Выбор средств измерений по точности

При выборе средств измерений для оценки их пригодности к измерениям с заданной точностью вводятся метрологические характеристики для обеспечения возможности точности измерений, выбора нужных средств измерении, оценки погрешностей средств измерений, входящих в измерительные системы и установки и др.

Метрологическими характеристиками (МХ) называют такие технические характеристики средств измерений, которые оказывают влияние на результаты и погрешности измерений. МХ, устанавливаемые нормативно-технической документацией, называются нормируемыми.

Все метрологические характеристики можно разделить на несколько групп:

1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений.

2. Характеристики погрешностей средств измерений.

3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам.

4. Динамические характеристики средств измерений.

5. Неинформативные параметры выходного сигнала средства измерений, т.е. не используемые для передачи или индикации значения информативного параметра выходного сигнала измерительного преобразователя или не являющиеся выходной величиной меры.

Группы метрологических характеристик и их критерии показаны на рис. 8.2.

Из всего множества МХ для средств измерения, от которых зависит точность и достоверность измерений, чаще всего нормируют следующие:

- номинальную статическую характеристику преобразования, которая соответствует статистическому режиму применения СИ. При этом измеряемая величина не зависит от времени, а длительность преобразования достаточна для затухания переходных процессов;

- динамические характеристики, в качестве которых может быть использована переходная функция, представляющая собой реакцию линейной динамической системы на входное воздействие в виде единичной функции . По переходной функции можно определить время реакции , постоянную времени , коэффициент преобразования и др.;

Рис. 8.2 Группы метрологических характеристик средств измерений

- вариацию показаний, представляющую собой разность между показаниями СИ в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании величины при неизменных внешних условиях;

- цену деления равномерной шкалы, под которой понимают разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы;

- характеристики выходного кода цифровых СИ;

- функции влияния как зависимости изменений МХ СИ от изменений влияющих величин или неинформативных параметров входного сигнала;

- характеристики погрешности СИ;

- наибольшие допустимые изменения МХ, вызванные изменениями внешних условий;

- чувствительность СИ – отношение изменения сигнала на выходе СИ к вызывающему это изменение изменению сигнала на входе, т.е. (например, для стрелочного СИ это отношение перемещения конца стрелки к вызывающему его изменению измеряемой величины).

Связь между информативными параметрами входного и выходного сигналов выражается функцией преобразования , а средству измерений присваивается номинальная функция преобразования , которая имеет одно из следующих названий: градуировочная характеристика уравнения преобразования, характеристика преобразования.

Качество проводимых измерений зависит от правильного выбора измерительных средств. Применение СИ низкого класса точности приводит к появлению бракованной продукции, а точных СИ – к большим материальным затратам.

Обычно при выборе средств измерений учитывают размер и допуск измеряемой величины, метод и диапазон измерений, характеристики погрешности средств измерений, условия проведения измерений, допускаемую погрешность измерения. Допускаемые погрешности включают в себя не только погрешность средств измерения, но и погрешность от всех источников.

Для измерения линейных размеров допускаемые погрешности измерения установлены для разных квалитетов равными от 20 до 35% допуска.

Меньший процент (20%) установлен для грубых квалитетов.

В выборе измерительных средств должны принимать участие в пределах своих должностных обязанностей конструкторская, технологическая и метрологическая службы.

Конструкторская служба сначала устанавливает предварительно допуск без учета погрешности измерения, а затем уже определяет допускаемую погрешность измерения по таблицам стандарта; по графикам определяет возможное количество неправильно принимаемых деталей и выход за границы допуска, после чего принимает решение об оставлении первоначального допуска или введении производственного допуска.

Технологическая служба определяет по графикам возможное количество неправильно забракованных деталей, оценивает экономические показатели в связи с погрешностью измерения и принимает решение о сохранении допуска или введении производственного допуска.

Метрологическая служба выбирает конкретные измерительные средства, разрабатывает (в случае необходимости) техническое задание на проектирование специального измерительного средства с учетом допускаемой погрешности и условий измерения.

При выборе средств измерения температуры, давления, силы тока и др. измерений исходными данными в конструкторской или технологической документации являются наибольшие и наименьшие размеры физической величины или допуск, исходя из которого определяют допускаемую основную абсолютную погрешность по зависимостям

Δ ≤ 0,33Д или для системы ≤ 0,33Д,

где Д – допуск измеряемой величины; – основная абсолютная погрешность преобразователя; – основная абсолютная погрешность показывающего прибора; – основная абсолютная погрешность других элементов измерительной системы, влияющих на результат измерений.

Определяют верхний и нижний пределы (диапазоны) рабочей части шкалы:

≥ , ≤ ,

где и – наименьшее и наибольшее значения измеряемой физической величины.

Выбирают конкретный прибор со стандартными диапазонами измерений, после чего определяют класс точности показывающего прибора по зависимости: или .

Класс точности выбирается ближайший, но более точный.

Окончательный выбор СИ производят с учетом требований к рабочей области влияющих величин, особенностям конструкции, массе, габаритам и др., а также с учетом методической погрешности, добиваясь ее исключения или уменьшения.

Если измерения проводятся в условиях, отличных от нормальных, установленных в стандартах или технических условиях, необходимо нормировать функции влияния. В этом случае указываются зависимости показаний средств измерений от влияющих величин и вносятся поправки в показания СИ.

При выборе СИ следует учитывать и экономический фактор, при котором повышение точности измерения позволяет точнее регулировать производственный процесс, сократить допуск на изделие, уменьшить долю необнаруженного и ложного брака.

Тема 9. Статистическая обработка результатов измерений. – ЛК – 4 часа, СРС – 3 часа.