Теоретическая часть. Краткие сведения о средствах измерения.Средства измерений, применяемые в машиностроении, по назначению можно разделить на универсальные и специальные.

Краткие сведения о средствах измерения.Средства измерений, применяемые в машиностроении, по назначению можно разделить на универсальные и специальные.

Специальные средства предназначены для измерения одного или нескольких параметров деталей определенного специфического типа.

По числу параметров, которые измеряются при одной установке детали на штативе, различают одномерные и многомерные измерительные и контрольные средства, а по степени механизации процесса измерения – неавтоматические (ручного действия), механизированные, полуавтоматические и автоматические.

7.3.1 Штангенинструменты.

Штангенинструменты – это группа измерительных средств для измерения и разметки линейных размеров.

Штангенинструменты являются наиболее массовыми и широко распространенными универсальными измерительными средствами. Метод измерения штангенинструментом прямой, абсолютный. В частности штангенциркули предназначены для линейных измерений наружных и внутренних размеров до 4000 мм, штангенглубиномеры – для измерения глубины отверстий и расстояния между двумя плоскостями до 500 мм, штангенвысотомеры (штангенрейсмасы) – для разметки и измерения высоты изделий до 2300 мм.

Отличительным признаком штангеинструментов является наличие в них двух штриховых шкал – основной и дополнительной – нониуса.

В лабораторной работе применяется штангенциркуль, конструкцию которого можно увидеть в представленных типах штангенинструментов – в Приложении В.

Рассмотрим различные виды штангенинструментов.

Штангенциркули ГОСТ 166 – 89.

Существуют следующие типы штангенциркулей:

ШЦ - I, ШЦ - II, ШЦ - III с отсчетом по нониусу 0,1 мм.

ШЦ - II и ШЦ - III c отсчетом по нониусу 0,05 мм.

В зависимости от того, с каким отсчетом по нониусу проводятся измерения, существуют различные для каждого типа предельные погрешности измерения. В лабораторной работе приведены предельные погрешности измерений в таблице 7.1 в соответствии с ГОСТ 166 – 89.

Штангенглубиномеры ГОСТ 162 – 90.

У штангенглубиномера существует неподвижная губка, а подвижная рамка имеет траверсу, являющуюся основанием (опорой) для измерения глубины. Остальные конструктивные элементы такие же, как в штангенциркуле. Штангенглубиномеры имеют диапазон измерений не более 500 мм. На меньших диапазонах (200 - 300) отсчет составляет 0,05 мм, на больших 0,1 мм.

При измерении глубины измерительную поверхность штанги устанавливают на нижнюю плоскость измеряемой детали. При этом подвижная губка вместе с траверсой спускается до плотного контакта с верхней плоскостью измеряемой детали. Затем стопорят губку и снимают показания.

Штангенрейсмасы ГОСТ 164 – 90.

Штангенрейсмасы применяются для разметки, измерения высоты и расположения поверхностей наружных деталей (старинное название – штихмасы).

Конструкция штангенрейсмаса приспособлена для измерения размеров от плоскости разметочной плиты, (Приложение В, рисунок В 26), поэтому взамен неподвижной губки применено массивное основание 1, с помощью которого штангенрейсмас устанавливается на разметочную плиту. Рамка 2 с нониусом 4 имеет консольную державку к плоскости, к которой крепятся специальные устройства в виде различных чертилок. При разметке вертикальных плоскостей по линейке 8 и нониусу 4 устанавливают требуемый размер, используя при этом микроподачу 7. Затем весь штангенрейсмас прижимают основанием к разметочной плите, а лезвие разметочной ножки к детали. При перемещении штангенрейсмаса по плоскости разметочной плиты на поверхности детали остается риска от разметочной ножки.

Наибольшее распространение получили штангенрейсмасы с диапазоном измерения от 0 до 250 и 400 мм при отсчете 0.05 мм. Штангенрейсмасы с размером от 500 до 2500 мм встречаются значительно реже.

Рисунки и схемы штангенинструментов представлены в Приложении В

7.3.2 Погрешности измерения штангенинструментами

Основными составляющими погрешности измерения штангенциркулями являются нормируемые в ГОСТ 166 – 89 погрешность показаний, просвет и неплоскостность измерительных поверхностей и изгиб штанги при измерении.

ГОСТ 166-89 нормирует погрешность штангенциркуля в пределах величены отсчета (т. е. соответственно 0,05 и 0,1 мм).

Неплоскостность измерительных поверхностей штангенциркулей нормируется в ГОСТе 166-89 величиной 4 мкм для ШЦ-I и 3 мкм для ШЦ-II и ШЦ-III. Величина просвета в этом же стандарте установлена для штангенциркулей с отсчетом 0,05 мм, равной 3 мкм и величины отсчета 0,1 мм, равной 6 мкм.

Основными погрешностями штангенглубиномеров, нормируемыми в ГОСТ 162 – 90, являются погрешность попаданий, несовпадений штрихов и неплоскостность измерительных поверхностей штанги и основания.

Погрешность показаний нормируется в пределах величины отсчета по нониусу, так же как у штангенциркуля, 0,05 и 0,1 мм. Неплоскостность измерительной поверхности штанги допускается 0,004 мм, а неплоскостность измерительной поверхности основания 0,006 и 0,010 мм соответственно для глубиномеров с величиной отсчета по нониусу 0,05 и 0,1 мм. Удельный вес погрешностей, являющийся следствием неплоскостности губок и зазора между губками, невелик, тем не менее все они входят в предельную погрешность измерения штангенинструментом.

Погрешность, вносимая самим оператором имеет наибольшее значение при пользованиии штангенинструментом, т. к. глаз человека способен различать смещение штрихов при угловой величине, равной 12 - 15. Для расстояния наилучшего видения, равного 250 мм, эта угловая величина будет соответствовать линейной 0,012 – 0,015 мм. Однако такая величина не может быть отсчитана по нониусу штангенинструмента. Можно обнаружить смещение не менее 0,025 мм. По нониусу берут дискретные отсчеты и размер, который окажется в середине интервала, их можно отнести к любой из его границ, т. е. к любой из границ интервала можно отнести размер, отличающийся от среднего на + 0,025, - 0,025 мм. Размер, находящийся в пределах 1,15 + 0,025, 1,15 – 0,025 мм, при измерении штангенинструментом с величиной отсчета 0,1 мм может быть оценен как 1,1 или 1,2, а при измерении штангенциркулем с величиной отсчета 0.05 мм размер в пределах 1,125 + 0,025мм, 1,125 – 0,025мм может быть оценен как 1,1 мм или 1,15 мм. Величина предельной погрешности отсчета по нониусу будет равна 0,075 мм для штангенинструмента с отсчетом 0,1 мм и 0,05 мм при величине отсчета 0,05 мм.

Таблица 7.1 – Погрешности измерений штангенциркулями

В штангенинструменте отсутствует устройство для стабилизации усилий поджима измерительных губок к контролируемой детали. Усилия эти могут быть значительными и привести к заметному изгибу штанги, особенно в тех случаях, когда измерение осуществляется концами губок.

Чтобы исключить погрешность условий измерений необходимо выполнить все требования к выполнению измерений и, в частности, обеспечить нормальные условия измерения.

Параллакс – кажущееся смещение штрихов относительно друг друга. Погрешность вследствие параллакса довольно существенна. Для отсчета делений на шкале наблюдатель должен принять направление зрения, перпендикулярное к плоскости шкалы. В противном случае возникает погрешность из-за параллакса, которая носит случайный характер.

Вообще все погрешности можно разделить на случайные и систематические.

Случайная погрешность – это составляющая погрешности измерения изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Она зависит от условий, в которых проводится само измерение, от экспериментальной ошибки методики и субъективных факторов человека.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности измерения остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же величины. Систематические погрешности не проявляются при выполнении измерений, но они проявляются при разработке и выборе средств измерений. Окончательно исключить систематическую погрешность невозможно, поэтому ее по возможности исключают, а остаток систематической погрешности включают в суммарную погрешность измерения и обозначают как неисключенная к систематическая погрешность (НСП). (Старый и отменённый термин – неисключённый остаток систематической погрешности)

Суммарная погрешность результата измерений будет состоять из НСП и случайной погрешности СКО – среднеквадратического отклонения.