metrologia, Podstawowe pojęcia z metrologii:


Podstawowe pojęcia z metrologii:

Metrologia - metion - miara; logos - słowo, nauka

1. Metrologia to nauka o mierzeniu

  1. Metrologia to nauka o mierzeniu wszelkich zjawisk i wielkości.

Metrologia obejmuje 4 działy:

    1. Teorie wielkości wymiarów i jednostek miar

    2. Ogólne wiadomości o pomiarach i teorie błędów pomiarowych

    3. Własności narzędzi mierniczych

    4. Metody pomiarowe.

Mendelejew „Tylko te zjawiska można poznać, które można zmierzyć”

W zależności od zastosowania metod metrologii do zastosowań technicznych dzieli się na:

  1. geodezja - nauka o wielkościach Ziemi

  2. warsztatowe

  3. elektryczne

  4. hydrotechniczne

  5. meterologiczne

  6. w handlu, medycynie, rolnictwie

  7. pomiary statków

  8. pomiary kół zębatych

Pomiar - są to czynności doświadczalne mające na celu wyznaczenia wartości i wielkości fizycznych

lub (inna definicja)

Pomiary mogą być:

Współczesna metrologia obejmuje swoim zasięgiem wszystkie rodzaje pomiarów we wszystkich dziedzinach.

Cechy pomiarów:

Pomiar ma 3 główne zadania:

Wielkość fizyczna - własność zjawiska lub ciała, którą można wyznaczyć jakościowo lub ilościowo

lub (inna definicja)

wielkość, którą można zmierzyć nazywa się wielkością fizyczną lub mierzalną.

Wielkość mierzalna - cecha ciała lub substancji, którą można wyróżnić jakościowo i wyznaczyć ilościowo.

Wielkości mierzalne mają wzorzec i jednostkę miary.

Wielkość niemierzalna - nie ma ani wzorca, ani jednostki miary np. zapach, smak.

Rodzaje wielkości:

Pojęcia związane z pomiarami

Wynik pomiaru - wartość wielkości wyznaczona przez pomiar; każdy wynik pomiarowy obarczony jest błędem pomiarowym.

Pomiar wchodzi w zakres postępowania pomiarowego; składa się ono z 3 etapów:

Błąd systematyczny - wylicza się poprawke.

Wynik pomiary - zapis matematyczny x={x}*[x]

x - wielkość mierzalna

{x} - wartość liczbowa

[x] - jednostka miary

Wynik pomiarowy - wyrażamy tzw. liczbą mianowaną np. 12 m, 36 kg itd. Jest to wartość danej wielkości fizycznej lub umownej określona iloczynem liczby i odpowiednie jednostki miary.

Jednostka miary - wartość danej wielkości, której wartość liczbową umownie przyjęto równą jedności, służąca do ilościowego porównywania różnych wartości tej samej wielkości. Wyraża się pełną nazwą lub oznaczeniem (symbolem).

Zbiór jednostek miar - jest to zbiór jednostek miar, wielkości mierzalnych (mają wzorzec i jednostkę).

Uporządkowany zbiór jednostek miar tworzy układ jednostek miar.

Podstawowy układ jednostek miar - zbiór jednostek miar wybranych wielkości fizycznych. Pozostałe wielkości dają się wyrazić przez podst. Wielkości za pomocą

Układ SI - powstał w 1960 r. Jest układem spójnym (koherentnym, zwartym) co ułatwia przeliczanie wszelkich jednostek. Ustala on dla danej wielkości tylko jedną jednostkę. Wielkości podstawowe zdefiniowane są na podstawie dowolnie wybranych zjawisk zapewniających jednoznaczność i dokładność pomiaru. Jednostki podstawowe są od siebie niezależne. Układ SI jest jedynym systemem prawnym przeznaczonym do stosowania na całym świecie.

Koherentność (spójność) jednostek miar występuje wszędzie tam, gdzie współczynnik przeliczeniowy, liczbowy jest równy jedności.

Przykłady:

Jednostka koherentna: 1J=1N*1m lub 1W=0x01 graphic

Jednostka niekoherentna: 1kW=1,36 KM

7 jednostek podstawowych:

wielkości podstawowe:

czas [s] - sekunda

termodynamiczna temperatura [K] - Kelwin

długość [m] - metr

liczność materii [mol]

prąd elektryczny [A] - amper

światłość [cd] - kandela

masa [kg] - kilogram

Jednostki pochodne (jest ich 21) od 1997r.

Przykłady:

Przedrostki SI:

jotta - Y - 1024

zetta - Z - 1021

eksa - E - 1018

peta - P - 1015

tera - T - 1012

giga - G - 109

mega - M - 106

kilo - k - 103

hekto - h - 102

deka - da - 101

decy - d - 10-1

ceny - c - 10-2

mili - m - 10-3

mikro - μ - 10-6

nano - n - 10-9

piko - p - 10-12

fento - f - 10-15

atlo - a - 10-18

zepto - z - 10-21

jokto - y - 10-24

Jednostki legalne miar nie należą do układu Si - dozwolone lub nakazane przepisem rozporządzenia Rady Ministrów z 1975r.

np.:

godzina - 1h=60min=3600s

doba - 1d = 24h=86400s

dzień

tydzień

miesiąc

rok

Miary długości (wyznaczono na podstawie ludzkiego ciała):

W Egipcie:

Łokieć=45cm

Miary objętości:

Jednostki w Biblii miały przedrostki:

-talent

-kob

-mina

-sykl

-litra

-funt rzymski

Najważniejsze daty w historii powstania jednostek miar - kg i długości - m

Narzędzia pomiarowe:

- wzorce miar:

- sprawdziany:

- przyrządy pomiarowe:

Klasyfikacja narzędzi pomiarowych do pomiaru wielkości geometrycznych.

Podział ze względu na przeznaczenie narzędzi:

- narzędzia pomiarowe:

Wzorce miar długości są narzędziami pomiarowymi odtwarzającymi niezmiennie jedną lub więcej znanych wartości długości.

W niektórych pomiarach występują wyłącznie wzorce miar w innych oprócz wzorców potrzebne są też dodatkowe narzędzia pomiarowe.

Z reguły wzorce miar nie mają wskazówek.

Są 4 cechy wzorca:

- niezmienność w czasie

- łatwość odtwarzania

- łatwość stosowania

- niezbędna dokładność

Wzorce mogą być samodzielne albo niesamodzielne. Mogą być jednowymiarowe albo wielowymiarowe.

W pomiarach długości i kąta rozróżnia się:

-płytki wzorcowe dł. i kątowe

-wałeczki pomiarowe

-kulki pomiarowe

-szczelinomierze

-kątowniki

-wzorce do pomiarów promieni wklęsłych i wypukłych.

Płytki wzorcowe długości jest to wzorzec końcowy w kształcie równoległościanu prostokątnego wykonany z materiału odpornego na zużycie o 2-óch płaskich powierzchniach pomiarowych i równoległych względem siebie, mających wł. doskonałej przywieralności (dzięki wysokiej gładkości powierzchni). Są wykonane ze stali stopowej, narzędziowej. Twardość powyżej 62 HRC.

Płytki Johanssone mają 4 klasy dokładności:

Muszą mieć świadectwa wzorcowania.

Narzędzia pomiarowe:

4 klasy dokładności: K, 0, 1, 2.

Płytki są zgrupowane w 4 kompletach:

  1. mały - 47 płytek

  2. średni - 76 płytek

  3. duży - 103 płytki.

Przykłady wzorców długości:

0x01 graphic

0x01 graphic

Szczelinomierze - mierzą szczeliny - np. 8 płytek o grubości 0,05 - 1mm.

Długość płytek: 50, 100, 200 mm.

Wzorce zarysów

Kątowniki - wzorce kąta prostego:

  1. powierzchniowe płaskie z grubym ramieniem, ze stopą

  2. krawędziowe płaskie, z grubym ramieniem, pełne

  3. walcowe

0x01 graphic

K. powierzchniowe i krawędziowe służą często jako wzorce użytkowe.

K. walcowe są używane głównie jako wzorce kątowe do spr. kątów powierzchniowych.

Płytki wzorcowe są jednomiarowymi końcowymi wzorcami długości i mają najczęściej kształt prostopadłościanów.

Długość nominalna płytki jest wymiarem odniesienia względem którego określa się odchyłki graniczne długości płytki.

Płytki wzorcowe kąta są końcowymi wzorcami kątów, których miary ograniczone są powierzchniami pomiarowymi.

Płytki kątowe:

  1. o 4 kątach pomiarowych

  2. o 2 kątach pomiarowych

  3. o 1 kącie pomiarowym.

Sprawdziany są to urządzenia techniczne przeznaczone do ściśle określonych zadań. Służą do stwierdzania czy badany wymiar jest zawarty między wymiarami granicznymi. Wyróżnia się sprawdziany do wymiarów, do kształtu i elementów złożonych. Mogą być do wałków, gwintów, stożków.

Etalon - starannie sporządzony wzorzec jednostki miary służący do sprawdzania podobnych wzorców będących w użyciu i sprawdzania innych narzędzi pomiarowych.

W metrologii rozróżnia się etalony o różnych cechach i hierarchii.

Suwmiarka - przyrząd, którym po prowadnicy zaopatrzonej w podziałkę kreskową milimetrową przesuwa się suwak popularnie zwany noniuszem, służący do zwiększania dokładności odczytywania wyniku pomiaru. Suwmiarki wraz z noniuszem służą do pomiarów wewnętrznych, zewnętrznych i mieszanych.

Mogą być z odczytem:

  1. analogowym

  2. cyfrowym

Wynalazca noniusza - Pedro Nunez ( 1492-1577)

Dokładność suwmiarki: 0,1mm; 0,05mm; 0,02mm

0x01 graphic

Moduł noniusza γ (gamma)

γ=1 a'<a

γ=2 a'>a

a' - działka elementarna na noniuszu

a - działka elementarna na prowadnicy

Typy noniusza ustala się zwracając uwagę na kierunek skali głównej i noniusza. Gdy kierunki są ze sobą zgodne to noniusz ma tym (-) czyli podziałka bezpośrednia; gdy kierunki są przeciwne wtedy noniusz ma tym (+) czyli podziałka wsteczna.

Błąd pomiary:

0x01 graphic
niepewność pomiaru dla suwmiarki i mikrometru

ΔW - błąd wskazania

ΔR - błąd odczytu

0x01 graphic

L - długość pomiarowa w mm

0x01 graphic

L - dolna granica zakresu pomiarowego (0-25; 25-50; 50-75; itd.)

0x01 graphic

Mikrometr - przyrząd pomiarowy, w którym wzorcem odniesienia jest bardzo dokładnie wykonana śruba mikrometryczna współpracująca z nieruchomą nakrętką.

Mikrometry mogą być:

Funkcję wzorca pełni śruba mikrometryczna o długości 25mm i skoku h=0,5mm. Posiada ona w swojej budowie sprzęgło przeciążeniowe, które zapewnia stały nacisk końcówki pomiarowej 500 do 700 G czyli 5 do 7 N.

Mikrometry mogą być również do pomiarów:

Dokładność pomiaru mikrometru: 0,01 mm czasami 0,005mm

Tolerancje pomiarowe:

Tolerancja - jest to dopuszczalny zakres zmienności wymiaru.

np.:

φ20,1mm

φ20,2mm

φ20,0mm - N - wymiar nominalny

φ20,2mm

φ20,3mm

φ19,9mm

φ20,3mm - górny wymiar graniczny B

φ19,9mm - dolny wymiar graniczny A

20,3mm-19,9mm=04mm

0x01 graphic
bo 0,3mm-(0,1mm)=04mm

T=B-A

B=N+G

A=N-(-F)=N+F

T=B-A=N+G-N-F

T=G-F

dla otworu 0x01 graphic

dla wałka 0x01 graphic

lub

dla otworu 0x01 graphic

dla wałka 0x01 graphic

T>0

ES>EI

B>A

Wymiary tolerowane (2 zapisy), przykłady:

  1. φ64F8 dla otworu; φ48s5 dla wałka

  2. 0x01 graphic

20 klas dokładności: 0,1; 0; 1 do 18

od klasy 5 do 12 - w technice budowy maszyn

od 0 do 4 - wzorce, przyrządy

klasa 14 - klasa warsztatowa

Odchyłki muszą być tak ułożone, aby tolerancja była dodatnia.

Tolerancja może być:

  1. symetryczna

  2. asymetryczna

  3. asymetryczna obustronnie

Ad 1

0x01 graphic

Ad2

0x01 graphic

Ad3

0x01 graphic

Tolerancja swobodna - odchyłki są dobierane wg uznania konstruktora.

Występują 3 główne cele stosowania tolerancji wymiarowych:

  1. umożliwienie określenia wymagań stawianych częściom maszyn z punktu widzenia dokładności ich działania

  2. ułatwienie ekonomicznego wykonywania części maszyn

  3. umożliwienie łączenia niezależnie obrabianych części w zespoły

Wymiary, które mają określoną tolerancję wymiarową nazywane są wymiarami tolerowanymi.

Pole tolerancji jest to obszar wyznaczony przez odchyłki graniczne lub wartość tolerancji i jej położenie względem wymiaru nominalnego. Zgodnie z międzynarodowym symbolem IT tolerancje odpowiadające poszczególnym klasom dokładności oznacza się przez IT5, IT6, IT7, IT8, ..., IT18.

Pasowania wałków i otworów:

Pasowanie jest to charakter współpracy połączonej części obejmującej (otworu) i obejmowanej (wałka) określony różnicą ich wymiarów przed połączeniem.

Wyróżnia się 3 grupy pasowań:

  1. luźne (obrotowe, ruchowe)

  2. mieszane

  3. ciasne (wciskowe)

0x01 graphic
-tolerancja pasowania

0x01 graphic

Zapisy pasowań:

  1. φ32H7/g6 - pasowanie na zasadzie stałego otworu

  2. φ48F8/h7 - pasowanie na zasadzie stałego wałka

Pasowanie na zasadzie stałego otworu jest uprzywilejowane.

Jest 27 pasowań.

Pasowania:

Zastosowanie właściwego pasowania podczas konstruowania maszyn jest istotne ze względów technicznych ekonomicznych, a więc prawidłowego działania i eksploatacji, oraz kosztów wytworzenia i eksploatacji.

Pasowania:

Zasada stałego otworu jest powszechnie stosowana w budowie maszyn. Wszystkie otwory wykonuje się jako podstawowe H do których dobiera się odpowiednie wałki.

Zasada stałego wałka polega na traktowaniu wszystkich wałków jako podstawowych h do których dobiera się odpowiednie otwory. Wymiary nominalne otworu i wałka są takie same.

S -luz

0x01 graphic

N - wcisk

0x01 graphic

H/h pasowanie suwliwe - nie określa się czy na zasadzie stałego otworu czy wałka.

Błędy w pomiarach:

W ogólnym ujęciu błąd Δ wyznacza się jako różnicę między tym co jest A a tym co powinno być B.

Δ=A-B

Można to zdefiniować jako niezgodność wyników pomiaru z wartością prawdziwą wielkości mierzonej. Za wartość prawdziwej wielkości mierzonej przyjmuje się średnią arytmetyczną wyników pomiarów lub wynik pomiaru uzyskany przyrządami pomiarowymi o najwyższej klasie dokładności 0; 1-18

Wartość średnia = wartość przeciętna = oczekiwana = nadzieja matematyczna.

0x01 graphic

n - liczba pomiarów

i=1…n

xi = wyniki kolejnych pomiarów

Sens fizyczny średniej arytmetycznej:

Jest to wartość, która najbardziej jest zbliżona do wartości prawdziwej, rzeczywistej. (prawdziwej mierzonej wielkości)

Im więcej n to bardziej jest zbliżona do liczby prawdziwej, rzeczywistej.

Wartości prawdziwe są z reguły nieznaczne i nie mogą być określone do końca.

Błędy bezwzględne i względne:

Błąd bezwzględny pomiaru jest różnicą algebraiczną między wynikiem pomiaru a średnią arytmetyczną wyników serii pomiarów. Wartość tego błędu podaje się w mm lub μm. Mogą być dodatnie, ujemne lub zerowe.

Błąd względny - iloraz błędu bezwzględnego przez wartość średnią wyników serii pomiarów. Z reguły podawany jest w %. Może mieć wartość +,-,0

Zad 1

n = 5

x1=φ50,105mm

x2=φ50,107mm

x3=φ50,107mm

x4=φ50,106mm

x5=φ50,104mm

błędy bezwzględne:

V1= x1-xśr=50,105-50,106=-0,001mm

V2= x2-xśr=0,001mm

V3= x3-xśr=0,001mm

V4= x4-xśr=0mm

V5= x5-xśr=-0,002mm

Błąd względny

W1=V1/xśr=-0,001/50,106=-0,002%

W2=V2/xśr= 0,002%

W3=V3/xśr=0,002%

W4=V4/xśr=0

W5=V5/xśr=-0,007%

Błędy wskazania i odczytania:

Błędy wskazania: główną przyczyną tych błędów są niedoskonałości narzędzi mierniczych do których można zaliczyć błędy podziałek, skoku śrub mikrometrycznych, nierównoległość lub niepłaskość powierzchni mierniczych oraz niedokładności ich odległości. Zmienność nacisku pomiarowego i wady szkieł optycznych, pomiar w temperaturze innej niż normalna temperatura odniesienia 20 st. C = 273 K oraz różnica temperatur przedmiotu mierzonego i użytego do jego pomiaru narzędzia; pył, kurz, inne zanieczyszczenia, zatłuszczenia, których obecność powoduje błędne wskazania narzędzi mierniczych. Wstrząsy, wibracje wywołują zmiany w położeniu narzędzi mierniczych i zmiany w działaniu przyrządów mierniczych.

Przy pomiarze mikroskopami optycznymi mogą też pojawić się błędy spowodowane niedokładnością elementów optycznych np.: soczewek; nierównomierność powierzchni i błędy kształtu przedmiotu mierzonego, poprawny nawet pomiar może dać wynik błędny, jeżeli nie uwzględnimy chropowatości powierzchni przedmiotu.

Błędy odczytania: polegają na nieścisłym odczytaniu wskazania narzędzia mierniczego. Czynniki wpływające na te błędy to:

urządzenia odczytowe zwiększające dokładność obserwacji (noniusze, mikroskopy optyczne, odczytowe)

Powodem są również: niedokładność zmysłów ludzkich, głównie wzroku i dotyku, niedostateczna umiejętność i zręczność przy dokonywaniu pomiaru (błędy osobowe - zależą od predyspozycji osoby wykonującej pomiar). Wszystkie pomiary wymagają dobrego wzroku, zręcznej ręki i subtelnego dotyku, wprawy i doświadczenia. Na wielkość błędów osobowych mają wpływ czynniki psychofizyczne np.: zmęczenie, inteligencja, wrażliwość, samopoczucie, wiedza, wyszkolenie.

Podział klasyczny błędów:

  1. błędu systematyczne

  2. błędy przypadkowe

  3. błędy grube

Ad 1.

Jest to błąd powstały wskutek oddziaływania ściśle określonych czynników, którymi są głównie błędy wykonania elementów składowych narzędzi pomiarowych. Cechą charakterystyczną błędów jest stałość ich wartości w praktycznie jednakowych warunkach przeprowadzania pomiarów. Wartość błędów tych można określić doświadczalnie, obliczyć lub oszacować. Błąd systematyczny nie może być całkowicie wyeliminowany, ale często może być zredukowany. Może mieć wartość + lub -. Źródła błędu systematycznego mogą być znane lub nieznane. Z reguły jest to temperatura pomiaru nieprzeprowadzona w 20 st. C, a także odkształcenia sprężyste elementów. Na te dwa czynniki są wzory. Uzależnienie samego wyniku pomiaru od błędu systematycznego polega na dodaniu do tego wyniku poprawki p równej obliczonemu błędowi temperatury ze znakiem przeciwnym 0x01 graphic

0x01 graphic

Ad 2.

Błąd przypadkowy jest to błąd w pomiarze powstały wskutek trudno uchwytnych czynników występujących przypadkowo. Wartość tego błędu nieustannie się zmienia np.: niejednakowy nacisk pomiarowy, wahanie temperatury, zmienna wrażliwość zmysłów człowieka. Wartości liczbowej błędów przypadkowych nie można określić dokładnie. Błąd przypadkowy wyniku pomiaru nie może być skompensowany przez poprawkę, ale może być zmniejszony przez zwiększenie liczby pomiarów obserwacji. Wartości błędów wyznaczane są korzystając z zasad rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej.

Ad 3.

Błędy nadmierne (grube) albo omyłki wynikają z nieprawidłowego wykonania pomiaru. Przyczyny: mylne odczytanie wskazania (fałszywy odczyt); omyłkowe zapisanie wyniku pomiaru, użycie niewłaściwego lub uszkodzonego narzędzia pomiarowego, błąd w obliczeniach. Błędy te na ogół są niewspółmiernie duże w stosunku do innych błędów, dlatego są łatwe do wykrycia. Powtarzanie pomiarów pozwala dostrzec i wyeliminować wyniki odczytane z błędem grubym.

Błędy kształtu wałków i otworów:

Błędy kształtu i położenia obok wymiarów nominalnych, tolerancji wymiarowych pasowań, falistości. chropowatości powierzchni stanowią elementy składowe ??? określanych poprawką współdziałania łączących ze sobą części maszyn. Błędy kształtu mają przede wszystkim znaczenie dla poprawnego współdziałania stykających się części.

9



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wykłady z Metrologii, Wykład 1 - Identyfikacja cech Itp.., PODSTAWOWE POJĘCIA METROLOGII
02 Podstawowe pojęcia metrologii
Podstawowe pojęcia patofizjologii
PODSTAWOWE POJĘCIA PRAWA STOSUNKI PRAWNE
4 Podstawowe pojęcia i zagadnienia związane z działaniem leków
Podstawowe pojęcia
Oświetlenie, Podstawowe pojęcia techniki świetlnej
004b Podstawowe pojęcia epidemiologii chorób zakaźnych
3 Podstawowe pojęcia, Pedagogika
4 Podstawowe pojęcia teorii estymacji
G2 07 Podstawowe pojecia reologii
1 Podstawowe pojeciaid 9565 Nieznany (2)
(11) prawo konkurencji podstawowe pojecia

więcej podobnych podstron