- •«Оренбургский государственный университет»
- •«Методы и средства измерений, испытаний и контроля»
- •Содержание
- •Предисловие к третьему изданию
- •Введение
- •1 Предмет, задачи и содержание дисциплины
- •Метрологические истины
- •2 Классификация измерений (Виды измерений)
- •3 Области измерений
- •4 Величина, физические измерения
- •5 Методы измерений
- •6 Подготовка к измерениям
- •7 Погрешности измерений
- •8 Учет систематической погрешности и способы их уменьшения
- •9 Обработка результатов наблюдений и оценка погрешности
- •9.1 Прямые измерения с многократными наблюдениями
- •9.2 Прямые измерения с однократными наблюдениями
- •9.3 Косвенные измерения
- •9.3.1 Косвенные измерения при линейной зависимости
- •9.3.2 Косвенные измерения при нелинейной зависимости
- •9.4 Формы представления и интерпретация результатов измерений
- •9.5 Правила округления и записи результатов наблюдений и измерений
- •10 Средства измерений и их классификация по гси
- •10.1 Погрешности измерительных устройств
- •11 Нормирование метрологических характеристик
- •11.1 Структурные схемы и метрологические характеристики измерительных систем
- •11.2 Надежность средств измерений
- •11.2.1 Основные понятия и показатели теории надёжности /36/.
- •12 Метрологическое обеспечение измерений
- •12.1 Метрологические испытания средств измерений методом сравнения их погрешностей с эталонами при соотношении 1/3 показателей метрологической точности /32/.
- •12.1.2 Для чего существует метрологическая аттестация и поверка средств измерений, виды поверок и способы их выполнения /32/.
- •12.1.3 Достоверность поверки /32/.
- •12.1.4 Определение объема поверочных работ /32/.
- •12.1.5 Поверка по сокращенной программе. Методы поверки многопредельных и многоцелевых средств измерений /32/.
- •12.1.6 Способы определения числа поверяемых отметок в диапазоне измерений в аналоговых и цифровых измерительных приборах /32/.
- •12.1.7 Назначение и корректировка межповерочных интервалов /32/.
- •13 Применение вычислительной техники в средствах измерений /12/
- •14 Применение средств измерений /8, 11, 14, 16/
- •14.1 Измерение геометрических величин
- •14.1.1 Линейно-угловые измерения
- •14.1.1.1 Штангенинструменты
- •Штангенциркуль с двумя нониусами с пределами измерений 0—200 мм и 0—320 мм и величиной отсчета по нониусу 0,1 мм
- •Проверка на ощущение измерительного усилия при измерении большого внутреннего диаметра
- •14.1.1.2 Микрометрические измерительные средства
- •Соединение барабана с микровинтом
- •Положение измерительных поверхностей относительно измеряемых
- •Микрометр с циферблатом
- •14.1.1.3 Плоскопараллельные концевые меры длины
- •Примеры расчета размеров плоскопараллельных концевых мер
- •Составление плоскопараллельных концевых мер в блоки
- •14.1.2 Измерения линейно-угловых величин оптическими приборами
- •В) Закрепление кронштейна г) Установка стола
- •Настройка горизонтального оптиметра
- •С) Закрепление пиноли
- •Чтение показателей
- •Измерительная машина изм
- •Пример:
- •Установка машины в нулевое положение
- •А) Грубая установка пинольной бабки на нуль
- •Б) Грубая установка измерительной бабки на нуль
- •К) Стопорение пинольной трубки
- •Чтение показаний
- •Ж) Микроподача продольного хода стола
- •Измерение угла профиля и шага резьбы
- •Цена наименьшего деления штриховой окулярной головки 1’
- •Проекционный метод
- •Измерение методом осевого сечения
- •Выбор средств измерений
- •14.2 Средства измерения давления. Общие сведения
- •14.2.1 Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием
- •14.2.2 Чувствительные элементы деформационных средств измерений давления
- •14.2.3 Деформационные приборы для измерения давления
- •14.2.3.1 Измерительные приборы с одновитковой трубчатой пружиной
- •14.2.3.2 Измерительные приборы с многовитковой трубчатой пружиной
- •14.2.3.3 Измерительные приборы с сильфонным чувствительным элементом
- •14.2.3.4 Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования
- •14.2.3.5 Емкостные измерительные преобразователи давления
- •14.2.3.6 Деформационные измерительные преобразователи основанные на методе уравновешивающего преобразования
- •Измерения тепловых величин
- •14.3.1 Общие сведения
- •14.3.2 Температурные шкалы
- •14.3.3 Классификация средств измерений температуры
- •14.3.4 Манометрические термометры
- •14.3.5 Жидкостные манометрические термометры
- •14.3.6 Конденсационные манометрические термометры
- •14.4 Термоэлектрические термометры
- •14.4.1 Термоэлектрический преобразователь
- •14.4.2 Включение измерительного прибора в цепь термоэлектрического преобразователя
- •14.4.3 Поправка на температуру свободных концов термоэлектрического преобразователя
- •14.4.4 Нормальный термоэлектрод
- •14.4.5 Удлиняющие термоэлектродные провода и термостатирование свободных концов тэп
- •14.4.6 Способы соединения тэп
- •14.4.7 Требования к материалам термоэлектродов и устройство тэп
- •14.5 Средства измерений сигналов термоэлектрических термометров
- •14.5.1 Магнитоэлектрический милливольтметр
- •14.5.2 Потенциометры
- •14.5.3 Автоматические потенциометры
- •14.5.4 Нормирующие преобразователи термоЭдс
- •14.6 Термопреобразователи сопротивления
- •14.6.1 Средства измерений, работающие в комплекте термопреобразователями сопротивления
- •14.6.1.1 Уравновешенные мосты
- •14.6.1.2 Неуравновешенные мосты
- •14.6.1.3 Нормирующие преобразователи
- •15 Электрические измерения /8, 10,11,14/
- •15.1 Измерение электрических величин аналоговыми и цифровыми преобразователями и измерительными приборами
- •15.2 Цифровые измерительные приборы.
- •16 Измерительные преобразователи неэлектрических величин
- •16.1 Параметрические измерительные преобразователи неэлектрических величин
- •16.1.1 Реостатные преобразователи
- •16.1.2 Тензочувствительные преобразователи (тензорезисторы)
- •16.1.4 Индуктивные преобразователи
- •16.1.5 Емкостные преобразователи
- •16.2 Генераторные преобразователи неэлектрических величин
- •16.2.1 Измерение температуры
- •16.2.2 Измерение перемещений
- •16.2.3 Измерение давлений, сил и крутящих моментов
- •16.2.4 Измерение скоростей и ускорений
- •Измерение расхода
- •17 Методы испытаний и контроля и их метрологическое обеспечение
- •17.1 Средства испытаний
- •17.1.1 Ареометры. Классификация ареометров /32/
- •Основные технические характеристики ареометров
- •Принцип действия ареометра. Особенности шкалы.
- •Капиллярная постоянная.
- •Основы конструирования ареометра
- •Пользование рабочими ареометрами
- •17.1.2 Ротаметры. Общие сведения о ротаметрах /31/
- •Конструкции ротаметров
- •17.2.3 Пикнометры /31/
- •17.1.4 Спиртомеры /31/
- •17.2.5 Аналитические весы /31/
- •17.2.6 Основные требования к газоанализаторам и тахометрам /31/
- •17.2.7 Торговые весы /31/
- •17.2.8 Одночашечные лабораторные весы /31/
- •17.2.9 Газоанализаторы /31/
- •17.2.10 Стеклянные жидкостные термометры /31/
- •18 Методы и средства контроля
- •18.1 Калибры и шаблоны
- •18.2 Вибростенды /33,34,35/
- •Приложение а
- •Приложение б
- •Приложение в
- •Приложение г
Введение
Современный этап развития человечества характеризуется огромным потоком информации, циркулирующей во всех сферах его деятельности. Если в середине 19-го века увеличение объема информации за 50 лет происходило вдвое, то в 20-м веке, до 80-х годов, его удвоение происходило примерно за 20 лет. После 80-х этот показатель стал меняться в течение 3-4-х лет, а в 21 веке это удвоение происходит так стремительно, что такие сроки назвать будет некорректно, так как информационный поток просто огромен во всех отраслях жизненного цикла человечества! Мы вступили в 2014 - й год и практически всем своим существом испытываем, осознаём и гипотетически ощущаем то, что 21 век является веком информации.
В процессе различной деятельности людей, индивидуально каждого человека и во взаимодействии сообщества возникает множество задач, для решения которых необходимо иметь достаточное количество и качество информации о том или ином свойстве объектов материального мира (явления, процесса, вещества, параметра продукции, детали или машины в целом и т.д.).
Одним из главных способов получения информации – измерения и методы измерений. Информация о свойствах и качественных характеристиках объектов, полученных с помощью измерений, называется ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ. Студенты инженерных специальностей высших учебных заведений, начиная занятия с первого семестра, из школьного багажа знаний, знают, что такое размерность и единицы измерений, но на элементарном уровне.
Результат любого измерения заслуживает внимания лишь при условии, что он имеет оценку погрешности измерения, либо информацию оценки точности измерения самостоятельно. Курс «Методы и средства измерений, испытания и контроля» читается после освоения студентами курса «Теоретическая метрология» и поэтому нет необходимости повторять главные сведения и формулировка из метрологии. Однако есть один момент, о котором необходимо поговорить, исходя из последних событий в мире, о практической метрологии и ее прикладных учебных дисциплин, к которым и относится курс «Методы и средства измерений, испытаний и контроля». Речь идет о замене термина «погрешность измерений» на «неопределенность измерений» в практике производственной и общественной жизни Российской Федерации. Полемика в МОЗМе и в РОССТАНДАРТЕ еще идет, но в перспективе уже ясно, что студенты все отчетливее начинают привыкать к терминам «неопределенность измерений», к наобходимости быть на уровне взаимопонимания с зарубежными странами, с требованиями международного рынка и культурными связями с народами мира.
1 Предмет, задачи и содержание дисциплины
Что такое - «Теория Постановки Задачи»? Любая задача может быть разложена на две составляющие: внутреннюю задачу и внешнюю задачу. Решать задачу приходится на уровне как внешней, так и внутренней. Обычно ученые говорят: «Вопрос решается на уровне внешней задачи, или на уровне внутренней задачи» Что это значит? В условие задачи постановщик ее включает необходимое и достаточное количество исходных данных и оговаривает их условия значимости по граничным параметрам их стабильности или не стационарности, переменные или постоянные их величины и т.д. Из физики, математики это Вам должно быть известно, но все-таки так это или не так, а методы и средства измерений, испытаний и контроля требуют педантичную, беспощадную, жесткость подхода к постановке и, разумеется, к решению задачи. Если Вы решаете задачу и безукоризненно выполняете все условия границ, без допущений, применяете аналитику или приближенные методы расчетов в пределах условий, то считается, что Вы решаете ее на уровне внутренней задачи. Если Вы выходите за рамки допущений и граничных условий, а применяете известные закономерности в науке, действующие в пределах заранее оговоренных граничных условий, то Вы выходите из внутренней задачи и внедряетесь в уровень внешней задачи. Тем самым Вы перед собой, вольно или не вольно, ставите задачу переходных процессов стационарных или случайных нестационарных событий, не подозревая о трудностях получить достоверный результат, впадаете в заведомую ловушку. Поэтому, выходя во внешнюю задачу надо осознанно это знать и помнить, что занимаетесь научным экспериментом, а оправдано ли это с точки зрения экономики, это уже другой вопрос.
О литературе! Можно читать все типы и виды литературы и поднимать уровень своей культуры, интеллект и т.д., но есть Законы и НД, знание которых не только повышают уровень культуры, а являются гражданской и должностной обязанностью, иногда тесно связанной с уголовной ответственностью. Поэтому у метрологов обычно говорят, что литературу читай, а законы и НД исполняй!
На страницах журнала «Законодательная метрология» №2 за 1995 год в статье г. В.А. Брюханова, Н.П. Мифа открыта рубрика обсуждения Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» в статье «ГСИ. Методики выполнения измерений» - важное мероприятие для реализации закона РФ «Об обеспечении единства измерений» с 9-12, не обсудить сущности, которой мне кажется нельзя. Уже прошло много лет с 1995 года, идёт 2014-й год, но чувствуется такое ощущение, что эта статья не закончена, а продолжается и в настоящее время. В том же журнале №4 за 1995 год в статье В.А. Брюханова «Региональные семинары по реализации закона Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений» с 15-19, и сейчас ясно, что авторы затрагивали вопиющие вопросы повседневной жизни нашего общества во взаимосвязях с обществами зарубежных стран со всеми проблемами терминологии. Известна истина, если хочешь, чтобы был понят другими, то говори на общепонятном языке и применяй взаимосогласованную терминологию. Настоятельно рекомендуем всем Вам постоянно просматривать журнал «Законодательная метрология» и читать все то, что западет в «душу», уверен в успехах Вашего последующего «реноме».
«МЕТОДЫ» - что это такое? Необходимо обратиться к межгосударственному стандарту РМГ 29-99 «Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Метрология. Основные термины и определения», который был принят взамен ГОСТ 16263-70.
Таким образом, действует РМГ 29 – 99, а так как ГОСТ 16263 - 70 отменен, то применять его нельзя, однако мы еще долго будем прибегать к нему, с точки зрения познавательной направленности недавних споров, применяемости в старой литературе со ссылками на него, необходимо отметить и тот факт, что в ближайшее время РМГ 29 – 99 претерпит изменения, так как этот НД должен постоянно совершенствоваться и отвечать требованиям современной науки в области теоретической метрологии.
Метод - это алгоритм, порядок элементарных операций действия или изложения сути проблемы в последовательном по логике физических законов природы в порядке следования друг за другом. Этому соответствует все многообразие жизни, мы продолжаем его изучать и видоизменять в процессе познания. Далее уже начинается философия! «Метод измерения - совокупность приемов использования принципов и средств измерений»- определение из стандарта ГОСТ 16263-70. Согласно РМГ 29-99, «Метод измерения – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений».
Чтобы изучать эти методы и средства измерений, испытаний и контроля, необходимо, прежде всего, определиться о том, что является первоосновой метрологии! Мы обязательно должны начать с Закона РФ «Об обеспечении единства измерений». Обсуждение любых проблем, связанных с единством измерений, целесообразно начинать с упоминания основных метрологических истин или, если, осторожно выражаясь, с утверждений, которые на сегодняшний день нам представляются как истины (известно, что все в мире носит относительный характер, сегодня истина, а завтра ее заменяет другая истина!»), приводим их в редакции Брюханова В.А. –журнал «Законодательная метрология» №2 за 1998 год в статье «Единство измерений: прекрасная мечта, суровая реальность и оптимистический финал», часть 1-я, с 43-49 и продолжение в № 4 за 1998 год – часть 2-я, с 6-12.
