Основы технических измерений. Разновидности измерений и средств измерений

 

1. Основы технических измерений. Разновидности измерений и средств измерений.

    Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Ее делят на:

1. Общую, которая в свою очередь включает: - теоретическую - занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерений;

- экспериментальную - занимается вопросами создания эталонов, образцов мер, разработкой новых измерительных приборов, устройств и информационных систем;

2. Законодательная метрология включает комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, регламентация и контроль которых необходим со стороны государства для обеспечения единства измерений и единообразия средств измерения (СИ).

Задачи метрологического обеспечения:

- создание  и применение эталонов единиц  физических величин; 

- определение  и уточнение физических констант  и физико-химических свойств веществ  и материалов;

- создание  и выпуск образцовых средств  измерения; 

- разработка  и применение стандартных методов,  средств и схем проверки измерительных  приборов;

- проведение  государственных испытаний разработанных  и импортируемых средств измерений; 

- государственному  надзору и ведомственному контролю  состояния и применением средств  измерений. 

Измерения - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой величины с ее единицей. [2]

 

 Измерения  бывают:

- по точности - равноточные (измерения одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях) и неравноточными;

- по числу измерений - однократные и многократные;

- по отношению к изменению измеряемой величины - статические и динамические;

- по выражению результатов измерений - абсолютные и относительные;

- по общим приемам получения результатов измерений - прямые и косвенные.

Измерения являются основой научных знаний, служит для учета материальных ресурсов, обеспечения качества продукции, совершенствования технологии, охраны здоровья, обеспечения безопасности труда и для многих областей деятельности.

Главные функции измерений:

1. Учет продукции  народного хозяйства, исчисляющейся  по массе, длине, объему, расходу,  мощности, энергии. 

2. Измерения,  проводимые для контроля и регулирования технологических процессов (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи.

3. Измерения  физических величин, технических  параметров, состава и свойств  веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различных отраслях.

Измерения делятся на:

- технические - это измерения с помощью рабочих СИ с целью контроля параметров изделий, технологических процессов, для диагностики заболеваний, контроля загрязнения окружающей среды и др.;

- метрологические - измерения с помощью эталонов, образцовых средств измерения с целью воспроизводства единиц физических величин для передачи их размеров рабочим СИ. [2]

 

По числу измерений в ряду измерений: однократные и многократные. По отношению к изменению измеряемой величины: статические (измерение неизменной во времени физической величины) и динамические (измерение изменяющейся по размеру физической величины, например, переменного тока). По выражению результатов измерений - абсолютные и относительные. По общим приемам получения результатов измерений - прямые и косвенные (когда результат определяется на основании результатов прямых измерений других физических величин). [2]

Средство измерения - это техническое средство (или его комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. В отличие от индикаторов СИ не только обнаруживают физические величины, но и измеряют ее, то есть сопоставляют неизвестный размер с известным. Для облегчения сопоставления на стадии изготовления прибора фиксируют на шкале деления в кратном и дольном отношении, что называют градуировкой шкалы.

По конструктивному  исполнению СИ подразделяют на:

1. Меры физических величин - СИ, предназначенные для воспроизводства или хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Меры бывают однозначные (гиря, калибр) и многозначные (набор гирь). Набор мер, объединенных в единое устройство, называют магазином мер. Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных средств - компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д.).

2. Измерительные преобразователи  -

Метрологические характеристики средств измерения  характеризуют свойства средств  измерения, влияющие на результат измерений или их погрешность. Обычно метрологические характеристики нормируют раздельно для нормальных и рабочих условий применения средств измерения. Нормальные, когда изменением характеристик под влиянием внешних факторов принято пренебрегать. Для многих средств измерения нормальными являются: температура (293 ± К˚); атмосферное давление (100 ± 4) кПа: относительная влажность (65 ± 15) %; электрическое напряжение 220 В ± 10%.

Рабочие условия - более широкий диапазон изменения влияющих величие. Основные метрологические характеристики: диапазон измерений, Порог чувствительности - наименьшее изменение измеряемой величины, которое вызывает заметное изменение входного сигнала. [2]

Погрешность - разность между показаниями средства измерения и истинным (действительным) значением измеряемой величины. В качестве действительного значения для рабочих средств измерения принимают показатели образцового средства измерения, для образцового - эталонного. Погрешность образцового значительно меньше и при сличении ею часто пренебрегают. Основная погрешность средства измерения - погрешность, определяемая в нормальных условиях его применения - абсолютная погрешность - относительная погрешность.

Класс точности средства измерения обобщающая характеристика, выраженная пределами допускаемых погрешностей. Его обозначают числом (римской или арабской цифрой). Погрешность проверяемого средства измерения.

При однократном  измерении ошибка может быть выявлена при сопоставлении результата с априорным представлением о нем или путем логического анализа. Измерения повторяют для устранения причины ошибки. При многократном измерении одной и той же величины ошибки проявляются в том, что результаты отдельных измерений заметно отличаются от остальных. Если отличие велико, ошибочный результат необходимо отбросить.

Объектом  измерений является физическая величина. Физическая величина применяется для описания материальных систем, объектов, явлений, процессов и т.п., изучаемых в любых науках. Существуют основные и производные физические величины. [2]

Основные - характеризуют фундаментальные свойства материального мира. В механике их 3, в теплотехнике - 4, физике - 7. ГОСТ 8.417 устанавливает семь основных физических величин (длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества, сила света, сила тока) и две дополнительные (плоский и телесный углы). Измеряемые величины имеют количественную и качественную характеристики. Формализованным отражением качественного различия измеряемых величин является их размерность. В соответствии с ISO 31/0 размерность обозначается символом dim (от латинского dimension - размерность). Размерность основных физических величин - длины, массы, времени обозначаются соответственно: . (8.1) Размерность производной величины выражается через размерности основных физических величин с помощью степенного одночлена. , (8.2) где - показатели размерности (степени). Каждый показатель размерности может быть положительным или отрицательным, дробным или целым, равным 0. Если все показатели размерности равны нулю, то ее называют безразмерной. Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основными уравнениями измерения. Более совершенна шкала отношений - пример температурная шкала Кельвина, где начало отсчета абсолютный 0 (273,16º), а вторая реперная точка таяние льда.

В зависимости  от того, на какие интервалы разбита  шкала - размеры представляются по-разному (1м=100см=1000мм). Отмеченные варианты -это значения измеряемой величины - оценки физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Число называется числовым значением. Значение физической величины получают в результате ее измерения или вычисления в соответствии с основным уравнением измерения: Q=X[Q], (8.3) где Q- значение физической величины; X-числовое значение; [Q]- выбранная для измерения единица. Между качеством продукции и качеством измерений существует непосредственная связь. Качество измерений - это совокупность свойств состояния измерений, обуславливающих получение результатов измерений с требуемой точностью, в необходимом виде и в установленный срок. Исследование влияния погрешности измерений на технико-экономические показатели производства - важнейшая задача в экономике метрологии. Воздействие погрешности измерений на качество продукции часто завуалировано и возникающие при этом экономические потери достаточно сложно обнаружить. При исследовании влияния точности измерений на технико-экономические показатели рассматривают всю метрологическую цепочку. Показатель потерь от погрешности измерений включает в себя три слагаемых: , (8.1) где По - экономические потери от ложной браковки эталонов, возникающие за счет непосредственных расходов на настройку, регулировку и повторную аттестацию эталонов; Пр - экономические потери от ложной браковки рабочих средств измерений (РСИ), проявляющиеся в виде непроизводственных потерь на их ремонт, настройку, проверку; Пнх - народнохозяйственные потери. , (8.2) где Nо - количество эталонов, подвергаемых аттестации; nо - вероятность фиктивной браковки эталонов при аттестации; Сорем - средние непроизводственные затраты на ремонт, регулировку и повторную аттестацию одного фиктивно забракованного эталона. [2]

Государственная система обеспечения единства измерений регламентируется Законом РФ «Об обеспечении единства измерений». Конкретные положения в области законодательной метрологии регламентируются нормативными документами - стандартами, методическими указаниями, инструкциями, правилами и др. Комплекс нормативных, нормативно-технических и методических документов межотраслевого уровня, устанавливающих правила, нормы, требования, направленные на достижение и поддержание единства измерений в стране при требуемой точности составляет государственную систему обеспечения единства измерений (ГСИ). [2]

В ГСИ выделяют базовые стандарты, устанавливающие общие требования, правила и нормы, а также стандарты, охватывающие конкретную область или вид измерений. Базовые стандарты:

1) ГОСТ 8.414 ГСИ  «Единицы физических величин»;

2) ГОСТ 16363 «Метрология.  Термины и определения».

 Базовые стандарты можно подразделять на группы в зависимости от объекта стандартизации: эталоны физических величин; передача информации о размере единицы от эталонов средствам измерений; порядок нормирования метрологических характеристик средств измерения; правила выполнения и оформления результатов средств измерений; единообразие средств измерения; метрологический надзор за разработкой, состоянием и применением средств измерений и т.п. Метрологическая служба. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Брак в производстве, его виды. Показатели брака в  производстве (абсолютные и относительные)

Брак - изделия и детали, не соответствующие по своим свойствам требованиям стандартов, технических условий или иных документов аналогичного характера, и поэтому не пригодные для использования по прямому назначению. [1]

К показателям  брака относятся:

1. Размер брака в натуральном выражении;

2. Процент брака - количество бракованных изделий по отношению к годным изделиям;

3. Удельный вес брака - отношение количества забракованных изделий к общему количеству годных и забракованных изделий.

4. Абсолютный размер брака в денежном выражении - сумма фактических затрат, связанных с производством окончательного брака и исправлением исправимого брака.

5. Абсолютный размер потерь от брака меньше абсолютного размера брака на суммы, взысканные с виновников брака, и на суммы, вырученные от использования бракованных изделий.

6. Относительные показатели брака и потерь от брака получают делением абсолютных показателей на общую сумму фактических затрат, связанных с производством продукции за данный период.

При анализе  данных о браке следует рассматривать также группировку брака по месту появления (внутренний и внешний), по причинам и характеру (исправимый и неисправимый (окончательный)). Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям является дефектом. Например, царапина на защитном покрытии изделия, высокое содержание вредных примесей в продукте, отклейка подошвы обуви и т.д. Эти дефекты могут обнаруживаться как при визуальном контроле, так и при испытаниях, то есть при измерительном контроле. Некоторые дефекты могут быть выявлены только при эксплуатации. [1]

Дефекты классифицируются по трем признакам.

1. По возможности выявления:

- явный – дефект, для выявления которого предусмотрены соответствующие правила, методы и средства действующей нормативной документации. Многие явные дефекты относят к внешним, так как они выявляются при визуальном контроле.