Измерения. Выбор средств измерений

1. Основные положения

2. Измерение геометрических величин (измерение длины)              

3. Измерение физических величин                                                        

4. Измерение давления                                                                          

5. Измерение массы                                                                               

6. Измерение температуры                                                                   

7. Измерение твёрдости                                                                        

8. Измерение силы                                                                                  

9. Измерение электрических величин - напряжения,

силы тока, сопротивления и мощности                                                   

10. Измерение. Методы неразрушающего контроля

Измерение геометрических величин (измерение длины)     

Измерение геометрических величин осуществляется путём линейных и угловых измерений размеров.

Основная единица длины в современной Международной системе единиц - метр.

Линейные размеры могут быть выражены в кратных и дольных единицах.

1 метр (м) = 100 сантиметрам (см) = 1000 миллиметрам (мм) =

1 000 000 микрометрам (мкм).

Правила нанесения размеров и их предельных отклонений на чертежах и в другой технической документации устанавливает ГОСТ 2.307.

Предельные отклонения размеров, а также предельные отклонения формы и расположения поверхностей являются основанием для определения требуемой точности изделия при изготовлении и контроле.

Линейные размеры и их предельные отклонения на чертежах и в спецификациях указывают в миллиметрах, без обозначения единицы измерения.

Для размеров и предельных отклонений, приводимых в технических требованиях и пояснительных надписях на поле чертежа, обязательно указывают единицы измерения (ГОСТ 2.307).

Правила обозначения шероховатости поверхностей, и правила нанесения их на чертежах изделий устанавливает ГОСТ 2.309.

Так как шероховатость поверхности в процессе сборки и эксплуатации изделия может привести к дополнительным отклонениям размера и формы за счёт износа микро неровностей при трении или в результате их смятия и сглаживания при запрессовке под действием нагрузок, необходимо указывать в конструкторской документации наиболее грубый предел допускаемых значений шероховатости.

Требования к шероховатости поверхности не включают требований к дефектам поверхности, поэтому при контроле шероховатости поверхности влияние дефектов поверхности должно быть исключено.

За единицу измерения плоского угла в Международной системе единиц «СИ» принят радиан - угол между радиусами (сторонами угла), вырезающий на окружности дугу, длина которой равна радиусу.

Радиан используют в расчётах, а на чертежах и при измерении угловые размеры и предельные отклонения угловых размеров указывают во внесистемных единицах градусах, минутах и секундах.

Обозначение единиц измерения плоского угла:

градус- «°»;

минута - «’»;

секунда - «"».

Соотношение между угловыми единицами:

1° = 1/360 полного оборота = 2тт/З60 рад = 0,017453 рад;

1’ = 1/60° = тт/108 х 10^-2 рад = 0,000 291 рад;

1’’ = 1/60’’ = тт/648 х 10^-3 рад = 0,000 005 рад.

6.6 При измерении геометрических величин следует учитывать влияние на результаты измерений внешних условий: температуры окружающей среды, атмосферного давления, относительной влажности и других нормальных условий выполнения измерений линейных и угловых величин, регламентируемых ГОСТ 8.050.

Линейные измерения

Числовое значение физической величины длины в машиностроении называется размером.

За размер принимается расстояние между двумя точками.

Значение физической величины, которое идеальным образом характеризовало бы в качественном и количественном отношении соответствующую физическую величину называется истинным значением величины.

На практике «истинное значение физической величины длины» заменяется «действительным значением», то есть значением полученным путём измерений и настолько близким к истинному значению, что в условиях измерительной задачи может быть использовано вместо него.

В зависимости от количества выявленных размеров методы и средства линейных измерений следует разделять на дифференцированные (поэлементные) и комплексные.

Дифференцированным (поэлементным) называется измерение, при котором у детали сложной формы каждый составляющий элемент или параметр измеряется отдельно.

Дифференцированные измерения необходимо применять при технологическом контроле (контроль режимов, характеристик, параметров технологического процесса), так как позволяет выявить отклонения отдельных элементов за пределы допускаемых значений и установить какой параметр технологического процесса оказывает доминирующее влияние на погрешность изготовления размеров отдельных элементов.

Пример - При измерении резьбовой детали отдельно измеряют наружный, внутренний, средний диаметры, размер шага и половину угла профиля резьбы.

Комплексными называются измерения, при которых оцениваются свойства, близкие к эксплуатационным. Такие измерения удобны для приемочного контроля.

Пример - Измерение резьбы детали резьбовым калибром.

Выбор средств измерений линейных величин по точности заключается в определении оптимального соотношения между погрешностью средств измерений и допуском контролируемого параметра, регламентируемым в ГОСТ 8.05.

Погрешности   измерения,    отражённые в данных   документах, являются наибольшими   допускаемыми   погрешностями измерений, включающими в себя все составляющие, зависящие от измерительных

средств, установочных мер, температурных деформаций, базирования и так далее.

Выбор типов универсальных средств измерений следует осуществлять по РТМ 1.4.33, обеспечивая методику и условия выполнения измерений, оговоренные данными документами в зависимости от подобранного варианта использования средства измерений.

В случаях подбора средств измерений на операциях предварительной обработки (обдирочных операциях), если величина припуска на дальнейшую обработку превышает удвоенную величину допуска на нефункциональный контролируемый параметр разрешается руководствоваться следующим правилом: погрешность измерения (с учетом воздействия влияющих факторов) не должна превышать 50 % от допуска на контролируемый параметр.

Пример - Необходимо контролировать на предварительной операции наружный диаметр 250.о,з мм. На дальнейшую обработку оставлен припуск 0,6 мм, не менее. В данном случае возможен выбор средства измерения с предельной погрешностью измерения, не превышающей 150 мкм.

Разрешается увеличивать допускаемую погрешность измерения по п.6.7.4, при уменьшении допуска на размер, учитывающего это увеличение (введение производственного допуска).

Погрешность средств измерений в сборочном производстве следует определять, исходя из документов на сборочные параметры.

Погрешность измерения сборочного параметра (зазора) обусловлена, по крайней мере, погрешностями измерения деталей его формирующих и рассчитывается по формуле:

Δсб ≥ √ (Δ1² + Δ2² + ...  Δn²)                           (6.1),

где Δсб - предельно допустимая погрешность сборочного параметра, определяемая по ГОСТ 8.051 приложение 1;

-  Δ1 предельно допустимая погрешность измерения параметра первой детали;

-Δ2 предельно допустимая погрешность измерения параметра второй детали;

- Δ2 предельно допустимая погрешность измерения параметра n-ой детали.

Пример - Подшипник посажен на вал с натягом. Определить: соответствует ли погрешность измерения натяга требованиям ГОСТ 8.051.

Расчётная величина погрешности измерений посадки с натягом равна квадратической сумме погрешностей измерения соответствующих диаметров подшипника и вала, то есть:

Δнатяга ≥ √(Δподщип² + Δвала²)                           (6.2)

где Δподщип - предельно допустимая погрешность средств измерений подшипника,

Δвала - предельно допустимая погрешность средств измерений вала,

Δнатяга - предельная погрешность измерения посадки с натягом, определяемая по ГОСТ 8.051 (таблица приложения 1).

Пример - Подобрать средства измерений посадочных диаметров втулки и вала для обеспечения зазора (0,01...0,03) мм на диаметре 30 мм.

Исходные данные: диаметр втулки 30⁺⁰²³ (шероховатость контролируемой поверхности    ¨); диаметр вала 30_-0,14.

По ГОСТ 8.051 приложение 1 находим предельную погрешность измерения зазора равную 6,1 мкм, предельную погрешность измерения диаметра втулки 7 мкм и предельную погрешность измерения диаметра вала равную 4,3 мкм.

Проверяем неравенство:

6,1 мкм > √(7мкм² + 4,3мкм²)  

неравенство неверно, следовательно, необходимо ужесточить величины предельных погрешностей измерения втулки и вала. В данном случае ужесточаем погрешность измерения втулки и вала путём подбо­ра высокоточного инструмента по РТМ 1.4.331.

Для вала:

микрометр рычажный с ценой деления (0,005 ... 0,010) мм с настройкой на нуль по установочной мере (вариант использования «б») - погрешность 5 мкм,

скоба рычажная с ценой деления (0,002 ... 0,001) мм (вариант использования «б») - погрешность 4 мкм.

Условия проведения измерений, присущие данным вариантам необходимо строго соблюдать.

Для втулки – нутромер    индикаторный   при   замене   измерительного устройства   измерительной   головкой с ценой   деления 0,001 мм или

0,002 мм (вариант использования «б»), погрешность измерения равна:

3,5мкм + (1,25мкм - 0,32мкм) / 4 мкм = 3,73 мкм

(с учетом влияния параметров шероховатости поверхности, отличных от регламентированных);

Либо назначить нутромер повышенной точности с ценой деления измерительного устройства 0,001 мм и 0,002 мм (вариант использования «в»), в этом случае погрешность измерения равна:

2,5мкм + (1,25мкм - 0,32мкм) / 4 мкм = 2,73мкм

(с учетом влияния параметров шероховатости поверхности, отличных от регламентированных).

Проверяем неравенства по формуле (6.1), погрешности заданы в мкм:

 6,1 < 6,23 - неравенство неверно,

 6,1 > 5,69 - неравенство верно,

 6,1 > 5,46 - неравенство верно,

 6,1 > 4,84 - неравенство верно.

Следовательно:

а) вал необходимо контролировать скобой рычажной, закрепленной в стойке, работать в перчатках, настройку инструмента на нуль осуществлять по установочной мере 2 класса 4 разряда, измерения производить при соблюдении температурного режима 2К (РТМ 1.4.331);

б) втулку допускается контролировать двумя способами:

1) нутромером индикаторным при замене измерительного устройства измерительной головкой с ценой деления 0,001 мм или 0,002 мм, с настройкой по установочному кольцу, перемещением измерительного стержня не более 0,03 мм и при соблюдении температурного режима ЗК (РТМ 1.4.331),

2) либо нутромером повышенной точности с установкой по кольцу и перемещением измерительного стержня не более 0,01 мм, температурный режим ЗК;

в) рычажный микрометр для измерения вала можно использовать только при контроле втулки нутромером повышенной точности, при со-

блюдении необходимых условий проведения измерений, оговоренных в РТМ 1.4.331.

6.7.9 При измерении радиальных и торцевых биений следует использовать такую измерительную систему, погрешность измерения которой не превышает 30 % от допуска на контролируемое биение.

При этом погрешность универсального средства измерений (измерительного устройства) должна составлять не более 10 процентов от допуска на контролируемое биение.

Пример - Подобрать средства измерений радиального биения 0,03 мм шейки вала относительно центровых фасок.

Погрешность измерительной системы (биениемер, стойка для крепления индикатора, измерительная головка) не должна превышать 0,01 мм. Измерительная головка должна иметь погрешность измерений не более 0,003 мм.

Данным требованиям удовлетворяет измерительная система биениемер М200 фирмы «Karl Zeiss lena» с измерительной головкой с ценой деления 0,001 мм.

 При выборе методов и средств измерений шероховатости поверхности следует руководствоваться РТМ 1.4.120.

Предпочтение следует отдавать методам контроля наиболее экономичным, наименее трудоёмким при обеспечении достоверности контроля.

Угловые измерения

Углом в плоскости называется геометрическая фигура, образованная двумя лучами, выходящими из одной точки.

В машиностроении значение плоского угла выражается в:

- радианах, «рад» - (единица «СИ»),

- градусах «°», минутах «’», секундах «’’» - (дополнительные единицы);

- приращении размера в линейной мере на определённой длине.

При нормировании точности угла величину допуска следует задавать в зависимости от длины меньшей стороны, образующей угол, а не от номинального значения угла.

Степени точности угловых размеров устанавливает ГОСТ 8908.

Понятие «степень точности» идентично понятиям «квалитет», «класс точности»,

При измерении угловых размеров следует пользоваться следующими МВИ:

- сравнение с мерой, имеющей постоянное значение (меры угловые призматические, угольники, конусные калибры).

- сравнение с углом на величину которого настроен прибор (синусные линейки и приборы, основанные на использовании принципа синусной линейки);

- сравнение с угловой шкалой прибора (оптическая делительная головка, гониометр, угломер, уровень).

- определение угла измерением координат образующих угол (микроскоп, координатно-измерительная машина, пневматические калибры-пробки для измерения конуса и т.д.).

Выбор средств измерений угловых размеров по точности должен заключаться в определении оптимального соотношения между погрешностью средств измерений и допуском контролируемого параметра по таблице 6.2.

В левой части таблицы 6.2 указаны интервалы длин меньшей стороны угла, в верхней строке - степень точности, а на их пересечении в горизонтальных строках указаны дроби, в числителе которых - допускаемая погрешность измерения, а в знаменателе - допуск на угол.

Под ними (отделённые горизонтальной чертой), номерами из таблицы 6.1, указаны измерительные средства, при применении которых погрешность измерений не превышает допустимых значений.

Средства   измерений назначены из    наиболее   неблагоприятных   условий   их   применения (погрешность   измерения максимальная, средство измерений нагревается от тепла рук оператора, перемещение измерительных элементов наибольшее и так далее).

Из указанных средств измерений следует выбирать более производительное, простое в использовании и требующее меньшей квалификации оператора.

Пример - Подобрать средства измерений угла 15° ± 30’ с длиной меньшей стороны угла 20 мм.

В боковике таблицы 6.2 находим строку, соответствующую меньшей стороне угла с диапазоном свыше 16 до 25 мм.

На этой строке находим заданную величину допуска на угол равную 1° и соответствующую допустимую погрешность измерения 20’.

Под горизонтальной чертой в этом же квадрате номерами из таблицы 6.1 -1, 2 - в качестве средств измерений рекомендуются угольники поверочные или угломер с нониусом.

Выбираем угломер с нониусом как наиболее распространенное, более производительное средство измерений.

Таблица 6.1 - Средства измерений плоских углов