Основные метрологические характеристики измерительных средств
ВВЕДЕНИЕ
В зависимости от сложности, надежности и безопасности изготовляемой продукции затраты на измерения и средства измерения составляют 10...60% стоимости продукции. Эффективность затрат на измерения определяется точностью и достоверностью результатов этих измерении, а экономические потери находятся в обратной зависимости от точности и достоверности результатов измерений.
Проблемы обеспечения высокого качества продукции, ускорение/ научно-технического прогресса в значительной степени связаны с умением правильно определять физические величины, характеризующие свойства материалов, изделий и процессов и используемые для контроля готовых изделий и управления технологическим процессом их изготовления.
Основные понятия, термины, определения
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Объектами измерений являются свойства объективных реальностей (тел, веществ, явлений, процессов).
В задачи метрологии входят: разработка теории измерений, установление единиц измерений и их систем, разработка методов и средств измерений, установление эталонов и образцовых средств измерений.
Законодательная метрология - это раздел метрологии, включающий комплексы взаимоувязанных и вэаимнообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений.
Под измерением понимают процесс нахождения физической величины при помощи специальных технических средств.
Физическая величина - характеристика одного из свойств физического объекта, общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.
Единица Физической величины - это единица измерения, опре-
деляемая установленным числовым значением, которое принято за исходную единицу, например, метр - единица длины. Для унификации единиц измерения с 1960 г. принята международная система единиц СИ.
Основное уравнение измерения:
где 
-измеренная величина;
-единица измерения;
-числовое значение измеряемой величины в принятых, единицах.
Контроль - процесс получения и обработки информации об объекте с целью определения его годности или введения управляющих факторов,влияющих на объект.
Мера - это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного размера. Различают однозначные меры (например, концевые меры длины, гири) и многозначные, воспроизводящие ряд одноименных величин.
Эталон единицы измерения - средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения единиц с наивысшей достижимой точностью и ее хранения и утвержденное в качестве эталона в государственном или международном масштабе. Например, государственный эталон времени за 30 тыс. лет работы имеет погрешность не более 1с.
Образцовые средства измерений предназначены для хранения единиц измерения и для проверки и градуировки по ним средств измерения. Сами образцовые средства проверяются по эталонам.
Рабочие средства измерения предназначены для измерений с допустимой погрешностью.
Схема передачи размера единицы от эталона рабочим средствам показана на рис.1.
Погрешность измерений - отклонение измеренного значения величины от ее истинного значения:
где 
- погрешность измерения;
- измеренное значение,
- истинное значение.
Схема передачи размера единицы от эталона рабочим средствам
Рис. 1
Рабочие меры и измерительные приборы
Погрешность бывает абсолютной (выраженной в единицах измеряемой величины) и относительной (отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины).
Систематическая погрешность - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.
Случайная погрешность - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся.случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.
Грубая погрешность (промах) - погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях.
Методы измерения
Метод измерения - это совокупность приемов, принципов и средств измерения.
По характеру оценки измеряемой величины различают следующие методы: абсолютный, относительный, прямой и косвенный .
При абсолютном методе измерений оценка величины измеряемой величины или размера производится непосредственно по показаниям прибора, например, измерения при помощи штангенциркуля, микрометра.
При относительном методе измерений значение измеряемой величины определяется путем сравнения с известным значением меры. Значение измеряемого размера получается алгебраическим суммированием размера установочной меры и показаний прибора, например, измерения с помощью миниметра, установленного по блоку концевых мер.
При прямом методе измерений термометром, измерение диаметра штангенциркулем.
При косвенном методе искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и другими величинами, определяемыми прямым методом. Например, измерение среднего диаметра резьбы при помощи трех проволочек, определение конусности по измерениям диаметров в двух сечениях и расстояния между этими сечениями.
По способу взаимодействия измерительного прибора с поверхностью измеряемых размеров методы измерения бывают контактные и безконтактные.
При контактном методе измерений измерительные поверхности прибора и поверхность контролируемого объекта находятся в непосредственном контакте, а при бесконтактном - не находятся (измерения с помощью пневматических, проекционных и других приборов).
Контроль годности готового изделия бывает дифференциальный
и комплексный.
При дифференциальном контроле каждый размер измеряется независимо, например, контроль среднего диаметра, шага и половины угла профиля.
При комплексном контроле оценка годности изделия производится по суммарной погрешности нескольких параметров. Измери- t тельное средство при этом обычно является прототипом формы контролируемого изделия, например, контроль с помощью предельных калибров или на проекторах.
Лабораторная работа №1
Лабораторная работа №2
Лабораторная работа №3
Лабораторная работа №4
Лабораторная работа № 5
Лабораторная работа №6
ВВЕДЕНИЕ
В зависимости от сложности, надежности и безопасности изготовляемой продукции затраты на измерения и средства измерения составляют 10...60% стоимости продукции. Эффективность затрат на измерения определяется точностью и достоверностью результатов этих измерении, а экономические потери находятся в обратной зависимости от точности и достоверности результатов измерений.
Проблемы обеспечения высокого качества продукции, ускорение/ научно-технического прогресса в значительной степени связаны с умением правильно определять физические величины, характеризующие свойства материалов, изделий и процессов и используемые для контроля готовых изделий и управления технологическим процессом их изготовления.
Основные понятия, термины, определения
Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Объектами измерений являются свойства объективных реальностей (тел, веществ, явлений, процессов).
В задачи метрологии входят: разработка теории измерений, установление единиц измерений и их систем, разработка методов и средств измерений, установление эталонов и образцовых средств измерений.
Законодательная метрология - это раздел метрологии, включающий комплексы взаимоувязанных и вэаимнообусловленных общих правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений.
Под измерением понимают процесс нахождения физической величины при помощи специальных технических средств.
Физическая величина - характеристика одного из свойств физического объекта, общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта.
Единица Физической величины - это единица измерения, опре-
деляемая установленным числовым значением, которое принято за исходную единицу, например, метр - единица длины. Для унификации единиц измерения с 1960 г. принята международная система единиц СИ.
Основное уравнение измерения:
где -измеренная величина;
-единица измерения;
-числовое значение измеряемой величины в принятых, единицах.
Контроль - процесс получения и обработки информации об объекте с целью определения его годности или введения управляющих факторов,влияющих на объект.
Мера - это средство измерения, предназначенное для воспроизведения физической величины данного размера. Различают однозначные меры (например, концевые меры длины, гири) и многозначные, воспроизводящие ряд одноименных величин.
Эталон единицы измерения - средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения единиц с наивысшей достижимой точностью и ее хранения и утвержденное в качестве эталона в государственном или международном масштабе. Например, государственный эталон времени за 30 тыс. лет работы имеет погрешность не более 1с.
Образцовые средства измерений предназначены для хранения единиц измерения и для проверки и градуировки по ним средств измерения. Сами образцовые средства проверяются по эталонам.
Рабочие средства измерения предназначены для измерений с допустимой погрешностью.
Схема передачи размера единицы от эталона рабочим средствам показана на рис.1.
Погрешность измерений - отклонение измеренного значения величины от ее истинного значения:
где - погрешность измерения;
- измеренное значение,
- истинное значение.
Схема передачи размера единицы от эталона рабочим средствам
Рис. 1
Рабочие меры и измерительные приборы
Погрешность бывает абсолютной (выраженной в единицах измеряемой величины) и относительной (отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины).
Систематическая погрешность - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины.
Случайная погрешность - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся.случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины.
Грубая погрешность (промах) - погрешность измерения, существенно превышающая ожидаемую при данных условиях.
Методы измерения
Метод измерения - это совокупность приемов, принципов и средств измерения.
По характеру оценки измеряемой величины различают следующие методы: абсолютный, относительный, прямой и косвенный .
При абсолютном методе измерений оценка величины измеряемой величины или размера производится непосредственно по показаниям прибора, например, измерения при помощи штангенциркуля, микрометра.
При относительном методе измерений значение измеряемой величины определяется путем сравнения с известным значением меры. Значение измеряемого размера получается алгебраическим суммированием размера установочной меры и показаний прибора, например, измерения с помощью миниметра, установленного по блоку концевых мер.
При прямом методе измерений термометром, измерение диаметра штангенциркулем.
При косвенном методе искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и другими величинами, определяемыми прямым методом. Например, измерение среднего диаметра резьбы при помощи трех проволочек, определение конусности по измерениям диаметров в двух сечениях и расстояния между этими сечениями.
По способу взаимодействия измерительного прибора с поверхностью измеряемых размеров методы измерения бывают контактные и безконтактные.
При контактном методе измерений измерительные поверхности прибора и поверхность контролируемого объекта находятся в непосредственном контакте, а при бесконтактном - не находятся (измерения с помощью пневматических, проекционных и других приборов).
Контроль годности готового изделия бывает дифференциальный
и комплексный.
При дифференциальном контроле каждый размер измеряется независимо, например, контроль среднего диаметра, шага и половины угла профиля.
При комплексном контроле оценка годности изделия производится по суммарной погрешности нескольких параметров. Измери- t тельное средство при этом обычно является прототипом формы контролируемого изделия, например, контроль с помощью предельных калибров или на проекторах.
Основные метрологические характеристики измерительных средств
Цена деления шкалы прибора -значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы .
Длина (интервал) шкалы - расстояние между осями двух соседних отметок шкалы.
Диапазон показаний (измерений) по шкале - область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями, например, диапазон показаний оптиметра + 0,1 мм.
Диапазон измерений - область значений измеряемой величины (min и max), для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерения, например, диапазон измерения длин на проекционном вертикальном оптиметре ИКВ-3.0...200 мм.
Предел измерений - наибольшее или наименьшее значение, которые могут быть измерены прибором.
Погрешность измерений - разность между результатами измерений и действительным размером.
Измерительная сила - сила воздействия измерительного наконечника на измеряемую деталь в зоне контакта.
Сходность измерений (вариация) - близость результатов измерений, выполненных в одинаковых условиях.
Передаточное отношение - отношение линейного и углового перемещения указателя к изменению измеряемой величины. Определяется отношение интервала деления шкалы к цене деления шкалы.