какие методы используются при технических измерениях

Mse-Online.Ru

Методы технических измерений

Взаимозаменяемость деталей, узлов, агрегатов немысли­ма без достижения соответствующего уровня развития измерительной техники. Технические измерения в маши­ностроения и в ремонтном производстве являются органической частью всего технологического процесса. Сос­тояние измерительной техники оказывает значительное влияние на всю экономику производства: себестоимость, процент брака, трудоемкость сборочных операций, дол­говечность и надежность машин.

К техническим измерениям предъявляются следующие требования: точность, производительность и воз­можность заранее предупреждать появление брака.

Специфичность ремонтного производства (измерения с целью дефектовки, сборка новых деталей с частично из­ношенными и др.) диктует необходимость особого подхо­да к выбору средств измерения и к конструкции измери­тельных приборов и инструментов.

Существуют четыре метода технических измерений:

1) абсолютный, при котором измерительными прибо­рами определяют величину измеряемого размера в еди­ницах измерения;

2) относительный (сравнительный) — измерительный прибор показывает лишь разность между величиной из­меряемого размера и соответствующего эталона;

3) предельный — с помощью калибров устанавлива­ют соответствие измеряемого размера интервалу допус­тимого отклонения размеров;

4) комплексный (разновидность предельного) — одно­временно проверяется несколько размеров, чаще всего с помощью калибра, являющегося прообразом сопрягае­мой детали.

Каждый из этих методов в свою очередь может быть прямым — измеряется непосредственно интересующий нас размер и косвенным — при котором величина разме­ра вычисляется по результатам измерения других величин.

Вид измерительного инструмента выбирается в зави­симости от принятого метода измерений, размеров и конфигурации измеряемой детали и требуемой точности из­мерений.

При абсолютном методе измерений используются штриховые нераздвижные инструменты, инструменты с линейным нониусом, микрометрические инструменты, углоизмерительные инструменты и оптические приборы со штриховой шкалой.

Для относительных измерений используются рычажно-механические, пневматические, оптические и электри­ческие приборы, причем показания этих приборов лишь пропорциональны измеряемой величине.

При продельном и комплексном способах измерений применяются различные предельные калибры.

Все измерительные приборы и инструменты (за иск­лючением калибров) имеют шкалу, т. е. совокупность от­меток, изображающих ряд последовательных чисел, со­ответствующих значениям измеряемой величины. Деле­нием шкалы называется линейный промежуток между осями или центрами двух смежных отметок на шкале. Цена деления шкалы — это значение измеряемой вели­чины, соответствующее одному делению шкалы. Точно­стью измерений называется наименьшее значение изме­ряемой величины, которое может быть зафиксировано с помощью шкалы данного инструмента; пределом изме­рений называется значение измеряемой величины, при котором погрешность измерений не превышает допусти­мой величины.

Источник

Лекция 7. Технические средства и методы измерений

По конструктивному исполнению СрИзм подразделяют на меры, измерительные преобразователи; измерительные приборы, измерительные установки, и системы, измерительные принадлежности.

По метрологическому назначению СрИзм делят на два вида – рабочие средства измерений и эталоны.

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263–70).

Измерения (по видам) классифицируют:

по характеристике точности – равноточные, неравноточные;

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.

по числу измерений в серии – однократные, многократные;

Однократное измерение– измерение, выполненное один раз (двукратное, трехкратное).

Многократное измерение– измерение, состоящее из ряда последовательных однократные измерений. При n > 4 измерения можно считать многократными, и могут быть обработаны в соответствии с требованиями математической статистики.

по отношению к изменению измеряемой величины – статические, динамические;

Статическое измерение– измерение физической величины, принимаемой за неизменную на протяжении времени измерения.

Динамическое измерение– измерение физической величины, размер которой изменяется с течением времени. Например, измерение вращающиеся детали в процессе ее обработки на станке.

по метрологическому назначению – технические, метрологические;

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

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

по выражению результата – абсолютные, относительные;

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

Относительное измерение– измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы.

по общим приемам получения результатов измерении – прямые, косвенные,

Совместные, совокупные.

Прямое измерение– измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно по показаниям прибора (измерение микрометром, измерительной линейкой).

Формула прямого измерения: Х = n[X], где Х – искомая физическая величина; [X] – единица физической величины; n – значение физической величины.

Косвенное измерение– измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

Совокупные измерения– измерения нескольких однородных величин в различных их сочетаниях, значения которых определяют путем решения системы уравнений.

Например, измерение отклонений от прямолинейности образующих тел вращения (рис.2.2).

Для определения отклонений от прямолинейности необходимо измерить три валика X, Y и Z и составить три уравнения.

Совместные измерения– одновременные измерения двух или нескольких неоднородных

величин для установления зависимости между ними.

Например, на основании ряда одновременных измерений отклонений диаметра шейки вала Dd и параметра шероховатости Ra после тонкого точения определяют статистическую связь Dd 5 k Rz, где k – угловой коэффициент.

Под методом измеренияпонимается совокупность используемых измерительных средств и условий их применения.

Различают два основных метода измерений:

методом непосредственной оценки;

методом сравнения с мерой.

метода непосредственной оценки, при котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора;

Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения: x = n [x],где х– искомая физическая величина; n– значение физической величины; [x]– единица физической величины.

метод сравнения с мерой, где измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой (эталоном):

x = (m ± n) [x],где m– размер меры; n– разница между размером меры (например, блоком концевых мер) и размера, воспроизводимого измеренной деталью.

Источник

Вопрос 17. Назначения технических измерений. Методы технических измерений. Мосто­вой и компенсационный методы измерений.

Техническое измерение – это совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины, позволяющего сопоставить измеряемую величину с её единицей и получить значение величины.

Метод измерений – приём или совокупность приёмов сравнения измеряемой физической величины с её единицей в соответствии с реализованным принципом измерений.

Средство измерения – техническое средство, используемое при измерениях, и имеющее нормированные метрологические свойства.

Виды измерений обычно классифицируются по следующим признакам:

характеристике точности – равноточные, неравноточные (равнорассеянные, неравнорассеянные);

числу измерений – однократные, многократные;

отношению к изменению измеряемой величины – статические, динамические;

метрологическому назначению – метрологические, технические;

выражению результата измерений – абсолютные, относительные;

по общим приёмам получения результатов измерений – прямые, косвенные, совместные, совокупные.

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

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

Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.

Многократные измерения – измерения одного и того же размера физической величины, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом наблюдений, т.е. состоящих из ряда однократных измерений.

Прямое измерение – измерение физической величины, проводимое прямым методом, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно из опытных данных. Прямое измерение производится путём экспериментального сравнения измеряемой физической величины с мерой этой величины или путём отсчёта показаний средства измерения по шкале или цифровому прибору. (Например, измерения длины, высоты с помощью линейки; напряжения – с помощью вольтметра, массы с помощью весов.)

Косвенное измерение – измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение физической величины находят на основании результата прямого измерения другой физической величины, функционально связанной с искомой величиной известной зависимостью между этой физической величиной и величиной, получаемой прямым измерением.

Совместные измерения – одновременно проводимые измерения двух или нескольких не одноимённых физических величин для определения зависимости между ними.

Совокупные измерения – одновременно проводимые измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путём решения системы уравнений, получаемых при измерениях различных сочетаний этих величин.

Методы технических измерений

Значение физической величины определяется с помощью средств измерения конкретным методом. Под методом измерения понимается совокупность приёмов использования принципов и средств измерения.

Различают следующие методы измерения:

метод непосредственной оценки;

метод сравнения с мерой;

Метод непосредственной оценки – метод, в котором значение величины определяют непосредственно по отчётному устройству измерительного прибора (измерение длины с помощью линейки, массы – с помощью пружинных весов, давления – с помощью манометра и т.п.).

Метод сравнения с мерой – метод измерения, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой (измерение зазора между деталями с помощью щупа, измерение массы на рычажных весах с помощью гирь, измерение длины с помощью концевых мер и т.д.).

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами (измерение массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих её гирь на двух чашках весов).

Дифференциальный метод – метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины, воспроизводимой мерой (измерение длины сравнением с образцовой мерой на компараторе – средстве сравнения, предназначенном для сличения мер однородных величин).

Нулевой метод – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля (измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием).

Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочерёдным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов).

Метод совпадений – метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение от меток шкал или периодических сигналов (измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом, когда наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; измерение частоты вращения с помощью стробоскопа, когда положение какой-либо отметки на вращающемся объекте совмещают с отметкой на не вращающейся части этого объекта при определённой частоте вспышек стробоскопа).

Мостовой метод измерения

Неуравновешенный мост

Неуравновешенный мост преобразует пере­менное сопротивление в напряжение. Мост состоит из делителя Д₁ с переменным резистором R₁ и дели­теля Д₂ с постоянными резисторами R₃ и R₄.

Входным сигналом моста является сопротив­ление переменного резистора R₁, а выходным – на­пряжение ΔU, равное разности выходных сигналов делителей U₁ и U₂.

Неуравновешенный мост реализует диффе­ренциальный метод измерения, а делитель Д₂ пред­ставляет собой меру.

Компенсационный метод измерения

Мост состоит из делителя Д₁ образованного двумя переменными резисторами: R₁ и реохордом R₂, делитель Д₂ образован постоянными резисторами R₃ и R₄. Наличие в делителе Д₁ двух переменных резисторов позволяет получить на его выходе постоянное по величине напряжение U₁ при переменной величине сопротивления резистора R₁. Это достигается перемещением движка реохорда R₂. Например, при увеличении R₁, необходимо увеличить r. Такой операцией при любой величине входного сопротивления R₁ может быть достигнуто состояние равновесия моста, при котором U₁ = U₂ и ΔU = 0. Из этого следует, что с помощью уравновешенного моста реализуется нулевой метод (метод компенсации) измерения сопротивления.

Источник

Методы технических измерений

Измерение — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263—81). Измерения, отнесенные к линейным, радиусным и угловым величинам, называют техническим измерением. Измере­ние может быть как частью промежуточного преобразования в про­цессе контроля, так и окончательным этапом получения инфор­мации при испытании. Испытание же является этапом получения первичной информации в процессе контроля.

Применение теории информации при измерениях. Про­цесс измерений, в результате которого получают информацию о значениях измеряемых физических величин, мерительная ин­формация, является процессом информационным. К нему приме­нимы положения теории информации.

исчисляемая в битах — двоичных единицах неопределенностей по­лей с двумя равновозможными исходами

где р_i,j — вероятность совмещения событий Х=х_i и Y=y_j и логариф­мы берутся по основанию

Основной информационной характеристикой измерительных си­стем является пропускная способность (или емкость информации). К ее определе­нию вводится плотность р(х, у)величин X и Y

где р и q плотности вероятности X и Y соответственно. При энтропии Н(Х)и Н(Y)не существуют, но формула имеет вид

где , h(Y)и h(X, Y) — дифференциальная энтропия.

Вероятностный подход к измерениям, используемый в теории информации, позволяет также интерпретировать результат любого измерения на основе доверительных интервалов.

Искомое истинное значение измеряемой величины А₀после ис­ключения из среднего значения повторных результатов п наблю­дений систематической погрешности измерений D_с охватывается доверительным интервалом. Его границы получают поочередным алгебраическим сложением исправленного среднего результата с отрицательным и положи­тельным значениями полуши­рины w_u/2поля рассеивания погреш­ностей измерений, поделенной на корень квадратный из числа и повторных наблюдений, т. е. доверительный интервал для А₀имеет вид

.

Результаты измерения представляют в виде

; D от до .

Доверительная вероятность определяется при нормальном рас­пределении погрешности измерений и полуширине поля — по формуле ± =±3s_x с Р=0,9973 (см. гл. 1).

Если в формуле полуширину поля рассеивания погрешности измерений заменить полушириной поля рассеивания для типа приборов, то доверительный интервал (с той же доверительной вероят­ностью) будет

,

где ; k_w=6; (при нормальном распределе­нии); — дисперсия случайной составляющей погрешности прибо­ра; — диспер­сия систематических составляющих погрешностей приборов данного типа.

Результат измерений с достаточными приближением и просто­той можно интерпретировать как доверительный материал

,

где D_g — предел допускаемой суммарной погрешности в рабочая условиях; n — число повторных измерений.

Единообразие и точность измерения. Основной характе­ристикой единообразия средств измерений служит соответствие их точности установленным нормам. Достижение такого состояния тесно связано с надежностью, а реальность показателей соответст­вия нормам зависит от качества методик и периодичности поверки и испытаний (см. гл. 1).

Классификация методов и средств измерений. Измерения подразде­ляют на шесть методов:

прямые (искомое значение — непосредственно из опытных дан­ных);

косвенные (на основании зависимости между искомой и полу­ченной при прямом измерении величинами);

совокупные (одновременные измерения одноименных величин, среди которых есть известные);

совместные (одновременные измерения не одноименных вели­чин для нахождения зависимости между ними);

абсолютные (прямые измерения основных величин и с исполь­зованием физических констант);

относительные (по отношению к одноименной величине, при­нимаемую за исходную).

Каждый из методов измерений подразделяют на семь внутрен­них видов.

При измерительном контроле линейных и угловых величин при­меняют главным образом прямые измерения, реже встречаются относительные и косвенные измерения.

При измерительном контроле линейных и угловых размеров в промышленности используют в основном методы непосредствен­ной оценки и сравнения с мерой, причем последний доминирует при точных измерениях сравнительно больших размеров. Для грубых измерений используют штангенинструменты, работающие по мето­ду совпадений. Дифференциаль­ным методом пользуются при про­верке и аттестации образцовых мер длины.

Для повышения точности измерений измеряемый размер детали стремятся расположить последовательно на одной прямой с изме­ряющим элементом прибора и шкалой, предназначенной для от­счетов (принцип Аббе).

Применяемые в машиностроении средства измерительного кон­троля линейно-угловых размеров можно функционально подра­зделить на три группы: меры, воспроизводящие заданные размеры длин и углов; калибры, воспроизводимые границы предписанных размеров; универсальные средства измерений действительных раз­меров. Отдельного рассмотрения в связи с характером действия и ролью в технологическом процессе заслуживают механизиро­ванные и автоматические средства измерений и измерительные системы.

Средства измерений третьей группы (ввиду их многочислен­ности по принципу действия) подразделяют на виды и по устрой­ству — на разновид­ности. Для компактности в них выделяют че­тыре вида: механи­ческие, оптические, пневматические, электри­ческие.

Механические приборы и инструменты превалируют в из­мерениях линейно-угловых величин. Это объясняется простотой их применения, портативностью, отсутствием необходимости подведе­ния извне энергии для специального освещения или питания, срав­нительно высокой надежностью и долговечностью, невысокой сто­имостью. Однако, за небольшим исключе­нием, они обладают срав­нительно невысокой точностью и небольшой скоростью действия. Поэтому им предпочитают, например, оптические приборы, когда требуется высокая точность измерения, а пневматические и элект­рические приборы применяют, когда необходимо значительно сни­зить трудоемкость измерений и контроля путем их автоматизации.

Оптические приборы (бесконтактные) имеют высокую точ­ность, большие передаточные отношения и малые цены деления шкалы. Наивысшей точности измерений достигают с помощью оптических приборов. Однако эти приборы не отличаются просто­той в эксплуатации, обычно требуют потреб­ление энергии, а выпол­няемые с их помощью измерения требуют значитель­ных затрат времени. Стоимость их сравнительно высока, надеж­ность и долго­вечность невелики.

Пневматические приборы могут быть использованы при бесконтактных методах измерений, они имеют высокую точность и быстродействие, но требуют подведения сжатого воздуха и оправ­дывают себя в основном при массовых измерениях одинаковых объектов, поскольку при их использо­вании чаще всего требуется индивидуальная тарировка или градуировка шкалы.

Электрические приборы перспективны, особенно в автома­тических устройствах и измерительных системах, благодаря быст­рому действию, удобству управления, простоте передачи измери­тельной информации на расстояния возможности осуществления больших усилений передаваемого сигнала. Однако по надежности работы они уступают механическим при­борам.

Каждый из видов приборов по устройству подразделяют на несколько разновидностей.

Источник