Урок №6-7
Опрацювати, дати відповіді на запитання
Тема: Основи
технічних вимірювань
Вимірювання – знаходження фізичної величини дослідним шляхом за
допомогою спеціальних технічних засобів. Прикладом є вимірювання (визначення)
діаметра втулки за допомогою мікрометричного нутроміра, визначення кута виробу
за допомогою кутоміра. Довжина і кут – фізичні величини; їхні значення,
наприклад, 10 м або 1°, знаходять у результаті вимірювань за допомогою
вимірювальних приладів. Одиниця довжини
– 1 метр (1 м) – основна одиниця Міжнародної системи одиниць СІ. Метр –
довжина, що дорівнює довжині шляху, який проходить світло у вакуумі за 1/299
792 458 частку секунди.
У 1960 р. на XI
Генеральній конференції з мір та ваг було прийнято таке визначення метра. Метр
– одиниця довжини – довжина, яка дорівнює 1 650 763,73 довжини хвилі у вакуумі
випромінювання, що відповідає переходу між рівнями 2р10 і 5d5 атома
криптону-86.
Одиницею кута є додаткова одиниця СІ
– радіан. Радіан – одиниця плоского кута – кут між двома радіусами
кола, дуга між якими завдовжки дорівнює радіусу. Практично плоскі кути вимірюють
у кутових градусах, мінутах та секундах; у цих же одиницях проградуйоване
більшість кутомірних приладів.
За умовами, що
визначають точність результату, вимірювання
підрозділяють на три класи:
1.еталонні і
спеціальні вимірювання максимально можливої точності; 2.контрольно-повірочні вимірювання, які виконують державні та
заводські вимірювальні лабораторії;
3.технічні вимірювання, які виконують на промислових
підприємствах. Вимірювання здійснюють за допомогою технічних засобів, до яких
відносять міри, вимірювальні прилади, вимірювальні перетворювачі, вимірювальні
установки та вимірювальні системи. Їх визначення подані у табл. 1.2.
Засіб вимірювань – технічний засіб, який використовують
під час вимірювань, що має нормовані метрологічні властивості. Міри, які
відтворюють фізичні величини лише одного розміру, називають однозначними,
наприклад, кутова міра 10°, плоскопаралельна кінцева міра довжини номінального
розміру 50 мм. Багатозначна міра – це міра, що відтворює ряд однойменних
величин різного розміру, наприклад, вимірювальна лінійка.
Таблиця 1.2. Засоби вимірювань
(ГОСТ 16263–70)
|
Засіб вимірювань
|
Визначення
|
Приклади
|
|
Міра
|
Засіб вимірювань, призначений для відтворення фізичної величини заданого
розміру
|
Плоскопаралельні кінцеві міри довжини. Кутові
міри
|
|
Вимірювальний прилад
|
Засіб вимірювань, призначений для вироблення сигналу вимірювальної
інформації у формі, доступній для безпосереднього сприйняття спостерігачем
|
Мікрометр. Оптиметр. Інструментальний мікроскоп.
Рівень
|
|
Вимірювальний перетворювач
|
Засіб вимірювань, призначений для вироблення сигналу вимірювальної
інформації у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки і
(або) зберігання, але недоступній для безпосереднього сприйняття
спостерігачем
|
Індуктивний перетворювач профілографа-профілометра
мод. 252
|
|
Вимірювальна установка
|
Сукупність функціонально об’єднаних засобів
вимірювань (заходів, вимірювальних приладів, вимірювальних перетворювачів) і
допоміжних пристроїв, призначена для вироблення сигналів вимірювальної
інформації у формі, зручній для безпосереднього сприйняття спостерігачем, і
розташована в одному місці
|
Установка для перевірки плоско паралельних
кінцевих мір довжини. Установка для контролю радіального і торцевого биття
валів
|
|
Вимірювальна система
|
Сукупність засобів вимірювань, сполучених між
собою каналами зв’язку, призначена для вироблення сигналів вимірю- вальної
інформації у формі, зручній для автоматичної обробки, передачі і (або)
використання в автоматичних системах управління
|
Трикоординатна вимірювальна машина. Вимірювальна
система активного контролю під час шліфування
|
1.
За
способом відліку значень вимірюваних величин вимірювальні
прилади поділяють на:
- показувальні, зокрема на аналогові та
цифрові,
- реєструвальні.
Аналоговий прилад – прилад, показання якого є
безперервною функцією змін вимірюваної величини. Відлікові пристрої цих
приладів складаються з двох елементів – шкали і покажчика, причому шкала
пов’язана з корпусом, а покажчик – з рухомою системою приладу. Цифровий прилад – прилад, що
автоматично виробляє дискретні сигнали вимірювальної інформації, показання
якого представлено у цифровій формі.
Реєструвальний прилад –
прилад із записом показань у формі діаграм (його називають самописним) або з
друкуванням показань у цифровій формі (друкувальний прилад). Прикладом
самописних приладів є профілограф-профілометр мод. 252.
2.
За
способом визначення значення вимірюваної величини вимірювальні
прилади поділяють на дві групи:
-
прилади прямої дії ,
-
прилади порівняння.
Найбільшого поширення набули прилади першої групи.
Вимірювальний прилад прямої дії –
прилад з одним або кількома перетвореннями сигналу вимірювальної інформації в
одному напрямі, тобто без застосування зворотного зв’язку (без повернення до
вхідної величини). Наприклад, переміщення вимірювального наконечника індикатора
годинникового типу або вимірювальної головки залежно від розміру
контрольованого виробу перетвориться у переміщення покажчика приладу щодо
нерухомої шкали. Вимірювальний прилад
порівняння – прилад, призначений для безпосереднього порівняння вимірюваної
величини з величиною, значення якої відоме. Порівняння здійснюється з
номінальними розмірами плоскопаралельних кінцевих мір довжини під час
вимірювання лінійних розмірів виробів і з номінальними розмірами кутових мір
під час вимірювання плоских кутів виробів.
До приладів порівняння відносять скоби, важелі, оптиметри,
індикаторні нутроміри та ін. Вимірювальні перетворювачі є складовими частинами
вимірювальних приладів, систем автоматичного контролю, управління та
регулювання. Найбільшого застосування набули перетворювачі індуктивні,
механотронні, електроконтактні, пневмоелектроконтактні та ін. За місцем, яке
займають у приладі, перетворювачі поділяють на первинні, передавальні та
проміжні.
Метод вимірювань – сукупність прийомів використання принципів
та засобів вимірювань. Під принципом вимірювань розуміють фізичне явище або
сукупність фізичних явищ, покладених в основу вимірювань. За способом отримання
результатів вимірювання поділяють на прямі, непрямі, абсолютні та відносні
(табл. 1.9). Основні методи прямих вимірювань наведено у табл. Метод порівняння з мірою забезпечує
вищу точність вимірювань.
3.
Залежно
від наявності контакту вимірювальної поверхні засобу вимірювань з поверхнею
виробу розрізняють контактний та безконтактний методи вимірювань.
Безконтактний метод переважає: він
характеризується відсутністю вимірювального контакту з контрольованим виробом,
завдяки чому відсутня деформація вимірюваної поверхні виробу і вимірювальних
наконечників приладу. На безконтактному методі вимірювань заснована робота
вимірювальних мікроскопів, вимірювальних проекторів і пневматичних
довжиномірів.
1.4.
Похибки вимірювань
1.4.1.
Класифікація похибок
Результат будь-якого вимірювання, хоч би як ретельно його
проводили, містить похибку вимірювань. Тому результат вимірювань завжди
відрізняється від істинного значення вимірюваної величини.
Похибкою
вимірювання називається різниця
між результатом вимірювань та істинним значенням вимірюваної величини
(Δвим = Х – Х іст).
. Оскільки істинне значення вимірюваної величини
невідоме, то невідома і похибка вимірювання. У цьому випадку істинне значення
вимірюваної величини замінюють дійсним значенням.
Під дійсним значенням фізичної величини
розуміють її значення, знайдене дослідним шляхом, яке настільки наближається до
істинного, що приймається замість нього. Щоб оцінити результат вимірювання,
необхідно оцінити похибки, з якими воно виконане, а для цього важливо знати
джерела і причини, що викликають похибки.
Похибки прийнято
поділяти на три групи:
систематичні, випадкові та грубі.
Грубою
називається похибка вимірювання, що істотно перевищує очікувану за певних умов
похибку. Наприклад, під час відліку показань за цифровим приладом цифру 8 було прийнято за 0, або під час запису
показань, замість цифри 1, записали цифру 4, або
помилково зняли показання приладу та ін. Такі грубі
похибки виявляють під час повторного вимірювання; їх не беруть до уваги і
виключають з результатів вимірювань.
Складові
систематичної похибки вимірювання можуть бути умовно представлені трьома групами:
1. Інструментальна, залежна від похибок
засобів вимірювань, які застосовують.
Сюди відносять недосконалість кінематичної схеми приладу;
відхилення розмірів, форми та розташування поверхонь деталей приладу;
зношування приладу
під час експлуатації.
2. Методична – походить від недосконалості
методу вимірювань (невиконання нормальних умов вимірювання, неправильне
встановлення приладу, застосування
наближених розрахункових формул, помилкові методики
вимірювань).
3. Суб’єктивна, обумовлена індивідуальними
особливостями спостерігача, що проводить вимірювання. Це недостатньо точний відлік
показань приладу; помилки в оцінюванні на око часток поділки шкали, що відповідають
положенню покажчика; паралакс під час відліку показань приладу; різна реакція
органів чуття на сигнали.
Для виявлення та виключення систематичних похибок
здійснюють перевірку засобів вимірювань в органах державної або відомчих
метрологічних служб, застосовують особливі методи вимірювань, проводять
повторні вимірювання в різних місцях із застосуванням різних засобів
вимірювань. Але бувають випадки, коли і систематичні похибки виявити та
виключити не вдається. Тоді для обробки результатів вимірювань і оцінки
систематичної похибки із заданою ймовірністю застосовують спеціальні методики,
засновані на теорії ймовірності.
Випадкову
похибку виявити та виключити практично неможливо, оскільки її
виявляють випадково. Наприклад, під час вимірювання на оптиметрі гладкого
калібру пробки в його одному перерізі, не змінюючи положення спостерігача та
інших умов, щоразу отримують під час відліку показань різні значення. У цьому
випадку визначають закон розподілу випадкових похибок і на основі теорії
ймовірності знаходять довірчий інтервал, у межах якого перебуває дійсне
значення вимірюваної величини із заданою ймовірністю. Чим вужчий цей інтервал,
тим ближчий результат вимірювання до дійсного значення вимірюваної величини.
Випадкові
похибки зменшуються з підвищенням точності та ретельності проведення вимірювань.
У теорії та практиці вимірювань застосовують й інші
характеристики похибок.
Так, до похибок засобів вимірювань (інструментальних
похибок) належать такі:
1. Абсолютна похибка міри Δх – це різниця між номінальним
значенням міри хн і дійсним значенням х відтвореної нею величини:
(Δх = хн – х).
2. Абсолютна похибка вимірювального приладу Δхп – це
різниця між показанням вимірювального приладу хп і дійсним значенням х
вимірюваної величини:
(Δхп = хп – х).
3.
Відносна похибка міри (вимірювального
приладу) δ – це відношення абсолютної похибки міри (вимірювального приладу) до
істинного (дійсного) значення величини, відтвореної мірою. Переважно її
виражають у відсотках:
δ = Δх / Δхп ×100%
4. Приведена похибка вимірювального приладу γ (Δпр) – це
відношення похибки вимірювального приладу до нормувального значення ХN. За нормувальне
значення ХN умовно
приймають значення верхньої межі вимірювань, довжини
шкали та ін. Звичайно Δпр виражають у відсотках:
Δпр= Δх/ ХN ×100%
5. Гранична допустима похибка – це найбільша (без
урахування знака) похибка засобу вимірювань, за якої його можна визнати
придатним і допустити до застосування.
Контрольні запитання
1. Що таке
взаємозамінність?
2. Які є види
взаємозамінності?
3. З’ясуйте суть
взаємозамінності та її економічну ефективність.
4. У чому
полягає роль стандартів у забезпеченні взаємозамінності?
5. Який зв’язок
між взаємозамінністю і технічними вимірюваннями?
6. Що таке
вимірювання та контроль і в чому полягає відмінність між ними?
7. Що таке
точність та єдність вимірювань?
8. Як
класифікують універсальні вимірювальні засоби?
9. Які існують
методи вимірювань?
10. Що таке
комплекс стандартів «Єдина система допусків і посадок» та «Основні норми взаємозамінності»?
11. Що таке
похибка? Схарактеризуйте абсолютну, відносну, грубу, інструментальну похибки.
У чому полягає
їхній вплив на точність виготовлення та вимірювання деталей?
12. Поясніть
теоретичні закони розподілу випадкових похибок.
13. Як можна
зменшити вплив випадкової похибки на результати вимірювань?
14. Як
зображують істинне значення вимірюваної величини?
Комментариев нет:
Отправить комментарий