Метрологические средства измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Метрологические средства измерения

План

1. Понятие об измерениях и их единицах

2. Единица измерения длины

3. Выбор измерительных средств

4. Метрологические показатели измерительных средств

5. Штангенинструменты

Заключение

Список использованной литературы

1. Понятие об измерениях и их единицах

Измерением называется нахождение значения искомой величины опытным путем с помощью специальных технических средств (например, измерение размера вала микрометром). Все вопросы, связанные с измерениями, регламентируются стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСОЕИ). Под единством измерений понимается такое их состояние, при котором результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения заданной точности называется метрологией. Термины и определения из области метрологии предусматривает ГОСТ 16263 - 70.

Для введения единообразия в единицах измерений в 1960 году была принята Международная система единиц, обозначаемая СИ (система интернациональная). Согласно стандарту (ГОСТ 9867 - 61) эта Международная система единиц введена в СССР с 1 января1963 года как предпочтительная во всех областях народного хозяйства, науки, техники и при преподавании.

Система СИ исключает необходимость подробного изучения множества систем единиц.

СИ содержит семь основных единиц, которые затрагивают измерения всевозможных параметров: механических, тепловых, электрических, магнитных, световых, акустических и ионизирующих излучений и в области химии. Основными единицами установлены: метр (м) - для измерения длины; килограмм (кг) - для измерения массы; секунда (с) - для измерения времени; градус Кельвина (°К) - для измерения температуры; ампер (А) - для измерения силы электрического тока; кандела (свеча) кд - для измерения силы света и моль - для измерения количества вещества.

2. Единица измерения длины

До 1960 года за международный эталон длины 1м принималось расстояние между серединами двух штрихов на бруске =>-<= образного сечения, сделанного из сплава платины с иридием. У этого эталона расстояние между серединами штрихов было невозможно измерить точнее ±0,1 мкм, что не отвечало требованиям современного состояния науки и техники. Недостатком эталона являлось и то, что он представлял собой металлический брусок, который при стихийном бедствии (например, землетрясении или наводнении) мог пропасть или потерять со временем точное значение метра.

В новой системе единиц 1 метр выражен в длинах световых волн атома криптона (газа), т. е. связан с естественной (природной) величиной. Теперь «метр - это длина, равная 1650 763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего оранжевой линии спектра криптона - 86».

Как известно, возбужденные пары и газы (например, криптон) излучают свет, который распространяется волнообразно и в спектре света образует ряд линий разного цвета. Оранжевая линия спектра этого света, принятая в качестве эталонной, имеет строго определенную длину, равную 0,6057 мкм.

Так как метр состоит из 1 миллиона микрометров мкм, то на длине эталона укладывается 1 650 763,73 длин световых волн.

При новом эталоне длина 1 м воспроизводится сейчас с погрешностью 0,002 мкм, которая меньше погрешности старого искусственного эталона метра в 50 раз.

Для воспроизведения метра в длинах световых воля создана специальная установка, основной частью которой является лампа в виде разрядной трубки, наполненная газом - криптоном.

3. Выбор измерительных средств

При выборе измерительных средств учитывают существующие организационно-технические формы контроля (сплошной или выборочный контроль, приемочный контроль или контроль для управления точностью при изготовлении, контроль ручной, механизированный и автоматический), масштаб производства (единичный, серийный, массовый), конструктивные характеристики измеряемых деталей (габариты, вес, расположение поверхностей, число контролируемых параметров и т.д.), точность изготовления деталей и другие технико-экономические факторы.

Выбор средств и условий измерений, обеспечивающих необходимую точность измерений, чрезвычайно важен для установления соответствия размеров и других параметров изготовленной детали требованиям чертежа (допускам, предельным значениям).

Каждый размер может быть измерен несколькими средствами с различными погрешностями измерения. Эти погрешности зависят от конструкции прибора (инструмента), точности изготовления его частей и сборки, условий настройки и применения и т.д. Измерение любым средством не дает абсолютно точного значения, так как за счет случайных (и неучтенных систематических) ошибок результат измерения несколько отклоняется от «истинного» значения в большую или меньшую сторону. Наибольшее возможное значение этого отклонения называют предельной погрешностью измерения. Погрешность годного прибора не должна превышать установленного предела, что обеспечивается систематической проверкой приборов, надзором за состоянием и использованием измерительной технике, организованным в соответствии с требованиями Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ).

Предположим, что мы измеряем каким-либо средством годный вал, но с размером, близким к наибольшему предельному. За счет ошибок измерения полученный в результате измерения действительный размер может быть несколько больше (выйдет за границу поля допуска и вал будет забракован) или несколько меньше (вал будет принят). Измеряя негодный вал, но с размером также близким к наибольшему предельному, мы за счет естественных ошибок измерения может принять вал или забраковать его. Таким образом, из-за погрешности измерения часть годных деталей будет забракована, часть негодных деталей будет принята; в партии принятых изделий будут детали с размерами, выходящими за пределы поля допуска. Применение средства измерения с большей предельной погрешностью приводит к увеличению количества таких деталей (до 5-8 % и более) и выходу размеров за пределы поля допуска (до 0,25 Т и более).

ГОСТ 8.051- 81 устанавливает ряды допускаемых погрешностей измерения. Значение допускаемых погрешностей измерения зависят от величины допуска, т. е. от номинального размера и квалитета (табл. 2.1) и составляют от 20% (для 10-17-го квалитетов) до 30-35% (точные квалитеты) от допуска Т. Допускаемая погрешность измерения определяет наибольшее значение погрешности измерения, при которой размер, полученный в результате измерения, может быть признан действительным.

4. Метрологические показатели измерительных средств

Метрология - это наука об измерениях, методах и способах достижения установленной точности. Она является основой измерительной техники. Метрология устанавливает единицы физических величин и систем государственных эталонов единиц. На основании метрологических разработок создаются образцовые средства измерений, стандартные методы и средства испытания контроля. В задачу метрологии входит надзор за эксплуатацией средств измерения. Единство измерения и правильность всех средств измерения, используемых в народном хозяйстве нашей страны. В его ведении находится

Калибры для гладких цилиндрических деталей.

Калибрами называют бесшкальные средства измерений, предназначенные для контроля и ограничения отклонений размеров, формы и взаимного расположения поверхностей деталей.

Рис. 1

В отличие от измерительных средств, оснащенных шкалами, калибры не определяют числового значения измеряемого параметра, но могут определить годность детали (годная или брак).

В машиностроении применяются предельные калибры, ограничивающие наибольшие и наименьшие предельные размеры деталей, и нормальные калибры, позволяющие судить о годности детали по наличию зазора между ней и калибром.

К нормальным калибрам относятся щупы для проверки зазоров между плоскостями, шаблоны (радиусные, резьбовые и др.), некоторые конусные калибры.

Предельный калибр для контроля годности гладких отверстий называется калибром-пробкой, для контроля годности гладких валов - калибром-скобой. Эти калибры имеют проходную и непроходную стороны (на калибре клеймятся буквы ПР и НЕ).

Размер проходной стороны (проходного калибра) пробки соответствует наименьшему предельному размеру D_min отверстия, скобы - наибольшему предельному размеру < 2_тах вала.

Размер непроходной стороны (непроходного калибра) пробки соответствует наибольшему предельному размеру D_max отверстия (см. рис. 94, а), скобы - наименьшему предельному размеру <2_mi_n вала.

Деталь считается годной, если под собственной тяжестью проходной калибр проходит (пробка входит в отверстие, скоба «надевается» на вал), а непроходной - не проходит. Поверхности калибров при этом должны быть слегка смазаны.

Таким образом, предельные калибры позволяют рассортировать детали на три группы: 1) годные, 2) брак исправимый, 3) брак неисправимый.

Брак по непроходной стороне (калибр проходит) всегда неисправимый, по проходной (калибр не проходит) - исправимый.

Конструкции и размеры калибров стандартизированы. Выпускаются: пробки двухсторонние с цилиндрическими вставками (для малых размеров); со вставками (рис. 95, а) и коническим хвостиком (1 - 50 мм); пробки с цилиндрическими насадками (рис. 95, б); неполные пробки (50 - 150 мм, рис. 95, в) и др.; скобы листовые односторонние (1 - 100 мм, рис. 95, г); скобы штампованные односторонние (3 - 50 мм); скобы двухсторонние (3 - 100 мм, рис. 95, д), скобы односторонние с ручкой и др.

Рис. 2

Указанные калибры (скобы) относятся к нерегулируемым и предназначены для контроля определенного размера. Выпускаются также регулируемые скобы, которые можно перестроить для контроля других размеров.

Калибры изготавливают из инструментальных и углеродистых цементируемых сталей; используются и износостойкие твердосплавные калибры.

5. Штангенинструменты

К распространенным средствам для измерения наружных и внутренних размеров, относятся различные штангенинструменты: штангенциркули для измерения наружных и внутренних размеров, штангенглубиномеры для измерения глубин (отверстий, пазов, высоты уступов) и штангенрейсмусы для измерения размеров по высоте деталей и для разметки.

В основу устройства штангенинструментов положены линейка с делениями в 1 мм (штанга) и вспомогательная шкала-нониус, перемещающаяся по основной линейке - штанге. Вспомогательная шкала - нониус позволяет отсчитывать доли деления основной шкалы. Нониусное устройство основано на разности интервалов делений основной шкалы и шкалы нониуса.

Нониусы имеют величину отсчета 0,1; 0,05; 0,02мм при расстоянии между штрихами нониуса соответственно 0,09; 0,95; 0,98мм. Деления на штанге наносят через 1мм. Штрихи на нониусе и штанге выполняют толщиной 0,1мм. Штангенциркули изготовляют с верхним пределом измерения от 125 до 2000мм.

Штангенциркули проверяют концевыми мерами 3-го класса при величине отсчета 0,05 и 0,02мм и 4-го класса при величине отсчета 0,1мм

Штангенциркуль - это измерительный инструмент, который служит для измерения наружных и внутренних диаметров, длин, толщин, глубин и т. д.

Изготовляются штангенциркули трёх видов: ШЦ-I, ШЦ-II и ШЦ-III.

Штангенциркуль ШЦ-I (рис в ) c двусторонним расположением губок предназначен для наружных и внутренних измерений, он имеет линейку для измерения глубин. Пределы измерений 0-125мм и значение отсчета 0,1мм.

Штангенциркуль ШЦ-II (рис а) с двусторонним расположением губок предназначен для измерения и для разметки. Пределы измерения 0-200 и 0-320мм. Значение отсчета 0,05мм и 0,1мм.

Штангенциркуль ШЦ-III (рис б) с односторонними губками предназначен для наружных и внутренних измерений. Пределы измерения 0-500мм при значении отсчета 0,05 и 0,1мм и 240-710, 320-1000, 500-1400, 800-2000мм при значении отсчета 0,1мм.

Штангенциркули могут быть изготовлены с раздельными нониусами, для наружных и внутренних измерений тогда на шкале для внутренних измерений выдавлено слово «внутренний».

У штангенциркулей с одним нониусом нанесен размер сдвинутых губок для внутренних измерений, который необходимо учитывать при измерениях.

Штангенрейсмас (Рис 3) применяется для измерения размеров и разметки высот. Основными его узлами являются: штанга 1, нониус 8, рамка 2, основание 3 с полоской опорной поверхностью, рамка 4, ножки 6 и 5 и узел микрометрической подачи 7. Остро заточена ножка 6, служит для разметки, ножка 5- для измерения высот. Штангенрейсмасы изготовляют с верхними пределами измерения от 200 до 1000мм. Принцип измерения или установки размера такой же, как и для штангенциркуля.

Штангенглубиномер совмещается со штангенциркулем или выполняется как самостоятельный инструмент. Он состоит из штанги и траверсы с плоской измерительной поверхностью. Измеряемый размер детали соответствует расстоянию от торца штанги до нижней плоскости траверсы.

Верхние приделы измерения штангенглубиномерами составляют 100-500 мм.

Измерение размеров производится аналогично измерению штангенциркулем.

Шкальный инструмент не пригоден для пользования при наличии светового зазора между измерительными губками, искривлении штанги, несовпадение нулевых рисок штанги и нониуса, повреждении мерительных поверхностей и т. п.

Рис. 3

1- губки для наружных и внутренних измерений; 2- губки для наружных измерений и разметки; 3- рамка; 4- стопорный винт для зажима рамки; 5- стопорный винт для зажима рамки микрометрической подачи; 6- рамка микрометрической подачи; 7- штанга; 8- шкала штанги; 9- гайка и винт микрометрической подачи; 10- нониус; 11- губки для наружных измерений; 12- губки для внутренних измерений; 13- линейка глубиномера; 14- основание; 15- хомутик; 16- измерительная ножка; 17- разметочная ножка.

метрология штангенинструмент микрометрический

Микрометрические инструменты.

Микрометрические инструменты предназначены для измерения абсолютным методом охватывающих (отверстий), охватываемых (валов) и ступенчатых (глубин, пазов) размеров изделий. Цена деления инструментов обычно равна 0,01 мм. Кроме традиционных, выпускаются микрометрические инструменты (и штанген-инструменты) более высокой точности с цифровым отсчетом, в которых шкалы (нониусы) дополнены или заменены на табло на жидких кристаллах; предусмотрено подключение печатающего устройства для регистрации данных измерений.

В измерительных инструментах используется принцип винтовой пары: микрометрический винт - гайка, которая преобразовывает вращательное движение винта в поступательное. Подобные микрометрические пары применяются также в некоторых приборах: инструментальных микроскопах, проекторах и др.

Рис. 4

По конструкции и назначению инструменты разделяются на несколько групп: гладкие микрометры, микрометрические нутромеры, микрометрические глубиномеры и специальные микрометры - листовые, трубные, резьбовые, зубомерные и др.

Гладкий микрометр (тип МК) предназначен для измерения наружных размеров деталей (рис. 99). Микрометр состоит (см. рис. 99, а) из скобы 1, в которую запрессованы пятка 2 с измерительной поверхностью на торце и стебель 4. На стебле имеются внутренняя микрометрическая резьба (разрезная гайка 7), относительно которой перемещается микрометрический винт 5, и наружная коническая резьба. При навинчивании гайки 8 разрезная гайка 7 немного сжимается за счет прорезей в конической части. Таким образом, регулируется (для компенсации износа) зазор в микрометрической паре.

Микровинт имеет резьбу с шагом Р=0,5 мм и заканчивается точно доведенной измерительной поверхностью 3, строго параллельной измерительной поверхности пятки 2. Винт 5 и барабан 6 жестко связаны с помощью колпачка 9, в котором находится храповой механизм трещотки 10, предназначенной для стабилизации измерительного усилия.

Микровинт в заданном положении закрепляется стопорным кольцом или винтом 11.

Каждый микрометрический инструмент имеет две шкалы: одна нанесена на наружной поверхности стебля 4 (см. рис. 99), другая - на скошенной части барабана 6. На стебле сделана продольная риска, выше которой нанесены штрихи с миллиметровыми делениями, а ниже - штрихи, делящие каждый миллиметр между верхними штрихами пополам (см. рис. 99, б). На барабане 6 (см. рис. 99) по окружности нанесено п = 50 равноудаленных штрихов. По делениям, нанесенным на стебле, перемещение барабана, а следовательно, и микрометрического винта можно контролировать с точностью 0,5 мм.

Рис. 5

При шаге резьбы Р = 0,5 мм за один оборот микровинта барабан (вместе с микровинтом) переместится на 0,5 мм. При повороте же барабана на одно деление барабан и винт сместятся на 1/50 шага резьбы. Таким образом, цена деления инструмента с = р/_п = 0,5/50 = 0,01 мм.

На рис. 4, б отсчет равен 12,71 мм. Нулевой штрих барабана «прошел» 12,5 делений стебля; с риской стебля совпадает 21 штрих барабана. Так как одно деление шкалы барабана соответствует изменению размера (перемещению микровинта) на 0,1 мм, то 21 штрих и торец барабана указывает, что измеряемый размер равен 12,5 + 0,21 = 12,71 мм.

Гладкие микрометры МК выпускаются с пределами измерения 0 - 25 мм, 25 - 50 мм, 50 - 75 мм и т. д. до 275 - 300 мм, а далее - 300 - 400 мм, 400 - 500 мм, 500 - 600 мм. Измерительное усилие - 5-9 Н (для инструмента с пределами измерения 0 - 100 мм).

Микрометрические нутромеры предназначены для измерения внутренних размеров от 50 до 10 000 мм (пределы измерения 50 - 75 мм, 75 -175 мм, 75 - 600 мм, 150 - 1250 мм, 800 - 2500 мм, 1250 - 4000 мм, 2500 - 6000 мм, 4000 - 10 000 мм). По своему устройству нутромеры сходны с гладкими микрометрами. Нутромер (рис. 100) состоит из микровинта 2, соединенного с барабаном 2, гильзы 3 со стопором 4 и пятки 5.

В пятке находится одна сферическая измерительная поверхность, в наконечнике 6 - другая. Рабочий ход винта обычно составляет 13 мм, поэтому для увеличения пределов измерения устанавливают удлинители (поставляются в комплекте с нутромером), которые после снятия колпачка с пяткой 5 (см. Рис. 5) навинчивают на гильзу.

Гладкие микрометры при измерениях размеров свыше 25 мм и нутромеры проверяют на нуль с помощью установочных мер 12 (см. Рис. 4, а), которые также входят в комплект.

Заключение

На заводах широкое применение имеют приборы для проверки цилиндрических деталей на биение в центрах, выпускаемые Челябинским заводом трех моделей с ценой деления отсчетного устройства 0,001 мм. Наибольшее расстояние между центрами показано в обозначениях моделей приборов: ПБМ-200; ПБМ-500 и ПБ-1400, а высота центров соответственно будет 75, 125 и 235 мм.

В целях повышения производительности и объективности контроля целесообразно совмещать контроль отклонений формы и расположения поверхностей с контролем диаметральных и линейных размеров деталей на одном приспособлении или приборе. Специальные контрольные приспособления и приборы для контроля отклонений формы и положения поверхностей у различных по конфигурации и габаритам деталей выпускаются по особым заказам.

Список использованной литературы

1. Дымов Ю.В. Метрология, стандартизации сертификации: Учебник для вузов.-2-е изд. - М.: Издательская корпорация «Питер» - 432 стр.

2. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. - М.: Аудит, ЮНИТИ, 1998. - 479 стр.

3. Лифиц И.М. «Основы Стандартизации Метрологии и сертификации», М., «Юрайт», 2000 - 268 с.

Размещено на Allbest.ru