Понятия о величине, размере величины, параметре, размере, измерении

 

Объектами измерений могут быть: явления, процессы, тела, вещества. Собственно, измеряют не сами объекты, а количественные признаки свойств (особенностей) объектов, например, параметры продукции.

Свойства объектов характеризуются качественными и количественными признаками. Физической величиной или просто величиной называют свойство общее по качественному признаку для многих объектов, но по количественному признаку индивидуальное для каждого объекта. Общими величинами для многих объектов являются, например, длина, угол, масса, сила, давление и др. Длина и угол являются физическими и, в то же время, геометрическими величинами. В данном курсе будут рассматриваться, в основном, измерения длин, т.е. геометрических линейных величин. Частными проявлениями длины являются: протяженность, расстояние, диаметр, радиус, высота, глубина, ширина, толщина.

Длины объектов характеризуются одними и теми же качественными признаками, т.е. качественно они не различаются, но количественные их признаки разные. Например, длины 10 мм, 20 мм, 30 мм качественно не различаются, а отличаются только количественно.

Конкретные реализации одной величины, например, длины, называют однородными (одноименными) величинами. Однородные величины отличаются друг от друга только количественно, т.е. размером. Таким образом, размер величины - количественный признак конкретной реализации однородных величин. То есть, 10 мм, 20 мм, 30 мм – размеры длины. Неоднородными (разноименными) величинами являются длина, угол, масса. Они отличаются качественно.

 

 

Рис.1 Структурная связь объект измерения – размер величины

 

Когда имеют в виду конкретный объект, то не говорят «размер длины», «размер угла», а говорят «длина», «угол» и т.п. То есть, слово «размер» опускают. Если говорят «длина», «угол», то речь дет о величине вообще, а не о конкретной величине. Если говорят «длина 10 мм», «диаметр 10мм», то речь идет о размерах конкретных величин. Таким образом, необходимо обратить внимание, что, к сожалению, термин «величина» применяют в двух разных смыслах в зависимости от контекста: как обобщенное понятие одновременно о качественном и количественном признаках свойства объекта, и как понятие только околичественном признаке свойства объекта.

В метрологии оперируют с именованными величинами, а не с отвлеченными числами. Поэтому результаты измерений определяют в единицах величин (в единицах измерений величин).

Единица величины – величина фиксированного размера, условно принятая для сравнения с ней однородных величин, которой присваивается числовое значение, равное 1. Например, единица длины 1 м, где 1 – числовое значение единицы длины, м – сокращенное наименование единицы длины. Длина, как линейная величина, выражается в линейных единицах.

В машино- и приборостроении, как правило, применяют производные более мелкие (дробные) единицы длины: 1 мм=10 ^{– 3 м, 1 мкм =10 – 6 м = 10 – 3 мм, 1 нм (нанометр) = 10 – 9 м = 10 – 6} мм = 10 ^{– 3} мкм.

Каждая величина (размер величины) имеет значение.

Значение величины – ее оценка в виде некоторого количества принятых для нее единиц. Каждое значение величины (размера величины) содержит: числовое значение величины, числовое значение единицы величины и полное или сокращенное наименование единицы величины (единицы измерения размера величины).

Числовое значение величины – отвлеченное число, равное отношению величины к ее единице. Например, в записи «длина l = 10 мм»: длина - наименование величины, l – обозначение величины, 10мм – значение величины (значение размера величины), 10 – числовое значение величины (размера величины), 1 – числовое значение единицы величины (оно всегда равно 1, а потому не записывают, но подразумевают), мм – сокращенное наименование единицы величины.

В технике, в том числе, когда речь идет о продукции и ее свойствах, а также иногда и в метрологии вместо термина «величина» и «размер величины» применяют термин «параметр».

Параметр – количественный признак свойства объекта (изделия, процесса), т.е. количественный признак величины.

Когда речь идет о линейных параметрах в общем смысле, например, при нормировании точности параметра, вместо терминов «размер длины», «размер диаметра» и т.п. применяют термин «размер». Конкретные реализации размеров записывают в виде: 10 мм, 20 мм, 30 мм.

Можно встретить выражение «параметры и размеры». Такое выражение неверно, т.к. размер величины – параметр. Имеет место путаница в терминах «параметр» и «показатель».

Когда речь идет о физических величинах, следует применять термин «параметр», когда речь идет о нефизических величинах, следует применять термин «показатель».

Когда речь идет о качестве продукции, о разбраковке, метрологических показателях СИ следует использовать термин «показатель». Иногда, например, показатель качества продукции может быть одновременно и ее параметром (емкость ковша, длина стрелы экскаватора).

Необходимо помнить, что в текстовых записях (в технических требованиях чертежа и в других документах) обязательно указывают наименование (полное или сокращенное) единицы измерения величины.

При измерениях линейных величин теоретически за размер принимается расстояние между парой противоположных точек элемента изделия, как правило, в нормальном сечении (если в другом сечении, то это оговаривается особо). Контакт каждой измерительной поверхности СИ с изделием теоретически должен происходить только в одной точке. При технических измерениях, как правило, это требование вынуждено нарушатся из-за отсутствия таких достаточно простых, производительных, долговечных и дешевых СИ.

 

 

Рис.2 Структура величины (размера величины, параметра)

 

Чаще всего, рабочие СИ обеспечивают не точечный, а линейчатый или плоскостной контакт с объектом измерения. Для таких измерений это допускается, тем более что в большинстве случаев, когда отклонения формы и расположения поверхностей должны быть в приделах допуска на размер, одновременно проверяются размер и отклонение формы или расположения поверхностей (в этом случае допуски формы и расположения в чертеже особо не оговаривают).

При метрологических и технических лабораторных измерениях каждый размер измеряют в одном и том же месте, как минимум, трижды, а за результат измерения принимают средний арифметический результат. При высокоточных метрологических измерениях и измерениях в исследовательских целях измеряют «текущий» размер по всему профилю или поверхности, или специально оговаривается необходимое количество сечений или пар точек и их расположение.

Итак, размеры величин (параметры) обнаруживают с помощью измерений.

Измерение – нахождение значения размера величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Процесс нахождения значения размера величины (параметра) представляет собой совокупность операций по определению соотношения измеряемой величины (параметра) с ее единицей.

Основное уравнение измерения:

А_и = х _* а, где

А_и – результат измерения (искомый размер величины),

х _* а – значение размера искомой величины,

х - числовое значение размера искомой (измеренной) величины,

а – единица измерения (т.е. размер величины, принятый за единицу),

а = 1 плюс полное или сокращенное наименование единица измерения величины.

Таким образом, количественную характеристику (признак) измеренной величины, т.е. результат измерения, можно получить только сопоставлением размера измеряемой величины с ее единицей.

Схема связей при измерениях представлена на рис. 3.

Основные требования к измерениям, обеспечивающие и единство:

- необходимая точность измерения, которая определяется допускаемой погрешностью измерения;

- сходимость результатов измерений, которая отражает близость друг к другу результатов повторных измерений одной и той же величины, выполненных в одинаковых условиях (те же: место, время, метод, средство, оператор и другие условия);

- воспроизводимость результатов измерений, отражающая близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных в разных местах, разными методами, средствами, операторами, в разное время, но в одних и тех же прочих условиях;

- производительность измерений, которая должна соответствовать производительности техпроцесса изготовления продукции.

Измерения подразделяют на метрологические и технические. Каждый вид измерений имеет свою специфику и точность.

Метрологические измерения (самые точные) выполняют при помощи эталонов с целью введения новых единиц величин или передачи их размеров рабочим средствам измерений (с оцениванием или без оценивания погрешностей СИ). Эти измерения имеют разную точность в зависимости от уровня поверки (калибровки).

К техническим измерениям относят любые виды измерений с помощью рабочих средств, т.е. не участвующих в передаче единицы величины от эталонов. Это относительно грубые измерения. В машиностроении они составляют около 90 – 95 % всех измерений. Их подразделяют на лабораторные и производственные. Лабораторные измерения выполняют в специальных измерительных лабораториях, в том числе в измерительных лабораториях предприятий (в ЦИЛ и лабораториях цехов). Здесь выполняют более точные технические измерения и те, которые невозможно выполнить в производственных условиях, а также наиболее грубые метрологические измерения. Технические измерения выполняют в целях контроля качества продукции, а также в исследовательских целях.

 

 

Рис.3 Схема связей при измерениях

Производственные измерения выполнить в производственных условиях, в том числе в ОТК предприятий с целью определения годности продукции или соблюдения технологического процесса. Это наиболее грубые измерения. При этих измерениях допускаются значительные упрощения для повышения их производительности (при этом снижается их точность).

Кроме термина «измерение» применяют термины: «контроль», «контроль качества продукции», «технический контроль», «измерительный контроль». Эти термины обозначают разные понятия и подробно рассматриваются в курсе «Технический контроль в машиностроении». В данном же курсе достаточно знать, что технический контроль может выполняться, как при помощи измерений (измерительный контроль), так и без измерений, с помощью специальных контрольных средств, например, калибров. При помощи калибров не определяют значение проверяемого параметра, а лишь годность его (годен, негоден; больше или меньше, чем нужно).