Первышин А.Н. Метрология

Подождите немного. Документ загружается.

Начинается она, как правило, с рабочих эталонов, затем точность

передается к различным образцовым средствам измерения (СИ) 1-ого, 2-ого

или 3-его классов. В каждом случае точность понижается и, наконец,

передается к рабочим средствам измерения.

В зависимости от того, какой класс точности должен быть у рабочих

измерений сличения могут происходить с образцовыми средствами 1, 2-ого

или 3-его классов. С помощью рабочего средства измерения точность

передать нельзя.

111

Лекция №19

§ 27.2. Метрологическая экспертиза конструкторско-технологической

документации.

Мерой повышения производительности труда и качества выпускаемой

продукции является метрологическая экспертиза технической документации

на всех уровнях конструкторского и технологического циклов изготовления

деталей, сборочных единиц и готовых изделий, новых технологических

процессов, машин, аппаратов и приборов.

Метрологическая экспертиза конструкторской и технологической

документации – это анализ и оценка технических решений по выбору

параметров, подлежащих измерению, по установлению норм точности

измерений и обеспечению методами и средствами измерений процессов

разработки, изготовления, испытания и применения продукции. Она является

частью общего комплекса работ по метрологическому обеспечению

производства.

Метрологической экспертизе могут подвергаться следующие

документы:

-на стадии подготовки и разработки ТЗ:

1) заявка,

2) исходные требования заказчика,

3) технические условия,

-на стадии разработки конструкции:

1) техническое предложение,

2) эскизный проект,

3) технический проект,

-на стадии подготовки производства

1) рабочая конструкторская документация (чертежи

деталей, узлов, изделий, пояснительная записка, расчет,

технические условия, программа и методика

испытаний, эксплуатационные и ремонтные

документы),

2) технологическая документация (маршрутная карта,

карта эскизов, технологическая инструкция, ведомость

оснастки, ведомость технологических документов,

включая ведомость операций технического контроля и

т.д.),

-на стадии изготовления изделий:

112

1) листки (извещения) изменений документации, в

которых установлены нормы точности или содержаться

сведения о методах и средствах контроля.

Целью метрологической экспертизы конструкторской документации

является проверка возможности измерения и контроля установленных в

документации норм точности, а также экономической целесообразности

методов контроля.

При этом решаются следующие задачи:

1) проверка правильности терминологии при наличии в

документе текстовой записи,

2) проверка взаимной увязки допусков на размеры, форму

и расположения поверхностей детали и требования к

шероховатости поверхностей,

3) проверка контролепригодности установленных норм

точности предлагаемыми средствами,

4) проверка правильности выбора средств измерений с

учетом допустимой погрешности, условий и методик

выполнения измерения,

5) проверка достаточности методов контроля всех

установленных в документе норм точности,

6) проверка экономической целесообразности выбранного

метода контроля, возможности автоматизации

получения и обработки измерительной информации,

7) проверка полноты и определенности описания

операций контроля, наличия документации по

эксплуатации средств измерения и методик выполнения

измерений,

8) проверка правильности выполнения организационных

мероприятий, обеспечения безопасности труда и

охраны окружающей среды.

Цели и задачи метрологической экспертизы технологической

документации аналогичны. Однако при экспертизе технологической

документации дополнительно подвергаются проверке нормы точности,

введенные сверх норм конструкторской документации, например

производственные допуски или допуски на промежуточные операции.

Результаты метрологической экспертизы в виде списка предложений

и замечаний подписываются лицом, проводившим экспертизу, и

утверждаются главным метрологом предприятия. Документация вместе с

результатами экспертизы возвращается разработчику для исправления.

Метрологическая экспертиза является частью общего комплекса

работ по метрологическому обеспечению производства и выполняется для

113

повышения эффективности контрольно-измерительных операций на стадиях

разработки, изготовления, и испытаний и эксплуатации изделий.

114

Лекция №20

§ 27.3. Средства измерений. Основные понятия и классификация.

Средство измерения - техническое устройство, предназначенное для

экспериментального определения численного значения физической

величины, имеющее нормированные метрологические показатели и

характеристики, воспроизводящие и (или) хранящее единицу физической

величины, размер которой принимается неизменным в пределах

установленной погрешности в течение определенного промежутка времени.

Все средства измерения при воздействии на них измеряемой величины Х

вырабатывают сигнал Y, несущий информацию об этой величине. Средства

измерения состоят из различных измерителей-преобразователей и других

устройств, обеспечивающих решение измерительной задачи.

Рассмотрим процесс измерения. У нас есть некий объект измерения,

который не существует автономно. Возникают некие вспомогательные

средства измерения, обеспечивающие функционирование этого ОИ. Под

действием эти вспомогательных средств и каких-то управляющих команд ОИ

вырабатывает некий измерительный сигнал Х. Он воспринимается

чувствительным элементом средств измерения, который затем поступает на

первичный преобразователь. Значит в чувствительном элементе Х

преобразуется в некую величину Х1, а после первичного преобразователя

уже, как правило, сигнал становится электрическим. Например в манометре

происходит передача давления на трубку бурдона, трубка бурдона

соответственно преобразует величину этого давления в механическое

перемещение, либо в угловое, которое в свою очередь передается уже на

какой-то датчик. Любые не электрические величины, особенно для

автоматизированной обработки, конечно, преобразуются в электрические. В

резисторном датчике существует некоторая мембрана. Под действием

давления мембрана прогибается, перемещение мембраны фиксируется

изменением сопротивления. Это изменение уже дальше идёт в измеритель

преобразователя, которых может быть несколько ИП

, ИП

, на выходе ПН

возникает измерительный сигнал Y

n+1

, который уже удобен нам для ввода его

115

в анализатор. Этот анализатор может быть непосредственно ЭВМ или

наблюдателем. На этом этапе от первого до энного преобразователя обычно

происходит отстройка от погрешности измерения, компенсация различных

помех, иногда здесь происходит сравнение с мерой - так называемый

компаратор, и т.д. Анализатор должен принять управляющее решение, т.е.

решить измерительную задачу. Цель измерений всегда записывается в ПИ.

Совокупность чувствительного элемента и первичного преобразователя

называется датчиком. Иногда, средство измерения включает в себя и

анализатор, если это не человек. Средство измерения может не снабжаться

эталоном физической величины, тогда возникает специфический ИП,

который отдельно стоит в ряду всех ИП. На выходе ИПn стоит так

называемый компаратор, который сопоставляет измерительный сигнал Yn+1

с однородным сигналом от меры (эталона), который идет к анализатору.

Частным случаем средства измерения является сопоставление в нем

измерительного сигнала Y

n+1

с сигналом Y

от меры. Устройство для

сопоставления этих сигналов называется компаратором. По роли,

выполняемой в системе обеспечения единства измерений, различают:

метрологические (образцовые) и рабочие средства измерения. По уровню

автоматизации: не автоматические, автоматизированные и автоматические.

Если в конце воспринимает сигнал Y наблюдатель или исследователь, в

этом случае мы имеем дело с неавтоматическими средствами измерения:

человек, принимает решение о том, что делать дальше. Как правило мы

работаем сейчас в области автоматизированных СИ. Конечное решение в

автоматизированных СИ в конечном итоге может принимать человек. В

автоматических СИ человека нет, объект существует автономном режиме.

По уровню стандартизации различают стандартные и уникальные

(специальные) средства измерения. Поскольку в области измерительной

техники мы вынуждены создавать новые СИ, т. к. объект еще не освоен в

значительной степени, которые бы измеряли те параметры, которые раньше

не измерялись. А значит надо их как-то аттестовать, задать какие-то

физические характеристики, выпускается документ, который по мере

вхождения в практику дополняется, и в конце концов разрабатывается ГОСТ.

По отношению к измеряемой величине: основные и вспомогательные.

По выполняемым функциям: элементарные и комплексные средства

измерения.

К элементарным относят: меры, компораторы, регистраторы, т.е. те

технические объекты, которые выполняют какую-либо одну функцию. К

комплексным средствам измерения относятся: приборы, измерительные

116

установки, измерительные системы и измерительные вычислительные

комплексы.

Приборы - средства измерения, предназначенные для измерения одной

или нескольких физических величин в заданном диапазоне измерения и

выдачи информации в виде удобном для наблюдателя.

Измерительные установки - комплекс средств измерения и

вспомогательных систем функционально связанных между собой и

расположенных в одном месте. (измерительные стенды, т. д.).

Измерительные системы обеспечивают решение измерительной задачи так

же как и измерительные установки, но и в автоматизированном режиме.

Измерительно-вычислительные комплексы включают в себя и анализаторы,

т.е. могут вырабатывать кроме измерительных и управляющие сигналы.

§ 27.4. Метрологические показатели и характеристики средств

измерений.

Метрологический показатель средств измерения характеризует одно из его

свойств, влияющее на результат измерения. К метрологическим показателям

относятся:

1. длина деления шкалы - расстояние между соседними штрихами

2. цена деления шкалы - изменение физической величины, соответствующее

самому маленькому делению шкалы

3. диапазон показаний шкалы - разница между конечным и начальным

делением шкалы

4. диапазон измерений- диапазон изменения физической величины, которая

может измеряться данным прибором

5. чувствительность СИ и порог чувствительности

6. вариация показаний измерительного прибора

Один и тот же прибор измеряя одну физическую величину в

одинаковых физических условиях будет давать, тем не менее различные

результаты, что связано с наличием случайных погрешностей, т.е.

неучтенных нами причин, которые вызывают изменение показаний прибора.

Кроме того у нас в любом приборе существует гистерезис, т.е. показания

прибора, когда он подходит к измеряемой величине снизу, с меньших

величин, отличается от показаний прибора, если к той же измеряемой

величине он подходит сверху, т.е. от больших величин. И все вот эти

причины накладывают на показания прибора некую такую область и

контрастность полученной характеристики уменьшается, поэтому возникает

диапазон при измерении одной и той же величины, который называется

вариацией.

7. стабильность СИ - поддержание метрологических параметров в течение

определенного заданного промежутка времени, потому что они естественно

меняются. Меняет и мера, заложенная в приборе, меняются и свойства

прибора.

117

8. измерительное усилие прибора - усилие действующее на измерительный

элемент со стороны объекта и в обратную сторону

9. предел допустимой погрешности СИ.

Связан с систематической погрешностью, регламентируется у рабочих

приборов.

10. класс точности СИ.

Существует в первую очередь для рабочих приборов, характеризует

систематическую погрешность прибора во всем диапазоне измерения. Он

есть у тех приборов, у которых в паспорте не указана градуировочная

характеристика.

Метрологические характеристики СИ.

Важнейшей характеристикой является статическая характеристика

прибора. Различают линейную и лиониризованную характеристики.

Необходимо стремится к линейной характеристике. Мы судим о величине

по показаниям прибора, поэтому происходит обратная операция:

считываем показание, но в результате через статическую характеристику

должны получить численное значение и погрешность измеряемой величины.

И если эта характеристика линейная, то в этом случае проще обработка и

погрешность измерения будет постоянна.

В случае линейной шкалы чувствительно прибора

constY

S 









что обеспечивает постоянство абсолютных погрешностей измерения во всем

диапазоне измерений.

Лиониризованные характеристики бывают двух видов. Представим, что

Y по Х имеет некий нелинейный вид. Если известна теория взаимодействия

измеряемой величины с соответствующей системой измерительных

преобразователе, то тогда мы имеем возможность непосредственно изменить

образом величину Y, чтобы лиониризовать эту характеристику. Если теория

118

не известна, то в применяют метод проб и ошибок. Если удается простым

образом ввести функцию от измеряемой величины, то в этом случае вводят

соответствующий измерительный преобразователь, который осуществит

лиониризацию. Такой прибор называется функциональным измерителем-

преобразователем, т.е. дополняется система ИП функциональным ИП,

который служит для лиониризации. Другой тип прибора выполняет какую-

либо операцию над сигналом Y, в результате у нас характеристики так же

лиониризуются, и называется операционным ИП.

Чувствительность - пороговое значение физической величины, которое

приводит к изменению показаний.

Метрологические показатели устанавливаются в результате

метрологических процессов: поверка, аттестация, градуировка, юстировка,

ревизия.

Аттестация (проводится обязательно государственной службой), когда все

метрологические показатели прибора проверяются и принимается решение

об эксплуатации этого прибора. Градурировка - определение статической

характеристики прибора. Делается до и после пусковая градуировка прибора.

Например, в ракетном двигателе важнейшая характеристика - давление в

камере сгорания. Производится квантование некоторых измерительных

сигналов, т.е. для давления - определенные пороговые величины давления,

которые более точным измерительным прибором фиксируются. В систему

подаются соответствующие сигналы и получается отклик в виде Y. Строится

допусковая градуировочная характеристика, как вверх так и вниз, чтобы

исключить гистерезис, и послепусковая, когда выполнено испытание, потому

что воздействие продуктов сгорания на измерительную систему иногда

бывает катастрофическим. Как правило, если допусковая градуировка

совпадает с послепусковой, не более 1% рассогласование, то в этом случае

испытание обрабатывается, участвует в дальнейшем анализе. Если нет, то

результаты испытаний аннулируются.

Важнейшими показателями средств измерений являются такие

показатели, от которых зависит качество получаемой с помощью этих

средств измерительной информации.

Метрологический показатель средства измерений - показатель

одного из свойств средства измерений, влияющий на результат измерения и

его погрешность.

ГОСТ 8.009-84 устанавливает комплекс нормируемых

метрологических показателей средств измерений.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся метрологические

показатели средств измерений, которые обеспечиваются определенными

конструктивными решениями средств измерений и их отдельных узлов.

1. Длина деления шкалы - расстояние между осями (центрами) двух

соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии

проходящей через середины самых коротких отметок шкалы (рис. 73).

119

2. Цена деления шкалы - разность значений измеряемой величины,

соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

3. Диапазон показаний шкалы - область значений шкалы,

ограниченная

конечным и начальным значениями шкалы, т.е. наибольшим и наименьшим

значениями измеряемой величины.

4. Диапазон измерений - область значений измеряемой величины,

которые могут быть получены данным измерительным средством с

нормированной для него погрешностью.

5. Порог чувствительности средства измерений - показатель

средства измерений, выражаемый наименьшим значением

120