Раздел 1 Геометрические измерения

Лабораторная работа № 1 Измерение индикаторной скобой

Лабораторная работа № 2 Угломер типа УН

Лабораторная работа № 3 Измерение зубчатого колеса

Лабораторная работа № 4 Измерение параметров зубчатого колеса штангензубомером

Лабораторная работа № 5 Рычажный микрометр

Лабораторная работа № 6 Средства контактного измерения резьбы

Лабораторная работа № 7 Измерение линейно-угловых величин штангенинструментом

Лабораторная работа № 8 Изучение линейно-угловых измерений с применением штангенциркуля ШЦ-1

Лабораторная работа № 9 Скобы с отсчётным устройством

Лабораторная работа № 10 Измерения нутромерами индикаторными с ценой деления 0,01мм

Лабораторная работа № 11 Измерение массы на весах ВЛР-200

Среди многих методов исследования весовой метод занимает особое место благодаря своей относительной простоте, достоверности и универсальности. Практически каждое физико-химическое исследование начинается взвешиванием. Хотя вопросы точного измерения массы не являются новыми, им до настоящего времени не уделялось должного внимания в научной, технической литературе. И это несмотря на то, что применение весов непрерывно расширяется, и они по-прежнему остаются одним из важнейших инструментов в неорганической и физической химии.

Для получения надежных результатов взвешивания необходимо учитывать влияние всех элементов, участвующих в измерении, особенно гирь, аттестованных по единой условной плотности.

Точные взвешивания применяют в метрологии при передаче размера единицы массы от международного эталона килограмма к государственным и рабочим эталонам, образцовым и рабочим гирям, для проведения количественных анализов в химии, физике, медицине, биологии, металлургии, радиоэлектронике, фармакологии и других отраслях науки и технике.

«От усовершенствования способов взвешивания должно ждать еще многих новых успехов естественной философии, особенно же выявления хотя бы некоторых сторон всеобщего, но еще таинственного всемирного тяготения, о котором знают лишь то, что указали Галилей и Ньютон», - писал Д. И. Менделеев.

Инструментом для проведения точных взвешиваний являются лабораторные весы, чувствительность которых настолько высока, что все конструктивные элементы влияют на метрологические показатели. Поэтому выбор типа весов для конкретных исследований, работа на них невозможны без понимания причинных связей между конструктивными параметрами и точностными характеристиками, учета влияния на весы и гири внешних факторов, знания основных теоретических работы как механических, так и автоматических весов.

Цель лабораторной работы

11.1.1 Ознакомиться с классификацией устройств измерения массы.

11.1.2 Ознакомиться с методами измерения массы.

11.1.3 Ознакомиться с методами работы на весах ВЛР-200.

11.1.4 Ознакомиться с методикой обработки результатов измерения.

Выбор метода измерения

В зависимости от способа измерения массы известной величины выделяют метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

При методе непосредственной оценки значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого преобразования, шкала которого заранее была градуирована с помощью многозначной меры, воспроизводящей известное значение измеряемой величины. В приборах прямого преобразования в процессе измерения оператором производиться сравнение положения указателя отсчетного устройства и шкалы, по которой производиться отсчет.

Методы сравнения с мерой - методы, при которых производиться сравнение измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. Сравнение может быть непосредственным или опосредованным через другие величины, однозначно связанные с первой. Отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие в процессе измерения меры известной величины.

Группа методов сравнения с мерой включает в себя следующие методы: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

Наиболее распространенным методом измерений, безусловно, является метод непосредственного оценивания. Но он имеет значительные составляющие погрешности измерения, поэтому в целях повышения точности часто используется методы сравнения с мерой. В зависимости от принципов использования меры существуют пять разновидностей методов сравнения с мерой:

- метод замещения;

- метод противопоставления;

- нулевой;

- дифференциальный;

- совпадения.

Метод замещения - это разновидность метода сравнения с мерой, при которой измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Измерение размера интересующей физической величины (ФВ) и размера величины, воспроизводимой мерой, осуществляется поочередно одним средством измерений (СИ) методом непосредственного оценивания.

Погрешность измерений методом замещения слагается из следующих составляющих погрешности:

- меры;

- разности погрешности СИ при измерении размера интересующей ФВ и при измерении размера величины, воспроизводимой мерой;

- разности погрешности взаимодействия СИ с объектом и мерой;

- разности методической погрешности; при измерении размера интересующей ФВ и при измерении размера величины, воспроизводимой мерой;

- из-за несовершенства отсчетного устройства.

Разность погрешности СИ определяется следующими погрешностями:

¾ из-за отличия величины, воспроизводимой мерой от искомой величины;

¾ из-за нестабильности систематической составляющей погрешности СИ за период между измерениями размера интересующей ФВ и размера величины воспроизводимой мерой;

¾ из-за влияния случайной составляющей погрешности СИ при выполнении измерений.

Погрешность из-за взаимодействия СИ с объектом и мерой, и методическая погрешность определяется различием свойств объекта и меры, влияющих на эти погрешности.

Метод противопоставления – разновидность метода сравнения с мерой, при которой измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения.

Погрешность измерений методом противопоставления в общем случае имеет следующие составляющие погрешности:

- погрешность меры;

- погрешность СИ, используемого в качестве прибора сравнения;

- погрешность из-за взаимодействия' СИ с объектом и мерой;

- методическая погрешность;

- погрешность из-за несовершенства отсчетного устройства.

Доминирующей составляющей погрешности намерений, как правило, оказывается составляющая основной погрешности, прибора-сравнения из-за асимметрии его входов (неравноплечности коромысла)· Чтобы исключить эту погрешность прибегают к способу противоположного влияния (двойного противопоставления) при котором выполняют два наблюдения, меняют местам меру и объект при втором наблюдении. При использовании способа двойного противопоставления уменьшается случайная составляющая погрешности прибора сравнения. Остальные составляющие не изменяются.

В случае доминирующих составляющих погрешности меры и методической погрешности устанавливаются значения поправок и корректируются результаты измерений.

11.2.1 Классификация методов измерения массы

Для взвешивания используют практически все виды принципов измерений. Не случайно в метрологии при разработках классификации общих методов наиболее часто в качестве примеров приводят приемы измерения массы на весах. Методы взвешивания (рисунок 11.1) делятся на две принципиально различные группы - метод непосредственной оценки и метод сравнения с мерой.

Метод сравнения с мерой - это метод измерения, при котором массу груза принимают равной массе сравниваемых с ним гирь (простое взвешивание) или вычисляют по формуле как сумму значений массы гирь и показаний весов (точное взвешивание).

Метод непосредственной оценки заключается в определении массы груза по отсчетному устройству весов без применения гирь.

При этом весы могут быть как измерительными приборами прямого действия, так и приборами с обратной связью.

Различают две разновидности метода сравнения - дифференциальный и нулевой. В первом случае уравновешивается силой упругой или квазиупругой пружины подвижной системы весов, во втором результирующий эффект воздействия доводят до нуля принудительным изменением усилия обратного преобразователя (компенсатора).

Дифференциальный и нулевой методы реализуются противопоставлением и замещением. Метод противопоставления характеризуется одновременным воздействием на весы груза и гирь, помещаемых на противоположные плечи весового рычага. Метод замещения отличается тем, что массу груза и массу гири сравнивают поочередно на одном и том же плече рычага.

В свою очередь метод противопоставления имеет две разновидности - способ прямого и способ двойного противопоставления (способ Гаусса). По Гауссу одно измерение состоит из двух частных взвешиваний прямым противопоставлением с перестановкой груза и гирь, а результат измерения рассчитывают.

У метода замещения тоже две модификации - способ Борда, и способ Менделеева. Оба способа требуют применения вспомогательного груза или противовеса. В первом случае груз ypaвновешивают противовесом, затем вместо груза устанавливают гири, примерно равные ему по массе. Взвешивание по способу Менделеева осуществляют всегда при одной и той же нагрузке, равной наибольшему пределу измерения. Полный для данных весов набор гирь уравновешивают противовесом, устанавливают груз и снимают часть гирь, по массе близкую грузу.

Способы Гаусса, Борда и Менделеева свободны от систематической инструментальной погрешности, вызванной неравенством длин плеч коромысла. Принципиальное преимущество с точки зрения достижения максимальной точности взвешивания, имеет способ Гаусса, так как гири и груз одновременно подвержены влиянию одних и тех же внешних - факторов, что обеспечивает наиболее благоприятные условия компенсации кажущихся изменений их массы.