Нормальные условия выполнения измерений

Обеспечение единства измерений и достижения требуемой точности при изготовлении машин и приборов зависит от целого ряда причин и в первую очередь от соблюдения нормальных усло­вий выполнения измерений. ГОСТ 8.050-73, в котором установлены эти условия, от­носится к группе стандартов государственной системы обеспече­ния единства измерений (ГСИ). В нем установлены требования к нормальным условиям выполнения измерений линейных размеров в пределах от 1 до 500мм и измерений углов с длиной меньшей стороны до 500 мм; их называют влияющими величинами. Приведем основные значения влияющих величин:

Температура окружающей среды 20°С.

Атмосферное давление 101324,72 Па (760мм рт.ст.).

Относительная влажность окружающего воздуха 58%.

Направление линии измерения линейных размеров до 160мм у наружных поверхностей – вертикальное, в остальных случаях – горизонтальное.

Положение плоскости измерения углов – горизонтальное.

Нормальные условия должны обеспечиваться при измерениях для исключения дополнительных погрешностей; они должны поддерживаться в рабочем пространстве в течение всего процесса измерения.

В стандарте установлено, что результаты измерения для со­поставимости должны приводиться к нормальным значениям влияю­щих величин с погрешностью, не превышающей 35% допускаемой погрешности измерения.

В этом стандарте установлены пределы допускаемых отклоне­ний от нормальных значений влияющих величин. Числовые значения допускаемых отклонений расположены по четырнадцати рядам, с I по XIV, в зависимости от допуска измеряемых величин, в порядке увеличения этого допуска. Например, ряд IX соответствует 6-му квалитету точности, ряд XI – 8-му квалитету, ряд XIV – 10-му квалитету.

2.16.1 Пределы допускаемого отклонения температуры объекта измерения и рабочего пространства от нормального значения в процессе измерения приведены в табл. 2.16.1

Таблица 2.16.1

Пример

Определить, как изменится диаметр стального вала Ø100h7(_-0,035), если в процессе обработки его температура была+60°С, а измерение выполнено при нормальной температуре 20°С. Коэффициент линейного расширения при температурах от 0 до 100°С равен:

для незакаленной стали α₁ = 11,5·10^-6 1/ºC (вал);

для закаленной стали α₂ = 12·10^-6 1/ºC (средство измерения).

Изменение размера диаметра вала определяем по формуле

Δd = d(α₁Δt_l – α₂Δt₂),

тогда

Δd = 100·[11,5·10^-6 ·(60–20) - 12·10^-6 ·(20–20)] = 0,046 мм,

что на больше допуска.

Таким образом, вал при измерении будет забракован.

Для снижения отрицательного влияния разности температур объекта измерения на его поверхности и температуры с учетом пределов допускаемых отклонений стандарт рекомендует выдержи­вать объект измерения в рабочем пространстве при нормальной температуре. Так, например, если температура объекта отлича­ется от нормальной более чем на 1,5; 2,5; 3,5; 5ºС (соответственно для рядов I-III; IV-VIII; IX-XI; XII-XIV), то при массе объекта свыше 10 до 50 кг время выдержи должно быть 6; 4; 3; 2 часа (для этих же рядов). При отклонениях температуры, превышающих указанные, время выдержки должно быть увеличено.

Это относится и к средствам измерения; средства измерения должны до начала измерения находиться в условиях, соответствующих требованиям к температуре в рабочем пространстве не менее 24 ч.

В необходимых случаях, например, если в данный момент нельзя обеспечить соответствующие температуры объекта измере­ния и нормального ее значения в рабочем пространстве, то ре­зультат измерения можно скорректировать путем расчетов, приве­денных в примере (см. выше).

2.16.2 Давление окружающего воздуха в рабочем прост­ранстве не должно быть меньше атмосферного. Допускается превы­шение атмосферного давления не более чем на 3 кПа. Соблюдение этого условия важно, например, при измерении тонкостенных де­талей.

2.16.3 Пределы допускаемого отклонения влажности воздуха в рабочем пространстве от нормального не должны превышать ±20%. Это важно при интерференционных линейных измерениях, для которых при измеряемых размерах не грубее 3-го квалитета эти пределы составляют ±5%.

12.16.4 Кроме направления линии измерения, нормируется также и ориентация объектов измерения. Установлены следующие пре­делы допускаемых отклонений: для квалитетов 1-6 - ±2°, и для квалитетов 6-10 – ±5°.

2.16.5 Из других влияющих величин назовем следующие.

Уровень шума в рабочем пространстве не должен превышать 45 дБ при измерениях объектов с размерами до 5-го квалитета, и 80 дБ при измерениях объектов с размерами с6-го по 10-й квалитет.

Пределы освещенности рабочего пространства установлены, например, для отсчетных устройств в виде шкалы на светлом фоне со стрелкой 300-500 лк (люкс) при люминесцентных лампах и 150-300 лкпри лампах накаливания.

Количество твердых веществ пыли в 1 м³ воздуха в рабо­чем пространстве, например, при размерах частиц пыли не более 1 мкм при измерениях объектов с размерами по 6-8-му квалитетам – 100 частиц, а при измерениях объектов с размерами по 9-му квалитету – 150 частиц.

Погрешность измерения снижается при совпадении технологи­ческих (ТБ) и эксплуатационных баз (ЭБ). Так, например, при установлении величины бокового зазора в зубчатой передаче пу­тем измерения толщины зуба зубчатого колеса по роликам погреш­ность измерения будет меньше, чем с использованием штангензубомера (ТБ – окружность выступов зубчатого колеса не совпадает с ЭБ – боковой поверхностью зуба).

Наиболее кардинальным решением, обеспечивающим соблюдение нормальных условий выполнения измерений, является работа в термостатических механических цехах. Организация таких цехов обеспечивает круглосуточно в течение продолжительного времени постоянство температуры во всем рабочем пространстве цеха. Это достигается за счет создания систем отопления, освещения, вен­тиляции в цехе, четко взаимодействующих между собой (при любых изменениях внешних атмосферных погодных условий (зима, лето) температура в цехе остается постоянной в пределах допускаемых отклонений).

Примером такого цеха является механический цех по изго­товлению, сборке и испытаниям крупных карусельных, горизонтально-расточных и других станков на Коломенском станкострои­тельном заводе. Цех не имеет окон и обладает весьма ограниченным числом входных дверей. Чтобы попасть в цех, нужно пройти через тамбур с плотно закрывающимися дверями; аналогично устроены и ворота для въезда в цех автотранспорта. Освещение в цехе люминесцент­ное. Кроме постоянства температуры, в цехе соблюдены нормы влажности, атмосферного давления, загазованности, уровня шума и др. Цех относится к крупным механическим цехам: его площадь порядка 10-12 тыс. м², высота до головки кранового рельса около 10 м. Микроклимат в цехе благоприятный, что способствует малой утомляемости работающих. Соблюдение нормальных требова­ний к выполнению измерений (механообработка, контроль, сборка, испытания) во взаимодействии с благоприятными гигиеническими условиями в цехе обеспечивает стабильную работу цеха по изго­товлению высококачественных крупных металлорежущих станков, в том числе экспортировавшихся в такие страны, как Англия, Япония и др.