Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология, взаимозаменяемость, стандартизация и сертификация. Часть 1. Тексты лекций
.pdf
Измерение заключается в сравнении данной величины с
однородной ей физической величиной, принятой за единицу
измерения.
Измерения производят для установления действительных
размеров деталей и соответствия их требованиям предельных
размеров чертежа, для проверки точности технологической
системы и подналадки её для предупреждения появления брака.
При контроле проверяют только соответствие
действительных значений параметров нормирования
допускаемым (определяемым допуском), например, с помощью
калибров, шаблонов.
В 1960 году на 11 Генеральной конференции по мерам и
весам (ГКМВ) принята единая Международная система единиц
(СИ). На основе её разработан ГОСТ 8.417-81, устанавливающий
обязательное применение единиц СИ во всей разрабатываемой и
пересматриваемой нормативно-технической документации.
Система единиц СИ содержит 7 основных и 2 дополнительные
единицы.
Основные единицы физических величин:
1) длины – метр (м);
2) времени – секунда (с);
3) массы – килограмм (кг);
4) силы электрического тока – ампер (А);
5) термодинамической температуры – Кельвин (К);
6) силы света – кандела (Кд);
7) количества вещества – моль (моль).
Дополнительные величины: 1) радиан (рад) и 2) стерадиан (ср)
для измерения плоского и телесного углов соответственно.
Однако на практике для измерения углов используют
градус (1°=П/180 рад.); минуту (1'=1°/60=П/10800 рад); секунду
(1''=1°/3600=П/648000 рад).
Техническое измерение –
угловых геометрических размеров изделий, отклонений
это измерение линейных и
расположения и формы, шероховатости и волнистости
поверхностей с помощью рабочих средств измерений.
Тема 2. ОСНОВЫ ТЕХНИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
Модель измерения и основные постулаты метрологии
Для оценки технического состояния технических систем
(ТС) в эксплуатации производят измерения её выходных
параметров и на основе измерительной информации, принимают
решение о пригодности ТС к дальнейшей эксплуатации или
необходимости профилактических (ремонтных) воздействий.
В простейшем случае модель измерения может быть
описана функциональной зависимостью изменений выходного
сигнала (у) от изменения входного сигнала (х), как у = f(х).
Основные постулаты метрологии можно сформулировать
так: истинное значение определяемой величины существует, и
оно постоянно; истинное значение измеряемой величины
отыскать невозможно.
Необходимо различать термины «измерение»,
«контроль», «испытание» и «диагностирование». Контроль –
это частный случай измерения, и он проводится с целью
установления соответствия измеряемой величины заданному
допуску. Контроль используется также для настройки,
регулировки и при установке или замене отдельных блоков ТС.
Более сложной метрологической операцией является
испытание, которое состоит в воспроизведении в заданной
последовательности определённых воздействий, измерений
реакций объекта на данное воздействие и их регистрации.
Диагностирование системы – это процесс распознавания
состояния элементов этой системы в данный момент времени.
По результатам диагностирования можно прогнозировать
состояние элементов системы при дальнейшей её эксплуатации.
Виды и методы измерений
Виды измерений определяются физическим характером
измеряемой величины; требуемой точностью измерения;
необходимой скоростью измерения; условиями и режимом
измерений и т.д.
На рис. 1.1. приведена классификация видов измерений.
Рис. 1.1. Классификация видов измерений
Из этого рисунка следует, что в метрологии существует
множество видов измерений. Можно, например, выделить виды
измерений в зависимости от их цели: контрольные,
лабораторные и технические, абсолютные и т.д.
Наиболее часто используются прямые измерения,
состоящие в том, что искомые значения величины находят из
опытных данных путем экспериментального сравнения.
В соответствии с РМГ 29-99 различают следующие
методы прямых измерений:
1) метод непосредственной оценки; 2) метод сравнения с
мерой; 3) метод дополнения; 4) дифференциальный метод;
5) нулевой метод; 6) метод замещения.
Кроме того, можно выделить нестандартизированные
методы: а) метод противопоставления, при котором измеряемая
величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно
воздействуют на прибор сравнения; б) метод совпадений, где
разность между сравниваемыми величинами измеряют,
используя совпадение отметок, шкал или сигналов.
Погрешности измерений
При практическом использовании тех или иных
измерений важно оценить их точность. Термин «точность
измерений», т.е. степень приближения результатов измерения к
некоторому действительному значению не имеет строгого
определения и используется для качественного сравнения
измерительных операций. Для количественной оценки
используется понятие «погрешность измерений» (чем меньше
погрешность, тем выше точность).
Количество факторов, влияющих на точность измерений,
достаточно велико, и любая классификация погрешности в
зависимости от условий измерительного процесса проявляются
в различных группах.
Поэтому для практических целей достаточно рассмотреть
случайные и систематические составляющие общей
погрешности, выражаемые в абсолютных и относительных
единицах при прямых, косвенных, совокупных и равноточных
измерениях.
Рис. 1.2. Классификация погрешностей измерений
Качество измерений
Под качеством измерений понимают совокупность
свойств, обусловливающих получение результатов с
требуемыми точностными характеристиками, в необходимом
виде и в установленные сроки.
Качество измерений характеризуется такими
показателями, как точность, погрешность и достоверность. Эти
показатели должны определяться по оценкам, к которым
предъявляются требования состоятельности, несмещенности и
∞
→
n
эффективности. Истинное значение измеряемой величины
отличается от среднего значения на величину систематической
погрешности
∆ , т.е.
с
хх ∆−= . Если систематическая
с
составляющая исключена, то хх = .
Оценку х числовой характеристики закона
распределения х, изображаемую точкой на числовой оси,
называют точечной оценкой. В отличии от числовых
характеристик оценки являются случайными величинами.
Причем их значение зависит от числа наблюдений n.
Состоятельной называют оценку, которая сводится по
вероятности к оцениваемой величине, т.е.
хх → при
Несмещенной является оценка, математическое
ожидание которой равно оцениваемой величине, т.е. хх =
Эффективной называют такую оценку, которая имеет
наименьшую дисперсию
2
min
=
G ,
х
где х— результат измерений; х — среднее значение
измеряемой величины;
G — среднее квадратичное отклонение
х
измеряемой величины (СКО).
Для оценки погрешности измерений необходимо
установить вид модели погрешности с её характерными
свойствами, определить характеристики этой модели, оценить
показатели точности измерений по характеристикам модели.
При установлении модели погрешности возникают типовые
статистические задачи: оценка параметров закона
распределения; планирование эксперимента и др.
В соответствии с МИ1317-86 точность измерения должна
выражаться одним из способов: 1) интервалом, в котором с
установленной вероятностью находится суммарная погрешность
измерения; 2) интервалом, в котором с установленной
вероятностью находится систематическая составляющая
∆±=
∆
погрешности измерений; 3) стандартной аппроксимацией
функции распределения случайной составляющей погрешности
измерения; 4) стандартными аппроксимациями функций
распределения систематической и случайной составляющих
погрешности измерений.
В инженерной практике применяется в основном первый
способ:
;
ах или
от
∆ до
min
∆ ; Р = 0,9,
max
где ∆— периодическая погрешность; х — результат измерения.
Система допусков, например, построена на понятии
предельной погрешности:
σ
2±=∆
n
при Р = 0,95 (ГОСТ 8.051-81).
Тема 3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Метрологические характеристики средств измерений
При выборе СИ в зависимости от заданной точности
изготовления деталей и для оценки пригодности СИ к
измерениям в известном диапазоне с известной точностью
вводят метрологические характеристики СИ (МХ) с целью
обеспечения возможности установления точности измерений;
достижения взаимозаменяемости средств измерения (СИ),
сравнения СИ между собой и выбора нужных СИ по точности и
другим характеристикам; определения погрешности
измерительных систем и установок на основе МХ, входящих в
них СИ; оценки технического состояния СИ при проверке.
По ГОСТ 8.009-84 устанавливают перечень МХ, способы
их нормирования и формы представления. Каждая из видов МХ
может быть представлена более детально с учетом видов самих
измерений и СИ в зависимости от изменений влияющих
величин.
Рис. 1.3. Классификация средств измерений
На практике наиболее распространены следующие МХ
СИ.
Шкала – это часть отсчетного устройства, представляющая
собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из
них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду
последовательных значений величины. Отметка шкалы – это
знак (штрих, точка, зубец и т.п.) на шкале, соответствующий
некоторому отдельному значению измеряемой величины.
Отметка, у которой проставлено число отсчета, называется
числовой отметкой шкалы. Отметка, соответствующая нулевому
значению измеряемой величины, называется нулем шкалы.
Шкала бывает односторонней (нуль служит началом или концом
шкалы), двусторонней (отметки шкалы расположены по обе
стороны от нуля) и безнулевой (не имеет нуля). Промежуток
между двумя соседними отметками шкалы называется делением
шкалы.
Цена деления шкалы – разность значений величин,
соответствующих двум соседним отметкам шкалы.
Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная
конечным и начальным значениями, т.е. наибольшим и
наименьшим значениями измеряемой величины.
Диапазон измерений – это область значений измеряемой
величины, доля которой нормирует допускаемые пределы
погрешности средства измерений.
Предел измерений – наибольшее и наименьшее значение
диапазона измерений.
Стабильность средств измерений – показатель, отражающий
неизменность во времени его метрологических характеристик
(показаний). Она определяется как наибольшая разность между
повторными показаниями измерительного прибора (наибольший
разброс показаний прибора) при многократном измерении одной
и той же величины при неизменных внешних условиях. Этот
показатель является конструктивной характеристикой и
определяет качество изготовления прибора.
Рис. 1.4. Основные показатели средств измерений
Причиной нестабильности могут быть трение и мертвый
ход подвижных частей, неполная упругость пружин и других
деталей, старение механизма или материала, остаточные
напряжения и пр.
Обобщенной характеристикой средства измерений,
определяемой пределами основных и дополнительных
погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на
точность, значения которых устанавливаются в стандартах на
отдельные виды средств измерений, является класс точности
средства измерений (ГОСТ 8.401-80). Класс точности
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]