Метрология - наука о измерениях

Московский Авиационный Институт

(Технический университет)

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

"Метрология тАФ наука о измерениях"

Разработал: Павлюк Денис

Проверил: Профессор Мышелов Е.П.

Москва,1999г.

Содержание:

1. Введение в метрологию

2. Средства измерения

3. Методы измерений. Виды контроля.

4. Основные метрологические показатели средств измерения.

5. Государственная система обеспечения средств измерений.

6. Меры длинны и угловые меры.

7. Измерительные средства

7.1 Универсальные измерительные инструменты и приборы.

Введение в метрологию.

Технический прогресс, совершенствование технологических процессов, производство точных, надежных и долговечных машин и приборов, повышение качества продукции, обеспечение взаимозаменяемости и коопеВнрирования производства невозможны без развития метрологии и постоВнянного совершенствования техники измерений.

Метрология - наука об измерениях физических величин, методах и средствах обеспечения их единства. Основные проблемы метрологии: разВнвитие общей теории измерений; установление единиц физических величин и их системы; разработка методов и средств измерений, а также методов определения точности измерений; обеспечение единства измерений, единоВнобразия средств и требуемой точности измерения; установление эталонов и образцовых средств измерений; разработка методов передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средВнствам измерений и др. Важнейшая роль в решении указанных проблем отводится государственной метрологической службе, имеющей научно-исследовательские институты и разветвленную сеть лаборатории государВнственного надзора и других организаций. Большую роль в развитии метрологии сыграл Д. И. Менделеев, который руководил метрологической службой в России в период 1892тАФ1907 гг.

Под измерением понимают нахождение значений физической величины опытным путем с помощью специально для этого предназначенных техниВнческих средств.

Основное уравнение измерения имеет вид Q = qU, где Q тАФ значение физической величины, q тАФ числовое значение физической величины в принятых единицах, U тАФ единица физической величины.

Единица физической величины тАФ физическая величина фиксированного размера, принятая по согласованию в качестве основы для количественВнного оценивания физических величин той же природы.

Измерения производят как с целью установления действительных разВнмеров изделий и соответствия их требованиям чертежа, так и для проверки точности технологической системы и подналадки ее для предупреждения появления брака.

Вместо определения числового значения величины для упрощения часто проверяют, находится ли действительное значение этой величины (например, размер детали) в установленных пределах. Процесс получения и обработки информации об объекте (параметрах детали, механизма, процесса и т. д.) с целью определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект, называется контролем. При контроле деталей проверяют соответствие действительных значений геометрических, механических, электрических и других параметров допустимым значениям этих параметров.

Для унификации единиц физических величин в международном масштабе создана Международная система единиц СИ.

Средства измерения.

Технические средства, имеющие нормированные метрологические свойВнства называются средствами измерения. К ним относятся следующие:

Эталоны единиц физических величин тАФ средства измерений или компВнлексы средств измерений, официально утвержденные эталонами для восВнпроизведения единиц физических величин с наивысшей достижимой точВнностью, и их хранения (например, комплекс средств измерений для воспроВнизведения метра через длину световой волны). Примером точности этаВнлонов может служить государственный эталон времени, погрешность которого за 30 тыс. лет не будет превышать 1 с.

Меры тАФ средства измерений, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. К мерам относятся плоскоВнпараллельные концевые меры длины, гири, конденсаторы постоянной емкости и т. п.

Образцовые средства измерений тАФ это меры, измерительные приборы

или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых. Они служат для контроля нижестоящих по поверочной схеме измерительных средств, в то же время их периодически поверяют по эталонам. Точность образВнцовых средств измерения имеет большое значение для обеспечения единства измерений.

Рабочие средства измерений тАФ это меры, устройства или приборы, приВнменяемые для измерений, не связанных с передачей единицы физической величины (например, концевая мера длины, используемая для контроля

размеров изделии или для наладки станков).

Передача размеров единицы физической величины от эталона к рабочим средствам измерения производится в соответствии с поверочной схемой, устанавливающей средстВнва, методы и точность передачи единицы размера.

Точность указанных измерительных средств понижается в 1,6тАФ3 раза с переходом на одну ступень от более точных средств к менее точным по поверочной схеме.

Методы измерений. Виды контроля.

Измерения могут быть основаны на различных методах. Метод измеВнрения тАФ это совокупность правил и приемов использования средств измеВнрений, позволяющая решить измерительную задачу.

Различают прямые и косвенные методы измерения. При прямых измеВнрениях значение измеряемой величины находят непосредственно из опытВнных данных. Большинство измерительных средств основано на прямых измерениях, например измерение температуры термометром, диаметра вала штангенциркулем, толщины тонкой фольги на оптиметре в диапазоне показаний шкалы и т.п. При косвенных измерениях искомое значение величины находят вычислением по известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например измерение среднего диаметра резьбы методом трех проволочек.

В машиностроении при прямых измерениях в большинстве случаев измеряют отклонения длин и углов от номинального значения или от рабочей меры прибором сравнения, в качестве которого, используют индиВнкаторные головки, оптиметры, индуктивные преобразователи и т. п. Метод измерений, основанный на использовании рабочей меры и измерительного прибора сравнения, называется методом сравнения. Размер в этом случае определяют суммированием размера рабочей меры и показания прибора сравнения. Метод измерения может быть контактным, если он осущеВнствляется при непосредственном контакте детали с измерительным накоВннечником прибора, и бесконтактным, если механический контакт отсутВнствует (оптические, пневматические и другие измерения).

В зависимости от использованных физических принципов измерения существуют механические, электрические, пневматические, оптические, фотоэлектрические и другие приборы.

Существуют два вида контроля - дифференцированный и комплексный.

Дифференцированный (поэлементный) контроль характеризуется измеВнрением каждого параметра изделия в отдельности (например, контроль собственно среднего диаметра, шага и половины угла профиля резьбы).

Комплексный контроль позволяет оценивать годность деталей одноВнвременно по нескольким параметрам, например путем сравнения действиВнтельного контура контролируемой детали, определяемого полями допусков на отдельные параметры, с предельными контурами (контроль деталей сложного профиля на проекторах) и контроль предельными калибрами.

Основные метрологические показатели средств измерения.

Деление шкалы прибора - промежуток между двумя соседними отметками шкалы.

Длина (интервал) деления шкалы - расстояние между осями двух соседних отметок шкалы.

Цена деления шкалы тАФ разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы; например, 0,002 мм при длине (интерВнвале) деления шкалы прибора, равной 1 мм.

Диапазон показаний (измерений по шкале) - область значений шкалы, ограниченная ее начальным и конечным значениями; например, диапазон показаний оптиметра В±0,1 мм.

Диапазон измерений тАФ область значений измеряемой величины, в преВнделах которой нормированы допустимые погрешности средства измереВнний, например, диапазон измерения длин на проекционном вертикальном оптиметре ИКВ-3 0-200 мм.

Предел измерений тАФ наибольшее или наименьшее значения диапазона измерений.

Измерительная сила тАФ сила воздействия измерительного наконечника на измеряемую деталь в зоне контакта.

Предел допустимой погрешности средства измерения тАФ наибольшая (без учета знака) погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано годным и допущено к применению; например, пределы допустимой погрешности 100-миллиметровой концевой меры длины 1-го класса равны В±0,5 мкм.

Стабильность средства измерения тАФ свойство, отражающее постоянство во времени его метрологических показателей.

Погрешность измерения тАФ разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины.

Точность измерений тАФ характеристика качества измерений, отражающая близость к нулю погрешностей их результатов. При высокой точности погрешности всех видов минимальны.

Точность средств измерений тАФ качество средств измерений, характериВнзующее близость к нулю их погрешностей.

Воспроизводимость измерений тАФ близость результатов измерений одной и той же конкретной величины, выполняемых в различных условиях в различных местах различными методами и средствами.

Чувствительность измерительного прибора тАФ отношение изменения сигВннала на выходе измерительного средства к вызвавшему его изменению измеряемой величины. Например, при перемещении измерительного накоВннечника измерительной пружинной головки ИГП на величину цены делеВнния 0,5 мкм указатель перемещается на одно деление шкалы, равное 1 мм.

Чувствительность этого прибора равна 1000: 0,5 = 2000. Для шкальных измерительных приборов типа пружинных головок, индикаторов часового типа чувствительность численно равна передаточному отношению мехаВннизма прибора.

Поправка тАФ величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию измерительного прибора или к номинальном значению меры, чтобы исключить систематические погрешности и получить значеВнние измеряемой величины или значение меры, более близкое их истинВнным значениям.

Нормируемые метрологические характеристики стандартизованы. К ним относятся систематическая составляющая погрешности измерения, случайВнная составляющая, динамические характеристики и др. Показатели точВнности и формы представления результатов измерения должны соответВнствовать стандартам. Например, точность измерения целесообразно предВнставлять интервалом, в котором с установленной вероятностью находится суммарная погрешность измерения, отдельно интервалом систематической составляющей и т. д.

В зависимости от пределов допустимых погрешностей средств измеВнрений, а также других их свойств, влияющих на точность измерения, многим типам измерительных средств присваивают соответствующие классы точности.

Повышение точности измерительных средств достигается, в частности, сочетанием больших передаточных отношений с простотой и технологичностью конструкции, введением в конструкцию средств, предназначенных для уменьшения погрешностей, вносимых зазорами, мертвыми ходами и износом, применением устройств, предназначенных для стабилизации измерительной силы и др. соответствии с принципом Аббе : необходимо, чтобы на одной прямой линии располагали ось шкалы прибора и контролируемый размер проВнверяемой детали, т. е. линия измерения должна являться продолжением линии шкалы. Если этот принцип не выдерживается, то перекос и не параллельность направляющих измерительного прибора вызывают значительные погрешности измерения. При соблюдении принВнципа Аббе погрешностями, вызываемыми перекосами, можно пренебречь, так как они являются ошибками второго порядка малости.

Для контроля точных процессов производства и повышения качества машин и других изделий необходимо не только непрерывно повышать точность, производительность и надежность средств измерения, но и правильно применять и систематически поверять средства измерения в процессе эксплуатации. Ошибочные результаты измерения из-за неВнкачественного выполнения собственно измерений столь же часты, как и при применении неточных средств измерения. Как в том, так и в другом случае возникает необнаруженный брак, который приводит к браку на последующих этапах процесса производства или к снижению качества изделий, их точности, надежности и долговечности.

Для устранения указанных недостатков в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). ОсновВнные задачи ГСИ: установление единиц физических величин, методов и средств воспроизведения единиц, рациональной системы передачи единиц от эталонов к рабочим средствам измерений; определение номенклатуры,

так как они являются ошибками второго порядка малости.

Для контроля точных процессов производства и повышения качества машин и других изделий необходимо не только непрерывно повышать точность, производительность и надежность средств измерения, но и правильно применять и систематически поверять средства измерения в процессе эксплуатации. Ошибочные результаты измерения из-за некачественного выполнения собственно измерений столь же часты, как при применении неточных средств измерения. Как в том, так и в другом случае возникает необнаруженный брак, который приводит к браку на последующих этапах процесса производства или к снижению качества изделий, их точности, надежности и долговечности.

Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ).

Для устранения указанных недостатков в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), Основные задачи ГСИ: установление единиц физических величин, методов и средств воспроизведения единиц, рациональной системы передачи единиц

от эталонов к рабочим средствам измерений; определение номенклатуры и способов выражения метрологических показателей средств измерении.

Для обеспечения единства измерений введены обязательные испытания новых типов измерительных средств и надзор за состоянием и правильВнным использованием измерительной техники, применяемой в народном хозяйстве. Систематическая поверка приборов тАУ это одна из главных гарантий их точности. Важное значение имеют также соблюдение норВнмальных условий измерений, установленных стандартами. Особо необхоВндимо соблюдать требования к температуре объекта измерения и рабочего пространства. Например, на ВАЗе в метрологических центрах (термоВнконстантных помещениях с отдельным фундаментом) механосборочных цехов в зависимости от требуемой точности измерений поддерживают температуру в пределах 20 В± 0,15 тАУ 20 В± 0,5В°С.

Для обеспечения и наблюдения за единством измерений в систему Госстандарта СССР входят метрологические институты и сеть лаборатоВнрий государственного метрологического надзора; на большинстве завоВндов для этой цели есть отделы главного метролога и измерительные лаборатории.

В систему ГСИ включены ГОСТ 8.001-71-8.098-73, а также ГОСТ 8.050-73 на нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.

Mеры длинны и угловые меры.

Меры длины по конструктивным признакам делят на штриховые и концевые.

Штриховые меры длины используют в качестве эталонов, образцовых и рабочих штриховых мер, в виде шкал измерительных приборов, а также в инструментах, предназначенных для грубых измерений (измерительные

Плоскопараллельные концевые меры длины составляют основу современВнных линейных измерений в машиностроении. Их применяют для передачи размера от рабочего эталона единицы длины до изделия включительно, широко используют в лабораторной и цеховой практике линейных измеВнрений; применяют для установки измерительных инструментов и приборов на нуль, для проверки точности и градуирования измерительных инструВнментов и приборов, а также для особо точных разметочных работ, наладки станков и т.д.

Плоскопараллельные концевые меры длины представляют собой бруски из закаленной стали или твердого сплава, имеющие форму прямоугольВнных параллелепипедов. Две противоположные измерительные поверхности каждой концевой меры весьма точно обрабатывают путем шлифования и доводки.

Концевые меры обладают способностью притираться (сцепляться) при их надвигании одну на другую. Благодаря этой способности их можно собирать в блоки разных размеров. Притираемость и высокая точность тАФ главные свойства концевых мер, определяющие их ценность как измерительных средств. Притираемость мер объясняется их молекуВнлярным притяжением (сцеплением), когда они покрыты тончайшей пленкой смазывающей жидкости (толщина пленки не превышает 0,02 мкм, что незначительно влияет на точность размера полученного блока концевых мер).

За длину концевой меры (в любой точке) принимают длину перпенВндикуляра, опущенного из точки измерительной поверхности меры на ее противоположную измерительную поверхность. Концевые меры выпускают наборами, состоящими из 112, 83 шт. и др. Они позволяют составить блок из минимального числа мер (4-5 шт.) с дискретностью 1 мкм.

На каждой концевой мере гравируют ее номинальный размер. На мерах размером до 5,5 мм номинальный размер наносят на одной из измериВнтельных поверхностей, на мерах размером свыше 5,5 мм тАФ на боковой нерабочей поверхности.

Меры по точности изготовления делят на четыре класса: 0, 1, 2 и 3-й (ГОСТ 9038тАФ73). Для мер, находящихся в эксплуатации, предусмотрены дополнительно 4-й и 5-й классы (ГОСТ 8.166тАФ75). В зависимости от предельной погрешности аттестации размеров мер их делят на пять разрядов: с 1-го по 5-й. В аттестате указывают номинальный размер концевой меры, отклонение от номинального размера в микрометрах и разряд, к которому отнесен поверяемый набор мер. При пользовании аттестованными мерами за размер каждой из них принимают действиВнтельный размер, указанный в аттестате. В этом случае отклонения разВнмера мер не будут влиять на точность измерения независимо от их принадлежности к тому или иному классу точности. Применение мер по разрядам с учетом их действительных размеров позволяет производить более точные измерения.

Концевые меры длины можно использовать совместно с различными приспособлениями для измерения наружных и внутренних размеров, разВнметочных работ, контроля высот и др. Основными приспособлениями являются струбцины (державки) разных размеров, основания, боковики,

центры и др.

Угловые меры выполняют в виде призм; они предназначены для храВннения и передачи единицы плоского угла, для поверки и градуировки угломерных приборов и угловых шаблонов, а также для контроля углов изделий. Угловые меры выпускают в виде отдельных мер или комплектных наборов, позволяющих составить любой угол с градацией в 1⁰, 10', 30" и др. Их изготовляют трех классов точности: 0 - с преВндельной погрешностью рабочих углов от В±3" до В±5"; 1 тАФс предельной погрешностью В± 10"; 2 - с предельной погрешностью В±30". Угловые меры можно применять как отдельно, так и блоками из нескольких мер. Блоки мер крепят специальными державками.

При большой длине и ширине угловые меры можно собирать в блоки путем притирания (без применения державок). Поворачивая такие меры срезанной вершиной вниз или вверх, можно суммиВнровать или вычитать углы мер, входящих в блок. Это позволяет обхоВндиться небольшим числом мер в наборе. Выпускают также угловые меры в виде многогранных призм, предназначенных для поверки оптических делительных головок и гониометров.

Измерительные средства.

Средства измерения, применяемые в машиностроении, по назначению можно разделить на универсальные и специальные. Специальные средства предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного типа (они описаны в главах, где рассмотрен контроль типовых соединений деталей). По числу параметров, проверяемых при одной установке детали, различают одномерные и многомерные измерительВнные и контрольные средства, а по степени механизации процесса измереВнния тАФ неавтоматические (ручного действия), механизированные, полуавтоВнматические и автоматические.

Универсальные измерительные инструменты и приборы.

Измерительные инструменты. К этим инструментам относятся штангенВнциркули, предназначенные для измерения наружных и внутренних размеВнров, штангенглубиномеры, служащие для контроля глубины отверстий и пазов, штангенрейсмусы и микрометрические изВнмерительные инструменты.

В штангенинструментах применяют отсчетное приспособление в виде линейки с основной шкалой, по которой переВнмещается линейка со шкалой нониуса. Нониус позволяет отсчитывать дробные доли деления основной шкалы. Нониусы изготовляют с ценой деления 0,1 и 0,05 мм.

Нониус рассчитывают следующим образом. По заданной длине деления с основной шкалы, цене деления нонинуса i, числу у делений основной шкалы, соответствующему одному делению шкалы нониуса (модуль ноВнниуса), определяют число делений нониуса, длину деления шкалы нониуса и длину l шкалы нониуса:

Например, при i = 0,1 мм, с = 1 мм и у == 2 число делений п = 10, длина деления = 1,9 мм и длина шкалы l = 19 мм. Погрешность измерения штангенинструментом при измерении размеров от 1 до 500 мм составляет 50тАФ200 мкм.

Штангенциркули выпускают следующих трех типов: с двусторонним расположением губок для наружных и внутренних измерений и с линейкой для определения глубин (цена деления нониуса составВнляет 0,1 мм); с двусторонним расположением губок для измерения и для разметки (цена деления нониуса 0,05 или 0,1 мм); с односторонними губками для наружных и внутренних измерений с ценой деления нониуса 0,05 или 0,1 мм.

Штангенрейсмусы предназначены для разметочных работ и определения высоты деталей. В мировой практике для определения высот известно применение прибора с цифровым отсчетом показаний (с ценой деления 0,05 и 0,01 мм). На штанге такого прибора нарезана зубчатая рейка, по которой перемещается зубчатое колесо ротационного фотоэлектрического счетчика импульсов, закрепленного на рамке, связанной с измерительной губкой. Величина перемещения (высота) фиксируется счетВнчиком с цифровым отсчетным устройством.

Микрометрические измерительные инструменты основаны на использоВнвании винтовой пары (винт тАФ гайка), которая преобразовывает вращательное движение микровинта в поступательное. Цена деления таких инструВнментов - 0,01 мм. Микрометрические пары используют в конструкциях многих измерительных приборов.

Механические измерительные приборы. К ним относятся приборы с зубчатой передачей тАУ индикаторы часового типа.

Оптико-механические приборы. В одних приборах этого типа (измерительных микроскопах, проекторах, длинометрах) повышение точности отсчета и точности измерений достигается благодаря значительному оптическому увеличению измеряемых объектов; в других (оптиметрах, ультраоптиметрах) тАФ сочетанием механических передаточных механизмов с оптическим автоколлимационным устройством. Все эти приборы широко применяют в измерительных лабораториях и в цехах. Они могут быть контактными (оптиметры, длиномеры), так и бесконтактными ( микроскопы, проекторы) и позвляют измерять детали по одной (оптиметры, длиномеры), двум( микроскопы, проекторы) и трем (универсальные измерительные микроскопы) координатам.

Вместе с этим смотрят:

11-этажный жилой дом с мансардой

14-этажный 84-квартирный жилой дом

16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре

180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке

2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном