Контрольно-измерительные преобразователи

БИЛЕТ 21

1. Сведения из истории метрологии

Начало связано с появлением шаблонов и калибров.

В конце 19 века появились калибры, у которых размеры проходных и непроходных частей соответствовали наибольшему и наименьшему размеру контролируемых деталей.

В 1915 году первая попытка обобщения понятия взаимозаменяемость – Куполевский И. И. (МГТУ)

В 1925 под руководством Гатун разработана система допусков и посадок ОСТ: 4 класса точности для деталей цилиндрической формы. Позднее разработаны стандарты на все виды сопряжений.

2.Теоретико-вероятностный метод расчета размерных цепей

При методе максимума(минимума) предполагается, что все размеры имеют предельные значения, это маловероятно, т.к. размеры в основном группируются около координаты середины поля допуска.

Если допустить небольшую вероятность несоблюдения предельных размеров, то можно значительно расширить допуски на составляющие размеры ,
где k – коэффициент, зависящий от закона распределения.

Использование данного метода позволяет при одном и том же значении расширить допуски на составляющие размеры по сравнению с методом максимума(минимума), однако при этом у 0,27% цепей возможно несоблюдение предельных размеров, т.е. возможен брак.

БИЛЕТ 22

1. Единство измерений

Единство измерений – состояние измерения, когда измеренная величина выражается в узаконенных единицах, а погрешность измерения не превышает установленные пределы с заданной вероятностью.

Единство измерений необходимо для того, чтобы можно было сопоставить результаты измерений, выполненных в разных местах и в разное время, с использованием разных методов и средств измерений.

2.Метод расчета размерных цепей обеспечивающий полную взаимозаменяемость.

Ну собственно вторая домашка это.

Для обеспечения полной взаимозаменяемости размерные цепи рассчитывают методом максимума(минимума), при котором допуск замыкающего звена определяется суммой допусков составляющих звеньев.

БИЛЕТ 23

1. Элементы и параметры средств измерений

Деление шкалы прибора – расстояние между двумя соседними отметками.

Цена деления шкалы – разность значений, соответствующая двум соседним отметкам шкалы.

Точность средства измерения характеризует близость к нулю его погрешности.

Физ. Величина – свойство, общее в качественном отношении многим физ. объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Единица физ. величины – устанавливает различия в количественном отношении свойства, выражаемого физ. величиной.

Эталон – средство измерения, обеспечивающее воспроизведение физ. величины с наивысшей метрологической точностью.

Первичный эталон – воспроизводит физ. величину с наивысшей в стране метрологической точностью.

Гос. Эталон – первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны.

Широко применяются вторичные эталоны, их значения устанавливают по первичным.

Эталон-копия – вторичный эталон, предназначенный для хранения единиц физ. величин и передачи их размеров в рабочие средства измерения.

Эталон-сравнение – вторичный эталон, предназначенный для сравнения эталонов, которые нельзя непосредственно сравнить друг с другом.

Эталон – свидетель – вторичный эталон, предназначенный для проверки сохранности гос. Эталона и замены его в случае порчи или утраты.

Рабочие эталоны – вторичн. Эталоны, предназначенные для проведения измерения.

Проверочная схема – документ, устанавливающий порядок передачи размеров от эталона к рабочим средствам измерения.

2. Классификация звеньев размерной цепи

Размерная цепь – совокупность размеров, образующих замкнутый контур, и участвующие в решении постановленной задачи.

Замыкающее – величина и точность зависят от величин и точности составляющих звеньев

Составляющие делятся на увеличивающие (при увеличении размер замыкающего звена увеличивается) и уменьшающие (при увеличении размер замыкающего уменьшается).

БИЛЕТ 24

1. Единицы физической величины

Единица физ. величины – устанавливает различия в количественном отношении свойства, выражаемого физ. величиной
Основные единицы СИ:
m=кг –масса кг
T=k – температура кельвины
l=m – длина метры
t=c – время секунды
I=Ам – ток амперы
J=Кд – сила света канделы

2. Виды размерных цепей

Размерная цепь – совокупность размеров(звеньев), образующих замкнутый контур, и участвующие в решении постановленной задачи.

По положению звеньев цепи делятся на:

1) линейные – все размеры параллельны и проецируются на одну прямую.

2) плоские – звенья не параллельны между собой, но лежат в одной плоскости.

3) пространственные – все или часть звеньев лежат в не параллельных плоскостях.

БИЛЕТ 25

1. Международная система единиц СИ

Основные единицы СИ:
m=кг –масса кг
T=k – температура кельвины
l=m – длина метры
t=c – время секунды
I=Ам – ток амперы
J=Кд – сила света канделы

2. Расчет и выбор посадки с натягом

Посадки с натягом предназначены для получения неподвижных неразъемных соединений без дополнительного крепления.

Относительная неподвижность деталей обеспечивается за счет сил сцепления на контактируемой поверхности.

D(d)

N=

N=p*d(C1/E1+C2/E2),

P – давление на поверхность контакта,
E1,E2 – модули упругости вала и отверстия,
C1,C2- коэффициенты

Еще коэффициент трения при смещении P3 и коэффициент трения при вращении Mkp.

По расчетному значению натяга выбирают соответствующую посадку.

Билет 26

1. Эталоны. Виды эталонов.

Эталон — средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а так же передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Виды эталонов:

• Первичный эталон — это эталон, воспроизводящий единицу физической величины с наивысшей точностью, возможной в данной области измерений на современном уровне научно-технических достижений. Первичный эталон может быть национальным (государственным) и международным.

• Государственный первичный эталон — первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.
• Национальный эталон — эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.
• Международный эталон — эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.
• Эталон копия - применяется вместо государственного эталона для хранения единицы и передачи её размера рабочим эталонам. Эталон копия не всегда является физической копией государственного эталона, а применяется в качестве копии только по метрологическому назначению.
• Вторичный эталон — эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы.
• Эталон сравнения — эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.
• Исходный эталон — эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений.
• Одиночный эталон - эталон состоящий из одной меры, одного измерительного прибора или одной измерительной установки, обеспечивающих воспроизведение или хранение единицы самостоятельно, без других средств измерений того же типа.
• Групповой эталон - эталон состоящий из совокупности однотипных мер, измерительных приборов или других средств измерений, применяемых как одно целое для повышения надежности хранения единицы. Размер единицы, хранимой групповым эталоном, определяется как среднее арифметическое их значений, найденных с помощью отдельных мер или измерительных приборов, входящих в групповой эталон. Групповые эталоны могут быть постоянного и переменного состава. В групповые эталоны переменного состава входят меры или измерительные приборы, периодически заменяемые новыми. Отдельные меры или измерительные приборы, входящие в групповой эталон, применяют в качестве рабочих эталонов, если это допустимо по условиям хранения единицы.
• Рабочий эталон — эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Эталонная база РФ насчитывает 118 государственных эталонов и более 300 вторичных эталонов

2. Расчет и выбор посадки с зазором для подшипника скольжения

Сущность расчета посадки заключается в том, чтобы определить интервал зазоров [S_min ]...[S_max ]
(см. рис. 1.8), при котором величина всплытия будет не меньше предварительно выбранной допустимо минимальной толщины масляного слоя [ h_min ]. Исходя из сказанного, найдем величину [ h_min ] и установим зависимость между h и S.
Для обеспечения жидкостного трения необходимо, чтобы микронеровности цапфы и вкладыша не касались при работе подшипника.

Это возможно при условии:

[h_min ] ≥ R_Z1 + R_Z2 +Δ_ф +Δ_P +Δ_изг +Δ_Д

где R_Z1, R_Z2 - высота неровностей вкладышей подшипника и цапфы вала;
Δ_ф, Δ_р - поправки, учитывающие влияние погрешностей формы и расположения цапфы и вкладыша;
Δ_изг - поправка, учитывающая влияние изгиба вала;
Δ_Д - добавка, учитывающая разного рода отклонения от принятого режима работы.

Для упрощенного расчета можно применять зависимость:

[h_min ] ≥ k * R_Z1 + R_Z2 + Δ_Д

где k - коэффициент запаса надежности по толщине масляного слоя (k ≥ 2).

Известна зависимость для среднего удельного давления у гидродинамического подшипника:

где μ - динамическая вязкость масла при рабочей температуре подшипника, H*c/м2;
ω - угловая скорость цапфы рад/c;
S - диаметральный зазор, м;
D - номинальный диаметр сопряжения, м;
C_R - безразмерный коэффициент нагруженности подшипника, зависящий от l / D и χ;
l - длина подшипника , м;
χ - относительный эксцентриситет, который связан зависимостью с h:

h = 0.5 *S − e = 0.5 *S * (1 − χ )

Определим из формулы значение S:

C учетом формулы найдем выражение для h:

Значения V¯CR * (1 − χ ) = A в зависимости от χ и 1/D приведены в табл.

Таким образом, определив минимально допустимую величину всплытия - [ h_min ] по формуле мы сможем определить величину A:

по табл. значения χ_min и χ_mаx

По найденным значениям χ_min и χ_mаx определим по формуле соответственно [S_min ] и [S_max ]

БИЛЕТ 27

1. Поверочные схемы, их содержание и построение

Проверочная схема – документ, устанавливающий порядок передачи размеров от эталона к рабочим средствам измерения

Поверочные схемы в зависимости от области распространения подразделяются на следующие виды:

1. межгосударственные поверочные схемы;
2. государственные поверочные схемы;
3. локальные поверочные схемы.

Межгосударственные поверочные схемы (для стран СНГ) утверждаются Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации.

Государственная поверочная схема распространяется на все СИ данной физической величины, применяемые в стране.

Локальная поверочная схема распространяется на СИ, подлежащие поверке в данном предприятии, ведомстве, республике, регионе и др. В соответствии со своей областью распространения локальная поверочная схема может называться поверочной схемой предприятия, ведомственной, республиканской, региональной и т.д.

Локальную поверочные схемы оформляют в виде чертежа. Допускается дополнять чертеж текстовой частью.

На чертеже поверочной схемы указывают:

1. наименование групп СИ, номинальные значения или диапазоны значений физических величин, диапазоны важнейших условий измерений, определяющих порядок передачи размера единицы;
2. наименование методов передачи размера единиц;
3. соподчинение СИ в системе передачи размера единицы.

Чертеж поверочной схемы должен состоять из полей, расположенных друг под другом и разделенных штриховыми линиями.

Поля должны иметь наименования:

«Первичный эталон» («Первичные эталоны»);

«Вторичные эталоны»;

«Эталоны, заимствованные из других государственных поверочных схем»;

«Рабочие эталоны k-го разряда» (для каждого разряда отдельное поле);

«Рабочие средства измерений».

Методы передачи размера единиц, указываемые на поверочных схемах, с целью унификации должны соответствовать одному из следующих общих методов:

1. непосредственное сличение (т.е. без средств сравнения);

2. сличение при помощи компаратора (т.е. при помощи средств сравнения);

3. метод прямых измерений;

4. метод косвенных измерений.

2. Выбор квалитета точности

При выборе квалитета точности кроме эксплуатационных требований следует учитывать производственные возможности, себестоимость изготовления деталей. Назначение высоких квалитетов точности требует серьезного обоснования

БИЛЕТ 28

1. Классификация средств измерений

По техническому назначению:

§ мера физической величины — cредство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью;

§ измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне;

§ измерительный преобразователь — техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи;

§ измерительная установка (измерительная машина) — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте

§ измерительная система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т. п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях;

§ измерительно-вычислительный комплекс — функционально объединенная совокупность средств измерений, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе измерительной системы конкретной измерительной задачи.

По степени автоматизации:

§ автоматические;

§ автоматизированные;

§ ручные.

По стандартизации средств измерений:

§ стандартизированные;

§ нестандартизированные.

По положению в поверочной схеме:

§ эталоны;

§ рабочие средства измерений.

По значимости измеряемой физической величины:

§ основные средства измерений той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

§ вспомогательные средства измерений той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерений необходимо учитывать для получения результатов измерений требуемой точности.

По измерительным физико- химическим параметрам:

§ для измерения температуры;

§ давления;

§ расхода и количества;

§ концентрации раствора;

§ для измерения уровня и др.

2. Комбинированные посадки

Комбинированные посадки образуются:

1. Сочетание полей допусков взятых из разных квалитетов. H7/f6

2. Сочетание полей допусков взятых из разных систем образования посадок F8/e8

3. Сочетание полей допусков, взятых из разных квалитетов и разных систем образования посадок E8/k6

БИЛЕТ 29

1. Меры. Классификация мер. Погрешность меры.

Меры – средства измерения для воспроизведения физических величин заданного размера

Меры бывают однозначные и многозначные. Однозначные воспроизводят одну величину, многозначные – несколько.

Погрешность меры – отклонение от номинального размера

2.Основные отклонения в ЕСДП

В ЕСДП для образования посадок с различными зазорами и натягами предусмотрено 27 вариантов основных отклонений.

Основное отклонение – одно из двух отклонений, позволяющие определить поле допуска относительно нулевой линии, к нему относится отклонение, ближайшее к нулевой линии.

Основное отклонение не зависит от квалитета.Отверстие J и вал j основных отклонений не имеют, в виду симметричного расположения относительно нулевой линии.

Основные отклонения валов равны по величине и противоположны по знаку основному отклонению отверстия, обозначенного той же самой буквой.

БИЛЕТ 30

1. Измерительные преобразователи

Измерительные преобразователи – средства измерения, которые предназначены для выработки сигнала измерительной информации, которая затем обрабатывается, хранится и передается, но непосредственно не воспринимается наблюдателем.

2.Квалитеты

Квалитет – степень точности, чем больше номер квалитета, тем меньше точность.

В ЕДСП 19 квалитетов IT01, IT0, .., IT17.

При выборе квалитета точности кроме эксплуатационных требований следует учитывать производственные возможности, себестоимость изготовления деталей. Назначение высоких квалитетов точности требует серьезного обоснования

БИЛЕТ 31

1. Измерительные приборы.

Измерительные приборы – средства измерения, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации об измеряемой величине, в форме, удобной для восприятия

Измерительные приборы бывают 2ух видов:

1) Измер. приборы прямого действия преобразуют измерительную величину в одном направлении.

2) Приборы сравнения – предназначены для сравнения с величиной, значение которой известно.

2. Ряды допусков. Единица допуска.

Допуски образуют 19 рядов, которые называют квалитетами (степенями точности). Под каждым из них понимают совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для всех номинальных размеров.

Квалитетом - называется совокупность или ряд допусков, соответст­вующих одинаковой степени точности для всех номинальных раз­меров.

Квалитеты имеют номера 01, 0, 1, 2, ...,16, 17. С увеличением номера квалитета понижается его точность. Допуск по определенному квалитету сокращенно обозначается буквами IТ и цифрой соответствующего квалитета. Например, IТ5 обозначает допуск по 5-му квалитету.

Единица допуска - выражает зависимость допуска от номинального размера и служит базой для определения стандартных допусков. В си­стеме допусков и посадок СЭВ единицу допуска вычисляют по форму­лам:

для размеров до 500 мм :

i = 0.45 + 0.001Dm

для размеров свыше 500 до 10 000 мм :

i = 0,004Dm + 2,1,

где Dm— средний диаметр интервала, мм;

i— единица допуска, мкм.

БИЛЕТ 32

1. Погрешности средств измерения и их нормирование

1) Абсолютная погрешность - ∆x (разность между измеренным и истинным значениями)

2 ) Относительнаяпогрешность - (используется чаще всего)

3) Приведенная погрешность - , x_н – нормирующее значение

2. Система вала и система отверстия

Основные понятия метрологии и взаимозаменяемости принято рассматривать на примере валов, отверстий и их соединений.

Валом называется наружная охватывающая поверхность детали

Отверстием называется внутренняя охватывающая поверхность детали

Система отверстия - совокупность посадок, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов с основным отверстием (отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю).

Система вала - совокупность посадок, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом (вал, верхнее отклонение которого равно нулю).

БИЛЕТ 33

1. Погрешности измерений. Виды погрешностей

Погрешность измерения – отклонение измеренного значения от истинного.

Погрешности бывают: статические (при измерении постоянных во времени величин), динамические (при измерении изменяющихся во времени величин). Статические делятся на систематические (влияние параметров окружающей среды и т.п.) и случайные (неправильно измерил, что-то сломалось и т.п.).

2.Виды посадок

- С зазором – посадка при которой в соединении образуется зазор (S).

- С натягом – посадка при которой в соединении образуется натяг (N).

- С переходом – посадка при которой в соединении образуется и зазор, и натяг (S).

БИЛЕТ 34

1. Основная и дополнительная погрешность, их нормирование.

Основная погрешность средства измерения – суммарная погрешность средства, находящегося в нормальных условиях эксплуатации.

Дополнительнаяпогрешность средств измерения – составная часть погрешности средств, возникающая дополнительно, если какая-либо из влияющих величин выйдет за пределы своего нормального значения.

2. Допуск размера. Поле допуска

Допуск размера (T) – алгебраическая разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами.T – определяет величину рассеивания годных деталей в партии.

Поле допуска - поле, ограниченное наибольшим и наименьшим предельными размерами и определяемое величиной допуска и его положением относительно номинального размера. При графическом изображении поле допуска заключено между двумя линиями, соответствующими верхнему и нижнему отклонениям относительно нулевой линии.

БИЛЕТ 35

1. Классы точности средств измерений

Средство измерения – техническое средство, предназначенное для измерения и имеющее нормированную погрешность.

Основные средства измерения:

- эталоны

Меры

контрольно-измерительные преобразователи

Измерительные приборы

Точность средства измерения характеризует близость к нулю его погрешности.

2. Простановка на чертежах предельных отклонений

В таблице для допусков предельных отклонений указываются в мкм, на чертежах в мм более мелким шрифтом.

3 способа обозначения:

1. , es=0.01мм=10мкм, ei=-0.02мм=-20мкм

2. , es=20мкм, ei=20мкм

3. , es=10мкм, ei=0

БИЛЕТ 36

1. Регулировка средств измерений

Средство измерения- это техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

Контроль средств измерений на предмет их пригодности к применению в мировой практике осуществляется двумя основными видами : поверкой и калибровкой.

Калибровка средства измерения - это совокупность операции, выполняемых калибровочной лабораторией с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и (или) пригодности средства измерений к применению в сферах, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору в соответствии с установленными требованиями.

Результаты калибровки средств измерений удостоверяются калибровочным знаком, наносимым на средства измерений, или сертификатом о калибровке, а также записью в эксплуатационных документах.

Поверку(обязательная госповерка) может выполнить орган государственной метрологической службы, а калибровку- любая аккредитованная и не аккредитованная организация.

Есть 4 метода калибровки:

1. Метод непосредственного сличения – производят опыт одновременных измерений одной и той же физической величины калибруемым и эталонным прибороми.

2. Метод сличения с помощью компаратора – используется прибор сравнения, с помощью которого сличаются калибрируемое и эталонное средства измерения.

3. Метод прямых измерений – применяется когда можно сличить испытуемый прибор с эталонным в определенных пределах измерений.

4. Метод косвенных измерений - используется, когда действительные значения измеряемых величин невозможно определить прямыми измерениями либо когда косвенные измерения оказываются более точными, чем прямые.

2. Отклонения размеров

Для упрощения чертежей, введено понятие предельных отклонений номинального размера.

Верхнее отклонение ES, es — алгебраическая разность между наибольшим предельным и соответствующим номинальным размерами.

( ES — верхнее отклонение отверстия; es — верхнее отклонение вала.)

Нижнее отклонение EI, ei — алгебраическая разность между наименьшим предельным и соответствующим номинальным размерами.

(ЕI — нижнее отклонение отверстия; ei — нижнее отклонение вала).

Действительное отклонение — алгебраическая разность между действительным и соответствующим номинальным размерами.

БИЛЕТ 37

1. Градуировка средств измерений

Средство измерения – техническое средство, предназначенное для измерения и имеющее нормированную погрешность.

Основные средства измерения:

- эталоны

Меры