3.1.2 Методи вимірювання

Відповідно до ГОСТ 16263 – 70 під методом вимірювання розуміють сукупність прийлмів використання різноманітних фізичних принципів та засобів відновлювання та вимірювання визначаємої фізичної величини.

За прямого вимірювання значенння фізичної величини винаходять безпосередньо з дослідних результатів. За непрямого вимірювання значенння фізичної величини винаходять відповідно до відомої залежності від значення фізичних величин, що винаходять у резільтаті дослідів.

Абсолютне вимірювання базується та використанні фізичних констант з метою визначення значення вимірюваної фізичної величини. За відносного вимірювання значення вимірюваної фізичної величини порівнюється з однойменною, що виконує роль одиниці вимірювання фізичної величини, прийнятої за похідну.

За безпосередньої оцінки значення вимірюваної фізичної величини визначається безпосередньо за відлічним пристроєм засобу вимірювання, що реалізує пряме вимірювання. За порівняння з мірою значення вимірюваної фізичної величини порівнюється безпосередньо з мірою, що відновлює вимірювану фізичну величину. За протиставлення значення вимірюваної фізичної величини та фізичної величини, що відновлюється мірою, одночасно впливають на засіб вимірювання з метою встановлення співвідношення між ними (різновид порівння з мірою).

За диференціального вимірювання значення вимірюваної фізичної величини порівнюється з значенням відомої фізичної величини, що відновлюється мірою, з метою надання кількісної оцінки різниці між ними. За нульового вимірювання значення вимірюваної фізичної величини порівнюється з значенням відомої фізичної величини, що відновлюється мірою, з метою зведення відмінностей між ними до нульового значення. За співпадаючого вимірівання різниця значення вимірюваної фізичної величини та значення відомої фізичної величини, що відновлюється мірою, визначають за співпадінням відміток шкал відлічного пристрою засобу вимірювання.

За поелементного вимірювання значення сукупності вимірюваних фізичних величин визначається поступово за окремими складовими частинами цієї сукупності. За комплексного вимірювання значення сукупності вимірюваних фізичних величин визначається вимірюванням значення одніє вогомої фізичної величини, що є найбільш впливовою з складових частин цієї сукупності.

3.2 Контроль деталей машин та вимірювального інструменту

3.2.1 Засоби вимірювання

Технічні засоби, що мають нормовані метрологічні властивості та використовуються під час вимірювання називаються засобами вимірювання. Серед них розрізняють:

еталони – офіційно затвердженні засоби вимірювання, що призначені для відновлення та зберігання фізичної величини з метою передачі її значення засобам вимірювання які нижче розташовані за повірочною схемою. Еталон одиниці фізичної величини відновлюється з максимально досяжною точністю на основі фізичних принципів з використанням спеціальної методики та обладнанння. У якості еталону одиниці відстані (довжини) затверджений еталонний метр, що дорівнює 1650763,3 довжині світлових хвиль у вакуумі випроміннювання відповідно до переходу між рівнями 2р₁₀ та 5d₅ атому кріптона 86 ГОСТ 8.417 – 81. На XVII Генеральній конференції мір та ваг прийняте інше визначення єталону одиниці відстані, відповідно до якого 1 метр – це відстань, що пройде світло у вакуумі за секунди. У якості еталону одиниці часу затверджена еталонна секунда, що дорівнює 9192631770 періодам випроміннювання відповідно до переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атому цезія 133. У якості еталону одиниці маси затверджена еталонна маса 1 кг, що являє собою циліндр Ø30 мм та висотою 30 мм із сплаву платини (90%) та іридію (10%). У якості еталону одиниці кількості речевини затверджено еталонний моль, що дорівнює кількості речевини системи яка містить стільки ж структурових елементів часток, скільки атомів 12,000 г вуглецю – 12. У якості еталону одиниці сили світла затверджена еталонна кандела, що являє собою силу світла у заданому напрямку джерела монохромного випрямінювання частотою Гц відповідно енергетичної сили . У якості еталону одиниці сили струму затверджено еталонний ампер, що являє собою незмінну у часі силу електричного струму, у двох паралельних між собою розташованих у вакуумі на відстані 1 метру провідниках нескінченної довжини та безмірно малої велечини площі у перерізі, яка створює на кожному 1 метрі довжини силу взаємодії Н. У якості еталону одиниці термодинамічної температури затверджений еталоний кельвін, що дорівнює термодинамічної температури потрійної точки води;

міри – засоби вимірювання, що призначені для відновлення фізичної величини з метою передачі її значення засобам вимірювання які нижче розташовані за повірочною схемою. Міри, як правило, використовуються у вигляді наборів. Для відновлення довжини у промисловості використовуються штрихові та кінцеві міри. Штрихові міри виконуються у вигляді зразків, лінійок, рулеток, лімбів та шкал з лічильними елементами. Плоскопаралельні кінцеві міри довжини (рисунок 3.1 а) являють собою набори паралелепипедів із сталі довжиною до 100 мм з двома плоскими взаємно паралельними вимірювальними поверхнями ГОСТ 9038 – 83. Завдяки здібності до притирання, що обумовлена дією міжмолекулярних зв`язків, кінцеві міри можливо збирати до блоків потрібних розмірів які не розпадаються під час пересування (рисунок 3.1 б). Набори можуть складатися з різної кількості кінцевих мір (від 2 до 112 одиниць). Кінцеві міри виготовляються із сталі класу точності 00, 01, 0, 1, 2, 3 та із твердого сплаву 00, 0, 1, 2, 3. Відповідно до ГОСТ 2.601 - 70 до кожного набору прилагається паспорт та інструкція по експлуатації. Блоки складають з чотирьох – п`яти кінцевих мір з градацією від 0,001 до 100 мм. Призматичні углові міри (ГОСТ 2875 – 75) (рисунок 3.1 в) випускаються п`яти типів: 1 та 2 – з одним робочим кутом із зрізаною вершиною та острокутові; 3 – з чотирма робочими кутами; 4 – багатогранні призматичні із рівномірним кутовим шагом; 5 – з трьома робочим кутами. При цьому кутові міри типів 1, 2, 3 виготовляються трьох класів точності (), 1, 2), багатогранні типу 4 – чотирьох класів точності (00, 0, 1, 2), типу 5 – класу 1. Притираючи кутові міри є можливість змінювати номінальні значення кутів у широких межах.

а б в

Рисунок 3.1 – Плоскопаралельні та кутові кінцеві міри довжини.

зразкові – засоби вимірювання (міри, вимірювальні прилади або перетворювачи), що затверджені у якості зразкових для виконання повірки за ними інших засобів вимірювання;

робочі – засоби вимірювання (вимірювальні прилади або перетворювачи), що безпосередньо використовуються у процесі вимірювання фізичної величини та не можуть передавати розмір одиниць вимірюваної фізичної величини. Вони поділяються на універсальні та спеціальні. Універсальні робочі засоби вимірювання використовуються для вимірювання цілої низки параметрів або безпосередньо, або у співвикористанні з додатковим обладнанням та устаткуванням. Наприклад, до універсальних робочих засобів відносяться штангенінструменти, що мають ноніусну шкалу, та мікрометричні інструменти, у яких з метою забезпечення підвищенного передаточного відношення використана гвинтова пара (рисунок 3.2 а,б). Вони широко використовуються для контролю лінійних розмірів з високим ступінєм точності. Цей інструмент має лінійки з основною та допоміжною шкалами ноніусу, що дозволяє по порядковому номеру співпадаючих штрихов відсчитати дрібні долі відліку основної шкали. Основні шкали мають ціну поділу 0,5 або 1,0 мм.=, ноніусні 0,1 або 0,05 мм. Відлік розміру виконується за

(3.3)

де - порядковий номер штриха ноніуса основної шкали;

- ціна поділу основної шкали;

- порядковий номер штриха ноніусадопоміжної шкали, що співпадає з штрихом ноніуса основної шкали;

- ціна поділу допоміжної шкали.

Похибка штангенциркуля при вимірюванні розмірів до 1000,0 мм складає мм. Поскільки похибка гвинтової пари із зростанням її довжини також зростає, похибка вимірювання мікрометру розмірів до 25,0 мм складає мм, а до 100,0 мм – мм.

Серед універсальних робочих засобів вимірювання для контролю форми та розташування поверхнєй досить поширеними є індикатори часового типу (ГОСТ 577 – 68) з зубчастою або зубчасто-рейковою передачею (рисунок 2 в), що використовуються тільки у комплекті з стойками та штативами (ГОСТ 10197 – 70). Випускаються індикатори з ціною поділу 0,01 мм та межами вимірювання 0,0...2,0 мм та 0,0...10,0 мм, вимірювальною силою 0,8...2,5 Н та похибкою вимірювання 0,004...0,02 мм.

Спеціальні робочі засоби вимірювання використовуються для вимірювання або контролю параметрів суворо визначеного різновиду.

Найбільш поширеними з спеціальних засобів вимірювання, що широко використовуються в умовах масового та серійного виробництва для контролю розмірів складових гладких циліндричних з'єднань 6...17 квалітетів є гладенькі предільні калібри. Комплект гладеньких предільних калібрів складається з прохідного калібру ПР та непрохідного калібру НЕ (рисунок 3.3). Вимірювання розміру гладеньким предільним калібром зводиться не до визначення його кількісного значення, а до визначення його відповідності потрібному квалітету за данного номінального розміру. Деталь визначається відповідною до потрібного квалітету, якщо у процесі вимірювання під впливом своєї ваги проходний калібр ПР проходить у отвор або насаджується на вал, а непрохідний НЕ – не проходить у отвір й не може бути насаджений на вал.

Калібри підрозділяють за призначенням на:

калібри – скоби, що використовуються для контролю валів (рисунок 3.4). Найбільш поширеними є односторонні двопредільні калібри – скоби (рисунок 3.4 а), що забезпечують виконання контролю розміру валу за мінімальний термін часу з мінімальними фізичними навантаженнями. Крім того калібри – скоби конструктивно виконуються у вигляді двосторонніх однопредільних калібрів – скоб (рисунок 3.4 б), що легші у виробництві, та у вигляді двосторонніх однопредільних й односторонні двопредільні переналагоджуваних калібрів – скоб, що використовуються в умовах сирійного виробництва;

калібри – пробки, що використовуються для контролю отворів (рисунок 3.5). Відповідно до ГОСТ 14807 – 69, ..., 14827 – 69 конструктивне виконання калібру – пробки обумовлюється номінальним розміром контролюємого отвору. Найбільш поширеними є двосторонні однопредільні об'ємні калібри – пробки (рисунок 3.5 а,б), що забезпечують виконання контролю отворів розмірами 1...50 мм за мінімальний термін

часу. Для виконання контролю отворів розмірами 50...75 мм використовуються односторонні однопредільні об'ємні калібри – пробки (рисунок 3.5 в). Для виконання контролю отворів розмірами 75...270 мм, з метою зниження фізичних навантаження технічного контрольору, використовуються двосторонні двопредільні плоскі калібри – пробки (рисунок 3.5 г).

За точністю калібри розрізняють на:

робочі калібри, що призначені для контролю розмірів деталей у процессі виготовлення та експлуатації. У якості робочих прохідних калібрів ПР допускається використання зношених прохідних калібрів ПР, розміри яких лежать у межах границі зноса (рисунок 3.6 та 3.7);

контрольні калібри, що призначені для контролю розмірів робочих калібрів у процессі виготовлення та експлуатації відповідно до затвердженої повірочної схеми.

Відповідно до ДСТУ EN 10020 – 2002, ГОСТ 16775 – 71, ..., 16780 – 71 за матеріалом, з якого виготовлені, калібри підрозділяють на [12]:

сталеві, що виготовляються з високовуглецевої, наприклад У – 8А, та корозійностійкої хромістої сталі, наприклад ХВГ;

твердосплавні, робочи поверні яких виготовляються з пластин твердого сплаву, наприклад ВК – 2, зносостійкість яких перевищує у 50...150 разів калібри з високовуглецевої сталі та у 25...40 разів калібри з корозійностійкої хромістої сталі. До недоліків твердосплавних калібрів слід віднести високу собівартість, що у 3...10 разів вища ніж для сталевих, та потреби акуратного ставлення під час експлуатації з боку технічного персоналу. Тому твердосплавні калібри викристовуються переважно в умовах масового виробництва.

Відповідно до ГОСТ 24853 – 81 під час виготовлення на гладенькі предільні калібри встановлені слудуючі допуски (рисунок 3.6 та 3.7):

D_max – найбільший предільний розмір отвору;

D_min– найменший предільний розмір отвору;

TD – допуск розміру отвору;

d_max – найбільший предільний розмір валу;

Рисунок 3.6 – Схема розташування полей допусків гладенького предільного калібра – пробки для контролю отвору.

Рисунок 3.7 – Схема розташування полей допусків гладенького предільного калібра – скоби для контролю валу.

d_min – найменший предільний розмір валу;

Н – робочих калібрів – пробок для контролю отворів;

H_s – робочих калібрів – пробок для контролю отворів із сферичними голівками;

Н₁ – робочих калібрів – скоб для контролю валів;

Y – допуск на знос прохідного калібру – пробки для контролю отвору;

Y₁ – допуск на знос прохідного калібру – скоби для контролю валу;

Z– допуск в „тіло” деталі розміру прохідного калібру – пробки для контролю отвору;

Z₁– допуск в „тіло” деталі розміру прохідного калібру – скоби для контролю валу;

α – допуск в „тіло” деталі розміру непрохідного калібру – пробки та в „тіло” калібру – пробки зношеного розміру прохідного калібру – пробки для контролю отвору;

α₁ – допуск в „тіло” деталі розміру непрохідного калібру – скоби та в „тіло” калібру – скоби зношеного розміру прохідного калібру – скоби для контролю валу.

Під час маркування гладенького предільного калібру на нього наносять номінальний розмір, поле допуску та квалітет контролюємої гладкої циліндричної поверхні та (для калібрів – пробок у обовязковому порядку, а для калібрів – скоб за необхідності) тип калібру.

По ступеню автоматизації котрольного процесу всі засоби вимірювання розділяють на ручні, механізовані, автоматизовані (напівавтоматичні) та автоматизовані системи (ГОСТ 16505 – 81).

Порядок передачи розміру одиниці фізічної величини від еталону або позідного зразкового засобу вимірювання до засобів вимірювання більш низьких розрядів (впритул до робочих) встановлюється відповідно до повірочної схеми.