Лекция 1
Общие сведения и положения метрологии. Физические величины и их измерения
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Метрология – metron – мера; logos – понятие (греч.)
В зависимости от решаемых задач различают три раздела метрологии:
- теоретический;
- законодательный;
- прикладной.
В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются и известны с незапамятных времен измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.
Велико значение измерений в современном обществе. Они служат не только основой научно-технических знаний, но имеют первостепенное значение для учета материальных и планирования, для внутренней и внешней торговли, для обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для обеспечения безопасности труда и других видов человеческой деятельности.
Метрология имеет большое значение для прогресса естественных и технических наук, т.к. повышение точности измерений – одно из средств совершенствования путей познания природы человеком, открытий и практического применения точных знаний.
Основными задачами метрологии являются (по РМГ 29-99):
- установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений;
- разработка теории, методов и средств измерений и контроля;
- обеспечение единства измерений;
- разработка методов оценки погрешностей, состояния средств измерения и контроля;
- разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.
Краткая история развития метрологии
Потребность в измерениях возникла в незапамятные времена. Для этого в первую очередь использовались подручные средства. Например, единица весадрагоценных камней–карат, что в переводе с языков древнего юга-востока означает «семя боба», «горошина»;единица аптекарского веса –гран, что в переводе с латинского, французского, английского и испанского означает «зерно».
Многие меры имели антропометрическое происхождение или были связаны с конкретной трудовой деятельностью человека. Так, в Киевской Руси применялись в обиходе вершок – длина фаланги указательного пальца; пядь – расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев; локоть – расстояние от локтя до конца среднего пальца; сажень – от «сягать», «достигать» т.е. можно достать; косая сажень – предел того, что можно достать: расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки;верста– от «верти», «поворачивая» плуг обратно, длина борозды.
Древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси (суток) получила названиесекунды.
В Вавилоне во IIв. до н.э. время измерялось вминах, которая равнялась промежутку времени ( равному примерно двум астрономическим часам), за который из принятых в Вавилоне водяных часов вытекала «мина» воды, масса которой составляла около 500 г. Затем мина сократилась и превратилась в привычную для насминуту.Со временем водяные часы уступили место песочным, а затем более сложным маятниковым механизмам.
Важнейшим метрологическим документом в России является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ – осьмины.Ее медные экземляры рассылались по городам на хранение выборным людям – старостам, соцким, целовальникам. С этих мер надлежало сделать клейменые деревянные копии для городских померщиков, а с тех, в свою очередь, - деревянные копии для использования в обиходе.
Метрологической реформой Петра Iк обращению в России были допущены английские меры, получившие особенно широкое распространение на флоте и в кораблестроении, -футы, дюймы.В 1736 г. по решению сената была образована Комиссия весов и мер под председательством главного директора Монетного двора графа М.Г.Головкина. В состав комиссии входил Леонард Эйлер. В качестве исходных мер комиссия изготовиламедный аршин идеревянную сажень, за меру веществ было принятоведромосковского каменномостского питейного двора. Важнейшим шагом, подытожившим работу комиссии, было создание русскогоэталонного фунта.
Идея построения системы измерений на десятичной основе принадлежит французскому астроному Г.Мутону, жившему в XVIIв. Позже было предложено принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана. На основе единственной единицы –метра– строилась вся система, получившая название метрической.
В России указом «О системе Российских мер и весов» (1835 г.) были утверждены эталоны длины и массы – платиновая саженьиплатиновый фунт.
В соответствии с международной Метрологической конвенцией подписанной в 1875 г., Россия получилаплатиноиридиевые эталоны единицы массы №12 и 26 и эталоны единицы длины №11 и 28, которые были доставлены в новое здание Депо образцовых мер и весов. В 1892 г. Управляющим депо был назначен Д. И. Менделеев, которую он в 1893 г. Преобразует в Главную палату мер и весов – одно из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля.
Метрическая система в России была введена в 1918 г. Декретом Совета Народных Комиссаров «О введении Международной метрической системы мер и весов». Дальнейшее развитие метрологии в России связано с созданием системы и органов служб стандартизации.
Развитие естественных наук привело к появлению все новых и новых средств измерений, а они, в свою очередь, стимулировали развитие наук, становясь все более мощным средством исследования.
Правовые основы метрологической деятельности в РФ
Законодательная база метрологии основывается на следующих правовых актах:
1 Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» от 27.04.93.№4871-1 в редакции 2003 г.
2 РМГ 29-99. Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения.
3 МИ 2247-93 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения.
4 ГОСТ 8.417-81 ГСИ. Единицы физических величин.
5 ПР 50.2.006-94 ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения.
6 ПР 50.2.009-94 ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерения.
7 ПР 50.2.014-94 ГСИ. Аккредитация метрологических служб на право поверки средств измерений.
8 МИ 2277-94 ГСИ. Система сертификации средств измерений. Основные положения и порядок проведения работ.
9 ПР 50.2.002-94 ГСИ. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств измерений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм.
10 ПР 50.2.004-94 ГСИ. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за количеством фасованных товаров в упаковках любого вида при их расфасовке и продаже.
11 ПР 50.2.017-95 ГСИ. Положение о российской системе калибровки.
12 Постановление Госстандарта России от 8 февраля 1994 г. № 8 «Порядок лицензирования деятельности по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений» (зарегистрировано в Минюсте РФ 9.12.94 № 741).
13 Постановление Госстандарта России от 08.02.94. № 94 «Порядок осуществления государственного метрологического надзора за количеством товаров, отчуждаемых при совершении торговых операций» (09.12.94 № 740).
14 Постановление Госстандарта России от 28.12.95 № 95 «Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровочных работ» (28.02.96 № 1037).
15 Постановление Госстандарта России от 8.02.94 № 8 «Требования к государственным центрам испытаний средств измерений и порядок их аккредитации» (13.07.94 № 635).
16 ИСО 10012-1:1992. «Требования, гарантирующие качество измерительного оборудования. – Часть 1. Система подтверждения метрологической пригодности измерительного оборудования».
МИ – рекомендации государственных метрологических научных центров
Закон «Об обеспечении единства измерений» осуществляет регулирование отношений, связанных с обеспечением единства измерений в РФ, в соответствии с Конституцией РФ.
Основные статьи закона устанавливают:
- основные понятия, применяемые в Законе;
- организационную структуру государственного управления обеспечением единства измерений;
- нормативные документы по обеспечению единства измерений;
- единицы величин и государственные эталоны единиц величин;
- средства и методики измерений.
Измерение – совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.
Или другими словами измерение– это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Физическая величина – свойство общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого (масса, длина, время, сила).
Основным свойством физической величины является ее размерность. Единица физической величины– физическая величина фиксированного размера, которой условно (по определению) присвоено числовое значение, равное единице и которая применяется для количественного выражения однородных с ней физических величин (F=H;m= кг;L= м и т.д.).
Развитие науки и техники привело к появлению множества используемых мер, что вызвало значительные трудности. Поэтому возникла необходимость разработки международной системы единиц физических величин и обеспечения единства измерения.
Под системой единицфизических величин понимаютсовокупность основных и производных единицфизических величин, образованную в соответствиии принципами, принятыми для заданной системы физических величин.
Наиболее распространенная в мире Международная система единиц (СИ), содержащая 7 основных единиц и ряд производных.
В качестве основных единицпринятыметр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела, которые приведены в таблице 1.
Производная единица - это единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнениями, связывающими ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными (таблица 2).
Различают кратные и дольные единицы физических величин (таблица 3).
Истинное значениефизической величины - значение физической величины, которая идеальным образом отражает в качественном и количественном отношении соответствующие средства объекта.
Действительное значение– значение физической величины, найденное экспериментально и приближающееся к истинному значению настолько, что может быть использовано вместо него.
Таблица 1 – Основные единицы физических величин системы СИ
|
Величина |
Единица измерения | |||||
|
Наименование |
Размерность |
Рекомендуемые обозначения |
Наименова- ние |
Обозначение | ||
|
Русс- кое |
Между- народное | |||||
|
Длина |
L |
l |
метр |
м |
m | |
|
Масса |
M |
m |
килограмм |
кг |
kg | |
|
Время |
T |
t |
секунда |
c |
s | |
|
Сила эл.тока |
I |
I |
ампер |
A |
A | |
|
Термодинамическая температура |
Q |
T |
кельвин |
K |
K | |
|
Количество вещества |
N |
n,v |
моль |
моль |
mol | |
|
Сила света |
J |
J |
кандела |
кд |
cd | |
Технические измерения определяют класс измерений, выполняемых в производственных и эксплутационных, когда точность измерения определяется непосредственно средствами измерения.
Единство измерений– состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.
Единство измеренийобеспечивается ихсвойствами:
- сходимостью результатов измерений;
- воспроизводимостью результатов измерений;
- правильностью результатов измерений.
Таблица 2 – Производные единицы системы СИ, имеющее специальное название
|
Величина |
Единица измерения | |||
|
Наименование |
Размерность |
Наимено- вание |
Обозначе- ние |
Выражение через основные и производные единицы Си |
|
Плоский угол |
- |
радиан |
рад |
м∙м-1= 1 |
|
Телесный угол |
- |
стерадиан |
ср |
м2∙м-1=1 |
|
Частота |
T-1 |
герц |
Гц |
с-1 |
|
Сила, вес |
LMT-2 |
ньютон |
Н |
м∙кг∙с-2 |
|
Давление, механическое напряжение |
L-1MT-2 |
паскаль |
Па |
м-1∙кг∙с-2 |
|
Энергия, работа, количество теплоты |
L2MT-2 |
джоуль |
Дж |
м2∙кг∙с-2 |
|
Мощность |
L2MT-3 |
ватт |
Вт |
м2∙кг∙с-3 |
|
Количество электричества |
TI |
кулон |
Кл |
с∙А |
|
Электрическое напряжение, потенциал, электродвижущая сила |
L2MT-3I-1 |
вольт |
В |
м2∙кг∙с-3∙А-1 |
|
Электрическая емкость |
L-2M-1T4I2 |
фарад |
Ф |
м-1∙кг-1∙с4∙А2 |
|
Электрическое сопротивление |
L2MT-3I-2 |
ом |
Ом |
м 2∙кг∙с-3∙А-2 |
|
Электрическая проводимость |
L-2M-1T3I2 |
сименс |
См |
м-2∙кг-1∙с3∙А2 |
|
Поток магнитной индукции |
L2MT-2I-1 |
вебер |
Вб |
м2∙кг∙с-2∙А-1 |
|
Магнитная индукция |
MT-2I-1 |
тесла |
Тл |
кг∙с-2∙А-1 |
|
Индуктивность |
L2MT-2I-2 |
генри |
Гн |
м2∙кг∙с-2∙А-2 |
|
Световой поток |
J |
люмен |
лм |
кд∙ср |
|
Освещенность |
L-2J |
люкс |
лк |
-2∙кд∙ср |
|
Активность радионуклида |
T-1 |
беккерель |
Бк |
с-1 |
|
Поглощенная доза ионизирующего излучения |
L2T-2 |
грей |
Гр |
м2∙с-2 |
|
Эквивалентная доза излучения |
L2T-2 |
зиверт |
Зв |
м2∙с-2 |
Сходимость– это близость результатов измерений, полученных одним и тем же методом, идентичными средствами измерений, и близость к нулю случайной погрешности измерений.
Таблица 3 – Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименований
|
Множи- тель |
Приставка |
Обозначение приставки |
Множи- тель |
Пристав- ка |
Обозначение приставки | ||
|
между- народн. |
русское |
между-народн. |
русское | ||||
|
1018 |
экса |
Е |
Э |
10-1 |
деци |
d |
д |
|
1015 |
пета |
Р |
П |
10-2 |
санти |
с |
с |
|
1012 |
тера |
Т |
Т |
10-3 |
милли |
m |
м |
|
109 |
гига |
G |
Г |
10-6 |
микро |
µ |
мк |
|
106 |
мега |
М |
М |
10-9 |
нано |
n |
н |
|
103 |
кило |
k |
к |
10-12 |
пико |
р |
п |
|
102 |
гекто |
h |
г |
10-15 |
фемто |
f |
ф |
|
101 |
дека |
da |
да |
10-18 |
атто |
а |
а |
Воспроизводимостьрезультатов измерений характеризуется близостью результатов измерений, полученных различными средствами измерений (одной и той же точности) различными методами.
Правильностьрезультатов измерений определяется правильностью как самих методик измерений, так и правильностью их использования в процессе измерений, а также близостью к нулю систематической погрешности измерений.
Средство измерения– техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.
Для хранения или воспроизведения (повторения) одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью используют средство измерения называемое мерой(мера длины, мера массы и т.д.).
Так как применяемые при измерениях методы и технические средства не являются идеальными, а органы восприятия не могут идеально воспринимать показания приборов, после завершения измерения остается некоторая неопределенность в знании объекта, называемая погрешностью результатов наблюдений.
Погрешность измерения– отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины
∆Хизм= Хизм– Х
т.к. истинное значение ФВ неизвестно, то
∆Хизм= Хизв- Хдейств
Существует четыре основных вида погрешностей измерения:
- погрешности метода измерения, погрешности, обусловленные методиками выполнения измерений;
- погрешности средств измерений;
- погрешности органов чувств наблюдателей (личностные погрешности);
- погрешности, обусловленные влиянием условий измерений.
Все эти погрешности дают суммарную погрешность, состоящую из двух составляющих – случайнойисистематической.
Случайная погрешность– составляющая погрешности измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с такой же тщательностью, одной и той же физической величины (при многократных измерениях длины линейкой или рулеткой).
Систематическая погрешность– составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины (погрешность, связанная с износом инструмента при обработке детали).
В результатах измерения всегда присутствуют оба вида погрешности и часто одна из них значительно превышает другую. В этих случаях меньшей пренебрегают.
Систематическая погрешностьвозникает из-за несовершенстваметода измерений, погрешности средств измерений, из-за влияния внешних условий, погрешности градуировки и поверки и т.д.
Случайная погрешность характеризует точность измерений,систематическая– качество измерений.
Различают также абсолютную и относительную погрешности.
Абсолютная погрешность– погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.
Относительная погрешность– это погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности к действительному или измеренному значению измеряемой величины (в долях или процентах).
Кроме обычной погрешности различают грубую погрешность – промах.
Промах– погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которое для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.
Лекция 2
Виды и методы измерений
1 По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения методы измерений подразделяются на:
- статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени (измерения размеров тела; постоянного давления);
- динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени (измерения пульсирующих давлений, вибраций)
2 По способу получения результатов измерений (виду уравнения измерений) методы измерений разделяют на:
- прямое измерение– искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (измерение штангенциркулем, микрометром, угломером );
- косвенное измерение– искомое значение величины находят по результатам измерений других размеров, связанных с искомой определенной зависимостью
(измерение среднего диаметра резьбы с помощью 3-х проволочек);
- совместные измерения– измерения, производимые одновременно (прямые или косвенные) двух или нескольких неодноименных величин; целью этих измерений является нахождение функциональной зависимости между величинами (зависимость длины тала от температуры, эл.сопротивления проводника от давления и т.п.);
- совокупные –это такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин; результаты совокупных измерений находят путем решения системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений (массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).
3 По условиям, определяющим точность результата измерения – 3 класса:
- измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники (эталонные измерения и измерения физических констант – абсолютное значение ускорения свободного падения);
- контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение (измерения, выполняемые лабораториями госнадзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями с погрешностью заранее заданного значения);
- технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений (измерения на машиностроительных предприятиях).
4 По способу выражения результатов измерений различают:
- абсолютное измерение– измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использовании значений физических констант (измерение размеров деталей штангенциркулем или микрометром);
- относительное измерение– измерение, где полученную величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную (измерение диаметра вращающей детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика)
5 В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают:
- поэлементный (дифференцированный) метод– измерение каждого параметра изделия в отдельности (овальности, огранки цилиндрического вала);
- комплексный метод – измерение суммарного показателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие (измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.)
Существуют следующие методы измерений:
1 По способу получения значений измеряемых величин различают:
- метод непосредственной оценки– метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия (измерение длины или размеров деталей микрометром, угломером и т.д.);
- метод сравнения с мерой– метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение диаметра калибра микрокатор устанавливают на нуль по блоку концевых мер длины, а результаты измерения получают по отклонению стрелки микрокатора от нуля, т.е. сравнивается измеряемая величина с размером блока концевых мер, о точности размера судят по отклонению стрелки микрокатора относительно нулевого положения)
2 При измерении линейных величин различают:
- контактный метод– измерение происходит при непосредственном соприкосновении измерительных поверхностей с поверхностью контролируемого объекта;
- бесконтактный метод - измерение происходит без соприкосновения с измеряемой поверхностью (проекционные аппараты).
В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, различают:
- инструментальный методоснован на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических;
- экспертный метод оценкиоснован на использовании данных нескольких специалистов (широко применяется в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине);
- эвристические методы оценкиоснованы на интуиции (используется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сначала сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основе результатов этого сравнения);
- органолептические методы оценкиоснованы на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, вкуса и слуха), часто используются измерения на основе впечатлений (конкурсы мастеров искусств, соревнования спортсменов).
Методика выполнения измерений
Основная потеря точности при измерениях происходит не за счет возможной метрологической неисправности применяемых средств измерений, а в первую очередь за счет несовершенства методов и методик выполнения измерений.
В целом точность измерения зависит от:
- точности применяемого средства измерения;
- точности метода измерения;
- влияния внешних факторов.
Под методикой выполнения измеренийпонимаютсовокупность методов, средств, процедур, условий подготовки и проведения измерений, а также правил обработки экспериментальных данных при выполнении конкретных измерений.
По Закону РФ «Об обеспечении единства измерений» измерения должны осуществляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками.
Разработка методик выполнения измеренийдолжна включать:
- анализ технических требований к точности измерений, изложенных в стандарте, технических условий или технических заданий;
- определение конкретных условий проведения измерений;
- выбор испытательного и вспомогательного оборудования, а также средств измерений;
- разработку при необходимости нестандартных средств измерений;
- исследование влияния условий проведения измерений и подготовки испытуемых объектов к измерениям;
- определение порядка подготовки средств измерений к работе, последовательности и количества измерений;
- разработку или выбор алгоритма обработки экспериментальных данных и правил оформления результатов измерения.
Методикивыполнения измерений перед их вводом в действии должны бытьаттестованыилистандартизированы.
Средства измерений
Средство измерения– это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
Средства измерения классифицируются по виду, принципу действия и метрологическому назначению.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на образцовыеи рабочие.
Образцовыепредназначены для поверки по ним других средств измерений как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.
Рабочиесредства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека.
Различают следующие виды средств измерений:
- мера– это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера;
- измерительные устройства, которые подразделяются на измерительные приборы и измерительные преобразователи; измерительные установки и измерительные системы.
Измерительный прибор– средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
Измерительный преобразователь– средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.
Измерительная установка– совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная на одном месте.
Измерительная система– совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.
Измерительные приборыклассифицируются:
- по назначению;
- конструктивному устройству;
- по степени автоматизации.
По назначениюизмерительные приборы разделяются на:
- универсальные;
- специальные;
- для контроля.
По конструктивному устройствуизмерительные приборы делятся на:
- механические;
- оптические;
- электрические;
-пневматические.
По степени автоматизацииразличают измерительные приборы:
- ручного действия;
- механизированные;
- полуатоматические;
- автоматические.
Универсальные измерительные приборы подразделяются на:
- механические:
- простейшие инструменты– проверочные измерительные линейки, щупы, образцы шероховатости ;
- штангенинструменты– штангенциркуль, штангенглубиномер, штангенрейсмус, штангензубомер;
- микрометрические инструменты– микрометр, микрометрический нутромер, микрометрический глубиномер;
- приборы с зубчатой передачей– индикаторы часового типа;
- рычажно-механические– миниметры, рычажные скобы.
- оптические: вертикальный и горизонтальные оптиметры; малый и большой инструментальные микроскопы; универсальный микроскоп; концевая машина4 проекторы; интерференционные приборы;
- пневматические:длинномеры (ротаметры);
- электрические: электроконтактные измерительные головки; индуктивные приборы; профилографы; профилометры; кругломеры.
Специальные измерительные приборыпредназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа (приборы для измерения (контроля) параметров коленвала, распредвала, параметров зубчатых колес, диаметров глубоких отверстий.
Классификация средств измерений представлена на рисунке 1.
Средства измерения представлены на рисунках 2 – 10.
1 – штанга с неподвижными губками; 2 – губки; 3 – стопорный винт рамки;
4 – рамка; 5 – нониус; 6 – глубиномер
1- губки; 2 – стопорный винт рамки; 3 – рамка; 4 – движок микрометрической подачи; 5 – стопорный винт; 6 – штанга; 7 – винт микрометрической подачи;
8 – гайка микрометрической подачи; 9 – нониус
Рисунок 2 – Штангенциркули: а – простейший; б – усовершенствованный
а б
Рисунок 3 – а) Штангенглубиномер
б) Штангенрейсмус
1 – скоба; 2 – неподвижная пята; 3 – стопор; 4 – стебель;
5 – разрезной хвостовик; 6 – гайка; 7 – микрометрический винт; 8 – колпачок;
9 – трещотка; 10 – барабан
Рисунок 4 – Микрометр
1 – защитный удлинитель; 2 – корпус; 3 – стопорный винт;
4 – микрометрический винт; 5 – колпачок; 6 – барабан; 7 – стержень;
8 – пружина; 9 – трубка
Рисунок 5 – Микрометрический нутромер:
а – микрометрическая головка; б – удлинитель (набор)
Микрометрический нутромерсостоит из микрометрической головки (рис.5а) и набора удлинителей (рис.5б). Отсчетное устройство микрометрической головки такое же, как у микрометра. Конец микрометрического винта 4 и конец стержня защитного удлинителя 1, ввертываемого в корпус 2 прибора, - измерительные поверхности нутромера. В нутромере нет устройства, ограничивающего измерительное усилие. В измеряемом отверстии его устанавливают наощупь, поэтому погрешность при измерении нутромером значительно больше, чем при измерении микрометром, хотя точность отсчета у них одинакова – 0,01 мм.
Нутромер проверяют по установочной мере, изготовленной в виде скобы, определяя расстояние между ее внутренними измерительными плоскостями. Если показания нутромера не равно 75 мм, то его устанавливают на 0. Для этого, не вынимая нутромера из установочной меры, стопорным винтом 3 закрепляют микрометрический винт 4. Затем, придерживая барабан 6, отвертывают колпачок 5, отсоединяя тем самым барабан от микровинта. Установив барабан в нужное положение, его соединяют с микровинтом колпачком 5 и вторично проверяют, правильно ли настроен нутромер, используя установочную меру.
Удлинитель состоит из стержня 7, длина которого указана на трубке 9, предназначенной для присоединяя стержня к нутромеру и предохранения его от повреждений. При завертывании удлинителя пружина 8 плотно прижимает стержень к измерительной поверхности нутромера.
Микрометрические нутромеры выпускают с пределами измерения 75…175; 75…600; 150…1260; 600…2500.
1 – стопорный винт; 2 – микрометрическая головка (барабан); 3 – трещотку; 4 – измерительный стержень; 5 – основание; 6 – сменные измерительные стержни;
7 – установочная мера
Рисунок 6 – Микрометрический глубиномер
Микрометрический глубиномерсостоит из основания 5, микрометрической головки 2 и измерительного стебля 4, запрессованного в основание. Нижняя плоскость основания и конец измерительного стержня – измерительные поверхности прибора. Для увеличения диапазона измерений глубиномер снабжен сменными измерительными стержнями 6. пределы измерения глубиномеров: 0…100 и 0…150 мм.
На нуль глубиномер с измерительным стержнем 0…25 мм устанавливают на поверочной плите. Для этого основание прижимают к плите, а затем, вращая микрометрический винт за трещотку 3, доводят вторую измерительную поверхность до соприкосновения с плитой. Закрепив измерительный стержень стопорным винтом 1, прибор устанавливают на нуль.
При использовании остальных измерительных стержней глубиномер устанавливают на нуль по установочным мерам 7.
Сила, с которой при измерении основание необходимо прижимать к детали, должна превышать измерительное усилие.
1 – измерительный стержень; 2 – трибка; 3 – двойное зубчатое колесо;
4 – малая стрелка; 5 – накатанный ободок; 6 –гильза; 7 – пружинный волосок;
8 – дополнительное зубчатое колесо
Рисунок 7 – Индикатор часового типа
Индикатор часового типа– наиболее распространенный прибор для относительных измерений. Наша промышленность выпускает индикаторы следующих типов: ИЧ-2; ИЧ-5; ИЧ-10; ИЧ-25; ИЧ-50; ИТ-2 с ценой деления 0,01 мм. Цифра в обозначении типа прибора указывает предел измерений в мм.
Измерительный стержень 1, имеющий в средней части нарезанную рейку, перемещается вверх и вниз внутри гильзы 6. При своем перемещении он вращает двойное зубчатое колесо 3, которое, в свою очередь, приводит во вращение трибку 2 вместе со стрелкой, закрепленной на одной с ней оси. Дополнительное зубчатое колесо 8 с пружинным волоском 7 устраняет погрешность от бокового зазора в зубчатых зацеплениях и зазоров в опорах. Колесо 8 постоянно удерживает в зацеплении зубчатые колеса, причем во время хода измерительного стержня вверх или вниз зацепление происходит по одной стороне зубьев.
Передаточные отношения в индикаторе подобраны так, что передвижению стержня индикатора на 1 мм соответствует один оборот стрелки. Так как шкала имеет 100 делений, цена деления шкалы индикатора равна 0,01 мм.
Для установки на нуль шкалу индикатора поворачивают за накатанный ободок 5.
Число оборотов большой стрелки индикатора или число целых миллиметров хода измерительного стержня индикатора определяют по перемещению малой стрелки 4.
Цена деления шкалы малой стрелки равна 1 мм.
Пределы измерения индикаторов часового типа: от 0 до 2,5; 10; 25 и 50 мм.
У индикатора лишь одна измерительная поверхность – конец измерительного стержня, поэтому измерять индикатором можно только в сочетании с другими приборами и приспособлениями.
Индикаторы со стойкой и индикаторные скобы устанавливают по концевым мерам. Для этого подбирают блок, размер которого равен номинальному размеру измеряемой поверхности, и помещают его на столик.
Измерительный стержень индикатора приводят в соприкосновение с блоком плиток и закрепляют в положении, когда малая стрелка индикатора укажет на цифру 1 или 2. Тем самым создают запас хода стержня индикатора на случай, если размер детали будет меньше номинального.
а – Индикаторная скоба
Рисунок 8 – Примеры применения индикатора
Рисунок 9 – Схема измерения индикатором: а – радиального биения при помощи прямого рычага; б – торцевого биения при помощи углового рычага
Рисунок 10 – Измерение индикатором радиального биения