Выбор допустимой погрешности измерения [Δ] при приемочном контроле детерминированной физической величины, если известен ее допуск Т, представляет собой тривиальную задачу. После назначения допустимой погрешности в соответствии с требованием [Δ] £ Т/3 следует выбрать МВИ, которая обладает погрешностью Δ, не превышающей допустимую. Для измерительного контроля линейных размеров до 500 мм допустимые погрешности измерений нормированы ГОСТ 8.051-81, а МВИ для измерительного приемочного контроля таких размеров и для арбитражной перепроверки его результатов можно выбрать по РД 50-98-86. Необходимые измерения проводят с использованием выбранной МВИ. При арбитражной перепроверке результатов приемочного контроля принимают допустимую погрешность измерений, не превышающую 1/3 часть погрешности приемочного контроля.
Для установления номинального значения параметра из ряда с известной закономерностью построения допустимую погрешность измерения следует назначить как (1/5…1/3) долю ступени градации параметрического ряда, наименьшей на рассматриваемом интервале. Например, для определения номинального размера посадочного отверстия подшипника качения диаметром более 20 мм (градация ряда размеров 5 мм), допустимая погрешность измерений может составлять (1,0…1,6) мм.
При измерениях «однотипных величин» (номинально одинаковых физических величин на одном объекте и на ряде взаимозаменяемых объектов), следует оценить рассеяния однотипных величин на выбранном объекте (одном или нескольких), а затем переходить к исследованию группы объектов. Если предварительно выбранная МВИ не позволила обнаружить значимое рассеяние (R) однотипных величин в пределах одного объекта и размах однотипных величин нескольких объектов (Rn), значит 2Δ > R и 2Δ > Rn, и погрешность измерения слишком велика для оценки значений рассеяния.
Если выбранная МВИ не позволила обнаружить рассеяние однотипных величин в пределах одного объекта (R ≤ 2Δ), а различия между однотипными величинами нескольких объектов обнаружены (Rn > R) погрешность измерения слишком велика для эффективной оценки R, хотя (с некоторыми ограничениями) может быть признана допустимой для выявления Rn, поскольку Rn ≥ R.
Если выбранная МВИ позволила обнаружить рассеяние однотипных величин в пределах одного объекта (R > 2Δ), а различия между однотипными величинами нескольких объектов не обнаружены (Rn ≈ R), МВИ может быть признана допустимой для оценки Rn (с некоторыми ограничениями), поскольку очевидно, что Rn ≥ R. В такой ситуации следует признать, что погрешность измерения слишком велика для уточненной оценки R и Rn, хотя позволяет оценить порядки их значений.
Если предварительно выбранная МВИ позволила обнаружить рассеяние R однотипных величин в пределах одного объекта и размах этих величин на группе объектов Rn (то есть можно утверждать, что Δ < R, а Rn ≥ R), выбранная погрешность измерения обеспечивает решение обеих задач и можно принять [Δ] = Δ.
Для получения более информативных оценок параметров и характеристик рассеяния следует выбрать более точную МВИ. Для этого используют соотношение [Δ] < Δ. Выбор меньшей допустимой погрешности дает возможность более строго оценить рассеяние R однотипных величин в пределах одного объекта и размах этих величин на группе объектов Rn (при Rn ≥ R), причем уточненные оценки будут наиболее информативными при соотношениях
Δ ≈ (1/10)Rn и
Δ ≈ (1/10)R.
Оформление работы и анализ результатов
Результаты работы оформляют с использованием таблиц (рекомендуемые формы таблиц 1...3 даны с примерами заполнения), необходимых схем, диаграмм и текстовых описаний. При отсутствии данных в клетке таблицы ставят прочерк, а при отсутствии оцениваемого элемента записывают «нет», «отсутствует» и т.д. Все используемые МВИ следует описать (при необходимости описание сопровождают схемами измерений и указанием контрольных точек/сечений).
Пример краткой характеристики МВИ.
Измерение диаметра D цилиндрического отверстия в диапазоне (50…80) мм нутромером индикаторным с настройкой по концевым мерам с принадлежностями – измерение прямое, абсолютное, однократное, статическое, осуществлялось методом сравнения с мерой, метод дифференциальный, реализуемый как метод замещения, контактный, предел погрешности измерения при полном использовании перемещения измерительного наконечника по РД 50-98-86 (вариант ХХ) составляет 25 мкм.
Средства измерений: Нутромер индикаторный ГОСТ 868-82 с пределами измерений от 50 мм до 100 мм, цена деления 0,01 мм, основная погрешность 18 мкм. Меры длины концевые плоскопараллельные, набор № 1, класс точности 3 и принадлежности к ним.
При измерениях физической величины с целью приемочного контроля партии объектов результаты измерений по каждому заданному параметру оформляют в виде отдельной строки в таблице 6.1. Если на объекте воспроизводится бесконечное множество значений контролируемого параметра объекта (толщина детали, твердость поверхности и т.д.), то в ячейке таблицы приводят полученные при измерении наибольшее и наименьшее значения параметра.
Таблица 6.1 – Результаты приемочного контроля параметров
| Контролируемый параметр | Приемочный контроль | |||||||||
| Наименование параметра, единицы | Предельные значения | Допуск | [Δ]
| Δ | Результаты измерения объекта Хi(max/min) и заключение о годности | |||||
| Х1 | Х2 | Х3 | Х4 | Х5 | Х6 | |||||
| Твердость поверхности Б, HRC | (60…64) | 4 | 1,2 | 1 | 61/60 годен | 64/63 годен | 62/60 годен | 63/62 годен | 62/61 годен | 61/61 годен |
Продолжение таблицы 6.1
| Результат измерения объекта Хi(max/min) и заключение о годности | |||||||||||
| Х7 | Х8 | Х9 | Х10 | Х11 | Х12 | Х13 | Х14 | Х15 | Х16 | Х17 | Х18 |
| 59/57 брак | 62/62 годен | 61/60 годен | 61/61 годен | 63/62 годен | 62/60 годен | 64/63 годен | 62/61 годен | 62/60 годен | __ | __ | __ |
Если в работе практически решается измерительная задача арбитражной перепроверки данных приемочного контроля, результаты измерений каждой партии объектов оформляют в виде отдельной строки таблицы 6.2. В «Заключении» по результатам арбитражной перепроверки приводят вывод по результатам измерений, особо отмечая число забракованных годных объектов (ложный брак) и неправильно принятых объектов (пропуск брака).
Таблица 6.2 – арбитражная перепроверка результатов приемочного контроля
| Контролируемый параметр | Арбитраж | |||||||||
| Наименование параметра, единицы ФВ | Предельные значения | Δпр к | [Δ]
| Δ | Результаты измерения объекта Хi(max/min) и заключение о годности | |||||
| Х1 | Х2 | Х3 | Х4 | Х5 | Х6 | |||||
| Твердость поверхности, HRC | (60…64) | 1 | 0,3 | 0,3 | 62/60 годен | 65/63 брак | 62/61 годен | 64/63 годен | 63/61 годен | 62/62 годен |
Продолжение таблицы 6.2
| Результат измерения объекта Хi(max/min) и заключение о годности | |||||||||||
| Х7 | Х8 | Х9 | Х10 | Х11 | Х12 | Х13 | Х14 | Х15 | Х16 | Х17 | Х18 |
| 60/58 брак | 63/62 годен | 61/61 годен | 62/62 годен | 62/61 годен | 61/60 годен | 64/62 годен | 63/61 годен | 62/61 годен | __ | __ | __ |
Заключение. Обнаружен пропуск брака (деталь №2)
Для идентификации параметра (определения конкретного значения параметра Х iNOM из ряда номинальных) используют результаты измерений параметров Х i каждого из объектов. В таблице 6.3 наряду с результатами измерений указаны идентифицированные номинальные значения параметров.
Таблица 6.3 – Определение номинальных значений параметров ХiNOM
| Идентификация параметра Хi по результатам измерений объектов | |||||||||
| Наименование параметра, единицы | градация (min) | [Δ] | Δ | Результаты измерений /номинальные значения | |||||
| Внутренний диаметр подшипника качения, мм | 5 | 1 | 0,5 | нет/20 | 25,5/25 | 30,0/30 | нет/35 | нет/40 | 44,5/45 |
| Электрическое напряжение источника постоянного тока, В |
|
|
| Результаты измерений /номинальные значения | |||||
| /1,6 | /4,5 | /9 | /12 | ||||||
| Примечание. Подчеркнутым курсивом выделены идентифицированные параметры объектов Хi NOM | |||||||||
Результаты измерений номинально одинаковых физических величин на одном объекте и на ряде номинально одинаковых объектов можно оформлять в виде таблиц и диаграмм с пояснительными схемами или эскизами (рисунок 6.1).
Таблица 6.4 – Результаты измерений номинально одинаковых величин группы объектов
| № объекта | Результаты измерений Хi твердости рабочих поверхностей дисков сцепления в контрольных точках (рисунок 6.1), НВ | ||||||||||
| Х1 | Х2 | Х3 | Х4 | Х5 | Х6 | Х7 | Х8 | Х9 | Х10 | Rin | |
| 1 | 182 | 165 | 170 | 172 | 168 | –– | –– | –– | –– | –– | –– |
| 2 | 172 | 162 | 164 | 170 | 165 | –– | –– | –– | –– | –– | –– |
Анализ результатов включает оценки размахов по результатам измерений ФВ на каждом из объектов Rin и на ряде номинально одинаковых объектов RN, а также их сопоставление. Например, при Rn max << RN можно утверждать, что исследуемый параметр незначительно колеблется в пределах одного объекта, при этом он может значительно различаться у однотипных объектов.
При наличии явно выраженных тенденций проводят их оценку. Например, возможная качественная оценка характеристики, типичной для группы объектов: «Твердость уменьшается от середины к периферии поверхности».
Результаты анализа записывают под точечными диаграммами в свободной форме, например: «Результаты измерений толщины номинально одинаковых шайб (МВИ 4, Δ = 6 мкм, P= 0,95). Поскольку Rср n = 10 мкм, RN = 11 мкм, а 2Δ = 12 мкм, можно утверждать, что рассеяние результатов обусловлено погрешностью измерений. Фактическое рассеяние измеряемых параметров и закономерности их изменений не обнаружены, так как они не выходят за пределы погрешностей измерительного эксперимента».
Лабораторная работа № 7 ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
Общие положения
Термины и определения, заимствованные из РМГ 29 – 99 и ГОСТ 8.009-84 выделены курсивом.
Метрологические характеристики (МХ) средств измерений по ГОСТ 8.009-84 делят на следующие группы:
- характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправки). Такие МХ можно назвать номинальными;
- характеристики погрешностей СИ;
- характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам, которые тоже можно отнести к характеристикам погрешностей;
- динамические характеристики СИ;
- неинформативные параметры выходного сигнала СИ (предпочтительно рассматривать неинформативные параметры сигнала измерительной информации).
В стандарте упоминается также группа, названная «характеристики СИ, отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия СИ с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов (таких как объект измерений, средство измерений и т.п.)».
В настоящей лабораторной работе исследуют только характеристики первых двух групп. Характеристики чувствительности СИ к влияющим величинам, динамические характеристики СИ, неинформативные параметры выходного сигнала СИ не рассматриваются как не определяемые в лабораторной работе. По той же причине не описаны характеристики СИ, «отражающие их способность влиять на инструментальную составляющую погрешности измерений вследствие взаимодействия СИ с любым из подключенных к их входу или выходу компонентов».
Простейшим средством измерений, которое не осуществляет преобразования физической величины, является мера.
Мера физической величины (мера) – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.
Примечания
1 Различают следующие разновидности мер:
однозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (например, гиря 1 кг);
многозначная мера — мера, воспроизводящая физическую величину разных размеров (например, штриховая мера длины);
набор мер — комплект мер разного размера одной и той же физической величины, предназначенных для применения на практике как в отдельности, так и в различных сочетаниях (например, набор концевых мер длины);
магазин мер — набор мер, конструктивно объединенных в единое устройство, в котором имеются приспособления для их соединения в различных комбинациях (например, магазин электрических сопротивлений).
2 При оценивании величин по условным (неметрическим) шкалам, имеющим реперные точки, в качестве «меры» нередко выступают вещества или материалы с приписанными им условными значениями величин. Так, для шкалы Мооса мерами твердости являются минералы различной твердости. Приписанные им значения твердости образуют ряд реперных точек условной шкалы.
Номинальной метрологической характеристикой меры является номинальное значение меры – значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении.
Для однозначной меры и многозначных мер номинальные значения представляют именованными числами (одно значение для однозначной меры Y, или множество значений Yi для многозначной меры).
У многозначных штриховых мер есть также характеристики, связанные со шкалой. Это цена деления шкалы – разность значения величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений; длина деления шкалы – расстояние между осями (или центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы; начальное значение шкалы – наименьшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений; конечное значение шкалы – наибольшее значение измеряемой величины, которое может быть отсчитано по шкале средства измерений.
Для определения длины деления шкалы, необходимо такое понятие, как длина шкалы – длина линии, проходящей через центры всех самых коротких отметок шкалы средства измерений и ограниченной начальной и конечной отметками.
Примечания
1 Линия может быть реальной или воображаемой, кривой или прямой.
2 Длина шкалы выражается в единицах длины независимо от единиц, указанных на шкале.
Для многозначных штриховых мер иногда используют такие МХ, как диапазон шкалы, который определяется ее нижним и верхним пределами. Диапазон измерений для многозначных штриховых мер не нормируется, поскольку верхний предел измерений практически не ограничен.
Кроме номинальных обязательно нормируются характеристики погрешностей любой меры, а остальные характеристики нормируются только по необходимости.
Измерительный преобразователь – техническое средство с нормированными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи. Примеры измерительных преобразователей – термопара, пружина динамометра, микрометрическая пара винт-гайка.
Поскольку измерительный преобразователь выдает измерительную информацию в форме, не поддающейся непосредственному восприятию оператором, непосредственная оценка его номинальных характеристик затруднительна и в данной работе не производится.
Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор предназначен для получения измерительной информации от измеряемой физической величины, ее преобразования и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятию оператором. В зависимости от формы выходного сигнала различают приборы с аналоговым либо с дискретным выходом («дискретные» приборы часто называют «цифровыми»). Следует обратить внимание, что вид устройства отображения измерительной информации не определяет форму выходного сигнала: система шкала-указатель электронно-механических часов принадлежат «дискретным» приборам, а изменение выходного сигнала бытового счетчика электроэнергии на правом барабане цифрового табло носит непрерывный характер.
Для измерительного преобразователя или прибора интегральной МХ является функция преобразования СИ. Функция преобразования может быть представлена математической зависимостью, графиком или таблицей. Линейная номинальная функция преобразования средства измерений с выходным сигналом измерительной информации в аналоговой форме графически представлена на рисунке 7.1 а.
Следует различать номинальную функцию преобразования (приписанная СИ идеальная функция, отражающая зависимость между величиной на входе средства измерений У и на его выходе Z) и градуировочную характеристику СИ (зависимость между величинами У и Z, реализованная в конкретном экземпляре средства измерений).
Градуировочная характеристика средства измерения – зависимость между значениями величин на входе и выходе средства измерений, полученная экспериментально. Примечание — Градуировочная характеристика может быть выражена в виде формулы, графика или таблицы.
Градуировочная характеристика отличается от идеальной (номинальной) функции преобразования (см. рисунок 7.1 а) и для одного СИ может быть представлена единичной реализацией (рисунок 7.1 б) или пучком реализаций (рисунок 7.1 в), полученными в ходе исследований.
В настоящей работе определяют номинальные функции преобразования для выбранных средств измерений, которые представляют в виде графиков (можно дополнительно использовать и представление в виде формулы или таблицы). Градуировочную характеристику конкретного прибора можно найти только экспериментально (этот эксперимент может не входить в состав данной работы).
Кроме интегральных МХ измерительных приборов в работе определяют также некоторые их частные номинальные метрологические характеристики.
В набор оцениваемых характеристик могут входить:
- диапазон измерений;
- диапазон показаний;
а также другие характеристики, связанные со шкалой.
К последним можно отнести уже упоминавшиеся (цена деления шкалы; длина деления шкалы; начальное и конечное значения шкалы).
Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.
Примечание — Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений или верхними пределом измерений.
Диапазон показаний средства измерений (диапазон показаний) – область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы
Для приборов с дискретным (цифровым, числовым) устройством отображения измерительной информации диапазон показаний определяется видом выходного кода и числом разрядов выходного кода. Для этих же приборов вместо цены деления шкалы используют такие МХ, как цена единицы наименьшего разряда кода или номинальная ступень квантования, если она больше цены единицы наименьшего разряда кода.
Для оценки погрешностей измерительного прибора в нормативной документации, справочной литературе или документации на СИ находят значения одной или нескольких характеристик из следующего набора:
- погрешность средства измерений – разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины.
Примечания
1 Для меры показанием является ее номинальное значение.
2 Поскольку истинное значение физической величины неизвестно, то на практике пользуются ее действительным значением;
- систематическая погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерений, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся.
Примечание. Систематическая погрешность данного средства измерений, как правило, будет отличаться от систематической погрешности другого экземпляра средства измерений этого же типа, вследствие чего для группы однотипных средств измерений систематическая погрешность может иногда рассматриваться как случайная погрешность;
- случайная погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерений, изменяющаяся случайным образом.
Нормированы могут быть основная и дополнительная погрешности СИ.
Основная погрешность средства измерений (основная погрешность) – погрешность средства измерений, применяемого в нормальных условиях.
Дополнительная погрешность средства измерений – составляющая погрешности средства измерений, возникающая дополнительно к основной погрешности вследствие отклонения какой-либо из влияющих величин от нормального ее значения или вследствие ее выхода за пределы нормальной области значений.
Кроме того, для многих СИ установлены классы точности.
Класс точности средств измерений – обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность.
Предел допускаемой погрешности средства измерений – наибольшее значение погрешности средств измерений, устанавливаемое нормативным документом для данного типа средств измерений, при котором оно еще признается годным к применению.
Возможно также использование других характеристик погрешностей.
Цели и задачи работы
Цель работы: ознакомление с основными метрологическими характеристиками средств измерений и методами определения их значений.
Задачи:
1. Классифицировать имеющиеся СИ по различным основаниям.
2. Научиться определять основные метрологические характеристики выбранных СИ разных видов, включая аналоговые и цифровые приборы.
3. Научиться строить номинальные функции преобразования различных СИ.
Дата: 2018-12-28, просмотров: 413.
