Методы измерений

В соответствии с РМГ 29—99, к числу основных методов изме­рений относят метод непосредственной оценки и методы сравне­ния: дифференциальный, нулевой, замещения и совпадений.

Непосредственный метод — метод измерений, в котором значе­ние величины определяют непосредственно по отсчетному устрой­ству измерительного прибора прямого действия, например измере­ния вала микрометром и силы — механическим динамометром.

Методы сравнения с мерой — методы, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой:

дифференциальный метод характеризуется измерением разности между измеряемой величиной и известной величиной, воспроиз­водимой мерой. Примером дифференциального метода может слу­жить измерение вольтметром разности двух напряжений, из кото­рых одно известно с большой точностью, а другое представляет собой искомую величину;

нулевой метод — при котором разность между измеряемой ве­личиной и мерой сводится к нулю. При этом нулевой метод имеет то преимущество, что мера может быть во много раз меньше изме­ряемой величины, например взвешивание на весах, когда на од­ном плече находится взвешиваемый груз, а на другом — набор эталонных грузов;

метод замещения — метод сравнения с мерой, в котором изме­ренную величину замещают известной величиной, воспроизводи­мой мерой. Метод замещения применяется при взвешивании с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов;

метод совпадений — метод сравнения с мерой, в котором раз­ность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводи­мой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Примером использования данного мето­да может служить измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом.

Измерения при контроле качества

Согласно ГОСТ 16504—74, контролем называют проверку со­ответствия продукции или процесса, от которого зависит качество продукции установленным техническим требованиям. Если конт­роль осуществляется по альтернативному признаку «годен—него­ден», то технические требования, которым должен удовлетворять объект контроля для признания его годным, называют критерием годности.

Критерии годности продукции регламентируются как норма­тивные.

Контрольные вопросы

1. Обозначьте уравнение прямых измерений.

2. Обозначьте уравнение косвенных измерений.

3. Дайте определения и приведите примеры абсолютных и относительных измерений

4. Дайте определение совместных измерений.

ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ

Выше было сказано, что измерение — это процесс, в котором специальным средством выявляют величи­ну объекта измерения. Очевидно, что при выполнении измерения неизбежно возникают погрешности различ­ной величины.

Погрешность измерения — это отклонение результата измерения L_и от действительного значения измеряемой величины L_д, определяемое по формуле Δ=L_И—L_Д> где Δ— погрешность измерения.

В машиностроении погрешность измерения Δ так­же определяют как разность между результатом измерения L_и и действительным размером L_д измеряе­мой величины. Напомним, что действительным разме­ром L_д признается размер, полученный путем измере­ния, выполненного с допустимой погрешностью. Дей­ствительное значение измеряемой величины по мере совершенствования средств измерений и повышения их точности стремится к истинному значению, которое теоретически свободно от погрешностей. Величи­ны допустимых погрешностей измерений установлены ГОСТ 8.051—81 в зависимости от величины номи­нального размера и допуска измеряемого размера.

В машиностроительном производстве погрешность измерения следует рассматривать как суммарную (полную) погрешность всего процесса измерения, складывающуюся из нескольких составляющих по­грешностей. Из довольно значительного числа этих погрешностей наиболее существенно влияют на сум­марную (полную) погрешность измерения следующие составляющие:

1) инструментальная погрешность, ее чаще назы­вают погрешностью средства измерений;

2) погрешность, вносимая в процесс мерами или образцами;

3) погрешность, возникающая от измерительного усилия при контактном измерении;

4) погрешности, возникающие из-за термического расширения (сжатия) объекта измерения или средст­ва измерений при отклонениях температуры в процес­се измерения;

5) субъективные погрешности человека, выполня­ющего процесс измерения.

От правильности выполнения измерения значи­тельно зависит качество изготовления машинострои­тельной продукции, поэтому рассмотрим составляю­щие погрешности измерения подробнее.

Инструментальная погрешность (погрешность средства измерений) — это разность между показа­нием средства измерений и действительным размером измеряемого объекта. Чаще всего эта погрешность вносит самый большой вклад в погрешность измере­ния. Именно поэтому за всеми средствами измерений проводится контроль как после их изготовления или ремонта, так и во время их эксплуатации.

Такой контроль принято называть поверкой средств измерений. При проведении поверки опреде­ляют работоспособность поверяемого средства и его инструментальную погрешность, при этом выясняют, находится ли она в пределах нормы, установленной для данного средства измерений.

Выполняют поверку специальные органы метроло­гической службы — измерительные лаборатории и их поверочные пункты. Работники этих органов, лично проводящие поверку, называются поверителями. Если в результате поверки данное средство измерений оказывается годным, т. е. оно работает исправно, и его погрешность находится в пределах нормы, то на него выписывается документ о положительных ре­зультатах поверки — аттестат. Если же нет, то дан­ное средство измерений изымается из применения. Свидетельство годного средства измерений хранится в его футляре и свидетельствует о его годности до даты следующей поверки по специальному графику. Если срок прошел и очередную поверку не произве­ли, то при контроле органом метрологической службы данное средство измерений объявляется незаконным, а его аттестат недействи­тельным.

Все эти мероприятия проводят для создания и обеспечения единства измерений. Единство измере­ний — это такое состояние всех измерений в стране, при котором их результаты выражаются в узаконен­ных единицах и имеют нормируемую точность. Для обеспечения единства измерений в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), состоящая из большой группы ГОСТов. Комплекс этих стандартов имеет номера, начинающиеся с цифры «8» и точки после нее.

Погрешности мер или образцов используемых при установке средства измерений на размер со своими знаками, входят в погрешность каждого измерения. Чем выше точность изготовления объекта измерения (чем меньше допуск), тем опаснее отклонение меры, используемой при установке средства измерений. В случаях особо высоких точностей обработки применяют меры или образцы, снабженные аттестатами, в которых указаны действительные размеры меры или образца, выявленные путем измерения со значительно меньшей погрешностью измерения, чем интересующий нас объект измерения.

Погрешность, возникающая от измерительного усилия при контактном измерении. Под действием из­мерительного усилия в самом средстве измерений и на поверхности объекта измерения возникают дефор­мации. Чем больше эти деформаций, тем больше по­грешность измерения. Значительные погрешности из­мерения возникают в результате неправильно вы­бранного измерительного усилия для деталей из мяг­ких материалов.

Погрешность, возникающая из-за термического расширения (сжатия) объекта измерения и средства измерений при отклонении температуры среды, в кон­торой производят процесс измерения от нормальной. Для единства измерений установлено, что линейные размеры необходимо измерять при температуре + 20°С. Эту температуру и называют нормальной. В условиях реального производства помещение цеха, изготовляемая деталь и средство измерений могут иметь разную температуру, отличающуюся от нор­мальной и изменяющуюся во времени. Эти отклоне­ния от нормальной температуры приводят к теплово­му расширению или сжатию измеряемой детали и средства измерений, а, следовательно, и к увеличению погрешности измерения.