Расчет погрешности в зависимости от условий применения средств измерения.
методическая разработка по теме

Государственное бюджетное  профессиональное образовательное учреждение Воронежской области

«ВОРОНЕЖСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ         ТЕХНИКУМ»

 Рассмотрено на заседании                     УТВЕРЖДАЮ

 цикловой комиссии                                Зам. директора по УМР

 Протокол от ___________№____          ______________Ю.Н. Козырев

                        МЕТОДИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ

                           для практической работы    №21

          Расчет  погрешности в зависимости от условий применения

                                  средств измерения.

     Дисциплина: метрология, стандартизация и сертификация

     Специальность: 27.02.02 Техническое регулирование и управление качеством

                                                                Разработал:

                                                               Преподаватель:             Сулимова Е.П.

                                                               Председатель:               Сулимова Е.П.

                                          г. Воронеж, 2018

Тема работы: Расчет погрешности    в зависимости от условий применения средств измерения

Цель работы:

-приобрести навыки определения погрешности  измерения линейных и угловых  размеров при отклонении условий от нормальных.

                 Теоретическое обоснование работы    

         Погрешности измерений зависят от различных причин, среди которых не последнее   место занимает влияние факторов окружающей среды: температуры, атмосферного давления, влажности, действия различных сил и полей. Часто влияние этих факторов приводит к резкому увеличению  действительной погрешности измерения вследствие   появления  дополнительных источников  погрешности. Задача экспериментатора свести  действительную погрешность измерений к минимуму. Этого можно добиться, проводя измерения в т. называемых нормальных условиях. Результаты измерений, выполненных в условиях, выходящих  за пределы нормальных,  для сопоставимости   с другими сериями результатов должны приводиться  к нормальным  значениям влияющих величин, то есть к нормальным условиям.

Нормальные условия  выполнения линейных и угловых измерений    регламентирует ГОСТ 8.050-73. Стандарт устанавливает нормальные значения следующих основных  влияющих величин:

температура  окружающей среды                                  20º С;

атмосферное давление                                       101 324,72 Па (760 мм рт. ст.);

относительная влажность окружающего воздуха         58 % и др.

Допускаемые  значения   погрешности  средства измерения, используемого для конкретных линейных или угловых  измерений,  выбираются из таблиц ГОСТ 8.050.   Действительное значение  инструментальной погрешности δин л

зависит от диапазона размеров измеряемых деталей (от их размерных допусков    Δл).  Действительное значение инструментальной погрешности и допуски размеров заданы в  мкм.  ГОСТ 8.050-73 регламентирует 14 рядов  пределов допускаемой погрешности, заданных в виде  таблиц. Ряды обозначаются римскими цифрами.  Отношение  пределов допускаемых погрешностей измерений к  величине допуска составляет 35 % для рядов I-VIII; 30 %  для рядов  IX-X;  25 %  для рядов XI-XII;  20 % для рядов XIII-XIV (ГОСТ 8.050).   Точность измерения угловых размеров определяется пятью степенями точности.

Нормальной областью  значений влияющих величин  при линейных измерениях является  область, в которой выход  действительного значения инструментальной погрешности (погрешности средства измерения) за  предел  допускаемой  основной погрешности средства измерения (погрешности, которую имеет средство измерения при нормальных условиях)    не превышает значений, указанных в таблицах ГОСТ 8.050-73.

Для установления нормальных пределов  значений влияющих величин  ГОСТ 8.050 нормирует ряд  факторов, оказывающих непосредственное воздействие на результаты измерения. Ниже приводятся основные требования к этим факторам.

Пределы отклонения влажности воздуха в рабочем пространстве от нормального  ±20 %.

Направление  линии  измерения линейных размеров до 160 мм у наружных поверхностей – вертикальное, в остальных случаях – горизонтальное (90º от направления силы тяжести).  

Положение  плоскости измерения углов – горизонтальное.

Погрешность СИ, вызванная контактными  деформациями в месте  соприкосновения  измерительного наконечника и объекта измерений, не должна превышать 0,1 допускаемой  погрешности измерения, что должно обеспечиваться выбором материала и формы измеряемых поверхностей, а также нормированием измерительного усилия.

Шероховатость измеряемых поверхностей также нормируется.

Наибольшее внимание ГОСТ 8.050-73 уделяет влиянию температуры на качество проведения линейных и угловых измерений. Средства измерений должны находиться  в соответствующих условиях  не менее 24 часов до начала измерений.  Время выдержки образцов в рабочем пространстве перед измерениями     зависит от  массы  объекта измерения (кг) и от разности температуры объекта и рабочего пространства.  В рабочее пространство не рекомендуется помещать объекты измерения с отклонением температуры от нормальной более, чем на 1,5-5º С (в зависимости от  выбранного ряда погрешности) при проведении линейных измерений и не  более  ±3,5º С при проведении угловых измерений.  

На практике  линейные и угловые  измерения приходится проводить не только в лабораторных, но и в цеховых условиях, на полигонах, когда  не всегда есть возможность обеспечить  нормальные условия измерений. Для  возможности сопоставления результатов вводятся  эмпирические формулы оценки погрешностей, вызванных  отклонением условий измерений от нормальных.

Погрешность измерения Δl (мм), вызванную  отклонениями от нормальной температуры и разностью коэффициентов линейного расширения материалов детали и измерительного средства, вычисляют по формуле

                         Δl=l(α1Δt1-α2Δt2),

l – измеряемый размер, мм;

α1  - температурный коэффициент линейного расширения  материала детали;

α2  - температурный коэффициент линейного расширения материала СИ;

Δt1 =t1-20º C – разность температур детали и нормальной;

Δt2 =t2-20º C -  разность  температур СИ и нормальной.

Особенно важно учитывать температурный режим при большой разности температурных коэффициентов линейного расширения детали и средства измерения или при измерении крупногабаритных деталей

                   Порядок  выполнения работы.

1. Записать тему и цель работы в тетрадь.
2. Ознакомиться с теоретическим обоснованием работы.
3. Записать  нормальные условия проведения измерений.
4. Ответить на контрольные вопросы (письменно).
5. Выполнить предложенные ниже задания.

                      Контрольные вопросы:

1.С какой целью установлены требования  к нормальным условиям выполнения измерений линейных и угловых размеров?

2.Что является  нормальной областью значений влияющих величин при линейных и угловых измерениях?

3.Какие основные факторы оказывают влияние на погрешность   линейных и угловых измерений?

4.Каковы должны быть направление  линии измерений линейных размеров и положение плоскости измерения угловых размеров?

5.Допустимо ли проводить  угловые измерения, если отклонение температуры объекта и температуры рабочего пространства от  нормального составляет 4˚ С; 2˚ С?

                            Задание

Вариант №1

№1

Необходимо провести линейное измерение объекта номинальным размером  ø25 мм. Действительное значение допускаемой инструментальной погрешности δин л соответствует ряду X. Пользуясь    таблицей  1  приложения А, определить пределы допускаемого отклонения температуры объекта измерения и рабочего пространства от нормального значения.

Пользуясь таблицей 2, определить  время выдержки (ч) объекта измерения в рабочем пространстве до начала измерения, если отклонение температуры  на поверхности объекта измерения составляет 3˚ С, масса объекта 0,5 кг.

Определить  предел допускаемых отклонений от нормального направления линии измерения   и ориентации СИ и объекта измерения. Для этого воспользуйтесь таблицей 3 приложения А.

№2

Необходимо провести измерение угловых размеров. Пользуясь таблицей 4, определите каким должно быть  максимальное отклонение от нормального положения плоскости измерения угла и параметров ориентации СИ и объекта измерения, если проводится измерение 3й степени точности.?  

№3

Пользуясь эмпирической формулой, определить  погрешность, вызванную отклонением температуры от нормальной, при  измерении алюминиевого цилиндра длиной l=18 мм стальным микрометром. Известно, что в момент измерения температура объекта измерения t1=15ºС, температура средства измерения  t2=16º С. Температурный коэффициент линейного расширения     алюминия α1=23,7·10-6 град-1; температурный коэффициент линейного расширения  стали α2=10,5·10-6 град-1.

Вариант №2

№1

Необходимо провести линейное измерение объекта номинальным размером  ø75 мм. Действительное значение допускаемой инструментальной погрешности δин л соответствует ряду VII. Пользуясь  таблицей 1   приложения А определить пределы допускаемого отклонения температуры объекта измерения и рабочего пространства от нормального значения.

Пользуясь таблицей  2 определить  время выдержки (ч) объекта измерения в рабочем пространстве до начала измерения, если отклонение температуры  на поверхности объекта измерения составляет 2˚ С, масса объекта 2 кг.

Определить  предел допускаемых отклонений от нормального направления линии измерения   и ориентации СИ и объекта измерения. Для этого воспользуйтесь таблицей 3 приложения А.

№2

Необходимо провести измерение угловых размеров. Пользуясь таблицей 4, определите каким должно быть  максимальное отклонение от нормального положения плоскости измерения угла и параметров ориентации СИ и объекта измерения, если проводится измерение 1й степени точности.?  

№3

Пользуясь эмпирической формулой, определить погрешность, вызванную отклонением температуры от нормальной, при измерении диаметра отверстия медной детали, равного D=8,5 мм, индикаторным нутромером, измерительный стержень которого выполнен из стали. Известно, что в момент измерения  температура  объекта измерения t1=18º C, температура средства измерения  t2=19º C. Температурный коэффициент линейного расширения меди α1=16,7·10-6 град-1, температурный коэффициент линейного расширения стали α2=10,5·10-6 град-1.

Список использованной литературы:

1.ГОСТ 8.050-73 ГСИ.  Нормальные условия выполнения линейных и угловых  измерений.- М.: Издательство стандартов, 1988.

2.Кострицкий В.Г., Кузьмин А.И.  Контрольно-измерительные приборы  в машиностроении. – К.: Техника, 2000.

Приложение А

         Нормальные пределы значений влияющих величин

                                                                                                          Таблица 1

                      Отклонение температуры, ˚ С, для рядов

                                                                                                          Таблица 2

                         Время выдержки, ч, для рядов

                                                                                                           Таблица 3

Пределы допускаемых отклонений от нормального направления линии измерения и параметров ориентации СИ и объекта измерения.

                                                                                                           Таблица 4

Пределы  допускаемых отклонений от нормального положения плоскости измерения углов и параметров ориентации СИ и объекта измерения.