Объекты измерений: детали типа тел вращения, призм, резисторы, источники постоянного тока, др.

Измеряемые параметры: линейные размеры, объем, масса, сила, электрическое сопротивление, напряжение, сила тока, температура.

Средства измерений:

Меры длины, угла, объема и массы (линейка измерительная, набор плоскопараллельных концевых мер длины, транспортир, сосуды измерительные, набор разновесов).

Накладные и станковые приборы для измерений длины (штангенциркуль, микрометр гладкий, микрометр рычажный или скоба рычажная, измерительные головки со штативом или стойкой и др.).

Весы для измерения массы взвешиванием, динамометр.

Мультиметр (авометр) для измерений электрических величин.

Термометр или другое средство измерения температуры.

Средства измерения времени (секундомер, часы, часы-будильник и др.).

Порядок выполнения работы

Задание

1. Выбрать несколько физических величин и выполнить их многократные измерения (измерения с числом наблюдений в каждой серии n = 3...30).

2. Выполнить две серии многократных измерений одной и той же физической величины (n = 10...30), с использованием разных МВИ.

3. По результатам измерений построить точечные диаграммы и провести анализ каждой серии и совместный анализ парных точечных диаграмм.

Выполнение измерений

Предупреждение. Поскольку многократным наблюдениям при измерении подлежит одна и та же физическая величина, необходимо обратить особое внимание на однозначность ее воспроизведения при измерениях. Например, измерение линейного размера детали необходимо производить в одном и том же маркированном сечении и т.д.

Измеряемые физические величины выбирают самостоятельно или по указаниям преподавателя. Пробная серия может состоять из 3...10 наблюдений. В случае если полученные результаты практически неразличимы, серию прекращают при n = 3...5. Высокая сходимость результатов в серии может свидетельствовать о высокой помехоустойчивости исследуемой МВИ и/или низкой чувствительности используемых средств измерений. При заметно различающихся результатах наблюдений серию продолжают до n = 10...30.

Поскольку объектом исследований являются не сами измеряемые величины, а рассеяние результатов наблюдений, то в автономных сериях (не преследующих цель сопоставления нескольких серий измерений) можно использовать аналог дифференциального метода измерения с настройкой прибора не на меру, а на некоторое условное значение, например, на измеряемый параметр (физическую величину) объекта измерений.

Для одной из величин следует выполнить несколько серий измерений с использованием разных МВИ. Для сокращения объема работы можно выбрать физическую величину, для которой уже выполнена серия в 10...30 наблюдений – достаточно провести только вторую серию наблюдений с использованием другой МВИ. МВИ могут различаться применением разных средств измерений и/или видов и методов измерений. При использовании многодиапазонных приборов (мультиметра и других) «разные средства измерений» можно получить, изменяя метрологические характеристики переключением диапазонов измерений.

Оформление работы и анализ результатов

Результаты работы оформляют с использованием таблиц (рекомендуемые формы таблиц 3.1...3.4 даны с примерами заполнения), необходимых схем (примеры оформления на рисунке 3.4), диаграмм и текстовых описаний. При отсутствии данных в клетке таблицы ставят прочерк, а при отсутствии оцениваемого элемента записывают «нет», «отсутствует» и т.д.

Результаты многократных наблюдений при измерении каждой из величин с помощью одной МВИ оформляют в виде отдельной строки таблицы 3.1. Результаты двух серий измерений одной величины с использованием разных МВИ вносят в таблицу 3.2.

Результаты измерений в данной работе приводят без описания погрешностей измерений, указывая все значащие цифры, получаемые при отсчете значения измеряемой величины, например:

b = 25,15 мм или b = 25,10 (измерение штангенциркулем с ценой деления нониуса 0,05 мм);

b = 0,08 мм (снятие отсчета с показывающего устройства индикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм при округлении до целого деления) или b = 0,082 мм (при снятии отсчета с интерполированием доли деления на глаз).

Краткое описание методики выполнения измерений должно включать наименования вида и метода измерений, применяемых средств измерений, а также их основные номинальные метрологические характеристики. Например:

1. Измерения диаметра D цилиндрического отверстия нутромером индикаторным с настройкой по концевым мерам с боковиками – измерения прямые абсолютные многократные статические, осуществлялись контактным методом, метод сравнения с мерой, дифференциальный, реализуемый как метод замещения. Средства измерений: нутромер индикаторный ГОСТ 868-82 с пределами измерений от 18 мм до 50 мм, цена деления 0,01 мм; меры длины концевые плоскопараллельные, набор № 1, класс точности 2; принадлежности к концевым мерам длины.

2. Измерения наружного диаметра d детали с помощью измерительной головки ИЧ-10 ГОСТ 577-68 класса 1 на стойке С-III ГОСТ 10197-70 с настройкой по концевым мерам длины класса 3… (пример 2 не закончен).

При необходимости описание дополняют схемой измерения (рисунок 3.4), а для идентификации измеряемой физической величины – эскизом измеряемого объекта с указанием контрольных сечений или точек.

После фиксации результатов многократных наблюдений в отдельной строке таблицы 3.1 для каждой серии измерений строят точечную диаграмму (рисунок 3.5) в координатах «номера наблюдений n – результаты измерений Xi», с указанием масштаба и измеряемой величины, например, в подписи под рисунком. По оси ординат диаграммы предпочтительно откладывать не результаты измерений, а отклонения результатов от некоторого условного значения. Масштаб желательно выбрать таким, чтобы размах R′ на диаграмме можно было оценить двумя значащими цифрами.

Таблица 3.1 – Результаты многократных измерений физических величин

Анализ результатов каждой отдельной серии включает оценку размахов результатов измерений и оценку наличия тенденции изменения. При наличии явно выраженной тенденции оценивают размах результатов R′ (общий размах), затем на диаграмму наносят аппроксимирующую линию и оценивают размах отклонений от аппроксимирующей линии R, складывая по модулю максимальные отклонения от нее с противоположными знаками. Результаты анализа представляют в произвольной форме под соответствующими диаграммами.

По результатам наблюдений в двух сериях измерений одной и той же величины заполняют строки таблицы 3.2 и в одной координатной системе строят две точечные диаграммы с одинаковым масштабом.

Таблица 3.2 – Серии многократных измерений физической величины «толщина ленты» t, мм

Сравнительный анализ результатов нескольких серий измерений одной физической величины включает оценки размахов R′i, Ri, оценку наличия и вида тенденций изменения результатов наблюдений по каждой из серий и результаты их сопоставления.

Сходимость измерений в каждой серии характеризуется размахами результатов как общим R′i, так и Ri, полученным после исключения тенденции изменения (если она обнаружена). Воспроизводимость измерений в двух сериях – по степени совпадения размахов и аппроксимирующих линий. При наличии в двух сериях отличающихся тенденций воспроизводимость, как правило, низкая, даже если результаты будут практически равнорассеянными (R₂ ≈ R₁).

Пример совместного анализа двух точечных диаграмм (парной точечной диаграммы), представленных на рисунке 3.6:

Тенденции изменения результатов в обеих сериях отсутствуют. Первая серия измерений (с использованием МВИ1) характеризуется размахом R₁ = …, вторая серия (с МВИ2) – размахом R₂ =…, причем R₂ < R₁ . Кроме того, между сериями наблюдается заметное расхождение средних значений Х₁ср – Х₂ср = … . 

(Везде указывают значения, определяемые по диаграммам с учетом масштаба.)