Меню

Составляющие погрешности измерений зависящие от условий проведения измерений



Погрешность измерений

Неотъемлемой частью любого измерения является погрешность измерений. С развитием приборостроения и методик измерений человечество стремиться снизить влияние данного явления на конечный результат измерений. Предлагаю более детально разобраться в вопросе, что же это такое погрешность измерений.

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность измерений представляет собой сумму погрешностей, каждая из которых имеет свою причину.

По форме числового выражения погрешности измерений подразделяются на абсолютные и относительные

Абсолютная погрешность – это погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины. Она определяется выражением.

(1.2), где X — результат измерения; Х — истинное значение этой величины.

Поскольку истинное значение измеряемой величины остается неизвестным, на практике пользуются лишь приближенной оценкой абсолютной погрешности измерения, определяемой выражением

(1.3), где Хд — действительное значение этой измеряемой величины, которое с погрешностью ее определения принимают за истинное значение.

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности измерения к действительному значению измеряемой величины:

(1.4)

По закономерности появления погрешности измерения подразделяются на систематические, прогрессирующие, и случайные .

Систематическая погрешность – это погрешность измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющейся при повторных измерениях одной и той же величины.

Прогрессирующая погрешность – это непредсказуемая погрешность, медленно меняющаяся во времени.

Систематические и прогрессирующие погрешности средств измерений вызываются:

  • первые — погрешностью градуировки шкалы или ее небольшим сдвигом;
  • вторые — старением элементов средства измерения.

Систематическая погрешность остается постоянной или закономерно изменяющейся при многократных измерениях одной и той же величины. Особенность систематической погрешности состоит в том, что она может быть полностью устранена введением поправок. Особенностью прогрессирующих погрешностей является то, что они могут быть скорректированы только в данный момент времени. Они требуют непрерывной коррекции.

Случайная погрешность – это погрешность измерения изменяется случайным образом. При повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности можно обнаружить только при многократных измерениях. В отличии от систематических погрешностей случайные нельзя устранить из результатов измерений.

По происхождению различают инструментальные и методические погрешности средств измерений.

Инструментальные погрешности — это погрешности, вызываемые особенностями свойств средств измерений. Они возникают вследствие недостаточно высокого качества элементов средств измерений. К данным погрешностям можно отнести изготовление и сборку элементов средств измерений; погрешности из-за трения в механизме прибора, недостаточной жесткости его элементов и деталей и др. Подчеркнем, что инструментальная погрешность индивидуальна для каждого средства измерений.

Методическая погрешность — это погрешность средства измерения, возникающая из-за несовершенства метода измерения, неточности соотношения, используемого для оценки измеряемой величины.

Погрешности средств измерений.

Абсолютная погрешность меры – это разность между номинальным ее значением и истинным (действительным) значением воспроизводимой ею величины:

(1.5), где Xн – номинальное значение меры; Хд – действительное значение меры

Абсолютная погрешность измерительного прибора – это разность между показанием прибора и истинным (действительным) значением измеряемой величины:

(1.6), где Xп – показания прибора; Хд – действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность меры или измерительного прибора – это отношение абсолютной погрешности меры или измерительного прибора к истинному

(действительному) значению воспроизводимой или измеряемой величины. Относительная погрешность меры или измерительного прибора может быть выражена в ( % ).

(1.7)

Приведенная погрешность измерительного прибора – отношение погрешности измерительного прибора к нормирующему значению. Нормирующие значение XN – это условно принятое значение, равное или верхнему пределу измерений, или диапазону измерений, или длине шкалы. Приведенная погрешность обычно выражается в ( % ).

(1.8)

Предел допускаемой погрешности средств измерений – наибольшая без учета знака погрешность средства измерений, при которой оно может быть признано и допущено к применению. Данное определение применяют к основной и дополнительной погрешности, а также к вариации показаний. Поскольку свойства средств измерений зависят от внешних условий, их погрешности также зависят от этих условий, поэтому погрешности средств измерений принято делить на основные и дополнительные .

Основная – это погрешность средства измерений, используемого в нормальных условиях, которые обычно определены в нормативно-технических документах на данное средство измерений.

Дополнительная – это изменение погрешности средства измерений вследствии отклонения влияющих величин от нормальных значений.

Погрешности средств измерений подразделяются также на статические и динамические .

Статическая – это погрешность средства измерений, используемого для измерения постоянной величины. Если измеряемая величина является функцией времени, то вследствие инерционности средств измерений возникает составляющая общей погрешности, называется динамической погрешностью средств измерений.

Также существуют систематические и случайные погрешности средств измерений они аналогичны с такими же погрешностями измерений.

Факторы влияющие на погрешность измерений.

Погрешности возникают по разным причинам: это могут быть ошибки экспериментатора или ошибки из-за применения прибора не по назначению и т.д. Существует ряд понятий которые определяют факторы влияющие на погрешность измерений

Вариация показаний прибора – это наибольшая разность показаний полученных при прямом и обратном ходе при одном и том же действительном значении измеряемой величины и неизменных внешних условиях.

Класс точности прибора – это обобщенная характеристика средств измерений (прибора), определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на точность, значение которой устанавливаются на отдельные виды средств измерений.

Классы точности прибора устанавливают при выпуске, градуируя его по образцовому прибору в нормальных условиях.

Прецизионность — показывает, как точно или отчетливо можно произвести отсчет. Она определяется, тем насколько близки друг к другу результаты двух идентичных измерений.

Разрешение прибора — это наименьшее изменение измеряемого значения, на которое прибор будет реагировать.

Диапазон прибора — определяется минимальным и максимальным значением входного сигнала, для которого он предназначен.

Полоса пропускания прибора — это разность между минимальной и максимальной частотой, для которых он предназначен.

Чувствительность прибора — определяется, как отношение выходного сигнала или показания прибора к входному сигналу или измеряемой величине.

Шумы — любой сигнал не несущий полезной информации.

Источник

Измерения

Погрешность средств измерения и результатов измерения.

Погрешности средств измерений – отклонения метрологических свойств или параметров средств измерений от номинальных, влияющие на погрешности результатов измерений (создающие так называемые инструментальные ошибки измерений).
Погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от действительного (истинного) значения измеряемой величины.

Инструментальные и методические погрешности.

Методическая погрешность обусловлена несовершенством метода измерений или упрощениями, допущенными при измерениях. Так, она возникает из-за использования приближенных формул при расчете результата или неправильной методики измерений. Выбор ошибочной методики возможен из-за несоответствия (неадекватности) измеряемой физической величины и ее модели.

Причиной методической погрешности может быть не учитываемое взаимное влияние объекта измерений и измерительных приборов или недостаточная точность такого учета. Например, методическая погрешность возникает при измерениях падения напряжения на участке цепи с помощью вольтметра, так как из-за шунтирующего действия вольтметра измеряемое напряжение уменьшается. Механизм взаимного влияния может быть изучен, а погрешности рассчитаны и учтены.

Инструментальная погрешность обусловлена несовершенством применяемых средств измерений. Причинами ее возникновения являются неточности, допущенные при изготовлении и регулировке приборов, изменение параметров элементов конструкции и схемы вследствие старения. В высокочувствительных приборах могут сильно проявляться их внутренние шумы.

Статическая и динамическая погрешности.

  • Статическая погрешность измерений – погрешность результата измерений, свойственная условиям статического измерения, то есть при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов и преобразователей.
    Статическая погрешность средства измерений возникает при измерении с его помощью постоянной величины. Если в паспорте на средства измерений указывают предельные погрешности измерений, определенные в статических условиях, то они не могут характеризовать точность его работы в динамических условиях.
  • Динамическая погрешность измерений – погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения. Динамическая погрешность появляется при измерении переменных величин и обусловлена инерционными свойствами средств измерений. Динамической погрешностью средства измерений является разность между погрешностью средсва измерений в динамических условиях и его статической погрешностью, соответствующей значению величины в данный момент времени. При разработке или проектировании средства измерений следует учитывать, что увеличение погрешности измерений и запаздывание появления выходного сигнала связаны с изменением условий.

Статические и динамические погрешности относятся к погрешностям результата измерений. В большей части приборов статическая и динамическая погрешности оказываются связаны между собой, поскольку соотношение между этими видами погрешностей зависит от характеристик прибора и характерного времени изменения величины.

Систематическая и случайная погрешности.

Систематическая погрешность измерения – составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины. Систематические погрешности являются в общем случае функцией измеряемой величины, влияющих величин (температуры, влажности, напряжения питания и пр.) и времени. В функции измеряемой величины систематические погрешности входят при поверке и аттестации образцовых приборов.

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;
  • неравномерный износ направляющих устройств для базирования измеряемых деталей;
  • износ рабочих поверхностей, деталей средства измерений, с помощью которых осуществляется контакт звеньев механизма;
  • усталостные измерения упругих свойств деталей, а также их естественное старение;
  • неисправности средства измерений.

Случайной погрешностью называют составляющие погрешности измерений, изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности определяются совместным действием ряда причин: внутренними шумами элементов электронных схем, наводками на входные цепи средств измерений, пульсацией постоянного питающего напряжения, дискретностью счета.

Погрешности адекватности и градуировки.

Погрешность градуировки средства измерений – погрешность действительного значения величины, приписанного той или иной отметке шкалы средства измерений в результате градуировки.

Погрешностью адекватности модели называют погрешность при выборе функциональной зависимости. Характерным примером может служить построение линейной зависимости по данным, которые лучше описываются степенным рядом с малыми нелинейными членами.

Погрешность адекватности относится к измерениям для проверки модели. Если зависимость параметра состояния от уровней входного фактора задана при моделировании объекта достаточно точно, то погрешность адекватности оказывается минимальной. Эта погрешность может зависеть от динамического диапазона измерений, например, если однофакторная зависимость задана при моделировании параболой, то в небольшом диапазоне она будет мало отличаться от экспоненциальной зависимости. Если диапазон измерений увеличить, то погрешность адекватности сильно возрастет.

Читайте также:  Метод измерения электросопротивления нельзя применять для исследования остатков минеральных масел

Абсолютная, относительная и приведенная погрешности.

Абсолютная погрешность – алгебраическая разность между номинальным и действительным значениями измеряемой величины. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина, в расчетах её принято обозначать греческой буквой – ∆. На рисунке ниже ∆X и ∆Y – абсолютные погрешности.

Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к тому значению, которое принимается за истинное. Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах, в расчетах обозначается буквой – δ.

Приведённая погрешность – погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле

где Xn – нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:

– если шкала прибора односторонняя и нижний предел измерений равен нулю (например диапазон измерений 0. 100), то Xn определяется равным верхнему пределу измерений (Xn=100);
– если шкала прибора односторонняя, нижний предел измерений больше нуля, то Xn определяется как разность между максимальным и минимальным значениями диапазона (для прибора с диапазоном измерений 30. 100, Xn=Xmax-Xmin=100-30=70);
– если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора (диапазон измерений -50. +50, Xn=100).

Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.

Аддитивные и мультипликативные погрешности.

  • Аддитивной погрешностью называется погрешность, постоянную в каждой точке шкалы.
  • Мультипликативной погрешностью называется погрешность, линейно возрастающую или убывающую с ростом измеряемой величины.

Различать аддитивные и мультипликативные погрешности легче всего по полосе погрешностей (см.рис.).

Если абсолютная погрешность не зависит от значения измеряемой величины, то полоса определяется аддитивной погрешностью (а). Иногда аддитивную погрешность называют погрешностью нуля.

Если постоянной величиной является относительная погрешность, то полоса погрешностей меняется в пределах диапазона измерений и погрешность называется мультипликативной (б). Ярким примером аддитивной погрешности является погрешность квантования (оцифровки).

Класс точности измерений зависит от вида погрешностей. Рассмотрим класс точности измерений для аддитивной и мультипликативной погрешностей:

– для аддитивной погрешности:
аддитивная погрешность
где Х – верхний предел шкалы, ∆0 – абсолютная аддитивная погрешность.
– для мультипликативной погрешности:
мультипликативная погрешность
порог чувствительности прибора – это условие определяет порог чувствительности прибора (измерений).

Источник

Основные составляющие погрешности измерений

1. Погрешности, зависящие от средств измерений DСИ.

Варианты использования СИ отличаются различной погрешностью СИ при применении их на различных пределах измерений. Обычно при расчетах принимают погрешность СИ, соответствующую паспортным данным.

2. Погрешности, зависящие от установочных мер Dум

При настройке КИП возникают погрешности, связанные с точностью настроечных габаритов. Часто в качестве таких габаритов используют концевые меры длины. Погрешности, зависящие от концевых мер длины, возникают из — за погрешности их изготовления, включая измерение, (классы) или погрешности аттестации (разряды), а также из — за погрешности от притирания (табл. III [26]).

3. Погрешности, зависящие от измерительного усилия

Этот вид погрешностей учитывается для высокоточных измерений, когда допускаемые погрешности сопоставимы с величиной контактных деформаций и сказывается различие величин контактных деформаций на установочных мерах и на деталях, а также при плоских измерительных наконечниках, когда вид контакта (плоскостный, линейчатый и точечный) и контактные деформации зависят от формы объекта измерения.

Необходимо стремиться, чтобы измерительное усилие было минимальным. Однако малое измерительное усилие не обеспечивает, с другой стороны, надежного силового замыкания измерительной цепи прибор — деталь. Поэтому за исключением случаев, когда это необходимо по условиям деформации, не следует применять отсчетные головки с малым усилием.

4. Погрешности от температурных деформаций Dlt .

Эту погрешность Dlt при известном температурном режиме Qt можно определить по формуле

где l — измеряемый размер

Приближенно Qt можно определить:

где Dt1 — отклонение температуры среды от 20° С,

Dt2 — кратковременные колебания температуры среды в процессе измерения,

( aп — aд )max — максимально возможная разность значений коэффициентов линейного расширения материалов прибора и детали,

amax — максимальное значение коэффициента линейного расширения материала прибора или измеряемой детали.

При расчете Qt период колебания температур принимают:

— при измерении микрометрами или рычажными скобами, закрепляемыми в стойках — 15-30 мин;

— приборами средних габаритов (например, вертикальным оптиметром) — 60 мин;

— крупными приборами (измерительными машинами) — 60 мин.

5. Специфические погрешности при измерении внутренних размеров

При измерении внутренних размеров СИ имеют с деталью, как правило, точечный контакт и требуется перемещать деталь или наконечник прибора для нахождения минимума размера в осевой плоскости измеряемого цилиндра и максимума в плоскости, перпендикулярной оси. Поэтому предельные погрешности СИ должны учитывать различную шероховатость поверхности в разных направлениях.

6. Погрешности, зависящие от оператора (субъективные погрешности)

Различают 4 вида субъективных погрешностей: присутствия, отсчитывания, действия и профессиональные.

Субъективная погрешность присутствия проявляется в виде влияния теплоизлучения оператора на температуру окружающей среды.

Субъективные погрешности действия и профессиональные оказывают наиболее существенное влияние на погрешность измерения.

К субъективным погрешностям действия относят погрешности, возникающие от притирки установочных мер (они вошли в погрешности от установочных мер); погрешности, вносимые оператором при настройке прибора; погрешности, возникающие при перемещении прибора относительно детали. Полностью учесть все виды субъективных погрешностей измерения не представляется возможным.

Сложно учесть и профессиональные погрешности, связанные с квалификацией оператора.

Таким образом, перечисленные в п. п. 1.- 6. погрешности, учтены при выборе [DS] в той или иной мере.

Разработанную конструкцию СИ рассчитывают на точность измерений. При этом суммарная погрешность может быть определена на этапе проектирования лишь укрупненно, так как многие составляющие погрешности измерения определяются непосредственным измерением при аттестации приспособления.

В общем случае можно пользоваться следующей формулой:

или более математически корректным выражением:

где Dм — погрешность, свойственная самой схеме измерения и возникающая от несовершенства метода измерения и взаимодействия СИ с объектом.

Она может быть оценена для каждого конкретного случая [3].

Dу — погрешность установки контролируемой детали в КИП. Как и для станочных приспособлений [ 14]

где εб — погрешность базирования, определяется для конкретной схемы установки на основе анализа геометрических связей [14],

εз — погрешность закрепления, связанная со смещением контролируемой детали от номинального положения под действием сил зажима;

εпр — регламентированная погрешность изготовления, сборки, регулирования, а также износ опор и измерительного устройства (учитывается лишь износ, который имеет место между периодическими настройками приспособления).

Dн — погрешность настройки КИП по эталону или установочным мерам. Эта погрешность может быть приближенно принята равной допуску на эталонную деталь или погрешности установочных мер и смещению уровня настройки.

Dр — погрешности передаточных устройств, которые могут быть определены по формуле:

где Dр1 — погрешность от неточности изготовления плеч рычагов;

Dр2 — погрешность от зазора между отверстием и осью рычага;

Dр3 — погрешность от непропорциональности между линейным перемещением измерительного стержня и угловым перемещением рычага;

Dр4 — погрешность от смещения точки контакта сферического наконечника при повороте плоского рычага;

Dр5 — погрешность прямой передачи.

Dп — суммарная погрешность, связанная с погрешностями:

,

где Dси – погрешность измерительного прибора (определяется по паспортным данным );

Dс — субъективная погрешность, зависящая от способа фиксации результата измерения, цены деления, расположения шкалы и квалификации рабочего; наибольшее значение Dс будет равно половине цены деления шкалы или половине цены единицы наименьшего кода при получении результатов в цифровом коде;

Dсп — специфическая погрешность (погрешность дискретности, вызываемая квантованием по уровню непрерывно измеряемой величины цифровыми приборами. Эта погрешность, как и погрешность округления, равна половине единицы младшего разряда в показании прибора. Вычислительные погрешности возникают при использовании вычислительных средств от аппроксимации функции, кодирования (перевода кривых в дискретные значения), инструментальных погрешностей ЭВМ, округления констант, выраженных иррациональным числом ( π = 3,14158 . ).

Dt — погрешности от температурных деформаций .

Основные расчетные схемы и формулы для определения погрешностей даны в [11].

Зная величину суммарной допускаемой погрешности измерения [dS] и рассчитав легко определяемые составляющие погрешности, можно перераспределить оставшуюся часть допускаемой суммарной погрешности между остальными составляющими и определить их предельные значения.

Специальные контрольные приспособления, испытательные стенды и установки разрабатываются в случае:

— отсутствия необходимой конструкции среди приборов, выпускаемых промышленностью;

— значительной длительности времени работы и наладки промышленных приспособлений, связанной с их избыточной точностью и универсальностью;

— необходимостью работы промышленных приспособлений в требуемых условиях, отсутствующих в цехах предприятий.

Основой проектирования специальных приспособлений является конкретная деталь, узел или установка с заданием контролируемых параметров, их точности и специальных требований. Одновременно прогнозируется сложность конструкции приспособления, определяется срок проектирования, ориентировочные затраты на проектирование и изготовление. Представляется примерные схемы: базирования, закрепления, контроля, а также кинематическая схема приспособления.

В качестве примера предлагается спроектировать контрольное приспособление для шлицевого вала (рис.1) при контроле окружного шага и прямолинейности шлицев на всей их длине.

Рис.1 Контролируемая деталь

Учитывая малые габариты и массу вала, а также наличие центров предлагается базировать вал по центровочным отверстиям с определенностью углового поворота за счет наложения связей, связанных с установкой хомутиков (рис.2). Контроль рекомендуется производить за счет перемещения средства измерения вдоль шлица.

Рис.2 Схема базирования и контроля

В качестве средства измерения рекомендуется использовать индикатор типа ИЧ-10 с рычажной головкой (передаточное отношение i = 1׃1) и точностью измерений ±0.005 мм. Перемещение индикатора вместе с измерительной стойкой предусматривается вручную, базируясь по краю плиты приспособления, непараллельность которого по отношению к оси центров должна быть не более ±0.005 мм. Угловое деление следует осуществлять по эталонному делительному диску с фиксатором, точность которого должна находиться в пределах ±2¢. Кинематическая схема приспособления представлена на рис.3.

Читайте также:  После измерения давления появился

Рис.3 Кинематическая схема приспособления

Основными требованиями при разработке сборочных чертежей приспособления являются:

— заданная прочность и жесткость конструкции;

— гарантированная точность и надежность операции контроля;

— малые габариты и масса.

Согласно кинематической схемы деталь устанавливается в центра поз. 18 ( рис.4) передней, поворотной бабки и задней бабки с выдвигаемой пинолью поз.9. Конструкции данных узлов были рассмотрены выше. Используемые хомутики для передачи крутящего момента поз.19 и индикаторные стойки поз.1 также рассматривались выше.

Фиксатор поз.__ представляет собой цилиндр, перемещающийся в корпусе поз.22 с угловым зубом на конце. Для предохранения фиксатора от поворота сбоку ввернут винт поз.__, перемещающийся в пазу корпуса поз.22. Подъем фиксатора и вывод его из паза делительного диска поз.__ осуществляется вручную за счет винта поз.23. Жесткая установка фиксатора в паз диска обеспечивается пружиной поз.16. Конструкция делительного диска представлена на рис.5.

Приспособление работает следующим образом:

— подняв за винт 23 фиксатор 26 рукой поворачивают шпиндель поворотной бабки так, чтобы паз делительного диска 28 оказался против зуба фиксатора;

— устанавливают индикаторную стойку так, чтобы выступ опоры стойки плотно прилегал к боковой поверхности плиты 14;

— перемещая рычажную головку с индикатором вдоль траверсы стойки, вводят рычаг в контакт с вертикально установленным шлицем, обеспечив натяг на индикаторе;

а) Общий вид приспособления

— закрепляют рычажную головку и поворачивают шкалу индикатора до совпадения стрелки с нулевым делением шкалы;

— перемещая рукой стойку вдоль плиты, прижимая выступ опоры стойки к боковой поверхности плиты 14, фиксируют показания индикатора, определяющие прямолинейность шлица;

— переместив стойку в крайнее правое положение, выводят рычаг рычажной головки из контакта с боковой поверхность шлица;

— подняв за винт 23 фиксатор 26 рукой поворачивают шпиндель поворотной

б) Дополнительные виды

в) Основные сечения

Рис.4 Приспособление для контроля шлицевых валов.

бабки так, чтобы следующий паз делительного диска 28 оказался против зуба фиксатора;

— отпустив винт 23, вводят зуб фиксатора в паз диска;

— слегка поворачивая шпиндель поворотной бабки, добиваются плотного контакта фиксатора с пазом делительного диска;

— перемещая стойку с индикатором вдоль края плиты 14, вводят в соприкосновение рычаг в контакт со следующим шлицем;

— фиксируют показание индикатора (разница показаний предыдущего и последующего измерений определяет отклонение положения контролируемого шлица по отношению к предыдущему).

Операция контроля прямолинейности шлица и его углового положения повторяется в зависимости от количества шлицев.

Контроль точности работы приспособления производится для каждого параметра отдельно.

При определении погрешности приспособления, связанной с неплоскостностью плоскости и боковой поверхности плиты 14, а также параллельности оси центров данным поверхностям, в центра устанавливается цилиндрическая контрольная оправка, по длине, соответствующая максимальному размеру контролируемой детали. Вводят индикатор в контакт с оправкой в горизонтальной плоскости и перемещают стойку вдоль оправки. Данную операцию повторяют при осуществлении контакта индикатора и оправки в вертикальной плоскости. Если показания индикатора превышают регламентированную погрешность (обычно 0.005 мм – половину деления шкалы индикатора ИЧ-10), то приспособление отправляется на профилактику.

При определении погрешности контроля углового положения на коническую оправку устанавливается эталонная деталь с выступами, тестированная на оптической делительной головке (ОДГ-5). Оправка с деталью устанавливается в центра приспособления и производится контроль углового положения выступов. Если отклонение индикатора превышают регламентированную погрешность (обычно такую же, как указано для контроля прямолинейности), то приспособление также отправляется на профилактику.

При изготовлении оборудования часто встречается необходимость его оснащения делительными механизмами. Механическое деление на части производится с помощью делительных дисков (рис.1) с пазами, угловая точность расположения которых находится в пределах 2…5′. Обычно технологический контроль таких изделий производится методом сравнения с эталонным диском таких же габаритов, но более высокой точности (0.5…2′).

Рис.1 Делительный диск.

Для цехового контроля используются простые приспособления, изображенные на рис.2. Приспособление состоит из базовой плиты 7, передней бабки 3, внутри которой на подшипниках 17 расположен вращающийся шпиндель 5, эталонного делительного диска 19 , фиксатора 11 и стойки 2 с индикатором ИЧР-10 (поз.1). Для выбора зазора в подшипниках используется кольцо 20, которое при сборке пригоняется «по месту». Наиболее ответственной деталью приспособления является плита 7, неплоскостность которой

Рисунок 2. Приспособление для контроля делительных дисков.

б) сечение конструкции.

должна лежать в пределах 0.002мм. При сборке доработкой базовой поверхности передней бабки добиваются, чтобы непараллельность оси шпинделя по отношению к базовой поверхности и одной из боковых поверхностей плиты (по которой базируется при перемещении стойка) не превышала также 0.002мм.

Приспособление работает следующим образом:

— фиксатор 21устанавливается в паз эталонного диска 19;

— на шпиндель устанавливается контролируемый диск так, чтобы одна из поверхностей паза была бы параллельна плоскости плиты;

— диск закрепляется перемещением цанги 10 с помощью винта 15;

— стойка 2 приводится в соприкосновение с боковой поверхностью плиты и перемещается рукой в продольном направлении;

— индикатор устанавливается так, чтобы натяг между его штоком и поверхностью паза, параллельной поверхностью плиты, находился в пределах 1мм (точка контакта должна находиться на расстоянии не менее 2мм от края паза);

— показания индикатора поворотом шкалы устанавливаются на нулевую отметку;

— стойка отводится от контролируемой детали;

— рукой за винт 22 фиксатор выводится из контакта с пазом эталонного диска и рукояткой 8 шпиндель поворачивается на угол, чтобы следующий паз эталонного диска установился бы перед фиксатором;

— фиксатор отпускают и он входит в паз диска;

— слегка покачивая шпиндель за рукоятку убеждаются в плотности прилегания фиксатора к пазу;

— стойка 2 приводится в соприкосновение с боковой поверхностью плиты и перемещается рукой в продольном направлении до контакта штоком индикатора горизонтальной поверхности следующего паза контролируемого диска и фиксируется показанное индикатором отклонение;

— определяют радиус контакта штока индикатора с поверхностью паза контролируемого диска и производят перерасчет линейных показаний отклонений в угловые.

На рис.3 представлен стенд для контроля тормозной системы легкового автомобиля. Основой контроля является установка передних или задних колес автомобиля на два параллельных валка 1. При вращении валков они за счет трения приводят во вращение колеса автомобиля. При нажатии педали тормоза или включения ручного тормоза колеса автомобиля не должны вращаться при вращающихся валках 1. Контроль визуальный.

Стенд состоит из электромотора и редуктора (установленных отдельно), приводной карданной передачи (также не приведенной на чертеже), присоединяемой к шлицам вала 6, и непосредственно механизма привода (рис.3). Механизм привода представляет собой корпус 2, сваренный из швеллеров, с размещенными на нем роликами привода 1. Ролики представляют собой также сварную конструкцию, состоящую из вала с приваренными дисками, к которым сверху приварен кусок трубы. Для увеличения коэффициента сцепления по поверхности трубы наплавлены дорожки высотой не более 3мм. На корпусе 2 ролики установлены в подшипниковых опорах 10 с коническими подшипниками, воспринимающими осевые нагрузки. Привод роликов осуществляется синхронно через цепные передачи. Натяжение цепей осуществляется за счет изменение толщины подкладок 21, установленных под опорами вала 6.

Конструкция приспособления для контроля отклонений формы нежестких трубных заготовок Æ127×1200мм с толщиной стенки до 2.5мм приведена на рис.4. Основу приспособления составляет чугунная литая плита 4, которая для уменьшения массы выполнена в виде коробчатой конструкции. Плита установлена на опорах 7 и 8, имеющих разную высоту и позволяющих контролируемой деталей смещаться под действием силы тяжести в осевом направлении до упора 9. По краям плиты в угловых пазах установлены подшипниковые опоры (рис.5), образующие призму. Корпус плиты имеет с двух сторон от контролируемой детали контрольные площадки (N) для установки и перемещения индикаторной стойки 1. Данные поверхности имеют малое отклонение от плоскостности (не более 0.005мм). При настройке приспособления ось детали выставляется также параллельно этим плоскостям. Допускаемое отклонение не должно превышать 0.005мм. Для обеспечения гаранти-

Рисунок 3. Стенд для контроля тормозных систем легковых автомобилей.

б) сечение конструкции.

Рисунок 4.Приспособление для контроля некруглости торцового сечения и непрямолинейности продольного сечения тонкостенных труб.

.

Рисунок 5. Опора.

рованного положения индикатора относительно детали при перемещении стойки торцовые поверхности плоскостей N выполнены с высокими требованиями по параллельности и прямолинейности, а опоры стоек имеют привернутую вертикальную пластину. Опоры (рис.5) представляют собой вилки, между проушинами которых на запрессованных штифтах установлены подшипники 20. Для крепления в корпусе приспособления предусмотрены два резьбовых отверстия, в которые завертываются винты 16. Для установки и регулировки положения опор в корпус приспособления запрессовывается срезанный штифт 10, а для регулировки в опоре предусмотрен болт 13.

Приспособление работает следующим образом:

— на подшипники опор приспособления устанавливается деталь;

— поворачивая деталь рукой на подшипниках добиваются прилегания ее торца к упору 9;

— устанавливают индикаторную стойку 1 в необходимом сечении;

— устанавливают индикатор по центру детали с обеспечением предварительного натяга в 1мм, а шкалу на нулевую отметку;

— поворачивая деталь рукой фиксирую показания индикатора (следует отметить, что индикатор может проводить измерения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости);

— при необходимости контроля прямолинейности образующей индикатор устанавливается как было указано выше, а вертикальная пластина опоры стойки прижимается к торцовой поверхности плоскости N;

Рисунок 6. Приспособление для контроля отклонений формы затворов шаровых кранов.

б) сечение конструкции.

перемещая стойку вдоль детали, обеспечивая контакт с торцовой поверхностью плоскости N производят замер имеющихся отклонений.

Приспособление для контроля отклонений формы затворов шаровых кранов от заданной шаровой формы (рис.6) представляет собой плиту 9 с Т-образными пазами, обеспечивающими центрирование и крепление функциональных узлов. К плите крепятся передняя бабка 1 с неподвижным центром и задняя бабка 2 с подвижным центром. Деталь (шар с центральным отверстием) устанавливается и закрепляется на цанговой оправке 6. Такой способ базирования приемлем, так как шаровая поверхность обрабатывается от данной базы. Базируясь по Т – образному пазу на плите устанавливается и крепится опора 5, по которой в пазу типа «ласточкин хвост» перемещается под действием регулировочных винтов 21 ползун с вертикальной осью. На ось шарнирно закреплен рычаг 27 с индикатором и рукояткой. Установка индикатора на измеряемый размер производится по эталонной детали, устанавливаемой на оправку.

Читайте также:  Что такое абсолютная погрешность измерения тест

Приспособление работает следующим образом:

— деталь устанавливается на оправку и закрепляется затягиванием гайки 17;

— отводится пиноль задней бабки и оправка устанавливается в центра;

— легким поворотом оправки убеждаются в жесткости ее крепления и отсутствия биения;

— индикатор подводится к поверхности детали;

— поворачивая рычаг 27 за ручку, засекают показания индикатора в крайних левом и правом положениях;

— вращением регулировочных винтов 21 добиваются одинаковых показаний индикатора в крайних левом и правом положениях;

— поворачивая оправку на заданный угол, проводят контроль поверхности шара в необходимых контрольных сечениях.

Вопросы по пройденному материалу:

80. Какие величины суммарных погрешностей допускаются при измерениях?

81. Какое условие относительно погрешностей выполняется при проектировании КИП?

82. Что включает в себя понятие — приемочные границы?

83. Какие основные составляющие погрешности измерения вы знаете?

84. Какова основа проектного расчета КИП на точность?

85. Какие параметры и схемы должны быть указаны в техническом задании на проектирование контрольного приспособления?

86. Какие элементы должна содержать кинематическая схема приспособления?

87. Что включает в себя описание конструкции приспособления?

88. Что включает в себя описание работы приспособления?

89. Что включает в себя описание настройки приспособления?

Лекция № 9

15. Проектирование приспособления, базирующегося по контролируемой детали;

Рассмотренные выше приспособления обладают малым весом и габаритами, поэтому для их контроля проектировались приспособления, обладающие собственной базой в виде плиты, а контролируемые детали устанавливались на базовые элементы приспособления. При значительных габаритах контролируемого изделия рекомендуется контрольные приспособления базировать по этому изделию.

Одним из примеров такого приспособления является приспособление типа «наездник» для контроля резьбы на трубе М1000´5мм. Контролю подлежит средний диаметр и шаг резьбы. Использование более простых конструкций средств измерения (типа резьбовых калибров – втулок) затруднено их габаритами и весом.

Основой конструкции приспособления является корпус поз.11 (рис.1), на котором в соответствующих опорах располагаются три профильных ролика 9, оси симметрии профилей которых расположены в одной плоскости. Средний ролик имеет возможность перемещаться вертикально и фиксировать изменение среднего диаметра резьбы с помощью индикатора или индуктивного датчика.

Учитывая уменьшение базы приспособления (расстояния между крайними роликами) по отношению к контролируемому диаметру снижается чувствительность приспособления. Так, если наружный диаметр резьбы Æ1000 мм, то средний диаметр составляет d2 = 996.752 мм. При выбранном базовом расстоянии 286 мм и среднем диаметре ролика Æ28мм изменение среднего диаметра резьбы на 0.2 мм приведет к изменению показаний индикатора всего на 0.004мм. Это требует высокой чувствительности и малой погрешности используемых средств измерения (0.001мм), или увеличении базового расстояния и, как следствие, увеличения габаритов приспособления.

Для измерения шага резьбы на оси с одним из роликов находится дополнительный ролик, имеющий возможность осевого перемещения. Данное перемещение с помощью рычажного механизма воспринимается боковым индикатором. Для исключения перерасчета величины погрешности плечи рычага выполнены с соотношением 1/1.

Настройка на номинальный размер среднего диаметра d2 ведется при установке приспособления на поверочную плиту по радиальным (наружным) фаскам роликов. При этом под средний ролик устанавливается размер из концевых мер, соответствующий высоте хорды.

На номинальную величину шага Р приспособление настраивается с помощью реечного калибра (для каждого шага свой калибр).

Рис. 1 Приспособление для контроля параметров резьбы большого диаметра.

б) сечение конструкции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Дальнейшее развитие машиностроительного производства, а также способов контроля и измерений требует использования еще более сложных приборов повышенной точности, изготовление которых в условиях существующих предприятий становится очень сложной задачей. Это требует широкой специализации в области приборостроения на основе создания специализированных в данной области предприятий и производств. В настоящее время в нашей стране работает значительное число таких предприятий, занятое выпуском универсальных измерительных инструментов и приспособлений с гарантированными показателями точности и надежности измерений. Однако широкая номенклатура выпускаемых машин и большое количество, изготавливаемых узлов и деталей, требует еще более широкой универсальности серийно выпускаемой измерительной техники. Поэтому на данном этапе развития трудно отказаться от необходимости изготовления специальных измерительных приборов и приспособлений.

Наиболее перспективным в этой области является использование при создании специальных контрольно — измерительных приспособлений специализированных узлов, применяемых на серийно выпускаемых специализированными предприятиями приборах. Так даже в пределах данного курса рекомендуется в качестве отсчетных элементов использовать индикаторы, манометры, индуктивные датчики и т.п.

Наиболее прогрессивным в будущем является более широкое использование универсальных координатно-измерительных машин с числовым программным управлением. Еще большая их универсализация, а также снижение себестоимости позволит кординально изменить качество проведения контрольно — измерительных работ. Возможность автоматизации данных работ, а также быстрая переналадка приспособлений позволит еще более снизить затраты на проведение контрольных операций.

Наряду с более широким использованием систем на основе ЧПУ одним из перспективных направлений в развитии измерительных систем является использование новых методов измерений, основанных на физических свойствах контролируемых изделий. Особенно перспективным в данной области является использование безконтактных методов контроля ( с применением лазера, ультразвука и т.п. ), позволяющих корректировать погрешности результатов измерений, связанных с погрешностями базирования и установки контролируемой детали или приспособления.

Следует отметить, что наряду с техническими аспектами развития проблем контроля большой импульс может дать и изменение организационных подходов. Так переход к статистическим методам оценки качества серийно выпускаемых изделий позволяет сделать экономичным даже при контроле простых геометрических величин использование универсальной дорогостоящей техники.

Основная литература

1. В.А.Горохов Проектирование и расчет приспособлений. — Минск: Высшая школа, 1986 г. 235 с.

2. Ю.В.Милосердин, Ю.Г.Лакин Расчет и конструирование механизмов приборов и установок. — М.:Машиностроение, 1978 г. 320 с.

3. Е.М. Левинсон, Ю.Г.Гоникберг, Т.А.Введенский. Конструирование измерительных приспособлений и инструментов в машиностроении. М.: Машгиз, 1964.- 385 с.

Альбом контрольно-измерительных приспособлений : учеб. пособие для вузов / Ю. С. Степанов [и др.] ; под ред. Ю. С. Степанова .— М. : Машиностроение, 1998 .— 184 с. : ил. — (Для вузов) .— Библиогр. в конце гл.

4. Богданов, М. Б. Конструирование измерительных приборов.Разработка конструкторской документации и конструирование деталей : учеб.пособие для вузов / М.Б.Богданов;ТулГУ .— Тула : Изд-во ТулГУ, 2007 .— 100с. : ил. — ISBN 978-5-7679-1193-6 : 51.00.

5. Солдаткин, В. М. Основы проектирования измерительных приборов и систем : учеб. пособие / В. М. Солдаткин, А. А. Порунов, В. В. Солдаткин ; Казанский гос. техн. ун-т им. А. Н. Туполева .— Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2006 .— 380 с. : ил. — Изд. в пер. TSU : 1295722-1295732 .— Изд. без пер. TSU : 1295733-1295741 .— в дар от автора Солдаткина В.М. TSU : 1295722-1295741 .— Библиогр. в конце кн. — ISBN 5-7579-0953-6

6. Солдаткин, В. В. Анализ погрешностей и методы повышения точности измерительных приборов и систем : учеб. пособие для вузов / В. В. Солдаткин, В. М. Солдаткин ; Казан. гос. техн. ун-т им. А. Н. Туполева .— Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2009 .— 248 с. : ил. — в дар от авторов ТулГУ : 1302804-1302810 .— Библиогр. в конце кн. — ISBN 978-5-7579-1330-8.

7. Богданов , Максим Борисович. Конструирование измерительных приборов : учеб. пособие для вузов / М. Б. Богданов ; ТулГУ, Ин-т высокоточных систем им. В. П. Грязева .— Тула : Изд-во ТулГУ, 2010-.

8. Куликовский, К.Л. Методы и средства измерений : учеб.пособие для вузов / К.Л.Куликовский,В.Я.Купер .— М. : Энергоатомиздат, 1986 .— 448с. : ил. — Библиогр.в конце кн. — ISBN /В пер./ : 1.20.

Дополнительная литература

1. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Общая метрология. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001 – 272 с.;

2. Шишкин, И. Ф. Теоретическая метрология / И. Ф. Шишкин .— СПб. : Питер,.Ч. 1: Общая теория измерений : учебник для вузов .— 4-е изд. — 2010 .— 191 с.

3. Д.Н.Решетов, А.С.Иванов, В.З.Фадеев Надежность машин. — М.:Высшая школа, 1988 г. 233 с.

4.Технический контроль в машиностроении. Справочник проектировщика. Под ред. инж. В.Н.Чупырина и проф. А.Д.Никифорова. — М.:Машиностроение, 1987 г. 510 с.

5. Д.Н.Решетов, А.С.Иванов, В.З.Фадеев Надежность машин. — М.:Высшая школа, 1988 г. 233 с.

6.Справочник металлиста 5 т. Под ред. проф. А.Н.Малова. — М.: Машиностроение, 1977 г.

7. Коротков В.П.Тайц Б.А. Основы метрологии и теория точности измерительных устройств.- М.: Изд-во стандартов,1978.

8. А.Г. Иванов, Г.Д. Бурдун и др. Измерительные приборы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1964. 524 с.

9. В.И.Анурьев. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3т. 8 изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. М.: Машиностроение, 2001. 920 с.

10. Жутовский В.А. Испытания средств измерений. Организация и порядок проведения. М.: Издательство стандартов, 1991. — 4 экз.

11. Измерения в промышленности. Справ. изд. В 3-х книгах. Кн.2. Способы измерения и аппаратура. Пер. с нем. /Под ред. Профоса П. — 2-е. изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1990. — 384 с.

12. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 6 экз.

13. Рудзит Я.А., Плуталов В.Н. Основы метрологии, точность и надежность в приборостроении.- М.: Машиностроение, 1991. — 10 экз.

14. Коротков В.П., Тайц Б.А. Основы метрологии и теории точности измерительных устройств: Учебное пособие. — М.: Издательство стандартов, 1978 — 6 экз.

Периодические издания

1. Стандарты и качество: ежемесячный научно-технический журнал / Госстандарт России; Всероссийская организация качества.— М. : РИА»Стандарты и качество».

2. Главный метролог: практический журнал / ФГУП «Всерос.науч.-исслед.ин-т метрологич.службы» .— 2001 -2010.— М.

3. Вестник Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии : ежемесячный официальный журнал / Учред.Гос.комитет РФ по стандартизации и метрологии— М. : КВФ»Интерстандарт».

3. Измерительная техника : науч.-технич.журнал .— М. : Издательство Стандартов.

5. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика : ежемесячный научно-технический и производственный журнал . Научтехлитиздат, 1995 — 2011.— ISSN 40032-8162.

6. Приборы : ежемесячный научно-технический, производственный и справочный журнал: СОО «Международное НТО приборостроителей и метрологов», 2007-2011.- М.

Источник