Лекция 1

Лекция №1

Метрология и технические измерения. Выбор измерительных средств. Обеспечение единства мер. Характеристика измерительных средств. Калибры, меры, допуски измерительных средств. Концевые меры длины. Универсальные измерительные средства. Штангенциркули, микрометры, измерительные

головки. Оптиметры.

ФВ – физическая величина;

1. Метрология и её составляющие

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Предмет метрологии – измерения, их единство и точность.

Метрология включает в себя методы выполнения практически всех измерительных работ на производстве, а так же их правовые и теоретические основы.

Правовые основы (законодательная метрология) – обеспечивает единообразие средств и единство измерений посредством установленных государством правил. Государственное регулирование осуществляется через федеральные органы исполнительной власти (министерства и ведомства), Государственную метрологическую службу и метрологические службы предприятий и организаций.

Теоретическая (фундаментальная) метрология разрабатывает фундаментальные основы данной науки.

Прикладная (практическая) метрология освещает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и соблюдения положений законодательной метрологии.

1 Основные термины и определения метрологии

Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения измерений является государственная система обеспечения единства измерений.

Термины и определения в области метрологии приведены в МИ 2247-98, которые вышли взамен ГОСТ 16263-70.

1.1 Физические величины

Физические величины делятся на:

-геометрические (линейный размер, объем, угол);

-кинематические (скорость, ускорение, частота вращения);

-динамические (масса, расход какого-либо вещества, давление и т.д.);

-прочие (время, температура, цвет, освещенность и т.д.).

Лекция №1

Физическая величина – свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта (длина, масса, температура и т. д.).

Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущаяконкретномуматериальномуобъекту, системе, явлениюилипроцессу.

Значение физической величины – выражение физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Отвлеченное число, входящее в значение физиче-

скойвеличины, называетсячисловымзначением. Например, диаметротверстия 10 мм.

Действительное значение физической величины – значение физической величи-

ны, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него. При технических измерениях значение физической величины, найденное с допустимой по техническимтребованиямпогрешностью, принимаетсязадействительноезначение.

Истинное значение физической величины – значение физической величины,

которое идеальным образом характеризовало бы в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину.

Единица измерения физической величины – физическая величина фиксирован-

ного размера, которой условно присвоено числовое значение, равное единице, и применяемая для количественного выражения однородных с ней физических величин.

В качестве единицы измерения длины в системе СИ принят метр. 17 Генеральная конференция мер и весов, проходившая в 1983 году, приняла определение метра. Метр

– этодлинапути, проходимоговвакуумесветомза1/299792458 долюсекунды. Единицей измерения плоского угла является радиан, который равен углу ме-

жду двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

В машиностроении применяются дольные единицы (единицы, в целое число раз меньшие системной или внесистемной единицы): линейные единицы - миллиметры и микрометры; угловые единицы - градусы, минуты и секунды.

Истинный размер – размер, полученный в результате обработки, изготовления, значение которого нам не известно, хотя оно и существует.

Действительный размер – размер, установленный измерением с допустимой погрешностью.

Лекция №1

Линейный размер (размер) – числовое значение линейной величины в метрах или его частях.

Угловой размер – угол между двумя поверхностями или осями в радианах, градусах, минутах или секундах. Частный случай – отклонение от прямого угла или точность расположения зубьев зубчатого колеса в микрометрах.

1.2 Система единиц физических величин.

Физические величины делятся на основные и производные.

Основные ФВ входят в систему величин и не зависят друг от друга. Они используются для установления связи с другими ФВ. Им соответствуют основные единицы измерений.

Производные ФВ входят в систему величин и определяются через уравнения, связывающиеихсосновными ФВ. Имсоответствуютпроизводныеединицыизмерений.

Совокупность осовных и производных единиц называют системой единиц ФВ. Наиболее распространенной в мире и принятой в Российской Федерации является Международная система единиц (СИ), которая содержит семь основных, две

дополнительных и ряд производных единиц.

Основные единицы физических единиц (СИ)

К производным единицам измерений ФВ относятся: площадь, объем, скорость, ускорение и т.д.

Очень часто используются внесистемные единицы измерений ФВ, тонна, су-

Лекция №1

тки, литр и т.д.

Одна единица измерения ФВ оказывается неудобной для измерения больших или малыхразмеровданнойвеличины, поэтомуприменяюткратныеилидольныеединицы.

Кратная единица – единица ФВ, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы.

Дольная единица – единица ФВ, в целое число раз меньшая системной или внесистемной единицы.

1.3 Виды средств измерений

Средство измерения (СИ) – техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимается неизменным в течение известного интервала времени.

Средства измерений основаны на использовании различных физических эффектов, например, пьезо- и термоэлектрические, эффекты Холла и Фарадея, фотоэлектрические и др.

Мера физической величины – средство измерения, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Однозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (гиря, концевая мера длины).

Многозначная мера – мера, воспроизводящая ряд одноименных величин различного размера (штриховая мера, линейка).

Набор мер – это комплект мер разного размера одной и той же ФВ, предназначенных для применения на практике в отдельности так и в различных сочетаниях.

Магазин мер – набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях.

Измерительный прибор – средство измерения, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

По действию измерительные приборы делятся на приборы прямого действия (амперметр, термометр) и приборы сравнения – компараторы (весы, потенциометр). По инди-

Лекция №1

кациизначенийизмеряемойвеличинынапоказывающие– шкальныеирегистрирующие. Измерительная машина – измерительная установка крупных размеров, предназначенная для точных измерений физической величины, характеризующих

изделие. Например, координатно-измерительная машина.

Измерительный преобразователь – техническое средство, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измеряемый сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейшего преобразования, индикации или передачи и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Шкала средства измерения – часть показывающего устройства средства измерения, представляющая собой упорядоченный ряд отметок вместе со связанной с ними нумерацией.

Деление шкалы – промежуток между двумя соседними отметками шкалы средства измерений.

Длина деления шкалы – расстояние между осями двух соседних отметок шкалы, измеряемая вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы.

Цена деления шкалы – разность значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерения.

Указатель – часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показания средства измерения (стрелка).

Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значением шкалы.

Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерения.

Измерительное усилие – сила, с которой измерительный прибор воздействует на измеряемую поверхность в направлении линии измерения.

Точность измерений – качество измерений, отражающее близость к нулю погрешности результата измерений.

1.4 Эталоны и стандартные образцы.

Для обеспечения тождественности измерений путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц ФВ и передачи их размеров применяемым сред-

Лекция №1

ствам измерений используют эталоны и стандартные образцы.

Эталон – это высокоточная мера, предназначенная для воспроизведения и хранения единицы физической величины для передачи её размера другим средствам измерений. От эталона единица ФВ передается разрядным эталонам, а от них к рабочим средствам измерения.

Рабочий эталон – это эталон, предназначенный для передачи размера единицы ФВ рабочим средствам измерения и контроля (инструменту).

Средства измерений и эталоны поверяются строго по иерархии, в определенном порядке, согласно поверочной схеме.

Поверочная схема – это нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений.

1.5 Погрешности измерений

Погрешность результата измерений - отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины, так называемая абсолютная погрешность:

∆Х = ХИЗМ – ХДЕЙСТВ.

Относительная погрешность – Это отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины:

δ= ∆Х

ХДЕЙСТВ

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности ре-

зультата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторном измерении одной и той же величины.

Случайная погрешность - составляющая погрешности результата измерений, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.

На результаты измерения влияет много различных факторов, которые определяют наличие случайной составляющей. Поэтому при выявлении погрешности измерения одно и тоже измерение, как правило, производят многократно.

Инструментальная погрешность измерения – возникает из-за собственной

Лекция №1

погрешности средств измерения, определяемой классом точности.

Погрешность метода измерений – составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений, приемами использованиясредствизмерения, некорректностьюрасчетныхформулиокруглениярезультатов.

Рассеяние результатов в ряду измерений – несовпадение результатов изме-

рений одной и той же величины в ряду равноточных измерений, как правило, обусловленное действием случайных погрешностей.

Промах – погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, котораядляданныхусловийрезкоотличаетсяотостальныхрезультатовэтогоряда.

Предел допускаемой погрешности средства измерения – наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерения, при которой оно может быть признано годным к применению.

1.6 Плоскопараллельные концевые меры длины

Плоскопараллельные концевые меры длины (ГОСТ 9038—83) предназначены для передачи размеров от эталона до изделия. Эта передача осуществляется путем применения плоскопараллельных концевых мер длины для поверки и градуировки различных мер и средств измерения, для поверки калибров, а также определения размеров изделий, настройки приспособлений, точных разметочных и координатнорасточных работ, наладки станков и инструментов и т. д.

В соответствии с ГОСТ 9038—83 концевые меры длины имеют форму прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими параллельными измерительными поверхностями (рис. 4.8, а).

За размер плоскопараллельной концевой меры длины принимается ее срединная длина L (рис. 4.8, б).

Номинальная срединная длина наносится на каждую меру.

Концевые меры имеют классы точности: 00; 01; 0; 1; 2; 3 – из стали; 00; 0; 1; 2

Лекция №1

и 3 – из твердого сплава. Класс 00 – самый точный.

Концевые меры комплектуют в различные наборы по числу мер и номинальным длинам. Комплектация мер в наборы осуществляется таким образом, чтобы из минимальногочисламерможнобылосоставитьблоклюбогоразмерадотретьегодесятичногознака.

Одно из основных свойств концевых мер длины, обеспечивающее их широкое применение, – это притираемость, т. е. способность прочно сцепляться при прикладывании или надвигании одной меры на другую

При составлении блока требуемого размера из концевых мер нужно руководствоваться следующим правилом: блок заданного размера следует составлять из возможно меньшего числа мер.

Благодаря способности концевых мер притираться они являются универсальными и широко применяемыми средствами измерения и контроля.

1.7 Измерительные линейки, штангенинструмент и микрометрический инструмент

Измерительные линейки (рис. 4.10) относятся к штриховым мерам и предназначены для измерения размеров изделий 14 ... 17 квалитетов точности прямым методом. Конструкция линеек однотипна. Они представляют собой металлическую полосу шириной 20... 40 мм и толщиной 0,5... 1,0 мм, на широкой поверхности которой нанесены деления. Линейки изготовляются с одной или двумя шкалами, верхние пределы измерений 150, 300, 500 и 1000 мм, цена деления 0,5 или 1 мм. Линейки с ценой деления 1 мм могут иметь на длине 50 мм от начала шкалы полумиллиметровые деления.

Штангенинструмент предназначен для измерений абсолютных линейных размеров наружныхивнутреннихповерхностей, атакжедлявоспроизведенияразмеровприразметке деталей. Кнемуотносятсяштангенциркули, штангенглубиномерыиштангенрейсмасы.

Штангенциркуль состоит из линейки-штанги 1, имеющей на конце не подвиж-

Лекция №1

ные губки для измерения наружных (2') и внутренних (2") поверхностей. На подвижной рамке 3 расположена шкала-нониус 5 и линейка глубиномера 6 для измерения глубин отверстий и пазов. Винт 4 служит для фиксации рамки после окончания измерения. Устройство 7 предназначено для медленного перемещения рамки 3 по линейкештанге 1. Шкала, нанесенная на линейке-штанге 1, имеет деления через 1 мм.

Показания снимают по основной шкале линейки-штанги 1 и шкале-нониусу 5 после удаления измеряемой детали. По шкале-линейке 1 отсчитывают целое число миллиметров, а по нониусу – десятые и сотые доли миллиметра.

Приотсчетеспомощьюнониусасначалапоосновнойшкалеопределяютцелоечисло миллиметровпереднулевымделениемнониуса, затемдобавляюткнемучислодолейпонониусувсоответствиистем, какойштрихшкалынониусаближекштрихуосновнойшкалы.

Штангенглубиномеры(ГОСТ162 – 80) принципиальнонеотличаютсяотштангенциркулей и применяются для измерения глубины отверстий и пазов. Рабочими поверхностями штангенглубиномеров(рис. 4.14) являютсяторцеваяповерхностьштанги1 ибазадляизмерений – нижняя поверхность основания 4 с рамкой 2 микрометрической подачи и нониусом 3. Для удобства отсчета результатов измерений, повышения точности и производительности контрольных операций в штангенглубиномерах некоторых типов вместо нониусной шкалы предусматриваетсяустановкаиндикаторачасовоготипасценойделения0,05 и0,01 мм.