Методические указания к проведению лабораторных занятий для студентов специальности 050732 -стандартизация, метрология и сертификация, очной и заочной форм обучения



страница1/12
Дата09.08.2019
Размер2.25 Mb.
#128249
ТипМетодические указания
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский Государственный Университет им. А. Байтурсынова

Аграрно-биологический факультет

Кафедра технологии переработки и стандартизации

Карастылёв Н.П. .
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
Методические указания к проведению лабораторных занятий для студентов специальности 050732 -Стандартизация, метрология и сертификация, очной и заочной форм обучения.

Костанай, 2008

ББК К 30.10

К-21


Составитель:

Карастылёв Николай .Петрович, кандидат с/х наук, доцент КГУ им. А.Байтурсынова

Рецензенты:

Солодовник Владимир Петрович, ст. преподаватель, заслуженный метролог Республики Казахстан

Сбитнев Анатолий Михайлович, руководитель секции поверки механических и геометрических средств измерений, АО НаЦэКс

Карастылёв Н.П..

К_21_ Общая теория измерений.. Методические указания к проведению лабораторных занятий. - Костанай: КГУ им. А.Байтурсынова.2008,-88с.

Методические указания к проведению лабораторных занятий по дисциплине «Общая теория измерений» имеют своей целью ознакомление с основными понятиями неопределённости и погрешности, некоторыми м методами измерений, вычисление погрешности и неопределённости и оценки точности результата измерений. Привитие навыков по метрологическому измерению.

Предназначен для студентов специальности 050732 - Стандартизация, метрология и сертификация, очной и заочной форм обучения.

ББК 30.10

Утверждён Научно-методическим советом КГУ им А. Байтурсынова, протокол от 18.06. 2008 г. № 6

© Костанайский государственный

Университет им. А.Байтурсынова

Содержание ст

1. Измерение линейных размеров и оценка достоверности………………4

2. Структура средств измерения………………………………………….13

3. Структурная схема средств измерений, виды и методы измерений…21

4. Метрологические характеристики СИ…………………………..…….33

5. Функциональный анализ МВИ…………………………………….…..40

6. Выбор методики выполнения измерений……………………………..51

7. Источники погрешности измерений…………………………………..60

8. Экспериментальные методы выявления и оценки погрешностей…..68

9. Исследование неопределённости результатов измерений….………77

10 Поверка микрометров с ценой деления 0,01 мм…………….……….86



Лабораторная работа № 1.

Тема: Измерение линейных размеров и оценка достоверности.

Цель работы: ознакомление с методами измерений - линейных разме­ров: и определение доверительных интервалов.

План: 1. Теоретические сведения:

  1. Оборудование: микрометр, штангенциркуль, набор тел.

  2. Содержание работы:

1.Теоретические сведения

Введение. Линейные измерения - определение расстояний между задан­ными точками, определение размеров элементов разных сооружений, деталей (при необходимости измерение площадей, объемов) - применяются во многих областях науки и техники. Любое измерение состоит в установлении численно­го соотношения между величиной измеряемого объекта и величиной эталона, воспроизводящего единицу измерения.

XI Генеральная конференция по мерам и весам в I960 году приняла в каче­стве эталона единицы длины метр, выраженный в длинах световых волн оран­жевой линии спектра криптона-86; соответствующей переходу между уровнями 2Р10 и 5d5 этого атома. Метр - длина, равная 1650763,73 длин волн в вакууме излуче­ния, соответствующего переходу между уровнями 2Р10 и 5d5 атома криптона-86. При соблюдении условий эксплуатации комплекса аппаратуры, входящего в состав государственного эталона метра, единица длины воспроизводится и передается со средней квадратичной погрешностью, не превышающей 3 • 10-8 м (ГОСТ 8.020-72).

Различные усовершенствования, внесенные в эталон длины, особенно с использованием лазеров, привели к необходимости перейти на новое определение метра, которое было принято в 1983 г. Основными нововве­дениями были:

1.Переход от криптоновой лампы к лазерному излучению в источнике


света на эталонных установках.

  1. Использование в качестве основного постулата постоянство скорости света в любой системе отсчета.

  2. Объединение в одном эталоне воспроизведения размера трех физических величин: длины, времени и частоты.

  3. Использование в эталоне источников света на пяти различных дли­нах волн.

Согласно новому определению метра основной единицей длины сис­темы единиц СИ является длина, равная расстоянию, проходимому светом за 1/с долю секунды.

Учитывая, что скорость света, как указывалось выше, равна с = 2,997925 • 108 м/с этот промежуток времени равен t = 3,33564 • 10-9 с. Частоты, на которых было предложено реализовать эталон метра, приведены в табл. 2.2. В первой графе таблицы указан тип лазера, т. е. рабочее вещество, и тип наполнения поглощающей ячейки.

При воспроизведении единицы длины на интерферометре следует учи­тывать, что длины волн источников излучения даны для вакуума. В возду­хе необходимо учитывать показатель преломления воздуха, в результате влияния которого длина волны в воздухе равна

λВОЗД = λВАК / n

где п - показатель преломления. Это означает, что в комплект эталонного комплекса для воспроизведения метра должен входить рефрактометр — точный прибор для измерения показателя преломления воздуха. Обычно это тоже интерферометр, измеряющий число полос, прошедших в поле зрения при откачке воздуха из кюветы известной длины. Для менее точных устройств можно пользоваться табличными данными для преломления (рефракции) воздуха. Например, для излучения гелий-неонового лазера на длине волны 0,63299 мкм показатель преломления равен п = 1,00027 при давлении 760,0 мм рт. ст. и температуре 20 °С.

Таблица 2.2. Параметры лазерных установок, используемых при воспроизведении метра


Лазер

Частота МГц

Длина волны мкм

Погрешность воспроизведения

Гелий-неоновый с ячейкой с метаном

88376181,608

3,3922313970

1,3 -Ю-10

Гелий-неоновый с йодной ячейкой

437612214,8

0,6329913981

1,Ы(Г9

Гелий-неоновый с йодной ячейкой

489880355, 1

0,6119707698

ыо-9

Гелий неоновый на П гармонике

520206808,61

0, 57629476027

6- ю-10

Аргоновый с йодной ячейкой

582490603, 6

0,5164734662

1,3- Ю-9

Основное метрологическое назначение любого эталона - сохранение един­ства мер и, следовательно, значение единицы от эталона должно передаваться с необходимой точностью принимаемым в различных областях человеческой деятельности измерительным мерам и приборам. Для исполнения этой задачи создается ряд вторичных эталонов, точность которых всегда несколько ниже точности первичного эталона, однако их роль в хранении и передаче единиц измерения очень велика. По метрологическому назначению вторичные эталоны разделяются на:

1. эталоны-копии - заменяют первичный эталон при передаче единиц другим вторичным эталонам;

2. эталоны-свидетели - предназначены для наблюдения за сохранностью

3. первичного эталона и хранятся в общих с ним условиях;

4. рабочие эталоны - предназначены для текущих метрологических работ по передаче единицы измерения и рабочим (высшей точности) средствам измерений.



Средства измерений - технические средства, необходимые для осущест­вления измерений. Основные виды средств измерений: мера - устройство слу­жащее для воспроизведения одного или нескольких известных значений вели­чины; набор мер - совокупность мер, применяемых как отдельно так и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда значений величины в опре­деленных пределах; измерительный прибор - устройство, в котором измеряе­мая величина преобразуется в показание или сигнал пропорциональный изме­ряемой величине или связанный с ней другой функциональной зависимостью; измерительная установка - совокупность мер, измерительных приборов, вспо­могательных устройств, объединенных в единое целое общей схемой и мето­дом, предназначенная для измерения одной или нескольких величин.

Схема, устанавливающая соподчинение эталона, образцовых и рабочих средств измерения, представлена на рис. 1.

Примером образцовых в одних и рабочих мер длины в других случае явля­ются мерительные плитки (плитки Иогансона) - плоскопараллельные концевые меры длины в форме плиток, изготовленные из инструментальной легирован­ной стали с высокой точностью; рабочий размер их определяется расстоянием между двумя параллельными измерительными плоскостям. Размеры плиток поддаются измерению непосредственно в длинах волн с очень высокой точностью (до 5 - 10-8 м) и потому большое число операций по градуировке и поверке приборов производится с их помощью. Плитки обладают очень полезным для их практического применения свойством - притираемостью, т.е. способностью прочно сцепляться между собой измерительными поверхностями (размер блока из нескольких плиток практически равен сумме размеров отдельных плиток, входящих в блок). Наибольшее распространение получил набор плиток от I до 100 мм. По величинам допусков на изготовление плитки разделены на пять классов точности (например, допустимые отклонения плиток до 10 мм состав­ляют: ± 0,0001 мм - нулевой класс; + 0,0025 мм - четвертый класс). Применение плиток в качестве образцовых мер предусматривается поверочными схемами соответствующих ГОСТов. (ГОСТ 9038-59).

Методы и приборы для измерения линейных размеров. Методы измерения и применяемые приборы выбирают, учитывая следующие факторы:


  • размеры измеряемого объекта;

  • характер (особенности) объекта;

  • требуемая точность результата.

Диапазон измеряемых в современной физике расстояний огромен (от 10-15 до 1026 м). Естественно, что методы и средства измерений, применяемые в раз­личных частях этого диапазона, различны. Например, диаметр атомных ядер (~10-15 м) определяют по эффективному сечению рассеяния нейтронов. Разме­ры крупных молекул, а также период кристаллической решетки (~10-10 м) из­меряются с помощью электронного микроскопа или по интерференционным картинам рассеяния коротких электромагнитных волн (нейтроне-, электроне- и рентгенография).

Оптическая интерференция позволяет измерить расстояния от 10-8 до 10-4 м. Размеры от 10-6 м (I мкм - микрон) до 10-3 м могут быть измерены с помощью оптического микроскопа. Измерение длин в области больших значений (>10-3 м) производится методом триангуляции (т.е. сводится к измерение углов).

В данной работе рассматриваются простейшие методы линейных измере­ний, используемые в машиностроении и в быту.

Все методы линейных измерений можно разделить (по разным признакам) на следующие виды:

- методы непосредственной оценки и методы сравнения;

- контактные и бесконтактные.

В контактном методе измерительные поверхности прибора касаются по­верхностей объекта (штангенциркуль, микрометр). Бесконтактные измерения можно производить с помощью микроскопа или специальных проекторов. Ме­тоды непосредственной оценки позволяют определить значение всей измеряе­мой величины (измерительная линейка, микрометрический винт). Методы сравнения дают возможность определить отклонение измеряемой величины от заданного размера. Примером такого измерительного устройства является штангенциркуль, в котором реализуется метод нониуса. Второй пример - стре­лочный индикатор, используемый в сочетании с измерительными плитками.

Метод линейного нониуса. Нониусом называют небольшую линейку, кото­рая может перемещаться вдоль основного масштаба. На нониусе нанесено не­которое число п делений; цена деления нониуса 1п находится в определенном соотношении к цене деления масштаба I т ; чаще всего, общая длина п делений нониусаравна длине п-1 делений масштаба (рис.2):

ln×n=lm (n-1) (1)

отсюда разность между длиной одного деления масштаба и одного деления нониуса:



lm - ln = lm /n (2)

где есть точность нониуса, которая, как видно, определяется ценой де

ления масштаба lm и числом делений нониуса п.

Рис. 2. Линейный нониус.

Наиболее распространенные типы нониусов представлены в табл.1:

Табл. 1. Характеристика нониусов



lm, mm

1

1

1

0.5

n

10

20

50

25

lm /n, mm

0.1

0.05

0.02

0.02

Чтобы провести измерения с помощью нониуса, необходимо измеряемый объект L заключить между нулевыми делениями масштаба и нониуса.

Допустим, что нулевое деление нониуса отсекает k целых и часть k +1 де­ления масштаба, причем т -ое деление нониуса совпадает с некоторым делени­ем масштаба, тогда измеряемая длина L равна числу целых делений масштаба, содержащихся в ней(k×lm) , сложенному с точностью нониуса (lm / n) умноженной на номер (т) его деления, совпадающего с делением масштаба:

L = k× lm+ (lm / n) (3)

Очевидно, что ошибка при измерениях с нониусом не может превышать половины его точности.

Приборы, в которых применяется линейный нониус:

- штангенциркуль раз­движной толстомер (применяется при измерении длины небольших 8 ± 10 см предметов);

- катетометр (применяется для измерения расстояний между двумя точками по вертикальному направлению).

Метод микрометрического винта. Микрометрический винт - тщательно изготовленный винт с соответствующей гайкой, который имеет особую го­ловку с делениями - барабан;

-шаг винта делается, возможно более постоянным на всем его протяжении и дается как постоянная прибора.

Применение микро­метрического винта для линейных измерений основано на свойстве винта со­вершать при ввинчивании в гайку линейные перемещения, пропорциональные углу поворота винта вокруг оси. Например, винт с шагом 0,5 мм за один пол­ный оборот в своем поступательном движении перемещается на 0,5 мм. В луч­ших приборах этого типа при шаге винта, равном 0,5 мм, на барабане наносится 500 делений и точность измерения может быть доведена таким образом до 0,001 мм. Микрометрический винт, в частности, применен в следующих прибо­рах:

- винтовой микрометр,

-сферометр (предназначен для измерения толщины пластинок и, главным образом, для измерения радиусов кривизны оптических линз),

- делительная машина (служит для нанесения делений на масштабах, нониусах, для изготовления дифракционных решеток, но мо­жет применяться и для измерения длины).

Основными источниками ошибок при линейных измерениях являются погрешности отсчета показаний прибора, погрешности установочных мер (для относительных методов) и нарушения температурного режима причем послед­ние самые серьезные. Устранение нарушений температурного режима предпо­лагает сближение температур объекта и измерительных средств и, по возмож­ности, близость коэффициентов их линейного расширения.


  1. Оборудование: микрометр, штангенциркуль, набор тел.

В работе используются следующие приборы и принадлежности: штан­генциркуль, микрометр, объекты измерения (набор тел).

Штангенциркуль - прибор для из­мерения линейных размеров контактным методом (рис.4). Основной его частью является линейка I с масштабом. Линейка снабжена двумя ножками: неподвижной и подвижной (2,3), последняя скреплена с рам­кой 4, на которой нанесены деления нониуса, а рамка 4 может закрепляться на линейке I с помощью винта 5. Если сдвинуть ножки циркуля вплотную, то ну­левые деления нониуса и основного масштаба должны совпасть.

Рис.4. Штангенциркуль

Иногда ножки 2 и 3 имеют с внешней стороны цилиндрические измерительные поверхности для измерения внутренних размеров отверстий, в этом случае - результат сло­жения отсчета по масштабу и нониусу и суммарной ширины ножек (указана на штангенциркуле). Часто штангенциркули имеют вторую пару ножек с заост­ренными концами, предназначенную, в основном, для разметочных работ. Наи­более универсальные штангенциркули снабжены выдвижной линейкой 7 для измерения размеров углублений. В этом случае одну измерительную поверх­ность представляет собою торец масштабной линейки, вторую - торец выдвиж­ной линейки. Для измерения необходимо, предварительно определив точность нониуса, привести в соприкосновение измерительные поверхности и деталь, за­крепить стопорный винт, снять нужные отсчеты и вычислить длину по формуле (3).

Со временем приобретаются определенные навыки, и результат измерений определяется автоматически (без применения формулы). Наиболее употреби­тельны штангенциркули длиной до 300 мм, но применяются и рассчитанные на гораздо большие длины.



Микрометр - прибор для измерения линейных размеров контактным ме­тодом, принцип работы которого основан на методе микрометрического винта. Наиболее часто применяемые приборы имеют следующие пределы измерений: О ± 25 мм; О ± 50 мм; О ± 75 мм; О ± 100 мм. Микрометр состоит из следующих основных частей (рис.5): скобы 7 с меткой I и стеблем 3, снабженным внутрен­ней резьбой и микрометрического измерительного винта 2 с закрепленным на нем барабаном 4. Для микрометра с пределами измерений О+25 мм рабочий ход винта 25 мм, шаг резы 0,5 мм. Полные обороты винта отсчитываются по полумиллиметровой шкале барабана, имеющей 50 делений (цена деления шка­лы барабана -0,01 мм При сомкнутых измерительных торцевых плоскостях пятки и микрометрического винта нулевой штрих шкалы барабана должен точ­но совпадать с продольным штрихом на стебле.

Измеряемый объект зажимает­ся между измерительными поверхностями пятки и винта. Постоянство усилия, приводящего в контакт измерительные плоскости микрометра и деталь, обес­печивается фрикционным устройством - трещеткой 5. Для того, чтобы обеспе­чить это постоянство и одновременно избежать нарушения связи микрометри­ческого винта с барабаном, вращать винт можно только с помощью трещетки. Стопорный винт 6 предназначен для фиксации микрометра в положении, при котором сработала трещетка.



Порядок выполнения работы.

Получив у преподавателя разрешение на выполнение (допуск) работы, а также приборы и принадлежности, необходимо выполнить следующие измерения:



  1. С помощью штангенциркуля измерить все необходимые для вычисле­ния объема линейные параметры объекта (цилиндра), вычислить объем.

  2. С помощью микрометра измерить линейные размеры объекта (парал­лелепипеда). Вычислить его площадь поверхности.

ВНИМАНИЕ! Работа с прибором требует бережного и аккуратного от­ношения к нему.

При работе с микрометром вращать винт только с помощью тре­щетки.

Результаты работы.

Работа считается выполненной, если представлены сведенные в таблицы результаты всех указанных измерений и необходимых вычислений.

В отчете необходимо представить краткую характеристику применяемых приборов (цена деления, точность нониуса, пределы измерения, класс точности, погрешность показаний)

Литература:

1. Справочник по международной системе единиц. М., 1971 г.

2. МаликовтС.Ф., Тюрин Н.И. Введение в метрологию. М., 1966 г.

3. Дж.Сквайре. Практическая физика. М., 1971 г.



3. Содержание работы:

3.1.С помощью микрометра определить площадь поверхности металли­ческого бруска. Вычислить среднее значение площади S и доверительный ин­тервал S при доверительной вероятности Р= 0.95;

3.2. Определить с помощью штангенциркуля объем тела. Вычислить среднее значение объема V и доверительный интервал при доверительной ве­роятности Р==0.95 .

Результаты работы представить в виде отчета, где во вводной части при­ведены описания измерительных приборов и вывод формул, необходимых для расчетов доверительных интервалов.

Примеры заполнения таблиц

Упр. № 1. Определение параметров цилиндра с помощью штангенцир­куля.

Цена деления штангенциркуля = 0,05 мм



ai., mm



_

ai - acp



_

(ai - acp)2


bi , mm


(bi - bcp)


(bi - bcp)2



1



















2







































9



















10



















_

acp = ∑ ( ai - acp)2 bcp = ∑(bi - bcp)2

Допустимая ошибка штангенциркуля равна цене деления шкалы нониуса. ц.д.=0.05мм

Упр. № 2. Определение параметров параллелепипеда с помощью микрометра





ai., mm

_

ai - acp



_

(ai - acp)2



bi, mm

(bi - bcp)

(bi - bcp)2

ci, mm

(ci-ccp)

(ci-ccp)2

1




























2

























































9




























10




























_

acp = ∑ ( ai - acp)2 , bcp = ∑(bi - bcp)2 , ccp = ∑(ci - ccp)2


Погрешность показаний применяемого в данной работе микрометра равна 0.004 мм
Форма отчета

Ф. И. О., курс, группа

Лабораторная работа 1. "Линейные измерения". Оборудование: микрометр, штангенциркуль, набор тел. Цель работы: ознакомление с методами измерений - линейных размеровюпределение доверительных интервалов.

Содержание работы:

1 .С помощью микрометра определить площадь поверхности металлическо­го бруска. Вычислить среднее значение площади S и доверительный интервал S при доверительной вероятности Р= 0.95;

2. Определить с помощью штангенциркуля объем тела. Вычислить среднее значение объема V и доверительный интервал при доверительной вероятности Р=0.95 .

Результаты работы представить в виде отчета, где во вводной части приведены описания измерительных приборов и вывод формул, необходимых для расчетов доверительных интервалов.

Примеры заполнения таблиц

Упр. № 1. Определение параметров цилиндра с помощью штангенциркуля.

Цена деления штангенциркуля = 0,05 мм




ai., mm



_

ai - acp



_

(ai - acp)2


bi , mm


(bi - bcp)


(bi - bcp)2



1







































9



















10



















_

acp = ∑ ( ai - acp)2 bcp = ∑(bi - bcp)2

Допустимая ошибка штангенциркуля равна цене деления шкалы нониуса. ц.д.=0.05мм

Упр. № 2. Определение параметров параллелепипеда с помощью микрометра




ai., mm



_

ai - acp



_

(ai - acp)2



bi , mm

(bi - bcp)

(bi - bcp)2

ci, mm

(ci-ccp)

(ci-ccp)2

1




























2

























































8




























9




























10




























_

acp = ∑ ( ai - acp)2 , bcp = ∑(bi - bcp)2 , ccp = ∑(ci - ccp)2

Погрешность показаний применяемого в данной работе микрометра равна 0.004 мм
Лабораторная работа № 2

Тема: Структура средств измерения

Цель работы: ознакомление с видами средств измерений (СИ) и их структурными элементами.

Задачи: 1. Научиться классифицировать средства измерений.

2. Ознакомиться с характеристиками СИ разных видов и составом их структурных элементов, включая чувствительные элементы и устройства отображения измерительной информации.

3. Научиться выделять элементы СИ и строить структурные схемы.

Материальное обеспечение работы

Объекты измерений:

Детали типа тел вращения, призм, резисторы, источники постоянного тока.



Измеряемые параметры: линейные размеры, объем, масса, электрическое сопротивление, напряжение, сила тока.

Средства измерений:

Меры длины, угла, объема и массы (линейка измерительная, набор плоскопараллельных концевых мер длины, транспортир, сосуды измерительные, набор разновесов).

Накладные и станковые приборы для измерений длины (штангенциркуль, микрометр гладкий, микрометр рычажный или скоба рычажная, измерительные головки со штативом или стойкой и др.).

Весы для измерения массы взвешиванием.

Мультиметр (авометр) для измерений электрических величин.

Теория:

В зависимости от функционального назначения и конструктивного исполнения различают следующие средства измерений:



- меры;

- измерительные преобразователи;

- измерительные приборы;

- индикаторы.

Кроме того, основные и вспомогательные средства измерений и дополнительные устройства могут быть объединены в измерительные установки или измерительные системы, рассматриваемые как более сложные средства измерений.



Меры предназначены для хранения и воспроизведения физической величины одного заданного размера (однозначные меры) или ряда размеров (многозначные меры). Многозначные меры могут механически объединять несколько однозначных мер (ступенчатая мера длины, многогранная угловая концевая мера с тремя, четырьмя или шестью рабочими углами). Многозначными мерами являются также штриховые меры со шкалой (линейка измерительная, транспортир). Меры могут комплектоваться в наборы (наборы концевых мер длины, наборы разновесов);

Измерительные преобразователи предназначены для получения сигнала измерительной информации, его преобразования и выдачи в любой форме, удобной для передачи, обработки, хранения или дальнейшего преобразования, но не поддающейся непосредственному восприятию оператором. Различают первичные и промежуточные измерительные преобразователи. Первичные измерительные преобразователи – первые в измерительной цепи – воспринимают саму измеряемую физическую величину и преобразуют ее в сигнал измерительной информации (терморезистор термометра сопротивления, фотоэлемент экспонометра), а промежуточные измерительные преобразователи занимают в измерительной цепи любое место после первичного.

Измерительные приборы предназначены для получения измерительной информации от измеряемой физической величины, ее преобразования и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятию оператором. По виду выходного сигнала приборы принято делить на аналоговые, у которых выходной сигнал является непрерывной функцией измеряемой величины, и "цифровые" (числовые), имеющие дискретный выходной сигнал, обычно выдаваемый в числовой форме. Различают приборы показывающие и регистрирующие (самопишущие и печатающие). Измерительные приборы состоят из цепочки преобразователей (первичного и промежуточных) и устройства отображения измерительной информации (шкала-указатель, цифровое табло, самопишущее, цифропечатающее или другое регистрирующее устройство).

Индикаторы – особый вид средств измерений в виде технического устройства или вещества, предназначенного для установления наличия (отсутствия) какой-либо физической величины или определения ее порогового значения (индикатор фазового провода электропроводки, индикатор контакта измерительного наконечника прибора для линейных измерений с поверхностью детали, лакмусовая бумага). В некоторых случаях в качестве индикаторов могут использоваться измерительные приборы (часы-будильник, омметр при проверке обрыва в электрической цепи).

Средства измерений принято различать по принципам действия, то есть по физическим принципам, используемым для преобразования измеряемой величины или сигнала измерительной информации. Например, измерительный микроскоп относится к оптико-механическим приборам, индуктивный или резистивный преобразователь – к электрическим средствам измерений и т.д. Сложные приборы с длинной измерительной цепью обычно характеризуют одним (или двумя) наиболее важными принципами преобразования (лазерный интерферометр, фотоэлектрический угломер).



Измерительная цепь средства измерений – совокупность преобразовательных элементов, осуществляющих все преобразования измерительной информации в данном устройстве. Измерительная цепь средства измерений начинается с чувствительного элемента, который представляет собой часть первого в измерительной цепи преобразовательного элемента (первичного измерительного преобразователя), непосредственно воспринимающую сигнал измерительной информации от измеряемого объекта, т.е. находящуюся под непосредственным воздействием измеряемой физической величины (резервуар жидкостного термометра, крюк динамометра, губки штангенциркуля).

Измерительный прибор обязательно имеет устройство отображения (выдачи) измерительной информации. У приборов с визуальными устройствами это чаще всего отсчетные устройства типа шкала-указатель или цифровое табло. В приборах и индикаторах применяют и другие устройства визуальной индикации (нуль-указатели, табло светофорного типа), а также акустические устройства (звонок, зуммер таймера) и тактильные устройства (вибратор наручного будильника для слабо слышащих). В качестве устройств выдачи информации могут использоваться также любые регистрирующие самопишущие или печатающие устройства.



Шкала средства измерений – часть отсчетного устройства, представляющая собой совокупность отметок и поставленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величины. Отметки могут быть в виде штриха, точки, другой геометрической фигуры. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы.

Длина деления шкалы – расстояние между осями или центрами двух соседних отметок шкалы, измеренное вдоль воображаемой линии, проходящей через середины самых коротких отметок шкалы. Шкалы могут быть равномерными (с делениями постоянной длины и с постоянной ценой деления), либо неравномерными (с делениями непостоянной длины, а в некоторых случаях и с переменной ценой деления).

Цена деления шкалы – разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Указатель средства измерений – часть аналогового отсчетного устройства, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание средства измерений. Указатель может быть выполнен в виде стрелки, штриха, кромки детали, перемещающейся относительно шкалы, светового пятна и т.д. Изменение показаний в системе шкала-указатель, может осуществляться за счет перемещения любого из элементов относительно другого.

Прибор может быть снабжен несколькими шкалами (индикатор часового типа, измерительные головки ИГМ) или одной шкалой с несколькими указателями (часы с циферблатом и центральными стрелками).

При выдаче измерительной информации на цифровое табло существенно важны такие его структурные элементы, как


  • вид выходного кода (десятиричный, шестидесятиричный, другой);

  • предельное число знаков, в том числе цифр (число разрядов выходного кода) и других (не цифровых), виды знаков и их содержание (наличие фиксированной или плавающей разделительной десятичной запятой (точки), минуса, знака переполнения или неправильного подключения и др.);

  • цена единицы наименьшего разряда кода и номинальная ступень квантования, если она больше цены единицы наименьшего разряда кода.

Пример кинематической (а) и структурной (б) схем равноплечих весов (прибора для определения массы взвешиванием) приведен на рис.1.

1.– чувствительный элемент (две чашки),

2 – первичный измерительный преобразователь (шарнирный подвес с чашкой – два преобразователя),

3 – промежуточный измерительный преобразователь (равноплечий рычаг с шарниром),

4 – устройство отображения измерительной информации (стрелка на рычаге– указатель и шкала– нулевая отметка на стойке),
5 – стойка. Q Xм



3 4
2

1

5


а

б

Рис. 1. Кинематическая (а) и структурная (б) схемы пружинных весов. 1



На структурной схеме стрелками показано движение измерительной информации.

Возможно и более мелкое дробление элементов функциональной кинематической схемы на измерительные преобразователи, например: чашка с собственным шарнирным подвесом – шарнирная тяга – равноплечий рычаг... Или обратное: равноплечий рычаг с чашками и шарнирами (первичный измерительный преобразователь) – устройство отображения измерительной информации (стрелка на рычаге– указатель и шкала). Выделение измерительных преобразователей осуществляют на основе логического анализа выполняемых ими функций и конструктивной завершенности (автономности). Шкала устройства отображения измерительной информации может иметь множество делений или только одно нулевое деление – вырожденная шкала, характерная для приборов типа нуль-компаратора, которые предназначены для измерения нулевым методом.




Порядок выполнение работы.

Задание

1. Проанализировать функции и классифицировать заданные средства измерений; зафиксировать основные характеристики СИ (приборов, измерительных преобразователей, индикаторов, многозначных и однозначных мер).

2. При необходимости уточнения характеристик СИ выполнить измерения выбранных физических величин с помощью мер и измерительных приборов (использовать цифровые и аналоговые приборы).

3. Ознакомиться со структурными элементами сложных средств измерений (многозначных мер, измерительных преобразователей, измерительных приборов), представить их схемы и краткие описания.



Выполнение работы

Анализ предложенных средств измерений следует начинать с их классификации, после чего рассматривают группы однородных СИ.

Для однозначных мер начинают с выяснения того, какую физическую величину воспроизводит мера и каково ее номинальное значение. Для многозначных мер определяют число воспроизводимых мерой номинальных значений физической величины, а если мера штриховая, то указывают также цену деления. Обобщенной характеристикой точности может служить класс или разряд меры, которые указывают в документах на конкретные СИ. Если они неизвестны, в соответствующей клетке таблицы ставят прочерк.

Для средств измерений, более сложных чем меры (преобразующих измерительную информацию), определяют принцип преобразования, выявляют первичный преобразователь, чувствительный элемент, а также определяют характер изменения выходного сигнала (аналоговый или дискретный), вид выходного сигнала (визуальный, звуковой, не воспринимаемый оператором, др.) и вид устройства отображения информации (шкала-указатель, цифровое табло, др.).

Например, при использовании электролампы в качестве индикатора наличия в розетке электрического тока можно сказать, что принцип преобразования сигнала измерительной информации – электрический, чувствительные элементы – контактные стержни вилки, характер изменения выходного сигнала – дискретный (горит – не горит), вид выходного сигнала визуальный, и вид устройства отображения информации – сигнальная лампочка. Если для тех же целей использовать радиоприемник, выходной сигнал будет звуковым (возможно и визуальным), а устройство отображения информации – динамик.

Тензорезистор – измерительный преобразователь с электрическим принципом преобразования сигнала измерительной информации, характер изменения выходного сигнала – непрерывный, выходной сигнал выдается в форме не воспринимаемой оператором, устройство отображения информации отсутствует. Обычно первичным измерительным преобразователем при использовании тензорезистора в измерительных устройствах бывает упругий механический элемент ("тензобалка", мембрана…), а сигнал передают на усилитель и далее – на устройство отображения информации.

При изучении ряда элементов аналоговых СИ можно обойтись без измерений. Например, не надо измерять температуру тела, чтобы сказать, что медицинский ртутный термометр – измерительный прибор, работающий на использовании принципа объемного расширения жидкости, аналоговый, с диапазоном шкалы от 35 оС до 42 оС и ценой деления 0,1 оС. Шкала одна, прямолинейная равномерная, указателем служит край ртутного столбика. Чувствительный элемент – резервуар термометра, первичный (и единственный) измерительный преобразователь – капиллярная трубка с резервуаром, заполненным расширяющейся жидкостью (ртутью). Подробности конструкции (сужение капилляра, которое препятствует уменьшению показаний и тем самым превращает прибор в максимальный термометр) не очевидны и при общем анализе могут не рассматриваться. Построенная на основе анализа конструкции и работы структурная схема прибора приведена на рис. 2. Она не вполне типична, поскольку рассматриваемый прибор выполнен на одном измерительном преобразователе, один из элементов которого к тому же используется в качестве указателя устройства отображения измерительной информации.


2


Рис. 2. Структурная схема жидкостного термометра.

1 – первичный измерительный преобразователь – капилляр с резервуаром рабочего тела (затонирован чувствительный элемент – резервуар для жидкости),

2 – устройство отображения измерительной информации шкала-указатель (указателем служит край столбика рабочей жидкости).

Поскольку другие приборы не так прозрачны, для построения их структурных схем используют кинематические, электрические и другие схемы, и/или чертежи и описания конструкции и работы прибора. Анализируя измерительные приборы и сложные измерительные преобразователи, следует помнить, что простой преобразователь как правило содержит не менее двух элементов (например, двуплечий рычаг с шарниром, стержень в направляющих, зубчатое колесо и сектор на осях в опорах), причем любой из них может входить в соседний преобразователь или в устройство отображения измерительной информации (зубчатый сектор передачи триб-сектор одновременно выступает как второе плечо рычага, стрелка-указатель находится на равноплечем рычаге весов…).

Для анализа СИ и их структурных элементов при необходимости следует произвести измерения выбранных физических величин с использованием многозначных мер, приборов, реализующих методы непосредственной оценки и сравнения с мерой. Практически всегда приходится проводить измерения "цифровыми" приборами. В ходе измерений основное внимание необходимо уделять не результатам измерений, которые имеют вспомогательный характер, а изучению СИ и их структурных элементов.

Оформление результатов работы

Результаты работы оформляют в виде таблиц, структурных схем и необходимых текстовых описаний (таблицы 1...5 даны с примерами заполнения). Если соответствующая клетка таблицы не может быть заполнена, в ней ставят прочерк, а при отсутствии оцениваемого элемента записывают "нет", "отсутствует" и т.д. Примеры оформления структурных схем приведены на рис. 1 и 2.



Таблица 1. Характеристика однозначных мер

Наименование меры

Воспроизводимая величина

Номинальное значение

Уровень точности

Мера угловая концевая

Плоский угол

30о 15'

2 класс

Образцовый резистор

Сопротивление

200 Ом

1 разряд

Таблица 2. Характеристика многозначных мер

Наименование меры

Воспроизводимая величина

Номинальные значения

Цена деления

Уровень точности

Мера угловая штриховая (транспортир)

Плоский угол

0о … 180о

1о

не нормирован

Мера угловая концевая с четырьмя рабочими углами

Плоский угол

89о50'; 89о59'30; 90о00'30; 90о10'

__

1 класс

Таблица 3. Общие характеристики преобразующих средств измерений

Наименование

Принцип преобразования

Первичный преобразователь

Чувствительный

элемент


Изменение выходного сигнала

аналоговое/ дискретное



Вид выходного сигнала

Устройство отображения информации

Динамометр

механический

пружина

крюк

аналоговое

визуальный

шкала-указатель

Реле размерное

электрический

шток в направляющих

измерительный наконечник

дискретное

визуальный

сигнальные лампочки

Индикатор контакта

электрический

__

__

дискретное

визуальный и звуковой

лампочки и зуммер

Таблица 4. Аналоговые устройства отображения измерительной информации

Наименование прибора

Характеристики устройства шкала-указатель

Число шкал

Вид шкалы

Вид отметок

Цена деления

Число указат

Вид указателя

Нутромер микрометрический

2

1 Прямолинейная равномерная

2 Круговая равномерная



штрихи штрихи

0,5 мм

0,01 мм


2

1 Край барабана;

2 Линия на стебле



Таблица 5. Дискретные (числовые) устройства отображение информации

Наименование прибора

Характеристики числового табло

Вид кода

Число разрядов

Номинальная ступень квантования

Запятая (точка)

Другие символы

Длиномер цифровой

десятичный

6

0,001 мм

фиксированная

"Плюс" и "Минус"

Отчет о лабораторной работе N 2

Тема:: Структура средств измерений.

Цель работы: ознакомление с видами средств измерений (СИ) и их структурными элементами.

Задачи: 1. Научиться классифицировать средства измерений.

2. Ознакомиться с характеристиками СИ разных видов и составом их структурных элементов, включая чувствительные элементы и устройства отображения измерительной информации.

3. Научиться выделять элементы СИ и строить структурные схемы.

Таблица 1. Характеристика однозначных мер


Наименование меры

Воспроизводимая величина

Номинальное значение

Погрешность













Таблица 2. Характеристика многозначных мер

Наименование меры

Воспроизводимая величина

Номинальные значения

Цена деления

Погрешность
















Каталог: files -> book
book -> Гельминтоз
book -> Отчеты и обработки подсистемы учета ндс настройка параметров учета Настройка параметров учетной политики для целей ндс
book -> Секреты профессиональной работы с С: Бухгалтерией (редакция 0). Учет расчетов по ндс
book -> Медицинское информационное агентство
book -> Эрик Перл Воссоединение: Исцеляй других, исцеляйся сам
book -> Паисий Святогорец
book -> Учение об элементах (Таттва-видья)
book -> Структура книги Теория бухгалтерского учета расчетов по налогу на прибыль


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница