Обновлено: 04.07.2024

Измерение - один из важнейших путей познания природы человека. Оно играют значимую роль в современном обществе. Техника, наука и промышленность не смогут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производится 1 млрд. измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения технического уровня и необходимого качества продукта, безопасности работы транспорта и т.д. Практически нет ни одной сферы деятельности, где бы не использовались результаты измерений. Диапазоны измеряемых величин постоянно растут. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерения. Измерения по сути своей перестают быть одноактивным действием, превращаются в сложную процедуру подготовки эксперимента, интерпретации измеренной информации. В этом случае следует говорить об измерительных технологиях, понимающихся как последовательность действий, направленных на получение измерительной информации. Другой фактор, подтверждающий фактор измерений - их значимость.

Содержание

Введение…………………………………………………………….. 2
1.Определение механических величин, приборы для измерений……………………… ……..………………………..4
2.Применение в области ГСХ……………………………………22
Заключение…………………………………………………………..23
Список используемых источников и литературы…………….24

Работа содержит 1 файл

13.измерение механических величин .docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ИЗМЕРЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Сведения об исполнителе:
Селиверстова М.М., Студент ГСХ 5-3, очная ____________________________ (личная подпись)

Сведения о научном руководителе: Резниченко С.А., кандидат технических наук, доцент ______________________________

1.Определение механических величин, приборы для измерений……………………… ……..………………………..4

2.Применение в области ГСХ……………………………………22

Список используемых источников и литературы…………….24

Наука начинается тогда, когда начинают измерять.

Д.И. Менделеев

Измерение - один из важнейших путей познания природы человека. Оно играют значимую роль в современном обществе. Техника, наука и промышленность не смогут существовать без измерений. Каждую секунду в мире производится 1 млрд. измерительных операций, результаты которых используются для обеспечения технического уровня и необходимого качества продукта, безопасности работы транспорта и т.д. Практически нет ни одной сферы деятельности, где бы не использовались результаты измерений. Диапазоны измеряемых величин постоянно растут. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерения. Измерения по сути своей перестают быть одноактивным действием, превращаются в сложную процедуру подготовки эксперимента, интерпретации измеренной информации. В этом случае следует говорить об измерительных технологиях, понимающихся как последовательность действий, направленных на получение измерительной информации. Другой фактор, подтверждающий фактор измерений - их значимость. Основой любой формы управления, планирования, анализа, контроля и регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена путём измерения физических величин, показателей и параметров. Только высокая и гарантированная точность результатов измерений может обеспечить правильность применяемых решений.

Современный уровень науки и техники позволяет нам выполнять многочисленные и точные измерения, однако затраты на них равны затратам на исполнительные операции. Важной задачей метрологии как науки, является создание эталонов физических величин, имеющих диапазон необходимый для современной науки и техники. Эти эталоны постоянно совершенствуются, так как учитываются последние открытия науки.

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 температура, 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 обеспечивается описание свойств физических объектов и явлений. В качестве примера можно указать следующие области и виды измерений:

- измерения геометрических величин: длин; отклонений формы поверхностей; параметров сложных поверхностей; углов.

- измерения механических величин: массы, силы, крутящих моментов, напряжений и деформаций, параметров движения, твердости, которые я и буду рассматривать в данном реферате.

- измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ: массового и объемного расхода жидкостей в трубопроводах; расхода газов; вместимости; параметров открытых потоков; уровня жидкости.

- измерения давлений, вакуумные измерения: избыточного давления; абсолютного давления; переменного давления; вакуума.

- физико-химические измерения: вязкости; плотности; содержания (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах; влажности газов, твердых веществ; электрохимические измерения.

- и многие другие.

Целью данного реферата является изучение измерения физических величин, методов и средств измерений, а так же применение этих измерений в системе городского и сельского хозяйства.

1.Определение механических величин.

К измеряемым механическим величинам относятся такие величины, как масса, сила, твердость, угловая скорость, ускорение, мощность, напряжения и многие другие. Рассмотрим некоторые из них.

Ма́сса - физическая величина, одна из основных характеристик материи, определяющая её инерционные и гравитационные свойства. Соответственно различают массу инертную и массу гравитационную (тяжёлую, тяготеющую).

Для измерений массы используют такие приборы, как весы, гири и компараторы массы.

Весы - один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Простейшие весы в виде равно-плечного коромысла с подвешенными чашками широко применялись при меновой торговле в Древнем Вавилоне и Египте (2 тыс. лет до н. э.). Несколько позднее появились неравно-плечные весы с передвижной гирей. В зависимости от назначения весы делятся на эталонные (для поверки гирь), лабораторные (в том числе аналитические) и общего назначения, применяемые в различных областях науки, техники и народного хозяйства. По принципу действия весы подразделяются на рычажные, пружинные, электротензометрические, гидростатические, гидравлические.

Существует большое количество автомобильных весов. Вот некоторые из моделей:

- Автомобильные весы ВСК(А).

В качестве измерительных элементов используются современные тензорезисторные датчики как собственного производства, так и импортных производителей. Измерительные элементы преобразуют силу тяжести, действующую на грузоприемную платформу, в электрический сигнал. Обработка и индикация сигнала осуществляется весовым терминалом который отображает результат взвешивания в дискретном цифровом виде. При подключении терминала к ПК появляется возможность анализировать данные взвешивания в специальной программе, вести статистику, создавать базы данных и распечатывать протоколы взвешивания.

Вагонные (железнодорожные) весы для статического взвешивания и взвешивания в движении типа "Курс" предназначены для статического повагонного и потележечного взвешивания четырехосных, шестиосных и восьмиосных железнодорожных вагонов и для взвешивания в движении железнодорожных вагонов и составов из них с целью измерения массы грузов, перевозимых железнодорожным транспортом.

Данные вагонные весы имеют НПВ от 100 до 200 тн и позволяют производить взвешивание в двух режимах работы: в статическом (взвешивание вагонов производится на одном или двух весовых модулях, весоизмерительного устройства) и в движении (взвешивание вагонов и состава в целом производится на одном весовом модуле).

Назначение: измерение сил сжатия, растяжения, знакопеременных сил конструкций энергетических установок. Работает с преобразователем Вт 5514.

Назначение: измерение крутящего момента. Работает с преобразователем Вт 5514.

Назначение: Измерение сил сжатия в системах измерения нагрузки от колес тягового подвижного состава. Работает в составе системы С 076.

Так же согласно общепринятому определению, Динамометр (от динамо. и . метр), прибор для измерения силы или момента, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчётного устройства. В силовом звене Д. измеряемое усилие преобразуется в деформацию, которая непосредственно или через передачу сообщается отсчётному устройству. Д. можно измерять усилия от нескольких н (долей кгс) до 1 Мн (100 тс). По принципу действия различают Д. механические (пружинные или рычажные), гидравлические и электрические. Иногда в одном Д. используют два принципа. По назначению Д. разделяют на образцовые и рабочие (общего назначения и специальные). Образцовые (см. Образ) (см. Обра) Д. предназначены для поверки и градуировки рабочих Д. и контроля усилий машин при испытании механических свойств различных материалов и изделий. По степени точности различают образцовые Д. 1-го, 2-го и 3-го разрядов: Д. 1-го разряда (рис. 1) предназначаются для поверки образцовых Д. 2-го разряда (рис. 2), которые, в свою очередь, применяются для поверки и градуировки Д. 3-го разряда и поверки Д. общего назначения. Д. 3-го разряда служат для поверки и градуировки испытательных машин и приборов, изготовляются с упругими элементами в виде замкнутых скоб, работающих в основном на изгиб, и замкнутых скоб или стержней, испытывающих деформацию сжатия или растяжения.

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:

Методы обработки равноточных и неравноточных измерений несколько отличаются. Поэтому перед тем как начать обработку ряда измерений, обязательно нужно проверить, равноточные измерения или нет.

Это осуществляется с помощью статистической процедуры проверки по критерию согласия Фишера.

2. По числу измерений — однократные и многократные измерения.

Однократное измерение— измерение, произведенное один раз.

Многократное измерение— измерение одного размера величины, результат этого измерения получают из нескольких последующих однократных измерений (отсчетов).

Сколько нужно произвести измерений чтобы считать что мы произвели многократные измерения? Точно на это никто не ответит. Но мы знаем, что при помощи таблиц статистических распределений ряд измерений может быть исследован по правилам математической статистики при числе измерений п ≥ 4 . Поэтому считается, что измерение можно считать многократным при числе измерений не менее 4.

Во многих случаях, особенно в быту, производятся чаще всего однократные измерения. Как пример, измерение времени по часам как правило делают однократно. Однако при некоторых измерениях для убеждения в правильности результата однократного измерения может быть недостаточно. Поэтому часто и в быту рекомендуется проводить не одно, а несколько измерений. Например, ввиду нестабильности артериального давления человека при его контроле целесообразно проводить два или три измерения и за результат принимать их медиану. От многократных измерений двукратные и трехкратные измерения отличаются тем, что их точность не имеет смысла оценивать статистическими методами.

3. По характеру изменения измеряемой величины — статические и динамические измерения.

Динамическое измерение— измерение величины, размер которой изменяется с течением времени. Быстрое изменение размера измеряемой величины требует ее измерения с точнейшим определением момента времени. Например, измерение расстояния до уровня поверхности Земли с воздушного шара или измерение постоянного напряжения электрического тока. По существу динамическое измерение является измерением функциональной зависимости измеряемой величины от времени.

Статическое измерение— измерение величины, которая принимается в соответствии с поставленной измерительной задачей за неизменяющуюся на протяжении периода измерения. Например, измерение линейного размера изготовленного изделия при нормальной температуре можно считать статическим, поскольку колебания температуры в цехе на уровне десятых долей градуса вносят погрешность измерений не более 10 мкм/м, несущественную по сравнению с погрешностью изготовления детали. Поэтому в этой измерительной задаче можно считать измеряемую величину неизменной. При калибровке штриховой меры длины на государственном первичном эталоне термостатирование обеспечивает стабильность поддержания температуры на уровне 0,005 °С. Такие колебания температуры обусловливают в тысячу раз меньшую погрешность измерений — не более 0,01 мкм/м. Но в данной измерительной задаче она является существенной, и учет изменений температуры в процессе измерений становится условием обеспечения требуемой точности измерений. Поэтому эти измерения следует проводить по методике динамических измерений.

4. По цели измерения — технические и метрологические измерения.

Технические измерения— измерения с целью получения информациио свойствах материальных объектов, процессов и явлений окружающего мира.

Их производят, как пример, для контроля и управления экспериментальными разработками, контроля технологических параметров продукции или всевозможных производственных процессов, управления транспортными потоками, в медицине при постановке диагноза и лечении, контроля состояния экологии и др.

Технические измерения проводят, как правило, при помощи рабочих средств измерений. Однако нередко к проведению особо точных и ответственных уникальных измерительных экспериментов привлекают эталоны.

Метрологические измерения— измерения для реализации единства и необходимой точности технических измерений.

• воспроизведение единиц и шкал физических величин первичными эталонами и передачу их размеров менее точным эталонам;

• калибровку средств измерений;

• измерения, производимые при калибровке или поверке средств измерений;

• другие измерения, выполняемые с этой целью (например, измерения при взаимных сличениях эталонов одинакового уровня точности) или удовлетворения других внутренних потребностей метрологии (например, измерения с целью уточнения фундаментальных физических констант и справочных стандартных сведений о свойствах материалов и веществ, измерения для подтверждения заявленных измерительных возможностей лабораторий).

Метрологические измерения проводят при помощи эталонов.

Очевидно, что продукция, предназначенная для потребления (промышленностью, сельским хозяйством, армией, государственными органами управления, населением и др.) создается с участием технических измерений. А система метрологических измерений — это инфраструктура системы технических измерений, необходимая для того, чтобы последняя могла существовать, развиваться и совершенствоваться.

5. По используемым размерам единиц — абсолютные и относительные измерения.

Относительное измерение— измерение отношения величины к одноименной величине, занимающее место единицы. Например, относительным измерением является определение активности радионуклида в источнике методом измерения ее отношения к активности радионуклида в ином источнике, аттестованном как эталонная мера величины.

Противоположным понятием является абсолютное измерение.

При проведении этого измерения в распоряжении экспериментатора не имеется единицы измеряемой величины. По этому приходится ее воспроизводить непосредственно в процессе измерений.

Это возможно двумя способами:

• получать "непосредственно из природного мира", т.е. воспроизводить его на основе использования физических законов и фундаментальных физических констант (такое измерение в международном словаре метрологических терминов VIM [11] называется фундаментальным измерением);

• воспроизводить единицу на основании известной зависимости между нею и единицами других величин.

И связи с этим можно определить абсолютное измерение следующим образом:

Абсолютное измерение - это измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величии и (или) использовании значений фундаментальных физических констант.

Как пример, измерение силы с помощью динамометра будет относительным измерением, а ее измерение путем использования физической константы g (ускорение всемирного тяготения) и мер массы (основной величины SI) — абсолютным.

Внедрение и метрологическое обеспечение относительных измерений, как правило, являются наилучшим решением многих измерительных задач, поскольку они являются более простыми, точными и надежными, чем абсолютные измерения.

Абсолютные измерения в том смысле, которому больше соответствует понятие "фундаментальное измерение", на практике должны применяться в виде исключения. Их сфера применения — независимое воспроизведение основных единиц SI и открытие новых физических закономерностей.

6. По способу получения результата измерений — совокупные, совместные, косвенные и прямые измерения.

Прямое измерение— это измерение, проведенное при помощи средства измерений, хранящего единицу или шкалу измеряемой величины. Как пример, измерение длины изделия штангенциркулем, электрического напряжения вольтметром и т.п.

Косвенное измерение— измерение, когда значение величины определяют на основании результатов прямых величин, функционально связанных с искомой.

Совокупные измерения — когда проводят измерения одновременно нескольких однородных величин, когда значения этих величин находят путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

Классический пример совокупных измерений — калибровка набора гирь по одной эталонной гире, проводимая путем измерений различных сочетаний гирь этого набора,и решения полученных уравнений.

Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких разнородных величин для определения зависимости между ними.

Другими словами, совместные измерения — это измерения зависимостей между величинами.

Примером совместных измерений является измерение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Оно проводится путем одновременных измерений изменения температуры образца испытываемого материала и соответствующего приращения его длины и последующей математической обработки полученных результатов измерений.

Следует также различать область, вид и подвид измерений.

Под областью измерений понимают совокупность измерений физических величин, свойственных какой-то области техники или науки и имеющих свою специфику.

В настоящее время выделяют следующие области измерений:

• измерения пространственно-временных величин;

• механические измерения (в том числе измерения кинематических и динамических величин, механических свойств материалов и веществ, механических свойств и форм поверхностей);

• измерения теплоты (термометрия, измерения тепловой энергии, теплофизических свойств веществ и материалов);

• электрические и магнитные измерения (измерения электрических и магнитных полей, параметров электрических цепей, характеристик электромагнитных волн, электрических и магнитных свойств веществ и материалов);

• аналитические (физико-химические) измерения;

• оптические измерения (измерения величин физической оптики, когерентной и нелинейной оптики, оптических свойств веществ и материалов);

• акустические измерения (измерения величин физической акустики и акустических свойств веществ и материалов);

• измерения в атомной и ядерной физике (измерения ионизирующих излучений и радиоактивности, а также свойств атомов и молекул).

Вид измерений — это часть области измерений, которая имеет свои специфические особенности и которая отличается однородностью измеряемых величин.

Например, в области магнитных и электрических измерений возможно выделить измерения электрического сопротивления, электрического напряжения, ЭДС, магнитной индукции и т.д.

Подвид измерений — это часть вида измерений, которая выделяется спецификой измерений однородной величины (по диапазону, размеру величин, условиям измерений и др.).

Например, в измерениях длины выделяют измерения как больших длин (десятки, сотни и тысячи километров), так и малых и сверхмалых длин.

Средства измерений и контроля с механическим преобразованием

Средства измерений и контроля с механическим преобразованием основаны на преобразовании малых перемещений измерительного стержня в большие перемещения указателя (стрелки, шкалы, светового луча и т.д.). В зависимости от типа механизма они подразделяются на рычажно-механические (рычажные), зубчатые, рычажно-зубчатые, пружинные и пружинно-оптические.

Рычажно-механические приборы.

Эти приборы применяют главным образом для относительных измерений, проверки радиального и торцового биения, а также для контроля отклонений формы деталей (отклонение от круглости — овальность, огранка; отклонение от цилиндричности — конусность, бочкообразность, седлообразность; отклонение от плоскостности — вогнутость, выпуклость и др.).

К рычажно-механическим приборам относятся индикаторные нутромеры (рис. 2.20), предназначенные для относительных измерений отверстий от 3 до 1 000 мм. Они состоят из корпуса 11, отсчетного устройства 5 (индикатора), подвижного (измерительного) 13 и неподвижного (регулируемого) 9 стержней, равноплечего (Г-образного) рычага 8, центрирующего мостика 15 и подвижного штока 2. При измерении отверстия стержень 13, перемещаясь в направлении, перпендикулярном оси отверстия, поворачивает Г-образный рычаг 8 вокруг оси и перемещает на ту же величину шток 2 и измерительный наконечник индикатора 5. Перемещение стрелки индикатора указывает на отклонение действительного размера проверяемого отверстия от размера настройки нутромера. Установка индикатора на нуль осуществляется либо по установочному кольцу, либо по блоку концевых мер с боковиками, которые зажимаются в державке.

Рис. 2.20. Конструкция индикаторного нутромера:

1 — ось вращения рычага; 2 — шток; 3 — трубка; 4 v 14 — пружины; 5 — отсчетное устройство (индикатор); 6 — предохранительный кожух; 7 — теплоизоляционная рукоятка; 8 — Г-образный рычаг; 9— неподвижный (регулируемый) стержень; 10 — контргайка; 11— корпус; 12 — шарик; 13 — подвижный [измерительный) стержень; 74 — риска; 75 — центрирующий мостик

Выпускают индикаторные нутромеры с ценой деления 0,01 (ГОСТ 868 — 82) и нутромеры с ценой деления 0,001 и 0,002 мм (ГОСТ 9244—75). Основные метрологические характеристики индикаторных нутромеров представлены в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Основные метрологические характеристики индикаторных нутромеров

Наименование и тип прибора

Цена деления шкалы, мм

Наибольшая глубина измерений, мм

Пределы измерений прибором, мм

Предел основной допускаемой погрешности в пределах всего перемещения измерительного стержня, мкм

Измерительное усилие, Н

Индикаторы и индикаторные измерительные головки с зубчатой передачей.

В производственных условиях и измерительных лабораториях для абсолютных измерений нашли широкое применение индикаторы или индикаторные измерительные головки с зубчатой передачей.

Индикаторы часового типа (ГОСТ 577 — 68) (рис. 2.21), являющиеся типовыми представителями приборов с зубчатой передачей, содержат стержень 4 с нарезанной зубчатой рейкой 6, зубчатые колеса 2, 3, 5 и 7, спиральную пружину 1, стрелку 8. Возвратно-поступательное перемещение измерительного стержня 4 преобразуется в круговое движение стрелки 8.

Один оборот стрелки соответствует перемещению измерительного стержня на 1 мм. Целые миллиметры отсчитываются по шкале при помощи стрелки 9. Шкала прибора имеет 100 делений, цена деления индикатора равна 0,01 мм.

Рис. 2.21. Индикатор часового типа (а) и его схема (б):

1 — спиральная пружина; 2, 3, 5 и 7 — зубчатые колеса; 4 — стержень; 6 — зубчатая рейка; 8 и 9 — стрелки

Индикаторы часового типа выпускают двух классов точности (0 и 1) в двух модификациях: индикаторы типа ИЧ с перемещением измерительного стержня параллельно шкале и индикаторы типа ИТ с перемещением измерительного стержня перпендикулярно шкале. Выпускают также индикаторы часового типа с цифровым (электронным) отсчетом.

Таблица 2.5. Основные метрологические характеристики индикаторов часового типа

Тип прибора (ГОСТ 577—68)

Цена

деления

шкалы,

мм

Пределы

измерений

прибором,

мм

Предельные погрешности прибора во всем диапазоне, мкм

Измерительное усилие, Н

Основные метрологические характеристики индикаторов часового типа представлены в табл. 2.5.

Приборы с рычажно-зубчатой передачей.

К этим приборам относятся рычажно-зубчатые измерительные головки, рычажные скобы, рычажные микрометры и т.д. Эти приборы предназначены для относительных измерений наружных поверхностей.

Рычажно-зубчатые измерительные головки (рис. 2.22) отличаются от индикаторов часового типа наличием наряду с зубчатой передачей рычажной системы, позволяющей увеличить передаточное число механизма и тем самым повысить точность измерений.

При перемещении измерительного стержня 4 в двух точных направляющих втулках 3 поворачивается рычаг 6, который воздействует на рычаг 8, имеющий на большем плече зубчатый сектор, входящий в зацепление с зубчатым колесом (трибом) 7. На оси триба установлена стрелка с втулкой, связанная со спиральной пружиной 1, выбирающей зазор. Измерительное усилие создается пружиной 2. Для арретирования измерительного стержня служит арретир 5.

Выпускают рычажно-зубчатые однооборотные и многооборотные измерительные головки с ценой деления 0,001 и 0,002 мм (ГОСТ 9696 — 82). Многооборотные головки применяют в тех случаях, когда требуется высокая точность и большой диапазон измерения.

ГОСТ 5584 — 75 предусматривает выпуск рычажно-зубчатых индикаторов с ценой деления 0,01 мм с изменяемым положением измерительного рычага относительно корпуса.

Основные метрологические характеристики рычажно-зубчатых измерительных головок представлены в табл. 2.6.

В рычажных скобах (ГОСТ 11098 — 75) (рис. 2.23) в процессе измерения подвижная пятка 9, перемещаясь, воздействует на измерительный рычаг 11, зубчатый сектор которого поворачивает зубчатое колесо 4 и стрелку 1, неподвижно закрепленную на его оси. Спиральная пружина 3 постоянно прижимает зубчатое колесо к зубчатому сектору, устраняя таким образом зазор. Микровинт для настройки 8 служит для установки прибора на нуль по блоку концевых мер. Выпускают также рычажные скобы с цифровым отсчетом измеряемой величины в миллиметрах, десятых и сотых долях миллиметра.

Рычажные микрометры (ГОСТ 4381—87) аналогичны рычажным скобам и отличаются от них лишь наличием микрометрической головки для отсчета измеряемой величины в миллиметрах, десятых и сотых долях миллиметра. Для измерения наружных размеров до 100 мм предусмотрены микрометры типа МР с отсчетным устройством, встроенным в корпус. Микрометры типа MP3 предназначены для измерения длины общей нормали зубчатых колес, а микрометры типа МРИ — для измерения наружных размеров свыше 100 и до 2 000 мм.

Рис. 2.22. Рычажно-зубчатая измерительная головка (а) и ее схема (б):

1 — спиральная пружина; 2 — пружина; 3 — направляющие втулки; 4 — измерительный стержень; 5 — арретир; 6 и 8 — рычаги; 7 — зубчатое колесо [триб]

Таблица 2.6. Основные метрологические характеристики рычажно-зубчатых измерительных головок

Измерение — совокупность операций по применению системы измерений для получения значения измеряемой физической величины.

Измерения могут быть классифицированы по метрологическому назначению на три категории:

Ненормированные – измерения при ненормированных метрологических характеристиках.

Технические – измерения при помощи рабочих средств измерений.

Метрологические – измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений.

Ненормированные измерения наиболее простые. В них не нормируются точность и достоверность результата. Поэтому область их применения ограничена. Они не могут быть применены в области, на которую распространяется требование единства измерений. Каждый из нас выполнял ненормированные измерения длины, массы, времени, температуры не задумываясь о точности и достоверности результата. Как правило, результаты ненормированных измерений применяются индивидуально, т.е. используются субъектом в собственных целях.

Технические измерения удовлетворяют требованиям единства измерений, т.е. результат бывает получен с известной погрешностью и вероятностью, записывается в установленных единицах физических величин, с определённым количеством значащих цифр. Выполняются при помощи средств измерений с назначенным классом точности, прошедших поверку или калибровку в метрологической службе. В зависимости от того, предназначены измерения для внутрипроизводственных целей или их результаты будут доступны для всеобщего применения, необходимо выполнение калибровки или поверки средств измерений. Средство измерений, прошедшее калибровку или поверку, называют рабочим средством измерений. Примером технических измерений является большинство производственных измерений, измерение квартирными счётчиками потреблённой электроэнергии, измерения при взвешивании в торговых центрах, финансовые измерения в банковских терминалах. Средство измерений, применяемое для калибровки других средств измерений, называют образцовым средством измерений. Образцовое средство измерений имеет повышенный класс точности и хранится отдельно, для технических измерений не применяется.

Метрологические измерения не просто удовлетворяют требованиям единства измерений, а являются одним из средств обеспечения единства измерений. Выполняются с целью воспроизведения единиц физических величин для передачи их размера образцовым и рабочим средствам измерений. Метрологические измерения выполняет метрологическая служба в стандартных условиях, сертифицированным персоналом.

Можно выделить следующие виды измерений.

1) По характеру зависимости измеряемой величины от времени методы измерений подразделяются на:

• статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;
• динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

2) По способу получения результатов измерений (виду уравнений измерений) методы измерений разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

При прямом измерении искомое значение величины находят непо­средственно из опытных данных (например, измерение диаметра штан­генциркулем).

При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Совместными называют измерения двух или нескольких не одноимённых величин, производимые одновременно с целью нахождения функциональной зависимости между величинами (например, зависимости длины тела от температуры).

Совокупные – это такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин (при различных сочетаниях мер или этих величин) путем решения системы уравнений.

3) По условиям, определяющим точность результата измерения, мето­ды делятся на три класса.

Измерении максимально возможной точности (например, эталонные измерения), достижимой при существующем уровне техники.

Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение.

Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерения.

4) По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютное измерение основано на прямых измерениях величины и (или) использования значений физических констант.

При относительных измерениях величину сравнивают с одноименной, играющей роль единицы или принятой за исходную (например, измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика).

5) В зависимости от совокупности измеряемых параметров изделия различают поэлементный и комплексный методы измерения.

Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала).

Комплексный метод характеризуется измерением суммарного пока­зателя качества (а не физической величины), на который оказывают влияние отдельные его составляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.).

2. Методы измерений

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализо­ванным принципом измерений. Можно выделить следующие методы из­мерений.

По способу получения значения измеряемых величин различают два основных метода измерений.

Метод непосредственной оценки – метод измерения, при котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора прямого действия.

Метод сравнения с мерой – метод измерения, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Разновидности метода сравнения:

• метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения;
• дифференциальный метод, при котором измеряемую величину срав­нивают с известной величиной, воспроизводимой мерой;
• нулевой метод, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (например, измерение электрического сопротивления по схеме моста с полным его уравнове­шиванием);
• метод совпадений, при котором разность между измеряемой величи­ной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпа­дения отметок шкал или периодических сигналов (например, считывание размера по основной и нониусной шкалам штангенциркуля).

При измерении линейных величин независимо от рассмотренных методов различают контактный и бесконтактный методы измерений.

В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, различают:

• инструментальный метод;
• экспертный метод, который основан на использовании данных не­скольких специалистов (например, в квалиметрии, спорте, искусстве, медицине);
• эвристические методы, которые основаны на интуиции. Широко ис­пользуется способ попарного сопоставления, когда измеряемые величины сравниваются между собой попарно, а затем производится ранжирование на основании результатов этого сравнения;
• органолептические методы оценки, которые основаны на использо­вании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха, вкуса). Например, оценка шероховатости поверхности по образцу зрительно или на ощупь.

3. Понятие о точности измерений

Точность результата измерения – характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности его результата.

Эти погрешности являются следствием многих причин: несовершенства средств измерений, метода измерений, опыта оператора; недостаточной тщательности проведения измерения; воздействия внешних условий и т.д. Для оценки степени приближения результатов измерения к истинному значению измеряемой величины используются методы теории вероятности и математической статистики, что позволяет с определенной достоверностью оценить границы погрешностей, за пределы которых они не выходят. Это дает возможность для каждого конкретного случая выбрать средства и методы измерения, обеспечивающие измерение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с требуемой степенью доверия к результатам измерений (достоверностью).

Класс точности – обобщённая метрологическая характеристика средства измерения.

Класс точности определяется и обозначается по-разному. Наибольшее распространение получили три варианта, каждый представляет собой выраженное в процентах значение относительной погрешности:

– относительно измеренного значения (относительная погрешность),

– относительно максимального значения шкалы (приведённая погрешность),

– относительно участка шкалы (приведённая к участку шкалы погрешность).

Рассмотрим эти три варианта.

Вариант 1. Относительная погрешность.

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, результат измерения умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Например, вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (10,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,010 В. Запись результата: (10,000 ± 0,010) В, с вероятностью 95 % (эта вероятность по умолчанию назначается для технических измерений, исходя из этой вероятности определяется и класс точности). При нормировании по относительной погрешности, значение класса точности заключают в кружок. Как правило, обозначение класса точности размещают в правом нижнем углу на шкале средства измерений.

Вариант 2. Приведённая погрешность.

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, максимальное значение шкалы умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Например, вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В. Максимальное значение шкалы составляет 20,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (20,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,020 В. Запись результата: (10,000 ± 0,020) В, с вероятностью 95 %. При нормировании по приведённой погрешности, значение класса точности не сопровождают никакими знаками.

Вариант 3. Приведённая к участку шкалы погрешность.

Чтобы по классу точности определить значение абсолютной погрешности, размер участка шкалы умножают на класс точности и делят на сто, чтобы избавиться от процентов. Рассмотрим два примера, для случая, когда вся шкала поделена на два участка.

Пример 1. Участок шкалы от 0,000 В до 12,000 В, отмечен галочкой. Вольтметром класса точности 0,1 получено значение 10,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (12,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,012 В. Запись результата: (10,000 ± 0,012) В, с вероятностью 95 %.

Пример 2. Участок шкалы от 12,000 В до 20,000 В, также отмечен галочкой. Вольтметром класса точности 0,1 получено значение 15,000 В.

Абсолютная погрешность составит: (8,000 В ∙ 0,1 %) / 100 % = 0,008 В. Запись результата: (15,000 ± 0,008) В, с вероятностью 95 %. При нормировании по приведённой к участку шкалы погрешности, значение класса точности помещают над галочкой. Участки шкалы, относительно которых нормируется погрешность, обозначают галочками.

Варианты классов точности обусловлены отличием конструктивных, системных и схемотехнических решений средств измерений.

Корректная запись результатов

Запись результатов измерений производится по следующим правилам.

1) Погрешность указывается двумя значащими цифрами, если первая равна 1 или 2. Погрешность указывается одной значащей цифрой, если первая равна 3 или более. Все остальные цифры должны быть не значащими.

Значащей цифрой называется любая цифра числа, записанного в виде десятичной дроби, начиная слева с первой отличной от нуля цифры, независимо от того, где она находится – до запятой или после запятой.

2) Результат измерения округляется в соответствии с его погрешностью, т.е. записывается с той же точностью, что и погрешность.

Рассмотрим пример. Результат измерения: 10,645701, погрешность 0,012908.

1) Рассматриваем погрешность. Первая значащая цифра 1, поэтому оставляем две значащие цифры, округляя, записываем: 0,013.

2) Рассматриваем результат измерения. Погрешность записана с точностью до третьего знака после запятой, поэтому в результате также оставим три знака. Округляя, записываем: 10,646.

Корректная запись: 10,646 ± 0,013.

Корректная запись обеспечивает адекватность и сопоставимость результатов различных измерений и является одним из элементов единства измерений. Как правило, отбрасывание избыточных цифр не приводит к дополнительной погрешности, поскольку избыточные цифры обусловлены точностью вычислений, а не точностью измерений.

4. Основы обеспечения единства измерений

Специализация и кооперирование производства в масштабах страны, основанные на принципах взаимозаменяемости, требуют обеспечения и сохранения единства измерений.

Обеспечение единства измерений – деятельность метрологических служб, направленная на достижение и поддержание единства измерений в соответствии с правилами, требованиями и нормами, установленными государственными стандартами и другими нормативно-техническими документами в области метрологии.

Обеспечение единства измерений является задачей метрологических служб.

Метрологическая служба – совокупность субъектов, деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений.

Закон определяет, что Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает: государственные научные метрологические центры; органы Государственной метрологической службы регионов страны, а также городов Москва и Санкт-Петербург.

Читайте также:

  
• О к антонов достижения кратко
  
• Прогибиторный иск в римском праве кратко
  
• Государственная целостность это кратко и понятно
  
• Индо буддийский тип культуры кратко
  
• Собственные и примесные полупроводники кратко