Выбор средств измерений

Выбор средств измерений связан с множеством факторов, характеризующих метрологические параметры средства измерения, конструктивно-технологические особенности измеряемых величин, задачами на измерение этих величин, разнообразных организационных, технических и экономических факторов и т.д.

Выбор средств измерений определяется измеряемой величиной, принятым методом измерений и требуемой точностью результата измерений. Измерения с применением средств измерений недостаточной точности малоценны (даже бессмысленны), так как могут быть причиной неправильных выводов. Применение излишне точных средств измерений экономически невыгодно. Учитывают также диапазон измерений измеряемой величины, условия измерений, эксплуатационные качества средств измерений, их стоимость.

Основное внимание уделяют погрешности средства измерений. При этом добиваются выполнения условия:

Δ_∑ = Δ_мод + Δ_м + Δ_СИ + Δ_усл + Δ_о ≤ Δ_Д , ( 8 )

где Δ_Д – предельно допускаемая погрешность результатов измерений;

предельно допустимые погрешности: Δ_мод – модели измерений, Δ_м – метода измерений, Δ_СИ – средства измерений, Δ_усл – дополнительные погрешности, обусловленные воздействием влияющих факторов, условий измерений, Δ_о – оператора.

Выбор средств измерений должен производиться с учётом погрешностей, допускаемых при измерении и заданных в соответствующих нормативных документах.

В случае если допустимая погрешность не предусмотрена в соответствующих нормативных документах, предельно допустимая погрешность измерения должна быть регламентирована в технической документации на изделие.

Главным критерием выбора средств измерений является соответствие средств измерения требованиям достоверности измерений, получения настоящих (действительных) значений измеряемых величин с заданной точностью при минимальных временных и материальных затратах.

При выборе и назначении средств измерений необходимо руководствоваться следующими принципами и условиями:

- соотношение погрешности средств измерений и допуска измеряемого параметра должно соответствовать требованиям нормативных документов;

- условия эксплуатации средств измерений должны соответствовать рабочим условиям выбираемого средства измерений;

- средство измерений должно обеспечивать достоверность измерений при минимальных экономических затратах;

- при прочих равных условиях следует отдавать предпочтение средствам измерений с более высоким уровнем автоматизации;

- отдавать предпочтение унифицированным средствам измерений;

- отдавать предпочтение средствам измерений отечественного производства при идентичности метрологических характеристик средств измерений, приобретаемых за рубежом;

- применение средств измерений самых низких классов точности или широко применяемых в случае отсутствия допуска на нефункциональный контролируемый параметр;

- соответствие более высокому классу точности прибора наиболее благоприятных условий для эксплуатации (отвечающих требованиям нормативной документации на данное средство измерений);

- во вновь разрабатываемой документации не должны назначаться средства измерений снятые с производства, но ещё находящиеся в эксплуатации.

Для оптимального выбора средств измерений необходимо обладать следующими исходными данными:

1) номинальным значением измеряемой величины;

2) величиной разности между максимальным и минимальным значением измеряемой величины, регламентируемой в нормативной документации;

3) сведениями об условиях проведения измерений.

Если необходимо выбрать измерительную систему, руководствуясь критерием точности, то ее погрешность должна вычисляться как сумма погрешностей всех элементов системы (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) в соответствии с установленным для каждой системы законом.

Предварительный выбор средств измерений производится в соответствии с критерием точности, а при окончательном выборе средств измерений должны учитываться следующие требования:

1) к рабочей области значений величин, оказывающих влияние на процесс измерения;

2) к габаритам средства измерений;

3) к массе средства измерений;

4) к конструкции средства измерений.

При выборе средств измерений необходимо учитывать предпочтительность стандартизированных средств измерений.

Стандартизованное средство измерений – средство измерений, изготовленное и применяемое в соответствии с требованиями национального или отраслевого стандарта.

Комплексность задачи выбора средств измерения определила необходимость разработки различных способов выбора средств измерения. Прежде всего, выбранное средство измерения должно соответствовать по своей конструкции и габаритам для установки измеряемой детали и подходов измерительных устройств к измеряемой величине.

В массовом производстве основными средствами измерения являются высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерения и контроля.

В серийном производстве основными средствами измерения и контроля служат предельные калибры, шаблоны, специальные контрольные приспособления и при необходимости универсальные средства измерения.

В мелкосерийном и индивидуальном производстве основными являются универсальные средства измерения.

Выбор средств измерений по точности должен осуществляться с учётом:

- допустимых отклонений на параметры (если не оговорено иначе);

- выбранной методики выполнения измерений и достоверности контроля;

- требуемой группы исполнения, определяемой условиями их использования в процессе производства, производственного контроля и эксплуатации изделия.

Допускаемые погрешности измерений (δ) в зависимости от допусков на изготовление деталей (IT) при осуществлении измерения линейных размеров до 500 мм при приемочном контроле устанавливает ГОСТ 8.051. В соответствии с названным стандартом допускаемые погрешности измерений (δ) должны составлять 35-20 % от допуска изготовления детали (IT). Допускаемая погрешность измерения включает случайные и неучтенные систематические погрешности измерения. Случайная погрешность измерения не должна превышать 0,6 допускаемой погрешности измерения и принимается равной 2σ, где σ – значение среднего квадратического отклонения погрешности измерения. При арбитражной перепроверке принятых деталей погрешность измерения не должна превышать 30% погрешности, допускаемой при приемочном контроле.

Значение допустимой погрешности измерений на угловые размеры установлены по ГОСТ 8.050.

Погрешности измерения, устанавливаемые в стандартах, являются наибольшими допускаемыми погрешностями измерений, включающими в себя все составляющие, зависящие от измерительных средств, установочных мер, температурных деформаций, базирования и т.д.

Основным критерием выбора средств измерений по точности должно быть соотношение между пределом допускаемой основной абсолютной погрешности измерения выбранного средства измерений (Δ) и полем допуска измеряемой величины (Д).

Предел допускаемой основной абсолютной погрешности выбранного средства измерений должен отвечать требованиям:

Δ ≤ 0,33 Д ( 9)

Предел допускаемой основной погрешности может быть выражен в относительных величинах (относительная погрешность измерения). Тогда она должна быть меньше или равна тридцати трем процентам поля допуска, если нет других специально оговоренных ограничений.

Допуск относительно номинального размера может располагаться односторонне, симметрично и асимметрично. Расположение допуска относительно номинального размера на выбор средств измерений не влияет, так как при расчёте предела допускаемой погрешности следует брать всё поле допуска.

Выбор средств измерений производится по стандартам и техническим условиям на конкретные средства измерений для нормальных условий их применения, отражённых в ГОСТ 8.050, ГОСТ 8.395, ГОСТ 15150 и технических условиях на средства измерений.

Нормальными условиями измерений принято считать условия измерений, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости.

Нормальные условия измерений устанавливаются в нормативных документах на средства измерений конкретного типа или по их поверке (калибровке).

Следует различать рабочие условия измерений и предельные условия измерений.

Рабочими условиями измерений принято считать условия измерений, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей.

Рабочей областью является область значений влияющей величины, в пределах которой нормируют дополнительную погрешность или изменение показаний средств измерений.

Предельными условиями измерений принято считать экстремальные значения измеряемой и влияющих величин, которые средство измерений может выдержать без разрушений и ухудшения его метрологических характеристик.

При выборе средств измерений с целью применения их в рабочих условиях, когда значения влияющих величин отличаются от нормальных, установленных в стандартах, технических условиях на средства измерений конкретного вида, необходимо учитывать зависимость показаний средств измерений от влияющих величин, и, на основе этого, следует вносить поправки в показания средств измерений или применять корректирующие устройства.

Поправки должны определяться по нормированным для рабочих условий метрологическим характеристикам, указанным в паспортах на средства измерений.

Выбор и назначение средств измерений осуществляют подразделения, разрабатывающие:

а) технологические процессы измерений продукции, её составных частей и материалов;

б) нормативную документацию на методики выполнения измерений:

- при лабораторных исследованиях;

- в производстве при контроле качества;

- при испытаниях и эксплуатации продукции, её составных частей и материалов;

- с целью обслуживания оборудования и средств измерений.

Выбор методов и средств измерений по заданным исходным данным производит высококвалифицированный персонал, хорошо знакомый с физическими основами измерений, методами нормирования метрологических характеристик и расчета по ним погрешностей средств измерений в реальных условиях их применения, с методами представления и использования результатов и погрешностей измерений.

Для выполнения измерений в процессе производства продукции назначаются рабочие средства измерений.

Контрольные вопросы

1. Что такое класс точности? Что является основой для присвоения измерительным приборам того или иного класса точности?

2. В каких документах устанавливается класс точности конкретного средства измерений? Где указывается обозначение класса точности?

3. Как обозначается класс точности средств измерений, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать в форме абсолютных погрешностей?

4. Вольтметр класса точности 0,5 с пределом измерений 0…200 В показывает 180 В. Чему равен предел допустимой погрешности измерений прибора?

5. Амперметр класса точности 0,02/0,01 со шкалой от -50 А до +50 А показывает 25 А . Чему равна предельная относительная погрешность прибора

6. Назовите факторы, влияющие на результат измерений.

7. Назовите основной постулат метрологии?

8. Что такое нормальные условия измерений?

9. Как классифицируют погрешности по способу выражения?

10. Как принято подразделять погрешности по характеру проявления?

11. Каковы причины возникновения грубых погрешностей?

12. Как можно уменьшить случайные погрешности?

13. Каким образом можно исключить или уменьшить систематические погрешности?

14. Какие различают погрешности в зависимости от места их возникновения?

15. Как подразделяют погрешности по влиянию внешних условий?

16. Как классифицируют погрешности по зависимости абсолютной погрешности от значений измеряемой величины?

17. Назовите показатели качества измерений.

18. Какими факторами определяется выбор средств измерений?

19. Какими принципами руководствуются при выборе и назначении средств измерений?

20. Какими исходными данными необходимо обладать для оптимального выбора средств измерений?