Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Bielsko - Biała, 13.04.2010

Rok akademicki: 2009/2010

Studia: stacjonarne/inż.

Semestr: 4

Kierunek/Specjalność: ZiIP

Grupa: Wtorek - godz. 14.15-16.00

LABORATORIUM

METROLOGII TECHNICZNEJ

Laboratorium nr 7

Wzorcowanie przyrządów pomiarowych

(mikrometr i czujnik)

Wykonali:

Sprawozdanie
Do poprawy:
Zaliczone:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczanie błędów wskazań, błędów płaskości i równoległości powierzchni pomiarowych mikrometru oraz uwzględnienie składowych mikrometru w bilansie niepewności pomiaru. Zaś co tyczy się czujnika to poznanie czujnika zębatego jako przyrządu ze zmiennym zerem, wyznaczanie i opracowanie wyników wzorcowania czujnika. A także zapoznanie się z innymi błędami mikrometru i czujnika.

2. Wstęp teoretyczny

Wzorcowanie, kalibracja - zbiór operacji ustalających, w określonych warunkach, relację między wartościami wielkości mierzonej wskazaniami przez przyrząd pomiarowy lub układ pomiarowy albo wielkościami reprezentowanymi przez wzorzec miary lub przez materiał odniesienia, a odpowiednimi wartościami wielkości realizowanymi przez wzorzec jednostki miary. Wynik wzorcowania pozwala na przypisanie wskazaniom odpowiednich wartości wielskości mierzonej lub na wyznaczenie poprawek wskazań. Wzorcowanie może również służyć do wyznaczania innych wielkości metrologicznych, jak np. efektów wielkości wpływających. Wynik wzorcowania może być poświadczony w dokumencie, nazwanym świadectwem wzorcowania lub sprawozdaniem z wzorcowania.

Wymagania jakie powinien spełniać proces wzorcowania:

• Przyrząd poddany wzorcowaniu powinien się znajdować w warunkach odniesienia. W sytuacji kiedy warunki eksploatacji ulegają zmianom, w trakcie eksploatacji wzorcowanie prowadzi się wraz z wykonywaniem pomiarów wielkości wpływających. W takiej sytuacji czas wykonywania badań będzie dłuższy, oceny dokładności mogą być mniej pewne oraz do wykonania stosownych obliczeń trzeba wykorzystać skomplikowany aparat matematyczny.

• Przyrząd pomiarowy oraz wzorzec zastosowany do wzorcowania muszą być do siebie dopasowane. Rozumie się przez to, że wzorzec jest właściwej wielkości, oddziaływanie przyrządu na wzorzec mieści się w dopuszczalnych granicach, a wymiary wzorca są dostosowane do przyrządu.

• Błędy wzorców nie powinny być skorelowane; w sytuacji przeciwnej, należy pamiętać, iż takich błędów nie można traktować w sposób przypadkowy, tzn. że w rachunku błędów należy te zależności uwzględnić.

• Często stosuje się założenie, iż niedokładność wzorca powinna być pomijalnie mała w porównaniu do niedokładności przyrządu pomiarowego, za taką uznaje się dokładność wzorca 3 - 10 razy większą od wzorcowanego przyrządu. Dzięki temu zabiegowi możemy pominąć niedokładność wzorca. Jednakże do wzorcowania możemy użyć również wzorców o dużej niedokładności. W takiej sytuacji musimy zapewnić taki dobór procedury wzorcowania aby móc osiągnąć wymaganą dokładność wzorcowania. Musimy w tym celu użyć większej ilości wzorców, wykonać więcej powtórzeń danego pomiaru, oraz odpowiednio estymować współczynniki charakterystyki.

Długość okresu pomiędzy wzorcowniami

Wzorcowanie danego przyrządu pomiarowego należy powtarzać tak długo, jak długo przyrząd znajduje się w użytkowaniu i służy do celów, dla których został wyprodukowany. Obecnie nie istnieją żadne przepisy prawne wyznaczające czaso-okresy wzorcowań, ani okresy ważności świadectw wzorcowania. Terminy powtórnych wzorcowań powinny być ustalane przez samego użytkownika przyrządu pomiarowego i być zapisane w księdze jakości lub w dokumentach z nią związanych, np. procedurach ogólnych lub na podstawie doświadczenia.

Mimo tych zastrzeżeń - dla celów uproszczonych - przyjmuje się czasem, że dany przyrząd powinien być ponownie wzorcowany nie rzadziej niż raz do roku. Przyrządy przenośne, narażone na wstrząsy, z regulatorami mechanicznymi lub elektrycznymi i intensywnie eksploatowane powinny być wzorcowane częściej, natomiast takie, które nie mają regulacji, są przechowywane w warunkach laboratoryjnych i są rzadko używane zwykle wzorcuje się rzadziej.

Zaleca się aby przy chęci wydłużenia czas pomiędzy wzorcowniami (dotyczy to zwłaszcza wzorcowań wzorców laboratoryjnych) prowadzić tzw. monitorowanie wzorca, czyli opracowanie (np. w postaci wykresu) istotnych parametrów pochodzących z kolejnych świadectw wzorcowania dowodzące, że parametry te nie zmieniają się w istotny sposób w takim okresie czasu na jaki chcemy wydłużyć czas pomiędzy wzorcowniami.

Wzorzec odniesienia - wzorzec jednostki miary o najwyższej zazwyczaj jakości metrologicznej dostępny w danym miejscu lub danej organizacji, który stanowi odniesienie do wykonywanych tam pomiarów.

Okresowe sprawdzanie przyrządów mikrometrycznych obejmuje wyznaczenie i porównanie z wartościami dopuszczalnymi wszystkich lub niektórych parametrów spośród niżej wymienionych:

• odchyłek płaskości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka,

• odchyłek równoległości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka,

• nacisku pomiarowego,

• błędów wskazań (stosuje się do tego płytki wzorcowe).

Okresowe sprawdzanie czujników zębatych zegarowych obejmuje wyznaczenie i porównanie z wartościami dopuszczalnymi:

• błędów wskazań,

• zakresu rozrzutu wskazań,

• zmiany wskazań wywołanej naciskiem bocznym na końcówkę pomiarową,

• histerezy pomiarowej,

• nacisku pomiarowego oraz jego zmienności.

3. Przebieg ćwiczenia

1. sprawdzanie mikrometru

Odchyłka płaskości:

1. m=1 wrzeciono

2. m=3 kowadełko

Dopuszczalne odchylenie od płaskości powierzchni pomiarowych mikrometra i głowic mikrometrycznych wynosi 0,9
.

Odchyłka równoległości:

1. dla szkiełka 12.5mm:

1. m1=2

2. m2=2

2. dla szkiełka 12.12mm:

1. m1=3

2. m2=4

3. dla szkiełka 12.25mm:

1. m1=2

2. m2=2

4. dla szkiełka 12.37mm:

1. m1=2

2. m2=7

Dopuszczalne odchylenie od równoległości powierzchni pomiarowych nie powinno być większe od 1,8
.

Błędy wskazań:

A1=0.5mm

A2=5.12mm

A3=10.26mm

A4=15.38mm

A5=21.509mm

A6=25.08mm

1. 0.5mm- 0 = 0.5mm = 50μm

2. 5.12mm - 5.12mm = 0

3. 10.26mm - 10.25mm = 0.01mm = 1μm

4. 15.38mm - 15.37mm = 0.01mm = 1μm

5. 21.509mm - 21.50mm = 0.009mm = 0.09μm

6. 25.08mm - 25.00mm = 0.08mm = 8μm

1. sprawdzanie czujnika

Głowicę mikrometryczną i czujnik zamocowaliśmy w wspólnym uchwycie i doprowadziliśmy do zetknięcia końcówki pomiarowej czujnika z powierzchnią pomiarową głowicy mikrometrycznej. Następnie nastawiliśmy czujnik na wskazania zerowe i sprawdziliśmy stałość nastawienia zerowego czujnika, kilkakrotnie odciągając i zwalniając trzpień pomiarowy.

Obracając bęben głowicy mikrometrycznej o 0,1mm, notowaliśmy błędy wskazań w danych punktach pomiarowych czujnika. Błędy wskazań rozumiemy jako różnicę miedzy wskazaniem czujnika cyfrowego, a wartością nominalną ustawioną na czujniku zębatym.

Pomiary dokonaliśmy dla całego zakresu w kierunku wzrastającym i malejącym. Wyniki pomiarów błędów zapisaliśmy w tabeli 1.

Tab.1. Błędy wskazań czujnika w danych punktach pomiarowych.

	Do góry[µm]	W dół [µm]		Do góry[µm]	W dół [µm]
0	0	1
0,1	1	1	5,1	9	8
0,2	2	0	5,2	6	4
0,3	2	3	5,3	5	3
0,4	0	1	5,4	3	2
0,5	4	1	5,5	5	1
0,6	1	-2	5,6	2	1
0,7	-3	-4	5,7	1	-3
0,8	-2	-4	5,8	0	-4
0,9	-1	-3	5,9	1	-1
1	-2	2	6	3	-2
1,1	4	5	6,1	5	3
1,2	7	7	6,2	5	4
1,3	5	5	6,3	3	0
1,4	2	1	6,4	0	0
1,5	2	1	6,5	-4	-6
1,6	2	-1	6,6	-4	-6
1,7	0	-1	6,7	-4	-6
1,8	4	3	6,8	0	-2
1,9	6	5	6,9	2	-1
2	5	6	7	-1	-3
2,1	8	5	7,1	-2	-3
2,2	8	4	7,2	-3	-5
2,3	10	9	7,3	-3	-4
2,4	10	9	7,4	-2	-4
2,5	10	8	7,5	-4	-8
2,6	5	3	7,6	-8	-11
2,7	2	1	7,7	-11	-6
2,8	5	4	7,8	-9	-3
2,9	8	6	7,9	-9	-10
3	14	12	8	-2	-5
3,1	15	12	8,1	-2	-5
3,2	12	8	8,2	-3	-6
3,3	8	7	8,3	-7	-7
3,4	7	1	8,4	-7	-9
3,5	7	2	8,5	-8	-10
3,6	9	1	8,6	-9	-12
3,7	7	-1	8,7	-9	-12
3,8	9	0	8,8	-8	-12
3,9	9	1	8,9	-8	-10
	Do góry[µm]	W dół [µm]		Do góry[µm]	W dół [µm]
4	9	4	9	-8	-10
4,1	9	5	9,1	-7	-10
4,2	11	9	9,2	-4	-5
4,3	10	8	9,3	-1	-2
4,4	9	7	9,4	-3	-2
4,5	5	3	9,5	-4	-6
4,6	3	-2	9,6	-7	-10
4,7	0	-2	9,7	-7	-9
4,8	3	4	9,8	-2	-5
4,9	10	6	9,9	2	-1
5	10	7	10	1	0

Jako błąd wskazań czujnika należy przyjąć największą co do wartości bezwzględnej różnicę pomiędzy wskazaniem czujnika cyfrowego, a wskazaniem nominalnym, otrzymaną niezależnie dla obydwóch kierunków wskazań: w całym zakresie pomiarowym, w zakresie 2, 0,5 i 0,1 obrotu wskazówki czujnika.

Błąd wskazań czujnika:

• dla wzrastającego kierunku wskazań błąd wynosi 15μm,

• dla malejącego kierunku wskazań błąd wynosi 12μm.

Wyk. 1. Wykres błędów wskazań czujnika pomiarowego.

4. Wnioski

Dla mikrometru:

- odchyłka płaskości dla naszego mikrometru jest na granicy dopuszczalnej,

- odchyłka równoległości nie mieści się w dopuszczalnym zakresie do 1,8
,

- wartość błędu wskazań 0.5mm- 0 = 0.5mm = 50μm nie mieści się w dopuszczalnym zakresie 8 jednostek

Dla czujnika pomiarowego:

- błędy wskazań czujnika sugerują że nie mieści się w granicach dopuszczalnych

7

---