Добір засобів вимірювальної техніки

Рівень точності вимірювань визначають за допомогою критерію доцільності. Відомо, що збільшення точності вимірювання у два рази збільшує його вартість в декілька разів, а зменшення точності вимірювання може зумовлювати брак виробництва. Якість продукції та її ефективність залежать від вдалого добору засобів вимірювання. Засоби вимірювання добирають залежно від значень вимірюваної величини, методу та діапазону вимірювання, характеристик засобу вимірювання, умов виконання вимірювань, допустимої похибки, заданої продуктивності тощо. Тому добір засобу вимірювання є багатозначним та складним завданням.

Найсуттєвішим фактором у доборі засобу вимірювання є _______________________________, тобто, похибка самого засобу вимірювання. Тому в процесі добору засобу вимірювання спочатку встановлюють долю допустимої похибки засобу вимірювання, оскільки окрім неї є ще похибки методу вимірювання, оператора, похибки зумовлені умовами вимірювання тощо.

_____________________________ вимірювання визначають, як суму

(7)

 

 

Допустимі похибки вимірювань лінійних величин встановлені

ГОСТ 8.051-81 залежно від номінальних розмірів і допусків на виготовлення. Значення похибок встановлені для квалітетів точності 2—17 з номінальними розмірами до 500 мм.

Величини допустимих похибок прийняті рівними:

- від 20 % - для 10 квалітету та грубіших

- до 35 % - для 2—5 квалітетів точності, від величини допуску на виготовлення.

Допустимі похибки вимірювань відносять до випадкових і неврахованих випадкових похибок. Випадкова частина похибки вимірювання не має перевищувати 0,6 від нормованої допустимої похибки вимірювання. Допустиме значення випадкової похибки вимірювань приймають рівним 2σ.

Розглянемо вплив похибки вимірювання на результат виготовлення й на підставі цього оцінимо можливості добору засобів вимірювання за їх точністю. Якщо б вимірювання відбувалось абсолютно точними способами (без похибок), то всі розміри, які є в полі допуску забезпечували би придатність виробів, а ті вироби, для яких розміри не знаходяться в полі допуску були б віднесені до непридатних. Через наявність похибок вимірювань частина придатних виробів може бути віднесена до непридатних (брак першого роду), а частина непридатних — до придатних (брак другого роду).

Віднесення придатних виробів до непридатних(_________________________), економічно невиправдане.

 

______________________________ зумовлює погіршення якості виробів. Для визначення кількості неправильно прийнятих виробів т, неправильно забракованих n і допустимого значення виходу за границі допуску у неправильно прийнятих виробів с, використовують таблиці та графіки із додатків до ГОСТ 8.051-81.

У доборі засобів вимірювання беруть участь конструктор, технолог і метролог.

_________________________ забезпечує правильний добір допусків та їх відхилень з метою забезпечення виконуваних виробом функцій, ___________________ — технологічність виробу, а ________________ — економічну доцільність добору вимірювального засобу.

Перед добором точності засобів вимірювання вирішують питання добору і організаційно-технічних форм, параметрів, що підлягатимуть вимірюванню, іпродуктивності робіт та засобів вимірювання, доцільності використання засобів вимірювання (універсальних, спеціальних, автоматизованих, автоматичних тощо). Всяку метрологічну задачу можна вирішувати за допомогою різних засобів вимірювання. Часто навіть вдале використання поряд із дібраним засобом вимірювання певних технологічних пристроїв дає змогу значного підвищення, як точності, так і продуктивності вимірювань. Тому питанню добору засобів вимірювання та технологічного спорядження для них приділяють неабияку увагу.

Наприклад, допустимі похибки вимірювання лінійних розмірів зовнішніх поверхонь контактним методом в діапазоні від 10 до 120 мм складає:

- для штангенінструментів ______________ мм,

- для гладких мікрометрів _______________ мм,

- для важільних мікрометрів і скоб — ____________ мм,

- для індикаторів годинникового типу - _____________ мм,

- для індикаторів підвищеної точності та важільно-зубчастих головок ______________________ мм,

- для пружинних вимірювальних головок ____________мкм,

- для оптиметрів _________________мкм,

- для інтерферометрів ____________ мкм,

- для лазерних інтерферометрів до ___________ мкм .

 

З іншого боку засоби вимірювання з високою точністю мають більші габаритні розміри, масу, вартість, вищі вимоги до умов їх використання тощо.

 

Добір засобів вимірювання зумовлює відповідну величину технологічного допуску (рис. 1). У разі відсутності похибок засобу вимірювання чи допусків на виготовлення контрольних робочих калібрів (абсолютно точних вимірювань) технологічний допуск

Т_Т (Т_Т1;Т_Т2; Т_ТЗ;Т_Т4)дорівнював би конструкторському допуску Т, що вказаний в робочому кресленні.

 

 

 

Рисунок 1 – Схема розміщення полів допусків робочих калібрів відносно поля допуску розміру

 

Практично для певних методів і засобів вимірювання завше є якась метрологічна похибка ±А_МtT Для забезпечення умови, щоби жодна з бракованих деталей (виробів) не була віднесена до придатних необхідно зменшувати конструкторський допуск Т до величини технологічного допуску Т_Т (рис.1, б, в, г, д), який інколи називають виробничим, а це зумовлює відповідне зростання вартості виготовлення виробу. У вартість виготовлення виробу завше, як її складова, входить вартість вимірювання.

Щоби не звужувати технологічний допуск і не збільшувати вартість виробу зменшують відповідно метрологічну похибку ±Δ_МЕТ (тобто, допуск на точність налагодження чи виготовлення робочих калібрів), оскільки

Т_Т = Т – 4 ± Δ_МtT , (9)

де Т_Т — технологічний допуск, мм;

Δ_МtT — метрологічна похибка, мм.

Зменшують вартість виготовлення також за рахунок зміщення значень налагодження засобів вимірювання чи допусків робочих калібрів поза поле конструкторського допуску на певну величину (рис.4, г). Таким способом можна довести величину технологічного допуску до величини конструкторського або навіть більшої від нього , розширяючи його величину Т_r. Таке значення технологічного допуску називають гарантованим.

Оскільки похибки вимірювання є випадковими величинами, то для нормованого їх розподілу записують

(10)

З аналізу формул (9) і (10) роблять висновок, для

практично весь допуск йде на компенсацію технологічних похибок виготовлення, тобто Т_Т/Т= 0,9—0,99.

Похибки вимірювання завше мають систематичні та випадкові складові. Величина випадкових складових не має перевищувати 0,6 від значення допустимої похибки. їх приймають рівними здвоєному СКВ похибки вимірювання. Економічно доцільно їх величину добирати на 0,1 меншу від величини стандартного допуску. З цього видно, що засіб вимірювання за своєю точністю має бути на порядок вищим від точності вимірюваного розміру.

На рис. 2 зображені криві розподілу похибок розмірів деталей та похибок вимірювання з центрами, що суміщені з границями конструкторського допуску. В результаті сумування кривих Δ_МеТ і Δ_t отримуємо сумарну криву розподілу Δ(σ_тех , σ_МеТ) з ділянками ймовірностей т і п, що зумовлюють вихід розміру за границі конструкторського допуску на величину с.

Для менших значень відношення (точніших ТП) отримуємо відповідно меншу кількість неправильно прийнятих деталей порівняно з кількістю неправильно віднесених до непридатних.

Найбільші зміщення с = (1,5—1,73)·σ_МеТ значення параметрів m, п і с рекомендують приймати:

А_МЕТ(σ) = 0,16 для 2—7 квалітетів точності,

А_МЕТ(σ) = 0,12 для 8 і 9 квалітетів точності

А_МЕТ(σ) = 0,10 для 10—17 квалітетів точності

Рисунок 2- Криві розподілу вимірюваного розміру з урахуванням похибки засобу вимірювання чи контролювання

 

Якщо встановлені відхилення для розмірів не погіршують експлуатаційних показників якості деталі, то приймальні границі встановлюють без впровадження технологічного допуску. У разі недопустимості зменшення точності деталей через похибку вимірювання вводять зміщення границь полів допусків на величину половини допуску на вимірювання чи контролювання деталі.

_______________________________мають місце при вимірюванні величини після закінчення перехідних процесів в елементах та перетворювачах засобу вимірювання.

_______________________________ з'являються при вимірюванні змінних величин і зумовлені інерційними властивостями засобів вимірювань.

Статичні похибки у свою чергу поділяються на випадкові та систематичні. При технічних вимірюваннях фізичних величин як на процес вимірювання, так і на вимірювану величину діють чинники, виникнення яких має стохастичний характер за непередбаченої інтенсивності. Чинники впливу як з'являються, так і зникають несподівано, їх виникнення неможливо передбачити у заданому інтервалі часу.

У загальному випадку випадкові похибкислід розглядати як випадкову функцію часу, вимірюваної величини та зовнішніх чинників.

__________________________________у загальному випадку є функцією вимірюваної величини, чинників впливу (температури, вологості та ін.), конструктивних характеристик засобів вимірювань та методів вимірювань.

Систематична похибка засобів вимірювальної техніки (ЗВТ) залишається постійною або ж закономірно змінюється, тому її завжди можна врахувати при кінцевих результатах вимірювання.

Систематичні похибки визначаються при повірках та атестаціях зразкових та робочих ЗТВ, а в результатах вимірювання враховуються як поправки з протилежним знаком. Поправка у кожній оцифрованій точці шкали чисельно дорівнює систематичній похибці і обернена до неї за знаком.

Систематичні похибки як функцію вимірюваної величини можна показати як суму похибок схеми, яка визначається самою структурою засобу вимірювань, та технологічних похибок, обумовлених похибками виготовлення елементів цього засобу. Похибки схеми і технологічні похибки можна розглядати як систематичні лише при вимірюванні постійної вимірюваної величини за допомогою одного зразка засобу вимірювань. У загальній же масі вимірювань фізичних величин за допомогою багатьох засобів вимірювань одержані систематичні похибки слід відносити до класу випадкових.

_____________________________суттєво і принципово відрізняються. Якщо перші впливають на характер зміни по шкалі сумарної похибки всіх засобів вимірювання, то технологічні похибки індивідуальні для кожного зразка ЗВТ, тобто їх значення для кожного приладу в одній і тій самій точці різні.

Слід пам'ятати, що характеристики елементів засобів вимірювальної техніки змінюються при їх експлуатації в екстремальних умовах або агресивному середовищі. Це відбувається з двох причин: природні процеси старіння та зносу елементів засобів вимірювань, навіть якщо їх експлуатація відбувається в умовах, близьких до умов градуювання. Ці причини можна віднести до інструментального виявлення нестабільності характеристик.

Крім того, необхідність регламентування додаткових похибок може зумовлюватись суттєвими змінами зовнішніх умов експлуатації засобів вимірювань порівняно з умовами проведеного градуювання. Цю причину можна вважати методичною, вона зумовлена мінливістю навколишнього середовища.

Всі ці обставини спричиняють зміну відхилення - статичної характеристики у той чи інший бік від градуювальної характеристики (рис.3). Якщо ширина смуги зростає пропорційно зростанню вхідної величини х, а при х = 0 вона також дорівнює нулю, то така похибка називається ______________________________________,тобто такою, що розрахована шляхом множення або похибкою чутливості незалежно від того, випадкова ця похибка чи систематична.

Мультиплікативна похибка описується рівнянням

∆m=f(x).

 

Смуга, обмежена прямими S'x та S''x (рис. 6, а) є областю невизначеностіі характеризується похибкою чутливості.

 

_________________________________________ називається похибка, яка має стале значення по всій шкалі (рис. 3, б).

 

а — мультиплікативна, б — адитивна

 

Рис. 3 - Похибки засобів технічних вимірювань:

 

Значення похибок засобів вимірювань установлюється відповідно до стандартів і вимог при нормальних умовах їх використання, а також при відхиленні впливових величин від нормальних значень.

Під _____________________________розуміють такі умови використання засобів вимірювань, при яких величини, що впливають на процес вимірювання (температура, вологість, тиск, частота, напруга, зовнішні магнітні поля, вібрація тощо) мають нормальні значення. Останні встановлюються стандартами або вказуються у технічних умовах для відповідних засобів вимірювання як номінальні значення з відхиленнями.

 

Наприклад, температура повинна становити _____________; тиск — _______________________; вологість — не перевищувати _______________; напруга - _____________________ та ін.

 

Відповідно до стандарту, нормальні умови застосування засобів вимірювальної техніки — це умови, за яких величини, що виявляють зовнішній вплив, мають нормальні значення або перебувають у межах нормального інтервалу значень. Похибка, властива засобам технічного вимірювання, що працюють у нормальних умовах використання, називається основноюі нормується межами допустимої основної похибки. Тільки тоді, коли основна похибка не перевищує допустимих меж, засіб вимірювальної техніки допускається до використання за призначенням.

 

_______________________ — явне зміщення або різниця орієнтації об'єкта, що розглядається з двох різних позицій. Що далі розташований об'єкт, тим менше змінюється його візуальна позиція. Що ближча відстань до об'єкта, або що більша відстань між точками спостереження (база), тим більший паралакс.

 

де L— відстань до об'єкта. D— базис (відстань між точками спостереження), α— кут зміщення.

Коли кут наближається до нульового, синус такого кута майже дорівнює величині кута в радіанах: Sin x ≈ x (рад), і можна обчислювати відстань за наближеною формулою

 

де L — відстань до об'єкта. D — базис (відстань між точками спостереження), α — кут зміщення виражений в радіанах.

 

________________________________________ дорівнює половинні ціни поділки шкали приладу.

 

 

Приклади

1) Дібрати засоби вимірювання розміру шийки вала Ø25h6.

 

За ГОСТ 8.051-81 для номінального значення діаметра вала 25 м і 6 квалітету точності знаходимо величину допустимої похибки

Δ = 4,0 мкм. Згідно з рекомендаціями РД 50-98-86 добираємо такі засоби вимірювання, щоб їх допустима похибка була менша ніж

Δ= 4,0 мкм. До них можна віднести: мікрометри гладкі другого класу точності з Δ = 4,0 мкм, мікрометри важільні з Δ = 3,0 мкм, або скоби важільні з Δ = 2,0 мкм.

 

2) Визначити похибки вимірювання діаметра вала Ø86h6(_-0,022) і параметри m, п і с , якщо закон розподілу похибок нормальний, а точність ТП невідома.

Для 6 квалітету точність А_МЕТ(σ) = 0,16, допустима похибка вимірювання з ГОСТ8.051-81 - Δ = 6,0 мкм

- кількість бракованих деталей, що прийняті помилково як придатні m = 5.0 %

- кількість неправильно забракованих деталей п= 7,8 %

с/Т = 0,25.

Звідси с = 0,25·0,022 = 0,0055 мм = 5,5 мкм

Тоді відхилення для неправильно прийнятих деталей будуть:

Верхнє +5,5 мкм; нижнє -27,5 мкм

Найбільший допустимий діаметр вала 85,0055 мм, найменший допустимий діаметр вала 849725 мм, допуск розміру Т = 0,033 мм.

 

Лекція 4