверяют по эталонам. Точность образцовых средств измерения имеет большое значение для обеспечения единства измерений.

  Рабочие средства измерений  — это меры, устройства или приборы, применяемые для измерений, не связанных с передачей единицы физической величины (например, концевая мера длины, используемая для контроля

  размеров  изделии или для наладки станков).

  Передача  размеров единицы физической величины от эталона к рабочим средствам  измерения производится в соответствии с поверочной схемой, устанавливающей средства, методы и точность передачи единицы размера.

  Точность  указанных измерительных средств понижается в 1,6—3 раза с переходом на одну ступень от более точных средств к менее точным по поверочной схеме.

 

  Методы  измерений. Виды контроля.

 

  Измерения могут быть основаны на различных  методах. Метод измерения — это совокупность правил и приемов использования средств измерений, позволяющая решить измерительную задачу.

  Различают прямые и косвенные методы измерения. При прямых измерениях значение измеряемой величины находят непосредственно из опытных данных. Большинство измерительных средств основано на прямых измерениях, например измерение температуры термометром, диаметра вала штангенциркулем, толщины тонкой фольги на оптиметре в диапазоне показаний шкалы и т.п. При косвенных измерениях искомое значение величины находят вычислением по известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек.

  В машиностроении при прямых измерениях в большинстве случаев измеряют отклонения длин и углов от номинального значения или от рабочей меры прибором сравнения, в качестве которого, используют индикаторные головки, оптиметры, индуктивные преобразователи и т. п. Метод измерений, основанный на использовании рабочей меры и измерительного прибора сравнения, называется методом сравнения. Размер в этом случае определяют суммированием размера рабочей меры и показания прибора сравнения. Метод измерения может быть контактным, если он осуществляется при непосредственном контакте детали с измерительным наконечником прибора, и бесконтактным, если механический контакт отсутствует (оптические, пневматические и другие измерения).

  В зависимости от использованных физических принципов измерения существуют механические, электрические, пневматические, оптические, фотоэлектрические и другие приборы.

  Существуют  два вида контроля - дифференцированный и комплексный.

  Дифференцированный (поэлементный) контроль характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, контроль собственно среднего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы).

  Комплексный контроль позволяет оценивать годность деталей одновременно по нескольким параметрам, например путем сравнения действительного контура контролируемой детали, определяемого полями допусков на отдельные параметры, с предельными контурами (контроль деталей сложного профиля на проекторах) и контроль предельными калибрами.

 

  Основные  метрологические  показатели средств  измерения.

 

  Деление шкалы прибора - промежуток между двумя соседними отметками шкалы.

  Длина (интервал) деления  шкалы - расстояние между осями двух соседних отметок шкалы.

  Цена  деления шкалы  — разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы; например, 0,002 мм при длине (интервале) деления шкалы прибора, равной 1 мм.

  Диапазон  показаний (измерений по шкале) - область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями; например, диапазон показаний оптиметра ±0,1 мм.

  Диапазон  измерений — область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допустимые погрешности средства измерений, например, диапазон измерения длин на проекционном вертикальном оптиметре ИКВ-3 0-200 мм.

  Предел  измерений — наибольшее или наименьшее значения диапазона измерений.

  Измерительная сила — сила воздействия измерительного наконечника на измеряемую деталь в зоне контакта.

  Предел  допустимой погрешности  средства измерения  — наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению; например, пределы допустимой погрешности 100-миллиметровой концевой меры длины 1-го класса равны ±0,5 мкм.

  Стабильность  средства измерения  — свойство, отражающее постоянство во времени его метрологических показателей.

  Погрешность измерения — разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины.

  Точность  измерений — характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешностей их результатов. При высокой точности погрешности всех видов минимальны.

  Точность  средств измерений  — качество средств измерений, характеризующее близость к нулю их погрешностей.

  Воспроизводимость измерений — близость результатов измерений одной и той же конкретной величины, выполняемых в различных условиях в различных местах различными методами и средствами.

  Чувствительность измерительного прибора — отношение изменения сигнала на выходе измерительного средства к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Например, при перемещении измерительного наконечника измерительной пружинной головки ИГП на величину цены деления 0,5 мкм указатель перемещается на одно деление шкалы, равное 1 мм.

  Чувствительность  этого прибора равна 1000: 0,5 = 2000. Для шкальных измерительных приборов типа пружинных головок, индикаторов часового типа чувствительность численно равна передаточному отношению механизма прибора.

  Поправка  — величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию измерительного прибора или к номинальном значению меры, чтобы исключить систематические погрешности и получить значение измеряемой величины или значение меры, более близкое их истинным значениям.

  Нормируемые метрологические характеристики стандартизованы. К ним относятся систематическая  составляющая погрешности измерения, случайная составляющая, динамические характеристики и др. Показатели точности и формы представления результатов измерения должны соответствовать стандартам. Например, точность измерения целесообразно представлять интервалом, в котором с установленной вероятностью находится суммарная погрешность измерения, отдельно интервалом систематической составляющей и т. д.

  В зависимости от пределов допустимых погрешностей средств измерений, а также других их свойств, влияющих на точность измерения, многим типам измерительных средств присваивают соответствующие классы точности.

  Повышение точности измерительных средств достигается, в частности, сочетанием больших передаточных отношений с простотой и технологичностью конструкции, введением в конструкцию средств, предназначенных для уменьшения погрешностей, вносимых зазорами, мертвыми ходами и износом, применением устройств, предназначенных для стабилизации измерительной силы и др. соответствии с принципом Аббе : необходимо, чтобы на одной прямой линии располагали ось шкалы прибора и контролируемый размер проверяемой детали, т. е. линия измерения должна являться продолжением линии шкалы. Если этот принцип не выдерживается, то перекос и не параллельность направляющих измерительного прибора вызывают значительные погрешности измерения. При соблюдении принципа Аббе погрешностями, вызываемыми перекосами, можно пренебречь, так как они являются ошибками второго порядка малости.