Современные технические средства эталонных комплексов

 

 

   1 Эталонные комплексы,  построенные на законах ньютоновской  механики: эталоны геометрических  параметров и плоскостности, вязкости, твердости, давления (грузопоршневые)

   Для обеспечения  единства измерений необходима тождественность  единиц, в которых должны быть проградуированы все существующие средства измерений одной и той же физической величины.

   Это достигается  путем точного воспроизведения  и хранения в специализированных учреждениях установленных единиц физических величин

   и передачи их размеров применяемым средствам измерения с помощью эталонов.

   Эталон - средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное  для воспроизведения и хранения единицы физической величины (кратных  либо дольных значений единицы этой величины) с целью передачи ее размера другим средствам измерений данной физической величины.

   Эталон  должен обладать взаимосвязанными свойствами: воспроизводимостью, неизменностью  и сличаемостью.

   Воспроизводимость - возможность воспроизведения единицы  физической величины (на основе ее теоретического определения) с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Это достигается постоянным исследованием эталона в целях определения систематических погрешностей и их исключения путем введения соответствующих поправок.

   Неизменность - свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы  в течение длительного интервала  времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями  величин, доступных точному измерению. Реализация этих требований привела к идее создания "естественных" эталонов различных величин, основанных на физических постоянных.

   Сличаемость - возможность обеспечения сличения нижестоящих по поверочной схеме, в  первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерения. Это свойство предполагает, что эталоны по своему устройству и действию не вносят каких-либо искажений в результаты сличений и сами не претерпевают изменений при проведении сличения.

   Одним из самых распространенных образцовых средств измерений являются меры.

   Для линейных и угловых величин широко используются меры длины и угловые меры.

   Меры  длины по конструкционным признакам  разделяют на концевые и штриховые.

   Концевые  меры длины. Концевые меры длины имеют форму цилиндрического стержня или прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими взаимно параллельными измерительными поверхностями, расстояние между которыми воспроизводит определенное значение длины. Они предназначены для передачи размера от эталона до изделия.

   С их помощью  хранят и воспроизводят размер единицы  длины, поверяют и градуируют меры и  измерительные приборы, такие, как  оптиметры, микрометры, штангенциркули и т.п., поверяют калибры.

   Штриховые меры длины. Штриховые меры длины - меры, у которых размер, выраженный в определенных единицах, а также размер их частей, определяется расстоянием между осями двух соответствующих штрихов (брусковые штриховые меры, измерительные линейки, рулетки).

   Штриховые меры длины используются в качестве вторичных и рабочих эталонов, образцовых мер длины при поверке рабочих мер длины, в виде шкал измерительных устройств и станков, а также в инструментах для непосредственного измерения линейных размеров и расстояний.

   Штриховые меры изготавливают однозначными и многозначными.

   Однозначные штриховые меры длины имеют два  штриха, нанесенных по концам меры, расстояние между которыми воспроизводит длину  шкалы меры (например, вторичные  эталоны длины).

   Многозначные  штриховые меры имеют шкалу штрихов, нанесенных через определенные интервалы по всей длине меры или на отдельных ее участках. Шкалы таких многозначных штриховых мер изготовляют с дециметровыми, сантиметровыми или миллиметровыми делениями (например, линейки, рулетки, шкалы измерительных средств).

   В зависимости  от точности изготовления действительной длины шкалы штриховых мер  для различных интервалов шкал от 100 до 4 000 мм установлено шесть классов  точности в порядке понижения  точности: 0; 1; 2; 3; 4; 5.

   Для метрологических  целей применяют образцовые штриховые меры, которые аттестуют на разряды: образцовые штриховые меры длиной 1 м 1 -го и 2-го разрядов, образцовые измерительные рулетки 1 -го и 2-го разрядов, образцовые шкалы 1-го и 2-го разрядов.

   Образцовая  штриховая мера длиной 1 м 1 -го разряда  - жесткая металлическая линейка 4, имеющая скошенные (один или оба) края под углом 45° или 35°. На наклонных поверхностях нанесены шкалы - основная с ценой деления 0,2 мм и вспомогательная с ценой деления 1 мм. Мера снабжена направляющим ребром 3, по которому могут перемещаться две лупы 1 с семикратным увеличением, и термометром 2, для внесения соответствующей температурной поправки при разных материалах поверяемой и образцовой меры.

   Допускаемая погрешность шкалы однометровой образцовой штриховой меры 1-го разряда составляет ±0,05 мм, а погрешность аттестации ±0,01 мм.

   По  образцовым штриховым мерам 1 -го разряда  поверяют штриховые меры 2-го разряда  и высокоточные рабочие средства измерений, по штриховым мерам 2-го разряда  поверяют рабочие средства измерений  (рулетки, линейки, шкалы измерительных приборов).

   Угловые меры. Призматические угловые меры предназначены для хранения и  передачи единицы плоского угла: поверки  и градуировки угломерных средств  измерения, угловых шаблонов, а также  для непосредственного контроля углов изделий.

   Меры  применяют в качестве образцовых средств для передачи размера  угла рабочим мерам, угломерным приборам и устройствам и для поверочных работ.

   Образцовые  многогранные призмы 1 -го разряда, класса точности 00 используют для передачи углового размера образцовым мерам 2-го разряда.

   Образцовые  угловые меры 2-го разряда, класса точности 0 используют

   для передачи углового размера образцовым мерам 3-го разряда.

   Образцовые  угловые меры 3-го разряда, класса точности 1 используют для передачи углового размера образцовым мерам 4-го разряда.

   Передача  размера единицы угла от эталона  рабочим средствам измерения  осуществляется по поверочной схеме (ГОСТ 8.016-81).

   В соответствии с ГОСТ 24642-81 Отклонение от плоскостности  определяют как наибольшее расстояние А от точек реальной поверхности до прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка. Поле допуска плоскостности — область в пространстве, ограниченная двумя параллельными плоскостями, отстоящими одна от другой на расстоянии, равном допуску плоскостности Т. Частными видами отклонений от плоскостности являются выпуклость и вогнутость. Отклонение от прямолинейности в плоскости определяют как наибольшее расстояние А от точек реального профиля до прилегающей прямой. Для контроля плоскостности можно использовать, как традиционные одномерные методы линейно-угловых измерений, так и координатные измерения.

   Для контроля прямолинейности оси поверхностей большой протяжённости используются калибры, сконструированные по принципу калибров расположения. Они представляют собой контрдеталь размером, соответствующим размеру проходного калибра с количеством материала, уменьшенным на величину допуска прямолинейности.

   Для измерения  отклонения от прямолинейности используют линейки поверочные типа ЛД, ЛТ и  ЛЧ; для измерения плоскостности - линейки поверочные типа ШП, ШД, ШМ и УТ. Линейки изготовляют по ГОСТу 8026 - 92: линейки типа ЛД, ЛТ и ЛЧ - из стали марок Х и ШХ 15; типа ШП и ШД - из стали марок У7 и 50 и типа ШМ и УТ - из серого чугуна. Согласно ТУ 2-034806 - 76 линейки выпускаются хромированными. Освоен выпуск линеек поверочных из твердокаменных пород.

   Для измерения  плоскостности по ГОСТу 10905 - 86 выпускаются  чугунные поверочные плиты и по ТУ 2-034-802 - 74 - плиты поверочные из твердокаменных пород (гранита, диорита, диабаза и габбро).

   Измерение прямолинейности поверхностей с  помощью лекальных линеек можно  производить "на просвет" и методом  линейных отклонений. В первом случае ребро лекальной линейки помещают на поверяемую поверхность и на глаз оценивают просвет между ними. Невооруженным глазом можно обнаружить просвет в 1 - 2 мкм. Во втором случае линейку укладывают на две опоры равного размера, расположенные на поверяемой поверхности, и определяют расстояние между поверяемой и рабочей поверхностями линейки с помощью щупов, концевых мер длины или специальными приборами с отсчетным устройством.

   Для измерения  прямолинейности вертикальных поверхностей широко используется метод натянутой  струны. Шаброванные плиты типа ШМ широко применяют в качестве образцовых поверхностей при оценке неплоскостности по методу "пятен на краску".

   Вискозиметрия (от лат. viscosus - клейкий, вязкий и греч. metred - измеряю), совокупность методов измерения вязкости жидкостей и газовискозиметрия. При абсолютных измерениях проводят независимые параллельные определения касательного напряжения и скорости сдвига при течении исследуемой среды. При относительных измерениях результаты определения параметра, зависящего от вязкости, сравнивают с результатом, полученным при аналогичной процедуре определения того же параметра для жидкости (или газа) известной вязкости.

   Вискозиметрия основывается на двух экспериментальных  принципах: измеряется сопротивление  движению, обусловленное вязкостью  среды, либо при протекании исследуемого вещества в канале той или иной геометрической формы, либо при движении твердого тела в среде, вязкость которой определяют. наиб. распространены капиллярная, ротационная, вибрационная вискозиметрия, метод падающего шарика, пенетрация и пластометрия.

   В капиллярной  вискозиметрия измеряют перепад давления между концами капилляра и соответствующую объемную скорость истечения Q при ламинарном течении исследуемой жидкости через капиллярный канал длиной L c известной и постоянной формой поперечного сечения. Часто используют вариант капиллярной вискозиметрия, в котором характеристикой вязкости служит продолжительность истечения определенного (стандартизованного) объема жидкости под действием собственного веса через калиброванный капилляр. С помощью этого метода определяют вязкость нефтепродуктов, молекулярную массу полимеров и т.д.

   В ротационной  вискозиметрии измеряют крутящий момент М и угловую скорость вращения.

   Вибрационная  вискозиметрия основана на измерении  сопротивления колебательному (с  постоянной частотой) движению тела в  исследуемой среде. Часто определяют скорость затухания колебаний (или интенсивность поглощения энергии колебаний). Этот метод особенно удобен для измерения вязкости расплавов металлов и солей при высоких температурах и других сред, в которых колебания затухают сравнительно медленно.

   Для измерения  вязкости высоковязких сред применяют  методы пенетрации и пластометрии. В первом случае в среду вдавливают твердое тело (напр., конус, цилиндр, сферу) и по скорости его движения или величине приложенного усилия судят  о вязкости. В методах второй группы исследуют: сдвиговое течение жидкости между двумя плоскопараллельными пластинками, смещающимися одна параллельно другой; растекание жидкости при сдавливании двух плоскопараллельных пластинок ("сжимающие пластометры"); так называемый телескопический сдвиг, состоящий в том, что исследуемую жидкость помещают между соосными цилиндрами, один из которых движется вдоль их общей оси. Во всех пластометрических методах о вязкости судят по отношению силы, вызывающей движение твердого тела, к скорости его движения.

   При прецизионных измерениях вязкости погрешность может  составлять 0,1%; в большинстве случаев  погрешность ~ 1%; в технических приложениях  допускаются еще более грубые измерения. Поверку вискозиметров (т.е.

   установление  правильности градуировочных характеристик или их возобновление) обычно проводят с помощью относительных измерений с использованием стандартных жидкостей известной вязкости. Наиболее точный эталон в вискозиметрия - дистиллированная вода, вязкость которой при 20 °С составляет 1,002 мПа*с.

   Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами. В вискозиметрах  используются два разных принципа:

• по скорости вытекания жидкости из малого отверстия или из капилляра;
• по скорости падения шарика в вязкой жидкости.

   Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора.

   Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади или объему поверхности отпечатка. Различают  поверхностную и объемную твёрдость:

• поверхностная твёрдость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка;
• объёмная твёрдость — отношение нагрузки к объёму отпечатка.