Пермский национальный исследовательский

Пермский национальный исследовательский

политехнический университет

Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

 

 

МЕТРОЛОГИЯ

Часть 1

Методическое пособие для заочников

 

Пермь 2011

 

 

УДК 389.531.7

389.681.2

 

 

Рецензент:

Канд. техн. наук., проф. В.К. Перевозников

 

Метрология: Часть 1 / Сост. А. В. Селезнева, М. А. Гликсон. Методическое пособие для заочников. ПНИПУ. – Пермь, 2011. - 54 с.

 

 

В методическом пособии рассматривается современная концепция метрологии и основные вопросы метрологии и метрологического обеспечения, основы технических измерений геометрических параметров изделий в целях технического контроля при их производстве.

 

Ил. 18. Библиогр.: 15 назв.

 

© Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2011.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ПРЕДИСЛОВИЕ………………………………………………………………. О ТЕРМИНАХ И ОПРЕДЕЛЕНИЯХ ПОНЯТИЙ …...……………………… 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ…………………………………………………. 1.1. Развитие и роль метрологии…………………………………................. 1.2.Основные понятия о метрологии и метрологическом обеспечении…… 1.3. Единство измерений и Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»………………………….………………………………………….. 1.4. Государственная система обеспечения единства измерений и метрологическая служба…………..………………………………………....... 1.5. Юридическая ответственность за нарушение нормативных требований по метрологии…………………………………………………….. 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ...……..………………………….. 2.1.Понятия о величине, размере величины, параметре, размере, измерении…………………………………………………………………........ 2.2. Методы и способы измерений………………………………………......... 3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ…………………………………………………. 3.1. Виды средств измерений………………………………………………….. 3.2. Классификация рабочих средств измерений……………………………. 3.3.Основные элементы и метрологические показатели средств измерений 3.4. Определение некоторых метрологических показателей средств измерений….………………………………………………………………........ 3.5. Условия измерений (контроля) и их обеспечение………………………. 4. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ (КОНТРОЛЯ)...................…………….... 4.1. Общая классификация погрешностей……………………………………. 4.2. Вероятность и закон нормального распределения вероятностей……. 4.3. Погрешность измерения, ее значение и выражение……………………. 4.4. Неизбежные погрешности измерений ………………….……………….. 4.5. Конкретные примеры влияния различных факторов на возникновение погрешностей измерения……………………………………………………… Рекомендуемая литература……………………………………………………

Предисловие

Динамичное развитие экономики в России невозможно без повышения конкурентоспособности отечественных товаров и услуг как на внутреннем, так и на внешнем рынке. Ориентация только на ценовую конкуренцию в современных условиях решающего успеха уже не гарантирует. Определяющим для потребителей во всех странах мира стало качество. В современных условиях очень важной проблемой является достижение высокого качества продукции при высокой эффективности труда. Одно из условий решения этой проблемы – обеспечение взаимозаменяемости продукции, основой которой служат нормы точности. Выполнение норм точности проверяется путем технического контроля изделий, прежде всего, с помощью измерений, которыми занимается метрология.

Предметом дисциплины являются основы метрологии и метрологического обеспечения. Здесь излагается современная концепция метрологии, т.е. система взглядов, идей и принципов, определяющих общую методологию метрологии.

Данным курсом рассматриваются в основном технические измерения геометрических параметров изделий в целях технического контроля при их производстве.

О терминах и определениях понятий

Термины и определения понятий играют важную роль в любой области знаний. Любая наука (учение, дисциплина) становится научной только тогда, когда опирается на строгую систему терминов и определений понятий. Определения понятий позволяют отождествлять разные предметы (объекты), подытоживать знания, сокращать сложные и длинные описания. Вольное обращение с терминами и определениями понятий приводит к путанице, иногда к серьезным отрицательным последствиям.

Каждое определение состоит из строго определенной совокупности существенных признаков. Если из этой совокупности изъять хотя бы один признак или внести дополнительный, то данная совокупность нарушится и возникнет уже другое понятие.

В метрологии много новых для студента терминов и определений понятий, в том числе близких, но разных по смыслу. Их необходимо различать. Основные термины в области метрологии устанавливают ГОСТ 16504-81, ГОСТ 16263-70, а также рекомендуются МИ¹ 2247-93 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения», нормативный документ РМГ 29-99 «ГСИ. Метрология. Основные термины и определения»

Рекомендуемые определения понятий допускается формулировать иначе, при условии полного сохранения смысла этих понятий.

 

 

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

¹ МИ – рекомендации государственных метрологических научных центров

ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ

 

Развитие и роль метрологии

Метрология (от греч. «метро» - маара, «логос» - учение) – учение об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства к требуемой точности. Современная метрология проникает во все науки и дисциплины, имеющие дело с измерениями, и является для них единой наукой.

Измерения являются одной из древнейших областей человеческой деятельности. Потребность в измерениях возникла в незапамятные времена, уже у первобытного человека, когда нужно было кроить шкуры для одежды, строить хижины, изготовлять орудия охоты и труда. Широкое распространение измерения получили с развитием торговли, ремесленничества и строительства.

Когда-то в разных странах и даже в одной стране были разные единицы и меры одной величины. Людей удовлетворяли такие непостоянные и не воспроизводимые с достаточной точностью, например, единицы длины и меры, как пядь малая (расстояние между расставленными большим и указательным пальцами руки), локоть (расстояние от локтевого сгиба руки до конца сжатого кулака) и т.п. То есть, как говорится, «всяк мерил на свой аршин» (расстояние от плеча до кончика среднего пальца руки). Были и такие единицы длины, как дюйм (длина трех приложенных друг к другу ячменных зерен) и др. Эти единицы величин служили одновременно и мерами, т.е. разновидностью средств измерений. Таким образом, единства измерений и единообразия мер не было, не было единых образцов, эталонов. Со временем в разных странах были установлены единые стандартные единицы величин, а затем и единые международные единицы величин.

Так, в России, уже в 996 году, князь Владимир повелел соблюдать установленные единые единицы длины и веса по всему государству. В 1550 году царем Иваном Грозным были установлены единые медные меры длины с государственным клеймом, копии которых были разосланы по уездам.

Однако такие единицы величин, не удовлетворяли основное научное требование к единице измерения, которое заключается в том, что единица измерения величены должна быть функцией устойчивого физического явления, которое может быть многократно воспроизведено с помощью имеющихся технических средств с достаточной точностью. Поэтому в 1795 году во Франции за основную единицу длины, а затем и за основную исходную единицу метрической системы единиц, был принят 1м, соответствовавший 1/40 миллионной части длины дуги Парижского меридиана Земли. В то время эта величина считалась устойчивым физическим явлением, что не соответствует современным данным. В 1875 году 1 метр был принят в качестве международной единицы длины в метрической системе единиц. Международным эталоном метра служили сначала платиновая концевая мера, затем платиново-иридиевый брус Х -образного сечения со штрихами, нанесенными на расстоянии 1 м между ними. Эти меры хранились в Париже, а затем для других стран были изготовлены 34 копии, в том числе и для России. Эти копии использовались в России в качестве государственных эталонов единицы длины вплоть до 1960 года (они и сейчас хранятся во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева в Петербурге, но используются как рабочие эталоны). С 1983 года метр выражают длиной пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды, т.е. через скорость света, которая принята за фундаментальную физическую константу.

В наше время точность измерений частоты значительно превосходит точность измерений любой другой физической величины. Поэтому любые физические величины, какие возможно, стремятся преобразовать в частоту и особо точные измерения сводить к измерению частоты. Для этого используют длину волны ультрастабилизированного лазера, обеспечивая связь единиц длины, времени и частоты.

Средства измерений позволяют обнаруживать и оценивать то, что недоступно нашим органам чувств. Например, глаз человека не может увидеть 0,001 мм, а средство измерения позволяет увидеть, т.к. показывает эту величину с большим увеличением. Современные средства измерений позволяют измерять, например, линейные размеры в несколько тысяч раз меньше толщины человеческого волоса, которая составляет 30-60 мкм. Современные средства позволяют измерять, например, длину с точностью до 10 ^–14 м, то есть, до сотой пикометра и точнее.

В современных условиях расширяется применение средств измерений непосредственно в процессе изготовления продукции, в том числе автоматическое управление точностью изготовления продукции, т.е. изготовление и измерение ведут одновременно.

В наше время измерения с точностью до долей микрометра все чаще выполняют с помощью электроники, оптоэлектроники и лазерной техники. Большое внимание уделяется защите измерений от влияния и компенсации условий внешней среды. Для увеличения разрешающей способности глаз применяют фотоэлектрические микроскопы, с помощью которых можно вести измерения в нанометрах. Электронные узлы выполняют на транзисторах, печатных и интегральных схемах, что увеличивает срок их службы и облегчает обслуживание, замену. Использование волоконной оптики позволяет улучшить освещенность измерительного пространства, прежде всего в труднодоступных местах, без температурного влияния. Есть приборы для голографического контроля трехмерных объектов. Все чаше применяют быстродействующие, в том числе автоматические средства, позволяющие одновременно измерять несколько параметров объектов без выверки их положения, позволяющие исключить необходимость отсчета результатов измерений по шкалам за счет использования цифровой электронной индикации, позволяющие исключить расчеты за счет включения в измерительную цепь компьютера и вести автоматическую запись результатов с помощью самопишущих и печатающих устройств.

Работы по обеспечению единства измерений в России осуществляются на основе Федерального закона Российской Федерации от 26 июня 2008 г. № 102 «Об обеспечении единства измерений», а возглавляется Государственной метрологической службой Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии¹ (Росстандарт, Госстандарт).

Роль метрологии невозможно переоценить, т.к. измерения являются одним из важнейших условий познания человеком природы, явлений и свойств окружающего мира. Измерения позволяют получить наиболее объективную количественную информацию в любых сферах человеческой деятельности. Без измерений невозможен прогресс человечества.

Крупнейший ученый Д.И. Менделеев говорил: «Наука начинается с того места, откуда начинают измерять». Без измерений невозможно развитие техники и производства. Без измерений невозможно определить действительные значения параметров продукции, нельзя достичь заданного уровня качества продукции, в том числе ее взаимозаменяемости (выполнения норм точности параметров).

В наше время огромное значение имеет точность измерений, в том числе при изготовлении высокоточного технологического оборудования и инструментов, особенно при изготовлении самих средств измерения.

При изготовлении изделий большие затраты труда приходятся на выполнение различных измерений. В таких отраслях промышленности, как электронная, радиотехническая, авиа- и приборостроение, прецизионное станкостроение эти затраты иногда доходят до 50 – 60 % от общих затрат.

Неправильный выбор метода, способа, схемы, методики и средства измерения (СИ), несоблюдение норм, правил, требований, методик измерений приводит к скрытому браку, к неоправданным затратам, иногда даже к потере здоровья и гибели людей.

Для технического прогресса, для достижения высокого уровня качества продукции необходимо опережающее развитие СИ.

Большое значение имеет международное сотрудничество в области метрологии, которое осуществляется по следующим направлениям: участие и защита интересов России в деятельности международных (региональных) организаций по стандартизации, метрологии и сертификации; обеспечение ведущей роли России в деятельности по межгосударственной стандартизации, метрологии и сертификации в рамках СНГ; обеспечение присоединения России к Всемирной торговой организации (ВТО); гармонизация национальных стандартов Российской Федерации, правил и процедур подтверждения соответствия продукции и услуг установленным требованиям с международнопризнанными стандартами, правилами и процедурами; защита национальных интересов и обеспечение национальной безопасности; повышение конкурентоспособности отечественной продукции, расширение экспорта продукции и услуг и объемов импортозамещения; выполнение международных обязательств и повышение авторитета России на международной арене.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

¹- Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии входит в систему федеральных органов исполнительной власти Российской Федерации и находится в ведении Министерства промышленности и торговли РФ.

Основные понятия о метрологии и метрологическом обеспечении

 

В современном научном понимании метрология – учение об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Метрологию включает три составляющие: законодательную метрологию, теоретическую (научную, фундаментальную) и практическую (прикладную).

Теоретическая метрология разрабатывает основы метрологии:

- ведет исследования возможностей использования физических явлений, законов, закономерностей, эффектов для установления новых и совершенствования существующих единиц величин и создания средств их воспроизведения, хранения и передачи;

- устанавливает единицы величин и их системы;

- создает и совершенствует системы воспроизведения, хранения и передачи размеров единиц величин;

- устанавливает номенклатуру, методы нормирования, оценки и контроля показателей точности результатов измерений, а также метрологические показатели СИ;

- разрабатывает принципы, методы, способы и приемы обработки результатов измерений.

Законодательная метрология устанавливает обязательные для исполнения технические и юридические требования области метрологии, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства или государств (в том числе по применению единиц физических величин, эталонов, методов и средств измерений, направленных на обеспечение единства измерений).

Практическая метрология занимается вопросами практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии в машиностроении. В настоящее время к техническим измерениям, рассматриваемым во взаимной связи с точностью и взаимозаменяемостью, относят измерения линейных, угловых и радиусных величин. Результаты измерений выражают в узаконенных единицах величин.

Основные задачи метрологии (ГОСТ 16263-70) – установление единиц физических величин, государственных эталонов и образцовых средств измерений, контроля и испытаний, обеспечение единства измерений и единообразие средств измерений, разработка методов оценки погрешностей состояния средств измерения, контроля и испытаний, а также передачи размеров единиц от эталонов или образцовых средств измерений рабочим средствам измерений.

Метрологическое обеспечение – деятельность метрологических служб, направленная на достижение и поддержание единства измерений.

Основные цели метрологического обеспечения:

- опережающее развитие СИ по отношению к объектам измерений;

- повышение качества и эффективности НИР, ОКР, испытаний;

- повышение качества продукции и эффективности производства;

- повышение достоверности и эффективности контроля качества продукции;

- повышение эффективности управления качеством и производством продукции;

- создание необходимых условий для специализации и кооперирования производства, в том числе в международном масштабе;

- повышение автоматизации производственных процессов и управления производством.

Принципы метрологического обеспечения (МО):

- преемственность, т.е. аккумулирование отечественного и зарубежного опыта;

- системность, т.е. установление связей метрологического обеспечения с основными стадиями жизненного цикла изделия;

- комплексность, т.е. функциональная взаимосвязь всех подразделений предприятия и его работников;

- стандартизация, т.е. использование стандартов в качестве основных нормативно-технических документов, регламентирующих организационно-методические, технико-диагностические и юридические принципы деятельности;

- оптимизация, т.е. принятие оптимальных решений для достижения цели;

- динамичность, т.е. совершенствование системы МО с учетом новых достижений науки, техники и технологии, а также развитие методов организации и управления производством;

- автоматизация, т.е. передача на компьютер всех трудоемких функций МО, которые могут быть алгоритмизированы.

Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ)

Техническая база метрологического обеспечения включает в себя следующие составляющие:

- система госэталонов единиц величин, обеспечивающая воспроизведение единиц с наивысшей точностью;

- система передачи размеров единиц величин от эталонов остальным средствам измерений с помощью средств поверки (калибровки);

- система разработки, постановки на производство и выпуска в обращение рабочих средств измерений, обеспечивающих определение с требуемой точностью показателей продукции, технологических процессов и других объектов;

- система обязательных госиспытаний средств измерений, предназначенных для массового и серийного производств и ввоза из-за границы партиями, обеспечивающая единообразие средств измерений при их разработке и выпуске в обращение;

- система госповерки (калибровки) средств измерений, обеспечивающая единообразие средств при их изготовлении, эксплуатации и ремонте;

- система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов, обеспечивающая воспроизведение единиц величин, характеризующих состав и свойства веществ и материалов;

- система стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов, обеспечивающая достоверными данными научные исследования, разработку конструкций и технологических процессов, процессов получения и использования материалов.

 

Единство измерений и

Объекты и методы измерений

Методы и способы измерений

 

Прямое (непосредственное) измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных, например, по показаниям СИ (измерения при помощи измерительной линейки, штангенциркуля, микрометра и др.)

Уравнение прямого измерения с отсчетом по шкале:

А_{и пр.} = С _* у,

где А_{и пр.} – значение измеренной (искомой) величины А в принятых единицах измерения (результат измерения), С – цена деления шкалы или единичного показания цифрового отсчетного устройства, у – отсчет (количество делений шкалы или количество единичных показаний).

Шкала может состоять из двух подшкал. Например, основная шкала на стебле (гильзе) гладкого микрометра. В этом случае результат измерения определяют по сумме показаний подшкал: по нижней определяют количество целых миллиметров, по верхней – 0,5 мм. Если СИ имеет еще и нониус, то отсчет получают суммированием показаний всех шкал.

Например, у гладкого микрометра шкала нониуса нанесена на скосе барабана. По ней отсчитывают дополнительно десятые и сотые доли миллиметра.

Косвенное (непрямое) измерение – измерение, при котором искомое значение величины находят расчетом на основе известной зависимости между искомой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями. Такие измерения выполняют, когда искомую величину невозможно непосредственно измерить вообще или когда нет подходящего СИ для прямого измерения. Например, такие измерения выполняют: при измерении штангенрейсмасом двух размеров, чтобы определить третий размер; при измерении вала Ø5 м (измеряют рулеткой длину окружности и вычисляют диаметр вала по формуле d = L/π); при измерении угла по двум катетам или по катету и гипотенузе и т.д.

Уравнение косвенного измерения: А_{и кос.} = f(a₁,a₂,…,a_n), где

А_{и кос .} – измеренная (искомая) величина А в принятых единицах (результат измерения), a₁,a₂,…,a_n – результаты прямых измерений (a₁ = С_{1 *} у₁, a₂ = С_{2 *} у₂, a_п = С_{п *} у_п).

Совокупное измерение – измерение, при котором одновременно измеряют несколько однородных (одноименных) величин, а значение искомой величины находят решением системы уравнений, составленных по результатам прямых измерений различных сочетаний этих величин. Количество уравнений должно быть не менее количества сочетаемых величин. Например, нужно определить величины А, В и С, но нет средства, которым можно было их измерить прямым измерением, а есть возможность определить суммы любых двух из этих величин.

Тогда, измеряя сочетания величин, получим уравнения:

A + B = a, A + C = b, B + C = c,

Где a, b, c – результаты измерений соответствующих пар. Искомые однородные величины A, B, C определяются решением этих уравнений (т.е. получается система из трех уравнений с тремя неизвестными). Такая задача возникает, например, при калибровке магазина (набора) мер, когда значения мер определяют по известному значению одной из них и прямым сопоставлением размеров различных сочетаний мер.

Рассмотрим решение подобной задачи в общем виде:

Дано: a = A + B, b = A + C, c = B + C.

Нужно определить: A, B, C.

Решение:

A = a – B, b = a – B + C, c = B + C, B = c – C,

b = a – c + C + C, b – a + c =2C, отсюда:

C = (b – a + c)/2, B = c - (b – a + c)/2 = (2c – b + a - c)/2 = c – b + a/2,

A = a - (c b + a)/2 = (2a – c + b - а)/2 = (a – c + b)/2.

Совместное измерение – измерение, при котором по результатам одновременных прямых или косвенных измерений неоднородных (разноименных) величин определяют зависимости между ними. Например, при одновременном измерении приращения длины образца и температуры для определения коэффициента линейного расширения (K=∆l / l * ∆t).

По выражению результата измерения: абсолютные и относительные.

Абсолютное измерение – прямое измерение, приводящее к значению измеренной величины, выраженному в ее единицах (или основанное на использовании физических констант). Например, когда искомая величина определяется непосредственно по показаниям СИ (измерение микрометром, штангенциркулем и др.).

Относительное измерение - измерение, при котором определяют отношение искомой величины к однородной величине, играющей роль единицы, или определяют отношение к однородной величине принятой за исходную. Например, когда определяют искомый размер или искомое отклонение по отношению к установочной мере или образцу, по которым СИ устанавливают на нуль или на размер. В этом случае искомый размер определяют алгебраическим сложением (суммированием) размера установочной меры (номинального ее размера или размера по справке к свидетельству о калибре) и показания СИ. Этот метод, как правило, оказывается более точным и, при измерении больших партий объектов, - более производительным. Например, при измерении индикаторным нутромером, установленным на размер с помощью концевых мер длины.

При единичных измерениях он малопроизводителен, т.к. каждый раз требует настройки СИ на нуль или на размер.

По числу измерений и роду измерений: однократное измерение – измерение, выполняемое один раз в одном месте.

Многократные измерения – измерения, выполняемые несколько раз в одном месте (т.е. несколько однократных измерений).

По характеристике точности измерения подразделяют на равноточные и неравноточные. Равноточные измерения – ряд измерений величины, выполненных одинаковыми по точности, но разными СИ в одинаковых условиях (перед обработкой ряда измерений, следует убедиться, что измерения являются равноточными). Неравноточные измерения – ряд измерений величины, выполненных разными по точности СИ и (или) в разных условиях.

Статические измерения – измерения, при неизменных условиях в течение времени измерения.

Динамические измерения, когда измеряют величину, которая в процессе измерения изменяет свой размер. Например, при измерении нагревающейся или остывающей детали (например, для определения коэффициента линейного расширения).

Прямые измерения могут осуществляться способами непосредственной оценки и сравнения с мерой.

Способ непосредственной оценки – измерение, при котором значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству средства измерения (по шкале, по цифровому табло).

Способ сравнения с мерой - измерение, при котором измеряемую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой (например, сравнение с блоком концевых мер длины).

Способ сравнения с мерой, в свою очередь, подразделяют на нулевой, разностный, совпадений, замещения и противопоставления.

Нулевой способ (компенсационный)- измерение, при котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сводится к нулю (выравнивается). Например, при взвешивании на весах, при измерении электрического сопротивления уравновешенным мостом. Этот способ более точен, чем метод непосредственной оценки.

Разностный способ (дифференциальный) - измерение, при котором измеряют разность между значениями измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой. После чего измеряемая величина находится путем алгебраического сложения. Например, при измерении размера отверстия при помощи индикаторного нутромера, установленного на размер блока концевых мер. Этот способ часто применяют при поверке (калибровке) СИ. Например, измерение путем сравнения с эталонной мерой на компараторе (приборе сравнения) при поверке рабочих плоскопараллельных концевых мер длины.

Способ совпадений (нониусный) - измерение, при котором измеряют разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют по совпадению отметок шкал или периодических сигналов. Например, по совпадению отметок шкал основной и нониуса при измерении штангенциркулем или по совпадению показания часов с радиосигналом точного времени.

Способ замещения - измерение, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой. Например, при взвешивании с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашу весов. Скажем, есть гиря 1 кг. Нужно взвесить 2 кг. Взвешивают 1 кг продукта, затем на одну чашу весов кладут гирю и вывеску продукта, а на вторую чашу взвешиваемый продукт.

Способ противопоставления - измерение, при котором измеряемая величина и величина воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами. Например, измерение массы на равноплечих весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих ее гирь на двух чашах весов. Скажем, есть гири 1 кг и две по 3 кг. Нужно взвесить 5 кг. На одну чашу кладут гири 3+3 кг, на на другую гирю 1 кг и взвешиваемую массу.

Необходимо помнить, что при разных методах измерения одной величины точность измерения будет разной. Например, высоту телебашни можно измерять: рулеткой (метод сравнения с мерой), высотометром вертолета (метод непосредственной оценки), измеряя горизонтальное расстояние до башни и вертикальный угол, образованный основанием и вершиной башни (метод косвенного измерения).

В зависимости от измерительных средств, используемых в процессе измерения, различают инструментальный, экспертный, эвристический и органилептический методы измерений.

Инструментальны метод основан на использовании специальных технических средств, в том числе автоматизированных и автоматических.

Экспертный метод оценки основан на использовании данных нескольких специалистов.

Эвристические методы оценки основаны на интуиции: способ попарного сравнения.

Органилептические методы оценки основаны на использовании органов чувств человека (осязания, обоняния, зрения, слуха и вкуса).

 

 

Средства измерений

Виды средств измерений

 

Средство измерения (СИ) – специальное техническое средство, предназначенное для измерения, воспроизводящее и (или) хранящее единицу величины, имеющее нормированные метрологические характеристики.

По принципу действия и конструкции СИ подразделяют на меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

Мера – СИ (тело или устройство), воспроизводящее и (или) хранящее величину заданного размера (размеров) с необходимой точностью.

Однозначные меры воспроизводят и (или) хранят величину одного размера. Например, концевые меры длины, гири, нерегулируемые калибры. Многозначные меры воспроизводят и (или) хранят ряд однородных величин разных размеров. Например, штриховой метр, измерительная линейка, рулетка, набор концевых мер длины, набор разновесов (магазины мер). Особенностью мер является то, что они не имеют специального отсчетного устройства. К мерам также относятся стандартные образцы и образцовые вещества. Следует различать смысл термина «мера» в зависимости от контекста, т.к. этот термин имеет двойной смысл: мера как количественная оценка точности, т.е. погрешность и мера, как средство измерения.

Измерительный прибор (ИП) – СИ, служащее для определения измеряемой величины в некотором диапазоне размеров. Например, микрометр 0 – 25 мм. Простые по конструкции измерительные приборы в практике называют измерительными инструментами. Измерительный прибор, как правило, имеет устройство для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Особенностью ИП является наличие отсчетного устройства.

По способу отсчета ИП подразделяют на показывающие, т.е. допускающие только отсчет показаний и регистрирующие, т.е. позволяющие одновременно вести отсчет и регистрацию показаний. Это приборы самопишущие графики, печатающие цифровые данные. Например, показывающими приборами являются цеховой профилометр для измерения параметра шероховатости Ra, оптический длинномер ИЗВ-2, а одновременно показывающим и регистрирующими являются профилограф-профилометр (выполняет профилограмму шероховатости), кругломер (выполняет круглограмму).

По форме представления показаний приборы подразделяют на цифровые и аналоговые.

Цифровой измерительный прибор – показания которого представлены в цифровой форме (цифровая индикация). Его преимущество в однозначности отсчета, т.е. отсутствует погрешность отсчитывания.

Аналоговый измерительный прибор – показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины. Например, любой шкальный прибор.

а – прямолинейная б – дуговая в – круговая равномерная г – профильная д – барабанная е – круговая неравномерная

Рис. 4 Типичные шкалы измерительных приборов

 

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных СИ (мер, измерительных и других устройств), расположенных в одном месте. Например, профилограф-прфилометр.

Измерительная система – совокупность объединенных функционально СИ (мер, измерительных и других устройств), расположенных в разных местах (точках) исследуемого пространства (объекта), соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. Такие системы обычно применяют в информационно-измерительных комплексах для автоматического контроля и управления технологическим процессом, производством. Приборы, установки и системы могут иметь световую или звуковую сигнализацию.

По метрологическому назначению (соподчиненности) средства измерений подразделяют на эталоны и рабочие СИ.

Эталон – средство или комплекс СИ наивысшей точности при существующем уровне развития СИ. Эталоны воспроизводят и (или) хранят и передают размеры единиц величин.

Эталоны используют только для метрологических измерений. По соподчиненности (по уровню) подразделяются на первичные, вторичные и рабочие (точность их может быть одинаковой или разной).

Первичные эталоны обеспечивают воспроизведение единицы величины с наивысшей точностью и в соответствии с определением понятия данной величины. К ним относят международные и государственные эталоны. Госэталоны являются национальным достоянием страны. Их периодически сличают с международными или национальными эталонами технически наиболее развитых стран. Госэталоны хранят в главных центрах метрологической службы Ростехрегулирования (в метрологических НИИ). Хранятся они в особых помещениях и в особых условиях. С ними работают только особо ответственные ученые – хранители эталонов. Первичные эталоны подразделяют на исходные и специальные. Например, первичным исходным эталоном длины на территории РФ является госэталон метра (пределы измерений 0 – 1 м). Госэталон метра представляет собой комплекс аппаратуры, который одновременно является первичным эталоном единицы времени (1 сек), частоты (1 герц) и длины (1 м). Единый эталон сек-герц-метр введен в 1992 году. Специальные эталоны единицы длины – госэталоны для измерения параметров шероховатости, отклонений от прямолинейности и от плоскостности, от круглости, для измерения параметров эвольвентных поверхностей и др.

Вторичные эталоны получают размер единицы величины путем сличения их с первичными эталонами той же единицы. Они служат для сохранения госэталонов и выполнения текущих метрологических работ. Сличают их по специальному графику. Вторичные эталоны подразделяют на эталоны-свидетели, эталоны сравнения и эталоны-копии.

Эталоны-с