Батрак А.П. Метрология

РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Лабораторная работа № 1 Определение величины технологического допуска статистическим методом



Метрология. Лаб. практикум -11-

выборки для каждого размера L и D.

3. Разбить весь диапазон размеров данной выборки от минимального

A

min

до максимального A

max

на заданное количество одинаковых групп K,

равное шести.

4. Определить среднее арифметическое значение действительных раз-

меров М и среднее квадратичное отклонение σ, а также значение

Q .

5. Посчитать максимальный XR

max

и минимальный XR

min

расчетные

размеры и технологический расчетный допуск ТR.

6. Записать число деталей, соответствующих каждой группе.

7. Построить гистограмму фактического распределения деталей по раз-

мерным группам: по горизонтальной оси – размерные интервалы (номер

группы) от 1 до К. Каждый интервал равен

Q . По вертикальной оси показы-

вают количество деталей, попавших в каждую группу.

8. Под гистограммой нанести расчетное поле допуска ТR с указанием

предельных отклонений от номинального размера и стандартное поле до-

пуска TS.

Рис. 1.2. Столбчатая диаграмма распределения

A

max

= 59,965

Расчетное поле допуска

TR = 0,088 Ø60

(

)

035,0

080,0

−

XR

max

= 59,983

Стандартное поле допуска

TS = 0,074 Ø60 f 9

(

)

030,0

104

,

0

−

A

min

= 59,877 M=59,93

L

, шт.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Q

мм

2Q

K

Q 3Q

РАЗМЕРНЫЙ АНАЛИЗ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Лабораторная работа № 1 Определение величины технологического допуска статистическим методом



Метрология. Лаб. практикум -12-

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1. Название и цель лабораторной работы.

2. Задание по варианту.

3. Выписанные определения среднеквадратического отклонения и ма-

тематического ожидания.

4. Расчёты параметров σ, Q , М, TR, а также выбранное стандартное

поле допуска TS.

5. Построенную столбчатую диаграмму распределения размеров.

6. Количество размеров деталей входящую в каждую группу.

7. Вывод.

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. Из каких основных элементов состоит система СИ?

2. Назовите основные характеристики случайных ошибок.

3. Для чего необходим поправочный коэффициент Е при определении

величины технологического допуска?

4. Каким образом назначают стандартное верхнее и нижнее предельное

отклонение для валов и отверстий, по расчетным значениям XR

max

и XR

min

?



Метрология. Лаб. практикум -13-

Э

Т

А

Л

О

Н

Ы

Ф

И

З

И

Ч

Е

С

К

И

Х

В

Е

Л

И

Ч

И

Н

Государственная система обеспечения единства измерений устанавли-

вает требования к эталонам единиц физических величин и к системе переда-

чи размера единицы каждой величины к рабочим средствам измерений.

Эталоны единиц физических величин – средства измерений (или

комплексы средств измерений), обеспечивающие воспроизведение и (или)

хранение единиц с целью передачи их размеров рабочим средствам измере-

ний. Передача размеров осуществляется с помощью поверочных схем.

В настоящее время в стране действует примерно 130 эталонов единиц

физических величин. Эталоны единиц классифицируют по ряду признаков.

Соответственно делению физических величин различают эталоны основных

и производных единиц, а по точности воспроизведения единиц и подчинен-

ности – первичные (исходные) и вторичные.

Первичные эталоны воспроизводят и (или) хранят единицы и пере-

дают их размеры с наивысшей точностью, достижимой в данной области из-

мерений. Разновидностью первичных эталонов являются специальные этало-

ны, предназначенные для воспроизведения единиц в установленных особых

условиях (сверхвысокие частоты, малые и большие энергии, давления, тем-

пературы и т. п.). Первичные и специальные эталоны, официально утвер-

жденные

в качестве исходных для страны, называют государственными, на каждый из

них утверждают государственный стандарт.

К вторичным эталонам относят эталоны – копии, эталоны сравнения

и рабочие эталоны. Эталоны – копии предназначены для передачи размера

единицы рабочим эталонам, которые служат для поверки образцовых и наи-

более точных рабочих средств измерений. Эталоны сравнения предназначе-

ны для взаимного сличения эталонов, которые не могут быть непосредствен-

но сличены друг с другом.

По своему составу эталоны могут быть одиночные и групповые.

Одиночный эталон представляет собой одну меру (прибор или установку),

а групповой эталон состоит из однотипных мер (измерительных устройств),

воспроизводящих размер единицы в виде среднего арифметического резуль-

татов воспроизведения каждым из элементов этой совокупности.

Кроме национальных эталонов, имеются международные эталоны,

принадлежащие группе стран и предназначенные для поддержания единства

измерений в международном масштабе путем периодического сличения на-

циональных эталонов с международным и между собой.

Государственный первичный эталон единицы массы – килограмма –

состоит из национального прототипа килограмма (гири из платино-иридевого

сплава) и эталонных весов, предназначенных для передачи размера единицы

массы вторичным эталонам. Среднее квадратическое отклонение относи-

тельной погрешности воспроизведения эталоном единицы массы равно

ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН



Метрология. Лаб. практикум -14-

7⋅10

–9

.

В настоящее время ведутся работы по созданию «естественного» эта-

лона единицы массы, например, используя счет числа молекул.

Государственный первичный эталон единиц длины – комплекс средств,

воспроизводящих метр в виде 1650763,73 длин волн излучения в вакууме, соот-

ветствующих переходу между определенными уровнями атома криптона-86.

Эталон обеспечивает воспроизведение метра со средним квадратическим от-

клонением результата измерений, не превышающим 5⋅10

–9

.

Государственный первичный эталон единицы времени – комплекс

средств, воспроизводящих секунду в виде 192 631 770 периодов колебаний

электромагнитного излучения, соответствующего переходу между двумя

сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Этот эталон

является также эталоном единицы частоты – герца. Он обеспечивает воспро-

изведение единиц с относительным средним квадратическим отклонением

результата измерений, не превышающим 1⋅10

–13

, при неисключенной относи-

тельной систематической погрешности, не превышающей 1⋅10

–12

.

Появление высокостабильных лазеров позволило осуществить согласо-

ванное определение метра и секунды на основе одной линии излучения.

В связи с этим в 1983 г. XVII Генеральной конференцией по мерам и весам

принято решение о новом определении метра, в соответствии с которым метр

определен как длина пути, проходимого светом за 1/299 792 548 долю секунды.

В настоящее время ведутся работы по созданию единого эталона единиц време-

ни, частоты и длины. При этом используется фундаментальная зависимость

l = ct,

где l – путь, проходимый излучением; с = 299 792 548 м/с – скорость света

(излучения); t – время.

Государственный первичный эталон единицы силы постоянного тока –

ампера – это комплекс средств, в состав которых входят токовые весы. В то-

ковых весах, представляющих собой рычажные равноплечие весы, с одной

стороны на коромысло действует сила взаимодействия двух соленоидов, об-

текаемых постоянным током, а с другой – гиря известной массы. При равно-

весии весов сила тока определяется через массу гири, ускорение свободного

падения в месте расположения весов и постоянную электродинамической

системы (двух соленоидов), зависящую от формы и размеров соленоидов,

диаметра сечения провода соленоидов, значения относительной магнитной

проницаемости среды и т. д. Таким образом, ампер воспроизводится через

основные единицы – метр, килограмм и секунду. Эталон воспроизводит раз-

мер ампера с относительным средним квадратическим отклонением резуль-

тата измерений, не превышающим 4⋅10

–6

, при относительной систематиче-

ской погрешности, не превышающей 8⋅10

–6

.

Для поддержания единства измерений можно ограничиваться создани-

ем эталонов только основных величин. Однако для облегчения выполнения

ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН



Метрология. Лаб. практикум -15-

этой задачи созданы эталоны производных единиц. Рассмотрим некоторые

эталоны производных единиц электрических величин.

В состав государственного эталона вольта входит: мера напряжения на

основе эффекта Джозефсона (возникновение напряжения между разделен-

ными тонким слоем диэлектрика двумя сверхпроводниками в высокочастот-

ном электромагнитном поле); группа насыщенных нормальных элементов

для хранения размера единицы; компенсатор постоянного тока для сличения

нормальных элементов. Эталон воспроизводит размер вольта с относитель-

ным средним квадратичным отклонением результата измерения, не превы-

шающим 5⋅10

–8

при относительной неисключенной систематической по-

грешности, не превышающей 1⋅10

–6

.

Государственный эталон единицы сопротивления воспроизводит Ом с

помощью 10 манганиновых катушек сопротивления с относительным сред-

неквадратическим отклонением результата измерений, не превышающим

1⋅10

–7

, при неисключенной относительной систематической погрешности, не

превышающей 5⋅10

–7

.

Государственный эталон единицы емкости воспроизводит фарад с по-

мощью конденсатора с относительным среднеквадратическим отклонением

результата измерений, не превышающим 7⋅10

–7

, при неисключенной относи-

тельной систематической погрешности, не превышающей 13⋅10

–7

.

Государственный эталон единицы индуктивности воспроизводит генри

с помощью четырех катушек индуктивности с относительным средним квад-

ратическим отклонением результата измерений, не превышающим 1⋅10

–5

, при

неисключенной относительной систематической погрешности, не превы-

шающей 1⋅10

–5

.

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

1

О

з

н

а

к

о

м

л

е

н

и

е

с

в

и

д

а

м

и

м

а

т

е

р

и

а

л

ь

н

ы

х

э

т

а

л

о

н

о

в

.

П

о

с

т

р

о

е

н

и

е

с

т

р

у

к

т

у

р

ы

э

т

а

л

о

н

о

й

б

а

з

ы

Ц

е

л

ь

р

а

б

о

т

ы

Ознакомиться с эталонной базой лаборатории Г556. Научиться состав-

лять размерные наборы концевых мер длины и весовых мер.

К

р

а

т

к

и

е

т

е

о

р

е

т

и

ч

е

с

к

и

е

с

в

е

д

е

н

и

я

Эталонный набор – эталон, состоящий из совокупности средств изме-

рений, позволяющих воспроизводить и (или) хранить единицу в диапазоне,

представляющем объединение диапазонов указанных средств.

Эталонные наборы создаются в тех случаях, когда необходимо охва-

тить определенную область значений физической величины.

ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Лабораторная работа № 1 Ознакомление с видами материальных эталонов. Построение структуры эталонной базы



Метрология. Лаб. практикум -16-

Первичный эталон

Рабочий эталон

Об

р

азцовые изме

р

ительные

у

ст

р

ойства

4-го

р

аз

р

яд

а

3-го

р

аз

р

яд

а

2-го

р

аз

р

яд

а

1-го

р

аз

р

яда

Рабочие изме

р

ительные

у

ст

р

ойства

Наивысшей

точности

Высшей точности

Низшей точности

Средней

точности

Высокой

точности

Пример – эталонные разновесы (наборы эталонных гирь) и эталонные

наборы ареометров, наборы концевых или штриховых мер длины.

П

о

р

я

д

о

к

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

1. Ознакомиться с видами эталонов.

2. Определить вид указанных преподавателем эталонов, их класс точ-

ности, диапазон передаваемых значений физической величины.

3. Заполнить табл. 1.1

.

Таблица 1.1

Вид эталона Класс точности Передаваемая физиче-

ская величина

Диапазон передаваемых зна-

чений физической величины

4. Разработать инструкцию по доступу к эталонной базе лаборатории.

5. Составить иерархическую структуру эталонной базы лаборатории

рис. 1.1

.

Рис. 1.1. Пример схемы передачи единицы физической величины

ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Лабораторная работа № 1 Ознакомление с видами материальных эталонов. Построение структуры эталонной базы



Метрология. Лаб. практикум -17-

Отчёт о лабораторной работе должен содержать:

1. Структуру эталонной базы.

2. Заполненную табл. 1.1

.

3. Инструкцию по доступу к эталонной базе лаборатории.

5. Иерархическую структуру эталонной базы лаборатории.

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. Виды эталонов.

2. Структура этало

нной базы страны.

3. Какие виды эталонов относятся к вторичным?

4. Кто может иметь доступ к высшим эталонам метрологических лабо-

раторий?

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

2

О

з

н

а

к

о

м

л

е

н

и

е

с

в

и

д

а

м

и

м

а

т

е

р

и

а

л

ь

н

ы

х

э

т

а

л

о

н

о

в

.

П

о

с

т

р

о

е

н

и

е

с

т

р

у

к

т

у

р

ы

э

т

а

л

о

н

о

й

б

а

з

ы

.

О

п

р

е

д

е

л

е

н

и

е

о

с

н

о

в

н

о

й

п

о

г

р

е

ш

н

о

с

т

и

о

т

к

л

о

н

е

н

и

я

о

т

п

л

о

с

к

о

с

т

н

о

с

т

и

к

о

н

ц

е

в

ы

х

м

е

р

д

л

и

н

ы

К

М

Д

н

а

в

е

р

т

и

к

а

л

ь

н

о

м

о

п

т

и

м

е

т

р

е

Ц

е

л

ь

р

а

б

о

т

ы

1. Ознакомиться с устройством оптиметра, метрологическими характе-

ристиками, назначением и пр

инципом действия.

2. Приобрести навыки работы с оптиметром.

3. Ознакомиться с порядком определения основной погрешности и от-

клонения от плоскостности КМД.

Н

а

з

н

а

ч

е

н

и

е

и

у

с

т

р

о

й

с

т

в

о

в

е

р

т

и

к

а

л

ь

н

о

г

о

п

т

и

м

е

т

р

а

т

и

п

а

И

К

Вертик

альный оптиметр применяют для точного измерения наружных

размеров изделий: длины плоскопараллельных концевых мер, диаметров

гладких калибров-пробок, резьбовых калибров, шариков, толщины тонких

листов и т. п.

Вертикальный оптиметр состоит из измерительной трубки оптиметра с

окулярным отсчетом и стойки типа СII.

На стойке (рис. 2.1) имеется предметный стол 7, который в горизон-

тальное положение устанавливается вращением микровинтов 8. В верти-

кальном направлении стол перемещается в пределах нескольких милли-

метров вращением гайки 10 микрометрического механизма и фиксируется

ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Лабораторная работа № 2. Ознакомление с видами материальных эталонов. Построение структуры эталонной базы



Метрология. Лаб. практикум -18-

винтом 9.

Перпендикулярность оси измерительного стержня плоскости стола

проверяют при надетом на стержне плоском измерительном наконечнике с

помощью плоскопараллельной концевой меры длины размером приблизи-

тельно 10 мм.

Если плоскость наконечника не параллельна плоскости стола, то пока-

зания оптиметра при различных положениях меры будут отличаться одно от

другого. Вращением микровинтов 8 стол устанавливают так, чтобы во всех

четырех положениях меры показания был

и одинаковы.

Внимание! Все действия должны быть предельно аккуратными в целях

предотвращения поломки высокоточного прибора.

Рис. 2.1. Вертикальный оптиметр ИК

П

о

р

я

д

о

к

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

1. Озн

акомиться с описанием на прибор, конструкцией и принципом

действия вертикального оптиметра.

2. Произвести регулировку взаимно

го расположения наконечников.

Для этого между наконечниками на столе устанавливают концевую меру

размером 0,5–2 мм. Перемещая кронштейны 3 и пиноль 4, наконечники при-

ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Лабораторная работа № 2. Ознакомление с видами материальных эталонов. Построение структуры эталонной базы



Метрология. Лаб. практикум -19-

водят в соприкосновение с поверхностями меры. Микровинтом 9 устанавли-

вают шкалу оптиметра на некоторое показание. Регулировку выполняют вин-

тами 10, расположенными под углом 90°, которые смещают стержень пиноли

в радиальных направлениях. Вращая поочередно винты 10, необходимо до-

биться наибольшего показания оптиметра для сферических наконечников и

наименьшего показания для плоских.

3. Произвести исследование метрологических характеристик концевых

мер длины.

Установка прибора на но

ль осуществляется в следующем порядке. При

установке оптиметра на нуль по блоку концевых мер (или по одной КМ) линия

измерения должна проходить перпендикулярно к измерительным поверхностям

мер. Предметный стол с блоком мер и кронштейны устанавливают в положе-

ние, при котором измерительные наконечники пиноли и трубки соприкасаются

в срединой точке мер, мик

ровинтом 8 устанавливают шкалу прибора в положе-

ние около нулевой точки. Поочередными поворотами стола вокруг вертикаль-

ной оси ручкой 9 и покачиваниями стола эксцентриком 12 добиваются наи-

меньшего показания оптиметра. Затем, вращая винт 9 пиноли, устанавливают

шкалу на нулевое положение. Отводя наконечник трубки арретиром, проверяют

правильность установки нулевого положения.

Исследование метрологических характеристик нужно п

роизводить по

следующей схеме:

ознакомьтесь с принципом действия оптикатора, подготовьте его к ра-

боте в соответствии с описанием на прибор;

отберите несколько концевых мер разных типоразмеров из рабочего

набора КМД и пометьте их карандашом буквой «Р»;

затем из аттестованного образцового набора КМД выберите подобные

(тех же типоразмеров) концевые меры, обозначив их буквой «О»;

отберите одну пару «образцовая – рабочая» мер. Затем настройте опти-

катор по образцовой мере на ноль. Проверьте точ

ность настройки, арретируя

измерительный наконечник;

затем на место образцовой КМД поместите идентичную рабочую меру.

Определите сначала срединную длину (в точке 5, рис. 2.2

), затем по перимет-

ру (точки 1, 2, 3, 4);

проанализируйте полученные результаты;

сравнивая требования нормативной документации на концевые меры

длины, определите класс рабочего набора.

Для поверки нужно выбрать не менее 10 пар концевых мер. Наблюде-

ния занести в табл. 2.1

и табл. 2.2.

ЭТАЛОНЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Лабораторная работа № 2. Ознакомление с видами материальных эталонов. Построение структуры эталонной базы



Метрология. Лаб. практикум -20-

Рис. 2.2. Образцовая и рабочая меры

Таблица 2.1

Метрологические характеристики КМД

№

п/п

Класс

набора

Метрологические характеристики (допустимое значение по ТУ)

Отклонение

срединной длины, мкм

Отклонение

от плоскостности, мкм

Отклонение

от плоскопараллельности,

мкм

Таблица 2.2

Протокол

Номи-

нальный

размер

КМД

Действительный

размер

по аттестату

Значение по шкале

оптикатора (отклонение)

Значение

рабочей

Хд + Х5

Отклонение от

плоскостности

X

max

– Х

min

Х1 Х2 Х3 Х4 Х5

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1. Название темы и цель работы.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Схему оптиметра и описание принципа действия.

4. Выполненное задание (алгоритм исследования МХ КМД, заполнен-

ные таблицы, анализ полученных результатов, выводы).

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. Какой метод измерений используется при измерении на вертикаль-

ном оптиметре?

2. Каким образом определяется це

на деления и диапазон измерения оп-

тиметра?

3. Каким образом регулируют взаимное положение наконечников перед

измерениями?

Батрак А.П. Метрология

Подождите немного. Документ загружается.