Теоретические сведения. Основные метрологические показатели средств измерения могут быть разбиты на две группы

Основные метрологические показатели средств измерения могут быть разбиты на две группы.

Первую группу составляют такие показатели, к которым обычно прибегают при составлении заявок на приборы и инструменты для выполнения несводимых производственных измерений, пределы измерения шкалы и прибора в целом, точность отсчета, порог чувствительности и предельная погрешность прибора или инструмента.

Ко второй группе метрологических показателей относятся те, которые должны учитываться в лабораторных и научно-исследовательских измерениях. Здесь имеются в виду еще такие показатели: цена деления, интервал деления шкалы, измерительное усилие и др.

Рассмотрим показатели, относящиеся к первой группе.

Пределом измерения прибора в целом называются наибольшее и наименьшее значения величины, которые могут быть измерены прибором или инструментом. Так, пределы измерения миниметра, показанного на рисунке 36, будут лежать в границах от 0 до L+l, так как пределы измерения этого прибора в целом складываются из пределов измерения шкалы прибора (от 0 до l) и пределов измерения, определяемых размером стойки, по которой перемещается головка миниметра (от 0 до l).

Точностью отсчета (называется также точностью инструмента или прибора) - та точность, которую м о жно получить при измерении, пользуясь отсчетным устройством прибора или инструмента. Например, точность штангенциркуля в соответствии с точностью отсчета по нониусу может быть равна 0, 1 мм, 0, 05 мм или 0, 02 мм.

Рисунок 36 - Пределы измерения шкалы прибора в целом

Порог чувствительности - это наименьшее перемещение измерительного стержня, способное вызвать малейшее изменение в показании прибора. Если подвести под конец измерительного стержня а (рис.37) объект измерения в виде плитки б, то в первый момент, несмотря на перемещение стержня вверх, указательная стрелка в не сдвинется с места. Так будет продолжаться до тех пор, пока конец стержня а не переместится вверх на размер, чтобы выбрать зазоры в системе передач индикаторной головки. Этот размер и характеризует собой порог чувствительности отражает степень реагирования прибора на малые изменения значений измеряемой величины. Его особенно важно учитывать тогда, когда измеряются малые величины. Нельзя, например, измерять биение или шероховатость поверхности приборами, обладающими низким порогом чувствительности.

Рисунок 37 – Схема к объяснению порога чувствительности

Погрешность показания прибора или инструмента есть разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины, которое может быть установлено или по аттестату, или путем измерения образцовым прибором. Для каждого прибора допустимые отклонения от действительных значений измеряемой величины регламентируются ГОСТ. Использовать на производстве приборы с погрешностями, превышающими установленные, категорически запрещается.

Под погрешностями измерения понимается суммарная погрешность, в которую включается погрешность самого прибора, погрешность установки при измерении, погрешность настройки, температурная погрешность и многие другие погрешности, которые могут возникнуть при измерении. Погрешности измерения принято делить на три категории: систематические, случайные и грубые (промахи).

К систематическим погрешностям относятся те, которые остаются постоянными при всех повторных измерениях. Если же они и изменяются, то только подчиняясь определенной закономерности. Эти погрешности могут быть внесены в аттестат инструмента в виде поправок и учтены при выполнении измерений.

К случайным погрешностям относятся те, появление которых не подчиняется какой либо закономерности. Случайные погрешности обнаруживаются, когда при многократных измерениях одной и той же величины получаются различные результаты. Погрешность может возникнуть от многочисленных, одновременно действующих факторов (зазоры, силы трения и др.) Влияние на результаты измерения каждого фактора в отдельности определить трудно; ошибки можно установить только в совместном их проявлении при многократном измерении. Пределы, в границах которых проявляются случайные погрешности, могут быть определены на основании законов рассеивания, рассматриваемых в теории вероятностей.

К грубым погрешностям относятся те, которые приводят к явному искажению результатов измерения.

От систематических погрешностей зависит правильность измерений, от случайных погрешностей-точность измерений, а от грубых погрешностей-годность измерений.

При качественной оценке прибора или инструмента в первую очередь оценивают все возможные погрешности, которые будут возникать в процессе измерения, т.е. такую суммарную погрешность, в которой проявляются все категории погрешностей, в том числе и погрешность прибора.

Погрешности измерения в комплексе подчиняются закону нормального распределения, из которого следует, что суммарные погрешности практически не выходят за границы ±3δ. Значение можно определить только при многократных измерениях и в лабораторных условиях; в цеховых же условиях и вообще при однократных промерах пользуются готовыми таблицами значения ±3δ.В этих таблицах предельные погрешности метода измерения символически обозначаются через ±lim. Надо всегда помнить, что в lim включены и погрешность прибора, записанные в аттестате. В общем же виде результат однократного измерения можно записать следующими образом

(12)

где m - показание прибора или инструмента по отсчетному устройству.

Предельная погрешность метода измерения lim является основным критерием при выборе и назначении средств измерения.

Для характеристики степени точности измерения и для сравнения различных приборов и инструментов по точности нередко применяют относительные погрешности, которые обычно выражаются в долях или процентах от значения измеряемой величины

(13)

Самая большая ошибка при отсчете может быть от параллакса, т.е. от видимого смещения штриха указателя а относительно штриха b основной шкалы (рис.38).

При правильном положении глаза наблюдателя (в точке А) штрихи а и b так же, как и луч Ае, должны лежать в одной плоскости. При смещении глаза наблюдателя в точку В появится погрешность в отсчете

(14)

Рисунок 38 - Влияние параллакса на точность отсчета.

Значение Ое зависит от расстояния штриха указателя до штриха основной шкалы (у). Если считать расстояние от глаза наблюдателя равным 250 мм (нормальное расстояние) и учесть, что по опытным данным величина AВ достигает ~ 30 мм, то значение n(max) будет примерно составлять 0, 12 у. Для уменьшения погрешности от параллакса необходимо вести наблюдение перпендикулярно к плоскости шкалы.

Методы измерения. Под методом измерения понимается совокупность средств и приемов, изпользуемых при измерении какой либо величины. В зависимости от рода измеряемой величины, условий, измерения и того, как находится искомая величина, измерения могут быть классифицированы по-разному. По настройке инструмента метод измерения может быть абсолютный и относительный, по отсчету - прямой и косвенный, по техническим условиям - комплексный и дифференцированный, по контакту с измеряемой деталью - контактный и бесконтактный.

Под абсолютным методом измерения имеется в виду такой метод, когда значение измеряемой величины определяют непосредственно по шкале прибора.

При относительном методе измерения какой либо величины определяют только отклонение ее значения от установленной меры или образца. Приборы, предназначенные для относительных измерений, могут быть использованы и для абсолютных измерений, если только значение измеряемой величины не превышает пределов измерения по шкале прибора. Приборы для относительных измерений менее удобны в обращении, так как требуют предварительной настройки на такое значение, относительно которого будут определяться отклонения в процессе измерения, но зато метод отличается большей точностью.

Прямым методом измерения называется такой, когда значение измеряемой величины устанавливают прямо по показанию прибора.

При косвенном методе значение измеряемой величины определяют по результатам прямых измерений других величин (или другой величины), связанных с искомой определенной зависимостью. Так, диаметр цилиндра можно узнать по результатам измерения хорды и стрелы.

Koмплексный метод измерения заключается в сопоставлении действительного контура детали с его предельными размерами, которые оговариваются техническими условиями. В технических условиях должны быть указаны размеры элементов этого контура, а также расположение их полей допусков. Этот метод обеспечивает проверку суммарной погрешности геометрически связанных между собой размеров элементов, определяющих контур детали. Примером комплексного метода измерения служит шлицевая пара. Шлицевой вал может быть соединен со шлицевой втулкой, если не только выдержаны допуски по элементам D, d и h (рис.39), но и каждый из элементов имеет геометрически определенное направление. Если, например, по всей длине L шлица толщина h будет выдержана в соответствии с допуском, но направление ее будет таким, как показано на рисунке пунктиром, то шлицевой вал может не войти во втулку.

На практике контроль деталей шлицевой пары осуществляют путем применения комплексных проходных калибров или специальных приборов, которые дают возможность установить геометрическую взаимосвязь всех элементов при одновременном их измерении. Комплексный метод измерения является наиболее надежным с точки зрения обеспечения взаимозаменяемости.

Рисунок 39 - Деталь, при измерении которой может быть использован комплексный метод

Дифференцированный (поэлементный) метод измерения сводится к независимой проверке каждого элемента в отдельности.

Контактный метод измерения предполагает непосредственное соприкосновение измерительных поверхностей инструмента с измеряемой поверхностью детали.

При бесконтактном методе инструмент не соприкасается с поверхностью измеряемой детали (пневматические, оптические и другие способы измерения).

При измерении партии одинаковых деталей рычажным микрометром (рис.40) можно пользоваться как скобой. Для этого его настраивают на номинальный размер, а по шкале отсчитывают отклонения от номинального размера.

Указатели 9 границ поля допуска облегчают работу контролера. Отвернув крышку 8, устанавливают обе стрелки специальным ключом по верхнему и нижнему отклонениям размера. Деталь будет годной, если стрелка при измерении остановится между указателями.

Чтобы настроить прибор на нуль, следует вставить между измерительными пятками 2 и 3 установочную меру и вращать барабан 5 до тех пор, пока стрелка 1 микрометра не совпадет с нулем. В этом положении микрометрический винт фиксируют стопором 4. Отвернув колпачок 8 и освободив барабан, поворачивают его до совмещения нулевого штриха барабана с продольной риской на стебле 7. После этого, завертывая колпачок, закрепляют барабан. Точность настройки проверяют по установочной мере.

Рисунок 40 – Рычажный микрометр:

1 – подвижная стрелка, 2 – подвижная измерительная пятка, 3 - неподвижная измерительная пятка, 4 – стопор, 5 – барабан, 6 – контргайка, 7 – стебель, 8 – колпачок, 9 – неподвижные стрелки.

В практике эксплуатации и ремонта машин, кроме указанных методов измерения, различают еще методы, связанные с целевым назначением измерений.

При выполнении производственных измерений в процессе, изготовления или восстановления деталей применяют такой метод измерения, который гарантировал бы выявление действительных размеров деталей в границах установленного допуска.

При проведении же измерений с целью выявления характера износа детали по времени необходимо заранее определить ряд сечений и плоскостей, по которым эти измерения должны проводиться.

Методику измерения с целью дефектовки деталей, выбирают большей частью только после того, как известен характер износа. В процессе дефектовки деталь выбраковывают или на нее устанавливают ремонтный размер.

Устройство и принцип действия рычажно-механических инструментов.

Рычажные скобы (рис.41) бывают шести типоразмеров. Рычажные скобы изготавливают с пределами измерения 0...25, 25...75 и 75...100 мм (цена деления шкалы 0, 002 мм) и 100... 125 и 12.5... 150 мм (цена деления шкалы 0, 005 мм).

Подвижная пятка 1, рычажной скобы передает движение рычагу 2, большое плечо которого заканчивается зубчатым сектором. Сектор, поворачиваясь, вращает трубку 4, на оси которой укреплена стрелка. Скобу настраивают по концевым мерам. Для этого снимают защитный колпачок 6, ослабляют стопорный винт 5 и, вставив между измерительными поверхностями блок плиток, размер которого равен номинальному размеру измеряемой детали, вращают винт 7 микрометрической подачи до тех пор, пока стрелка прибора не встанет на нулевой штрих шкалы. В этом положении завертывают стопорный винт и надевают защитный колпачок.

При установке измеряемой детали между пятками скобы следует пользоваться арретиром 3, которая позволяет отклонять подвижную пятку, что уменьшает износ измерительных поверхностей.

При перестройке на новый размер рычажную скобу надо заново настраивать по концевым мерам.

Рисунок 41 - Рычажная скоба:

1 – подвижная пятка, 2 – рычаг, 3 – арретир, 4 – трубка, 5 – стопроный винт, 6 – колпачок, 7 – винт.

Рычажный микрометр (рис.40) не имеет этого недостатка. При измерении барабан 5 микрометра вращают до тех пор, пока стрелка 1 рычажного механизма не встает на нуль. Затем продолжают вращать барабан до совпадения ближайшего штриха шкалы барабана со штрихом на стебле 7. К полученному по микрометру показанию прибавляют размер отклонения от нуля стрелки рычажного механизма со своим знаком.

Рычажно-зубчатая измерительная головка МИГ В этой головке используется механизм с двумя рычажными и одной зубчатой передачей (рис.42). Перемещение измерительного стержня 1 вызывает поворот рычага 3, который своим длинным плечом воздействует возле оси на рычаг 5, заканчивающийся зубчатым сектором. Поворот рычага 5 вызывает перемещение стрелки, сидящей на одной оси с зубчатым сектором. Спиральная пружина 6 выбирает мертвый ход, обеспечивая постоянный контакт с зубчатой передаче и между рычагами. Пружина 7, соединяющая измерительный стержень 1 с корпусом 8, обеспечивает необходимое измерительное усилие. Рычаг 2 служит арретиром и обеспечивает отвод измерительного стержня при установке прибора для измерения. На шкале головки имеются два переставляемых указателя 9 границ допуска. Присоединительной частью головки является гильза 10.

Рисунок 42 - Рычажно-зубчатая измерительная головка МИГ:

а -схема; б -внешний вид

1 – измерительный стержень, 2 – арретир, 3 – рычаг, 4 – трубка, 5 – рычаг, 6 – пружина спиральная, 7 – пружина, 8 – корпус, 9 – указатели, 10 – гильза.