Класифікація засобів вимірювання
Всі вимірювальні прилади і установки, а також, у деякій мірі, вимірювальні інструмента, крім матеріалізованих одиниць вимірювання (мір), складаються як би з трьох частин:
- частини, що сприймають інформацію зокола, або вимірювального пристрою (інколи ці пристрої називають датчиками);
- частини, що перетворюють інформацію, або передавального пристрою;
- частини, що видають інформацію, або передають її для подальшого використання у керуванні процесом, або приймального пристрою.
У різних приладах ці складові частини можуть бути в меншій або в більшій ступіні розвинуті і навіть бути самостійною конструкцією (частиною приладу).
Характер, тим більше конкретне виконання, цих частин приладів або інструментів у значній ступіні залежать від методів вимірювання та його фізичного принципу, який застосований в основі конструкції ЗВ.
Внаслідок різноманітних вимог, поставлених до деталей машин і приладів як за точністю їх макро- і мікро геометрії, так і за продуктивністю процесів їх вимірювання чи контролю, створена велика різноманітність вимірювальних і контролюючих засобів.
Всі ЗВ, що використовуються в області технічних вимірювань, за ознакою будови діляться на вісім груп.
1) Мри або матеріалізовані одиниці вимірювання.
- Кінцеві міри (плитки): лінійні; кутові.
- Штрихові міри: лінійна шкала; кругова шкала (лімб).
2) Калібри.
- Одиночні дія контролю одного параметру різних поверхонь.
|
|
|
- Комплексні для контролю одночасно декількох параметрів різних поверхонь і для контролю координуючих розмірів.
3) Штрихові (шкала і ноніус) і гвинтові (мікрометричний гвинт зі стеблом і барабаном) інструменти.
У цей чисельний клас ЗВ входять різноманітні модифікації штангенциркуля, штрихового кутоміра, мікрометра, мікрометричного штіхмаса, глибиноміра та ряд інших інструментів, заснованих на використанні цих пристроїв.
4) Індикаторні вимірювальні головки або датчики. Ці датчики засновані на різних фізичних принципах (механічних, електричних, пневматичних, оптичних і т.д.). Вони поєднуються з різноманітними допоміжними пристроями, що дозволяють проводити вимірювання різноманітних об'єктів у дуже широкому діапазоні точності.
5) Універсальні оптичні прилади і установки.
До цієї груш відносяться універсальні вимірювальні машини, оптиметри, проектори різних конструкції та збільшення, оптичні вимірювальні мікроскопи, різного виду довжиноміри, інтерферометри та інші прилади. Прилади цієї групи можуть виковувати вимірювання з найвищою точністю.
6) Спеціальні вимірювальні прилади і пристрої, які призначені для вимірювання або контролю певного об'єкту.
|
|
|
Сюди відноситься весь комплекс приладів і пристроїв для вимірювання різьб, зубчастих і черв'ячних коліс та черв'яків, спеціального ріжучого інструменту і т.д.
7) Сортувальні приспособи і машини напівавтоматичної і автоматичної дії.
Ці пристрої використовуються у виробництві безпосередньо у цехах і, крім точності, повинні забезпечувати високу продуктивність контролю.
8) Прилади і пристрої для вимірювання або контролю шорсткості поверхні.
За видом вимірювального об'єкту вимірювальні прилади і пристрої поділяються на п'ять груп:
- для вимірювання гладеньких циліндричних і кулястих об'єктів;
- для вимірювання кутів, конусів і горизонтальності (рівень);
- для вимірювання різі;
- для вимірювання зубчастих і черв'ячних коліс, черв'яків та фрез;
- для контролю шорсткості.
Вимірюванням називається процес отримання дослідним шляхом числового співвідношення між вимірюваною величиною та деяким її значенням, яке прийняте за одиницю порівняння. Це відношення називається числовим значенням виміряної величини; воно може бути цілим або дробом, але є ”отвлеченным” числом. Значення величини, що прийняте за одиницю вимірювання називається розміром цієї одиниці.
|
|
|
X=A*u
X - виміряна величина;
A - числове значення виміряної величини;
u - одиниця вимірювання.
За способом вираження результатів вимірювання слід розрізняти як абсолютне і відносне вимірювання.
Абсолютне вимірювання - це вимірювання, яке базується на прямому вимірюванні з використанням фізичних констант.
Наприклад:
Вимірювання лінійного розміру штангенциркулем, лінійкою, мікрометром і т.д.
Відносне вимірювання - це вимірювання відхилення однієї фізичної величини відносно однойменної іншої, яка прийнята за вихідну.
Наприклад:
При визначенні накопиченої похибки основних кроків зубчастого колеса прилад настроюється на нуль по будь-якому основному кроку цього зубчастого колеса, а потімпроводиться вимірювання інших основних кроків. При вимірюванні визначається не абсолютне значення основного кроку, а відхилення.
6.2 Похибки вимірювання і статистичні методи контролю якості
Похибка вимірювань - це відхилення результатів вимірювань від істинного значення вимірювальної величини.
Δ=Xi-Xд
де Xд - істинне або дійсне значення вимірюваної величини;
Xi - виміряне значення, результат вимірювання.
Істинне значення фізичної величини - це значення, що ідеальним чином відбиває властивості цього об'єкта як у кількісному, так і у якісному відношенні. Воно об'єктивне і не залежить ні від нашої свідомості, ні від технічних засобів, що застосовуються під час експериментального його визначення. Замість істинного значення фізичної величини використовується дійсне значення, що знаходиться експериментальним шляхом з достатньо високою, для даної мети, точністю.
|
|
|
Виміряне значенням фізичної величини називають її значення, що знайдене експериментально з допустимою похибкою.
Точність вимірювання - це якість вимірювань, що відбиває близькість їх результатів до істинного значення вимірювальної величини.
Правдивість вимірювань - визначається як якість вимірювань, що відбивають близькість до нуля систематичних похибок у їх результатах.
Сходимість вимірювань - це якість вимірювань, що відбивають близькість один до одного результатів вимірювань, що виконуються в однакових умовах. Повторення вимірювань призводить до різних результатів спостережень, розподіл яких може бути оцінений статистичним методом.
Єдність вимірювань - це такий стан вимірювань, коли їх результати виражені у вказаних одиницях і похибка вимірювань відома з завданою ймовірністю. Єдність вимірювань дозволяє забезпечити відтворення вимірювань, що виконуються в різних умовах (різний час, різні місця неоднакові методи та засоби). Це особливо важливо у теперішній час, коли спеціалізація й кооперування виробництва здійснюється не тільки у межах однієї країни, але і у міжнародному масштабі.
Нормальні умови застосування ЗВ - це умови їх застосування, при яких впливові величини мають нормальні значення або зходяться у межах нормальної області значень. Нормальна область значень впливових величин вказана у стандартах або у технічних умовах на ЗВ.
Нормальні умови для виконання лінійних та кутових вимірювань регламентовані ГОСТ 8.050-73.
Похибки ЗВ, що визначені в нормальних умовах називаються основними.
Впливова фізична величина- це фізична величина, що не вимірюється цим засобом вимірювання, але впливає на результат вимірюваної величини (температура, вологість і т.д.).
По способу отримання результату,вимірювання поділяються:
- прямі;
- непрямі;
- сукупні;
- сумісні.
Успіх вимірювання залежить від освіченості та грамотності використання ЗВ (засобів вимірювання), від знання їхніх властивостей та конструкції.
Для надійної роботи в першу чергу необхідно знати:
- класифікацію ЗВ;
- метрологічні характеристики ЗВ;
- похибки ЗВ;
- причини, які призводять до похибок.
За позначеннями на шкалі приладу можна визначити з якою похибкою ведуться вимірювання. Для цього необхідно знати форми подачі (представлення) метрологічних характеристик.
При кількісній оцінці параметра використовують різноманітні методи вимірювання (ГОСТ 16263-70).
Прямі вимірювання - це вимірювання, при яких значення величини, яка знаходиться, отримують шляхом безпосередніх дослідних даних. (Приклади: вимірювання маси на циферблатних вагах, температури – термометром, напруги вольтметром, довжини мікрометром, тощо).
Непрямі вимірювання: це вимірювання, при яких значення величини знаходять на основі відомої залежності між цією величиною та величинами, які отримують прямими вимірюваннями.
Приклади:
Визначення щільності (ρ) однорідного тіла по його масі та геометричних розмірах
Сумісні вимірювання – це вимірювання, що проводяться одночасно, двох або декількох не однойменних величин для знаходження залежностей між ними. (Приклади: вимірювання опору (електричне) при 20°C та температурних коефіцієнтів вимірювального резистора за даними прямих вимірювань його опору при різних температурах. Для визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення вимірюється температура і довжина нагрітого до різних температур стержня).
Сукупні вимірювання – це вимірювання декількох величин, що проводяться одночасно, при яких значення величин, що знаходяться, отримують вирішенням системи рівнянь, які отримані при прямих вимірюваннях різних поєднань цих величин. (Приклад: проведення калібрування гир набору по відомій масі однієї з них та по результатах прямих порівнянь мас різного поєднання гир)
Методи вимірювання –це сукупність прийомів використання принципів та засобів вимірювання.
У відповідності з ГОСТ 16263-70 основними методами можуть бути:
- метод безпосередньої оцінки по відліковому пристроєві (манометр);
- метод порівняння з мірою (використання гир певної маси);
- метод співпадання (штангенциркуль);
- диференційований, коли виміряна величина порівнюється з відтворюваною величиною (оптиметр);
- поелементний метод, характеризується вимірюванням кожного параметра виробу окремо (овальність, огранка, тощо);
- комплексний метод характеризується сумарними показниками якості (радіальне биття – овальність та ексцентриситет).
Дійсно вимірювання є порівнювання двох величин: об'єкта, що необхідно виміряти, з мірою, тобто з матеріалізованою одиницею вимірювання.
Велике значення вимірювань у сучасному суспільстві. Вони слугують не тільки основою науково-технічних знань, але мають велике значення для врахування матеріальних ресурсів та планування, для внутрішньої та зовнішньої торгівлі, для забезпечення якості продукції, взаємозамінності вузлів і деталей та інших видів людської діяльності.
Вимірювання, умовно, поділяються на дві групи: лабораторні та технічні. Це дає можливість для кожної групи вимірювань розробити та виконати дослідження деяких своїх, загальних для цієї групи, принципів оцінки похибки вимірювань.
Лабораторні вимірювання проводяться в основному під час різноманітних наукових досліджень, коли бажано забезпечити якомога більш високу точність вимірювань. Для зменшення можливих похибок результатів вимірювання часто застосовують різноманітні міроприємств:
- засобам вимірювання (ЗВ), що застосовуються, проводиться індивідуальна атестація для визначення нестабільності метрологічних характеристик;
- здійснюють допоміжні вимірювання впливових величин з метою визначення їх значень з наступним внесенням поправки;
- проводять багаторазові вимірювання для вменшення впливу випадкової похибки і т.д. Інакше кажучи, при лабораторних вимірюваннях проводяться два взаємопов'язані
Дослідження: одне направлене на отримання результатів вимірювання з якомога меншою похибкою; друге - на оцінку похибки отриманого результату вимірювання.
Лабораторні вимірювання вимагають високої кваліфікації персоналу, що проводить вимірювання тому, що оператор повинен добре розуміти мету вимірювань, суть поставленої задачі вимірювань, добре знатися на фізичних і математичних методах, що використовуються під час вимірювань.
Технічні вимірювання - це, як правило, масове вимірювання. Практично всі вимірювання, що проводяться у всіх галузях народного господарства, відносяться до технічних вимірювань. Проводить їх персонал середньої кваліфікації, у функції якого не входить врахування похибок вимірювань. Цим займається висококваліфікований персонал, що розробляє, атестує методики виконання вимірювань та приймає рішення., щодо допустимості застосування цієї методики виконання вимірювань.
Технічне вимірювання часто буває проміжним, а не кінцевим результатом якого-небудь більш загального інформаційного процесу (процес отримання вимірювальної інформації в автоматизованих системах управління технологічним процесом виробництва, у випробуваннях і контроль якості та кількості продукції, у технічній діагностиці стану машин та обладнання і т.д.).
Нерідко технічне вимірювання (ТВ) і технічний контроль (ТК) сприймається як одна і та ж операція. Це різні речі, тому що ТК складається з технічного вимірювання і випробування.
ТК - це перевірка відповідності об'єкта встановленим технічним вимогам.
ТВ - це знаходження значення фізичної величини експериментальним шляхом з допомогою спеціальних технічних засобів.
Випробування - експериментальне визначення кількісних і якісних характеристик, властивостей об'єкта випробування як результат дії на нього, при його функціонуванні або моделюванні.
ТВ може бути як частина проміжного перетворення в процесі ТК, так і кінцевим станом отримання інформації під час випробування.
Швидкий розвиток науки і техніки, ріст вимог до якості і надійності виробів призвели до значного зростання витрат на ТК. На металообробних підприємствах витрати на контроль складають 8÷15% витрат на виробництво, до того ж 90÷95% цих витрат відноситься до ТВ лінійних розмірів.
Наприклад:
При виготовленні поршневого авіаційного двигуна виконують 130 тисяч операцій, з них 50 тисяч операцій контроль-вимірювальних. Трудомісткість контролю деталей двигуна складає до 35% трудомісткості їх механічної обробки.
Втрати часу на проектування технології контролю однієї деталі, в залежності від її складності, складають від 5...6 годин до декількох тижнів, а втрати часу на контроль цієї деталі від 40 хвилин до декількох годин. Втрати при проектуванні і проведенні контролю обумовлені наступними причинами:
- відсутністю нтд, що регламентують рішення задачі тк;
- недостатньою кваліфікацією контролерів;
- невірним підбором зв за похибкою вимірювання;
- недостатнім застосуванням прогресивних методів і засобів контролю;
- відсутністю уніфікаційної термінології і форм документації з контролю;
- відсутністю методів економічного обґрунтування і оптимізації тк на етапі технологічного проектування;
- низький рівень автоматизації рішення ТК.
Тому проблема скорочення втрат на ТК і підвищення його ефективності є важливою і своєчасною. Ефективність ТК повинна плануватись і обґрунтовуватись під час проектування.
При ТВ слід розрізняти методи:
- кількісної оцінки параметрів (застосовуються шкальні, стрілочні, цифрові і т.д. прилади та інструменти);
- якісної оцінки параметрів (застосовують прилади та інструменти, які відповідають принципу "да" - "ні", "прохід" - "непрохід", "в допуску" - "не в допуску", це дефектоскопи, калібри, скоби).
ТВ можуть бути: механічними, пневматичними, електричними, оптичними, проекційними, магнітними і т.д.
6.3 Систематичні та випадкові похибки
Інструментальна похибка
Всякий прилад та механізм складається з елементів, що пов’язані між собою. Точне отримання заданих характеристик можливе лише теоретично, тобто в ідеальних умовах. Прилади та механізми, які присутні в реальному житті, мають похибки, що пов’язані з неточністю їхнього виготовлення, збирання та експлуатації.
При вивченні точності механізмів та приладів доцільно всі погрішності елементів приладів розділити по основних причинах їх виникнення. Такий розподіл дозволяє для кожної групи погрішностей розробляти свої методи врахування їхнього впливу на загальну погрішність приладу, а також будувати приклади усунення дії цих погрішностей або зменшити їхній вплив.
В залежності від причин, які спричиняють погрішності, останні поділяються на теоретичні, виробничі та експлуатаційні.
Теоретичні погрішності.
Вони не залежать від якості виготовлення приладу, а визначаються недосконалістю елементів його кінематичних схем, погрішностями вихідних теоретичних положень та методів вимірювання.
Погрішність кінематичної схеми, виникає в наслідок спрощення або зміни схеми пристрою, яка лише наближено виконує задану (номінальну) функцію перетворення. Такі погрішності завжди виникають в приладах важільно-механічного типу (багато обертові індикаторні голівки, важільні мікрометри). Вони характеризуються нелінійною функцією перетворення.
Погрішності вихідних теоретичних положеньмають місце при ідеалізації вихідних даних та характеристик елементів приладів. При вивченні пневматичних пристроїв зазвичай приймають постійність щільності повітря. В механічних пристроях – однорідність матеріалу, лінійність характеристик пружних елементів тощо.
Погрішності методу вимірювання. Їх називають методичними погрішностями. Визначення параметрів шорсткості з використанням різних методів (Ra, Rz).
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 504; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!