Метрология (стр. 1 )

Метрология

1. Средства измерений. Классификация средств измерений, требования к ним. Измерительные преобразователи, их разновидности. Измерительные приборы, их разновидности.

Средство измерения – техническое средство, предназначено для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу ФВ, размер которой принимается неизменным в течение известного интервала времени.

Универсальные средства: измерительные приборы, комплексы. Классифицировать можно по типам, видам.

Тип – совокупность средств измерений, имеющих принципиальную одинаковую схему, конструкцию и изготавливаемых по одним и тем же техническим условиям.

Вид – совокупность типов средств измерений, предназначенных для измерений одной какой-либо ФВ.

Классификация средств измерений:

1) По метрологическому назначению:

- рабочие (для измер ФВ)

- метрологические (образцовые) обеспечение единства измерений

2) По конструктивному исполнению:

- Меры, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы, измерительные комплексы.

3) По уровню автоматизации:

- Неавтоматизированные

- Автоматизированные

- Автоматические

4) По уровню стандартизации:

- Стандартизованные

- Нестандартизованные

5) По отношению к измеряемой ФВ:

- Основные

- Вспомогательные

Измерительные преобразователи – средства измерений, служащие для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования, обработки и хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию наблюдателя.

Могут быть первичными (воспроизвод), промежуточными, передающими.

Измерительные приборы – средства измерений, предназначенные для получения значений измеряемой ФВ в установленном диапазоне.

Виды измерительных приборов:

1. Показывающий (вольтметр, амперметр)

Допускает только отсчитывание показаний измеряемой величины.

2. Аналоговые (термометр)

Показания или выходной сигнал являются непрерывной функцией измеряемой величины.

3. Цифровой

Измерительный прибор, показания которого представлено в цифровой форме.

4. Регистрирующие

Предусмотрена регистрация показаний. Может быть как в аналоговой форме, так и в числовой.

5. Самопишущие (осциллограф)

Регистрирующий прибор, предусмотрена запись показаний в виде диаграмм.

6. Печатающие

Приборы, в которых предусмотрено печатание показаний в цифровой форме.

7. Суммирующие (вольтметр)

Приборы, показания которых функционально связаны с суммой 2-х или нескольких величин, подводимых к ним по различным каналам.

8. Интегрирующие (счетчик)

Значение измеряемой величины определяют за счет интеграции ее по другой величине.

9. Измерительный прибор сравнения

Предназначен для непосредственного сравнения измеряемой величины с известной величиной.

2. Оценка качества. Контроль качества. Виды контроля. Контролепригодность.

Критерии качества измерений

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером допустимых погрешностей.

Точность - это качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям как систематическим, так и случайным.

Точность количественно оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности. Например, если погрешность измерений равна 10-6, то точность равна 106.

Достоверность измерений характеризует степень доверия к резуль-татам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики. Это даёт возможность для каждого конкретного случая выбирать средства и методы измерений, обеспечивающие получение результата, погрешности которого не превышают заданных границ с необходимой достоверностью.

Под правильностью измерений понимают качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.

Сходимость - это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Схо-димость измерений отражает влияние случайных погрешностей.

Воспроизводимость - это такое качество измерений, которое отра-жает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различ-ных условиях (в различное время, в различных местах, различными мето-дами и средствами).

Контроль - это процесс получения и обработки информации об объекте (параметре детали, механизма, процесса и т. д.) с целью определения его годности или необходимости введения управляющих воздействий на факторы, влияющие на объект.

Классификация видов контроля:

1) По возможности (или невозможности) использования продукции после выполнения контрольных операций различают неразрушающий и разрушающий контроль.

При неразрушающем контроле соответствие контролируемого размера (или значения) норме определяется по результатам взаимодейст-вия различных физических полей и излучений с объектом контроля. Ин-тенсивность полей и излучений выбирается такой, чтобы не только не про-исходило разрушений объекта контроля, но и не менялись его свойства во время контроля. В зависимости от природы физических полей и излуче-ний виды неразрушающего контроля разделяются на следующие группы: акустические, радиационные, оптические, радиоволновые, тепловые, маг-нитные, вихревые, электрические, проникающих веществ.

При разрушающем контроле определение соответствия (или несоот-ветствия) контролируемого размера (или значения) норме сопровождается разрушением изделия (объекта контроля), например, при проверке изделия на прочность.

2) По характеру распределения по времени различают непрерывный, периодический и летучий контроль.

Непрерывный контроль состоит в непрерывной проверке соответствия контролируемых размеров (или значений) нормам в течение всего процесса изготовления или определённой стадии жизненного цикла.

При периодическом контроле измерительную информацию получают периодически через установленные интервалы времени t. Период конт-роля t может быть как меньше, так и больше времени одной техноло-гической операции tоп. Если t = tоп, то периодический контроль стано-вится операционным (или послеоперационным).

Летучий контроль проводят в случайные моменты времени.

3) В зависимости от исполнителя контроль разделяется на: самоконтроль, контроль мастером, контроль ОТК (отделом технического контроля) и инспекционный контроль (специально уполномочен-ными представителями). Инспекционный контроль в зависимости от того, какая организация уполномочила представителя проводить контроль подразделяется на: ведомственный, межведомственный, вневедомственный, государственный (выполняемый контролёрами Госстандарта).

4) По стадии технологического (производственного) процесса отличают входной, операционный и приёмочный (приёмосдаточный) контроль.

Входному контролю подвергают сырьё, исходные материалы, полу-фабрикаты, комплектующие изделия, техническую документацию и т. п., иначе говоря, всё то, что используется при производстве продукции или её эксплуатации.

Операционный контроль ещё незавершённой продукции проводится на всех операциях производственного процесса.

Приёмочный контроль готовых, сборочных и монтажных единиц осуществляется в конце технологического процесса.

5) По характеру воздействия на ход производственного (техно-логического ) процесса контроль делится на активный и пассивный.

При активном контроле его результаты непрерывно используются для управления технологическим процессом. Можно сказать, что актив-ный контроль совмещён с производственным процессом в единый контрольно-технологический процесс. Как правило, он выполняется авто-матически.

Пассивный контроль осуществляется после завершения либо отдель-ной технологической операции, либо всего технологического цикла изго-товления детали или изделия. Он может бать ручным, автоматизирован-ным и автоматическим.

6) В зависимости от места проведения различают подвижный и стационарный контроль.

Подвижный контроль проводится непосредственно на рабочих мес-тах, где изготавливается продукция (у станка, на сборочных и настроечных стендах и т. д.).

Стационарный контроль проводится на специально оборудованных рабочих местах. Он применяется при необходимости создания специаль-ных условий контроля; при наличии возможности включения в техноло-гический цикл стационарного рабочего места контролёра; при исполь-зовании средств контроля, которые применяются только в стационарных условиях; при крупносерийном и массовом производстве.

7) По объекту контроля отличают контроль качества выпускаемой продукции, товарной и сопроводительной документации, технологичес-кого процесса, средств технологического оснащения, прохождения рек-ламации, соблюдения условий эксплуатации, а также контроль техно-логической дисциплины и квалификации исполнителей.

8) По числу измерений отличают однократный и многократный контроль.

9) По способу отбора изделий, подвергаемых контролю, отличают сплошной и выборочный контроль.

Сплошной (стопроцентный) контроль всех без исключения изготовленных изделий применяется при индивидуальном и мелкосерийном производстве, на стадии освоения новой продукции, по аварийным параметрам (размерам), при селективной сборке.

Выборочный контроль проводится во всех остальных случаях, чаще всего при крупносерийном и массовом производстве. Для сокращения затрат на контроль большой партии изделий (которую в математической статистике принято называть генеральной совокупностью) контролю подвергается только часть партии – выборка, формируемая по определённым правилам, обеспечивающим случайный набор изделий. Если число бракованных изделий в выборке превышает установленную норму, то вся партия (генеральная совокупность) бракуется.

3. Метрологические свойства и метрологические характеристики средств измерений. Классификация. Диапазон измерения, порог чувствительности. Точность, сходимость и воспроизводимость измерений.

Критерии качества измерений

Точность – качество измерений, отражающее е близость их результатов к истинному значению измеряемой величины.

Точность оценивают обратной величиной модуля относительной погрешности.

Достоверность – характеризует степень доверия к результатам измерения.

Правильность – качество измерений, отражающее близость к нулю систематической погрешности в результате измерений.

Сходимость – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений одного и того же параметра, выполненных одним и тем же средством измерения одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость – качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполненных в различных условиях.

4. Метрологические свойства и характеристики средств измерений. Классификация. Погрешность средств измерений и их классификация.

Классификация погрешностей:

1. Погрешности измерений

Систематическая, случайная, промаха, методическая, инструментальная, погрешность оператора.

2. Погрешность средств измерений:

По способу выражения:

- Абсолютные

- Относительные

- Приведенные

По характеру проявления:

- Случайные

- Систематические

По зависимости:

- Аддитивные

- Мультипликативные

По режимам измерений:

- Статические

- Динамические

По причине и условиям:

- Основные

- Дополнительные

По методу возникновения:

- Методические

- Инструментальные

Погрешности средств измерений:

1. Абсолютная погрешность – отклонение от результата измерения от действительного значения.

Дельта X = X измеренное – X действительное

2. Относительная погрешность – отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в процентах.

Дельта = (Дельта X / X действительное )*100%

3. Приведенная погрешность – отношение абсолютной погрешности к некоторому нормирующему числу, выраженная в процентах.

Гамма = (Дельта X / X нормирующее )*100%

4. Систематическая погрешность – составляющая погрешность измерения, принимаемая за постоянную или закономерно изменяющуюся.

5. Аддитивная погрешность – погрешность, которая не зависит от значения измеряемой величины.

6. Мультипликативная – зависит от значения измеряемой величины. Изменяется пропорционально измеряемой величине.

7. Статическая – погрешность средств измерений, используемых для измерения постоянной величины.

8. Динамическая – возникает при измерении изменяющейся во времени величины. Необходимо установить закон изменения.

9. Основная – погрешность при нормальных условиях. Нормальные условия: t = 20 градусов С, p = 760 мм рт ст, влажность 65-85 %.

10. Дополнительная – возникает при отклонении основных влияющих факторов от нормальных значений. Можно посмотреть в документах.

11. Методическая – возникает из-за несовершенства метода измерений, использования неверных предпосылок при измерениях и из-за влияния средств измерений на параметры сигналов.

12. Инструментальная – погрешность из-за несовершенства средств измерений и уменьшают их, применяя более точный метод.

5. Методика измерений. 5 факторов, влияющих на результат измерений.

Методика измерений – нормативный документ, по обеспечению единства измерений, в котором рассматривается последовательность применения средств измерения, вспомогательных устройств и способов обработки результатов измерения.

Разделы:

1. Назначение и область применения методики

Для одного вида измеряемого элемента детали могут быть описаны несколько видов измерений.

2. Требования к средствам измерения и к вспомогательным устройствам

Описаны средства измерений: тип, марка, наименование. Указание их на применяемом средстве измерения.

3. Алгоритм операций подготовки и выполнения измерения

Описание последовательности действий оператора по подготовке измерения.

4. Требования к факторам, влияющим на погрешность измерения

Условия проведения измерения.

5. Алгоритм обработки результатов измерений и оценка точности измерений.

6. Требования к квалификации оператора.

7. Требования к безопасности.

Методика измерений должна быть аттестована, т. е. должна быть установлена погрешность определения по данной методике. Погрешность складывается из составляющих: погрешность измерений и методические составляющие.

6. Метрологическая служба РФ. Цели и задачи, структура органов и служб.

Метрологическая служба. Цели и задачи. Структура службы.

Государственная метрологическая служба и иные государственные службы обеспечения единства измерений

1. Государственная метрологическая служба находится в ведении Госстандарта России и включает:

государственные научные метрологические центры;

органы Государственной метрологической службы на территории республик в составе Российской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт - Петербурга.

Госстандарт России осуществляет руководство Государственной службой времени и частоты и определения параметров вращения Земли (ГСВЧ), Государственной службой стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (ГССО) и Государственной службой стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов (ГСССД) и координацию их деятельности.

2. Государственные научные метрологические центры несут ответственность за создание, совершенствование, хранение и применение государственных эталонов единиц величин, а также за разработку нормативных документов по обеспечению единства измерений.

3. Органы Государственной метрологической службы осуществляют государственный метрологический контроль и надзор на территориях республик в составе Российской Федерации, автономной области, автономных округов, краев, областей, городов Москвы и Санкт - Петербурга.

4. Государственная служба времени и частоты и определения параметров вращения Земли осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по обеспечению единства измерений времени, частоты и определения параметров вращения Земли.

5. Государственная служба стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по разработке и внедрению стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов в отраслях народного хозяйства в целях обеспечения единства измерений на основе их применения.

6. Государственная служба стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов осуществляет межрегиональную и межотраслевую координацию работ по разработке и внедрению стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов в науке и технике в целях обеспечения единства измерений на основе их применения.

7. Положения об организациях и органах Государственной метрологической службы и иных государственных службах обеспечения единства измерений, перечисленных в пунктах 2, 3, 4, 5 и 6 настоящей статьи, утверждаются в соответствии с настоящим Законом Правительством Российской Федерации.

Важнейшие задачи ГМС: надзор за состоянием и применением средств измерения (с. и.), аттестованными методами выполнения измерений, эталонами единиц, соблюдением метрологических правил и норм, нормативными документами (НД) по обеспечению единства измерений.

Госстандарт России: ВНИИ, НПО(научно-производственное объединение), ТОГостРФ – центры стандартизации и метрологии, МС всех организаций и предприятий.

7. Система СИ. Основные, дополнительные, кратные, дольные и производные единицы. Основные внесистемные единицы.

Первая попытка систематизации была проведена во Франции, сгруппировали единицы длины, площади, объема, веса. Основные единицы: метр, кг.

1960 г. создание международной системы единиц СИ.

При выборе основных единиц исходили из того, чтобы:

1. Охватить системой все области науки и техники.

2. Создать основу образования производных единиц для различных ФВ.

3. Принять удобные для практики размеры основных единиц.

4. Выбрать такие единицы величин, воспроизведение которых с помощью эталонов возможно с наибольшей точностью.

В систему СИ сходят 7-мь основных величин:

Длина (l) метр (м)

Масса (M) кг

Время (T) с

Сила электрического тока (I) A

Термодинамическая температура t (тау) К (кельвин)

Сила света (J) кд

Кол-во вещества (мю) моль

А так же 2 дополнительные единицы:

Плоский угол – радиан

Телесный угол – стирадиан (ср)

Преимущества системы:

1. Унификация единиц.

Для каждой ФВ установлена 1 единица и системные образования кратных и дольных единиц.

2. Универсальность системы.

Система охватывает все области науки и техники.

3. Основные и большинство производных единиц имеют удобные размеры.

4. Когерентность – согласованность системы.

5. Четкое разграничение массы и силы.

6. Упрощение записи уравнений и формул за счет отсутствия в них переводных коэффициентов.

7. Лучшее взаимопонимание при дальнейшем развитии научно-технического прогресса.

ГОСТ 8.417 – 81 единицы ФВ. В этом ГОСТе описаны: основные, дополнительные, производные, дольные, кратные, правила образования дольных, кратных, когерентных, а также внесистемных единиц, которые применяют наравне с единицами СИ.

Основная ФВ – величина, входящая в систему и условно принятая в качестве независимой от другой величины этой системы.

Производная ФВ – ФВ, входящая в систему и определяемая через основные величины этой системы. (V=S/t).

Кратная единица – единица, в целое число раз большая системной или внесистемной единицы. (1 км = 1000 м).

Дольная единица – в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы. (1мм=0,001м).

Системная единица – единица, входящая в одну из систем.

Внесистемная – единица, не входящая ни в одну из систем (аршин, вершок, лошадиная сила).

Дольные и кратные единицы образуются с помощью приставок и множителей.

Множитель Приставка Обозначение

экса Э