Методические рекомендации по выполнению практической работы №3 Выбор метрологических показателей средств измерений

Практическая работа №3

Тема: Выбор метрологических показателей средств измерений

Цель работы: научиться производить выбор метрологических показателей средств измерений

Теоретическая справка

При выборе средства измерения в зависимости от заданной точности изготовления деталей необходимо учитывать их метрологические показатели. К ним относятся:

1. Длина деления шкалы — это расстояние между серединами двух соседних отметок (штрихов, точек и т. п.) шкалы.

2. Цена деления шкалы — это разность значений величин, соответствующих двум соседним отметкам шкалы (у микрометра она равна 0,01 мм).

3. Градуированная характеристика — зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений.

4. Диапазон показаний — область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы, то есть наибольшим и наименьшим значениями измеряемой величины.

5. Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерения.

6. Чувствительность прибора — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к изменению измеряемой величины (сигнала) на входе.

Так, если изменение измеряемой величины составило Δd = 0,01 мм, что вызвало перемещение стрелки показывающего устройства на Δl = 10 мм, то абсолютная чувствительность прибора составляет S = Δl/Δd = 10/0,01 = 1000.Для шкальных измерительных приборов абсолютная чувствительность численно равна передаточному отношению.

1. Вариация (нестабильность) показаний прибора — алгебраическая разность между наибольшим и наименьшим результатами измерений при многократном измерении одной и той же величины в неизменных условиях.

2. Стабильность средства измерений — свойство, выражающее неизменность во времени его метрологических характеристик (показаний).

Технические характеристики, описывающие эти свойства и оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений, называются метрологическими характеристиками средств измерений.

По ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений» предусмотрена следующая номенклатура метрологических характеристик:

1. Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений (без введения поправок):

• функция преобразования измерительного преобразователя — f(х);

• значение однозначной или многозначной меры — у;

• цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;

• вид входного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.

2. Характеристики погрешностей средств измерений включают: значение погрешности, ее систематические и случайные составляющие, погрешности случайной составляющей Δ_слН от гистерезиса — вариация Н выходного сигнала (показания).

Для систематической составляющей Δ_сист погрешности средств измерений выбирают характеристики из числа следующих:

• значение систематической составляющей Δ_сист;

• значение систематической составляющей Δ_сист, математическое ожидание М[Δ_сист,] и среднее квадратическое отклонение σ[Δ_сист,] систематической составляющей погрешности.

Для случайной составляющей Δ_сл погрешности выбирают характеристики из числа следующих:

• среднее квадратическое отклонение σ[Δ_сл] случайной составляющей погрешности;

• среднее квадратическое отклонение σ[Δ_сл] случайной составляющей погрешности и нормализованная автокорреляционная функция r_Δсл (τ) или функция спектральной плотности S_Δсл(ω) случайной составляющей погрешности.

В нормативно-технической документации на средства измерений конкретных видов или типов допускается нормировать функции или плотности распределения вероятностей систематической и случайной составляющих погрешности.

3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам выбираются из числа следующих:

• функция влияния ψ(ξ);

• изменения ε(ξ) значений метрологических характеристик средства измерения, вызванные изменением влияющих величин ξ, в установленных пределах,

4. Динамические характеристики отражают инерционные свойства средства измерений при воздействии на него меняющихся во времени величин — параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки.

-Пп

1,5 ГОСТ 8711-78

1982 N296153

0,5

К полным динамическим характеристикам относятся:

• дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений;

• передаточная функция;

• переходная характеристика;

• импульсная переходная характеристика;

• амплитудно-фазовая характеристика;

• амплитудно-частотная характеристика для минимально-фазовых средств измерения;

• совокупность амплитудно-фазовых и фазово-частотных характеристик.

Нормы на отдельные метрологические характеристики приводятся в эксплуатационной документации (паспорте, техническом описании, инструкции по эксплуатации и т. д.) в виде номинальных значений, коэффициентов функций, заданных формулами, таблицами или графиками пределов допускаемых отклонений от номинальных значений функций.

Задание для аудиторной работы

Определите верхний предел измерения и основную приведенную погрешность вольтметра для измерения напряжения U, если верхний предел измерений вольтметра следует выбрать из ряда: 10; 30; 50; 75; 100; 150; 250; 450; 500В, а класс точности – из ряда: 1·10ⁿ; 1,5·10ⁿ; 2·10ⁿ; 2,5·10ⁿ; 4·10ⁿ; 5·10ⁿ; 6·10ⁿ; где n=1;0;-1;-2. Данные для решения следует выбрать из таблицы 1.

Таблица 1 – данные для решения задания

Пример выполнения

Определите пределы измерения и основную приведенную погрешность манометра для измерения давления 40±0,5МПа при условии, что верхний предел измерений манометра следует выбрать из ряда: 30,0; 40,0; 60,0; 100; а класс точности – из ряда: 1·10ⁿ; 1,5·10ⁿ; 2·10ⁿ; 2,5·10ⁿ; 4·10ⁿ; 5·10ⁿ; 6·10ⁿ; где n=1;0;-1;-2.

Решение:

Наибольшее предельное давление Р_max =40+0,5=40,5 МПа. Наименьшее предельное давление Р_min = 40-0,5=39,5 МПа. Допуск на контролируемый параметр Т=40,5-39,5 = 1,0 МПа.

Выбор измерительного средства определяется допуском на измерение, который зависит от допуска на контролируемый параметр. При отсутствии рекомендаций в нормативно-технической документации допуск на измерение принимают:

σ_изм = 0,33·Т,

где Т – допуск на контролируемый параметр.

Основная допустимая абсолютная погрешность манометра или допуск на измерение:

σ_изм = 0,33·Т = 0,33·1,0 = 0,33 МПа.

Нижний предел рабочей части шкалы:

Н_ди P_min - σ_изм = 39,5-0,33 = 39,17МПа.

Верхний предел рабочей части шкалы:

В_ди P_max + σ_изм = 40,5+0,33 = 40,83МПа.

Выбираем манометр с ближайшим большим верхним пределом измерения 60 МПа.

Основная приведенная погрешность определяется по формуле:

Принимаем ближайшее меньшее значение приведенной погрешности, соответствующее классу точности, из ряда, а именно 0,5%.

Контрольные вопросы

1. Перечислите номенклатуру метрологических характеристик?

2. Перечислите параметры, которые относят к полным динамическим характеристикам?

3. Какие метрологические показатели необходимо учитывать при выборе средства измерения в зависимости от заданной точности изготовления деталей?

4