Меню

Метрология измерение геометрических величин



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.

Читайте также:  Методы измерения метрической резьбы

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

Раздел 1 Геометрические измерения (теория)

Геометрические измерения или ещё в практическом применении – линейно – угловые измерения, в зависимости от количества выявленных размеров, по методам и средствам измерений разделяются на:

Дифференцированными (поэлементными) называются измерения, при которых у измеряемого объекта измерения (детали какой-либо машины) сложной формы каждый составляющий элемент или параметр называется отдельно и результаты наблюдения каждого параметра рассчитываются также отдельно. Так, при измерении параметров резьбы детали отдельно измеряют наружный, внутренний, средний диаметры, шаг и половину угла профиля резьбы. Дифференцированные измерения наиболее часто применяются при технологическом контроле, так как позволяют выявить отклонения отдельных элементов, которые вышли за пределы допускаемых значений, и установить, какой параметр технологического процесса оказывает доминирующее влияние на погрешность параметра при изготовлении и обеспечении размеров отдельных элементов конструкции детали.

Комплексныминазываются измерения, при которых оцениваются свойства, близкие к эксплуатационным. Такие измерения удобны для приемочного контроля.

Контактными называются такие измерения, при которых обеспечивается механический контакт средства измерения (СИ) и измеряемого объекта измерения (детали).

УниверсальнымиСИ называются такие СИ, которые при пользовании им в определенном диапазоне, вне зависимости от конфигурации измеряемого объекта измерения (ОИ), позволяют обеспечить необходимую точность измерения.

Средства измерения (приборы) специального назначения называются СИ, предназначенные для измерения ОИ по определенным параметрам (СИ для измерения резьбы, кулачков, зубчатых колес, шероховатости и др.).

Система мер длины – основная единица длины в современной Международной системе единиц (SI) метр.

Метр– длина пути, проходимая светом в вакууме за интервал времени 1/299 799 458 секунды.(17-я ГКМВ, 1983 г., Резолюция 1). Определение метра, принятое в 1960 г. и основанное на переходе между уровнями 2Р10 – 2d5 атома КРИПТОНА – 86, отменено и осталось предметом истории метрологии.

Единицы физических (измеримых) величин, применяемые в отечественной и зарубежной практике, т. е. единицы измерения длины в других единицах длины:

1 мк (микрон – устаревший термин) = 1 микрометр (мкм) = 10 -6 м = 10-3 мм.

1 нм (милимикрон – устаревший термин) = 1 нанометр = 10 -9 м = 10-6 мм.

1 А (ангстрем – действовавший термин до 01.01. 1980 г.) = 10 -10 м = 10-8 см.

1м. Миля (морская миля, в морской навигации – пока действующий термин до срока, который будет впоследствии установлен) = 1852 м (точно); — единицы измерения длины в старых русских мерах:

Читайте также:  Динамика формулы единицы измерения

1 линия = 2,54 мм; 1 дюйм = 10 линиям = 25,4 мм; 1 вершок = 4,44 см;

1 фут = 12 дюймам = 30,48 см; 1 аршин = 16 вершкам = 28 дюймам = 71,1 см;

1 сажень = 3 аршинам = 7 футам = 2,13 м; 1 верста = 500 саженям = 1,067 км.

Все остальные сведения можно получить из специальных учебников теоретической метрологии и курса «Методы и средства измерений, испытаний и контроля», а также из методических указаний по конкретным лабораторным работам.

Лабораторные работы №№ 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 выполняются на лабораторной установке «Методы измерения линейных величин МСИ 1».

Установка лабораторная «Методы измерения линейных величин МСИ 1» (далее — установка) предназначена для проведения лаборатор­ных практикумов по курсу «Методы и средства измерений, испытаний и контроля» в учебных заведениях от среднего профессионального образова­ния до ВУЗов. Установка обеспечивает возможность изучения средств и методов измерения линейных величин. Установка входит в состав типового комплекта оборудования для ла­боратории «Методы и средства измерений, испытаний и контроля». Установка должна быть выполнена в климатическом исполнении УХЛ 4.2 ГОСТ 15150 – 69.

Основные технические данные:

— габаритные размеры установки, мм, не более

— габаритные размеры образцов деталей, мм, не более:

— габаритные размеры укладочного ящика, мм, не более

— материал изготавливаемых образцов деталей сталь

— количество образцов, шт. 5

— масса установки, кг, не более 15

— масса каждого образца, кг, не более 0,5

— масса укладочного ящика, кг, не более 0,5

— диапазон измерений средств измерения, мм

— индикатора часового типа ИЧ-10 0-10

— линейки измерительной 0-150

— микрометра типа МК 0-25

— микрометра зубомерного типа МЗ 0-25

— штангенциркуля типа ШЦ1 0-150

— штангенглубиномера типа ШГ 0-200

— цена деления отсчетного устройства средств измерения, мм
а) индикатора часового типа ИЧ-10 0,01
б) линейки измерительной 1
в) микрометра типа МК 0,001

г) микрометра зубомерного типа МЗ 0,002

д) штангенциркуля типа ШЦ1 0,1

е) штангенглубиномера типа ШГ 0,02

— предельные погрешности средств измерения, мкм
а) индикатора часового типа ИЧ-10 5
б) линейки измерительной 100
в) микрометра типа МК 3
г)микрометра зубомерного типа МЗ 5
д) штангенциркуля типа ШЦ 1 10
е) штангенглубиномера типа ШГ 4

— время подготовки установки к работе, мин, не более 5

Комплект поставки установки лабораторной «Методы измерения линейных величин МСИ 1» приведен в таблице 3.

Таблица 3 – Комплект лабораторной установки

Наименование и условное обозначение изделия Количество Примечание
Установка лабораторная «методы измерения линейных величин МСИ 1», в том числе:
Образец № 1 (плоская деталь) 1 шт.
Образец № 2 (плоская деталь) 1 шт.
Образец № 3 (круглая деталь) 1 шт.
Образец № 4 (зубчатое колесо) 1 шт.
Образец № 5 (втулка резьбовая) 1 шт.
Ящик укладочный 1 шт.
Стандартные измерительные средства:
Индикатор часового типа ИЧ — 10 кл. 0 ГОСТ 577-68 1 шт.
Линейка измерительная металлическая 150 мм ГОСТ 427-75 1 шт.
Микрометр гладкий МК-25 кл.2 ГОСТ 6507-90 1 шт.
Микрометр зубомерный тип М3-25 кл.2 ГОСТ 6507-90 1 шт.
Набор щупов № 3 (70 мм) ГОСТ 882-75 1 шт.
Набор резьбовых шаблонов М 60 ГОСТ 519-77 1 шт.
Плита поверочная 250×250 чугун м/о кл. 1 ГОСТ 10905-86 1 шт.
Призма поверочная 35×35×30 кл. 2 1 шт.
Шаблон радиусный № 1 1 шт.
Штатив для измерительных головок ШМ (WCE-6C) с маг. осн. 1 шт.
Штангенциркуль тип ШЦ-1-150-0,1 кл. 2 ГОСТ 166-89 1 шт.
Штангенглубиномер ШГ-160 ГОСТ 162-90 1 шт.
Паспорт на Лаб.Установку МСИ 1 1 экз.

Внешний вид установки представлен на рисунке 1

1 — поверочная плита; 2 — штатив с магнитным основанием; 3 — индикатор часового типа ИЧ — 10; 4 — призма поверочная, устройство базирования для цилиндрических образцов; 5 — набор образцов измерения.

Рисунок 1 – Внешний вид установки МСИ 1.

Образцы № 1, 2, 3 могут быть применены в ЛР № 1 «Измерения индикаторной скобой», в ЛР № 7, 8 «Измерение штангенинструментом», «Измерение с помощью штангенциркуля ШЦ-1-150-0,1». Образец № 4 «зубчатое колесо» может быть применён для ЛР № 3 и № 4 «Измерение зубчатого колеса» и «Измерение параметров зубчатого колеса штангензубомером». Образец № 5 может быть применён для ЛР № 6 «Средства контактного измерения среднего диаметра резьбы». К этой работе необходим образец с наружной резьбой по параметрам втулки резьбовой.

Читайте также:  Аппарат для измерения нагрузки

Лабораторная работа № 2 «Измерение углов угломером типа УН» может быть выполнена на лабораторной установке «Методы измерения угловых величин МСИ 5».

Установка лабораторная «Методы измерения угловых величин МСИ 5» (далее — установка) предназначена для проведения лаборатор­ных практикумов по курсу «Методы и средства измерений, испытаний и контроля» в учебных заведениях среднего профессионального образова­ния.

Установка обеспечивает возможность изучения средств и методов измерения угловых величин.

Установка входит в состав типового комплекта оборудования для ла­боратории «Методы и средства измерений, испытаний и контроля».

Установка должна быть выполнена в климатическом исполнении УХЛ 4.2 ГОСТ 15150 – 69.

Основные технические требования:

— габаритные размеры установки, мм, не более

2.2 Габаритные размеры образцов деталей, мм, не более:

2.3 Габаритные размеры укладочного ящика, мм, не более

2.4 Материал изготавливаемых образцов деталей сталь

2.5 Количество образцов, шт. 4

2.6 Масса установки, кг, не более 15

2.7 Масса каждого образца, кг, не более 0,5

2.8 Масса укладочного ящика, кг, не более 0,5

2.9 Диапазон измерений средств измерения:

глубиномера индикаторного ГИ 100М, мм 0-100

линейки измерительной, мм 0-150

нутромера индикаторного НИ-50, мм 18-50

угломера 4УМ, град 0-180

штангенциркуля ШЦ 150, мм 0-150

2.10 Цена деления отсчетного устройства средств измерения:
глубиномера индикаторного ГИ 100М, мм 0,01
линейки измерительной, мм 1
нутромера индикаторного НИ-50, мм 0,01
угломера 4УМ, град 1
штангенциркуля ШЦ 150, мм 1

2.11 Предельные погрешности средств измерения, мкм

глубиномера индикаторного ГИ 100М 0,01

линейки измерительной 100

нутромера индикаторного НИ-50 12

штангенциркуля ШЦ 150 10

2.12 Установка обеспечивает возможность измерения угловых
величин образцов различными средствами измерений.

2.13 Средний срок службы до списания, лет, не менее 5

2.14 Время подготовки установки к работе, мин, не более 5

Таблица 2 – Комплект поставки лабораторной установки МСИ 5

Наименование и условное обозначение изделий в установке Количество Примечание
Установка лабораторная «Методы измерения угловых величин МСИ 5», в том числе:
Образец измерения — Конус № 1 1 шт.
Образец измерения — Конус № 2 1 шт.
Образец измерения — Уголок № 1 1 шт.
Образец измерения — Уголок № 2 1 шт.
Продолжение таблицы 2
Ящик укладочный для упаковки образцов 1 шт.
Стандартные измерительные средства:
Глубиномер индикаторный тип ГИ 100М ГОСТ 7661-67 1 шт.
Линейка измерительная металлическая 150 мм ГОСТ 427-75 1 шт.
Линейка синусная 100 мод. ЛС 143 ГОСТ 4046-80 1 шт.
Набор концевых мер ПКМД № 2 кл. 2 ГОСТ 9038-90 1 компл.
Нутромер индикаторный тип НИ — 50 ГОСТ 868-82 1 шт.
Плита поверочная 250×250 чугун м/о кл. 1 ГОСТ 10905-86 1 шт.
Штатив для измерительных головок тип ШМ (WCE-6C) с магнитным основанием 1 шт.
Штангенциркуль ШЦ-1-150-0,1 кл. 2 ГОСТ 166-89 1 шт.
Угломер с нониусом 4УМ ГОСТ 5378-88 1 шт.
Паспорт на установку МСИ 5 1 экз.

4 Устройство и принцип работы установки МСИ 5

Внешний вид установки представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 Внешний вид установки МСИ 5

1 — Поверочная плита, измерительная плита, выставляется по уровню строго горизонтально, уровень плоскости плиты от пола должен быть на высоте 750 мм от пола; 2 — Штатив с магнитным основанием; 3 — Индикатор часового типа ИЧ — 10 (входит в комплект нутромера индикаторного НИ — 50; 4 — Устройство базирования для установки измеряемых образцов. В качестве этого устройства применена стандартная линейка синусная ЛС 143; 5 — Набор образцов измерения, укладывающихся в упаковочный ящик.

Лабораторных работ по измерению углов в настоящем сборнике лабораторного практикума всего только одна ЛР № 2, этого конечно недостаточно, но со временем их разработки будут прибавляться.

Для угломеров по ГОСТ 5378 – 88 типы 1 и 4 (рисунок 3, 4) обязательно применима мягкая упаковка (бархатная подстилающая пластина).

1 — основание; 2 — нониус, 3 – стопор; 4 – линейка; 5 -зажим; 6 — угольник;

А — измерительные поверхности Тип 1

1 — основание; 2 — нониус; 3 — стопор; 4 — линейка; 5 — зажим;

6 — угольник; 7 — сектор; А — измерительные поверхности. Тип 2

Рисунок 3 Схемы угломеров типа 1 – 2 по ГОСТ 5378 – 88

1 — основание; 2 — нониус; 3 — стопор; 4-линейка; 5 – зажим; 6 — вспомогатель­ная линейка; А — измерительные поверхности. Тип 3

1 — основание: 2 — нониус; 3 — стопор;

А — измерительные поверхности. Тип 4

Рисунок 4 — Схема угломера типа 3-4 по ГОСТ 5378 — 88

Источник