авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

Псковский государственный политехнический институт

С.И. Дмитриев

И.Г. Ершова

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ

Курс лекций

для студентов механико-машиностроительного факультета

специальности 120100 «Технология машиностроения»

Рекомендовано к изданию Научно-методическим советом

Псковского государственного политехнического института Псков Издательство ППИ 2010 УДК 621.002 ББК 34.63 Д 67 Рекомендовано к изданию Научно-методическим советом Псковского государственного политехнического института Рецензенты:

д-р техн. наук проф. Ю.М. Зубарев (СПбИМаш);

к.т.н. доц. В.А. Игнатьев (ЗАО СП «АЛЬЯНС-ПМФ») Дмитриев С.И., Ершова И. Г.

Д 67 Метрологическое обеспечение производства в машино строении : Курс лекций – Псков : Издательство ППИ, 2010.

– 184 с.: – ил.

Курс лекций предназначен для студентов специальности 120100 «Технология машиностроения» и базирующимся на ней специализациям.

Излагаются материалы курса «Метрологическое обеспече ние производства» в соответствии с требованиями государствен ного образовательного стандарта по направлению «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производ ства». В систематизированной последовательности излагаются принципы и методы проектирования средств измерений, приме няемых в машиностроении при изготовленияи основных деталей машин. Отражены сведения, опубликованные за последние годы в отечественной и зарубежной литературе, опыт работы передо вых машиностроительных предприятий, учтены новые россий ские и международные стандарты.

УДК 621. ББК 34. © Дмитриев С.И., Ершова И. Г., © Псковский государственныйполитехнический институт, ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ…................................................................................................ ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МЕТРОЛОГИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ..................... 1.1. ПОНЯТИЕ «МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ» И ЕГО СОДЕРЖАНИЕ....... 1.2. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ....................... 1.3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СЛУЖБЫ................................................................ ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ......................... 2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН.................... 2.2. ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ................... 2.3. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ........................................................................... 2.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ............................ 2.5. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ........................................................ 2.5.1. Методы измерений....................................................................... 2.5.2. Виды и формы контроля............................................................. 2.6. ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ................................................................................................ ГЛАВА 3. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ......................................... 3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ.................................. 3.2. ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ................... 3.2.1. Погрешность метода измерений................................................ 3.2.2. Погрешность измерительного прибора..................................... 3.2.2.1. Погрешность схемы измерительного прибора............... 3.2.2.2. Погрешность технологическая......................................... 3.2.2.3. Эксплуатационная погрешность........................................ 3.2.3. Погрешность измерения из-за воздействия внешней среды.... 3.2.4. Погрешности измерения, зависящие от субъективных факторов................................................................................................................. 3.2.5. Специфические составляющие погрешности измерений......... 3.2.6. Суммарная погрешность измерения.......................................... 3.3. ПРАВИЛА ОКРУГЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.............................. 3.4. МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ................................................................................................ 3.5. ДОПУСКАЕМЫЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ...................................................................................... 3.5.1. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм................................................................................................. 3.5.2. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм с неуказанными допусками................................................ 3.5.3. Допускаемые погрешности измерений других геометрических показателей точности и других величин............................................. ГЛАВА 4. ВЫБОР СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ.............. 4.1. ВЫБОР УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ..................................... 4.1.1. Основные положения и порядок выбора средств измерений..... 4.1.2. Участие технических служб в выборе универсальных средств измерений............................................................................................... ГЛАВА 5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА............ 5.1. МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА И МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ................................................................... 5.1.1. Понятие о метрологической экспертизе и метрологической проработке технической документации................................................ 5.1.2. Конструкторская документация на средства измерений, подлежащая метрологической проработке и метрологической экспертизе........................................................................................... 5.1.3. Цели и содержание метрологической проработки (метрологической экспертизы) конструкторской документации при разработке средств измерений........................................................... 5.2. УТВЕРЖДЕНИЕ ТИПА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ И МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ НЕСТАНДАРТИЗОВАННЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ.................. 5.2.1. Утверждение типа средств измерений.................................... 5.2.2. Метрологическая аттестация нестандартизованных средств измерений........................................................................................... 5.3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ............................. 5.3.1. Методики проведения измерений.............................................. 5.3.2. Содержание методики проведения измерений....................... 5.3.3. Аттестация методик проведения измерений........................... 5.4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ........... 5.4.1. Место проведения измерений.................................................. 5.4.2. Выбор измеряемых параметров............................................... 5.4.3. Автоматизация процессов измерений..................................... 5.4.4. Статистические методы анализа точности обработки............ 5.5. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ СЕРТИФИКАЦИИ И РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМ КАЧЕСТВА................................................................................... 5.5.1. Метрологическое обеспечение при сертификации продукции и услуг.................................................................................................... 5.5.2. Метрологическое обеспечение систем качества..................... ГЛАВА 6. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА.............................................. 6.1. ПОВЕРКА И КАЛИБРОВКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ................................. 6.1.1. Поверка средств измерений..................................................... 6.1.2. Калибровка средств измерений................................................ 6.1.3. Методики поверки (калибровки) средств измерений............. 6.2. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И НАДЗОР.......................................... 6.2.1. Государственный метрологический контроль и надзор......... 6.2.2. Метрологический контроль и надзор на предприятиях и в организациях (у юридических лиц)................................................... ГЛАВА 7. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ В МАШИНОСТРОЕНИИ.......................................................................... 7.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.......................................................................... 7.2. МЕРЫ................................................................................................ 7.3. КАЛИБРЫ........................................................................................... 7.4. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ........................................... 7.4.1. Механические измерительные приборы и инструменты....... 7.4.2. Оптические приборы................................................................ 7.4.3. Пневматические измерительные приборы.............................. 7.4.4. Электрические приборы.......................................................... 7.5. ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ................................ 7.6. КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ....................................... ГЛАВА 8. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ........................................... 8.1. ПРИНЦИПЫ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ............................................. 8.2. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ.

............................ 8.3. СОСТАВ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЙ............... 8.3.1. Объект контроля и измерений................................................. 8.3.1.1. Обеспечение технологичности конструкции при техническом контроле................................................................. 8.3.1.2. Показатели технологичности конструкции при техническом контроле................................................................. 8.3.2. Процесс контроля..................................................................... 8.3.2.1 Правила разработки процессов технического контроля.......................................................................................................... 8.3.2.2. Выбор метода получения заготовки.............................. 8.3.2.3. Анализ задач на этапах построения операций и выбора норм времени обработки.............................................................. 8.3.2.4. Анализ задач на этапе выбора оборудования.

Автоматизация выбора КИП и обработки информации о качестве продукции на базе применения ЭВМ.......................... 8.3.2.5. Оптимизация процессов контроля................................ 8.3.2.6. Типизация процессов контроля....................................... 8.3.2.7. Типизация объектов контроля....................................... 8.3.2.8. Типизация методов контроля......................................... 8.3.2.9. Типизация средств контроля.......................................... 8.4. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ................................................................................................ ЛИТЕРАТУРА......................................................................................... ВВЕДЕНИЕ В настоящее время измерения в той или иной мере пронизывают все сферы инженерного труда. В процессе обучения будущие специалисты инженерных специальностей при освоении дисциплин учебного плана проводят многочисленные различные измерения, особенно при выполне нии лабораторных и практических работ.

С измерениями постоянно связана деятельность инженера исследователя, инженера-технолога, инженера-конструктора. Так, напри мер, инженер-конструктор обязан иметь четкое представление о возмож ностях измерительной техники, обеспечить взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц, контролепригодность разрабатываемого изделия на всех стадиях его жизненного цикла. Измерительная информация является основой для принятия технических и управленческих решений при испы тании продукции, оценивании ее технического уровня, аттестации и сер тификации качества. Знание современных правил, норм и требований в об ласти измерений также необходимо для специалистов, осуществляющих функции организации и управления производством.

На производстве молодой специалист, как правило, всегда прямо или косвенно будет связан по работе с измерениями. При этом он сталкивается с обилием измерительных задач, нормативных документов метрологиче ского содержания, исполнение которых является обязательным. Однако знание метрологических правил и норм еще не дает гарантии успешной инженерной деятельности. Инженеру необходимо изучить и освоить мето ды измерений и основные принципы конструирования измерительных средств. При этом на первое место следует поставить знание методов из мерения. Это обусловлено тем, что именно методы измерения и физиче ские принципы работы приборов являются наиболее постоянными, тогда как конкретные схемы и элементная база средств измерения непрерывно изменяются и совершенствуются.

К сожалению, явно недостаточен выпуск компактной литературы по метрологическому обеспечению машиностроения, пригодной для исполь зования в учебном процессе. Также недостаточно отражаются эти пробле мы и их решения в учебных планах и ГОС. В связи с этим на кафедре тех нологии машиностроения ППИ разработан комплекс учебных пособий и методических указаний по данному вопросу. Особенностью данного курса лекций является то, что в нем сделана попытка единого подхода к вопро сам точности при измерении, изготовлении изделий и поверки средств из мерений.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О МЕТРОЛОГИЧЕСКОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОЧНОСТИ В МАШИНОСТРОЕНИИ 1.1. ПОНЯТИЕ «МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ» И ЕГО СОДЕРЖАНИЕ Согласно ГОСТ 1.25-76 «Государственная система стандартизации.

Метрологическое обеспечение. Основные положения»: «Метрологическое обеспечение – это установление и применение научных и организацион ных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для дости жения единства и требуемой точности измерений». Из определения следу ет, что метрологическое обеспечение включает комплекс действий, на правленных на обеспечение единства измерений, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах величин, а погрешность из мерений определена с требуемой вероятностью.

В действиях, относящихся к метрологическому обеспечению, нет жёстко очерченного круга работ и строгих границ. Главное – все действия, которые направлены на возможность проведения измерений с требуемой точностью, т. е. с погрешностью, значением которой можно пренебречь, относятся к метрологическому обеспечению.

Все нормативные документы в виде Государственных и Межгосу дарственных стандартов (т. е. ГОСТ Р и ГОСТ) по метрологическому обеспечению имеют шифр ГСИ – Государственная система обеспечения единства измерений и выпускаются под серией «8», например ГОСТ 8.051 81.

Целью метрологического обеспечения производства в машинострое нии является достижение единства измерений, т. е. получение объективной информации о точностных параметрах изготавливаемой продукции путём измерения или объектов производства или состояния точности технологи ческого процесса. В отношении метрологического обеспечения на других производствах, где имеют место измерения, цели будут меняться, но не пременным останется необходимость измерений с требуемой точностью.

Таким образом, основным в метрологическом обеспечении является обеспечение точности измерений, т. е. решение задач, относящихся к вы явлению и оценке влияния различных факторов, определяющих погреш ность измерений.

Основным и пока единственным в стране государственным докумен том, относящимся к метрологическому обеспечению, является Закон Рос сийской Федерации «Об обеспечении единства измерений» от 27 апреля 1993г.

В общем виде технические основы метрологического обеспечения включают в себя формулировки характера выполняемых работ. Приведём важнейшие из них:

1. Система государственных эталонов величин.

В основе обеспечения единства измерений в стране является наличие единых значений физических величин. Надо иметь в виду, что значения единиц величин носят весьма условный характер. Просто люди договори лись в определённое время, когда в этом возникла необходимость, принять метр за единицу длины, килограмм – за единицу массы и так в отношении других величин. О том, что эта договорённость между людьми ещё полно стью не достигнута, говорит тот факт, что в мире широко используется метрическая (Международная система СИ) и дюймовая системы. В неко торых странах имеются свои системы единиц, отличающихся и от метри ческой и от дюймовой. Отсутствие единства в единицах измерений не очень удобно и для производства, и для торговли, и постепенно многие страны, в том числе США, Англия, Китай, переходят с дюймовой системы на метрическую.

Практически во всех странах есть государственные службы, которые создают государственные эталоны и следят за их сохранностью.

В соответствии с законом «Об обеспечении единства измерений»

под эталоном единиц величин имеют в виду средства измерений, предна значенные для воспроизведения и хранения единицы величины (либо кратных, либо дольных значений единицы величины).

Это определение относится ко всем эталонам, используемым для указанных целей, а более конкретно – для поверки средств измерений, т. е.

выявления погрешностей.

Отдельно выделяется Государственный эталон величины – эталон единицы величины, признанный решением уполномоченного на то госу дарственного органа, в качестве исходного на территории Российской Фе дерации.

2. Система передачи размера от государственных эталонов рабо чим средствам измерений.

Эта система должна обеспечивать положение, при котором точное значение величины передается от эталона до рабочих средств измерений.

Система эта является многоступенчатой и единой с тем, чтобы средства измерений имели одинаковую точность с определённой степенью прибли жения.

3. Система поверки и калибровки средств измерений.

Средства измерений, находящиеся в эксплуатации, должны перио дически поверятся с тем, чтобы убедиться, что погрешность их не стала больше, чем это может быть допущено.

4. Система государственных испытаний или аттестации средств измерений.

Поскольку точность средств измерений влияет не только на качество выпускаемой продукции, но и на большие материальные потери и даже на здоровье и жизнь людей, необходимо допускать к применению только та кие средства измерений, которые испытаны Государственной метрологи ческой службой. Это относится к определённой группе средств измерений.

5. Система стандартных образцов состава и свойств веществ.

6. Система стандартных справочных данных, физических констант и свойств веществ и материалов.

В начале 80-х годов в связи с внедрением робототехники и гибких производственных систем (ГПС) возникла необходимость в их метрологи ческом обеспечении. Появилось понятие «метрологическое обеспечение ГПС». Его следует рассматривать как производное понятие. Метрологиче ское обеспечение ГПС имеет свою специфику, обусловленную автомати ческими измерениями в динамическом режиме, совмещённостью средств измерений с ЭВМ, применением бесконтактных средств измерений и по верки, частыми переналадками ГПС, необходимостью контроля точност ных характеристик неизмерительных средств (например, точности прича ливания транспортной тележки, точности распознавания объектов и т. п.).

Метрологическое обеспечение ГПС требует более высокой квалификации метрологов предприятий как создающих, так и эксплуатирующих ГПС.

Научной основной метрологического обеспечения являются метро логия.

Организационной основной метрологического обеспечения явля ются метрологические службы.

Техническими основами метрологического обеспечения являются:

• система государственных эталонов единиц физических величин;

• система разработки, постановки на производство и выпуска в об ращение рабочих средств измерений;

• система государственных испытаний и метрологической аттеста ции средств измерений;

• система государственной и ведомственной поверки средств из мерений.

Общий комплекс работ по метрологическому обеспечению можно разделить на две части:

• метрологическое обеспечение подготовки производства;

• метрологическое обеспечение на этапе действующего производ ства.

Содержание работ по метрологическому обеспечению на этапе под готовки производства заключается в метрологической экспертизе и метро логическому контролю конструкторской и технологической документации.

Содержание работ по метрологическому обеспечению в процессе производства заключается в поверке средств измерений или их калибровке и в метрологическом контроле и надзоре с целью проверки соблюдения метрологических правил и норм.

Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической документации – это анализ и оценка принятых технических решений по выбору параметров, подлежащих измерению, установлению норм точно сти и обеспечению методами и средствами измерений процессов разработ ки, изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта изделий. Она прово дится с целью обеспечения эффективности измерений при контроле изде лий в процессе их разработки, изготовления, эксплуатации и ремонта;

осуществляется на различных стадиях разработки документации.

Основными задачами метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации являются:

• определение оптимальной номенклатуры измеряемых парамет ров;

• оценка контролепригодности конструкций изделия;

• установление соответствия показателей точности измерений тре бованием эффективности и достоверности контроля и взаимозаменяемо сти;

• установления соответствия показателей точности измерений тре бованием обеспечения оптимальных режимов технологических процессов;

• выявление возможности преимущественного применение авто матизированных средств измерений, оценка обеспечения применяемыми средствами измерений минимальных трудоёмкости и себестоимости кон трольных операций при заданной точности;

• определение целесообразности обработки на ЭВМ результатов измерений.

Исходя из перечисленных задач на основе анализа и оценки уровня и оптимальности принятых технических решений, эксперт должен знать предложения по исправлению недостатков. Оформление результатов мет рологической экспертизы проводиться в соответствии с ГОСТ 2.104-68 и ГОСТ 3.1104-81.

Не следует смешивать метрологическую экспертизу и метрологиче ский контроль. Метрологический контроль – это оценка принятых техни ческих решений метрологических задач методом сравнения с конкретными требованиями к объекту экспертизы. Метрологический контроль осущест вляют работники метрологических служб и специально подготовленные нормоконтролёры.

1.2. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ На определенном этапе своего развития измерения привели к воз никновению метрологии (от греческих слов «метрон» – мера, «логос» – учение) – науки об измерениях, методах и средствах обеспечения их един ства и способах достижения требуемой точности (ГОСТ 16263-70). Таким образом, метрология – область знаний, относящихся к измерениям.

Метрология не занимается вскрытием новых закономерностей, свя зей, а использует приёмы и знания из разных наук – математики, физики, механики и т. д.

Метрология является научной основой метрологического обеспече ния.

К основным проблемам метрологии относятся:

• общая теория измерений;

• единицы физических величин и их системы;

• методы и средства измерений;

• методы определения точности измерений;

• методы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений;

• эталоны и образцовые средства измерений;

• методы передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Зародившись, как описательная наука, метрология просуществовала в таком виде значительное время.

Первые официальные распоряжения, обязывающие выпускать в Рос сии качественную, стандартную продукцию относятся к 1555 году, когда московские пушкари получили приказ «лить ядра круглые и гладкие». О серьёзной метрологии можно говорить, ссылаясь на времена Петра Вели кого, когда в России наблюдался подъём промышленного производства.

Представляет интерес Указ Петра I о качестве, датированной 11 ян варя 1723 года.

*** Указ О КАЧЕСТВЕ января 11 дня 1723 года Повелеваю хозяина Тульской фабрики Корнилу Белоглазова бить кнутом и сослать на работу в монастыри, понеже он, подлец, осмелился войску Государства продавать негодные пищали и фузеи.

Старшину Альдермала Фрола Фукса бить кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клеймо на плохие ружья.

*** В России первый труд по метрологии был посвящен описанию мер и денежных знаков, применяемых в разных странах. Эта работа, изданная в период становления государственной метрологической службы России, получили высокую оценку – ей была присуждена Демидовская премия.

Развитие науки и техники вызвало необходимость создания новых средств измерений, повышения точности измерений. Так, например, изобретатель паровой машины Ползунов контролировал зазоры между поршнем и ци линдром медным пятаком. Медный пятак имел толщину 6 мм. Если пятак не проходил по толщине, то качество подгонки поршня считалось хоро шим, если проходил – неудовлетворительным. Естественно, что с развити ем машиностроения наступил период, когда пятак или палка не могли уже служить узаконенным средством измерений. К метрологии стали предъяв лять новые требования.

В 1875 году в Париже семнадцатью государствами, в том числе и Россией, была подписана Метрическая конвенция для обеспечения между народного единства и усовершенствования метрической системы мер и создано первое международное научное метрологическое учреждение – Международное бюро мер и весов (МБМВ). Это было крупным событием в мире, способствовавшим совершенствованию системы мер и развитию метрологии. Начали создаваться научные метрологические организации в ряде стран – в Германии (1887), в России (1893), в Англии (1900), в США (1901).

Большая заслуга в становлении отечественной метрологии принад лежит Д.И. Менделееву, видевшему в метрологии мощный рычаг воздей ствия на экономику. В 1893-1907 годах Д.И. Менделеев был управляющим Главной палатой мер и весов в Петербурге (ныне НПО «ВНИИМ им.

Д.И. Менделеева»).

В настоящее время на базе главной палаты мер и весов в Санкт Петербурге существует высшее научное учреждение страны – Всероссий ский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ). В лабораториях института разрабатываются и хранятся госу дарственные эталоны единиц измерений, определяются физические кон станты и свойства веществ и материалов. Тематика работ института охва тывает линейные, угловые, оптические и фотометрические, акустические, электрические и магнитные измерения массы, плотности, силы, давления, вязкости, твердости, скорости, ускорения и ряда других величин.

В 1955 г. под Москвой был создан второй метрологический центр страны – ныне Всероссийский научно-исследовательский институт физи ко-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ). Он разра батывает эталоны и средства точных измерений в ряде важнейших облас тей науки и техники: радиоэлектроники, службе времени и частоты, аку стики, атомной физике, физике низких температур и высоких давлений.

Третьим метрологическим центром России является Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС) – головная организация в области прикладной и законодательной метроло гии. На него возложены координация и научно-методическое руководство метрологической службы страны. Кроме перечисленных существует ряд региональных метрологических институтов и центров.

К международным метрологическим организациям относится и Ме ждународная организация законодательной метрологии (МОЗМ), образо ванная в 1956 г. При МОЗМ в Париже работает Международное бюро за конодательной метрологии. Его деятельностью руководит Международный комитет законодательной метрологии. Некоторые вопросы метрологии ре шает Международная организация по стандартизации (ИСО).

После революции метрология в России получила дальнейшее разви тие. Характерной чертой этого развития стало тесное сближение метроло гии с практикой. И всё же объектом метрологической деятельности ещё долгое время было только обеспечение единообразия средств измерений.

Сейчас границы применения метрологии значительно расширились.

Она рассматривается как наука об измерениях, методах и средствах обес печения их единства и способах обеспечения требуемой точности. Как видно из этого определения, понятие «метрология» базируется на двух по нятиях – «измерение» и «обеспечение единства измерения». Определения этих понятий приведены во второй главе.

Потребность в обеспечении единства измерений при постоянно воз растающих требованиях к их точности продиктовано измерительной прак тикой. Именно в обеспечении единства заложен важнейший резерв качест ва измерений.

Выполнять измерения – это ещё не значит заниматься метрологией.

Нельзя ставить знак равенства между измерениями и метрологией. Метро логия как наука изучает измерения физических величин и образующие из мерение элементы: средства измерений, физические величины и их едини цы, методы и методики измерений, результаты измерений, погрешности средств измерений и погрешности результатов измерений. Практически все решаемые в рамках метрологии задачи направлены на обеспечение единства измерений при требуемой для производства точности.

С этой це лью разрабатываются и утверждаются единые для страны единицы физи ческих величин, в соответствии с которыми градуируются средства изме рений, создаются государственные эталоны для воспроизведения единиц конкретных физических величин и передачи их размера применяемым в стране средствам измерения этих величин. Градуировкой средств измере ний в принятых (узаконенных) единицах, размеры которых соответствуют государственным эталонам, т. е. единому началу, закладываются основы единства измерений той или иной физической величины. Добиться единст ва размеров единиц – важнейшая задача метрологической службы. Наряду с эталонной базой страны, насчитывающей более 150 государственных эталонов и несколько сот вторичных эталонов, существует большой парк образцовых средств измерений, связанных с эталонами. По образцовым средствам измерений поверяются рабочие средства измерений. При повер ке отбраковываются те средства измерений, характеристики которых пере стали удовлетворять предъявляемым требованиям. В первую очередь это касается их погрешности. Чтобы быть уверенным в том, что применяемое средство измерений метрологически исправно, необходимо следить за своевременной его поверкой.

Передача размера единиц средствам измерений от государственного эталона или исходного образцового средства (если нет эталона) осуществ ляется на основании государственной поверочной схемы. Рабочие средства измерений подвергаются поверке в соответствии с требованиями повероч ной схемы и правилами, излагаемыми в нормативно-технической доку ментации. Государственную поверочную схему упрощённо можно рас сматривать как пирамиду, в вершине которой находится государственный эталон (ГЭ), а в основании – рабочие средства измерений (РСИ) той или иной измеряемой физической величины (рис. 1.1). От одного исходного начала – государственного эталона единица распространяется при помощи вторичных эталонов и образцовых средств столько раз, сколько требуется для передачи её размера всем РСИ, использующимся на производстве.

Следовательно, государственные эталоны являются основой обеспечения единства измерений.

Государственный эталон Вторичные эталоны Образцовые средства измерений Рабочие средства измерений Рис. 1.1. Иерархия передачи размера единицы физической величины Естественно, что повышение точности эталонов способствуют уве личению точности измерений. В связи с этим эталоны постоянно совер шенствуются, разрабатываются новые методы воспроизведения единиц, проводится международное сличение эталонов.

Однако, для обеспечения единства измерений указанных мероприя тий недостаточно. Часто, применяя одинаковые по размеру единицы и вы полняя самые тщательные измерения в разных местах, не удаётся добиться их единства. Необходимы ещё и единая унифицированная методика изме рений, устанавливающая единый метод их проведения, требования к усло виям измерений и квалификации операторов, осуществляющих измерения, и др.

При соблюдении требований единства измерений одних и тех же размеров однородных физических величин погрешности результатов изме рений не должны выходить за пределы установленных норм. Однако зна ние погрешностей ещё не даёт основания утверждать, что достигнуто единство измерений. Не установив пределов погрешностей измерений, вы текающего из конкретной измерительной задачи, нельзя правильно решить вопрос о выборе необходимых средств измерений, правильно оценить ре зультаты измерений, выполненных в разных местах.

Чтобы понять важность обеспечения единства измерений, рассмот рим пример из повседневной жизни. Предположим, мы перестали слышать сигналы времени. Каждый начал жить по своим часам. Сразу же появится множество проблем, связанных с началом рабочего дня, с графиком дви жения различных видов транспорта, времени работы бытовых учреждений и магазинов. Пассажир придёт на вокзал, а ему скажут: ваш поезд уже ушёл. Несвоевременная поставка оборудования на стройки, сырья и ком плектующих изделий на предприятия приведёт к нарушению ритма их ра боты. Без знания единого времени станет невозможным изучение звёзд и планет, пользование различными навигационными системами, системой спутниковой радиосвязи и т. д. Таким образом, нарушение единства изме рений лишь одной физической величины вызовет дезорганизацию не толь ко экономики, но и всей жизни. Необходимо отметить, что измерения лишь в том случае могут быть полезны, если их результатам можно доверять.

Доверие же невозможно без соблюдения единства измерений той или иной конкретной физической величины.

Итак, достижение единства и требуемой точности измерений – важ ный фактор обеспечения высокого качества измерений, как в настоящее время, так и в будущем.

И всё же достижение единства измерений при требуемой их точно сти во многих случаях не обеспечивает необходимого качества измерений, например, при быстропротекающих процессах, в автоматических произ водствах, при большом числе измеряемых величин и т.д. Для этого нужны быстродействующие средства измерений. С внедрением сложных измери тельных систем существенное значение приобретает квалификация опера тора. Нередко причиной брака продукции становятся неверно назначенные средства измерений (в первую очередь по точности). Бывает и так, что средства измерения вовсе не назначается там, где это необходимо, из-за их отсутствия. Как показывает анализ, если весь брак, причиной которого яв ляются недостатки метрологической деятельности принять за 100%, то брак продукции вследствие неправильно выбранных или совсем не назна ченных средств измерения составит 48,5%, из-за неумелого применения средств измерений, отсутствия метрологически аттестованных методик измерений и низкой квалификации операторов – 46%, 5,5% брака обуслав ливается неисправностью (технической или метрологической) средств из мерений.

Организационной основой метрологического обеспечения являются метрологические службы.

1.3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ СЛУЖБЫ Работы по метрологическому обеспечению проводят специальные или специализированные организации или подразделения на предприяти ях, в организациях и учреждениях, которые называют метрологическими службами.

Метрологическая служба – совокупность субъектов деятельности и видов работ, направленных на обеспечение единства измерений. Метроло гические службы разрабатывают нормы, правила, требования. С целью унификации метрологических норм и правил в конце шестидесятых годов была разработана Государственная система обеспечения единства измере ний (ГСИ), охватывающая комплекс государственных стандартов.

Метрологические службы бывают государственные и службы юри дических лиц.

Государственная метрологическая служба.

Основными задачами государственной метрологической службы яв ляются организация и проведение работ по созданию и сохранению систе мы государственных эталонов величин, а также системы передачи точно сти эталонов до рабочих средств измерений. Наблюдение за единством средств измерений и осуществление связи их с эталонами существует с тех пор, как в государстве устанавливаются единые меры. Весь комплекс ра бот, связанный с поддержанием эталонов в рабочем состоянии и обеспече ния единства измерений, должен быть заботой государства. Роль Государ ственной метрологической службы выполняет Комитет Российской Феде рации по стандартизации, метрологии и сертификации (Госстандарт Рос сии). В 2005 году Госстандарту России исполнилось 80 лет.

Метрологические службы юридических лиц.

Многие годы эти метрологические службы назывались ведомствен ными, поскольку существовавшие ранее министерства и ведомства имели централизованные службы, осуществляющие в полной мере техническое содержание работ по метрологическому обеспечению. В настоящее время не на всех производствах имеются метрологические службы, поскольку в Законе «О единстве измерений», как и в ранее выпущенном постановлении Совета Министров указано, что эти службы «создаются в необходимых случаях». Поэтому работы по метрологическому обеспечению, если они и проводятся, то проводятся отдельными, не всегда связанными между собой подразделениями. Такое положение не способствует успешной работе, по скольку работа по метрологическому обеспечению непосредственно на предприятиях должна обладать определенным единством и только в еди ном комплексе приносит пользу.

Ниже перечислены основные виды работ по метрологическому обес печению, которые должны проводиться непосредственно на предприятиях и в организациях.

1. Проведение анализа состояния с измерениями.

Постоянный анализ является основным видом работ, относящимся к метрологическому обеспечению, поскольку изготовитель должен всегда знать, с какой достоверностью выявляются значения параметров изготов ляемых им изделий. Работа эта многоплановая и разнообразная, а цель единая – обеспечить необходимую точность и производительность измере ний.

В процессе анализа необходимо убедиться, что все нормируемые по казатели точности могут быть измерены имеющимися на этом предпри ятии средствами измерений. Надо обратить внимание именно на то, что имеется возможность, а не обязательно в действительности измеряются.

Большинство требований к точности изготовляемых деталей может быть выполнено при так называемом технологическом обеспечении, т. е., если точность технологического процесса имеет запас по сравнению с норми руемой точностью. Естественно, если такой запас по какому-то параметру есть, то нет необходимости измерять по этому параметру все изготовлен ные детали. Но возможность измерять эти параметры у производства все равно должна быть, поскольку может возникнуть потребность в этих изме рениях.

При анализе необходимо обращать внимание на достаточность и не обходимость измеряемых параметров. Иногда можно встретиться с факта ми, когда предъявляются требования в значительной мере дублирующие друг друга и еще хуже – жесткие требования, не характеризующие экс плуатационные свойства объекта измерений.

Анализу должны подвергаться участки производства, где имеет ме сто значительный объём измерительных операций, где измерения влияют на производительность изготовления или являются трудоёмкими. Во всех случаях необходимо выявлять возможность автоматизации процесса изме рений, в том числе измерений в процессе обработки.

Важнейшим этапом анализа уровня метрологического обеспечения является оценка погрешности измерений. Необходимо, чтобы погрешность измерений находилась в допускаемых пределах и её влиянием на результа ты можно было пренебречь. Возможные источники погрешности измере ний рассмотрены в Главе 3.

2. Проведение метрологической проработки и метрологической экс пертизы конструкторской и технологической документации.

Целью проведения этой работы является обеспечение разработки до кументации, в которой все нормируемые показатели точности были бы контролепригодны на конкретном производстве, для которого эта доку ментация разрабатывается.

3. Проведение работ или участие в работах по выбору средств из мерений и методик проведения измерений.

Этот вид работ является одним из важнейших в метрологическом обеспечении. При этом выясняется, какими средствами и как необходимо измерять на всех этапах и операциях технологического процесса от полу чения заготовки до готового изделия. Для достижения поставленной цели необходима разработка систем измерений при изготовлении всех изделий.

4. Обеспечение производства необходимыми средствами измерений.

Это касается как средств измерений, выпускаемых специализирован ными производителями, так и специальных средств измерений, разрабаты ваемых на предприятии.

5. Участие в работах по анализу точности технологического про цесса.

Проводимый технологической службой анализ касается, в частности, выявления причин появления брака. В эти работы включается надзор за точностным состоянием финишного оборудования.

6. Участие в работах по сертификации продукции.

При проведении работ по сертификации оценивается не только тех нический уровень и качество выпускаемой продукции, но и обеспечен ность производства средствами измерений и условиями, позволяющими проводить измерения с требуемой точностью.

7. Организация работ по поверке и калибровке средств измерений.

Для большинства средств измерений характерны так называемые па раметрические отказы, т. е. поломки, при которых прибор функционирует, выдаёт информацию, но эта информация имеет погрешность, выходящую за допускаемые пределы. Поэтому возникает необходимость регулярно по верять все средства измерений.

Наиболее правильным является поверка прибора непосредственно оператором, который пользуется этим средством измерений. В отношении сложных средств измерений такую поверку должны производить специа листы метрологической службы, которые подготовлены специально для такой работы.

Перечисленные виды работ, проводимые метрологической службой предприятий, организаций и учреждений, как правило, проводятся совме стно с другими техническими службами. Необходимо добиваться положе ния, при котором работы, связанные со всеми видами измерений, в том числе не указанные в приведённом перечне, проводились непосредственно метрологической службой, либо с участием других технических служб.

Следует подчеркнуть, что в последние годы значительно расшири лись рамки деятельности метрологических служб. Наряду с основной дея тельностью – обеспечением единства измерений, они занимаются метроло гической подготовкой производства, созданием и метрологической атте стацией специальных средств измерений, метрологической экспертизой, конструкторской, технологической и другой документации и рядом других работ. Именно в связи с этим и возникло понятие «метрологическое обес печение», которое включает не только обеспечение единства измерения, но обеспечение необходимыми средствами измерений. Не используя соответ ствующих средств измерений, нельзя ожидать высокого качества измере ний, а, следовательно, и хорошего качества выпускаемой продукции.

Что такое качество измерений? Под качеством измерений следует понимать совокупность свойств состояния измерений, обусловливающих получение результатов измерений с требуемыми точностными характери стиками, в необходимом виде и в установленный срок.

К основным свойствам состояния измерений относятся:

• точность результатов измерений, характеризуемая погрешностя ми средств и методов измерений;

• сходимость, отражающая близость друг к другу результатов по вторных измерений, осуществляемых в одинаковых условиях;

• воспроизводимость, отражающая близость друг к другу результа тов измерений, выполняемых в различных местах;

• быстрота получения результатов (это свойство измерений зави сит от рационально составленной методики измерений, уровня автомати зации измерений и обработки полученных данных);

• единство измерений (это свойство определяется равенством раз меров единиц, хранимых различными средствами измерений в пределах установленной погрешности, применением узаконенных единиц физиче ских величин, стандартизированных и аттестованных средств и методик измерений, уровнем их унификации).

Качество измерений не только зависит от средств измерений, но и эргономических показателей, характеризующих систему «человек – объект измерения – средство измерения», экологических показателей, характери зующих уровень вредных воздействий на окружающую среду при прове дении измерений, безопасности обслуживающего персонала, осуществ ляющего измерения.

Все перечисленные выше свойства прямо или косвенно влияют на точность, своевременность и объём получаемой измерительной информа ции.

Только при наличии надёжных средств измерений, правильном их выборе и применении можно обеспечить высокое качество измерений.

Удовлетворение потребностей предприятий и организаций в средствах из мерений, обычно устанавливаемых на основании анализа состояния изме рений на производстве, имеет важное значение.

На этапе перехода к рыночным отношениям весьма опасна недо оценка роли метрологической службы в основном производстве. Эта служба не выдаёт конкретную продукцию, но без измерений невозможно эту продукцию выпускать. Однако на некоторых производствах появилась тенденция к сокращению метрологической службы. Она может создать большие трудности для производства, когда требования к качеству про дукции будут, не просто декларированы, а определять успех производства на рынке сбыта продукции.

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ 2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Наблюдая предметы и явления окружающей природы, человек из давна испытывал потребность в их количественной оценке. Со временем это привело к измерениям. В основу применяемых мер сначала брали раз личные части человеческого тела или какие-либо предметы. С развитием производительных сил, ростом материальной культуры общества меры со вершенствовались, создавались новые, повышалась точность измерений, появилась потребность в установлении единства единиц, применяемых при измерении.

Примитивные на первых порах измерения в наши дни превратились в мощный рычаг познания и, вместе с тем, в одно из самых объективных средств оценки различных производственных процессов. Сейчас трудно себе представить вид деятельности человека, который не использовал бы результаты измерений.

Без измерений невозможно существование современной науки, про мышленности, сельского хозяйства, медицины, торговли. Измерения необ ходимы в военном деле, в быту, в спорте и во многих других видах дея тельности человека. Они выполняются не только в разных земных услови ях, но и в атмосфере, в космосе, на других планетах. Измерения позволяют управлять технологическими процессами, предприятиями, народным хо зяйством в целом. Огромное значение имеют измерения в повышении ка чества продукции. Много измерительных приборов применяется в быту.

Измерительная информация стала неотъемлемой спутницей человека.

Можно с уверенностью сказать, что измерения сопровождают нас в тече ние всей жизни.

Доля затрат на измерения составляет 10-15% от затрат общественно го труда, а в отраслях промышленности, производящих сложную технику (электроника, станкостроение и др.), она достигает 50-70%. Подсчитано, что число средств измерений растет прямо пропорционально квадрату прироста промышленной продукции. Это означает, что при увеличении объема промышленной продукции в 2 раза число средств измерений может вырасти в 4 раза. С расширением сферы человеческой деятельности из мерения охватывают все новые физические величины, существенно рас ширяются диапазоны измерений. Так, например, диапазон измерений дли ны составляет от 20 – 100 нм (1 нм равен 10-9 м) до десятков, сотен тысяч и даже миллионов километров (сверхбольшие расстояния на земной поверх ности, в космосе).

Резко возросли и продолжают расти требования к точности измере ний, быстроте получения измерительной информации, качеству измерений комплекса физических величин, характеризующих быстро протекающие процессы. Расширяется применение сложных измерительных систем раз личного назначения (информационных, управляющих, контролирующих и др.). Автоматизация производства, внедрение быстро переналаживаемых производств обусловливают необходимость полной автоматизации изме рений, использования систем автоматического контроля, бесконтактных средств измерений, измерительных роботов. В связи с этим возрастают требования к квалификации операторов, к подготовке специалистов в об ласти точных измерений.

Анализ тенденций развития науки, техники и технологии позволяет сделать вывод о необходимости дальнейшего повышения точности изме рений в высокоточном машиностроении.

Следует заметить, что уровень точности, к которому надо стремить ся, должен определяться критерием целесообразности. Известно, что уве личение точности в два раза увеличивает затраты на измерение в несколь ко раз. В то же время снижение точности измерений ниже нормы приводит к браку продукции. Важно иметь в виду и значимость результата измере ний. В одних случаях результат измерений имеет небольшое или локаль ное значение, в других он играет исключительно важную роль: от точности результата измерений может зависеть научное открытие или жизнь людей (например, при измерении концентрации метана в шахтах). Именно значи мость результата измерений определяет ту совокупность требований, ко торые должны предъявляться к качеству измерений.


Говоря о роли измерений, нельзя не привести известное изречение основоположника отечественной метрологии Д. И. Менделеева: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры». Именно мера, с которой можно сравнить размер измеряемой вели чины, отличает измерение от других видов количественного оценивания.

Помимо этого измерение характеризуется объективностью, так как выпол няется при помощи специально предназначенных для этой цели техниче ских средств (средств измерений). Зачастую измерения осуществляются с высокой точностью, нередко находящейся на пределе возможностей со временной науки и техники. Для измерений с заданной точностью выби раются необходимые по точности и быстродействию средства измерений, при этом устанавливаются требуемые условия измерений, выполняется комплекс работ по обеспечению их единства. Средства измерений градуи руются, а результаты измерений выражаются в установленных единицах.

При измерениях физических величин определяется погрешность измере ний, что дает возможность оценить качество результата.

Измерения развиваются, становятся все более сложными, однако их суть, заключающаяся в количественном выражении величины на основа нии эксперимента путем сопоставления величины с однородной величи ной, принятой за единицу, остается без изменений.

Такой подход выработан практикой измерений, исчисляемой сотня ми лет. Он вполне соответствует содержанию понятия «измерение», дан ному более 200 лет назад великим математиком Л. Эйлером: «Невозможно определить или измерить одну величину иначе, как, приняв в качестве из вестной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится к ней» [9].

Измерение следует рассматривать с трех точек зрения: технической, метрологической и гносеологической. Техническая сторона измерения за ключается в совокупности операций по применению технического средст ва. Метрологическая суть состоит в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой физической величины с ее единицей (хранимой применяемым средством), размер которой передан от эталона или образцового средства измерений. Гносеологический аспект говорит о том, что целью измерения является получение значения измеряемой величины (в форме, удобной для дальнейшего использования) с известной погрешностью, которая во мно гих случаях не должна превышать установленного предела.

Измерения, пронизывая все сферы человеческой деятельности, пред ставляют собой важнейшее средство получения наиболее объективной из мерительной информации.

2.2. ОСНОВНЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263-70).

Под измерением понимают опыт, в результате которого получают количе ственную характеристику свойств объекта, явления или процесса с по грешностью, не превышающей допустимую.

Измерения, отнесенные к линейным и угловым величинам, называют техническим измерением.

Измерения классифицируют:

• по характеристике точности – равноточные, неравноточные;

• по числу измерений в серии – однократные, многократные;

• по отношению к изменению измеряемой величины – статиче ские, динамические;

• по метрологическому назначению – технические, метрологиче ские;

• по выражению результата – абсолютные, относительные;

• по общим приемам получения результатов измерении – прямые, косвенные, совместные, совокупные.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различными по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз. В ряде случаев, когда нужна большая уверенность в получаемом результате, од ного измерения оказывается недостаточно, тогда выполняются два, три и более измерений одной и той же конкретной величины. В таких случаях допускаются выражения: «двукратное измерение», «трехкратное измере ние» и т. д.

Многократное измерение – измерение одной и той же физической величины, результат которого получают из нескольких следующих друг за другом измерений, т. е. измерение, состоящее из ряда однократных изме рений.

С какого числа измерений можно считать измерение многократным?

Строгого ответа на этот вопрос нет. Однако известно, что при числе от дельных измерении n 4, ряд измерений может быть обработан в соответ ствии с требованиями математической статистики. Следовательно, при че тырех измерениях и более измерение можно считать многократным. За ре зультат многократного измерения обычно принимают среднее арифмети ческое значение из результатов однократных измерений, входящих в ряд.

Статическое измерение – измерение физической величины, прини маемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизмен ную на протяжении времени измерения. Например, измерение длины дета ли при нормальной температуре.

Динамическое измерение – измерение физической величины, раз мер которой изменяется с течением времени. Быстрое изменение размера измеряемой величины требует ее измерения с точной фиксацией момента времени. Например, измерение вращающиеся детали в процессе ее обра ботки на станке.

Технические измерения – измерения при помощи рабочих средств измерений. Технические измерения выполняются с целью контроля и управления научными экспериментами, контроля параметров изделий, технологических процессов и т. д.

Метрологические измерения – измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений с целью воспроизведения единиц физиче ских величин или передачи их размера рабочим средствам измерений.

Например, при поверке штриховых мер длины на поверочной установке с помощью образцовой меры. Эти измерения проводятся с метрологиче ской целью, т. е. являются метрологическими.

Абсолютное измерение – измерение, приводящее к значению изме ряемой величины, выраженному в ее единицах. Например, при измерении длины детали микрометром результат измерения выражается в единицах измеряемых величин (в миллиметрах).

Относительное измерение – измерение отношения величины к од ноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение ве личины находят непосредственно по показаниям прибора. Формула прямо го измерения:

X = n [X ], где Х – искомая физическая величина;

[X] – единица физической величины;

n – значение физической величины.

Косвенное измерение – измерение, при котором значение физиче ской величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой. Фор мула косвенных измерений:

y = f ( x1;

x 2 ;

...;

xn ), где y – искомая физическая величина;

x1, x2, … xn – величины, подвергаемые прямым измерениям.

Точность косвенных измерений зависит от точности прямых измере ний и точности используемой зависимости.

Например, при измерении наружных размеров большого диаметра применяют косвенное измерение по схеме, изображенной на рис. 2.1.

h S D= +h S S h D Рис. 2.1. Схема косвенного измерения диаметра Совокупные измерения – измерения нескольких однородных вели чин в различных их сочетаниях, значения которых определяют путем ре шения системы уравнений. Например, измерение отклонений от прямоли нейности образующих тел вращения (рис. 2.2). На измеряемую деталь устанавливают 2 одинаковые плоскопараллельные концевые меры длины на расстоянии от торцов, равном 0,22l, где l – общая длина измеряемой де тали. На них устанавливают вторую измеряемую деталь 5. Обе детали удерживаются в вертикальном положении двумя подпружиненными план ками 6, что обеспечивает постоянный контакт измеряемых деталей с вер тикальной поверхностью корпуса 1.

5 0,22 l 0,22 l l Рис. 2.2. Схема совокупного измерения Отклонения от расстояния между измеряемыми деталями, равного размеру плоскопараллельных концевых мер длины 3, определяются с по мощью трех индикаторных нутромеров с ценой деления регистрирующих средств 0,001 мм, установленных в центрах 4 стоек 10. Оба контакта, под вижный 7 и неподвижный 9, имеют ножевидную форму.

Перед измерением все три индикаторные нутромеры 8 настраивают на размер, равный размеру плоскопараллельных концевых мер длины. За тем определяют отклонения от заданного размера в трех поперечных сече ниях по середине и по краям деталей, так как наибольшее распространение имеют отклонения формы от прямолинейности в виде выпуклости и во гнутости.

Для определения отклонений от прямолинейности необходимо изме рить три валика X, Y и Z и составить три уравнения. В уравнения вводят максимальные отклонения, полученные при измерении всех валиков. На пример: X+Y = – 3 мкм;

X + Z = 5 мкм;

Y + Z = – 6 мкм. После соответст вующих вычислений получим: Х = 4 мкм;

Y = –7 мкм;

Z = 1 мкм. Следова тельно, наименьшее отклонение от прямолинейности имеет третий валик.

Таким образом, по трем деталям можно легко определить действи тельные отклонения от прямолинейности их образующих без применения дорогостоящих высокоточных аттестованных деталей-образцов. Анало гично можно определить отклонения от прямолинейности плоских, кони ческих и других деталей.


Совместные измерения – одновременные измерения двух или не скольких неоднородных величин для установления зависимости между ними. Например, на основании ряда одновременных измерений отклоне ний диаметра шейки вала d и параметра шероховатости Ra после тонкого точения определяют статистическую связь d= k·Rz, где k – угловой коэф фициент.

Контроль – это совокупность экспериментальных операций, имею щих целью установление факта нахождения значения физической величи ны в пределах заданных границ или вне этих границ (при этом значения физической величины можно и не знать).

Технический контроль – проверка соответствия объекта, от которо го зависит качество продукции, установленным техническим требованием.

Технический контроль, осуществляемый с обязательным применением средств измерения, называют измерительным контролем.

Испытания – экспериментальное определение количественных и качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него, при его функционировании, при моделировании объ екта и воздействий. Разновидность испытания, проводимого для контроля качества объекта, называют контрольным испытанием.

Взаимосвязь технических измерений, контроля и испытаний поясня ется кругами Эйлера, в приоритетных зонах которых сосредоточено их взаимодействие (рис. 2.3).

б а в Рис. 2.3. Круги Эйлера:

а – технический контроль;

б – технические измерения;

в – испытания Единство измерений – такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Без единства измерений невозможно сопоставление результатов измерений, выполненных в разных местах, в разное время с использованием разных методов и средств измерений.

Точность измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Погрешность измерений – отклонение результата измерения от ис тинного значения измеряемой величины:

X = X изм X, где Хизм – значение, полученное при измерении;

Х – истинное значение измеряемой величины.

На практике за истинное значение принимают значение измеряемой величины, полученное на более точном приборе.

Средство измерений – техническое средство, используемое при из мерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

2.3. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЙ Издавна для количественного оценивания (расстояний между насе ленными пунктами, вместимости сосудов, массы тел, продолжительности дня, площади земельных участков, длины копий и стрел и т. п.) человек пользовался различными единицами – примитивными на первых порах и более сложными на поздних этапах развития человеческого общества. В истории развития единиц, физических величин выделяют субъективные и объективные единицы, сопряженные единицы и системы единиц [20].

Субъективные единицы длины – самые древние. Они отождествлялись с названиями частей человеческого тела: дюйм (длина сустава большого пальца), ладонь (ширина четырех пальцев без большого), малая пядь (рас стояние между концами расставленных большого и среднего пальцев), большая пядь (расстояние между концами большого пальца и мизинца), фут (длина ступни), шаг и др. Субъективными единицами площади явля лись колодец (площадь, которую можно полить из одного колодца), у сла вян соха или плуг (средняя площадь, обрабатываемая за день сохой или плугом) и др.

В XIV – XVI веках субъективные единицы стали заменять объектив ными. Так, в Англии в XIV веке были узаконены дюйм (равный длине трех приставленных друг к другу ячменных зерен), фут (ширина 64 ячменных зерен, положенных бок о бок) и другие единицы. Единицами массы стали гран (масса зерна) и карат (масса семени одного из видов бобов). В даль нейшем появились сопряженные единицы, т. e. единицы, находящиеся во взаимной связи – миля, ярд, фут и дюйм. (1 миля = 1760 ярдам, 1 ярд = футам, 1 фут =12 дюймам.) Так как свои меры применяли не только разные государства, но и провинции внутри государств, в XVII – XVIII веках в Европе отмечался хаос в области мер и единиц. Например, для измерения длины использова лось около 50 различных по размеру миль и около 100 футов, для измере ния массы – более 120 фунтов.

Развитие торговли и промышленности потребовало устранения мно жественности единиц. Попытки решения этой проблемы привели к созда нию метрической системы мер, которая зародилась во Франции в середине XVIII века и была принята французским Национальным собранием 8 мая 1790 г. Метрическая система мер состояла из единиц длины, площади, объема, массы. Основанная на единице длины – метре, она получила на именование метрической.

Метр был в числе первых единиц, для которых были введены этало ны. Первоначально в период введения метрической системы мер за первый эталон метра была принята одна десятимиллионная часть четверти длины Парижского меридиана (от Барселоны до Дюнкерка), измеренная триангу ляционным методом. В 1799 г. на основе ее измерения изготовили эталон метра в виде платиновой концевой меры (метр Архива), представлявший собой линейку шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм с расстоянием между концами 1 м.

До середины ХХ века проводились неоднократные уточнения приня того эталона. Так, в 1889 г. был принят эталон в виде штриховой меры из сплава платины и иридия. Он представлял собой платиноиридиевый бру сок длиной 102 мм, имеющий в поперечном сечении форму буквы Х, как бы вписанную в воображаемый квадрат, сторона которого равна 20 мм.

Требования к повышению точности эталона длины (платиноиридие вый прототип метра не может дать точности воспроизведения выше 0,1 – 0,2 мкм), а также целесообразность установления естественного и нераз рушимого эталона привели к принятию (1960) в качестве эталона метра длины, равной 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответст вующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона-86 (крипто новый метр). Этот эталон мог воспроизводиться в отдельных метрологиче ских лабораториях, точность его по сравнению с платиноиридиевым про тотипом была на порядок выше.

Дальнейшие исследования позволили создать более точный эталон метра, основанный на длине волны в вакууме монохроматического излу чения, генерируемого стабилизированным лазером. За эталон метра в г. было принято расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/ долей секунды. Данное определение метра было законодательно закрепле но в декабре 1985 г. после утверждения единых эталонов времени, частоты и длины.

Метр может быть реализован одним из следующих способов, реко мендованных Международным комитетом мер и весов:

• через длину пути L, проходимого в вакууме плоской электромаг нитной волной за измеренный промежуток времени t. Длина L определяет ся по формуле L = c 3t, где с = 299792458 м/с – скорость света в вакууме.

При этом необходимо вносить поправки, учитывающие реальные условия (дифракцию, гравитацию и неидеальность вакуума). Это вариант исполь зуется в государственном первичном эталоне единиц времени, частоты, длины, воспроизводящем метр в диапазоне от 0 до 1 метра со средним квадратическим отклонением не более 5310-9 метров;

• через длину волны в вакууме плоской электромагнитной волны с известной частотой. Эта длина получается из соотношения = с/;

• через длину волн в вакууме излучений ряда источников, вклю ченных в специальный список. В нем перечислены рекомендованные ис точники излучения, указаны частоты и длины волн в вакууме, а также пе речислены технические требования, которые необходимо выполнить при создании этих источников, приведены погрешности воспроизведения длин волн и частот.

Во вторичных эталонах и образцовых средствах измерений метр реа лизуется третьим способом, а именно путем создания Не-Ne и аргоновых лазеров, стабилизированных по резонансам насыщенного поглощения в йоде или метане.

Государственная поверочная схема для СИ длины в диапазоне от - 1310 – 50 м определяется рекомендациями МИ 2060-90.

Происхождение слова «метр» в настоящее время объясняется сле дующим образом. На одной из древневавилонских статуй (первое тысяче летие до нашей эры) имеется изображение градуированной линейки дли ной примерно 27 см с ценой деления 17 миллиметров. Эта мера была при нята столярами и скульпторами Вавилона за образец. Как предполагает [13], эта мера получила наименование «метр».

Единица массы – килограмм – первоначально была определена как масса чистой воды в объеме 1 дм3 при температуре 4°С. В качестве единиц площади и объема были приняты 1 м2 и 1 м3. Одновременно было введено десятичное подразделение кратных и дольных единиц и приняты пристав ки: милли (110 3), санти (110 -2), деци (110-1), дека (110), гекто (1102), ки ло (1103).

В дальнейшем метрическая система мер совершенствовалась. Во второй половине XIX века, после подписания Метрической конвенции ( мая 1875 г), она получила международное признание. Это важнейшее со бытие имело большое значение для развития науки и техники. Метриче ская конвенция создала условия для расширения и укрепления сотрудни чества в деле унификации единиц на основе метрической системы мер. С целью хранения международных эталонов метрических единиц, их иссле дования и сличения с национальными эталонами, а также определения фи зических констант, более точное знание, которых может способствовать повышению точности эталонов и лучшему обеспечению единообразия средств измерений в тех областях, к которым относятся вышеупомянутые единицы, и было создано первое международное научное метрологическое учреждение Международное бюро мер и весов (МБМВ). Первыми Метри ческую конвенцию подписали 17 стран (в том числе Россия, Германия, США, Франция, Италия), в дальнейшем к ней присоединились многие дру гие страны.

После подписания Метрической конвенции разрабатываются систе мы единиц для различных областей измерений – СГС, СГСЭ, СГСМ, МТС, МКС, МКГСС. Вновь возникает проблема унификации единиц, особенно обострившаяся после второй мировой войны. В 1954 году Десятая Гене ральная конференция по мерам и весам (ГКМВ) приняла практическую систему основных единиц для международных сношений:

• метр – единица длины;

• килограмм – единица массы;

• секунду – единица времени;

• ампер – единица силы тока;

• градус Кельвина – единица термодинамической температуры;

• свечу – единица силы света.

Комиссия Международного комитета мер и весов подготовила пред ложения по международной системе единиц, которая была принята Один надцатой Генеральной конференцией по мерам и весам в октябре 1960 г.

Система получила наименования: Systme International d'Unites – Между народная система единиц (сокращенно – SI, СИ;

читать следует раздельно – эс–и). В Международную систему единиц вошло 6 основных единиц, дополнительные, 27 производных и 12 приставок для образования кратных и дольных единиц. Международная система единиц стала внедряться в разных странах, включая СССР [14]. В последующем в нее вносились из менения и дополнения. В настоящее время СИ состоит из семи основных единиц, двух дополнительных и ряда производных, число которых неогра ничено. Наименования основных и дополнительных единиц СИ, их опре деления и обозначения приведены в литературе [7,14].

Основные достоинства Международной системы единиц (СИ):

• универсальность – охват всех областей науки и техники;

• унификация единиц для всех областей и видов измерений;

• когерентность единиц – все производные единиц СИ получают из уравнений связи между величинами, в которых коэффициенты равны 1;

• возможность воспроизведения единиц с высокой точностью в со ответствии с их определениями;

• упрощенные записи уравнений и формул в различных науках, а также в технических расчетах в связи с отсутствием пересчетных коэффи циентов;

• уменьшение числа допускаемых единиц;

• единая система образования кратных и дольных единиц для еди ниц, имеющих собственные наименования;

• облегчение процесса обучения.

В России в настоящее время узаконена Международная система еди ниц (СИ). На ее основе разработан ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физиче ских величин», введенный в действие с 1 января 1982 года.

В настоящее время каждую единицу оценивают по ее отношению к СИ, поэтому наряду с понятием «единица» в измерительной практике до пускается использование понятии «система единиц», «системная едини ца», «внесистемная единица», «основная единица», «производная едини ца», «дополнительная единица», «кратная единица», «дольная единица», «когерентная единица».

Единица физической величины (кратко – единица величины или единица) – физическая величина фиксированного размера, условно приня тая для сравнения с ней однородных величин, которой присваивается чи словое значение, равное 1. Например: 1 м – единица длины, 1 Па – единица давления.

Система единиц физических величин (кратко – система единиц величин или система единиц) – совокупность основных и производных единиц физических величин системы, образованная в соответствии с при нятыми принципами. Примером является Международная система единиц, принятая в 1960 г. Одиннадцатой Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) и уточненная на последующих ГКМВ.

Системная единица физической величины (кратко – системная единица величины или системная единица) – единица физической величи ны, входящая в принятую систему единиц. Например, 1 м, 1 с, 1 м/с, 1 Н и т. д. являются системными единицами, входящими в СИ.

Внесистемная единица физической величины (кратко — внесис темная единица величины или внесистемная единица) — единица физиче ской величины, не входящая ни в одну из принятых систем единиц. По от ношению к единицам СИ внесистемные единицы подразделяют на три ви да:

• допускаемые наравне с единицами СИ (тонна — единица массы, литр – единица вместимости и др.), сюда же входят единицы, допускаемые к применению в специальных областях (например, световой год в астро номии, гектар в сельском хозяйстве);

• временно допускаемые (морская миля, карат, текс и др.);

• подлежащие изъятию из потребления (миллиметр ртутного стол ба, лошадиная сила, центнер и др.).

В машиностроении при измерении геометрический параметров дета лей применяют единицы измерения длины и плоских углов. В соответст вии с системой СИ за единицу длины принят 1 метр. Допускаются деся тичные кратные и дольные единицы (например, 1 мм = 10-3 м;

1 мкм = 10- м). За единицу плоского угла принят 1 радиан. Однако средств измерений для измерения угловых величин в радианах в настоящее время нет. Поэто му плоские углы измеряют в градусах, минутах и секундах – несистемных единицах, допускаемых к применению наравне с единицами СИ. На прак тике при нормировании и измерении отклонений относительного располо жения поверхностей угловые величины могут задаваться как линейные на соответствующей длине.

2.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ Средства измерений (СИ) и контроля многообразны. Можно выде лить некоторые общие признаки, по которым их классифицируют.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измере ний, средства измерений делятся на:

• метрологические, предназначенные для метрологических целей – воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера еди ницы рабочим СИ;

• рабочие, применяемые для измерений, несвязанных с передачей размера единиц.

Большинство используемых на практике СИ принадлежит к рабочим.

Метрологические СИ – немногочисленны. Они разрабатываются, произво дятся и эксплуатируются в специализированных научно исследовательских центрах.

В зависимости от уровня автоматизации различают СИ:

• ручные (неавтоматические);

• механизированные;

• автоматизированные;

• автоматические.

Автоматизированное СИ – средство измерений, функционирующее с частичным участием человека.

Автоматическое СИ – средство измерений, функционирующее без непосредственного участия человека. Автоматическое средство измерений обеспечивает съем первичной информации относительно объекта измере ний, сопоставление с требуемыми данными и выдачу вторичной информа ции о степени соответствия фактических данных требуемым.

В настоящее время все большее распространение получают автома тизированные и автоматические СИ. Это связано с широким использова нием в СИ электронной и микропроцессорной техники.

По уровню стандартизации СИ подразделяются на:

• стандартизованные, изготовленные в соответствии с требования ми государственного или отраслевого стандарта;

• нестандартизованные, предназначенные для решения специаль ной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.

Основная масса СИ являются стандартизованными. Они серийно выпускаются промышленными предприятиями и в обязательном порядке подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные СИ разрабатываются специализированными научно-исследовательскими орга низациями и выпускаются единичными экземплярами, государственных испытаний не проходят, их характеристики определяются при метрологи ческой аттестации.

По отношению к измеряемой физической величине СИ делятся на:

• основные – это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей • вспомогательные – это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходи мо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.

СИ по роли в процессе измерения и выполняемым функциям подразделяются на:

• меры;

• устройство сравнения (компаратор);

• измерительные преобразователи;

• измерительный инструмент;

• измерительные приборы;

• измерительные установки;

• измерительные системы;

• измерительно-вычислительные комплексы.

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины заданного размера. Различают меры длины и угловые меры, однозначные меры и многозначные, набор мер.

Однозначная мера – мера, воспроизводящая физическую величину одного размера.

Многозначная мера – мера, воспроизводящая ряд одноименных ве личин различного размера.

К однозначным мерам длины относятся плоскопараллельные конце вые меры длины, к многозначным – штриховые линейки, шкалы приборов и станков.

К однозначным угловым мерам относятся концевые угловые меры, к многозначным – угловые шкалы угломеров.

Набор мер – специально подобранный комплект мер, применяемый не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроиз ведения ряда одноименных величин различного размера (набор гирь, набор плоскопараллельных концевых мер длины).

Устройство сравнения (компаратор) – это средство измерений, дающее возможность выполнять сравнение мер однородных величин или же показаний измерительных приборов.

Измерительный преобразователь (датчик) – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию на блюдателем. Для категории средств измерений, охватывающей измери тельные приборы и измерительные преобразователи, допускается приме нять термин «измерительные устройства».

Обычно измерительные преобразователи (ИП) входят в состав изме рительного прибора (установки, системы) в качестве важнейшего устрой ства, от которого зависят точностные характеристики. Самостоятельного значения ИП, как правило не имеют. По месту в измерительной цепи раз личают первичные и промежуточные ИП. Кроме того есть передающие и масштабные ИП. В приборостроении широко применяется понятие «дат чик», под которым обычно понимают конструктивно обособленный ИП или группу ИП.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.