Wydział Budowy Maszyn i Informatyki
Kierunek: Automatyka i Robotyka
Rok akademicki: 2014/2015
Studia: stacjonarne
Semestr: 3
Grupa: 1b
LABORATORIUM
METROLOGII
WZORCOWANIE I NADZOROWANIE PRZYRZADÓW POMIAROWYCH
Szymon Gajewski
Piotr Szczygieł
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest:
1. zapoznanie się z oddziaływaniem obiekt pomiaru-przyrząd-obserwator
2. zapoznanie się z układem sprawdzań przyrządów pomiarowych,
3. przeprowadzenie wzorcowania mikrometrów poprzez sprawdzenie:
a. błędu wskazań,
b. odchyłki płaskości i równoległości powierzchni pomiarowych,
c. nacisku pomiarowy,
4. przeprowadzenie wzorcowania czujników zębatych poprzez sprawdzenie:
a. błędu wskazań w zakresie 0,1 mm, 0,5 mm, 2 mm i w całym zakresie pomiarowym).
Wstęp teoretyczny
Wiadomości wstępne:
Systemy zarządzania jakością stawiają producentom wyrobów (organizacjom)
bardzo wyraźnie określone warunki odnośnie do stosowanych przyrządów
pomiarowych. Dla przykładu norma [PN-EN ISO 9001:2001] mówi: „Tam,
gdzie niezbędne jest zapewnienie wiarygodnych wyników, wyposażenie pomiarowe
należy:
— wzorcować lub sprawdzać w wyspecyfikowanych odstępach czasu lub
przed użyciem w odniesieniu do wzorców jednostek miary mających po
wiązanie z międzynarodowymi lub państwowymi wzorcami jednostek
miary;
— adiustować lub ponownie adiustować, jeżeli jest to niezbędne;
— zidentyfikować w celu umożliwienia określenia statusu wzorcowania;
— zabezpieczyć przed adiustacjami, które mogłyby unieważnić wyniki
pomiaru;
— chronić przed uszkodzeniem i pogorszeniem stanu podczas przemieszczania, utrzymywania i przechowywania."
W zakresie nadzorowania wyposażenia pomiarowego obowiązuje specyficzna
terminologia. Poniżej podano definicje kilku ważniejszych terminów:
— wzorcowanie, kalibracja (ang. calibration) [Międzynarodowy słownik ...
1993] — zbiór operacji ustalających, w określonych warunkach, relację
między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd
pomiarowy lub układ pomiarowy albo wartościami reprezentowanymi przez
wzorzec miary lub przez materiał odniesienia, a odpowiednimi wartościami
wielkości realizowanymi przez wzorce jednostki miary. Wynik wzorowania
pozwala na przypisanie wskazaniom odpowiednich wartości wielkości
mierzonej lub na wyznaczenie poprawek wskazań. Wzorcowanie może
również służyć do wyznaczenia innych właściwości metrologicznych, jak
na przykład efektów wielkości wpływających. Wynik wzorcowania może
być poświadczony w dokumencie, nazywanym świadectwem wzorcowania
lub sprawozdaniem z wzorcowania;
—- sprawdzenie (ang. verification) — potwierdzenie, przez zbadanie i zabezpieczenie
dowodu, spełnienia określonych wymagań. W połączeniu z gospodarką
wyposażeniem pomiarowym umożliwia sprawdzenie, czy odchylenia
między wartościami pokazanymi przez przyrząd pomiarowy i odpowiadającymi
im znanymi wartościami mierzonej wielkości są konsekwentnie
mniejsze aniżeli błędy graniczne dopuszczalne określone normą,
przepisem lub specjalną specyfikacją dotyczącą gospodarki wyposażeniem
pomiarowym. Wynik sprawdzenia jest podstawą decyzji zarówno o ponownym
włączeniu do eksploatacji, jak i dokonaniu regulacji, naprawy,
obniżeniu klasy tub wycofaniu z eksploatacji. We wszystkich przypadkach
wymagane jest pisemne odnotowanie wykonanego sprawdzenia w indywidualnych
zapisach danego przyrządu pomiarowego;
— spójność pomiarowa (ang. traceability) [Międzynarodowy słownik ...
1993] — właściwość wyniku pomiaru lub wzorca jednostki miary pole
gająca na tym, że można je powiązać z określonymi odniesieniami, na ogół
z wzorcami państwowymi lub międzynarodowymi jednostki miary, za
pośrednictwem nieprzerwanego łańcucha porównań, z których wszystkie
mają określone niepewności;
— wzorzec odniesienia (ang. reference standard) [Międzynarodowy słownik
... 1993] — wzorzec jednostki miary o najwyższej zazwyczaj jakości
metrologicznej dostępny w danym miejscu lub danej organizacji, który
stanowi odniesienie do wykonywanych tam pomiarów;
--- laboratorium pomiarowe (ang. calibration laboratory) — laboratorium
wykonujące wzorcowania;
— kontrola (ang. inspection) — czynności takie, jak: mierzenie, badanie,
stosowanie sprawdzianów w odniesieniu do jednej lub kilku cech wyrobu
lub usługi oraz porównywanie wyników z ustalonymi wymaganiami w celu
określania zgodności;
— niezgodność (ang. nonconformity) — niespełnienie ustalonych wymagań
(nie pociągające za sobą niemożności użytkowania obiektu);
— wada (ang. defect) — niespełnienie wymagań związanych z zamierzonym
użytkowaniem (ustalone w specyfikacji wymagania mogą się różnić od
wymagań związanych z zamierzonym użytkowaniem);
— specyfikacja (ang. specification) — dokument wyszczególniający wy
magania, z którymi wyrób lub usługa powinny być zgodne (specyfikacja
powinna zawierać rysunki, schematy lub powołania na inne, odpowiednie
dokumenty, a także wskazywać środki i kryteria sprawdzania zgodności
z wymaganiami).
Sprawdzanie prostych przyrządów pomiarowych
W niniejszym rozdziale podano ważniejsze informacje dotyczące sprawdzania
prostych przyrządów pomiarowych jak: przyrządy suwmiarkowe i mikrometryczne,
czujniki oraz płytki wzorcowe.
Sprawdzanie przyrządów suwmiarkowych
Okresowe sprawdzanie przyrządów suwmiarkowych obejmuje wyznaczanie
i porównywanie z wartościami dopuszczalnymi wszystkich lub niektórych
spośród niżej wymienionych parametrów:
— odchyłki płaskości i prostoliniowości powierzchni i krawędzi pomiarowych,
-- odchyłki równoległości płaskich powierzchni i krawędzi pomiarowych.
— grubości walcowych końcówek szczęk, promienia ich zaokrąglenia i bocz
nego przesunięcia promienia krzywizny,
— błędów wskazań.
Do wyznaczania błędów wskazań stosuje się płytki wzorcowe lub wzorce
stopniowe. Wskazane jest, żeby wyznaczanie błędu wskazań odbywało się na
wzorcach o długościach nie będących całkowitą liczbą milimetrów. Firma Mahr
produkuje w tym celu płytki wzorcowe o wymiarach: 41,3, 131,4, 243,5, 281,2
i 481,2 mm.
Sprawdzanie przyrządów mikrometrycznych
Okresowe sprawdzanie przyrządów mikrometrycznych obejmuje wyznaczanie
i porównywanie z wartościami dopuszczalnymi wszystkich lub niektórych parametrów
spośród niżej wymienionych:
— odchyłek płaskości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka,
— odchyłki równoległości powierzchni pomiarowych wrzeciona i kowadełka,
— nacisku pomiarowego,
— błędów wskazań.
Miarą odchyłki równoległości jest suma liczby prążków zaobserwowanych
na powierzchniach pomiarowych wrzeciona i kowadełka (rys. 8.1). W czasie
sprawdzania wskazane jest doprowadzenie do sytuacji, w której na jednej powierzchni
pomiarowej obserwuje się minimalną liczbę prążków. Wyznaczanie
odchyłki równoległości wymaga użycia kompletu 4 płytek interferencyjnych
płasko-równoległych różniących się grubością co VA obrotu wrzeciona mikrometru,
w celu wykonania pomiaru w różnych wzajemnych położeniach wrzeciona
i kowadełka. Do wyznaczania błędów wskazań stosuje się płytki wzorcowe. Wskazane
jest, żeby błąd wskazań był wyznaczany przy różnych wzajemnych położeniach
wrzeciona i kowadełka. Firma Mahr produkuje specjalne komplety płytek wzorcowych
(fot. 8.1), zawierające płytki o wymiarach. 2,5, 5,1, 7,7, 10,3, 12,9, 15,0,
17,6, 20.2, 22,8 i 25 mm, Do wyznaczania błędów wskazań można zastosować
także długościomierz uniwersalny. Wymagane wyposażenie dodatkowe do
sprawdzania mikrometrów stanowią elementy do mocowania mikrometrów
(płyta, pryzma i kątowniki oporowe) oraz ramię pomiarowe ze wspornikiem
z kulistą końcówką do sprawdzania mikrometrów
Sprawdzanie czujników
Okresowe sprawdzanie czujników zębatych zegarowych obejmuje wyznaczenie
i porównanie z wartościami dopuszczalnymi:
— błędów wskazań,
— zmiany wskazań wywołanej naciskiem bocznym na końcówkę pomiarową,
— zakresu rozrzutu wskazań.
— histerezy pomiarowej,
— nacisku pomiarowego oraz jego zmienności.
Do wyznaczenia błędów wskazań czujnika można wykorzystać dokładne
przyrządy mikrometryczne, czujnikowe (np. Optimar 100 firmy Mahr) lub
długościomierz uniwersalny. Dla czujników zębatych określa się cztery dopuszczalne
błędy wskazań: w zakresie 0,1 mm, w zakresie 0,5 mm, w zakresie 2 mm
i w całym zakresie pomiarowym czujnika (10 mm). W celu wyznaczenia błędów
wskazań dla wymienionych czterech zakresów pomiarowych konieczne jest
przeprowadzenie odpowiednich pomiarów co 0,1 mm zarówno w kierunku
wskazań rosnących jak i malejących (łącznie 200 wartości). Opracowanie
wyników polega na znalezieniu najgorszych fragmentów zakresu pomiarowego
czujnika odpowiadających wymienionym wyżej zakresom (rys. 8,3,)- -Ze
względu na pracochłonność, do opracowania wyników sprawdzania wskazane
jest użycie komputera.
Bibliografia:
W. Jakubiec, J. Malinowski – Metrologia wielkości geometrycznych, WNT, Warszawa 2004
wydanie 4 zmienione.