Червач Ю.Б., Охотин И.С. Технические измерения в машиностроении

Подождите немного. Документ загружается.

5. НОРМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Нормальные условия выполнения линейных измерений в пределах

от 1 до 500 мм и измерений углов, с длиной меньшей стороны до 500 мм

установлены ГОСТ 8.050–73. Нормальные условия должны обеспечи-

ваться с целью практического исключения дополнительных погрешно-

стей при измерениях. Стандартом приняты следующие нормальные зна-

чения основных параметров, влияющих на точность измерения:

Параметр Значение

Температура окружающей среды, °С 20

Атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.) 101,3 (760)

Относительная влажность воздуха, % 58

Ускорение свободного падения, м/с

9,8

Допускаемые отклонения от нормального значения составляют для

атмосферного давления: ±4 кПа (±30 мм рт. ст.), для относительной

влажности воздуха: +22 … –18 %.

Наибольшее влияние на точность измерения оказывает темпера-

турная погрешность. В зависимости от допусков и диапазона измеряе-

мых размеров установлены пределы допускаемого отклонения темпера-

туры измеряемой детали и рабочего пространства от нормального зна-

чения в процессе измерения (табл. 3).

Таблица 3

Пределы допускаемого отклонения температуры,



С,

объекта измерения и рабочего пространства

от нормального значения в процессе измерения

Квалитет Интервалы

размеров, мм

01 0 От 1 до 5 От 6 до 8 От 9 до 10

Св. 1 до 18

0,8 1,0 1,5 3,0 4,0

Св. 18 до 50

0,3 0,5 1,0 2,0 3,0

Св. 50 до 500

0,2 0,3 0,5 1,0 2,0

При угловых измерениях пределы допускаемого отклонения

температуры объекта измерения и рабочего пространства от

нормального значения составляют ±3,5 °С.

Время выдержки измеряемой детали и измерительного средства в

рабочем пространстве до начала измерений должно быть не менее

указанного в табл. 4. ГОСТ 8.050–73 нормирует нормальное

направление линии измерения. При измерении линейных размеров до

160 мм для наружных поверхностей направление линии измерения –

вертикальное, более 160 мм, а также размеров отверстий, глубины и

ширины пазов направление линии измерения – горизонтальное.

Положение плоскости при измерении углов – горизонтальное.

Таблица 4

Время выдержки измеряемой детали и

измерительного средства в рабочем пространстве, ч

Квалитет Масса объекта

измерения, кг

01 и 0 От 1 до 5 От 6 до 8 От 9 до 10

До 10 6 4 3 2

Св. 10 до 50 14 8 6 4

Св. 50 до 200 24 14 10 7

Св. 200 до 500 36 20 16 12

Допускаемые отклонения от нормального направления линии

измерения должны быть не более ±1° – для деталей 01 и 0;

±2° – для 1–5-го; ±5° – для 6–10-го квалитетов.

С целью уменьшения погрешности измерения целесообразно,

чтобы нормальная ориентация линий измерений совпадала с

соответствующей ориентацией установочных мер и установочных

образцовых деталей.

Поддержание, нормальных условий в рабочем пространстве

должно обеспечиваться в течение всего процесса измерения.

6. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения выполняются с применением технических средств. Не-

обходимыми техническими средствами для проведения измерений яв-

ляются:

● меры – средства измерений, предназначенные для воспроизве-

дения физической величины заданного размера. Меры наивыс-

шего порядка точности называют эталонами;

● эталоны – средства измерений или их комплексы, обеспечи-

вающие воспроизведение и хранение узаконенных единиц фи-

зических величин, а также передачу их размера нижестоящим

по поверочной схеме средствам измерения;

● образцовые средства измерений – меры, измерительные при-

боры или преобразователи, утвержденные в качестве образцо-

вых для поверки по ним других средств измерений;

● рабочие средства измерений – такие средства, которые при-

меняют для измерений, не связанных с передачей размера еди-

ниц.

6.1. Эталоны

Средства измерения высшей точности – эталоны делятся на не-

сколько категорий.

Эталон, воспроизводящий единицу с наивысшей в стране точно-

стью, называется государственным первичным эталоном. Эталон едини-

цы физической величины воспроизводят с практически наивысшей дос-

тижимой точностью па основе физических принципов на специальных

установках.

В 1983 году на XVII Генеральной конференции мер и весов в каче-

стве эталона единицы длины утвержден метр – длина пути, проходимо-

го светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Ранее эталоном мет-

ра был метр равный 1650763,73 длин световых волн в вакууме излуче-

ния, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома

криптона 86.

За эталон времени принята секунда, равная 9192631770 периодам

излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими

уровнями основного состояния атома цезия-133.

Эталон единицы массы (1 кг) представляет собой цилиндр из спла-

ва платины (90 %) и иридия (10 %), у которого диаметр и высота при-

мерно одинаковы (около 30 мм).

За единицу количества вещества принят моль – количество вещест-

ва системы, содержащей столько же структурных элементов частиц,

сколько атомов содержится в 12,000 г углерода-12.

В качестве эталона единицы силы света принята (кандела) – сила

света в заданном направлении источника, испускающего монохромати-

ческое излучение частотой

540 10



Гц, энергетическая сила света кото-

рого в этом направлении составляет 1/683 B/cp.

В качестве эталона единицы силы тока принят ампер – сила неиз-

меняющегося во времени электрического тока, который, протекая с ва-

кууме по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконеч-

ной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения,

расположенным один от другого на расстоянии 1 м, создает на каждом

участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия

2 10





Н.

Эталон термодинамической температуры – кельвин, составляющий

1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

Если прямая передача размера единицы от существующих эталонов

с требуемой точностью технически неосуществима в виду особых усло-

вий, то для её воспроизведения единицы создаются специальные этало-

ны. Такими условиями могут быть: повышенное или пониженное давле-

ние; высокая влажность; измерения на предельных границах диапазона

значений, измеряемой величины.

В метрологической практике широко используются вторичные эта-

лоны, рабочие эталоны и эталоны-копии. Эти эталоны создаются и ут-

верждаются в тех случаях, когда это необходимо для организации пове-

рочных работ, а также для обеспечения сохранности и наименьшего из-

носа государственного первичного эталона.

Существуют также следующие категории эталонов:

● эталон сравнения – вторичный эталон, применяемый для сли-

чения эталонов, которые по каким-либо причинам не могут

быть сличаемыми друг с другом;

● эталон-свидетель – вторичный эталон, применяемый для

проверки сохранности государственного эталона или для его

замены в случае порчи или утраты;

● эталон-копия представляет собой вторичный эталон, предна-

значенный для передачи размера рабочим эталонам. Он не все-

гда может быть точной физической копией государственного

эталона;

● рабочий эталон – это вторичный эталон, применяемый для

хранения единицы и передачи ее размера образцовым средст-

вам или наиболее точным рабочим средствам измерений.

Рабочие эталоны могут быть реализованы в виде одиночного эта-

лона (или одиночной меры), в виде группового эталона, в виде комплек-

са средств измерений и в виде эталонного набора.

Пример одиночного эталона – эталон массы в виде платиноиридие-

вой гири. Пример группового эталона – эталон-копия вольта, состоящая

из 20 нормальных элементов. Пример комплекса средств измерений –

эталон единицы молярной доли концентрации компонентов в газовых

смесях. В этом виде измерений различные компоненты, различные диа-

пазоны концентраций, различные газы-разбавители создают большое

количество измерительных задач с общей постановкой. Поэтому, в этом

случае один эталон состоит из нескольких десятков измерительных ус-

тановок. Пример эталонного набора – набор средств измерения плотно-

сти жидкостей для различных участков диапазона.

В международных метрологических документах такой широкий на-

бор разновидностей эталонов не предусмотрен. Международные этало-

ны, хранящиеся в Международном бюро по мерам и весам, воспроизво-

дят ограниченное число единиц физических величин. Обычно это либо

основные единицы системы СИ, либо единицы, которые могут быть

воспроизведены на уровне точности, равной или даже превосходящей

точность эталона основной единицы. Пример такого эталона – эталон

Вольта, основанный на эффекте Джозефсона, состоящий в протекании

постоянного тока через контакт, образованный двумя сверхпроводника-

ми, разделенными тонким слоем диэлектрика (стационарный эффект)

или в протекании переменного тока через контакт двух сверхпроводни-

ков, к которому приложена постоянная разность потенциалов (неста-

ционарный эффект).

Меньшее в сравнении с отечественным число международных эта-

лонов объясняется тем, что во многих странах понятие эталон и образ-

цовое средство измерения не имеют четкого разграничения. Существует

емкое понятие – стандарт (standart), что по смыслу может быть переве-

дено как вторичный стандарт (образцовое средство измерения) или как

эталон (исходное образцовое средство измерения).

6.2. Меры и образцовые измерительные приборы

Меры и образцовые измерительные приборы представляют собой

образцовые средства измерений. Они предназначены для поверки и гра-

дуировки других средств измерений. Эти средства измерений имеют по-

грешность показаний в 2-3 раза меньше, чем у поверяемого прибора; на

них выдаются свидетельства на право проведения поверки.

Мера может быть реализована в виде какого-либо тела, вещества

или устройства, предназначенного для воспроизведения единицы физи-

ческой величины, хранения единицы и передачи ее размера от одного

измерительного прибора к другому. Мера воспроизводит величину, зна-

чение которой связано с принятой единицей определенным известным

соотношением.

Меры и образцовые измерительные приборы, служащие для вос-

произведения и хранения единиц с наивысшей достижимой на настоя-

щем уровне техники точностью относят к эталонам. В отличие от этало-

на, мера воспроизводит не только единицу, но и её дольные и кратные

значения. Например, мерой длины может быть метровый стержень, а

также набор мер различного размера – плоскопараллельные концевые

меры длины.

Меры массы – это не только эталонные килограммовые гири и их

копии, но и разновесы – тела, имеющие массы других размеров.

Меры являются необходимым средством измерений, т. к. с их по-

мощью осуществляется процесс передачи размера единицы физической

величины от одного прибора к другому.

Во многих странах, в том числе и в России, созданы специальные

хранилища мер, в функции которых входит сличение государственных

мер с международными. Впервые в России такое хранилище было обра-

зовано в 1842 г. как Депо образцовых мер, а в 1893 г. была учреждена

Главная палата мер и весов под руководством Д.И. Менделеева.

Меры как средства измерений могут изготавливаться различных

классов точности, которые регламентируются соответствующими

ГОСТами и поверочными схемами. Особый класс мер представляют со-

бой так называемые стандартные образцы.

Стандартный образец – мера в виде вещества, при помощи которой

размер единицы физической величины воспроизводится как свойство

или как состав вещества, из которого изготовлен стандартный образец.

Такими мерами являются образцовые вещества, которые при опреде-

ленных условиях воспроизводят единицу измерения или ее дольное или

кратное значение. Примером могут служить, например, постоянные

температуры, соответствующие переходу вещества из одного состояния

в другое: 1063 °C – точка плавления золота, 960,8 °С – точка плавления

серебра, 444,6 °С – точка плавления серы, 100 °С – температура парооб-

разования, 182,97 °С – точка кипения кислорода и другие.

Другим примером стандартного образца, в котором используют

свойства вещества, является фолиевая кислота. При сжигании в замкну-

том объеме определенной массы фолиевой кислоты выделяется строго

определенное количество теплоты. По результатам предварительных

испытаний на стандартный образец составляется паспорт, и он заносит-

ся в Госреестр стандартных образцов. Стандартные образцы, также как

другие меры, периодически сличаются и хранятся в метрологических

организациях.

В Российской Федерации ведется Государственный Реестр стан-

дартных образцов в специальном институте в Екатеринбурге. Особое

место в системе мер занимают стандартные образцы состава вещества –

поверочные газовые смеси. Эти стандартные образцы имеют особенно-

сти по сравнению со стандартными образцами в виде твердых объектов

или жидкостей. Главное отличие такой меры от других типов мер состо-

ит в том, что поверочная газовая смесь в процессе измерения расходует-

ся, что может привести к изменению состава газовой смеси. Повероч-

ную газовую смесь, которая анализируется, невозможно хранить. По-

этому для анализа готовится партия сосудов со смесью.

Меры подразделяют на однозначные и многозначные.

Однозначные меры – это меры, воспроизводящие постоянное зна-

чение физической величины. Это может быть единица измерения или

кратное или дольное значение (гири, концевые меры длины, измери-

тельные колбы, нормальные элементы ЭДС, катушки электрического

сопротивления и так далее). Для удобства пользования изготовляют на-

боры мер (разновесы, концевые меры длины и другие меры). Набор мер,

объединенных в одно механическое целое с приспособлением, называют

магазином мер (магазины сопротивлений, емкостей и так далее).

Многозначные меры воспроизводят не одно, а несколько дольных

или кратных значений единиц измерения. Такими мерами являются, на-

пример: миллиметровая линейка и другие разделённые метры, градуи-

рованные электрические конденсаторы переменной емкости, вариомет-

ры индуктивности и так далее. Для воспроизведения длины в промыш-

ленности широко используют штриховые и концевые меры. Штриховые

меры выполняют в виде образцов, линеек, рулеток и шкал с отсчётными

элементами.

6.3. Плоскопараллельные концевые меры длины

Плоскопараллельные концевые меры длины представляют собой

наборы параллелепипедов (пластин и брусков) из стали длиной до

1000 мм или твердого сплава длиной до 100 мм с двумя плоскими вза-

имно параллельными измерительными поверхностями (ГОСТ 9038–90).

Они предназначены для непосредственного измерения линейных разме-

ров, а также передачи размера единицы длины от первичного эталона

концевым мерам меньшей точности.

Концевые меры используются для поверки, градуировки и настрой-

ки измерительных приборов, инструментов, станков и др. Благодаря

способности к притираемости (т. е. сцеплению), обусловленной дейст-

вием межмолекулярных сил притяжения, концевые меры можно соби-

рать в блоки нужных размеров, которые не распадаются при перемеще-

ниях. Наборы составляют из различного числа концевых мер (от 2 до

112 штук).

Концевые меры изготовляют следующих классов точности: 00, 01,

0, 1, 2, 3 – из стали; 00, 0, 1, 2 и 3 – из твердого сплава. К каждому набо-

ру прилагают паспорт по ГОСТ 2.601–95, включающий инструкцию по

эксплуатации. Из четырех-пяти мер с градацией от 0,001 до 100 мм вы-

пускаемых наборов можно составлять нужные блоки.

Настоящий стандарт распространяется на плоскопараллельные

концевые меры длины (далее – концевые меры) из стали длиной до

1000 мм и твердого сплава длиной до 100 мм, имеющие форму прямо-

угольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными

измерительными поверхностями.

Концевые меры предназначены для использования в качестве: ра-

бочих мер для регулировки и настройки показывающих измерительных

приборов и для непосредственного измерения линейных размеров про-

мышленных изделий; образцовых мер для передачи размера единицы

длины от первичного эталона концевым мерам меньшей точности и для

поверки и градуировки измерительных приборов.

Номинальные значения длины концевых мер должны соответство-

вать требованиям, указанным в табл. 5.

Концевые меры должны быть изготовлены следующих классов

точности: 0, 1, 2, 3 – из стали; 0, 1, 2 и 3 – из твердого сплава. Концевые

меры из стали и твердого сплава классов точности 00 и 01 изготавлива-

ют по согласованию между потребителем и изготовителем.

Концевые меры при использовании в качестве образцовых должны

быть поверены в качестве образцовых 1, 2, 3 и 4-го разрядов по МИ

1604. Образцовые меры должны иметь отличительный знак при выпуске

из производства. Класс точности набора определяется низшим классом

отдельной меры, входящей в набор. Концевая мера 1,005 мм, входящая в

наборы 1, 2, 3, 12 и 15 3-го класса точности, должна быть не ниже 2-го

класса точности.

Таблица 5

Градация

концевых мер

Номинальные значения

длины концевых мер

- 1,0005

0,001

От 0,99 до 1,01

От 1,99 до 2,01

От 9,99 до 10,01

0,005 От 0,40 до 0,41

0,05

От 0,1 до 0,7

От 0,9 до 1,5

От 2 до 3

От 9,9 до 10,1

0,1 От 0,1 до 3

0,5 От 0,5 до 25

1 От 1 до 25

10 От 10 до 100

25 От 25 до 200

50 От 50 до 300

100 От 100 до 1000

Размеры поперечного сечения концевых мер (а, b) должны соответ-

ствовать требованиям, указанным в табл. 6.

Таблица 6

Размер поперечного сечения а



Номинальные значения

длины концевых мер

a b

0т 0,1 до 0,20

-0,45

-0,3

Св. 0,20 до 0,29

-0,45

-0,3

Св. 0,29 до 0,6

Св. 0,6 до 10,1

-0,3

Св. 10 до 1000 35

-0,3

0,03

0,3



Примеры условных обозначений:

набор № 2 концевых мер из стали

класса точности 1

–

концевые меры 1-Н2 ГОСТ 9038–90;

набор № 3 концевых мер из

твердого сплава класса точно-

сти 2

–

концевые меры 2-Н3-Т ГОСТ

9038–90;

концевая мера длиной 1,49 мм

из стали класса точности 3

–

концевая мера 3-1,49 ГОСТ 9038–

90;

комплект образцовых концевых

мер 1-го разряда

–

концевые меры образцовые 1-КО

ГОСТ 9038–90;

набор № 3 образцовых конце-

вых мер 2-го разряда

–

концевые меры образцовые 2НО3

ГОСТ 9038-90.

Технические требования: концевые меры длины должны изготов-

ляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по рабочим

чертежам, утвержденным в установленном порядке.

Допускаемые отклонения длины концевых мер от номинальной при

температуре 20°С и отклонения от плоскопараллельности измеритель-

ных поверхностей не должны превышать значений, указанных в табл. 7.

Таблица 7

Допускаемые отклонения

длины от номинального

значения ± мкм,

для классов точности

плоскопараллельности, мкм,

для классов точности

Номинальные

значения дли-

ны концевых

мер, мм

00 01 0 1 2 3 00 01 0 1 2 3

До 0,29 - - - 0,20

0,40

0,80

- - - 0,16

0,30

Св. 0,29 до 0,9

- - 0,12

0,20

0,40

0,80

- - 0,10

0,16

0,30

Св. 0,9 до 10 0,06

0,20

0,12

0,20

0,40

0,80

0,05

0,10

0,16

0,30

Св. 10 до 25 0,07

0,30

0,14

0,30

0,60

1,20

0,05

0,10

0,16

0,30

Св. 25 до 50 0,10

0,40

0,20

0,40

0,80

1,60

0,06

0,10

0,18

0,30

Св. 50 до 75 0,12

0,50

0,25

0,50

1,00

2,00

0,06

0,12

0,18

0,35

0,40

Св. 75 до 100

0,14

0,60

0,30

0,60

1,20

2,50

0,07

0,12

0,20

0,35

0,40

Св. 100 до 150

0,20

0,80

0,40

0,80

1,60

3,00

0,08

0,14

0,20

0,40

Св. 150 до 200

0,25

1,00

0,50

1,00

2,00

4,00

0,09

0,16

0,25

0,40