Метрология геометрические размеры

Метрология геометрические размеры

Основные понятия и определения. Отправляя готовые детали в сборочный цех или ремонтные мастерские, нужно быть абсолютно уверенным, что в обрабатывающих цехах все параметры деталей выполнены с требуемой точностью, т.е. необходимо измерить действительные размеры деталей. А для этого нужны надежные средства измерения и контроля.
Метрология — это наука о средствах и методах измерений и контроля. Она охватывает все области технических измерений и контроля различных процессов производства. Как и любая наука, метрология имеет свою терминологию. Основные термины и определе-ния метрологии регламентирует ГОСТ 16263—70.

В технике существуют два основных термина — измерение и контроль. Четкой гра-ницы между ними нет: и тот и другой характеризует качество проверяемой детали. Однако принято под измерением понимать процесс сопоставления какой-либо величины (длины, угла и т.п.) с такой же величиной, условно принятой за единицу. Результатом измерения яв-ляется число, выражающее отношение измеряемой величины к величине, принятой за единицу. Под контролем принято понимать процесс сопоставления какой-либо величины с предписанными пределами. При контроле устанавливают не действительный размер детали, а только его положение по отношению к предельным размерам. Результатом контроля явля-ется вывод о годности или негодности детали.

Измерительные инструменты и техника измерений. Для определения размеров де-талей и правильности их обработки применяют измерительные и проверочные инструменты. В зависимости от степени точности измерительные инструменты делят на простые и точные. Простые измерительные инструменты обеспечивают точность измерения до 0,5 мм. К ним относятся измерительные линейки, метры, рулетки, кронциркули, нутромеры. Точные измерительные инструменты позволяют производить измерения с точностью от 0,1 до 0,001 мм. К ним относятся штангенциркули, микрометры, угломеры, предельные калибры, индикаторы, уровни, щупы, а также различные оптико-механические, электромеханические, пневматические и другие приборы.

При точных измерениях необходимо предварительно сверить показания инструмента, находящегося в обращении, с показаниями контрольного инструмента (эталона) и устранить неточности; если конструкция инструмента не позволяет сделать это, то следует учесть отклонения, допущенные им при измерении. Контрольные инструменты периодически прове-ряют в лаборатории. Точные измерения выполняют при температуре окружающей среды 20 С. Нельзя производить измерения сразу после обработки детали, так как деталь нагрета и результаты измерения будут неточными. Более точные результаты можно получить, выводя среднее значение из показателей первоначального и повторных измерений по окончании каждой операции, а также после окончания изготовления детали в целом.

Точность измерения зависит от опыта и умения пользоваться инструментом. Если нет специальных указаний о правилах пользования инструментом, то при измерении необходимо следить за тем, чтобы измерительный инструмент находился в плоскости, перпендикулярной одной из осей детали, без какого-либо перекоса или наклона.
По назначению и конструкции все измерительные и проверочные инструменты под-разделяются на семь групп: штриховые нераздвижные, переносные, раздвижные, угломер-ные, одномерные, индикаторные и плоскостные проверочные.
Штриховые нераздвижные инструменты применяют для измерения линейных размеров. К этой группе, относятся измерительные линейки, складные метры, рулетки. Расстояние между отдельными штрихами (делениями) у линеек и метров 1 или 0,5 мм, у рулеток — 1 или 10 мм.

Переносные инструменты служат для переноса размеров с масштабной (измерительной) линейки на изделие или наоборот. Их применяют, когда измерение линейкой не-возможно из-за сложной формы детали или наличия на ее кромках фасок и закруглений. К таким инструментам относятся: кронциркули, разметочные циркули и нутромеры. Кронциркуль служит для измерения наружных криволинейных поверхностей (например, наружного диаметра трубы), разметочный циркуль — для измерения и разметки плоских поверхностей или разметки деталей, нутромер — для измерения внутренних поверхностей (например, внутреннего диаметра трубы, отверстия, паза и т.д.). При пользовании этими инструментами размер определяют по линейке.

Штриховые раздвижные инструменты служат для измерения наружных и внут-ренних поверхностей, глубин и высот. К ним относятся: штангенциркули, микрометры, штихмассы и другие измерительные инструменты, позволяющие производить измерения с высокой точностью благодаря подвижности измерительных частей.
Штангенциркуль (рис. 50) состоит из штанги 6 с губками 1 и 2, по которой передвигается рамка 5 с губками 3 и 9 и глубиномером 7. Рамка на штанге закрепляется винтом 4. Штанга представляет собой масштабную линейку с ценой деления 1 мм. На рамке расположена вспомогательная шкала 8, служащая для отсчета долей миллиметра и называемая нониусом. Размеры отсчитывают по основной шкале в целых миллиметрах и по нониусу — в долях миллиметра. Точность отсчета по нониусу может быть 0,1; 0,05 и 0,02 мм в зависимости от масштаба.

Шкала нониуса получена при делении 9 мм на 10 частей. Следовательно, размер каждого деления нониуса 0,9 мм, т.е. на 0,1 мм меньше размера деления основной шкалы. Если передвигать нониус вправо от исходного положения, то при совпадении его штриха 1 со штрихом 1 основной шкалы нулевое деление нониуса переместится от нулевого деления основной шкалы на 0,1 мм; между губками 1 и 9 образуется зазор такой же величины. При дальнейшем движении нониуса вправо его штрихи 2, 3, 4 и все дальнейшие до 10-го после-довательно совпадут со штрихами 2, 3. 4 и т.д. основной шкалы и расстояние между нулевы-ми штрихами будет соответственно 0,2; 0,3; 0,4 мм и далее до 1 мм. На столько же увеличит-ся расстояние между губками штанги и рамки.

Для отсчета размера по штангенциркулю надо взять количество целых миллиметров по основной шкале до нулевого деления нониуса, а количество десятых долей миллиметра — по нониусу, определив, какой штрих нониуса совпадает со штрихом основной шкалы.

У штангенциркуля с точностью отсчета по нониусу 0,05 мм шкала нониуса длиной 19 мм разделена на 20 равных частей. Следовательно, каждое деление нониуса на 0,05 мм меньше деления на штанге. Штангенциркули с точностью отсчета 0,02 мм имеют цену деле-ния на штанге 0,5 мм, а шкала нониуса длиной 12 мм разделена на 25 частей, т.е. имеет цену деления, равную 12 25 = 0,48 мм, или на 0,5 — 0,48 = 0,02 мм меньше цены деления на штан-ге.

Микрометр (рис. 51) применяют для измерения наружных поверхностей с точностью до 0,01 мм. Он состоит из скобы 1 с пяткой 2 и стеблем 7, микрометрического пинта 6, на котором закреплен барабан 4, трещотки 5 и стопорного устройства 3.
На стебле по обе стороны от продольной риски нанесены штрихи. Расстояние между нижним и соседним верхним штрихами 0,5 мм. Микрометрический винт выполнен с шагом 0,5 мм, а нижняя конусная поверхность барабана разделена на 50 равных частей. Следова-тельно, поворот барабана на одно деление соответствует осевому перемещению винта на 0,5 : 50 = 0,01 мм.

При измерении микрометром проверяемую деталь помещают между пяткой 2 и тор-цом винта 6. Вращением трещотки деталь зажимают так, чтобы не было перекоса. Показания отсчитывают сначала по шкале стебля от нулевого штриха до кромки барабана. Эти показания будут кратными 0,5. Десятые и сотые доли миллиметра отсчитывают по делениям на шкале барабана, совпадающим с продольной риской на стебле. Измеренный размер опреде-ляют суммой полученных величин.

На рисунке крайней кромкой барабана открыто на стебле 7 мм, а продольная риска стебля совпадает с 35-м делением шкалы барабана, что соответствует 0,35 мм. Следовательно, размер детали равен 7 + 0,35 = 7,35 мм.
Перед тем как пользоваться микрометром, проверяют правильность его показаний. Для этого торцы пятки и микрометрического винта совмещают с помощью трещотки. При таком положении кромка барабана должна находиться на нулевом штрихе стебля, а нулевое деление барабана совпадать с продольной риской на стебле. Если этого нет, микрометр регу-лируют установкой на нуль с помощью стопорного устройства и зажимной гайки, находя-щейся на барабане.

Микрометры выпускаются для разных пределов измерений с интервалами: 0—25, 25—50, 50—75 мм и т.д. до 1600 мм.
Микрометрический штихмас (рис. 52) служит для измерения внутренних размеров детали с точностью до 0,01 мм. Его применяют для определения овальности труб, обечаек, от-верстий размером 35 мм и более. Способ отсчета по штихмасу такой же, как по микрометру. Для замеров больших диаметров к микрометрической головке штихмаса прилагается набор сменных калиброванных удлинителей, с помощью которых можно составить любой размер.

При измерении штихмас вводят в отверстие и упирают один его конец в какую-либо точку, затем, качая штихмас относительно этой точки и одновременно поворачивая барабан головки, находят наибольший диаметр отверстия.
Угломерные инструменты применяют для проверки и измерения углов. К ним относят: угольники, угловые шаблоны и плитки, угломеры. Угольниками проверяют прямые углы, а угловыми шаблонами и плитками — все другие углы.
На рис. 53 показан универсальный угломер, которым измеряют углы от 0 до 180° с точностью до 2°. Угломер состоит из линейки 3, с закрепленным на ней полудиском 4. Вто-рая линейка 1 вращается на оси вместе с нониусом 6. На линейке 1 с помощью хомутика за-креплен угольник 2, который служит для измерения углов до 90°, при измерении больших углов угольник снимают и к полученному показанию прибавляют 90 С.

Чтобы измерить угол детали, подвижную линейку 1 устанавливают на, нужный угол по нулевому штриху нониуса 6. Затем вращением головки микрометрического винта 5 окон-чательно устанавливают нониус. При отсчете показаний сначала замечают, какой штрих шкалы полудиска прошел нулевой штрих нониуса; этот штрих покажет величину угла в це-лых градусах. Далее смотрят, какой штрих нониуса совпадает со штрихом полудиска; число-вое значение и штриха нониуса покажет количество минут в измеряемом угле.

Одномерные инструменты служат для контроля или измерения какой-либо одной величины. К ним относятся: калибры, шаблоны, щупы, резьбомеры.

Калибры изготовляют в виде пробок — для контроля размеров отверстия (рис. 54, а) и в виде скоб — для контроля наружных размеров (рис. 54, б) . Размеры сторон калибров: проходной (Пр) и непроходной (Не) соответствуют наибольшему и наименьшему предельным размерам, т.е. показывают, укладывается ли в заданный допуск действительный размер проверяемой детали.

Шаблоны применяют для проверки контуров или размеров деталей преимущественно неправильной формы. Несовпадение контуров проверяемой детали с контурами шаблона определяется “на просвет”. На рис. 54, в представлен набор шаблонов для проверки фасок и сварного шва при соединении труб сваркой. Каждая пластинка шаблона предназначена для определения диаметра и толщины стенки трубы. Концом пластинки проверяют фаски и зазор между торцами стыкуемых труб, а выемки на ее сторонах служат для контроля размеров усиления сварного шва.
Щупы (рис. 54, г) используют для измерения небольших зазоров между поверхностя-ми собранных деталей. Щуп состоит из набора стальных пластинок, каждая из которых калибрована на определенную толщину в пределах 0,03—1 мм. Зазоры можно проверять как одной, так и несколькими сложенными вместе пластинками.

Резьбомеры применяют для проверки величины шага, числа ниток и правильности резьбы. Резьбомер, как и щуп, состоит из набора пластинок, на которых нанесены профили резьбы и указаны размеры.
Индикаторные инструменты служат для измерения небольших отклонений в раз-мерах и форме деталей, проверки правильности и взаимного расположения в конструкциях и механизмах, а также для проверки удлинения шпилек при затяжке фланцевых соединений.

Наибольшее распространение получили индикаторы часового типа с циферблатом (рис. 55) . Механизм индикатора, заключенный в корпус, состоит из набора шестерен. Шес-терни подобраны так, что в результате перемещения измерительного стержня 4 на 0,01 мм стрелка 1 передвигается по циферблату 3 на 0,01 мм, а при перемещении стержня на 1 мм стрелка 1 совершает полный оборот, а стрелка 2 передвигается на одно деление.

Читайте также:  Законы метрологии днр

При пользовании индикатором его наконечник подводят к измеряемой поверхности и устанавливают стрелку 1 на нулевое деление. Затем ослабляют винт для одного—двух полных оборотов стрелки 1. Это делают для того, чтобы во время измерения индикатор мог показать как отрицательные. так и положительные отклонения от размера, по которому он установлен на нуль.

Индикатор на подставке перемещают по поверхности изделия или изделие — по тор-цу измерительного стержня. Для определения удлинения шпилек при затяжке фланцевых соединений индикатор закрепляют в специальной зажимной втулке с плоской торцевой, по-верхностью, которая соприкасается с измеряемым торцом затягиваемой шпильки. Отклоне-ние в форме или размерах вызовет перемещение стержня, а стрелка 1 покажет величину это-го отклонения.
Плоскостные проверочные инструменты служат для проверки чистоты поверхности, а также прямолинейности положения изделия по отношению к заданной отметке. К этим инструментам относятся: проверочные угольники, линейки, шабровочные плиты, уровня.

Проверочные угольники, линейки и шабровочные плиты используют для проверки плоскостности деталей методом световой щели, или пятен на краску. При проверке этим ме-тодом плиту покрывают слоем краски (лазури, голландской сажи, туши и др.). Краску расти-рают таким образом, чтобы не ощущалось никаких комочков, и укладывают в мешочек из холста. При натирании плиты краска выступит через поры мешочка и закрасит поверхности плиты тонким слоем. Затем деталь кладут на плиту (или плиту на деталь) и свободно пере-мещают по ней в разных направлениях. При этом все участки, выступающие на поверхности детали, окрашиваются. Количество равномерно расположенных пятен краски на поверхности характеризует чистоту ее обработки. Чем больше равномерно расположенных отпечатков краски, тем выше чистота обработки поверхности. Этим методом проверяют чистоту обработки поверхности детали после тонкого опиливания, шабрения, притирки. Количество пятен краски на 1 см2 проверяемой поверхности и их площадь задаются техническими условиями.

Уровни (ватерпасы) применяют для проверки горизонтального и вертикального по-ложения поверхностей. Уровнями пользуются при разметке трассы трубопровода, выверке его положения, проверке уклонов и т.д.
Для контроля небольших отклонений поверхности от горизонтального или верти-кального положения используют слесарный (валовой) уровень (рис. 56). Основной его ча-стью является продольная ампула 2 — стеклянная трубка, наполненная жидкостью (водой, спиртом, эфиром с таким расчетом, чтобы внутри остался пузырек воздуха.

Пузырек воздуха всегда стремится занять наивысшее положение. Отклонение его от центрального нулевого положения определяется по делениям шкалы, которая нанесена на стеклянной трубке. Цена одного деления шкалы может быть от 0,6 до 0,1 мм на 1 м. Так, например, отклонение пу-зырька на одно деление, цена которого 0,6 мм, покажет, что разница в высоте двух точек, находящихся на расстоянии 1 м одна от другой, составляет 0,6 мм.

Правильность установки уровня в вертикальном положении определяют по пузырьку воздуха в поперечной ампуле 1, который должен занимать среднее положение.

Контрольные вопросы
1. Какие поверхности называются сопрягаемыми и несопрягаемыми?
2. Что такое номинальный и предельный размеры?
3. На какие виды подразделяются посадки?
4. Что понимается под отклонением формы?
5. Почему поверхности деталей после обработки получаются шероховатыми?
6. Какие измерительные инструменты относятся к простым и какие к точным?
7. Каким инструментом — штангенциркулем или микрометром — и почему можно более точно измерить деталь?
8. Каким инструментом проверяют чистоту поверхности?

Источник



Метрология

измерения величин

Измерение — это совокупность операций по сопоставлению измеряемой величины с другой однородной величиной, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве измерений либо эталоне .
Иными словами измерение — это совокупность действий, выполняемых при помощи средств измерений (либо сравнения с эталоном — мерой) с целью нахождения числового значения измеряемой величины в принятых единицах измерения.
Различают прямые измерения (например, измерение длины проградуированной линейкой, весами, секундомером) и косвенные измерения , основанные на известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами.

Измерение геометрических параметров деталей машин (размеров и углов) основано на практическом приложении положений метрологии — учении о единицах, мерах и методах измерений.

Основными проблемами, которыми занимается метрология, являются:

  • Установление единиц измерений и воспроизведение их в виде эталонов.
  • Разработка методов измерений.
  • Анализ точности методов измерений, исследование и устранение причин, вызывающих погрешности измерений.

На производстве чаще приходится встречаться не с измерениями, а с контролем.
Контролем называется определение соответствия деталей техническим условиям и заданному размеру, допуску и отклонениям формы, как правило, без определения точных числовых значений размера (например, контроль калибрами) .
Термин контроль применим к контрольно-сортировочным автоматам и контрольным приспособлениям, разделяющим детали на годные и брак без определения размера каждой детали, а также к приборам активного контроля, останавливающим обработку детали, когда ее размер находится в поле допуска.

Понятие о размере

Различают следующие основные понятия размера:

Номинальное значение размера — основной размер, определенный исходя из функционального назначения детали или соединения деталей и служащий началом отсчета отклонений.
Номинальный размер указывается на чертеже.
Номинальные размеры желательно выбирать по ГОСТ 6636-69.

Истинным значением размера называется значение размера, свободное от погрешностей измерений. Истинное значение размера неизвестно и его нельзя определить, так как все средства измерений имеют погрешности, некоторые из которых нельзя учесть и компенсировать.

Действительное значение размера — это значение, полученное в результате измерения с допускаемой погрешностью. Точное значение размера — это значение, полученное с наивысшей практически достижимой точностью — метрологической точностью.

Погрешностью (ошибкой) измерения называется разность между полученным при измерении значением размера и его истинным значением. Так как истинное значение измеряемой величины неизвестно, то оно заменяется ее точным или действительным значением.
Погрешность прибора может быть также выражена в долях или процентах значения измеряемой величины. В этом случае она называется относительной погрешностью.

Поправка — это величина, которая должна быть алгебраически прибавлена к показанию прибора, чтобы получить действительное значение измеряемого размера. Численно поправка равна погрешности, взятой с обратным знаком.

Меры и измерительные приборы всегда имеют погрешности, которые изменяются с течением времени в результате износа или старения измерительных средств. Поэтому меры и приборы должны периодически калиброваться.

Калибровкой (сличением) называется процесс определения действительного отклонений показаний прибора или инструмента от заданного значения и соответствия мер и измерительных приборов техническим требованиям.
Калибровка производится посредством образцовых измерительных приборов или мер. Результаты калибровки могут быть использованы для компенсации систематических погрешностей приборов и инструментов.
Калибровку производят изготовители приборов и инструментов, лаборатории, производственные предприятия. Компенсация систематических погрешностей широко применяется при калибровке электронных (индуктивных, инкрементных) измерительных приборов.

Аналогичные калибровке операции, производимые государственными метрологическими органами или сертифицированными метрологическими центрами, называются поверкой .
При калибровке индуктивных микропроцессорных приборов с цифровым отсчетом определяют точное значение заданного числа точек цифровой шкалы. Этот процесс называется градуировкой (линеаризацией) .
Градуировке подвергаются преимущественно электронные приборы, имеющие регулируемое передаточное отношение и нелинейные характеристики преобразователей.

Современные сложные оптико-механические приборы — интерферометры, микроскопы и координатно-измерительные машины — периодически требуют квалифицированного обслуживания специалистами с целью устранения появляющихся дефектов.
Процесс выявления дефектов, их устранения, регулировка и калибровка (аттестация) исправленного прибора называется юстировкой .

Измеряемые величины

измеряемые величины в метрологии

Измерения являются инструментом познания объектов и явлений окружающего мира. В связи с этим метрология относится к науке, занимающейся теорией познания — гноссиологии.
Объектами измерений являются физические и нефизические величины (в экономике, медицине, информатике, управлении качеством и пр.) .

Вся современная физика может быть построена на семи основных величинах, которые характеризуют фундаментальные свойства материального мира. К ним относятся: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая темᴨература, количество вещества и сила света. С помощью этих и двух дополнительных величин — плоского и телесного углов — введенных исключительно для удобства, образуется все многообразие производных физических величин и обесᴨечивается описание любых свойств физических объектов и явлений.

Измерения физических величин подразделяются на следующие области и виды:

1. Измерения геометрических величин:

  • длин;
  • отклонений формы поверхностей;
  • параметров сложных поверхностей;
  • углов.

2. Измерения механических величин:

  • массы;
  • силы;
  • крутящих моментов, напряжений и деформаций;
  • параметров движения;
  • твердости.

3. Измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ:

  • массового и объемного расхода жидкостей в трубопроводах;
  • расхода газов;
  • вместимости;
  • параметров открытых потоков;
  • уровня жидкости.

4. Измерения давлений, вакуумные измерения:

  • избыточного давления;
  • абсолютного давления;
  • переменного давления;
  • вакуума.

5. Физико-химические измерения:

  • вязкости;
  • плотности;
  • содержаний (концентрации) компонентов в твердых, жидких и газообразных веществах;
  • влажности газов, твердых веществ;
  • электрохимические измерения.

6. Теплофизические и температурные измерения:

  • температуры;
  • теплофизических величин.

7. Измерения времени и частоты:

  • методы и средства воспроизведения и хранения единиц и шкал времени и частоты;
  • измерения интервалов времени;
  • измерения частоты периодических процессов;
  • методы и средства передачи размеров единиц времени и частоты.

8. Измерения электрических и магнитных величин на постоянном и переменном токе:

Источник

Основные параметры средств измерений.

Метрология — наука об измерениях физических вели­чин, методах и средствах обеспечения их единства и способах дости­жения требуемой точности.

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

Измерение физической величины выполняют опытным путем с помощью технических средств. В результате измерения получают значение физической величины

где q — числовое значение физической величины в принятых еди­ницах; U — единица физической величины.

Значение физической величины Q, найденное при измерении, на­зывают действительным. В ряде случаев нет необходимости опреде­лять действительное значение физической величины, например при оценке соответствия физической величины установленному допуску. При этом достаточно определить принадлежность физической вели­чины некоторой области Т:

Q Т или Q Т.

Следовательно, при контроле определяют соответствие действительного значения физической величины установленным значениям. Примером контрольных средств являются калибры, шаблоны, уст­ройства с электроконтактными преобразователями.

Нормативно-правовой основой метрологического обеспечения точности измерений является государственная система обеспечения единство измерений (ГСИ). Основные нормативно-технические до­кументы ГСИ — государственные стандарты, В соответствии с реко­мендациями XI Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 г. принята Международная система единиц (СИ), на основе которой для обязательного применения разработан ГОСТ 8.417—81 (СТ СЭВ 1052—78) (введен в действие с 01.01.1980г.).

Основными единицами физических величин в СИ являются: длины — метр (м), массы — килограмм (кг), времени — секунда (с), силы электрического тока — ампер (А), термодинамической темпе­ратуры — Кельвин (К), силы света — Кандела (кд), количества ве­щества — моль (моль). Дополнительные единицы СИ: радиан (рад) и стерадиан (ср) — для измерения плоского и телесного углов соот­ветственно.

Производные единицы СИ получены из основных с помощью уравнений связи между физическими величинами. Так, единицей силы является ньютон: 1Н == 1 кг*м -1 *с -2 , единицей давления — Паскаль 1 Па = 1 кг*м -1 *с -2 и т. д. В СИ для обозначения десятичных кратных (умноженных на 10 в положительной степени) и дельных (умноженных на 10 в отрицательной степени) приняты следующие приставки: экса (Э) — Ю 18 , пета (П) — 10 15 , тера (Т) — 10 12 , гига (Г) – 10 9 , мега (М) — 10 6 , кило (к) — 10 3 , гекто (г) — 10 2 , дека (да) — 10 1 , децн (д) — 10 -1 , санти (с) — 10 -2 , милли (м) — 10 -3 , мнкро (мк) — 10 -6 , нано (н) — 10 -9 , пико (п) — 10 -12 , фемто (ф) — 10 -15 , атто (а) — 10 -18 . Так, в соответствии с СИ тысячная доля мил­лиметра (микрометр) 0,001 мм == 1 мкм.

Читайте также:  Всероссийский институт метрологии им менделеева

Средства измерений.

Технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства, называют средствами измерения.

Эталоны — средства измерений, официально утвержденные и обеспечивающие воспроизведение и (или) хранение единицы физиче­ской величины с целью передачи ее размера нижестоящим по пове­рочной схеме средствам измерений.

Меры — средства измерений, предназначенные для воспроизве­дения заданного размера физическом величины, В технике часто ис­пользуют наборы мер, например, гирь, плоскопараллельных конце­вых мер длины (плиток), конденсаторов и т. п.

Образцовые средства измерений — меры, измерительные приборы или преобразователи, утвержденные в качестве образцовых для поверки по ним других средств измерений. Рабочие средства применяют для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Порядок передачи размера единиц физической величины от эта­лона или исходного образцового средства к средствам более низких разрядов (вплоть до рабочих) устанавливают в соответствии с пове­рочной схемой. Так, по одной из поверочных схем передача единицы длины путем последовательного лабораторного сличения и поверок производится от рабочего эталона к образцовым мерам высшего раз­ряда, от них образцовым мерам низших разрядов, а от последних к рабочим средствам измерения (оптиметрам, измерительным маши­нам, контрольным автоматам и т. п.).

Методы измерений.

При измерениях используют разнообразные методы (ГОСТ 16263—70), представляющие собой совокупность приемов использования различных физических принципов и средств. При прямых измерениях значения физической величины находят из опытных данных, при косвенных — на основании известной зависимости от величин, подвергаемых прямым измерениям. Так, диа­метр детали можно непосредственно измерить как расстояние между диаметрально противоположными точками (прямое измерение) либо определить из зависимости, связывающей этот диаметр, длину дуги и стягивающую ее хорду, измерив непосредственно последние вели­чины (косвенное измерение),

Абсолютные измерения основаны на прямых измерениях основ­ных величин и использовании значений физических констант (на­пример, измерение длины штангенциркулем). При относительных измерениях величину сравнивают g одноименной, играющей роль еди­ницы или принятой за исходную. Примером относительного изме­рения является измерение диаметра вращающейся детали по числу оборотов соприкасающегося с ней аттестованного ролика.

При методе непосредственной опенки значение физической вели­чины определяют непосредственно по отсчетному устройству при­бора прямого действия (например, измерение давления пружин­ным манометром), при методе сравнения с мерой измеряемую вели­чину сравнивают с мерой. Например, с помощью гирь уравновеши­вают на рычажных весах измеряемую массу детали. Разновидностью метода сравнения с мерой является метод противопоставления, при котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, позволяющий установить соотношение между этими величинами (например, изме­рение сопротивления по мостовой схеме с включением в диагональ моста показывающего прибора).

При дифференциальном, методе измеряемую величину сравнивают с известной величиной, воспроизводимой мерой. Этим методом, на­пример, определяют отклонение контролируемого диаметра детали на оптиметре после его настройки на ноль по блоку концевых мер длины. Нулевой метод — также разновидность метода сравнения с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Подобным методом измеряют электрическое сопротивление по схеме моста с полным его уравнове­шиванием. При методе совпадений разность между измеряемой вели­чиной и величиной, воспроизводимой мерой, определяют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов (например, при измерении штангенциркулем используют совпадение отметок основной и нониусной шкал). Поэлементный метод характеризуется измерением каждого параметра изделия в отдельности (например, эксцентриситета, овальности, огранки цилиндрического вала). Ком­плексный метод характеризуется измерением суммарного показа­теля качества, на который оказывают влияния отдельные его состав­ляющие (например, измерение радиального биения цилиндрической детали, на которое влияют эксцентриситет, овальность и др.; кон­троль положения профиля по предельным контурам и т. п.).

Основные параметры средств измерений.

Длина деления шкалы (рис. 1) — расстояние между осями (центрами) двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходя­щей через середины самых коротких отметок шкалы. Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним от­меткам шкалы (1 мкм для оптиметра, длиномера и т. п.).

Градуировочная характеристика — зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений. Градуировочную характеристику сни­мают для уточнения результатов изме­рений.

Диапазон показаний — область зна­чений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, т. е. Наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины. Например, для оптиметра типа ИКВ-3 диапазон пока­заний составляет ±0,1 мм.

Рис.1. Схема, поясняющая основные параметры средств измерений.

Диапазон измерений — область зна­чений измеряемой величины с нормиро­ванными допускаемыми погрешностями средства измерений. Для того же опти­метра типа ИКВ-3 диапазон измерений длин составляет 0—200 мм.

Отсчет показаний измерительного средства выполняют в соответ­ствии с уравнением

где А — значение отсчета; М — размер меры, по которому отсчетное устройство установлено на ноль; п — число целых делений, отсчи­тываемое по шкалам отсчетного устройства; i — цена деления шкалы; k — номер шкалы, т — доля деления шкалы с наименьшей ценой деления, оцененная визуально.

Влияющая физическая величина — физическая величина, не из­меряемая данным средством, но оказывающая влияние на резуль­таты измеряемой величины (например, температура, оказывающая влияние на результат измерения линейного размера).

Нормальные (рабочие) условия применения средств измерений — условия их применения, при которых влияющие величины имеют нормальные значения или находятся в пределах нормальной (рабо­чей) области значений. Так, согласно ГОСТ 9249—59 нормальная температура равна 20 °С, при этом рабочая область температур со­ставляет 20 °С 1°. Нормальные условия для выполнения линей­ных и угловых измерений регламентированы ГОСТ 8.050—73.

Чувствительность измерительного прибора — отношение измене­ния сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Так, если при измерении диаме­тра вала с номинальным размером х = 100 мм изменение измеряемой величины = 0,01 мм вызвало перемещение стрелки показываю­щего устройства на = 10 мм, абсолютная чувствительность прибора составляет относительная чув­ствительность

Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствитель­ность численно равна передаточному отношению. С изменением цены деления шкалы чувствительность прибора остается неизменной. На разных участках шкалы часто чувствительность может быть различной. Стабильность средства измерений — свойство, выражающее неизменность во времени его метрологических характеристик (по­казаний).

Измерительные приборы бывают контактные (существует меха­нический контакт с поверхностью контролируемого изделия) и бесконтактные (непосредственного соприкосновения измерительного наконечника с поверхностью контролируемого изделия нет). К по­следним, например, относятся оптические, радиоизотопные, индук­тивные. Важной характеристикой контактных приборов является измерительное усилие, создаваемое в месте контакта измерительного наконечника с поверхностью контролируемого изделия и направ­ленное по линии измерения.

В соответствии с ГОСТ 16504—81 геометрический объект кон­троля содержит одну или несколько контрольных точек. Введем дополнительные термины, необходимые для оценки результатов кон­троля (измерений). Зона контроля (измерения) — область взаимо­действия средства контроля (измерения) с объектом контроля (изме­рения). Контролируемая (измеряемая) поверхность — поверхность объекта контроля (измерения), на которой расположена одна или несколько контрольных точек. Линия контроля (измерения) — пря­мая, проходящая через контролируемый (измеряемый) размер. Плоскость контроля (измерения) — плоскость, проходящая через линию контроля (измерения) и выбранную линию расположения контрольных точек.

В ГОСТ 16263—70 выделены следующие общие для средств из­мерений структурные элементы: преобразовательный и чувствитель­ный элементы, измерительная цепь, измерительный механизм, отсчетное устройство со шкалой и указателем и регистрирующее уст­ройство. Кроме того, контактные измерительные приборы обычно снабжены одним или несколькими наконечниками. Измерительный наконечник — элемент в измерительной цепи, находящийся в кон­такте с объектом контроля (измерения) в контрольной точке под не­посредственным воздействием измеряемой величины. Базовый на­конечник — элемент измерительной цепи, расположенный в плоско­сти измерения и служащий для определения длины линии измерения. Опорный наконечник — элемент, определяющий положение линии измерения в плоскости измерения. Координирующий наконечник — элемент, служащий для определения положения плоскости измере­ния на объекте контроля (измерения).

Источник

25. Технические измерения. Допуски, посадки и технические измерения.

Основные понятия и определения. Отправляя готовые детали в сборочный цех или ремонтные мастерские, нужно быть абсолютно уверенным, что в обрабатывающих цехах все параметры деталей выполнены с требуемой точностью, т.е. необходимо измерить действительные размеры деталей. А для этого нужны надежные средства измерения и контроля.
Метрология — это наука о средствах и методах измерений и контроля. Она охватывает все области технических измерений и контроля различных процессов производства. Как и любая наука, метрология имеет свою терминологию. Основные термины и определе-ния метрологии регламентирует ГОСТ 16263—70.

В технике существуют два основных термина — измерение и контроль. Четкой гра-ницы между ними нет: и тот и другой характеризует качество проверяемой детали. Однако принято под измерением понимать процесс сопоставления какой-либо величины (длины, угла и т.п.) с такой же величиной, условно принятой за единицу. Результатом измерения яв-ляется число, выражающее отношение измеряемой величины к величине, принятой за единицу. Под контролем принято понимать процесс сопоставления какой-либо величины с предписанными пределами. При контроле устанавливают не действительный размер детали, а только его положение по отношению к предельным размерам. Результатом контроля явля-ется вывод о годности или негодности детали.

Измерительные инструменты и техника измерений. Для определения размеров де-талей и правильности их обработки применяют измерительные и проверочные инструменты. В зависимости от степени точности измерительные инструменты делят на простые и точные. Простые измерительные инструменты обеспечивают точность измерения до 0,5 мм. К ним относятся измерительные линейки, метры, рулетки, кронциркули, нутромеры. Точные измерительные инструменты позволяют производить измерения с точностью от 0,1 до 0,001 мм. К ним относятся штангенциркули, микрометры, угломеры, предельные калибры, индикаторы, уровни, щупы, а также различные оптико-механические, электромеханические, пневматические и другие приборы.

При точных измерениях необходимо предварительно сверить показания инструмента, находящегося в обращении, с показаниями контрольного инструмента (эталона) и устранить неточности; если конструкция инструмента не позволяет сделать это, то следует учесть отклонения, допущенные им при измерении. Контрольные инструменты периодически прове-ряют в лаборатории. Точные измерения выполняют при температуре окружающей среды 20 С. Нельзя производить измерения сразу после обработки детали, так как деталь нагрета и результаты измерения будут неточными. Более точные результаты можно получить, выводя среднее значение из показателей первоначального и повторных измерений по окончании каждой операции, а также после окончания изготовления детали в целом.

Точность измерения зависит от опыта и умения пользоваться инструментом. Если нет специальных указаний о правилах пользования инструментом, то при измерении необходимо следить за тем, чтобы измерительный инструмент находился в плоскости, перпендикулярной одной из осей детали, без какого-либо перекоса или наклона.
По назначению и конструкции все измерительные и проверочные инструменты под-разделяются на семь групп: штриховые нераздвижные, переносные, раздвижные, угломер-ные, одномерные, индикаторные и плоскостные проверочные.
Штриховые нераздвижные инструменты применяют для измерения линейных размеров. К этой группе, относятся измерительные линейки, складные метры, рулетки. Расстояние между отдельными штрихами (делениями) у линеек и метров 1 или 0,5 мм, у рулеток — 1 или 10 мм.

Переносные инструменты служат для переноса размеров с масштабной (измерительной) линейки на изделие или наоборот. Их применяют, когда измерение линейкой не-возможно из-за сложной формы детали или наличия на ее кромках фасок и закруглений. К таким инструментам относятся: кронциркули, разметочные циркули и нутромеры. Кронциркуль служит для измерения наружных криволинейных поверхностей (например, наружного диаметра трубы), разметочный циркуль — для измерения и разметки плоских поверхностей или разметки деталей, нутромер — для измерения внутренних поверхностей (например, внутреннего диаметра трубы, отверстия, паза и т.д.). При пользовании этими инструментами размер определяют по линейке.

Читайте также:  Систематическая погрешность формула метрология

Штриховые раздвижные инструменты служат для измерения наружных и внут-ренних поверхностей, глубин и высот. К ним относятся: штангенциркули, микрометры, штихмассы и другие измерительные инструменты, позволяющие производить измерения с высокой точностью благодаря подвижности измерительных частей.
Штангенциркуль (рис. 50) состоит из штанги 6 с губками 1 и 2, по которой передвигается рамка 5 с губками 3 и 9 и глубиномером 7. Рамка на штанге закрепляется винтом 4. Штанга представляет собой масштабную линейку с ценой деления 1 мм. На рамке расположена вспомогательная шкала 8, служащая для отсчета долей миллиметра и называемая нониусом. Размеры отсчитывают по основной шкале в целых миллиметрах и по нониусу — в долях миллиметра. Точность отсчета по нониусу может быть 0,1; 0,05 и 0,02 мм в зависимости от масштаба.

Шкала нониуса получена при делении 9 мм на 10 частей. Следовательно, размер каждого деления нониуса 0,9 мм, т.е. на 0,1 мм меньше размера деления основной шкалы. Если передвигать нониус вправо от исходного положения, то при совпадении его штриха 1 со штрихом 1 основной шкалы нулевое деление нониуса переместится от нулевого деления основной шкалы на 0,1 мм; между губками 1 и 9 образуется зазор такой же величины. При дальнейшем движении нониуса вправо его штрихи 2, 3, 4 и все дальнейшие до 10-го после-довательно совпадут со штрихами 2, 3. 4 и т.д. основной шкалы и расстояние между нулевы-ми штрихами будет соответственно 0,2; 0,3; 0,4 мм и далее до 1 мм. На столько же увеличит-ся расстояние между губками штанги и рамки.

Для отсчета размера по штангенциркулю надо взять количество целых миллиметров по основной шкале до нулевого деления нониуса, а количество десятых долей миллиметра — по нониусу, определив, какой штрих нониуса совпадает со штрихом основной шкалы.

У штангенциркуля с точностью отсчета по нониусу 0,05 мм шкала нониуса длиной 19 мм разделена на 20 равных частей. Следовательно, каждое деление нониуса на 0,05 мм меньше деления на штанге. Штангенциркули с точностью отсчета 0,02 мм имеют цену деле-ния на штанге 0,5 мм, а шкала нониуса длиной 12 мм разделена на 25 частей, т.е. имеет цену деления, равную 12 25 = 0,48 мм, или на 0,5 — 0,48 = 0,02 мм меньше цены деления на штан-ге.

Микрометр (рис. 51) применяют для измерения наружных поверхностей с точностью до 0,01 мм. Он состоит из скобы 1 с пяткой 2 и стеблем 7, микрометрического пинта 6, на котором закреплен барабан 4, трещотки 5 и стопорного устройства 3.
На стебле по обе стороны от продольной риски нанесены штрихи. Расстояние между нижним и соседним верхним штрихами 0,5 мм. Микрометрический винт выполнен с шагом 0,5 мм, а нижняя конусная поверхность барабана разделена на 50 равных частей. Следова-тельно, поворот барабана на одно деление соответствует осевому перемещению винта на 0,5 : 50 = 0,01 мм.

При измерении микрометром проверяемую деталь помещают между пяткой 2 и тор-цом винта 6. Вращением трещотки деталь зажимают так, чтобы не было перекоса. Показания отсчитывают сначала по шкале стебля от нулевого штриха до кромки барабана. Эти показания будут кратными 0,5. Десятые и сотые доли миллиметра отсчитывают по делениям на шкале барабана, совпадающим с продольной риской на стебле. Измеренный размер опреде-ляют суммой полученных величин.

На рисунке крайней кромкой барабана открыто на стебле 7 мм, а продольная риска стебля совпадает с 35-м делением шкалы барабана, что соответствует 0,35 мм. Следовательно, размер детали равен 7 + 0,35 = 7,35 мм.
Перед тем как пользоваться микрометром, проверяют правильность его показаний. Для этого торцы пятки и микрометрического винта совмещают с помощью трещотки. При таком положении кромка барабана должна находиться на нулевом штрихе стебля, а нулевое деление барабана совпадать с продольной риской на стебле. Если этого нет, микрометр регу-лируют установкой на нуль с помощью стопорного устройства и зажимной гайки, находя-щейся на барабане.

Микрометры выпускаются для разных пределов измерений с интервалами: 0—25, 25—50, 50—75 мм и т.д. до 1600 мм.
Микрометрический штихмас (рис. 52) служит для измерения внутренних размеров детали с точностью до 0,01 мм. Его применяют для определения овальности труб, обечаек, от-верстий размером 35 мм и более. Способ отсчета по штихмасу такой же, как по микрометру. Для замеров больших диаметров к микрометрической головке штихмаса прилагается набор сменных калиброванных удлинителей, с помощью которых можно составить любой размер.

При измерении штихмас вводят в отверстие и упирают один его конец в какую-либо точку, затем, качая штихмас относительно этой точки и одновременно поворачивая барабан головки, находят наибольший диаметр отверстия.
Угломерные инструменты применяют для проверки и измерения углов. К ним относят: угольники, угловые шаблоны и плитки, угломеры. Угольниками проверяют прямые углы, а угловыми шаблонами и плитками — все другие углы.
На рис. 53 показан универсальный угломер, которым измеряют углы от 0 до 180° с точностью до 2°. Угломер состоит из линейки 3, с закрепленным на ней полудиском 4. Вто-рая линейка 1 вращается на оси вместе с нониусом 6. На линейке 1 с помощью хомутика за-креплен угольник 2, который служит для измерения углов до 90°, при измерении больших углов угольник снимают и к полученному показанию прибавляют 90 С.

Чтобы измерить угол детали, подвижную линейку 1 устанавливают на, нужный угол по нулевому штриху нониуса 6. Затем вращением головки микрометрического винта 5 окон-чательно устанавливают нониус. При отсчете показаний сначала замечают, какой штрих шкалы полудиска прошел нулевой штрих нониуса; этот штрих покажет величину угла в це-лых градусах. Далее смотрят, какой штрих нониуса совпадает со штрихом полудиска; число-вое значение и штриха нониуса покажет количество минут в измеряемом угле.

Одномерные инструменты служат для контроля или измерения какой-либо одной величины. К ним относятся: калибры, шаблоны, щупы, резьбомеры.

Калибры изготовляют в виде пробок — для контроля размеров отверстия (рис. 54, а) и в виде скоб — для контроля наружных размеров (рис. 54, б) . Размеры сторон калибров: проходной (Пр) и непроходной (Не) соответствуют наибольшему и наименьшему предельным размерам, т.е. показывают, укладывается ли в заданный допуск действительный размер проверяемой детали.

Шаблоны применяют для проверки контуров или размеров деталей преимущественно неправильной формы. Несовпадение контуров проверяемой детали с контурами шаблона определяется “на просвет”. На рис. 54, в представлен набор шаблонов для проверки фасок и сварного шва при соединении труб сваркой. Каждая пластинка шаблона предназначена для определения диаметра и толщины стенки трубы. Концом пластинки проверяют фаски и зазор между торцами стыкуемых труб, а выемки на ее сторонах служат для контроля размеров усиления сварного шва.
Щупы (рис. 54, г) используют для измерения небольших зазоров между поверхностя-ми собранных деталей. Щуп состоит из набора стальных пластинок, каждая из которых калибрована на определенную толщину в пределах 0,03—1 мм. Зазоры можно проверять как одной, так и несколькими сложенными вместе пластинками.

Резьбомеры применяют для проверки величины шага, числа ниток и правильности резьбы. Резьбомер, как и щуп, состоит из набора пластинок, на которых нанесены профили резьбы и указаны размеры.
Индикаторные инструменты служат для измерения небольших отклонений в раз-мерах и форме деталей, проверки правильности и взаимного расположения в конструкциях и механизмах, а также для проверки удлинения шпилек при затяжке фланцевых соединений.

Наибольшее распространение получили индикаторы часового типа с циферблатом (рис. 55) . Механизм индикатора, заключенный в корпус, состоит из набора шестерен. Шес-терни подобраны так, что в результате перемещения измерительного стержня 4 на 0,01 мм стрелка 1 передвигается по циферблату 3 на 0,01 мм, а при перемещении стержня на 1 мм стрелка 1 совершает полный оборот, а стрелка 2 передвигается на одно деление.

При пользовании индикатором его наконечник подводят к измеряемой поверхности и устанавливают стрелку 1 на нулевое деление. Затем ослабляют винт для одного—двух полных оборотов стрелки 1. Это делают для того, чтобы во время измерения индикатор мог показать как отрицательные. так и положительные отклонения от размера, по которому он установлен на нуль.

Индикатор на подставке перемещают по поверхности изделия или изделие — по тор-цу измерительного стержня. Для определения удлинения шпилек при затяжке фланцевых соединений индикатор закрепляют в специальной зажимной втулке с плоской торцевой, по-верхностью, которая соприкасается с измеряемым торцом затягиваемой шпильки. Отклоне-ние в форме или размерах вызовет перемещение стержня, а стрелка 1 покажет величину это-го отклонения.
Плоскостные проверочные инструменты служат для проверки чистоты поверхности, а также прямолинейности положения изделия по отношению к заданной отметке. К этим инструментам относятся: проверочные угольники, линейки, шабровочные плиты, уровня.

Проверочные угольники, линейки и шабровочные плиты используют для проверки плоскостности деталей методом световой щели, или пятен на краску. При проверке этим ме-тодом плиту покрывают слоем краски (лазури, голландской сажи, туши и др.). Краску расти-рают таким образом, чтобы не ощущалось никаких комочков, и укладывают в мешочек из холста. При натирании плиты краска выступит через поры мешочка и закрасит поверхности плиты тонким слоем. Затем деталь кладут на плиту (или плиту на деталь) и свободно пере-мещают по ней в разных направлениях. При этом все участки, выступающие на поверхности детали, окрашиваются. Количество равномерно расположенных пятен краски на поверхности характеризует чистоту ее обработки. Чем больше равномерно расположенных отпечатков краски, тем выше чистота обработки поверхности. Этим методом проверяют чистоту обработки поверхности детали после тонкого опиливания, шабрения, притирки. Количество пятен краски на 1 см2 проверяемой поверхности и их площадь задаются техническими условиями.

Уровни (ватерпасы) применяют для проверки горизонтального и вертикального по-ложения поверхностей. Уровнями пользуются при разметке трассы трубопровода, выверке его положения, проверке уклонов и т.д.
Для контроля небольших отклонений поверхности от горизонтального или верти-кального положения используют слесарный (валовой) уровень (рис. 56). Основной его ча-стью является продольная ампула 2 — стеклянная трубка, наполненная жидкостью (водой, спиртом, эфиром с таким расчетом, чтобы внутри остался пузырек воздуха.

Пузырек воздуха всегда стремится занять наивысшее положение. Отклонение его от центрального нулевого положения определяется по делениям шкалы, которая нанесена на стеклянной трубке. Цена одного деления шкалы может быть от 0,6 до 0,1 мм на 1 м. Так, например, отклонение пу-зырька на одно деление, цена которого 0,6 мм, покажет, что разница в высоте двух точек, находящихся на расстоянии 1 м одна от другой, составляет 0,6 мм.

Правильность установки уровня в вертикальном положении определяют по пузырьку воздуха в поперечной ампуле 1, который должен занимать среднее положение.

Контрольные вопросы
1. Какие поверхности называются сопрягаемыми и несопрягаемыми?
2. Что такое номинальный и предельный размеры?
3. На какие виды подразделяются посадки?
4. Что понимается под отклонением формы?
5. Почему поверхности деталей после обработки получаются шероховатыми?
6. Какие измерительные инструменты относятся к простым и какие к точным?
7. Каким инструментом — штангенциркулем или микрометром — и почему можно более точно измерить деталь?
8. Каким инструментом проверяют чистоту поверхности?

Источник