Тема 1.3 Метрологическое обеспечение технологического процесса изготовления продукции

 

Студент должен

иметь представление:

- о необходимости метрологического обеспечения средств из­мерений, обеспечивающих стабильность технологического процесса изготовления продукции;

- о техническом обслуживании и эксплуатации средств изме­рений;

 

знать:

- принципы выбора средств измерений и метрологического обеспечения технологического процесса изготовления про­дукции в целом и по его отдельным этапам;

- обоснование необходимой и достаточной точности средств измерений;

методики установления норм точности измерений, обеспечи­вающих достоверность контроля;

 

уметь:

- выбирать и применять методики выполнения измерений.

 

Выбор средств контроля стабильности и высокого уровня качест­ва по отдельным операциям и переходам технологического процесса изготовления продукции и производственному процессу в целом.

Обоснование необходимой и достаточной точности средств из­мерений в зависимости от заданной точности изготовления. Уста­новление норм точности измерений, обеспечивающих достовер­ность контроля в процессе изготовления.

Выбор и обеспечение методик выполнения измерений.

 

 

Техническое средство можно использовать для измерений толь­ко в том случае, если оно является средством измерений, т. е. имеет нормированные метрологические характеристики. Утвержденные Федеральным агентством по техническому регулированию и метроло­гии средства измерений регистрируются в государственном Реестре средств измерений, удостоверяются сертификатами соответствия и только после этого допускаются для применения на территории Рос­сийской Федерации, В справочных изданиях принята следующая структура описания средств измерений: регистрационный номер, на­именование, номер и срок действия сертификата об утверждении ти­па средства измерения, местонахождение изготовителя и основные метрологические характеристики.

Основные метрологические характеристики оценивают пригод­ность средств измерений к измерениям в известном диапазоне с изве­стной точностью и обеспечивают:

• сравнение средств измерений между собой и достижение их взаимозаменяемости;

• возможность установления точности измерений;

• выбор нужных средств измерений по точности и другим характе­ристикам;

• определение погрешностей измерительных систем и установок;

• оценку технического состояния средств измерений при их поверке. На практике используют следующие метрологические характери­стики средств измерений.

Диапазон измерений область знамений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности измерительного прибора (средства измерения).

Диапазон показании — размеченная область шкалы измеритель­ного прибора, ограниченная ее начальным и конечным значениями, т. е. указанными на ней наименьшим и наибольшим возмож­ными значениями измеряемой величины (он может быть шире диапа­зона измерений).

Предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диа­пазона измерений.

Область рабочих частот (диапазон частот) — полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допускаемого предела.

Градуированная характеристика — зависимость, определяющая соотношение между сигналами на выходе и входе средства измерений в статическом режиме.

Чувствительность по измеряемому параметру — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины

                            

где х — измеряемая величина; у — сигнал на выходе; Δ х — изменение измеряемой величины; Δу — изменение сигнала на выходе.

Параметры х и у чаще всего выражены в различных единицах, например, миллиметрах и вольтах, миллиметрах и секундах (как в осциллографах). Поэтому величина 5 может иметь, например, раз­мерность мм/В, мм/с и т. д.

Предельная чувствительность (по напряжению, току или мощ­ности) — минимальная величина исследуемого сигнала (напряжения, тока или мощности), подаваемого на вход прибора, которая необхо­дима для получения отсчета с погрешностью, не превосходящей до­пустимой. Наименьшее значение изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение, называется порогом чувствительности данного средства измерений.

Время измерения — время, которое требуется для определения значения измеряемой величины с заданной погрешностью.

Разрешающая способность (абсолютная) — минимальная раз­ность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора.

Быстродействие (скорость измерения) — максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной по­грешностью.

Показание — значение измеряемой величины, определяемое по отсчетному устройству прибора и выраженное в единицах этой величины.

Собственная потребляемая мощность Р_со5 -^ мощность, по­требляемая от измеряемой цепи (чем Р_соб меньше, тем точнее изме­рения).

Все перечисленные показатели относятся к метрологическим ха­рактеристикам радиотехнических средств измерений. Есть и другие метрологические характеристики средства измерения.

Характерная особенность измерительной техники — широкое распространение измерительных процессов, в которых одновременно участвуют несколько средств измерений, измеряющих разные физи­ческие величины и основанных на разных принципах действия. Для обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости средств из­мерений их метрологические характеристики нормируют. Основная нормируемая метрологическая характеристика средств измерений — погрешность, т. е. разность между показанием средства измерения и истинным значением измеряемой величины. Обычно используют нор­мированное значение погрешности, под которой понимают погреш­ность, являющуюся предельной для данного типа средств измерений.

Метрологические характеристики нормируют для нормальных условий эксплуатации средств измерений. Нормальными считают ус­ловия, при которых изменением метрологических характеристик под воздействием влияющих величин можно пренебречь. Для многих средств измерений нормальными условиями являются: напряжение питающей сети (220 ± 4,4) В с частотой (50 ± 0,5) Гц; температура окружающей среды (20 ± 10) °С; атмосферное давление от 97,4 до 104 кПа; отсутствие электрических и магнитных полей (наводок).

Важной метрологической характеристикой является погрешность средств измерений — инструментальная погрешность измерения.

Инструментальную погрешность средства измерения в нормаль­ной области значений влияющих величин называют основной. Превы­шение значения влияющей величины за пределы нормальной области может привести к возникновению составляющей инструментальной погрешности, называемой дополнительной. Для средств измерений ос­новная и дополнительная погрешности нормируются отдельно.

Пределы допускаемых дополнительных погрешностей средств измерений устанавливают в виде дольного значения предела до­пускаемой основной погрешности. Для оценки дополнительных погрешностей в документации на средство измерений указывают нормы изменения показаний при выходе условий измерения за пределы нормальных. Дополнительную погрешность иногда норми­руют в виде коэффициента, указывающего «на сколько» или «во сколько раз» изменяется погрешность при отклонении номинального значения. Например, указание, что температурная погрешность вольт­метра составляет ± 0,5 % на 10 °С, означает, что при изменении среды на каждые 10 °С добавляется дополнительная погрешность 0,5 %.

При повседневных измерениях повышенная точность не всегда нужна. Однако определенная информация о возможной инструмен­тальной составляющей погрешности измерения необходима и поэто­му она должна быть каким-либо образом отражена. Такая информация содержится в указании класса точности средства измерения. Это ха­рактеристика зависит от способа выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений.

Класс точности — обобщенная характеристика средств измере­ний, определяемая пределами допускаемых основных и дополнитель­ных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющими на точность, значения которых устанавливают в соответ­ствующих стандартах. В стандартах есть такое примечание: «Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств». Это значит, что класс точности дает возможность судить о том, в каких пределах на­ходится погрешность средств измерений одного типа, но не характе­ризует точности измерений, выполняемых этими средствами, так как погрешность зависит и от метода измерений, и от условий измерений и т. д. Последнее важно учитывать при выборе средства измерения в зависимости от заданной точности измерений.

Впервые термин «класс точности» был введен в тридцатые годы XX в. применительно к стрелочным приборам и определял основную погрешность средств измерений (погрешность средств измерений в нормальных условиях). Введение класса точности преследовало цель классификации средств измерений по точности. Эта характеристика была удобной для приборостроителей, поскольку позволяла четко стандартизировать измерительные приборы в виде регламентирован­ных рядов классов точности. Такое представление в то время было оправдано и характеристикой класс точности можно было руковод­ствоваться при выборе средств измерений, при ориентировочной оценки точности измерений и др. Поскольку в настоящее время схе­мы и конструкции средств измерений усложнились, а области приме­нения средств измерений весьма расширились, то, как уже отмечалось, на погрешность измерений стали существенно влиять и другие факто­ры. Область практического применения характеристики класс точно­сти ограничена только такими приборами, которые предназначены для измерения статических величин. В международной практике класс точности устанавливается только для небольшой части приборов.

Средство измерений может иметь два и более класса точности. Например, при наличии у средства измерений нескольких диапазонов измерений одной и той же физической величины ему можно присвоить два или более класса точности. Приборы, предназначенные для изме­рения нескольких физических величин, также могут иметь различные классы точности для каждой измеряемой величины.

Классы точности присваивают средствам измерений при разра­ботке на основании исследований и испытаний их представительной партии. Обычно их устанавливают в технических условиях (иногда в стандартах) на средство измерений. Пределы допускаемых погреш­ностей нормируют и выражают в форме абсолютной отно­сительной или приведенной погрешностей (далее индекс для упрощения опущен). Форма выражения зависит от характера изменения погрешностей в пределах диапазона измерений, а также от условий применения и назначения средства измерения. Пределы допускаемых погрешностей средств измерений определяют аналогично погрешностям измерений соответственно Если известен класс точности средства измерения, то из него можно найти максимально допустимое значение абсолютной по­грешности для всех точек диапазона измерений.

 

Абсолютная погрешность средств измерений Л_си = А состоит из аддитивной и мультипликативной составляющих. Аддитивная со­ставляющая образуется, например, из-за неточности установки на нуль перед измерением и т. д. Мультипликативные погрешности по­являются вследствие изменения коэффициента усиления усилителя, коэффициента передачи цепи

 

Предел допускаемой абсолютной дополнительной погрешности средства измерения Δ_дсн может указываться в виде:

• постоянного значения для всей рабочей области влияющей вели­чины;

• отношения предела допускаемой дополнительной погрешности, соответствуюшего предписанному интервалу влияющей величины, к этому интервалу;

• зависимости предела погрешности средства измерений Δ_дСИ от влияющей величины.

Примеры обозначения классов точности средств измерений при­ведены в табл. 1.2.