Выбор средств измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Общие положения

средство измерение контроль аппаратура

При выборе средств измерений (далее СИ) учитывают совокупность метрологических (цена деления, погрешность, пределы измерения, измерительное усилие), эксплуатационных и экономических показателей, к которым относятся: массовость (повторяемость измеряемых размеров) и доступность их для контроля; стоимость и надежность СИ, метод измерения; время затрачиваемое на настройку и процесс измерения; масса, габаритные размеры, рабочая нагрузка; жесткость объекта контроля, шероховатость его поверхности; режим работы; а также различные цели контрольно-измерительных операций.

Очевидно, что невозможно предложить единую методику выбора СИ. Однако некоторые общие принципы выбора на основании накопленного опыта сводятся к следующим положениям.

1. Для гарантирования заданной или расчетной относительной погрешности измерения относительная погрешность СИ должна быть на 25 - 30% ниже, чем (т.е. ). Если известна приведенная погрешность измерения, то приведенная погрешность СИ

где и - результат измерения и нормированное значение шкалы СИ.

2. Выбор СИ зависит от масштаба производства или количества находящихся в эксплуатации однотипных (одноименных) технических систем.

Например, в массовом производстве с отработанным технологическим процессом используют высокопроизводительные механизированные и автоматизированные средства измерения и контроля. Универсальные СИ применяются преимущественно для наладки оборудования.

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 невыгодно.

3. Метод измерения, определяемый целью контроля, выдвигает требования к СИ по базировке: если контролируется точность технологического процесса, то выбирают СИ для технологических баз; если техническая система контролируется с точки зрения эксплуатации, то СИ выбирается под эксплуатационные базы.

4. При выборе СИ по метрологическим характеристикам необходимо учитывать следующее:

1) 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;

2) цена деления шкалы должна выбираться с учетом заданной точности измерения. Например, если размер нужно контролировать с точностью до 0.01 мм, то и СИ нужно выбирать с ценой деления 0.01 мм;

3) поскольку качество измерения определяется величиной относительной погрешность, т.е. с уменьшением величина увеличивается (качество измерения ухудшается). Следовательно, качество измерения на разных участках шкалы неодинаково.

Поэтому рабочий участок шкалы должен выбираться по правилу: относительная погрешность в пределах рабочего участка шкалы СИ не должна превышать приведенную погрешность более чем в 3 раза (). Из этого правила следует: а) при односторонней равномерной шкале с нулевой отметкой в её начале рабочий участок занимает последние две трети длины 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. При выборе СИ важно определить рабочий участок шкалы и её цену деления. Последняя зависит от класса точности СИ и числа 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: .

Исходя из требований удобства считывания показаний, допускается использования более крупных делений шкалы, но обязательно кратных (в пределах 2 - 10). Кроме того, цена деления должна составлять целое число единиц измеряемой величины (1,2,5,10 и т.д.).

5. К регистрирующей аппаратуре предъявляют следующие основные требования:

· сигнал, проходящий через СИ, должен сохранять необходимую информацию, не подвергаясь искажению и отделяться 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;

· регистрирующая аппаратура должна обеспечивать получение информации в возможно сжатые сроки.

Оценка погрешности измерения и выбор СИ зависят также от цели измерения. При этом понятие измерение является общим для таких специфических операций, как испытание, контроль, диагностирование и прогнозирование технического состояния объекта (продукции).



Принципы выбора средств измерений

Выбор СИ по коэффициенту уточнения

Это самый простой способ, предусматривающий сравнения точности измерения и точности изготовления (функционирования) объекта контроля. Здесь предусматривается введение коэффициента уточнения (коэффициента закона точности) при известном допуске и предельном значении погрешности измерения

Величину, обратную называют относительной погрешностью метода измерения .. В соответствии с ГОСТ 8.051 - 81 значение пределов допускаемых погрешностей для линейных размеров задаются в зависимости от допусков и квалитета (табл. 1) как

Для линейных размеров указанное соотношение между и от 20 до 35% соответствует .при выборе СИ по величине необходимо иметь соответствующие справочные данные о погрешностях конкретных СИ. Тогда если измеряемый размер попадает в стандартизованный ГОСТом 8.051 - 81 интервал 0 - 500 мм, то используют среднее значение , а предел основной допускаемой погрешности СИ находят как и из справочных данных выбирают ближайшее СИ с такой погрешностью.



Таблица 1. Зависимость диапазона допусков от квалитета

Квалитет	2 - 5	6 - 7	8 - 9	10 - 16
Средний коэффициент	0.35	0.30	0.25	0.20
Диапазон допусков, мкм	0.8 - 2.7	6 - 63	14 - 155	40 - 4000
Диапазон мкм	0.25 - 10.0	2 - 19	3.5 - 39.0	8 - 800

Выбор СИ по принципу безошибочности контроля

Этот выбор предполагает предварительную оценку вероятностей ошибок I и II рода. Схема выбора включает следующие этапы.

· Оценивают (или обоснованно задают) законы распределения контролируемого параметра и погрешности измерения.

· Задаются соответствующие вероятности ошибок I и IIрода (или отдельно ).

Таблица 2. Вероятности при контроле по размерным параметрам

Коэффициент уточнения	Закон распределения контролируемых параметров
	Нормальный	Существенно положительных величин
	Закон распределения погрешности измерения
	нормальный	равномерный	нормальный	равномерный
10.4	0.4	0.37	0.75	0.7	0.25	0.15	0.5	0.4
5.5	0.9	0.87	1.30	1.2	0.70	0.60	0.9	0.7
3.3	1.7	1.60	2.25	2.0	1.25	1.20	1.5	1.5
2.1	2.8	2.60	3.70	3.4	2.20	1.90	2.8	2.4
1.7	3.5	3.10	4.75	4.5	2.75	2.50	3.8	3.2
1.4	4.1	3.75	5.80	5.4	3.25	3.00	4.2	3.5
1.04	5.4	5.00	8.25	7.8	4.35	3.90	5.5	5.2



Примечание. В таблице значения вероятностей умножены на 100.

· При известном допуске на параметр выбирают СИ справочным данным, как показано в предыдущем разделе.

1. Выбор СИ с учетом безошибочности контроля и его стоимости

Он осуществляется как метод оптимизации по критериям точности (классу точности г или абсолютной предельной погрешности ) СИ, его стоимости и достоверности измерения. Целевая функция G, определяющая максимум достоверности (минимум вероятности неверного заключения) и минимум стоимости при оптимальном классе стоимости, имеет вид

где - относительные значения достоверности измерения и стоимости СИ; и - соответственно максимальные значения достоверности измерения и стоимости СИ.

Или

где , - относительная и максимальная вероятности неверного заключения.

Соответственно, для многопараметрического контроля по N параметрам (I=1,2,….,N)



Выбор СИ по технико-экономическим показателям

Он предпочтителен при эксплуатационном контроле технической системы, поскольку позволяет принять во внимание как метрологические характеристики СИ, так и технико-экономические показатели эксплуатации самой технической системы с учетом её ресурса, межконтрольной наработке, издержки на техническое обслуживание и ремонт. В основу метода положен критерий оптимизации точности измерения, устанавливающий связь между точностью и удельными издержками на контрольно-диагностические операции с учетом дополнительных технических обслуживаний и ремонтов технической системы из-за погрешностей в оценке параметров её технического состояния.

Целевая функция, определяющая удельные издержки при оптимальной средней квадратической погрешности измерения параметра состояния, имеет вид

где - целевая функция минимума удельных издержек, связанных с измерением параметра, а также с техническим обслуживанием и ремонтом машины (узла, агрегата) по восстановлению значения измеряемого параметра до номинального; - средние дополнительные издержки за один межконтрольный период на предупредительное восстановление и устранение последствий отказа в зависимости от среднего квадратического отклонения (СКО) погрешности измерения ; - суммарные издержки на измерение параметра состояния в зависимости от СКО погрешности измерения .

Слагаемое с достаточным приближением можно выразить гиперболической зависимостью

где и - коэффициенты, определяемые эмпирическим путем (с использованием метода наименьших квадратов) по ряду значений в результате анализа выбранных средств, отличающихся издержками и погрешностями измерений.

При законе нормального распределения погрешностей измерения дополнительные издержки за межконтрольный период в зависимости от СКО погрешности определяют по формуле

где - нормированный показатель, определяемый по номограммам; - средние издержки на предупредительные операции восстановления значения измеряемого параметра (соответственно технического состояния диагностируемого объекта) дономинального.

С учетом формул (2) и (3) целевая функция принимает вид

Приняв первую производную пок нулю, получим оптимальное значение СКО погрешности измерений:



Для определения постоянной необходимо выбрать известные СИ, используемые для контроля рассматриваемого параметра. Пусть n - число таких СИ. По технической документации на выбранные СИ устанавливают относительную (абсолютную) основную и дополнительную погрешности. Далее вычисляют суммарную предельную погрешность каждого средства с учетом составляющих дополнительных погрешностей в реальных условиях:

или

Если в технической документации на средство измерения нет данных о дополнительных погрешностях, их устанавливают по результатам экспериментальной поверки.

Затем определяют СКО погрешности i-го СИ . Если у СИ нормированная абсолютная погрешность, то следует вычислять по формуле

где - диапазон шкалы, соответствующий диапазону изменения параметра технического состояния.

Для каждого из возможных СИ в целях измерения данного параметра технического состояния находят по нормативно-технической документации (НТД) элементы затрат: заработную плату З оператора с начислениями на одно измерение параметра; затраты на техническое обслуживание (поверку и калибровку) и технический ремонт средства измерения; капитальные затраты (цену СИ с учетом затрат на освоение в измерительной схеме); нормативный коэффициент экономической эффективности, амортизационные отчисления .

Вычисляют приведенную цену , диагностического средства измерения по данному параметру с учетом коэффициента приведения для всех i по формуле

Физический смысл весового коэффициента заключается в том, что он указывает долю стоимости СИ, приходящуюся на измерение i-го параметра.

Таким образом, приведенная стоимость измерения параметра i-го СИ будет

При отсутствии исходных данных для использования технико-экономического критерия необходимую точность измерения параметра технического состояния оценивают по результатам анализа функциональной связи структурных и диагностических параметров (в соответствии с рекомендациями ГОСТ 22631 - 77). В этом случае предельное значение средней квадратической погрешности устанавливают из зависимости



где - соответственно предельное и номинальное значение параметра.



Список литературы

1.Метрология, стандартизация сертификация: учебник/А.Г. Сергеев, В.В. Терегеря. - М.: Издательство Юрайт, 2010 г.

2.Основные термины в области метрологии: словарь-справочник/под ред. Ю.В. Тарбеева. - М.: Изд-во стандартов, 1989.

3.Метрология/ А.Г. Сергеев. - М.: Логос, 2005.

Размещено на Allbest.ru