Нормирование точности и технические измерения

Q —x + Х ы,

где Q - измеряемая величина; х - показания средства измере­ ния; Х м - величина, воспроизводимая мерой.

Метод сравнения с мерой реализуется в некоторых разно­ видностях:

-дифференциальный и нулевой методы измерений;

-метод совпадений;

-метод измерений замещением и метод противопоставления;

-метод измерений дополнением.

Дифференциальный метод измерений - метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной

величиной, имеющей известное значение, незначительно от­

личающееся от значения измеряемой величины,Ти Упри кото­ ром изм еряется разность между этими двумя величинами.

Ф актически это метод сравнения с мерой, в котором на и з­

фиксированной отметкой на ш кале ФВ). Для оценки совпаде­ ния можно использовать прибор сравнения или органолепти­ ку, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, плавление или застывание индикаторного вещества при до­ стижении определенной температуры и другие физические эффекты).

В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и ве­

51

личины , воспроизводимой мерой, различаю т метод измере­ ний замещением и метод противопоставления.

Метод измерений замещением (метод замещ ения) - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещ а­ ют мерой с известным значением величины. Примером может

настройки прибора замещают измеряемой величиной, т.е. эти величины воздействуют на прибор последовательно.

В этом случае метод замещ ения - метод сравнения с мерой, в котором известную величину, воспроизводимую мерой,Упосле

Метод противопоставления - метод сравненияТс мерой, в котором изм еряем ая величина и величина, воспроизводимая

мощью которого устанавливаю т соотношениеБНмежду этими ве­ личинами.

мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с по­

Метод измерений дополнением (метод дополнения) - метод

при замещ ении, так и при противопоставлении измеряемой величины и меры.

В качестве класс ф кационного признака можно рассма­

ванный на том, что чувствительный элемент средства измерений не приводится в контакт с объектом измерения. Примерами мо­ гут быть измерение температуры в доменной печи пирометром и измерение расстояния до объекта оптическими средствами.

При механическом контакте чувствительного элемента средства измерений с объектом необходимо учитывать дефор­ м ации из-за их недостаточной жесткости элементов, контакт­ ные деформации и др. При отсутствии механического кон ­ такта следует учитывать особенности «бесконтактного съема»

52

измерительной информации - оптические искаж ения в возду­ хе, ослабление сигнала на расстоянии, наличие пыли и м асля­ ных пленок на поверхности объекта и др.

2.2. Погрешности измерений

Погрешность результата изм ерения (погрешность измере­

- м тодич ские погрешности или «погрешности метода из­

оператора» или «личные» либо «личностные» погрешности).

Инструментальная погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью приме­ няемого средства измерений.

Ф актически к инструментальным погреш ностям относятся погрешности всех применяемых в данных измерениях техни­

53

ческих средств и вспомогательных устройств, влияю щ их на результат измерений, в том числе погрешности прибора, мер для его настройки, дополнительных сопротивлений, шунтов, установочных узлов или соединительных проводов и т.д.

П ри изм ерении диам етра d детали индикатором часового типа на стойке (рис. 2.2), инструм ентальны е погреш ности склады ваю тся из погреш ностей изм ерительной головки 1, погреш ностей стойки 2 и погреш ностей блока плоскопарал ­

лельны х концевы х мер длины 3, на которы й настраивался прибор.

рабочаяРпов рхность стола) приводят к неправильном у ори ­ ентированию прибора и детали . П огреш ности блока плоско­ параллельны х концевы х мер длины 3, на которы й настраи ­ вался прибор, определяю тся погреш ностям и каж дой из мер блока и погреш ностям и их притирки .

Погреш ность метода измерений — составляю щ ая погреш ­ ности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений.

Предпочтительно рассматриваемый класс погрешностей назы вать «методическими погреш ностями». Методические

54

погрешности могут возникать из-за несоответствий реальной методики выполнения измерений идеальным теоретическим положениям, на которых основаны измерения. Эти погреш ­ ности в свою очередь делятся на две группы . Е первой можно отнести погрешности из-за допущ ений , приняты х при измере­ нии или обработке результатов, а такж е используемых в ходе измерительного преобразования приближений и упрощений (погрешности из-за несоответствия процесса измерительного преобразования его идеальной модели). Другой возможной

Рассмотрим примеры погрешностей первой группы. При кос­ венных измерениях диаметров больших деталей длину окруж ­ ности часто измеряют рулеткой, а затем рассчитывают диа­ метр. Здесь теоретическая погрешность будет присутствовать

подключаемым приборомоп ив дит к некоторому изменению структуры цепи из-за п дключения дополнительной нагруз­ ки. Результаты измерений электрических параметров объ­

на примере измерения диаметра номинально цилиндрической детали измерительной головкой на стойке. В частности, и з­ мерение номинально цилиндрической детали с седлообразной поверхностью приведет к появлению методической погреш ­ ности, примерно равной отклонению образующей от прям оли ­ нейности (рис. 2.3).

55

ляющ ую . При измерении плотности номинально ком пактно­ го и однородного твердого тела не деальность объекта может быть связана с наличием необна уженных полостей или ино­

же поверхн сти. Температура в объеме жидкости или газа практически всегда различается по слоям (температурные

рону какого-либо из параметров, характеризую щ их условия измерений, от установленного значения.

Этот термин применяют в случае неучтенного или недоста­ точного учета действия той или иной влияющей величины (тем­ пературы, атмосферного давления, влажности воздуха, напря­ женности магнитного поля, вибрации и др.).

56

Более корректно следовало бы называть погрешности этой группы «погрешности из-за отличия условий измерения от

удается выдержать нормальные условия измерений. Нормальные условия связаны с понятием влияю щ их ф изи­

ческих величин. Влияющая физическая величина - ф изиче­ ская величина, оказываю щ ая влияние на размер измеряемой величины и (или) результат измерений. Ф актически под вли я ­

ющими физическими величинами понимают те, которые не являю тся измеряемыми, но влияю т на результаты измерений, воздействуя на объект и /и ли средства измерений.

Пределы допустимых изменений таких величинТилиУих от­ клонений от номинальных значений устанавливаю т исходя из нормальной области значений (для обеспечения нормальных

условий измерения) или рабочей области значений (для обе­

спечения рабочих условий измерений). ПосколькуН при нор­

мальных условиях измерений влияюйщ иеБвеличины могут от­ личаться от номинальных (идеальных) значений, вызванные этими отличиями погрешности возн каю т обязательно. Од­ нако нормальные условия назначают таким образом, чтобы

величины,пвыходящ ей за пределы нормальной области значе­ ний. Они могут быть обусловлены температурными, электро­ магнитными и другими полями в рабочей зоне, давлением

воздуха,Рего избыточной влажностью, наличием вибраций на рабочем месте, где выполняю тся измерения, или иными ф ак­ торами.

Есть множество факторов, которые могут привести к ис­ кажению самой измеряемой величины и (или) измерительной информации о ней. Например, изменение температуры тела не приводит к изменению его массы, но вызывает изменения линейных размеров, изменения сопротивления прохождению электрического тока. Повыш енная влажность не влияет на

57

размеры металлических деталей, но может привести к изме­ нению размеров и массы изделий из гидрофильных материа­ лов, которые впитываю т влагу из окружаю щ ей атмосферы.

Поиск влияю щ их величин осущ ествляется при анализе конкретной методики выполнения измерений.

С убъективная погреш ность изм ерения - составляю щ ая по­ греш ности изм ерений, обусловленная индивидуальны м и осо­ бенностями оператора. Иногда субъективную погреш ность называю т личной погрешностью или личной разностью.

ходится оперировать устройствами совмещения,ТнастройкиУ и корректировки нуля, арретирования, базирования средства измерений и измеряемого объекта, устройствами снятия сиг­

Субъективные погрешности вклю чаю т погрешности отсчи-

тывания и погрешности манипулирования средствами изме­

рений и изм еряем ы м объектом. При измерениях часто при­

нала измерительной информации (чувствительнымиН элемен­ тами). Такие м анипуляции часто приводят к погрешностям,

либо с интерполированием доли деления на глаз. Погреш ­

ность округления резуль а а до целого деления составляет не

ют,Рвозможное возникновение погрешности отсчитывания из-за параллакса при «косом» направлении взгляда оператора. Для уменьшения погрешностей от параллакса используют методы сближения указателя со ш калой или искусственные приемы получения нормального угла зрения (специальные наглазники и налобники в оптических приборах, зеркальная полоска под ш калой прецизионных приборов и др.).

Очевидно, что погрешности отсчитывания при округлении или интерполировании и погрешности из-за параллакса не

58

возникаю т при использовании приборов с дискретной вы да­ чей информации на цифровых табло»

Распределение источников погрешностей можно проиллю­ стрировать на схеме измерения физической величины (рис. 2.4).

Взаимодействие средства изме ений с измеряемым объектом

ствия влияю щих величин (величина А воздействует только на измеря мый объект, В - на измеряемый объект и на средство измер ний, С - только на средство измерений).

Погрешность измерения Д, которая всегда является и нт е­

А — А * А * А у * А ,

СИ м о п

где * - знак объединения (комплексирования, а не алгебраи­ ческого сложения), поскольку погрешности разного характе­ ра объединяют с использованием разны х математических опе­ раций.

_J

К аж ды й из источников может дать одну, либо несколько элементарных составляю щ их. В последнем случае составля­ ю щ ая погрешность сама является интегральной.

Вметрологической литературе встречаются разные класси­

фикации погрешностей измерений по характеру их проявления (изменения). Традиционным является деление погрешностей на случайные, систематические и грубые.

Реальное положение в измерениях характеризуется ф ак­ тическим наличием как детерминированных, так и случай­

ных (стохастических) явлений, которые вызываю т появление соответствующих погрешностей. Поскольку механизмыУ об­ разования значительной части составляющ ихТпогрешности измерений сходны с механизмами формирования случайных величин, можно ожидать наличия в результатахН измерений случайны х погрешностей. Это дает возможность использовать аппарат теории вероятностей и математическойБ статистики для обработки результатов измерений со случайными погреш ­ ностями. йи

еся по слож ном у закону . Элементарные погрешности можно условно разделить на постоянные, прогрессирующие ( прогрес­ сивные ) и периодические (рис. 2.5). Прогрессирующими на­ зывают монотонно возрастаю щ ие или монотонно убывающие погрешности. Периодические погрешности — погрешности, изменение которых можно описать периодической функцией.

60