Справочник технолога-машиностроителя 2
Глава 9. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

Под измерением понимают опыт, в резуль­тате которого получают количественную ха­рактеристику свойств объекта, явления или процесса с погрешностью, не превышающей допустимую, Поэтому выбор видов, методов, средств измерений, условий их выполнения и методики обработки результатов наблюдений всегда ограничен требованием обеспече­ния установленной точности.

Измерения, при которых искомую величи­ну находят непосредственно из опытных данных, называют прямыми. Если искомую ве­личину находят на основании известной зави­симости между этой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями, то изме­рения называют косвенными. Точность кос­венных измерений зависит от точности прямых измерений и точности используемой зависимости.

Метод измерений называют методом не­посредственной оценки, если величину опреде­ляют непосредственно по отсчетному устрой­ству измерительного прибора, и методом сравнения, если измеряемую величину сравни­вают с величиной, воспроизводимой мерой. При этом мера выступает не в виде неотъем­лемой части конструкции измерительного прибора, а как самостоятельное средство измерения, предназначенное для воспроизведе­ния физической величины заданного размера. Возможность использования средства измере­ния для измерения методом сравнения опреде­ляется тем, что диапазон измерения данного средства больше его диапазона показаний. Не­которые приборы предназначены только для измерения методом сравнения (например, ког­да шкала прибора состоит из одной нулевой отметки). Выбор метода определяется соотно­шением между диапазоном показаний сред­ства измерения и значением измеряемой вели­чины. Если диапазон показаний меньше изме­ряемой величины, то используют метод срав­нения. Этот метод используют при конт­роле деталей в массовом и серийном производстве, т. е. тогда, когда нет частых переналадок измерительного прибора на новое значение измеряемой величины и когда достаточной является информация об откло­нении измеряемой величины от установ­ленного значения. Использование метода сравнения позволяет применять при конструи­ровании приспособлений малогабаритные ти­повые преобразователи,

Погрешность измерений — отклонение ре­зультата измерения от действительного значе­ния. При этом за действительное значение принимают значение измеряемой величины, определенное с погрешностью на порядок меньшей, чем определяемая погрешность из­мерения.

Результаты измерения признаются досто­верными, если погрешность измерения не пре­вышает установленной величины допустимой погрешности измерения. При приемке изделий пределы допускаемых погрешностей 5 измере­ния линейных размеров (до 500 мм) устана­вливаются ГОСТ 8.051—81 в зависимости от допусков на изготовление (табл. 1). Указанные в табл. 1 пределы допускаемых погрешностей измерения могут быть увеличены при умень­шении допуска на изготовление изделия на ве­личину, соответствующую увеличению преде­ла допускаемой погрешности, или при сорти­ровке деталей на размерные группы для селективной сборки, если предел допускаемой погрешности выбирают по допуску на группу. Арбитражная перепроверка принятых деталей не должна проводиться с погрешностью изме­рения, превышающей 30% погрешности, допу­скаемой при приемке. Среди принятых допу­скается наличие деталей с отклонениями, выходящими за приемочные границы на вели­чину не более половины допускаемой погреш­ности измерения при приемке, до 5% от пере­проверяемой партии для квалитетов со 2-го по 7-й; до 4% — для 8-го квалитета и 3% — для квалитетов 10 и грубее.

Допускаемая погрешность измерения включает случайные и неучтенные системати­ческие погрешности измерения. Случайная по­грешность измерения не должна превышать 0,6 допускаемой погрешности измерения. При этом исходят из предположения, что случай­ная погрешность измерения распределяется по нормальному закону и достаточным является доверительная вероятность 0,954, т. е. диапа­зон рассеяния погрешности измерения равен ±2σ (σ — среднее квадратическое отклонение погрешности измерения).

Погрешность измерения является результа­том несовершенства метода измерения (по­грешность метода), средств измерения (по­грешность средства измерения) и неточностей отсчета показаний (погрешность отсчета). В то же время погрешность метода включает по­грешность базирования, погрешность, обусло­вленную измерительным усилием, изменением размеров контролируемого изделия из-за от­клонений от нормальной температуры и др. Погрешность средства измерения, используе­мого в нормальных условиях, называют основ­ной, а погрешность средства измерений, вы­званную использованием его в условиях, отли­чающихся от нормальных, называют дополни­тельной погрешностью средства измерения.

Согласно ГОСТ 8.050—73 нормальные ус­ловия выполнения линейных измерений в пределах от 1 до 500 мм и измерений углов с длиной меньшей стороны до 500 мм харак­теризуются следующими значениями ос­новных влияющих величин:

температура окружающей среды 20 °С;

атмосферное давление 101324,72 Па (760 мм рт. ст.);

относительная влажность окружающего воздуха 58% (нормальное парциальное давле­ние водяных паров 1333,22 Па);

ускорение свободного падения (ускорение силы тяжести) 9,8 м/с²;

направление линии измерения линейных размеров до 160 мм у наружных поверхно­стей — вертикальное, в остальных случаях — горизонтальное;

положение плоскости измерения углов — горизонтальное;

относительная скорость движения внешней среды равна нулю;

значения внешних сил равны нулю.

Ряд указанных условий и представленных ниже допускаемых отклонений относится к ра­бочему пространству, т. е. той части простран­ства, окружающего средство измерений и объект контроля, влиянием величин вне ко­торой на результат измерения можно прене­бречь.

Стандарт определяет нормальную область значений влияющих величин при линейных и угловых измерениях, при обеспечении кото­рой погрешность средства измерений может превышать допускаемую основную погреш­ность средства измерения примерно на 0,1 до­пуска на изготовление. Эта область определяется следующими пределами значений влияющих величин. Пределы допускаемых от­клонений от нормального направления линии измерения и нормированных параметров ориентации средств и объектов измерений при линейных измерениях составляют: ±1º при контроле деталей с нормированной точностью по квалитетам 01 и 0; ±2º — по квалитетам 1—5; ±5º — по квалитетам 6—10, а при изме­рениях углов: ±0,5° — по 1,2-й степеням точ­ности; ±1,5° по 3 —5-й степеням точности. От­клонение температуры объекта и рабочего пространства от нормальной при линейных измерениях не должно превышать значений, указанных в табл. 2. При измерениях углов пределы допускаемого отклонения темпера­туры от нормального значения составляют ±3,5°С.

Если в рабочее пространство помещается деталь с отклонением от нормальной темпера­туры большим, чем указано в табл. 2, то де­таль должна выдерживаться в рабочем про­странстве (табл. 3). Средства измерений дол­жны находиться в условиях, указанных в табл. 2, не менее 24 ч до начала измерений. В рабочем пространстве допускаются только плавные изменения температуры со скоростью не более 0,1°С/мин.

Частота возмущающих гармонических ви­браций не должна превышать 30 Гц. Допу­скаемые значения амплитуд вибраций для ча­стот менее 30 Гц устанавливаются ГОСТ 8.050—73, При воздействии возмущающих ви­браций с параметрами спектральных состав­ляющих, выходящими за нормальные пределы, размах колебаний отсчетного индекса прибора и дополнительная погрешность сред­ства измерения не должна превышать соответ­ственно 0,2 деления шкалы и 0,2 допускаемой погрешности измерения.

Давление воздуха в рабочем пространстве не должно быть менее атмосферного. Допу­скается превышение атмосферного давления не более чем на 3 кПа.

Допускаемое отклонение влажности ±20%. Для интерференционных измерений требова­ния выше.

Уровень шума в рабочем пространстве не должен превышать 45 дБ при измерениях ве­личин с нормированной точностью до 5-го квалитета и 80 дБ — с 6-го по 10-й квалитет.

Напряженность магнитного поля не дол­жна превышать 80 А/м, напряженность элек­тростатического поля — 5 В/м.

При выборе средств измерения, формы из­мерительных наконечников следует иметь в виду, что погрешность средства измерения, вызываемая контактными деформациями в месте соприкосновения измерительного на­конечника с объектом контроля, не должна превышать 0,1 допускаемой погрешности измерения.

При выборе средств измерения следует учитывать, что погрешность измерения обыч­но больше погрешности самого средства изме­рения и определяется как сумма систематиче­ских и случайных составляющих. За значение основной погрешности средства измерения можно принять предельные погрешности по­казаний.

Применение метода сравнения связано с использованием меры. В массовом про­изводстве в качестве меры используют образ­цовую деталь. При высокой точности изгото­вления и аттестации образцовой детали при­менение ее в качестве меры позволяет умень­шить составляющую погрешности измере­ния — погрешность метода. При частой пере­настройке средств измерений и контроля используют концевые меры длины.