Батрак А.П. Метрология



Метрология. Лаб. практикум -21-

М

Е

Т

Р

О

Л

О

Г

И

Ч

Е

С

К

А

Я

Э

К

С

П

Е

Р

Т

И

З

А

Согласно ГОСТ 8.103–73 под метрологической экспертизой понимают

анализ и оценку технических решений по выбору параметров, подлежащих

измерениям, установлению требований к точности измерений и обеспечению

методами и средствами измерения (СИ) процессов разработки, изготовления,

испытания, эксплуатации и ремонта продукции.

МЭ является формой участия специалистов-метрологов в разработке

технической документации.

Целью такого участия является выявление о

шибочных или недостаточ-

но обоснованных решений по метрологическому обеспечению и оказание

помощи разработчику в поиске наиболее рациональных решений. Введение

МЭ в практику технологической подготовки производства приводит к со-

вершенствованию его метрологического обеспечения и, как следствие, спо-

собствует повышению качества выпускаемой продукции.

МЭ должна способствовать рациональному решению двух основных

вопросов метрологического обеспеч

ения производства изделий – что изме-

рять и с какой точностью, а также связанных с ними вопросов выбора

средств и методик выполнения измерений.

В связи с этим задачами МЭ технической документации являются;

1) оценка:

рациональности номенклатуры измеряемых параметров;

оптимальности требований к точности измерений;

соответствия точности измерений заданным требованиям;

полноты и правильности требований к точности СИ;

контро

лепригодности конструкции (возможности контроля необходи-

мых параметров процесса изготовления, испытаний, эксплуатации и ремонта);

возможности эффективного обслуживания выбранных СИ;

рациональности выбранных средств и методик выполнения измерений;

2) анализ использования вычислительной техники в измерительных

операциях;

3) контроль метрологических терминов, наименований измеряемых ве-

личин и обозначений их единиц, а также наименований всех терминов тех-

нических условий и требований, изложенных в те

кстовой записи.

Результаты МЭ фиксируют в форме замечаний, которые носят характер

предписаний, обязательных к исполнению. В большинстве случаев эти заме-

чания должны сопровождаться предложениями, направленными на устране-

ние замеченных недостатков.

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА



Метрология. Лаб. практикум -22-

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

1

О

п

р

е

д

е

л

е

н

и

е

д

е

й

с

т

в

и

т

е

л

ь

н

о

г

о

р

а

з

м

е

р

а

и

с

у

м

а

р

н

о

й

п

о

г

р

е

ш

н

о

с

т

и

п

р

и

м

н

о

г

о

к

р

а

т

н

ы

х

р

а

в

н

о

т

о

ч

н

ы

х

и

з

м

е

р

е

н

и

я

х

ш

т

а

н

г

е

н

и

н

с

т

р

у

м

е

н

т

а

м

и

Ц

е

л

ь

р

а

б

о

т

ы

Определи

ть с помощью штангенциркуля истинное значение измеряе-

мой величины при многократных измерениях

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

На практике коли

чество измерений, как правило, ограничивается (от

одного до 25–30). Можно считать, что однократные измерения допустимы

только в порядке исключения, та

к как они не позволяют судить о достовер-

ности измерительной информации.

Сколько измерений необходимо сделать? Все зависит от целей измере-

ний, ответственности их результатов для оценки состояния объекта измере-

ний, а также от степени исключения систематических погрешностей измере-

ния.

Если принять, что в погрешности результата измерений роль система-

тических погрешностей мала, по сравн

ению со случайной погрешностью, то

при определении необходимого количества измерений следует исходить про-

сто из возможности систематической обработки результатов измерений. Из-

вестно, что уже при 7–8 измерениях оценки их результатов приобретают ус-

тойчивость.

Вместе с тем, параметры ряда законов распределения, применяемых при

оценке результатов, а также при оценке и случайных погрешно

стей при уве-

личении числа наблюдений более 25–30 изменяются незначительно. Так, ана-

лиз показывает, что значение процентных точек (α – доверительная вероят-

ность) распределения Стьюдента при доверительной вероятности 90 % и числе

наблюдений от 1 до 30 изменяются от 6,3 до 1,70 (почти в два раза), а при уве-

личении числа наблюдений от 30 до бесконечности – от 1,70 до 1,64 (меньше

10 %). Но увелич

ивать число измерений с целью найти истинное значение ве-

личины бессмысленно, так как оно не зависит от организации измерений; ис-

тинное значение существует независимо от того, проводятся или нет измерения,

в т. ч. и от того, сколько произведено наблюдений. Таким образом, если речь

идет о получении достоверных результатов измерений, то их число 25–30 явля-

ется доста

точным

По иному ставится задача организации измерений, если объект измере-

ний до этого не исследовался и, кроме предварительных значений величины,

о нем мало что известно.

В этом случае число измерений должно быть увеличено в 2–3 раза

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 1. Определение действительного размера и суммарной погрешности



Метрология. Лаб. практикум -23-

(против 25–30), а при необходимости нахождения законов распределения

оцениваемых величин число измерений целесообразно увеличить на порядок.

Главная цель увеличения числа измерений состоит в уменьшении слу-

чайности результата измерений, а следовательно, в наилучшем приближении

результата к истинному значению величины.

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. С помощью штангенциркуля, определённого преподавателем, мно-

гократно измерить размеры L и D образцового валика.

2. Результаты измерений занести в первую строку табл. 1.1

отдельно

для каждого из параметров L и D.

3. Определить истинное значение измеряемой величины.

Таблица 1.1

Результат многократных равноточных измерений

Величина отчета

Х

i

, мм

Результаты измерений

Среднее арифме-

тическое

n

Xi

X

∑

=

X

, мм

Остаточная по-

г

р

ешность

Остаточная квад-

ратичная погреш-

ность

(X

i

–

X

)2, мкм

Сумма остаточных

квадратичных по-

грешностей ∑, мкм

2

1

)(

∑∑

=

−=

n

i

XXi

Средняя квадра-

тичная погреш-

ность σ, мкм

n

XXi

n

i

∑

=

−

=

1

2)(

σ

Предельная по-

грешность, ср.

арифметическое S

n

S

σ

3

±=

Результат измере-

ния X

ист

, м

SÕÕ ±=

èñò

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1. Цель и название лабораторной работы.

2. Название и характеристики средства измерения.

3. Две заполненные таблицы (по форме табл. 1.1

).

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 1. Определение действительного размера и суммарной погрешности



Метрология. Лаб. практикум -24-

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. Почему число случайных ошибок зависит от числа измерений и ка-

кова эта зависимость?

2. Характеристики средства измерения, используемого при измерении

образцового валика.

3. Состав и сущность метрологической экспертизы.

4. По каким причинам необходимо увеличивать количество измерений?

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

2

О

п

р

е

д

е

л

е

н

и

е

с

р

а

в

н

и

т

е

л

ь

н

о

й

п

о

г

р

е

ш

н

о

с

т

и

с

р

е

д

с

т

в

и

з

м

е

р

е

н

и

й

Ц

е

л

ь

р

а

б

о

т

ы

Произвести измерение детали тремя-четырьмя измерительными пр

ибо-

рами различной точности и определить сравнительную погрешность измерения.

Приборы и материалы:

измеряемая деталь;

три-четыре измерительных прибора;

набор концевых мер длины;

авиационный бензин или технический спирт;

салфетки;

термометр;

психрометр;

барометр.

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

Правило набора блока концевых мер: набор ведут с «хвоста» размера,

т. е. на

чиная с тысячных долей мм, затем – с сотых, потом – с десятых и, на-

конец, – с целых. Например, для размера 39,92 мм:

39,92 – размер бл

ока;

1,02 – первая мера, входящая в блок;

8,90 – остаток;

1,9 – вторая мера;

37,00 – остаток;

7,00 – третья мера;

0,00 – остаток, четвертая мера.

Количество концевых мер в одном блоке не должно превышать 5.

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 2. Определение сравнительной погрешности средств измерений



Метрология. Лаб. практикум -25-

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. Перед измерениями очистите измеряемые поверхности детали с по-

мощью авиационного бензина или технического спирта и салфетки. Измере-

ния начните с наименее точного из выданных вам приборов, например, со

штангенциркуля с ценой деления 0,1 мм.

2. Измерьте размер более точным прибором, например, микрометром

с ценой деления 0,01 мм, потом еще более точным прибором, например, оп-

тиметром с ценой деления 0,001 мм. Когда измерения проводят относитель-

ным методом, напр

имер с помощью оптиметра, индикатора, рычажной ско-

бы, необходимо настроить прибор на нуль по концевым мерам длины. Размер

блока концевых мер определяют по результату предыдущего измерения. Пе-

ред сборкой блока выбранные концевые меры необходимо очистить, как и

измеряемые поверхности детали. Погрешност

ь Δ определить как разность ре-

зультатов измерения более грубым прибором по сравнению с последующим

более точным.

3. Запишите температуру, относительную влажность и атмосферное

давление, при которых проведены измерения.

4. Выполните эскиз измеряемой детали.

5. Запишите полученные результаты (рекомендуемый порядок записи

результатов измерения представлен в табл. 2.1

).

Таблица 2.1

Результаты разноточных измерений размера детали

Измерительный

прибор

Цена деле-

ния по но-

ниусу, мм

Пределы

показаний

по шкале,

мм

Пределы

измерений в

целом, мм

Измеренный

размер, мм

Погрешность

измерения

Δ,

мкм

Штангенциркуль 0,1 0–125 0–125 29,9 –0,02

Микрометр 0,001 0–30 0–30 29,92 +0,003

Оптиметр

0,001

±

0,1

0–180

39,917

Блок конце-

вых мер

39,92

Примечание. Параметры атмосферы: температура, влажность, давление.

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1. Цель и название лабораторной работы.

2. Заполненную табл. 2.1

.

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 2. Определение сравнительной погрешности средств измерений



Метрология. Лаб. практикум -26-

1. Расскажите правило набора блока концевых мер.

2. Какое значение измеряемой величины считается истинным при раз-

ноточных измерениях?

3. Каким образом определить погрешность измерения прибора при раз-

ноточных измерениях?

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

3

О

п

р

е

д

е

л

е

н

и

е

в

е

л

и

ч

и

н

ы

р

а

з

б

р

о

с

а

т

в

ё

р

д

о

с

т

и

в

о

д

н

о

й

п

а

р

т

и

с

т

а

л

и

4

5

с

п

о

м

о

щ

ь

ю

п

о

р

т

а

т

и

в

н

о

г

о

т

в

е

р

д

о

м

е

р

а

T

I

M

E

T

H

1

3

0

Ц

е

л

ь

р

а

б

о

т

ы

По результатам измерения твёрдости партии одинаковых деталей опре-

делить величину его допуска. Построить гистограмму фактического распре-

деления твёрдости.

Н

а

з

н

а

ч

е

н

и

е

и

у

с

т

р

о

й

с

т

в

о

т

в

е

р

д

о

м

е

р

а

T

I

M

E

T

H

1

3

0

В лабораторных условиях применяют различные способы определения

твердости мет

аллов для характеристики их механических свойств. Твердость

металлов измеряют при помощи воздействия на поверхность металла нако-

нечника (индентора), изготовленного из малодеформирующегося материала

(твердая закаленная сталь, алмаз, сапфир или твердый сплав) и имеющего

форму шарика, конуса, пирамиды или иглы.

Существует несколько способов измерения твердости, различающихся

по характеру воздействия наконечника (индентора). Тв

ердость измеряется

вдавливанием наконечника (способ вдавливания), царапанием поверхности

(способ царапания), ударом или же по отскоку наконечника. Твердость, оп-

ределенная царапанием, характеризует сопротивление разрушению (для

большинства металлов путем среза); твердость, определенная по отскоку, ха-

рактеризует упругие свойства; твердость, определенная вдавливанием, – со-

противление пластической деформации.

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 3. Определение величины разброса твёрдости в одной партии стали 45



Метрология. Лаб. практикум -27-

Портативный твердомер TH 130 (рис. 3.1) объединяет в одном корпусе

ударное устройство типа D и процессор обработки данных.

Твердомер состоит из следующих основных элементов: 1 – измери-

тельный наконечник, 2 – механизм взвода ударного элемента, 3 – кнопка

спускового механизма, 4 – кнопка включения ON/OFF, 5 – клавиша для про-

смотра меню, 6 – клавиша перебора параметров меню.

Метод измерения TIME TH130 основан на определении отношения

скорости отскока к скорости соударения.

Функциональные возможности:

Шкалы твердости:

HRC,HRB,HRA, HV, HB, HS,HL

Размер: 155x24x55 мм

Ударное устройство: интегральная модель типа D

Энергия соударения: 11 Н/мм

Испытательный наконечник: карбид вольфрама

Точность: средняя ошибка ±1 % (соответ-

ственно ±1 % HRC)

Максим. твердость образца: при HRC = 58 980 HV

Вес: 180 г

Время работы: 8 часов непрерывной работы

Направление удара: под любым углом

Рабочая температура: 0– 50 °С

Миним. вес образца:

5 кг. Если меньше, то прово-

дить испытание на поверочной

плите массой не менее 10 кг

Миним. толщина образца: 0,8 мм

1

5

3

6

4

2

Рис. 3.1. Портативный твердомер TH 130

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 3. Определение величины разброса твёрдости в одной партии стали 45



Метрология. Лаб. практикум -28-

Таблица 3.1

Таблица измеряемого диапазона материалов

Материал

Параметр твёрдости

HLD HB HRC HRB HRA HV HS

Сталь и литая сталь

200–900

93–674 17,9–68,5

59,6–

99,2

59,1–85,8 83–976 32,2–999,5

Сплавы и инстру-

ментальная сталь

20,4–67,1

80–898

Нержавеющая сталь

85–655 19,6-62,4

46,5–

99,9

85–862

Серый чугун 93–334

Зернистый литой чу-

гун

131–387

Литые алюминиевые

сплавы

27–159

Медно-цинковые

сплавы (латунь)

200–900

40–173

13,5–

95,9

Медные сплавы оло-

ва (бронза)

60–290

Деформируемые

медные сплавы

45–315

У

с

л

о

в

и

я

и

з

м

е

р

е

н

и

й

и

п

о

д

г

о

т

о

в

к

а

к

н

и

м

При пров

едении измерений температура воздуха в помещении должна

быть 20(±1) °С.

Перед проведением измерений необходимо выполнить следующие под-

готовительные работы:

получить у преподавателя образцы стали 45;

проверить у преподават

еля настройки твердомера.

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. Настройка твердомера.

Вынуть твердомер из пенала и включить его, удерживая кнопку вклю-

чения ON/OFF 4 (рис. 3.1

) несколько секунд.

При включении на дисплее должны отразиться предварительно настро-

енные параметры измерений, например: Mat STEEL < –2 или HRC STEE +90,

что означает – материал сталь, двукратное измерение, роквелл-шкала твёрдо-

сти С, угол контакта с поверхностью 90 градусов.

Если предварительные параметры выбраны неверно, необходимо про-

извести следующие действия.

Клавишей для просмотра меню 5 выбрать подменю «направление из-

мерений (Measuring direction)», значение которого отразится на дисплее.

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 3. Определение величины разброса твёрдости в одной партии стали 45



Метрология. Лаб. практикум -29-

1

2

Рис. 3.2. Порядок измерения

Клавишей перебора параметров меню 6 установить настройку угла из-

мерений +90° (Measuring dir +90°).

Нажатием клавиши 5 выйти в подменю «материал (Mat)» и клавишей

перебора параметров 6 установить материал «углеродистые стали и отливки

(Mat STEEL)».

Клавишей просмотра меню 5 выбрать подменю «параметр твёрдости

(Har)», установить клавишей 6 параметр Har HRC.

Таким же образом установить число измерений (подменю Ave), равное

двум (Ave 2).

2. Порядок проведения измерений.

Включить твердомер.

Взвести уда

рный механизм 2 (рис. 3.1) перемещением в сторону изме-

рительного наконечника до характерного щелчка.

Установить испытуемый образец 1 на поверочную плиту 2 (рис. 3.2

).

Измерительный наконечник 1 твердомера установить на испытуемый

образец так, чтобы он плотно прилёг к испытуемой поверхности (рис. 3.2

).

Нажатием кнопки 3 (рис. 3.1

) произвести измерение.

Проделать второе измерение с тем же образцом и снять показания.

Внимание! Прибор настроен таким образом, чтобы отображать

среднее значение между двумя испытаниями.

Провести испытание всех образцов.

3. Обработка результатов измерений.

Определить минимальное A

min

и максимальное A

max

значение данной

выборки.

Разбить весь диапазон размеров данной выборки от минимального

A

min

до максимального A

max

на заданное количество одинаковых групп (от 6

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Лабораторная работа № 3. Определение величины разброса твёрдости в одной партии стали 45



Метрология. Лаб. практикум -30-

до 8)K.

Определить среднее арифметическое значение твёрдости размеров М

и среднее квадратичное отклонение σ, а также значение

Q .

Посчитать максимальный XR

max

и минимальный XR

min

расчетные раз-

меры и технологический расчетный допуск ТR.

Записать число деталей, соответствующих каждой группе.

Построить гистограмму фактического распределения твёрдости по

группам. По горизонтальной оси – размерные интервалы (номер группы) от

1 до K. Каждый интервал равен

Q . По вертикальной оси показывают коли-

чество деталей, попавших в каждую группу.

Под гистограммой нанести расчетное поле допуска ТR.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Описание твердомера ТН 130.

3. Схему измерений.

4. Массив измеренных значений твёрдости.

5. Расчёты минимального A

min

и максимального A

max

значений данной

выборки.

6. Среднее арифметическое значение твёрдости размеров М и среднее

квадратичное отклонение σ, а также значение

Q , XR

max

и минимальный

XR

min

расчетные размеры и технологический расчетный допуск ТR.

7. Построенную столбчатую диаграмму распределения размеров.

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. Какие способы измерения твёрдости вам известны?

2. Устройство и принцип работы твердомера.

3. Какие параметры твёрдости данный прибор может измерять?

4. Назовите основные характеристики случайных ошибок.

5. Для чего необходим поправочный коэффициент Е при определении

величины допуска.

6. Каким образом назначают стандартное верхнее и нижнее предельное

отклонение для валов и отверстий по расчетным значениям XR

max

и XR

min

?

Батрак А.П. Метрология

Подождите немного. Документ загружается.