Введение

В процессе познавательной деятельности человека возникает множество задач, для решения которых необходимо располагать количественной информацией о том или ином свойстве объектов материального мира (явления, процесса, изделия). Основным способом получения такой информации являются измерения, при правильной организации и выполнении которых получают результат измерения с большей или меньшей точностью. Результат любого измерения заслуживает внимания лишь при условии, что он сопровождается оценкой погрешности измерения. С другой стороны важно не только уметь выполнить измерение и оценить погрешность результата, но и так спланировать и осуществить процедуру измерения, чтобы обеспечить требуемую точность или свести погрешность к минимуму.

Говоря о точности измерений, следует заметить, что уровень точности, к которому надо стремиться, должен определяться критериями технической и экономической целесообразности. Известно, что увеличение точности измерения вдвое удорожает само измерение в несколько раз. В то же время снижение точности измерения в производстве ниже определенной нормы приводит к браку продукции. При назначении точности измерений важно также учитывать их значимость. В одних случаях недостаточная точность измерительной информации имеет небольшое или локальное значение, в других – играет исключительно важную роль: от точности измерений может зависеть научное открытие или жизнь и здоровье людей.

С развитием науки и техники и разработкой новых технологий измерения охватывают все новые и новые физические величины, существенно расширяют диапазоны измерений как в сторону измерений сверхмалых значений, так и в сторону измерения очень больших значений физических величин.

В таких условиях, чтобы успешно справится с многочисленными разнообразными задачами, необходимо освоить некоторые принципы их решения, нужен единый научный и законодательный фундамент, обеспечивающий на практике высокое качество измерений, независимо от того, где и с какой целью они производятся. Таким фундаментом является метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Попадая на производство специалист, будучи прямо или косвенно связан по работе с измерениями, сталкивается с обилием измерительных задач, нормативных документов общетехнического и метрологического содержания, исполнение которых обязательно (стандарты, методологические инструкции). Облегчить ему изучение методов и средств измерений и выполнение требований этих документов поможет изучение дисциплины «Метрология, стандартизации и сертификация».

1. Выбор универсальных средств измерений при техническом контроле

1. 1. Выбор средств измерений по точности

Для достижения нужного качества продукции, прежде всего, ее взаимозаменяемости, обязательным условием является соблюдение единства измерений, что зависит, в первую очередь, от выбора средств измерений по точности.

Применяют несколько принципов выбора средств измерений (СИ) по точности. Для измерений линейных размеров стандартными рабочими универсальными средствами измерений при техническом измерительном приемочном контроле изделий Госстандартом РФ рекомендуется директивный принцип выбора СИ по точности (по принципу относительной безошибочности контроля).

И з курса нормирования точности (основы взаимозаменяемости) известно, что действительный размер (А_д) – размер полученный и измерянный с допускаемой погрешностью измерения размера. Это означает, что погрешность измерения размера не должна выходить за границы допускаемой погрешности измерения размера с заданной вероятностью (т.к. допускаемая погрешность измерения задается с определенной вероятностью), т.е.

А_д = А_и = А_ист + [∆_и ]_А , где

А_и – результат измерения (искомая величина, размер),

А_ист – истинный размер,

[∆_и]_А - допускаемая погрешность измерения размера А .

Правильное понятие о действительном размере является исключительно важным, т.к. в нем заложена идея обеспечения единства измерений и связь между нормированием точности размера (параметра) и метрологией.

Допускаемая погрешность измерения размера (норма точности измерения размера) – это наибольшая погрешность, при которой размер или его отклонение могут быть признаны действительными (вне зависимости от годности размера). Допускаемые погрешности измерений размеров (параметров) с учетом определенных вероятностей устанавливаются, как правило, стандартными или другими нормативно-техническими документами. В случаях, когда допускаемые погрешности не установлены стандартами или другими документами, их устанавливает конструктор, технолог, метролог, исследователь с учетом принципа разумной достаточности при осознанном риске (т.е. с определенной доверительной вероятностью).

Стандартные допустимые погрешности измерений линейных размеров до 500 мм с указанными допусками стандартными СИ при техническом измерительном приемочном контроле установлены ГОСТ 8.051-81, с неуказанными допусками – ГОСТ 8.549-86, размеров свыше 500 до 10000 мм с указанными допусками – ГОСТ 8.546-86.

Стандартные значения допускаемых погрешностей измерений и приемочные границы заданы с доверительной вероятностью 0,95. Они учитывают зависимость погрешности измерения линейного размера от самого размера, возможные основные составляющие погрешности СИ и составляющие от других источников погрешностей, оказывающие влияние на погрешность измерения (погрешности установочных мер, базирования и др.). Они нормируются независимо от метода и способа измерения, учитывают случайные и неучтенные систематические составляющие погрешности измерения. При этом, суммирующая случайная составляющая не должна превышать 0,6 от допускаемой погрешности измерения, т.е.

∆_{и. сл} ≤ 0,6[∆_и]_A = ∆_и.сл lim = 2σ_и

при доверительной вероятности ≈ 0,95, т.е. при некотором риске выхода размера за пределы допуска. Суммарную случайную составляющую практически можно выявить при всех видах измерений. Значения допускаемых погрешностей измерений линейных размеров установлены в зависимости от интервалов номинальных размеров и допусков размеров (квалитетов, классов точности размеров) и составляют 20 – 50 % от допуска (с округлениями).

Например, для размеров до 500 мм с указанными допусками (предельными отклонениями) они составляют:

• для 2 - 5 квалитетов – 35% от допуска;

• для 6 - 7 квалитетов – 30% от допуска;

• для 8 - 9 квалитетов – 25% от допуска;

• для 10 - 17 квалитетов – 20% от допуска;

для размеров св. 500 мм с указанными допусками:

- для 4 - 7 квалитетов – 40% от допуска;

для размеров до 500 мм с неуказанными допусками:

• для 12 квалитета и точного класса – до 50% от допуска.

Таким образом, чем меньше допуск, тем большая его часть идет на компенсацию погрешностей измерений. Это сделано потому, что при большом допуске достаточно небольшой его части для компенсации погрешности измерения. При измерениях специальными и автоматическими СИ, начиная с 6-го квалитета, с повышением точности размера, допускаемые погрешности измерений рекомендуется уменьшить в 1,5 – 2 раза по сравнению с допускаемыми погрешностями размеров при измерениях универсальными СИ. При разделении деталей на группы сортировки (при селективной сборке) допускаемую погрешность измерения размера следует брать как часть от допуска группы, а не допуска размера.

На основе экспериментальных исследований были определены предельные (наибольшие возможные) погрешности измерений, которые могут дать стандартные рабочие универсальные годные СИ, выпускаемые серийно специализированными заводами страны, при измерениях в определенных условиях (условия указываются), с соблюдением всех норм и правил измерений. Они были определены в сравнении с рабочими эталонами соответствующих разрядов без учета методических погрешностей. Для линейных размеров до 500 мм предельные погрешности измерений СИ содержатся в РД 50-98-86. Они даны абсолютной величиной, т.е. без знаков (плюс - минус). Они приводятся в зависимости от интервалов номинальных размеров, метрологических характеристик СИ и условий измерений.

Для линейных размеров св. 500 до 10000 мм предельные погрешности измерений даны в ГОСТ 8.546-86.

Для соблюдения единства измерений при выборе СИ по точности, следует соблюдать правило: предельная погрешность измерения СИ данного типоразмера не должна превышать допускаемой погрешности измерения проверяемого размера, т.е. ∆_{и limСИ} ≤ [∆_и]_A

При несоблюдении этого правила результаты измерений будут недостоверными и могут привести к скрытому браку продукции или к забракованию годной продукции.

Если выбранное СИ будет иметь предельную погрешность измерения значительно меньше допускаемой погрешности измерения размера, т.е. будет существенно точнее, чем требуется, то применение его будет недостаточно экономичным. Однако, если другого подходящего по точности СИ нет, то его нужно применять, хотя оно и будет дороже.

Наиболее точные измерения выполняют с учетом действительных погрешностей поверенных (калиброванных) СИ, которые приводятся в справке к свидетельству о поверке (калибровке) или с учетом погрешности аттестованного участка шкалы, указанной в паспорте СИ.

В любом случае, следует выбирать такое СИ, которое обязательно удовлетворяет по точности, проще в обращении, к которому предъявляется менее жесткие требования, которое дешевле и есть в наличии или может быть приобретено (или изготовлено своими силами).

В спорных случаях, возникающих при приемочном контроле, обращаются к арбитражной перепроверке результатов измерений. Арбитражную перепроверку доверяют более квалифицированным, с метрологической точки зрения, лицам. При арбитражной перепроверке допускаемая погрешность измерения размера должна составлять не более 30% от допускаемой погрешности измерения размера при приемочном контроле.