Обработка результатов измерений

Погрешности измерений и их классификация

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ, ВЫБОР СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ,

Погрешность измерения – это отклонение результата измерения от действительного значения измеряемой величины , определяемое по формуле , где – погрешность измерения.

В машиностроении погрешность измерения также определяют как разность между результатом измерения и действительным размером измеряемой величины. Напомним, что действительным размером признаётся размер, полученный путём измерения, выполненного с допустимой погрешностью. Действительное значение измеряемой величины по мере совершенствования средств измерений и повышения их точности стремится к истинному значению, которое теоретически свободно от погрешностей. Величины допустимых погрешностей измерений установлены ГОСТ 8.051–81 в зависимости от величины номинального размера и допуска измеряемого размера.

В машиностроительном производстве погрешность измерения следует рассматривать как суммарную (полную) погрешность всего процесса измерения, складывающуюся из нескольких составляющих погрешностей. Из довольно значительного числа этих погрешностей наиболее существенно влияют на суммарную (полную) погрешность измерения следующие составляющие:

- инструментальная погрешность, её чаще называют погрешностью средства измерений;

- погрешность, вносимая в процесс мерами или образцами;

- погрешность, возникающая от измерительного усилия при контактном измерении;

- погрешности, возникающие из-за термического расширения (сжатия) объекта измерения или средства измерений при отклонениях температуры в процессе измерения;

- субъективные погрешности человека, выполняющего процесс измерения.

От правильности выполнения измерения значительно зависит качество изготовления машиностроительной продукции, поэтому рассмотрим составляющие погрешности измерения подробнее.

Инструментальная погрешность (погрешность средства измерений) – это разность между показанием средства измерений и действительным размером измеряемого объекта. Чаще всего эта погрешность вносит самый большой вклад в погрешность измерения. Именно поэтому за всеми средствами измерений проводится контроль как после их изготовления или ремонта, так и во время их эксплуатации.

Такой контроль принято называть поверкой средств измерений. При проведении поверки определяют работоспособность поверяемого средства и его инструментальную погрешность, при этом выясняют, находится ли она в пределах нормы, установленной для данного средства измерений.

Выполняют поверку специальные органы метрологической службы – измерительные лаборатории и их поверочные пункты. Работники этих органов, лично проводящие поверку, называются поверителями. Если в результате поверки данное средство измерений оказывается годным, т.е. оно работает исправно, и его погрешность находится в пределах нормы, то на него выписывается документ о положительных результатах поверки – аттестат. Если же нет, то данное средство измерений изымается из применения. Свидетельство годного средства измерений хранится в его футляре и свидетельствует о его годности до даты следующей поверки по специальному графику. Если срок прошёл и очередную поверку не произвели, то при контроле органом метрологической службы данное средство измерений объявляется незаконным, а его аттестат – недействительным.

Все эти мероприятия проводят для создания и обеспечения единства измерений. Единство измерений – это такое состояние всех измерений в стране, при котором их результаты выражаются в узаконенных единицах и имеют нормируемую точность. Для обеспечения единства измерений в нашей стране создана Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), состоящая из большой группы ГОСТов. Комплекс этих стандартов имеет номера, начинающиеся с цифры «8» и точки после неё.

Погрешности мер или образцов, используемых при установке средства измерений на размер со своими знаками, входят в погрешность каждого измерения. Чем выше точность изготовления объекта измерения (чем меньше допуск), тем опаснее отклонение меры, используемой при установке средства измерений. В случаях особо высоких точностей обработки применяют меры или образцы, снабжённые аттестатами, в которых указаны действительные размеры меры или образца, выявленные путём измерения со значительно меньшей погрешностью измерения, чем интересующий нас объект измерения.

Погрешность, возникающая от измерительного усилия при контактном измерении. Под действием измерительного усилия в самом средстве измерений и на поверхности объекта измерения возникают деформации. Чем больше эти деформации, тем больше погрешность измерения. Значительные погрешности измерения возникают в результате неправильно выбранного измерительного усилия для деталей из мягких материалов.

Погрешность, возникающая из-за термического расширения (сжатия) объекта измерения и средства измерений при отклонении температуры среды, в которой производят процесс измерения от нормальной. Для единства измерений установлено, что линейные размеры необходимо измерять при температуре +20 °С. Эту температуру называют нормальной. В условиях реального производства помещение цеха, изготовляемая деталь и средство измерений могут иметь разную температуру, отличающуюся от нормальной и изменяющуюся во времени. Эти отклонения от нормальной температуры приводят к тепловому расширению или сжатию измеряемой детали и средства измерений, а следовательно, и к увеличению погрешности измерения.

Субъективные погрешности человека, выполняющего измерения, разделяют на три группы: ошибки при действиях, ошибки при наблюдении и профессиональные ошибки.

Ошибки при действиях: неточное совмещение реперов (или шкалы) с измеряемым размером. При настройке средства измерений на размер по концевым мерам длины (КМД) или образцам возникают ошибки подбора КМД в блок, ошибки установки на нуль, ошибки при закреплении средства измерений в установленном положении; при контакте чувствительного элемента средства измерений с поверхностью объекта возможно завышение или занижение измерительного усилия.

Ошибки при наблюдении: ошибки отсчёта при оценке точности совпадения стрелки или штриха нониуса с делением шкалы и его знаком.

Профессиональные субъективные погрешности – это ошибки исполнителя, вызванные его недостаточным умением. Исполнители малой квалификации вносят значительные субъективные погрешности измерения, из-за чего резко возрастают суммарные (полные) погрешности всего процесса измерения.

Предельные значения полных погрешностей измерения. Для средств измерений, выпускаемых промышленностью и применяемых в машиностроении для измерения линейных размеров, специальными исследованиями выявлены предельные значения полных погрешностей измерения. Эти погрешности опубликованы в директивно-методических указаниях Госстандарта под названием РД МУ 98-77.

Единство измерений не может быть обеспечено лишь совпадением погрешностей. Требуется ещё и достоверность измерений, которая говорит о том, что погрешность не выходит за пределы отклонений, заданных в соответствии с поставленной целью измерений. Есть ещё и понятие точности измерений, которая характеризует степень приближения погрешности измерений к нулю, т.е. к истинному значению измеряемой величины.

Обобщает все эти положения современное определение понятия единства измерений – состояние измерений, при которых результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы.

Для обобщённой характеристики точности средств измерений, определяемой пределами допускаемых погрешностей (основной и дополнительной), а также другими их свойствами, влияющими на погрешность измерений, вводится понятие «класс точности средств измерений». Единые правила установления пределов допускаемых погрешностей показаний по классам точности средств измерений регламентирует ГОСТ 8.401–80 «Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования».

Классы точности определяются стандартами и техническими условиями, содержащими технические требования к средствам измерений. Для каждого класса точности средства измерения конкретного типа устанавливаются конкретные требования к метрологическим характеристикам, в совокупности отражающие уровень точности. Единые характеристики для средств измерений всех классов точности (например, входные и выходные сопротивления) нормируются независимо от класса точности. Средства измерений нескольких физических величин или с несколькими диапазонами измерений могут иметь два и более классов точности. Например, электроизмерительному прибору, предназначенному для измерения электрического напряжения и сопротивления, могут быть присвоены два класса точности: один – как вольтметру, другой – как амперметру.

Классы точности присваивают средствам измерений при разработке. В процессе эксплуатации метрологические характеристики средств измерений ухудшаются. Поэтому допускается понижение класса их точности по результатам метрологической аттестации.

В связи с большим разнообразием средств измерений и их метрологических характеристик ГОСТ 8.401–80 определены способы обозначения, причём выбор того или иного способа зависит от того, в каком виде нормирована погрешность.

Примеры обозначения классов точности приборов приведены в таблице 6.

Таблица 6

Примеры обозначения классов точности приборов

Формула для определения пределов допускаемых погрешностей	Примеры пределов основной допускаемой погрешности, %	Обозначение класса точности	Примечание
в документации	на средствах измерений
Δ=± a	-	Класс точности М	М	-
Δ=±(a + bx)	-	Класс точности С	С	-
γ=Δ/ ΧΝ =± p	γ=±1,5 γ=±0,5	Класс точности 1,5	1,5	Если XN выражено в единицах величины
-	Класс точности 0,5	0,5V	Если XN определяется длиной шкалы (её части)
δ=Δ/ Χ =± q	Δ=±0,5	Класс точности 0,5	0,5	-
δ=±[ c + d (| X П/ X |-1)]	δ=±[0,02+0,01·(| X П/ X |-1)]	Класс точности 0,02/0,01	0,02/0,01	-
Примечание: Δ – пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения, выраженной в единицах измеряемой величины на входе (выходе) или условно в делениях шкалы; X – значение измеряемой величины на входе (выходе) средства измерения или число делений, отсчитываемых по шкале; а, b – положительные числа, не зависящие от X; δ – пределы допускаемой относительной основной погрешности, %; q, р – больший (по модулю) из пределов измерений; с, d – положительные числа, выбираемые из ряда; с = b + d; d = а | X к|; γ – пределы допускаемой приведенной основной погрешности, %; XN – нормирующее значение измеряемой величины.

Дата добавления: 2014-01-04