Лабораторная работа №2 Выбор средств измерений для контроля размеров и отклонений формы поверхностей
Цель работы: осуществить выбор средств измерения для контроля детали с учетом точности размеров; произвести контроль линейных размеров и отклонений формы гильзы.
Оборудование, оснастка, инструмент:
Микрометры МК 25-50 мм по ГОСТ 6507-90.
Штангенциркуль ШЦ-I-250 мм по ГОСТ 166-89 с величиной отсчета по нониусу 0,05 мм или 0,1 мм.
Основные теоретические положения
1. Понятие размеров и погрешностей
Процесс измерения, рассматриваемый как эксперимент, направленный на определение значения физической величины, всегда обладает неопределенностью, которую принято выражать через набор основных характеристик точности результата измерения – погрешности. В связи с этим для удобства описания количественных свойств объекта принято разделять размеры физических величин на номинальные, истинные и действительные.
Номинальным принято считать размер, который был назначен конструктором на основании расчетов или из иных соображений в ходе проектирования. От номинального размера отсчитываются отклонения, формирующие допуск на изготовление объекта и необходимые для организации производства (т.к. технически невозможно изготавливать совершенно одинаковые детали).
Истинным является размер, который присущ объекту независимо от нашего восприятия этого объекта. Данный размер не может быть определен идеально точно, т.к. ни один процесс измерения не обладает полностью исключенной погрешностью. В связи с этим на практике используют понятие действительного размера.
Действительный размер – это размер, который получен в результате измерения, является достаточно близким к истинному и для данных целей может быть использован в расчетах или для контроля.
На современном этапе развития техники только лишь средства измерения уже не могут гарантировать требуемой точности измерений. Погрешность результата измерений формируется как совокупность ошибок трех основных составляющих процесса измерения: средства измерения, методики выполнения измерения, процедуры обработки полученных данных. Однако такая точность не всегда требуется, и при некоторых малоточных технических измерениях достаточно использовать только составляющую средства измерения.
Пригодность средства измерения к применению определяется совокупностью его метрологических свойств. Метрологические свойства средств измерений – это свойства, влияющие на результат измерений и его погрешность. Показатели метрологических свойств являются их количественной характеристикой и называются метрологическими характеристиками. Все метрологические свойства средств измерений можно разделить на две группы:
Свойства, определяющие область применения средства измерения.
Свойства, определяющие качество измерения. К таким свойствам относятся точность, сходимость и воспроизводимость.
Наиболее широко в метрологической практике используется свойство точности измерений, которое определяется погрешностью.
Погрешность измерения – разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины.
Точность измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к действительному (истинному) значению измеряемой величины. Точность определяется показателями абсолютной и относительной погрешности.
По форме представления погрешности бывают:
Абсолютная погрешность – является оценкой абсолютной ошибки измерения. Величина этой погрешности зависит от способа ее вычисления, который, в свою очередь, определяется распределением случайной величины Xизм. При этом неравенство:
; (2.1)
где Xист – истинное значение, а Xизм – измеренное значение, должно выполняться с некоторой доверительной вероятностью близкой к 1.
Если случайная величина Xизм распределена по нормальному закону, то, обычно, за абсолютную погрешность принимают ее среднеквадратичное отклонение. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина.
Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к тому значению, которое принимается за истинное (действительный размер):
(2.2)
Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах. Относительная погрешность в большей степени нежели другие погрешности характеризует точность средств измерений.
Приведенная погрешность – относительная погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле:
, (2.3)
где Xn – нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:
если шкала прибора односторонняя, т.е. нижний предел измерений равен нулю, то Xn определяется равным верхнему пределу измерений;
если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.
Приведенная погрешность – безразмерная величина (может измеряться в процентах).
В стандартах нормируют характеристики точности, связанные и с характером проявления погрешности:
Систематическая погрешность – составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины. Такая погрешность может, например, проявиться, если смещен центр тяжести средства измерения.
Случайная погрешность – составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом в серии повторных измерений одного и того же размера величины с одинаковой тщательностью. Такие погрешности описываются с помощью законов математической статистики, они неизбежны и всегда присутствуют в результатах измерения.
Погрешность измерений не должна превышать установленных пределов, которые указаны в технической документации к прибору или в стандартах на методы контроля (испытаний, измерений, анализа).
По причине возникновения погрешности принято разделять на:
инструментальные (приборные) погрешности – погрешности, которые определяются погрешностями применяемых средств измерений и вызываются несовершенством принципа действия, неточностью градуировки шкалы, ненаглядностью прибора;
методические погрешности – погрешности, обусловленные несовершенством метода, а также упрощениями, положенными в основу методики;
субъективные (операторные/личные) погрешности – погрешности, обусловленные степенью внимательности, сосредоточенности, подготовленности и другими качествами оператора;
погрешности, возникающие вследствие неточности алгоритма обработки измерительных данных.