Основные метрологические показатели средств измерений

Пределы измерения прибора в целом - наименьшее и наибольшее значения величины, которые могут быть измерены прибором или инструментом (по номинальным значениям) с нормированными или допускаемыми погрешностями.

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

Интервал деления шкалы – расстояние (угол) между серединами соседних штрихов.

Цена деления шкалы – изменение значения измеряемой величины, соответствующее перемещению указателя на одно деление шкалы прибора.

Точность отсчёта – точность, которая может быть достигнута при измерении с использованием отсчётного устройства, если оно имеется.

Порог чувствительности – наименьшее перемещение измерительной поверхности, способное вызвать малейшее изменение в показании прибора.

Передаточное отношение – отношение интервала деления шкалы к цене деления.

Погрешность показания прибора – разность между показанием и действительным значением измеряемой величины, установленным путём измерения образцовым прибором.

Погрешность измерения – суммарная погрешность, в которую входят погрешность установки, настройки, температурные деформации.

Показатели качества измерений

Качество измерений характеризуется:

точностью, т.е. качеством измерений, отражающим близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям, как систематическими, так и случайным;

достоверностью, характеризующей степень доверия к результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики;

правильностью, отражающим близость к нулю систематических погрешностей;

сходимостью – качеством, отражающим близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей;

воспроизводимостью – качеством измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях;

погрешностью измерений – т.е. отклонением результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму целого ряда составляющих, каждая из которых имеет свою причину, связанную с операцией настройки, установкой объекта измерения, с процессом получения, преобразования и выдачи информации, с внешними воздействиями на средство объекта измерения (температура, давление).

2. Плоскопараллельные концевые меры длины

Имеют форму плоскопараллельного параллепипеда (плитки) с двумя параллельными измерительными поверхностями¹, расстояние между которыми равно номинальному значению длины меры L. Конструкция и размеры основных типов концевых мер показаны на рис. 2.1а.

Рис.2.1 Плоскопараллельные концевые меры длины: а – меры; б – блок мер

Длина мер измеряется в пределах L = 0,1…1000 мм через определенные интервалы – градации, равные 0,001; 0,005; 0,01; 0,1; 0,5; 1,0; 10; 25; 100 мм.

Рабочие концевые меры длины предназначены для регулировки и настройки на размер показывающих измерительных приборов, для непосредственных измерений размеров изделий, а также для выполнения особо точных разметочных работ и наладки станков.

Образцовые меры применяют для передачи размера длины от первичного эталона концевым мерам меньшей точности и для проверки и градуировки измерительных приборов длины.

Рассмотрим нормируемые параметры концевых мер.

Длина концевой меры в любой точке измерительной поверхности равна длине перпендикуляра, опущенного из данной точки на противоположную поверхность.

Отклонение длины концевой меры – наибольшая по абсолютному значению разность между длиной меры в любой точке и номинальной длиной.

Отклонение от плоскопараллельности концевой меры - есть разность между наибольшей и наименьшей длинами.

Притираемость концевых мер – это свойство измерительных поверхностей мер прочно сцепляться между собой, при накладывании одной меры на другую. Притираемость мер объясняется молекулярным притяжением тщательно обработанных поверхностей в присутствии тончайших слоев смазки толщиной ~0,02 мкм, которая остается на мерах после промывки их в бензине. Притираемость позволяет составлять блоки концевых мер требуемого размера (рис. 2.1б).

Концевые меры длины выпускаются наборами. В машиностроении наиболее распространены набор №1, содержащий 83 меры и набор №3, содержащий 112 мер. В наборы всегда входят две пары дополнительных мер, которые притираются к блоку всегда одной стороной и служат для защиты основных мер блока от изнашивания и повреждения.

Рис.2.2 Принадлежности к концевым мерам длины

Для удобства пользования мерами выпускается специальный набор принадлежностей, который расширяет область их применения. Наборы принадлежностей к концевым мерам длины позволяют с помощью концевых мер осуществлять проверку наружных и внутренних размеров изделий и разметочные работы. В наборы (рис. 2.2) входят державки 1 для крепления блоков мер с плоскопараллельными 2, радиусными 3, центровыми 4 и чертильными 5 боковинками; основание 6 для установки блоков при разметке; стяжки 7 для крепления блоков с мерами размером L100 мм; зажимные сухари 8 для крепления стяжками 7 боковиков к мерам.

Таблица 2.1 - Предельно допустимые отклонения концевых мер от срединного размера (выдержка из ГОСТ 9038-83)

Номинальные размеры мер, мм	Допустимые предельные погрешности действительно- го значения срединной длины (характеристика по разрядам), мкм ±
	1-й раз- ряд	2-й раз- ряд	3-й раз- ряд	4-й раз- ряд	5-й раз- ряд	—	—	—
	Допустимые отклонения срединной длины (характеристика по классам),± мкм
	при аттестации в процессе изготовления						при аттестации в процессе экс­плуатации
	—	—	0-й класс	1-й класс	2-й класс	3-й класс	4-й класс	5-й класс
До 10	0,05	0,07	0,10	0,20	0,40	0,8	2,0	4
(!пыше 10 до 18	0,06	0,08	0,12	0,25	0,50	1,0	2,5	5
» 18 до 30	0,06	0,09	0,15	0,30	0,50	1.0	3,0	6
» 30 до 50	0,07	0,10	0,20	0,30	0,50	1,2	3,5	8
» 50 до 80	0,08	0,12	0,25	0,40	0,60	1,5	4,0	9
» 80 до 120	0,10	0,15	0,30	0,50	0,80	2,0	5,0	11
» 120 до 180	0,12	0,20	0,40	0,75	1,00	2,5	6,0	12
» 180 до 250	0,15	0.30	0,50	1,00	1,50	3,0	7,0	11
» 250 до 300	0,20	0,35	0,60	1,25	2,00	3,5	8,0	16
» 300 до 400	0,25	0,45	0,80	1,50	2,50	4,0	9.0	18
» 400 до 500	0,30	0,50	1,00	1,80	3,00	5,0	10,0	20

Точность концевых мер длины определяется допуском на изготовление или точностью их измерения при аттестации (таблица 2.1). По точности изготовления концевые меры делятся на классы точности 00; 01; 0; 1; 2 и 3. Для мер, находящихся в эксплуатации, установлены дополнительные классы точности 4 и 5. В зависимости от допускаемой погрешности изменения длины и отклонения от плоскопараллельности концевые меры в порядке понижения точности их аттестации делятся на разряды: 1, 2, 3, 4 и 5. Если концевая мера берется по классу точности, за размер меры принимается ее номинальная длина, проставленная на мере, а если по разряду - действительная ее длина, определяемая по аттестату, в котором указывается отклонение действительной длины каждой меры от нанесенной на ней номинальной длины. Разрядную аттестацию обычно устанавливают для образцовых концевых мер.

Порядок составления блоков. Составление блоков концевых мер для получения точных размеров производится или в соответствии с классом плиток или, если требуется повышенная точность, в соответствии с их разрядом. Число плиток в блоке должно быть как можно меньше. Установлено, что число плиток в блоке должно быть не более 5, иначе он будет иметь большую погрешность. Выбор мер блока заданного размера выполняют в следующем порядке: 1) подбирают меру, которая содержит наименьшую долю размера; 2) размер выбранной меры вычитают из размера блока и определяют остаток; 3) подбирают меру, которая содержит наименьшую долю остатка, и определяют новый остаток и т.д.

Рассмотрим пример последовательности набора концевых мер по классу².

Составить блок мер размером 50,625 мм из набора №1 класса точности 0 и определить его предельную погрешность.

Выбраны следующие меры:

мера 1 (микрометровая) – размер L₁=1,005 мм, остаток 49,62 мм;

мера 2 (соточная) – размер L₂=1,12 мм, остаток 48,5 мм;

мера 3 (десятичная) – размер L₃=8,5 мм, остаток 40 мм;

мера 4 (сантиметровая) – размер L₄=40 мм, остаток 0.

Допускаемые отклонения длины выбранных мер по ГОСТ 9038-83 (таблица 1)составляют ₁=₂=₃= 0,1 мкм и ₄= 0,2 мкм. Предельное отклонение длины блока (см. рис. 2.1б)

Окончательный размер блока составит: