- •«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
Метрологические истины
Истина первая. Погрешность измерений - отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины /2/. Истинные значения измеряемых величин идеальным образом отражают, как отмечается в работе «Основы метрологии» Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. о понятии - физических величин, свойства данного объекта, как в количественном, так и в качественном отношении. Они не зависят от средств нашего познания, от устройства государственного строя, деятельности президента и т.д., а являются той «абсолютной истиной», к которой мы стремимся, и познать которую нам так, и не дано. Вот почему мы в нашей жизни вместо истинных значений величин оперируем действительными значениями. Под действительными значениями физических величин принято понимать их значения, найденные экспериментом и настолько приближенные к истинным, что для конкретной цели они могут быть достаточно использованы вместо истинных. Вопросы о необходимой степени приближения являются самыми трудными вопросами теории в метрологии, а курса нашего они касаются чисто факультативно, поэтому нам остается Вас адресовать к дисциплине - «теоретическая метрология», где эти вопросы будут изучаться подробно.
Истина вторая. Все наши сведения о погрешностях измерений носят заведомо приближенный характер, так как истинные значения физических величин необходимо называть действительными значениями величин. Поэтому принято говорить об оценивании погрешности измерений как о процедуре действий в процессе измерений, об оценках погрешности измерений как о результатах этих действий.
Истина третья. Погрешность измерения есть объективное и неизбежное ЗЛО. Что это значит? Это означает то, что из-за погрешности измерений страдают простые люди любой страны, страдают организации, предприятия, экономика страны, экология нашей жизни и иногда даже существующий правопорядок в стране! Обвесы в магазине при покупках продукции! Ошибки первого и второго рода из-за погрешности измерений при контроле измерений! Экологические неточности и погрешности в измерениях вредных выбросов в атмосферу ставят под удар безопасность жизни человечества на земле! Эти примеры можно перечислять бесконечно.
Истина четвертая. Знание погрешности является в то же время не только злом, но и благом.
Мы можем, на основании знаний погрешности:
разумным образом выбирать средства измерений и методики выполнения измерений для решения огромного круга измерительных задач;
сопоставлять СИ и МВИ по важнейшему критерию - точности измерений;
сопоставлять результаты измерений, полученные в разных условиях, с помощью различных методов и СИ;
оценивать достоверность результатов измерений с испытаниями и контролем продукции при оценке ее качества и т.д.
Истина пятая. Обязательным условием знания погрешности измерений является наличие эталонов единиц тех величин, которые измеряются. Под эталоном единицы величины понимается СИ или комплекс СИ, предназначенных для воспроизведения и хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме СИ. Одной из центральных статей Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» является статья 9, гласящая, что измерения должны выполняться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками. Для выполнения этого требования был создан ГОСТ Р 8.563 - 96 «ГСИ. Методики выполнения измерений». Под действие этого стандарта подпадает огромный массив измерительных процедур, для которых погрешность результата измерений не сводится к погрешности применяемого средства измерений, а еще и к погрешности измерений параметров изделий производства. Дело в том, что СИ не создаются сами для себя. Они существуют для обслуживания жизнедеятельности общества во всевозможных областях жизненного цикла последнего. Поэтому мы вынуждены кратко остановиться на вопросе о том, что тотальное внедрение МВИ в жизнь обращения СИ и методов их использования в сферах деятельности Российской Федерации в текущем моменте жизни будет крайне противоречивым. В процессе разработки МВИ и их согласования для производств, в ходе аттестации, метрологического контроля и надзора, будут возникать конфликтные ситуации между региональными ЦСМ, Госстандартом Российской Федерации и конкретными организациями Российской Федерации, организующими какую либо измерительную практику. Например, в области испытаний и контроля пищевой продукции и продовольственного сырья, в среднем только каждый пятый стандарт «дотягивает» в настоящее время до требования обеспечения единства измерений, т.е. Закона и стандарта на МВИ! Таким образом, для многих процедур испытаний и контроля качества продукции питания и сырья вопрос достоверности результатов измерений, испытаний и контроля фактически остается открытым, и, следовательно, применение стандартов, регламентирующих испытательные процедуры и не соответствующих требованию обеспечения единства измерений, не позволяет гарантировать достижение цели, сформулированной в Законе, т.е. защиту прав и законных интересов граждан Российской Федерации от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. Вот, что значит МВИ и ГОСТ Р 8.563-96! Чтобы не затрагивать проблем других предметов, мы ограничимся сказанным и перейдем к определению понятий процедур измерений.
