При выборе СИ учитывают:
- совокупность метрологических характеристик (цена деления, погрешность, пределы измерений, измерительное усилие);
- эксплуатационные и экономические показатели, к которым относятся: массовость (повторяемость измеряемых размеров) и доступность их для контроля;
- время, затрачиваемое на настройку и процесс измерения;
- масса, габаритные размеры, рабочая нагрузка;
- жесткость объекта контроля, шероховатость его поверхности;
- режим работы и т.д.
Учитывая различные цели контрольно-измерительных операций и их различную принадлежность к этапам жизненного цикла технических средств (производство, эксплуатация, ремонт), становится очевидной, невозможность предложения единой методики выбора СИ. Однако некоторые общие принципы выбора на основании накопленного опыта сводятся к следующим положениям.
I. Для гарантирования заданной или расчетной относительной погрешности измерения dи относительная погрешность dси СИ должна быть на 25-30 % ниже, чем dи (т.е. dси = 0,7 dи). Если известна приведенная погрешность gи измерения, то приведенная погрешность СИ рассчитывается по следующей формуле
(1)
где х и хн – результат измерения и нормированное значение шкалы СИ.
II. Выбор СИ зависит от масштаба производства или количества находящихся в эксплуатации однотипных (одноименных) ТС.
В массовом производстве с отработанным технологическим процессом, включая контрольные операции, используются высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерения и контроля.
В серийном производстве основными средствами контроля должны быть жесткие предельные калибры, шаблоны, специальные контрольные приспособления. Возможно применение универсальных СИ.
В мелкосерийном и индивидуальном производстве основными являются универсальные СИ, поскольку применение других организационно и экономически не выгодно: неэффективно будут использовать специальные контрольные приспособления или потребуется большое количество калибров различных типоразмеров.
III. Метод измерения, определяемый целью контроля, выдвигает требования к СИ по базировке: если контролируется точность технологического процесса, то выбирают СИ технологических баз; если техническое средство контролируется с точки зрения эксплуатации, то СИ выбирается под эксплуатационные базы.
IV. При выборе СИ по метрологическим характеристикам необходимо учитывать следующее:
- если технологический процесс неустойчив, т.е. возможны существенные отклонения измеряемого параметра за пределы поля допуска, то нужно, чтобы пределы шкалы СИ превышали диапазон рассеяния значений параметра;
- цена деления шкалы должна выбираться с учетом заданной точности измерения. Например, если размер необходимо контролировать с точностью до 0,01 мм, то и СИ следует выбирать с ценой деления до 0,01 мм, так как СИ с более грубой шкалой внесет дополнительные субъективные погрешности, а с более точной ценой деления выбирать не имеет смысла из-за удорожания СИ. При контроле технологических процессов должны использоваться СИ с ценой деления не более 1/6 допуска на изготовление.
Поскольку точность измерения определяется величиной относительной погрешности d = (Δ / х) 100 %, т.е. с уменьшением х величина d увеличивается (точность измерения ухудшается). Следовательно, точность измерений на разных участках шкалы неодинаково.
Поэтому при измерениях рабочий участок шкалы СИ должен выбираться по правилу: относительная погрешность в пределах рабочего участка шкалы СИ не должна превышать приведенную погрешность более чем в 3 раза (d < 3 g). Из этого правила следует: а) при односторонней равномерной шкале с нулевой отметкой в ее начале рабочий участок занимает последние две трети шкалы; б) при двусторонней шкале с нулевой отметкой посередине – последнюю треть каждого сектора; в) при шкале без нуля рабочий участок может распространяться на всю длину шкалы.
В пределах рабочего участка шкалы наибольшая возможная абсолютная погрешность равновероятна на всех отметках. Таким образом, при выборе СИ важно определить рабочий участок шкалы и ее цену деления. Последняя зависит от класса точности СИ и числа nш делений шкалы.
Если класс точности СИ определяет наибольшую допустимую погрешность с заданной вариацией, то цена деления должна учитывать эту вариацию, а именно – должна быть равна удвоенному значению приведенной погрешности СИ: С = 2 g или nш = 100 /2 g.
Исходя из требований удобства считывания показаний, допускается использование более крупных делений шкалы, но обязательно кратных nш (в пределах 2-10). Кроме того, цена деления должна составлять целое число единиц измеряемой величины (1, 2, 5, 10 и т.д.).
V. К регистрирующей аппаратуре предъявляются следующие основные требования:
- сигнал, проходящий через СИ, должен сохранять необходимую информацию, не подвергаться искажению и отделятся от помех;
- первичные преобразователи (датчики) должны потреблять минимум энергии от объекта измерения, и их подключение не должно нарушать его нормальной работы. Особые требования предъявляются к точности и чувствительности датчиков, так как эти низкие показатели сведут на нет все усилия по повышению точности измерений;
- носитель информации должен иметь достаточный объем для регистрации всех необходимых сведений;
- регистрирующая аппаратура должна обеспечить получение информации в возможно сжатые сроки.
Если аппаратура не может одновременно удовлетворять всем предъявляемым требованиям, то выбираются наиболее важные из них, позволяющие наилучшим образом справиться с выполнением поставленной задачи.
