Измерение механических величин метрология

Метрология

Измеряемые величины, виды и области измерений

Основные метрологические понятия

Измерение — это совокупность операций по сопоставлению измеряемой величины с другой однородной величиной, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве измерений либо эталоне .
Иными словами измерение — это совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений (либо сравнения с эталоном — мерой) с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.
Различают прямые измерения (например, измерение длины проградуированной линейкой, весами, секундомером) и косвенные измерения , основанные на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами.

Измерение геометрических параметров деталей машин (размеров и углов) основано на практическом приложении положений метрологии — учении о единицах, мерах и методах измерений.

Основными проблемами, которыми занимается метрология, являются:

• Установление единиц измерений и воспроизведение их в виде эталонов.
• Разработка методов измерений.
• Анализ точности методов измерений, исследование и устранение причин, вызывающих погрешности измерений.

На производстве чаще приходится встречаться не с измерениями, а с контролем.
Контролем называется определение соответствия деталей техническим условиям и заданному размеру, допуску и отклонениям формы, как правило, без определения точных числовых значений размера (например, контроль калибрами) .
Термин контроль применим к контрольно-сортировочным автоматам и контрольным приспособлениям, разделяющим детали на годные и брак без определения размера каждой детали, а также к приборам активного контроля, останавливающим обработку детали, когда ее размер находится в поле допуска.

Понятие о размере

Различают следующие основные понятия размера:

Номинальное значение размера — основной размер, определенный исходя из функционального назначения детали или соединения деталей и служащий началом отсчета отклонений.
Номинальный размер указывается на чертеже.
Номинальные размеры желательно выбирать по ГОСТ 6636-69.

Истинным значением размера называется значение размера, свободное от погрешностей измерений. Истинное значение размера неизвестно и его нельзя определить, так как все средства измерений имеют погрешности, некоторые из которых нельзя учесть и компенсировать.

Действительное значение размера — это значение, полученное в результате измерения с допускаемой погрешностью. Точное значение размера — это значение, полученное с наивысшей практически достижимой точностью — метрологической точностью.

Погрешностью (ошибкой) измерения называется разность между полученным при измерении значением размера и его истинным значением. Так как истинное значение измеряемой величины неизвестно, то оно заменяется ее точным или действительным значением.
Погрешность прибора может быть также выражена в долях или процентах значения измеряемой величины. В этом случае она называется относительной погрешностью.

Поправка — это величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию прибора, чтобы получить действительное значение измеряемого размера. Численно поправка равна погрешности, взятой с обратным знаком.

Меры и измерительные приборы всегда имеют погрешности, которые изменяются с течением времени в результате износа или старения измерительных средств. Поэтому меры и приборы должны периодически калиброваться.

Калибровкой (сличением) называется процесс определения действительного отклонений показаний прибора или инструмента от заданного значения и соответствия мер и измерительных приборов техническим требованиям.
Калибровка производится посредством образцовых измерительных приборов или мер. Результаты калибровки могут быть использованы для компенсации систематических погрешностей приборов и инструментов.
Калибровку производят изготовители приборов и инструментов, лаборатории, производственные предприятия. Компенсация систематических погрешностей широко применяется при калибровке электронных (индуктивных, инкрементных) измерительных приборов.

Аналогичные калибровке операции, производимые государственными метрологическими органами или сертифицированными метрологическими центрами, называются поверкой .
При калибровке индуктивных микропроцессорных приборов с цифровым отсчетом определяют точное значение заданного числа точек цифровой шкалы. Этот процесс называется градуировкой (линеаризацией) .
Градуировке подвергаются преимущественно электронные приборы, имеющие регулируемое передаточное отношение и нелинейные характеристики преобразователей.

Современные сложные оптико-механические приборы — интерферометры, микроскопы и координатно-измерительные машины — периодически требуют квалифицированного обслуживания специалистами с целью устранения появляющихся дефектов.
Процесс выявления дефектов, их устранения, регулировка и калибровка (аттестация) исправленного прибора называется юстировкой .

Измеряемые величины

Измерения являются инструментом познания объектов и явлений окружающего мира. В связи с этим метрология относится к науке, занимающейся теорией познания — гноссиологии.
Объектами измерений являются физические и нефизические величины (в экономике, медицине, информатике, управлении качеством и пр.) .

Вся современная физика может быть построена на семи основных величинах, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. К ним относятся: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая темᴨература, количество вещества и сила света. С помощью этих и двух дополнительных величин — плоского и телесного углов — введенных исключительно для удобства, образуется все многообразие производных физических величин и обесᴨечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

Измерения физических величин подразделяются на следующие области и виды:

1. Измерения геометрических величин:

• длин;
• отклонений формы поверхностей;
• параметров сложных поверхностей;
• углов.

2. Измерения механических величин:

• массы;
• силы;
• крутящих моментов, напряжений и деформаций;
• параметров движения;
• твердости.

3. Измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ:

• массового и объемного расхода жидкостей в трубопроводах;
• расхода газов;
• вместимости;
• параметров открытых потоков;
• уровня жидкости.

4. Измерения давлений, вакуумные измерения:

• избыточного давления;
• абсолютного давления;
• переменного давления;
• вакуума.

5. Физико-химические измерения:

• вязкости;
• плотности;
• содержаний (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах;
• влажности газов, твердых веществ;
• электрохимические измерения.

6. Теплофизические и температурные измерения:

• температуры;
• теплофизических величин.

7. Измерения времени и частоты:

• методы и средства воспроизведения и хранения единиц и шкал времени и частоты;
• измерения интервалов времени;
• измерения частоты периодических процессов;
• методы и средства передачи размеров единиц времени и частоты.

8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе:

• силы тока, количества электричества, электродвижущей силы, напряжения, мощности и энергии, угла сдвига фаз;
• электрического сопротивления, проводимости, емкости, индуктивности и добротности электрических цепей;
• параметров магнитных полей;
• магнитных характеристик материалов.

9. Радиоэлектронные измерения:

• интенсивности сигналов;
• параметров формы и спектра сигналов;
• параметров трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными;
• свойств веществ и материалов радиотехническими методами;
• антенные.

10. Измерения акустических величин:

• акустические — в воздушной среде и в газах;
• акустические — в водной среде;
• акустические — в твердых телах;
• аудиометрия и измерения уровня шума.

11. Оптические и оптико-физические измерения:

• световые, измерения оптических свойств материалов в видимой области спектра;
• энергетических параметров некогерентного оптического излучения;
• энергетических параметров пространственного распределения энергии и мощности непрерывного и импульсного лазерного и квазимонохроматического излучения;
• спектральных, частотных характеристик, поляризации лазерного излучения;
• параметров оптических элементов, оптических характеристик материалов;
• характеристик фотоматериалов и оптической плотности.

12. Измерения ионизирующих излучений и ядерных констант:

• дозиметрических характеристик ионизирующих излучений;
• спектральных характеристик ионизирующих излучений;
• активности радионуклидов;
• радиометрических характеристик ионизирующих излучений.

Источник

Средства измерений механических величин

Средства измерений механических величин широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, транспорта, при совершении торговых и учётных операций.

Череповецкий филиал ФБУ «Вологодский ЦСМ» осуществляет поверку следующих средств измерений:

массы:

• компараторы массы;
• весы и гири, применяемые в здравоохранении, ветеринарии, охране окружающей среды, обеспечении безопасности труда, торговли и товарообменных операций, выполнении работ по расфасовке товаров;
• весы крановые;
• весы автомобильные;
• весы железнодорожные;
• дозаторы.

силы и твердости:

• динамометры рабочие до 10 т. с.;
• копры маятниковые;
• машины испытательные;
• пресса гидравлические до 300 т. с.;
• приборы твёрдости.

движения:

• спидометры механические и электрические;
• скоростемеры локомотивные;
• тахографы.

средства измерений системы автосервиса:

• стенды проверки эфективности тормозных систем;
• стенды и станки балансировочные;
• стенды для контроля и регулировки углов установки колёс автомобилей;
• люфтомеры;
• приборы для проверки регулировки света фар.

Заместитель начальника отдела метрологии: Костин Вадим Леонидович
Телефон: (8202) 26-34-48, добавочный 1
E-mail: meh@csm35.ru

Заместитель начальника отдела метрологии: Железнякова Светлана Викторовна
Телефон: (8202) 26-64-09, добавочный 2
E-mail: teplo@csm35.ru

Источник

Московский государственный университет печати

Козлов М.Г.

Метрология и стандартизация

Учебник

Козлов М.Г. Метрология и стандартизация
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление
Указатели
именной указатель
предметный указатель
указатель иллюстраций

В технологических линейных измерениях наиболее часто востребованными являются следующие:

а) Толщины листовых материалов;

б) Толщины пленок (краска, влага, металл);

в) Глубина травления и гравирования;

г) Шероховатости поверхности;

з) Уровня жидкостей.

Традиционные измерения перемещений представляют собой хорошо известные линейки, нониусы и микрометрические винты. Линейки изготавливаются либо в виде жесткой конструкции, либо в виде гибкой ленты (рулетки). Измерения проводятся непосредственным сравнением размера предмета с делениями шкалы линейки. Нониус представляет собой дополнительную шкалу, нанесенную на подвижную каретку, перемещающуюся свободно вдоль линейки. Шкалы нониуса нанесены таким образом, что девять делений линейки разделены на десять равных частей (рис. 5.1)

Если проводить измерения так, как показано на рис. 5.1, то имеется возможность определить размеры с точностью до 1/10 доли деления основной линейки. Для этого достаточно определить, какое деление нониуса совпадаете целым делением основной шкалы. Если, например, с делением основной шкалы совпадает первое деление нониуса, то это означает, что измеряемая длина на 1/10 часть деления основной шкалы больше того значения, у которого располагается нулевое деление нониуса. Если совпадает второе деление, то размер на 2/10 больше, и т. д.

Чаще всего используется так называемый прямой нониус, у которого цены деления на 1/10 часть меньше цены деления основной шкалы. Иногда применяют обратный нониус, у которого цена деления на 1/10 больше цены деления основной шкалы, т. е. 11 делений делятся на 10 частей. Пользоваться им следует также, как и прямым нониусом, т. е. целую часть измеряемой величины считывать с меньшего значения основной шкалы, между которыми остановился нуль нониуса, а десятые доли определять по совпадению деления шкалы нониуса с делением основной шкалы.

В некоторых измерительных инструментах, чаще всего в угломерных, применяется круговой нониус. Принципиально он ничем не отличается от линейного нониуса, только деления на нем нанесены на небольшую дуговую линейку ( алиаду), свободно перемещающуюся вдоль основной шкалы ( лимба).

Микрометрический винт дает возможность отсчитывать более мелкие доли деления основной шкалы, чем нониус. Микрометрический винт представляет собой тщательно изготовленный винт с шагом в 0,5 или в 1,0 мм. Головка винта представляет собой лимб, или барабан с делениями, позволяющий производить отчеты либо 1/50, либо 1/100 оборота. Таким образом, зажимая объект измерений между упорами микрометрического винта, можно измерить размеры объекта с точностью до 1/100 мм и выше, если принять во внимание возможность оценки доли деления.

Нониусом оснащены широко применяемые в измерительной практике инструменты, называемые штангенциркулями (рис. 5.2).

Микрометры изготавливают в виде скобы с цифрами, один из которых перемещается микрометрическим винтом (рис. 5.3).

Измерительные устройства для линейных измерений на какой-либо поверхности делают в виде индикаторных устройств, т. е. подвижных штоков с зубчатым колесом. Так сделаны глубиномеры, толщиномеры, ростомеры. Шток как бы «ощупывает» поверхность и, передавая перемещение зубчатому колесу, регистрирует профиль поверхности.

Толщину листовых материалов измеряют также по поглощению светового или (β-γ активного излучения. Иногда для измерения толщин используют емкостные или индуктивные датчики.

Толщины пленок измеряют оптическими методами по отражению или поглощению света.

Большое число измерений ведется лупами или измерительными микроскопами. Принцип измерения состоит в измерении координаты какой-либо точки, путем визирования ее в микроскоп. Длину объекта находят по разности отсчета крайних точек объекта. Небольшие перемещения можно измерить окуляр-микрометром — окуляром, снабженным визирной сеткой, расположенной в фокусе окуляра. Визирная сетка может перемещаться в поле зрения окуляра микрометрическим винтом (рис. 5.4).

Перемещая сетку винтом, наводят риски на крайние точки объекта, и размеры определяют как разность отсчетов.

Повысить точность измерения длин можно путем компарирования (сравнения) длин объекта и стандартной шкалы. Если эта шкала выполнена в виде линейки, то компарируются отсчеты по этой линейке. Для повышения точности в длинномерах — компараторах (например в приборе ИЗА-2) отсчет производится с использованием линейки, нониуса и микрометрического винта. Производится это следующим образом: в один из микроскопов визируется точка объекта, координаты которой нужно определить. В другой микроскоп — измерительный — визируются деления шкалы, нанесенной на стекло. Измерительный микроскоп позволяет (рис. 5.5) визировать по крайней мере два деления на стеклянной шкале. Отсчет снимается с линейки, нониуса и микрометрического винта.

В современных компараторах длин измерения проводятся сравнением размеров объекта с размером измерительной дифракционной решетки. Принцип работы такого отсчетного устройства иллюстрируется рис. 5.6.

Измерительная решетка представляет собой пару решеток, одна из которых может быть отражательной. За прозрачной решеткой располагается источник света и фоторегистрирующее устройство, например фотодиод. Перемещая одну из решеток, нужно регистрировать число проходящих в фокусе объектива максимумов или минимумов. Сравнивая это число для крайних точек объекта, легко найти его размеры, если известен шаг решетки.

Измерительные решетки в настоящее время вытесняют визуальные компараторы. Причин этому можно назвать несколько. Самая главная — процесс измерения легко автоматизировать, т. е. нет нужды пользоваться зрительной трубой, что для массовых измерений утомительно. Вторая причина — высокая точность измерения, определяемая только периодом решетки. При этом высокая точность получается как для малых перемещений, так и для больших (порядка 1 м и более). Еще одна привлекательная черта измерительных решеток — возможность создания реверсивных механизмов и подключения компьютеров.

Измерительные решетки в линейных измерениях используются как универсальные меры, т. е. носители размера физической величины. Большинство мер в линейных измерениях подразделяются на штриховые и концевые меры. Штриховые меры — это отрезки длины между какими-либо штрихами на линейках, нониусах и микрометрических винтах. В отличие от них концевые меры — это стержни, плитки, щупы, скобы точно известного размера. Существуют также концевые меры различных классов точности — от плиток Иогансона, служащих для поверки микрометров, до грубых щупов, широко используемых в машиностроении и в общей технике.

Шероховатость — совокупность неровностей поверхности с малым шагом и амплитудами. При небольших выступах и впадинах (до 10-20 мкм), а также при плавных переходах неровностей характеристикой шероховатости является средняя арифметическая величина неровностей на некоторой базовой длине L:

»/> (5.1)

Отсчет ведется от некоторой базовой линии, имеющей форму номинального профиля, проведенного так, что среднее квадратическое отклонение профиля от этой линии минимально (рис. 5.7).

При больших шероховатостях и в особенности при наличии явно выраженных бугров и впадин шероховатость характеризуют параметром R^, который является суммой модулей размеров пяти наибольших бугров и пяти наибольших впадин на базовой длине L, т. е.

»/> (5.2)

Опыт показывает, что обычно справедливо равенство:

»/> (5.3)

В зависимости от вида обработки задается чистота поверхности или квалитет. Регламентируются параметры RR_a, RR_z и число базовых длин m, необходимых для набора статистики. Основные виды обработки и их параметры даны в табл. 5.1.

Размеры шероховатости (мкм)
для поверхностей различного вида обработки

Вид обработки	Класс частоты	Rа, мкм	Базовая длина L, мм	Число базовых длин
Точение	4 5	6,3 3,2	2,5 2,5	2 2
Шлифовка	6 7 8	1,6 0,8 0,4	0,8 0,8 0,8	3 3 4
Полировка	9 10 11 12	0,2 0,1 0,05 0,025	0,25 0,25 0,25 0,25	6 6 7 7
Доводка	13 14	0,012 0,006	0,08 0,08	8 10

Шероховатость измеряется визуальным неконтактным профилометром — микроскопом Линника. В этом приборе шероховатая поверхность освещается под углом 45° через объектив микроскопа пучком света, имеющем вид узкой щели. Если объект имеет неровности в виде ступенек или шероховатостей, то изображение краев щели будет неровным. Принцип регистрации поясняется рис. 5.8.

Наблюдаемое в окуляр смещение изображения будет равно размеру неровности, умноженному на увеличение микроскопа и на косинус угла наблюдения, равного 1,41 для угла в 45°, т. е.

»/> (5.4)

Если b — расстояние между максимумами впадин и бугров измерено в микрометрах, то значение h сразу дает величину RR_z (см. рис. 5.9).

Кроме визуальных методов измерения шероховатости последнюю можно измерять ощупыванием щупом, по рассеянию светового пучка, измерением сопротивления воздуха, вытекающего из сопла, закрытого шероховатой поверхностью.

© Центр дистанционного образования МГУП

Источник