Методика выполнения измерений. Составляющие погрешности измерения. Причины возникновения погрешностей измерения.
Методика измерений – нормативный документ, по обеспечению единства измерений, в котором рассматривается последовательность применения средств измерения, вспомогательных устройств и способов обработки результатов измерения.
Разделы:
1. Назначение и область применения методики
Для одного вида измеряемого элемента детали могут быть описаны несколько видов измерений.
2. Требования к средствам измерения и к вспомогательным устройствам
Описаны средства измерений: тип, марка, наименование. Указание их на применяемом средстве измерения.
3. Алгоритм операций подготовки и выполнения измерения
Описание последовательности действий оператора по подготовке измерения.
4. Требования к факторам, влияющим на погрешность измерения
Условия проведения измерения.
5. Алгоритм обработки результатов измерений и оценка точности измерений.
6. Требования к квалификации оператора.
7. Требования к безопасности.
Методика измерений должна быть аттестована, т.е. должна быть установлена погрешность определения по данной методике. Погрешность складывается из составляющих: погрешность измерений и методические составляющие.
Причины возникновения погрешностей:
Имеется ряд слагаемых погрешностей, которые преобладают в общей погрешности измерений, к ним относятся:
Погрешности, зависящие от средств измерения
Погрешности, зависящие от установленных мер
Погрешность измерения будет меньше, если установочная мера будет максимально подобна измеряемой детали.
Погрешность от концевых мер длины возникает из-за погрешности изготовления, погрешности аттестации и погрешности притирки концевых мер и измерительных деталей.
Погрешности, зависящие от измерительных усилий
Выделяют упругие деформации установленного узла и деформации в зоне контакта измерительных наконечников деталей.
Температурные погрешности
Возникают из-за разности температур самого объекта и средства измерения. Основные источники температурных погрешностей:
- отклонение температуры воздуха от 20 градусов Цельсия.
- кратковременное колебание температуры воздуха в процессе измерения.
Погрешности, зависящие от оператора
Это субъективные погрешности
Виды:
а) погрешности отсчитывания
погрешность изменения не должна превышать цены деления
б) погрешность присутствия
повышение температуры оператора на окруж среду
в) погрешность действия
погрешность вносится при настройке
г) профессиональная погрешность
погрешность связана с квалификацией оператора, с его отношением к процессу измерения.
Погрешности при отклонениях от правильной геометрической формы
Для учета этих погрешностей рекомендуется измерять в нескольких точках (например в 6-ти); в установочной детали перед аттестацией измерить отклонение от геом формы.
У образцовой детали нужно выделить и маркировать участок, аттестовать его и по нему вести настройку средства измерения. Нужно стремиться использовать измерительные наконечники, подобные по конфигурации измерительной детали.
Дополнительные погрешности при измерении внутренних размеров
При измерении отверстий, к этим погрешностям относятся:
а) погрешности, возникающие при смещении линий измерений относительно контролируемого диаметра
б) погрешности от шероховатости поверхностей отверстия
в) погрешности совмещения линий измерения одновременно в 2-х плоскостях
г) погрешности настройки прибора на размер
Средство измерений. Признаки средств измерений. Требования к средствам измерений и классификация. Погрешности средств измерений.
Средства измерений
Средство измерения - это техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
Виды средств измерений
Технические устройства, предназначенные для обнаружения (инди-кации) физических свойств, называются индикаторами (стрелка компаса, лакмусовая бумага). С помощью индикаторов устанавливается только на-личие измеряемой физической величины интересующего нас свойства материи.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на образцовые и рабочие.
Образцовые предназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.
Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.
Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие состоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.
К средствам измерения относятся:
1. Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер (гири, кварцевые генераторы и т. п.). Меры, воспроизводящие физические величины одного размера, называются однозначными. Многозначные меры могут воспроизводить ряд размеров физической величины, часто даже непрерывно заполняющих некоторый промежуток между определенными границами. Наиболее распространенными многозначными мерами являются миллиметровая линейка, вариометр и конденсатор переменной емкости.
В наборах и магазинах отдельные меры могут объединяться в различных сочетаниях для воспроизведения некоторых промежуточных или суммарных, но обязательно дискретных размеров величин. В магазинах объединены в одно механическое целое, снабженное специальными переключателями, которые связаны с отсчетными устройствами. В противоположность этому набор состоит обычно из нескольких мер, которые могут выполнять свои функции как в отдельности, так и в различных сочетаниях друг с другом (набор концевых мер длины, набор гирь, набор мер добротности и индуктивности и т. д.).
Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств - компараторов (равноплечие весы, измерительный мост и т. п.).
К однозначным мерам относятся также образцы и образцовые вещества. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых при определенных условиях является величиной с известным значением. К ним относятся образцы твердости, шероховатости, белой поверхности, а также стандартные образцы, используемые при поверке приборов для определения механических свойств материалов. Образцовые вещества играют большую роль в создании реперных точек при осуществлении шкал. Например, чистый цинк служит для воспроизведения температуры 419,58 °С, золото - 1064,43 °С.
В зависимости от погрешности аттестации меры подразделяются на разряды (меры 1, 2-го и т. д. разрядов), а погрешность мер является основой их деления на классы. Меры, которым присвоен тот или иной разряд, применяются для поверки измерительных средств и называются образцовыми.
2. Измерительные преобразователи - это средства измерений, перерабатывающие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хранения и обработки, но, как правило, не доступную для непосредственного восприятия наблюдателем (термопары, измерительные усилители и др.).
Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования - выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования (статической характеристикой). Если в результате преобразования физическая природа величины не изменяется, а функция преобразования является линейной, то преобразователь называется масштабным, или усилителем, (усилители напряжения, измерительные микроскопы, электронные усилители). Слово “усилитель” обычно употребляется с определением, которое приписывается ему в зависимости от рода преобразуемой величины (усилитель напряжения, гидравлический усилитель) или от вида единичных преобразований, происходящих в нем (ламповый усилитель, струйный усилитель). В тех случаях, когда в преобразователе входная величина превращается в другую по физической природе величину, он получает название по видам этих величин (электромеханический, пневмоемкостный и так далее).
3. Измерительные приборы относятся к средствам измерений, предназначенным для получения измерительной информации о величине, подлежащей измерению, в форме, удобной для восприятия наблюдателем.
Наибольшее распространение получили приборы прямого действия, при использовании которых измеряемая величина подвергается ряду последовательных преобразований в одном направлении, т. е. без возвращения к исходной величине. К приборам прямого действия относится большинство манометров, термометров, амперметров, вольтметров и т. д.
Значительно большими точностными возможностями обладают приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Сравнение осуществляется с помощью компенсационных или мостовых цепей. Компенсационные цепи применяются для сравнения активных величин, т. е. несущих в себе некоторый запас энергии (сил, давлений и моментов сил, электрических напряжений и токов, яркости источников излучения и т. д.). Сравнение проводится путем встречного включения этих величин в единый контур и наблюдения их разностного эффекта. По этому принципу работают такие приборы, как равноплечие и неравноплечие весы (сравнение на рычаге силовых эффектов действия масс), грузопоршневые и грузопружинные манометрические в вакуумметрические приборы (сравнение на поршне силовых эффектов измеряемого давления и мер массы) и др.
Для сравнения пассивных величин (электрические, гидравлические, пневматические и другие сопротивления) применяются мостовые цепи типа электрических уравновешенных или неуравновешенных мостов. Конечно, пассивные величины могут быть вначале преобразованы в активные или наоборот и сравниваться соответственно в компенсационных или мостовых цепях.
По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие, в том числе аналоговые и цифровые, и на регистрирующие.
Наибольшее распространение получили аналоговые приборы, отсчетные устройства которых состоят из двух элементов - шкалы и указателя, причем один из них связан с подвижной системой прибора, а другой - с корпусом. В цифровых приборах отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или других цифровых отсчетных устройств. Цифровые приборы прямого действия применяются наиболее часто в тех случаях, когда измеряемая величина предварительно легко преобразуется в угол поворота некоторого вала (лопастные счетчики) или в последовательность импульсов (регистрация радиоактивных излучений).
По способу записи измеряемой величины регистрирующие приборы делятся на самопишущие и печатающие. В самопишущих приборах (например, барограф или шлейфовый осциллограф) запись показаний представляет собой график или диаграмму. В печатающих приборах информация о значении измеряемой величины выдается в числовой форме на бумажной ленте.
Автоматические приборы сравнения выпускаются чаще всего в виде комбинированных приборов, в которых шкальный или цифровой отсчет сочетается с записью на диаграмме или с печатанием результатов измерений.
4. Вспомогательные средства измерений.К этой группе относятся средства измерений величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке. Показания вспомогательных средств измерений используются для вычисления поправок к результатам измерений (например, термометров для измерения температуры окружающей среды при работе с грузопоршневыми манометрами) или для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах (например, психрометров для измерения влажности при точных интерференционных измерениях длин).
5. Измерительные установки. Для измерения какой-либо величины или одновременно нескольких величин иногда бывает недостаточно одного измерительного прибора. В этих случаях создают целые комплексы расположенных в одном месте и функционально объединенных друг с другом средств измерений (мер, преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных средств), предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.
6. Измерительные системы - это средства и устройства, территори-ально разобщённые и соединённые каналами связи. Информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления.