Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

Метрологическими характеристиками СИ называются такие их технические характеристики, которые влияют на результаты и точность измерений.

· Предел измерения - наибольшее и наименьшее значение диапазона измерений, которое можно измерить данным прибором.

· Диапазон показаний шкалы прибора (предел измерения шкалы прибора, расход шкалы) – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальнм значениями шкалы. [1].

Шкала – часть показывающего устройства СИ, представляющая собой упорядоченный ряд отметок с нумерацией.

В теории метрологии измерительные шкалы подразделяют на шкалы порядка, шкалы интервалов и шкалы отношений [1,6].

Шкала порядка – это простейшая шкала, на которой величины расположены в порядке возрастания или убывания. Часто по шкале порядка можно расставить величины умозрительно (больше-меньше). Если на шкале порядка некоторые точки зафиксировать в качестве опорных (реперных), то получится реперная шкала (например, в 1805г. исследователем Бофортом была предложена реперная шкала для измерения силы ветра, которая просуществовала до 1964года [6]). Если есть возможность разделять значения через определённые равные интервалы в виде ряда то мы будем иметь шкалу интервалов. Особенностью шкалы интервалов является то, что начальная точка в них выбирается произвольно (может не быть нуля). Если одну из двух реперных точек шкалы выбрать как нулевую, то мы будем иметь шкалу отношений. По такой шкале можно отсчитывать абсолютные значения размера.

Шкалы бывают:

- линейные несимметричные (штангенциркуль);

- линейные симметричные (оптиметр);

- круговые несимметричные (микрометрическая головка, индикатор);

- круговые симметричные (рычажная пружинная головка, рычажный микрометр);

- неподвижные (микрокатор, индикатор, оптикатор);

- подвижные (оптиметр);

- основные – шкала на штанге штангенциркуля, шкала на стебле рычажного микрометра;

- нониусные (штангенциркуль, угломер).

· Деление шкалы (длина деления шкалы, интервал деления), мм, i - это расстояние между двумя соседними штрихами шкалы прибора. С 1985 г. принят международный стандарт ИСО по нормируемым метрологическим характеристикам, этим стандартом установлено i = 1 мм.

· Цена деления прибора, мм (мкм) - это изменение измеряемой величины при перемещении стрелки или указателя на одно деление (косвенный показатель точности прибора), обозначается - c.

· Чувствительность прибора – это отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины [1]; это передаточное отношение длины деления шкалы к цене деления прибора. Обозначается - k

.

По чувствительности все приборы разделены на 5 классов:

- 1 класс - 1000-свыше;

- 2 класс - 500-1000;

- 3 класс - 100-500;

- 4 класс - 20-100;

- 5 класс - 1-20.

Например: k (оптиметра)=1/0,001=1000,

              k (оптикатора)=1/0,0005=2000.

Различают абсолютную и относительную чувствительность. Абсолютная чувствительность определяется формулой:

 ,

Относительная чувствительность - формулой:

где Δl – изменение сигнала на выходе,

  x - измеряемая величина,

  Δx - изменение измеряемой величины.

· Погрешность измерения - это та величина, на которую отличается действительное значение от измеренного. Погрешность измерения необходима для:

- выбора оптимального средства измерения;

- заключения о годности детали;

- проведения метрологической экспертизы технической и конструкторской документации.

Погрешности измерений классифицируются по следующим признакам:

- в зависимости от формы числового выражения (абсолютные и относительные);

- по закономерности их появления: систематические (систематическая составляющая), случайные (случайная составляющая) и грубые погрешности.

Абсолютная погрешность измерения - разность между значением величины, полученной при измерении, и ее истинным значением, выражаемая в единицах измеряемой величин. Абсолютная погрешность бывает:

- предельная (  ) - это наибольшая погрешность измерения, которая учитывается при измерениях в единичном и мелкосерийном производстве, при экспериментальных исследованиях, измерении выборки, статистическом методе контроля и измерении с целью повторной перепроверки деталей, забракованных контрольными автоматами:

где  - среднее квадратическое отклонение, мкм.                               

- допускаемая (  ) - учитывается при измерениях в массовом, крупносерийном и серийном производстве:

Значения  и даются в справочной литературе и аттестатах приборов, но не в паспортах. Эти погрешности определяются экспериментальным путем с применением теории вероятности и математической статистики, т.к. они представляют собой суммарную погрешность из систематических и случайных погрешностей. Методика определения погрешности измерения рассмотрена нами в разделе 6, а также в методической литературе [10,13].

Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, характерна для электрических и электромеханических приборов, выражается, как правило, в процентах.

По влиянию на результаты измерений и закономерности появления различают:

- систематическую погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины;

- случайную погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся при этих условиях случайным образом. Грубой погрешностью (промахом) называют погрешность измерения, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях погрешность.

Причины возникновения систематических и случайных погрешностей представлены далее по тексту.

Погрешность измерения (D_измер.) складывается из ряда систематических и случайных погрешностей и может быть представлена в виде следующего выражения:

D_измер. = D_приб. + Dt + D_{измер.усил.} + D_{настр. прибора} +

+ D_{устан. детали} + D_контр. + D_износа ,

где: D_приб. - погрешность изготовления прибора (дается в паспорте прибора);

Dt - температурная погрешность;

D_{измер.усил.} - погрешность измерительного усилия;

D_{настр.прибора} - погрешность настройки прибора;

D_{устан. детали} - погрешность установки детали на приборе или прибора относительно объекта измерения;

D_контр. - субъективная погрешность контролера;

D_износа - погрешность, учитывающая износ деталей прибора.

Термины и определения применяемые для результатов измерения физических величин. [1]

· Точность измерений - качество измерения, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

· Результат наблюдения - значение величины, полученное при отдельном наблюдении;

· Результат измерения - значение величины, найденное путем ее измерения, т.е. после обработки результатов наблюдения.

· Поправка - значение величины, одноименной с измеряемой, прибавляемое к полученному при измерении значению величины с целью исключения систематической погрешности.

· Неисправленный результат измерения – значение величины, полученное при измерении до введения в него поправок, учитывающих погрешности.

· Исправленный результат измерения – полученное при измерении значение величины и уточнённое путём введения в него необходимых поправок на действие систематических погрешностей.

· Сходимость результатов измерений – качество измерений, отражающих близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Примечание – сходимость измерений двух групп многократных измерений может характеризоваться размахом, средней квадратической или средней арифметической погрешностью.

· Воспроизводимость результатов измерений – близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведённых к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).

От систематических погрешностей зависит правильность измерений, от случайных погрешностей – точность измерений, от грубых погрешностей – годность измерений.

Для средств измерения различают статическую погрешность как отклонение постоянного значения измеряемой величины на выходе средства измерения от истинного ее значения в установившемся состоянии и динамическую погрешность как разность между погрешностью средства измерения в динамическом режиме (в неустановившемся состоянии) и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени.

Погрешность средства измерения, возникающая при его использовании в нормальных условиях, когда влияющие величины находятся в пределах нормальной области значений, называют основной. Если значение влияющей величины выходит за пределы нормальной области значений, появляется дополнительная погрешность.

Как отмечалось ранее, обобщенной характеристикой средства измерений, определяемой пределами основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерения, является класс точности средства измерений (ГОСТ 8.401-80). Класс точности характеризует свойства средства измерения, но не является показателем точности выполненных измерений, поскольку при определении погрешности измерения необходимо учитывать погрешности метода, настройки и др. 

Синонимом термина погрешность измерения является термин ошибка измерения, применять который не рекомендуется, как менее удачный.

Любой линейный размер может быть измерен различными измерительными средствами, обеспечивающими различную точность измерения. В каждом конкретном случае точность измерения зависит от принципа действия, конструкции прибора, а также от условий настройки и применения.

Принцип выбора средств измерения заключается в сравнении существующей предельной погрешности измерения конкретного средства измерения с расчетной допускаемой погрешностью измерения, регламентированной стандартами. При этом предельная погрешность не должна превышать допускаемую, обычно составляющую 20¸35% от величины допуска на размер.

Допускаемые значения случайной погрешности измерения (d), регламентированные стандартом ГОСТ 8.051-81, приняты при доверительной вероятности 0,95 (исходя из предложения, что закон распределения погрешностей – нормальный, и d приравнивается зоне ±2s). [5]

Значение предельной случайной погрешности (DLim) приравнивают к зоне распределения ±3s, (исходя из нормального закона распределения), т.е. доверительная вероятность составляет 0,9973. Для производственных измерений в массовом и крупносерийном производстве значение погрешности измерений принимают равной ±2s, т.е. доверительная вероятность составляет 0,95.

Закономерности формирования

Результата измерений

 

Классификация погрешностей

 

 

В зависимости от характера проявления, возможностей устранения и причин возникновения различают систематическую и случайную погрешности.

Систематической называют составляющую погрешности измерений, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины.

Причинами возникновения систематических составляющих погрешности измерения являются:

- отклонение параметров реального средства измерений, от расчетных значений, предусмотренных схемой;

- неуравновешенность некоторых деталей средства измерений относительно их оси вращения, приводящая к дополнительному повороту за счет зазоров, имеющихся в механизме;

- упругая деформация деталей средства измерений, имеющих малую жесткость, приводящая к дополнительным перемещениям;

- погрешность градуировки или небольшой сдвиг шкалы;

- неточность подгонки шунта или добавочного сопротивления, неточность образцовой измерительной катушки сопротивления;

- неточность основных размеров эталонов, применяемых для настройки;

- неисправности средств измерений.

Постоянные систематические погрешности внешне себя не проявляют. Обнаружить их можно только поверкой нуля средства измерений или чувствительности при его повторной аттестации.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся виды систематических погрешностей.

Инструментальными называют такие погрешности, причина которых заключается в особенностях средств измерения. Сюда относятся погрешности, возникающие вследствие несовершенства конструкции прибора, неправильной технологии его изготовления, а также проявляющиеся вследствие износа, старения или неисправности прибора.

Методические погрешности возникают вследствие несовершенства, неполноты теоретических обоснований принятого метода измерений, непостоянства теоретических или эмпирических коэффициентов рабочих уравнений, используемых для оценки результата измерений, при изменении свойств измеряемых объектов, режимов и условий измерений и, наконец, из-за неправильного выбора измеряемых величин.

Субъективные систематические погрешности являются следствием индивидуальных качеств человека, обусловленных особенностями его органов чувств или приобретенными неверными навыками измерений.

Необходимо стремиться к тому, чтобы исключить влияние систематических погрешностей, что может быть достигнуто рациональной схемой конструкции прибора.

Случайной называют составляющую погрешности измерений, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Заранее случайную погрешность оценить нельзя.

При проведении с одинаковой тщательностью и в одинаковых условиях повторных измерении одной и той же постоянной, не изменяющейся величины мы получаем результаты измерений - некоторые из них отличаются друг от друга, а некоторые совпадают.

Такие расхождения в результатах измерений говорят о наличии в них случайных составляющих погрешности.

Источниками случайных погрешностей измерений приборов и контрольно-измерительных приспособлений являются:

- неточность совмещения измерительных баз проверяемых деталей с рабочими поверхностями установочных и установочно-зажимных узлов;

- колебание сил механизмов, зажимающих деталей;

- колебание сил при измерении, создаваемых индикаторами и дополнительными пружинами в передачах (неравномерность измерительного усилия):

- погрешность форм и взаимного расположения поверхностей эталона (биение, непараллельность плоских поверхностей, конусность, овальность);

- нарушение устойчивости первичной настройки (сбой первичной настройки) СИ;

- погрешность чтения отсчета;

- погрешности, связанные с колебанием температуры деталей, эталона, прибора и окружающей среды в цеховых условиях;

- износ деталей прибора: причем не только измерительных наконечников, пяток, губок и др., но и деталей механических схем приборов (рычагов, зубчатых колес, осей, посадочных поверхностей и т.п.).

Случайная погрешность возникает при одновременном воздействии многих источников, каждый из которых сам по себе оказывает незаметное влияние на результат измерений, но суммарное воздействие всех источников может оказаться достаточно сильным.

Грубые погрешности и промахи возникают из-за ошибок или не правильных действий оператора, а также при кратковременных резких изменениях условий проведения измерений.

Главными причинами появления промахов являются случайные удары измеряемой детали при установке, случайные внешние толчки, неправильный отсчет по шкале измерительного прибора, неудовлетворительная работа (заедание) пружины в прямой или рычажной передаче и т.д.

Если грубые погрешности и промахи обнаруживают в процессе измерений, то результаты, содержащие их, отбрасывают. Однако чаще всего их выявляют только при окончательной обработке результатов измерений с помощью специальных критериев оценки грубых погрешностей.