Главная страница
Финансы
Экономика
Математика
Начальные классы
Биология
Информатика
Медицина
Сельское хозяйство
Ветеринария
Дошкольное образование
Вычислительная техника
Логика
Этика
Религия
Философия
Воспитательная работа
История
Физика
Политология
Социология
Языки
Языкознание
Право
Юриспруденция
Русский язык и литература
Промышленность
Энергетика
Другое
Доп
образование
Строительство
Физкультура
Технология
Связь
Автоматика
Электротехника
Классному руководителю
Геология
Химия
Иностранные языки
Логопедия
Искусство
Культура
География
Экология
ИЗО, МХК
Казахский язык и лит
Директору, завучу
Школьному психологу
Языки народов РФ
Обществознание
Социальному педагогу
ОБЖ
Механика
Музыка
Украинский язык
Астрономия
Психология

Метрология. Технические измерения


НазваниеМетрология. Технические измерения
АнкорLP_TM_MSiPS.doc
Дата28.05.2018
Размер1.6 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлаLP_TM_MSiPS.doc
ТипЛабораторная работа
#17824
страница1 из 5
  1   2   3   4   5



Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный институт электронной техники

(технический университет)

__________________________________________________________________

В.З.Гребенкин, А.А.Дегтярев, В.А.Летягин,

О.В.Панкратов, А.И.Погалов, Е.А.Сахаров


МЕТРОЛОГИЯ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Лабораторный практикум

Под редакцией доцента А.А.Дегтярева

Утверждено редакционно-издательским советом института

Москва 2007

- 2 -


Содержание

Стр.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ..…………………………………………………..
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ……………………………………………………...

Лабораторная работа № 1. Поверка штангенциркуля ………………………...

Лабораторная работа № 2. Калибровка микрометра ………………………….

Лабораторная работа № 3. Метрологическая аттестация манометра ………..

Лабораторная работа № 4. Исключение систематической составляющей

погрешности при измерении электрических величин ……………..

Лабораторная работа № 5. Статистический контроль партии деталей ………

Лабораторная работа № 6. Определение функции преобразования

тензометрического измерительного преобразователя ……………..

Лабораторная работа № 7. Контроль линейных размеров ……………………

Лабораторная работа № 8. Определение действительного значения

зазора в посадке ………………………………………………………

Лабораторная работа № 9. Измерение погрешностей формы и

расположения поверхностей …………………………………….......

Лабораторная работа № 10. Измерение отклонения от круглости и

параметров волнистости поверхности вращения …………….........

Лабораторная работа № 11. Измерение параметров шероховатости ………..

Лабораторная работа №12. Измерение толщины полупроводниковой

пластины и тонкой пленки …………………………………………..

Лабораторная работа №13. Контроль размеров и расположения

элементов интегральной микросхемы ………………………….......

Лабораторная работа №14. Элементный контроль резьбы ………………….

Лабораторная работа №15. Контроль точности зубчатого колеса ……….....

Лабораторная работа №16. Оценка микротвердости поверхности …………

- 3 -


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Термины и определения
Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их

единства и способах достижения требуемой точности.
Наблюдение – экспериментальная операция в процедуре измерения, в результате которой получают одно значение величины (отсчет) – результат наблюдения, который подлежит обработке для получения результата измерения.

Измерение – процедура сравнения конкретного проявления измеряемого свойства со шкалой измерений этого свойства с целью получения результата измерения.

Измерение с однократным наблюдением базируется на данных одного наблюдения; с целью повышения надежности результата измерения (исключения выбросов) иногда делают 2 или 3 наблюдения и за результат измерения принимают среднее арифметическое значение результатов этих наблюдений.

Измерение с многократными наблюдениями базируется на результатах не менее четырех наблюдений; для получения результата измерения и характеристики случайной составляющей погрешности этого результата выполняют статистическую обработку ряда результатов наблюдений.

Истинное значение величины – значение величины, которое идеальным образом отражает измеряемое свойство, характеризуемое количественными различиями.

Действительное значение величины – полученное экспериментальным путем значение величины, настолько близкое к ее истинному значению, что может быть использовано вместо него для цели конкретного измерения.

Единица измерения – величина фиксированного размера, для которой условно принято числовое значение, равное 1 (единице).

Результат измерения – оценка качественного свойства или значение величины, полученные путем измерения.

Точность – степень близости результата измерения к опорному (истинному, действительному) значению; количественно характеризуется погрешностью. Точность результата измерения количественно характеризуется его погрешностью.

- 4 -
1.2 Погрешности измерения
Погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. На практике

погрешность заменяется ее приближенной оценкой, равной отклонению результата измерения от действительного значения величины.

Различают следующие виды погрешностей измерения и их составляющих:

. абсолютная погрешность ΔX, равная разности между результатом измерения XИ и действительным значением Q измеряемой величины:

ΔX = XИQ ; абсолютная погрешность – величина алгебраическая, ее размерность равна размерности измеряемой величины;

. относительная погрешность , которая равна отношению абсолютной погрешности к значению измеряемой величины: δ = ΔX / Q; относительная погрешность имеет знак («плюс» или «минус»), она безразмерна;

· приведенная погрешность средства измерений есть отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению измеряемой величины: γ = ΔX / QН;

. систематическая погрешностьсоставляющая погрешности измерения, остающаяся неизменной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях величины в одних и тех же условиях;

. случайная погрешность – составляющая погрешности измерения, изменяющаяся непредсказуемым образом при повторных измерениях величины в одних и тех же условиях;

. выброс (грубая погрешность, промах) – аномальная по величине случайная погрешность отдельного наблюдения, которая приводит к явному искажению результата измерения; выброс должен быть обнаружен и исключен при определении результата измерения;

. методическая погрешность – составляющая погрешности измерения, обусловленная влиянием способа применения средства измерений и алгоритма, по которому производится вычисление результата измерения;

. инструментальная погрешность – составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений;

. субъективная (личная) погрешность обусловлена, в частности, погрешностью отсчета оператором показания по шкале средства измерений;

. дополнительная погрешность – составляющая погрешности измерения, обусловленная отклонением реальных условий измерения от нормальных условий (температура окружающей среды 20 0С, атмосферное давление 1,013.105 Па, относительная влажность воздуха 58 %, ускорение свободного падения 9,8 м/с2, отсутствие влияния внешних сил, отсутствие движения внешней среды и т.п.).
- 5 -
Поправка – алгебраическая величина, которую следует прибавить к показанию средства измерений, чтобы результат измерения стал более близким к действительному значению измеряемой величины. Поправка

численно равна погрешности, взятой с обратным знаком. Результат измерения, учитывающий поправку, называют исправленным.

1.3 Методы измерений

Метод измерения – логическая последовательность операций с целью

получения результата измерения. Любое измерение является процедурой сравнения измеряемого свойства с мерой этого свойства. Поэтому все методы измерения принципиально являются разновидностями метода сравнения смерой. В практической метрологии наиболее часто используют такие его разновидности:

. нулевой метод, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой и эталонной величин на устройство сравнения (компаратор) равен нулю;

. метод совпадения, при использовании которого результат измерения получают при совпадении каких-то элементов; например, меток (штрихов основной шкалы и шкалы нониуса в штангенинструментах) или частот периодических сигналов (частоты импульсных сигналов стробоскопа и частоты вращения ротора при измерении его угловой скорости);

. метод замещения, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой (измерение массы, когда поочередно на одну и ту же чашку весов помещают измеряемый объект и гири);

. метод противопоставления, когда две величины, измеряемая и воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на компаратор в противоположных направлениях (измерение массы, когда измеряемый объект и гири помещают на разные чашки равноплечих весов).

При измерении геометрических параметров различают следующие пары

методов измерения и контроля:

. прямой и косвенный;

. непосредственной оценки и дифференциальный;

. комплексный и элементный;

. контактный и бесконтактный.

Прямой метод измерения позволяет определить искомое значение величины непосредственно из опытных данных. При косвенном измерении

искомое значение величины рассчитывают на основании известных зависимостей между этой величиной и величинами, значения которых получены прямым методом.

Метод непосредственной оценки дает возможность получить значение

величины непосредственно по отсчетному устройству средства измерений.

- 6 -
Дифференциальное измерение характеризуется определением отклонения измеряемой величины от известной величины, воспроизводимой мерой, по

которой было предварительно настроено средство измерений. Искомая величина равна алгебраической сумме размера меры и показания прибора.

Комплексный метод контроля обеспечивает оценку годности изделия по величине суммарной погрешности нескольких его элементов (параметров). Элементный метод характеризуется независимым контролем каждого параметра.

При контактном методе измерение осуществляется путем непосредственного соприкосновения измерительного наконечника прибора с поверхностью объекта измерения. Бесконтактный метод характеризуется отсутствием контакта поверхностей объекта и средства измерений.

1.4 Средства измерений
Средство измерений – объект, имеющий нормированные метрологические характеристики и предназначенный для воспроизведения и

хранения какой-либо части шкалы измерений, выполнения процедуры измерения и получения результата измерения.

Основные метрологические показатели аналогового средства измерений:

. шкала средства измерений – совокупность отметок (штрихов) и проставленных у некоторых из них чисел отсчета, соответствующих значениям измеряемой величины;

. интервал (длина) деления шкалы – расстояние между серединами двух соседних отметок, выраженное в миллиметрах;

. цена деления шкалыизменение измеряемой величины, соответствующее перемещению указателя на одно деление шкалы;

. указатель – часть отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание средства измерений;

. чувствительность средства измерений – отношение изменения показаний средства измерений к изменению измеряемой величины;

. порог чувствительности (разрешающая способность) – наименьшее значение измеряемой величины, которое вызывает различимое изменение показаний средства измерений;

. пределы измерений – наименьшее и наибольшее значения величины, которые могут быть измерены данным средством измерений;

. измерительное усилие – сила, с которой измерительный наконечник средства измерений действует на поверхность объекта в направлении линии измерения.
- 7 -
Для цифрового средства измерений нормируют также характеристики цифрового кода: цену единицы наименьшего разряда кода, число разрядов кода, вид выходного кода и др.

Средства измерений делят на следующие виды:

. меры, которые предназначены для воспроизведения и хранения одного или нескольких размеров величин, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью; различают меры однозначные (плоскопараллельная концевая мера длины, угловая мера, гиря, конденсатор постоянной емкости) и многозначные (измерительная линейка, шкала аналогового средства измерений), дискретные (мера твердости, катушка электрического сопротивления) и непрерывные (конденсатор переменной емкости), бесшкальные меры для контроля правильности размеров изделия, формы и расположения его поверхностей (калибры, шаблоны);

. измерительные приборы, предназначенные для получения значения измеряемой величины, а также выработки сигнала измерительной информации и его индикации в форме, доступной восприятию оператором;

простейшие приборы по установившейся на производстве терминологии называют измерительными инструментами (линейка измерительная, штангенциркуль, микрометр, угломер);

. эталоны – устройства, предназначенные и утвержденные для воспроизведения, хранения и передачи участка шкалы измерений или

единицы измерения нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений; различают эталоны международные, национальные

(государственные) – первичные ГПЭ и специальные ГСЭ, вторичные и рабочие (прежнее название: образцовые средства измерений).

Для средств измерений характерны следующие виды погрешностей:

. аддитивная – абсолютная погрешность, которая не зависит от измеряемой величины;

. мультипликативная – абсолютная погрешность, которая пропорциональна измеряемой величине;

. нелинейная – абсолютная погрешность, имеющая сложный характер зависимости от измеряемой величины;

. приведенная – относительная погрешность, равная отношению абсолютной погрешности ΔX к условно принятому (нормирующему) значению XNизмеряемой величины: γ = X / XN;

. статическая, возникающая при условии неизменности измеряемой величины;

. динамическаядополнительная погрешность, обусловленная задержкой реакции средства измерений на изменение измеряемой величины;
- 8 -
. погрешность квантования, которая имеет место в цифровых средствах измерений и обусловлена тем, что при плавном изменении измеряемой величины цифровой прибор не может дать других показаний, кроме ряда дискретных значений; наибольшая разность показания цифрового прибора и

измеряемой величины равна погрешности квантования; это вид погрешности может быть определен как абсолютная случайная инструментальная аддитивная статическая погрешность.

Суммарное значение погрешности средства измерений нормируется установлением предела допустимой погрешности, которое указывается в нормативном документе для средств измерений данного типа. По отношению к средствам измерений длин и углов предел допустимой погрешности выражают в форме абсолютной погрешности. При измерении электрических величин пределы допустимых погрешностей обычно задают в форме относительных или приведенных погрешностей, выраженных в процентах. Эти погрешности служат базой для определения класса точности прибора, который является обобщенной характеристикой точности средств измерений. Например, для приведенной погрешности γ = ± 1,5 % принятое обозначение класса точности: 1,5; для относительной погрешности δ = ± 0,5 %: 0,5 (в кружочке).

При выборе средства измерений определяющее значение имеет его точность. Погрешность средства измерений неизбежно приводит к тому, что при определении годности параметров изделий возникают ошибки контрольной операции. Ошибкой первого рода называют бракование некоторой части годных изделий (« фиктивный брак »). Приемка негодных изделий является ошибкой второго рода (« необнаруженный брак »). Относительное количество неправильно забракованных и неправильно принятых изделий может быть определено вероятностным расчетом.

Использование более точного измерительного средства уменьшает вероятность ошибок и первого, и второго рода. Однако при этом возрастает стоимость контрольной операции (более дорогое средство измерений, более высокая квалификация оператора, меньшая производительность контроля).

Экономически целесообразное соотношение между погрешностью измерения Δ изм и предельным значением измеряемой погрешности (допуском T) установлено стандартом (ГОСТ 8.051-81 Погрешность, допускаемая при измерении линейных размеров до 500 мм) в форме

Δ изм < Aмет · T,

где А мет = 0,20 … 0,35 – коэффициент, величина которого зависит в основном от номера квалитета.

Погрешность измерения Δ изм , которая не должна превосходить некоторого предельного значения Δ пред, складывается из нескольких составляющих:

- методической погрешности Δ мет;

- инструментальной погрешности Δ СИ;

- 9 -
- субъективной погрешности Δ л;

- дополнительной погрешности Δ доп.

Таким образом, выбор средства измерений по критерию точности сводится к выполнению условия Δ СИ < Δ пред . Значения предельной погрешности измерения приведены в табл.1.
Таблица 1
  1   2   3   4   5
написать администратору сайта