Точность измерительных приборов 2 страница

2.4.2.2 Проверить отклонение от параллельности измерительных поверхностей губок нормалемера по разности результатов измерения меры 1 мм крайними точками губок; при измерениях пользоваться арретиром 7во избежание повреждения концевой меры. Допуск параллельности ТРЕ = 2 мкм.

2.4.3 Оценка погрешностей показаний нормалемера в пределах диапазона измерения 1 мм.

2.4.3.1 Выбираются концевые меры длины, размер которых отличает­ся один от другого на 0,2 мм, т.е. 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 мм и поочередно производится 5–ти кратное измерение каждой меры. Показания индикатора прибора заносятся в протокол (таблица 2.1).

Разность между показаниями прибора и действительным значением входного сигнала является погрешностью показаний, которая записывается в протокол (таблица 2.1).

2.4.3.2 Для каждых пяти результатов находятся систематические и случайные погрешности. При оценке погрешностей показаний следует отсчитывать десятые доли деления до 0,001 мм. Проверку настройки на ноль осуществлять после измерения каждой меры.

Таблица 2.1

Протокол метрологической аттестации нормалемера

Действитель-ные значения входного сигнала Хо, (мм)

Показания индикатора Хп, (мм)

Погрешности показаний ∆Х=Хп–Хо, (мкм)

Системати-ческие погреш-ности ∆ , мкм

Случайные погреш-ности Х, мкм

До юстировки

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 0,000

После юстировки

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 0,000

Систематические погрешности показаний в каждой точке шкалы рассчитываются как средние значение из пяти оценок

, (2.1)

а случайные – как полусумма размаха погрешностей показаний

(2.2)

2.4.3.3 По найденным значениям систематических погрешностей строится график №1 (рисунок 2.3). На нем проводят прямую линию, которая разделяет график так, чтобы значения отклонений погрешностей от прямой, вверх и вниз, примерно, были равны между собой. На графике №1 проведенная прямая характеризует систематическую линейную прогрессивную погрешность, которую можно устранить юстировкой чувствительности, а отклонения от этой прямой характеризуют изменяющиеся по сложному закону нелинейные систематические погрешности, не устранимые юстировкой.

2.4.4 Юстировка чувствительности нормалемера.

2.4.4.1 Для юстировки выбираются две наиболее удаленные точки (в примере Х = 0 и Х = 1 мм), в которых ломанная линия графика №1 пересекается с прямой. Берут две концевые меры, соответствующие указанным выше двум точкам. По этим двум концевым ме­рам производят юстировку малого плеча В (рисунок 2.2) до тех пор, пока погрешности показаний в этих точках не будут равны нулю.

Для доступа к юстировочному узлу необходимо снять кожух с меха­низма прибора. Поворот эксцентрика производить, предварительно отпустив стопорный винт, который после поворота эксцентрика, следует застопорить часовой отверткой.

Рисунок 2.3. Графики изменения погрешностей показаний нормалемера (пример)

2.4.4.2 Определить погрешность показаний нормалемера после юстировки чувствительности для тех же значений входного сигнала. Показания прибора и погрешность показаний занести в протокол. По данным протокола построить на тех же осях координат график №2, характеризующий погрешность измерительного прибора после юстировки чувствительности.

2.4.5 Завершение работы.

2.4.5.1 При наличие времени и желания иметь дополнительные знания и рейтинговые баллы, выполнить самостоятельные исследования из п. 2.5 или по собственной тематике.

2.4.5.2 Результаты работы представить преподавателю.

2.4.5.3 Получив одобрение, разрегулировать эксцентрик, застопорить его винтом, убедится в работоспособности прибора и одеть кожух.

2.4.5.4 Составить отчет, защитить работу и сдать рабочее место.

2.5 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДДЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.5.1 Определить чувствительности преобразовательных элементов прибора. Вывести их функции преобразования. Оценить нелинейность функций преобразования.

2.5.2 Разделить погрешности преобразовательных элементов прибора.

2.5.3 Учесть влияние случайных погрешностей на суммарную погрешность прибора до и после юстировки, установить закон их распределения.

2.5.4 Произвести юстировку начального положения измерительного

прибора.

2.5.5 Выполнить юстировку параллельности измерительных наконечников.

2.6 ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

2.6.1 Какие погрешности прибора устраняются юстировкой его чувствительности?

2.6.2 Что такое длина общей нормали, для чего она нормируется?

2.6.3 Из каких преобразовательных элементов состоит измерительная цепь нормалемера?

2.6.4 Расскажите правила проектирования рычажных преобразователей.

2.6.5 Имеет ли индикатор часового типа регулировку чувствительности и почему?

2.6.6 Зачем производится проверка настройки нормалемера на ноль в процессе аттестации?

2.6.7 Что такое погрешность показаний и погрешность измерительного прибора?

2.6.8 Расскажите правила пользования концевыми мерами длины.

2.6.9 Какие дополнительные самостоятельные исследования по повышению точности нормалемера Вы выполнили?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ НАПРАВЛЯЮЩИХ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НА ПЛОСКИХ ПРУЖИНАХ

3.1 ЗАДАНИЕ

3.1.1 Определить влияние неравенства жестких сторон пружинного параллелограмма на погрешность перемещения измерительного стержня.

3.1.2 Определить влияние неравенства упругих сторон пружинного параллелограмма на погрешность перемещения измерительного стержня.

3.2 ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

3.2.1 Стенд для исследования точности направляющих поступательного

перемещения на плоских пружинах.

3.2.2 Индикатор ИЧ-10 по ГОСТ 577 – 2 шт.

3.2.3 Штангенциркуль ШЦ–II по ГОСТ 166.
3.2.4 Салфетка, спирт, перчатки.

3.3 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Направляющие поступательного перемещения на плоских пружинах широко используются в измерительных приборах. Этому способствует бо­лее высокая точность таких направляющих, не имеющих зазоров и внеш­него трения. Однако погрешности изготовления и сборки плоскопружинных направля­ющих могут привести к погрешностям поступательного перемещения измерительного стержня.

В направляющих поступательного перемещения (рисунок 3.1) измерительный стержень 1 подвешен на двух плоских пружинах 2 и 4 к неподвижному основа­нию 3.

Для обеспечения высокой точности перемещения измерительного стержня обязательным является условие равенства жестких сторон А 1и А 3 (т.е. длины измерительного стержня между защемлениями плоских пружин и длины основания) и равенства упругих сторон В 2 и В 4 (т.е. длин незащемлённых частей плоских пружин).

В случае неравенства противолежащих сторон пружинного параллелограмма измерительный стержень при перемещении перекашивается, причем угол перекоса γ изменяется по мере перемещения измерительного стержня (рисунок 3.2). Перекос измерительного стержня является источником погрешности перемещения ∆Y направляющих на плоских пружинах. При соблюдение первого принципа Аббе эта погрешность находится по формуле

∆Y=(М /2)∙γ², (3.1)

где М – длина измерительного стержня.

Рисунок 3.1. Схема направляющих поступательного перемещения на плоских пружинах

Рисунок 3.2. Погрешность перемещения измерительного стержня, вызванная его перекосом

1–измерительный стержень; 2, 4–плоские пружины; 3–основание;

5,6–винты; 7–микровинт микрометра; 8, 9–индикаторы; 10–рычаг

Рисунок 3.3. Схема стенда для исследования точности направляющих на плоских пружинах

В случае неравенства жестких сторон ∆А = А1–А3 направляющих, угол перекоса стержня определяется по формуле

γ = 12 ∙ (∆А /А∙В) ∙ Х (рад), (3.2)

где Х – входной сигнал, или перемещение измерительного стержня из начального положения, соответствующего недеформированным пружинам.

В случае неравенства упругих сторон ∆В = В₂–В₄ направляющих

γ = 0,6 ∙ (∆В /А∙В²)∙Х² (рад). (3.3)

3.4 УСТРОЙСТВО СТЕНДА

Малые значения погрешностей направляющих трудно поддаются измерению. Поэтому в стенде экспериментально определяется перекос измерительного стержня плоскопружинных направляющих.

Измерительный стержень 1 (рисунок 3.3) подвешен на плоских пружинах 2 и 4 к основанию 3, длина которого может регулироваться при помощи конуса винта 5 (для изменения ∆А). Для изменения разности ∆В упругих сторон направляющих может регулироваться длина плоской пружины 2 при помощи рычага 10 и винта 6. Перемещение изме­рительного стержня осуществляется микровинтом 7. Угол перекоса изме­рительного стержня γ_э определяется по разности показаний ∆П двух индикаторов – левого 8 и правого 9

γ_э=∆П / М, (3.4)

где М = 180 мм.

Перемещение измерительного стержня начинается из начального положения, соответствующего недеформированному состоянию плоских пружин. Начальное положение измерительного стержня можно определить по минимальному показанию индикаторов 8 и 9 при перемещении измерительного стержня от нижнего предела измерения к верхнему.

3.5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.5.1 Подготовка стенда к работе.

3.5.1.1 Протереть измерительные поверхности стержня салфеткой, смоченной спиртом.

3.5.1.2 Отрегулировать длины жёстких и упругих сторон направляющих по внутренним размерам пружинного параллелограмма так, чтобы ∆А=0 и ∆В=0 при недеформированных плоских пружинах, измеряя их длины штангенциркулем.

3.5.1.3 Закрепить в кронштейны индикаторы с предварительным натягом 1 мм, предварительно убедив­шись в их годности и отсутствии люфтов в резьбах измерительных наконечников.

3.5.2 Определение начального положения измерительного стержня X_о

по микровинту X_В.

3.5.2.1 Переместить измерительный стержень из положения, соответствующего недеформированным пружинам, на значение ± 1 мм, фиксируя через 0,2 мм показания индикаторов и построить графики показаний индикаторов в зависимости от входного сигнала X_В.

Плоскости симметрии графиков показаний соответствуют начальному положению Х_о стержня.

3.5.2.2 Индикаторы в начальном положении настроить на ноль. Повторить эксперимент, переме­щая измерительный стержень от найденного начального положения Х_о на ± 1 мм и фиксируя разницу показаний индикаторов ∆П. Если ∆П превышает 0,01 мм, то необходимо проверить точность установки равен­ства между собой упругих и жестких сторон пружинного параллелограмма и предварительные натяги индикаторов.

3.5.3 Определение влияния неравенства жестких сторон параллелограмма на точность направляющих.

3.5.3.1 В начальном положении Х_о стержня изменить длину одной жесткой стороны на ∆А = ±0,02 А, поднастроить индикаторы на ноль и, смещая измерительный стержень на ± 1 мм от начального положения, занести показания индикаторов (с учётом знаков) в протокол (таблица 3.1).

3.5.4 Определение влияния неравенства упругих сторон параллелограмма на точность направляющих.

3.5.4.1 Восстановить равенство жестких сторон ∆А =0 и повто­рить проверку 5.2 начального положения Х_о.

3.5.4.2 В начальном положении изменить длину правой плоской пружины
на ∆В = ±0,02 В, поднастроить индикаторы на ноль и, смещая измерительный
стержень на ± 1 мм от начального положения, занести показания индикаторов (с учётом знаков) в протокол (таблица 3.1).

Таблица 3.1

Протокол исследований точности плоскопружинных направляющих

Х, (мм)	∆А, ∆В, (мм)	Плев, (мм)	Пправ, (мм)	∆П, (мм)	γэ, (рад)	∆Хэ, (мкм)	γ, (рад)	∆Х, (мкм)
-1,0
-0,8
…
-0,2
	∆А=
+0,2
+0,4
…
+1,0
-1,0
…
-0,2
	∆В=
+0,2
…
+1,0

3.5.5 Сравнение расчетных, экспериментальных и теоретических перекосов.

3.5.5.1 Произвести расчет экспериментальных значений угла перекоса γ_э по формуле (3.4) и погрешности ∆Х_э по формуле (3.1), данные расчета занести в протокол.

3.5.5.2 Произвести расчет теоретических значений углов перекосов γ по формулам (3.2) и (3.3) и погрешности ∆X по формуле (3.1), данные расчета занести в протокол и сравнить с результатами эксперимента.

3.5.5.3 Построить графики погрешностей ∆Х_э(Х) и ∆Х(Х) для обоих случаев неравенства упругих и жестких сторон в одной системе координат.

3.5.6 Завершение работы.

3.5.6.1 При наличии времени и желания иметь дополнительные знания и рейтинговые баллы, выполнить самостоятельные исследования из п. 3.6 или по собственной тематике.

3.5.6.2 Результаты работы представить преподавателю.

3.5.6.3 Получив разрешение, разрегулировать стенд, сохранив его работоспособность. Привести рабочее место в порядок. Оформить отчет, защитить работу и сдать рабочее место.

3.6 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.6.1 Проверить правило независимости действия первичных погрешностей.

3.6.2 Рассчитать и аттестовать погрешность стенда.

3.6.3 Определить погрешность направляющих от перепада измерительного усилия.

3.6.4 Исследовать погрешность плоскопружинных направляющих при несоблюдении первого принципа Аббе.

3.6.5 Исследовать точность направляющих поступательного перемещения с трением скольжения (качения).

3.7 ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

3.7.1 Являются ли плоскопружинные направляющие преобразователем?

3.7.2 Что является погрешностью направляющих на плоских пружинах?

3.7.3 Почему при соблюдении первого принципа Аббе погрешности плоскопружинных направляющих измеряются косвенным методом.

3.7.4 Что такое начальное положение направляющих? Как его найти?

3.7.5 Какую толщину имеют плоские пружины?

3.7.6 В чем недостатки плоскопружинных направляющих, как их устранить?

3.7.7 Какие первичные погрешности снижают точность плоскопружинных направляющих?

3.7.8 Назовите приборы, в которых применяются плоскопружинные направляющие.

3.7.9 Какие самостоятельные исследования плоскопружинных направляющих Вы выполнили?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

КАЛИБРОВКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ПОКАЗАНИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

4.1 ЗАДАНИЕ

4.1.1 Определить погрешности показаний индикатора типа ИЧ-10 в пределах диапазона измерений.

4.1.2 Определить погрешность обратного хода.

4.1.3 Определить вариацию показаний (случайную составляющую погрешности показаний).

4.1.4 Дать анализ источников погрешности показаний.

4.2 ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

4.2.1 Микрометр специальный с пределами измерений 25–50 мм.

4.2.2 Измерительная головка типа 1ИГ с ценой деления 0,001 мм по ГОСТ 18833.

4.2.3 Индикатор часового типа ИЧ–10 по ГОСТ 577.

4.2.4 Стойка для крепления микрометра.

4.2.5 Набор плоскопараллельных концевых мер длины по ГОСТ 9038.

4.2.6 Спирт, салфетки, перчатки.

4.3 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Технические требования и основные метрологические характеристики индикаторов часового типа определены по ГОСТ 577. Устанавливаются следующие типы индикаторов: I – с перемещением измерительного стержня параллельно шкале. II – торцовые, с перемещением измерительного стержня перпендикулярно шкале. Калибровка погрешностей показаний производится в соответствий с ГОСТ 8.548.

4.3.1 Операции и средства калибровки:

Таблица 4.1

Порядок калибровки погрешностей показаний

Наименование операций	Номера пунктов ГОСТ 8.548	Средства проверки
Наименование	Технические характеристи-ки
Внешний осмотр	4.1	–	–
Опробование	4.2	Специальный микрометр	Цена деления 0,01 мм
4.9.1	Приспособление для бокового нормированного усилия или граммометр	Усилие 250–300 сН
Окончание табл. 4.1
Наименование операций	Номера пунктов ГОСТ 8.548	Средства проверки
Наименование	Технические характеристи-ки
Проверка ширины штрихов шкалы, стрелки и длины деления	4.6	Инструментальный микроскоп	Тип ММИ или БМИ ГОСТ 8074
Определение измерительного усилия	4.8	Циферблатные весы	ГОСТ 23711
Определение метрологических характеристик: – Размах показаний – Вариация показаний – Погрешность показаний	4.9   4.9.2   4.9.3   4.9.4	Специальный микрометр	Цена деления 0,01 мм, погрешность показаний и вариация показаний не более 0,002мм

4.3.2 Условия калибровки.

4.3.2.1 Температура воздуха в лаборатории не должна отклоняться от 20°С более чем на ± 5 °С. Изменение температуры в течение 1 часа не более 2°С.

4.3.2.2 Относительная влажность при температуре 20°С не более 80 %.

4.3.3 Погрешности показаний индикатора с ценой деления 0,01 мм не должны превышать значений, приведенных в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Допускаемые погрешности показаний индикаторов

Типы инди-като-ров	Допускаемые погрешности в пределах, мкм	Размах пяти показа-ний в трех точках диапазо-на измере-ния, мкм	Вариа-ция трех показа-ний при прямом и обрат-ном ходе в трех точках диапазо-на, мкм
Участок шкалы 0,1 мм в начале второго оборота стрелки	1 мм на любом участке измере-ния	Всего диапазона измерения при пределах измерений, мм
0 – 3	0 – 2	0 – 5	0 – 10
					–	–

Погрешность показаний индикатора определяется как наибольшая по абсолютной величине погрешность показания в пределах участка или диапазона измерения.

Погрешность показаний для одного значения входного сигнала есть разница между показанием индикатора и действительным значением входного сигнала. При проверке индикаторов часового типа действительные значения входного сигнала задаются при помощи микровинта спирального микрометра. Погрешность показания индикатора складывается из следующих составляющих: систематической погрешности, случайной погрешности, погрешности обратного хода.

1–измерительный стержень с зубчатой рейкой; 2–реечный триб; 3–большое зубчатое колесо; 4–стрелочный триб; 5–стрелка; 6–шкала с ценой деления 0,01 мм; 7–измерительный наконечник; 8–винтовая пружина; 9–спиральная пружина; 10–вспомогательное колесо; 11–дополнительная стрелка; 12–шкала с ценой деления 1 мм   Рисунок 1. Индикатор часового типа. Принципиальная схема

Систематические погрешности индика­тора носят характер линейных про­грессивных и нелинейных периодиче­ских погрешностей. Прогрессивную муль­типликативную погрешность показа­ний создает первичная погрешность шага зубчатой рейки (рисунок 4.1). Периодиче­ские нелинейные погрешности создаются кинематическими и векторными первич­ными погрешностями вращающихся звеньев.

Погрешность обратного хода, или адди­тивная погрешность, отражает дейст­вие сил трения в индикаторе и наличие зазоров в направляющих поступательного и вращательного перемещения, а также является составляющей систематической погрешности.

Погрешность обратного хода нормиру­ется вариацией показаний и опре­деляется как средняя разность трёх показаний индикатора при прямом и обрат­ном ходе измерительного стержня.

Случайная погрешность нормируется размахом показаний и определяется как разность показаний при пятикратном изме­рении одного и того же входного сиг­нала.

4.4 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.4.1 Метрологическая аттестация специального микрометра.

Для исследования погрешностей показаний индикатора применяется специальный микрометр, у которого вместо неподвижной измерительной пятки имеется зажим для крепления индикатора. Поскольку микрометр должен иметь погрешность в 3 раза меньшую, чем допускаемая минимальная погрешность показаний поверяемого индикатора, т.е. 6 мкм/3 = 2 мкм, то на всем диапазоне измерения микрометра, равном 25 мм, необходимо выбрать рабочий участок, соответствующий диапазону измерения индикатора, на котором погрешность микрометра не превышает указанных 2 мкм. Аттестация микрометра осуществляется при помощи концевых мер, задающих действительный размер, и микронной измерительной головки, по которой определяется погрешность микрометра, в следующем порядке:

4.4.1.1 Выбрать люфт в паре винт-гайка микрометра. При вибрации микровинта смазать гайку одной каплей минерального масла. Протереть салфеткой, смоченной спиртом, измерительную поверхность микровинта.

4.4.1.2 Установить микрометр на нижний предел измерения.

4.4.1.3 Закрепить измерительную головку с ценой деления С=0,001 мм в зажимном приспособлении микрометра, настроить ее на ноль и определить вариацию показаний микровинта, которая не должна превышать 0,5 мкм.

4.4.1.4 Перемещая микровинт микрометра точно на 1 мм и помещая между измерительным стержнем индикатора и измерительным наконечником микровинта концевые меры или блоки, размеры длин которых последовательно возрастают на 1 мм (например, 1;2;3;4;... 25), определяют погрешности показаний микрометра на прямом и обратном ходе микровинта по отклонениям стрелки микронной измерительной головки от нуля с учётом знака. Результаты оценок погрешностей показаний записываются в протокол аттестации и наносятся на график (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2. График метрологической аттестации погрешности микровинта (пример)

4.4.2 Выбор рабочего участка для калибровки индикатора часового типа. По графику аттестации микровинта (рисунок 4.2) найти начало отсчета О₁ на кривой обратного хода таким образом, чтобы в пределах рабочего участка, равного диапазону измерения индикатора, отклонения от оси Х₁, проведенной параллельно оси Х из точки О₁, имеющие знак «+» и «–», были равны по абсолютному значению и в то же время не превышали допускаемых 2 мкм. Тогда точка Хо микрометра будет определять начало рабочего участка для калибровки индикатора.

4.4.3 Определение погрешностей показаний индикатора.

4.4.3.1 Смазать подшипники скольжения измерительного стержня минеральным маслом, при необходимости проверить отсутствие люфта в резьбе измерительного наконечника. Установить проверяемый индикатор в клеммовый зажим специального микрометра. Настроить ноль индикатора в точке Х_о начала рабочего участка микровинта.