Laboratorium metrologii warsztatowej.pdf

POLITECHNIKA GDAŃSKA

ANDRZEJ MELLER, PIOTR GRUDOWSKI

LABORATORIUM METROLOGII WARSZTATOWEJ

I INŻYNIERII JAKOŚCI

Podręcznik dla studentów

Wydziałów Mechanicznego

oraz Oceanotechniki i Okrętownictwa

Recenzent

Adam Boryczko

Wydanie I

GDAŃSK 2006

SPIS TREŚCI

WIADOMOŚCI WSTĘPNE

1. Regulamin ćwiczeń

Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych

3. Pojęcia podstawowe

4. Noniusze

5. Płytki wzorcowe

Ćwiczenie 1. KONTROLA WYMIARÓW ZEWNĘTRZNYCH

Ćwiczenie 2.

KONTROLA ŚREDNIC WEWNĘTRZNYCH

Ćwiczenie 3. POMIARY DOKŁADNE

Ćwiczenie 4. KONTROLA WAŁKÓW W PRODUKCJI SERYJNEJ

Ćwiczenie 5. KONTROLA SPRAWDZIANÓW ZA POMOCĄ DŁUGOŚCIOMIERZY 44

Ćwiczenie 6. OKRESOWA KONTROLA MIKROMETRU

Ćwiczenie 7. KONTROLA CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI

Ćwiczenie 8.

KONTROLA ODCHYŁEK KIERUNKU, POŁOŻENIA I BICIA

Ćwiczenie 9. POMIARY ODCHYŁEK PROSTOLINIOWOŚCI I PŁASKOŚCI

Ćwiczenie 10. KONTROLA KĄTÓW

Ćwiczenie 11. POMIAR ZARYSÓW ZA POMOCĄ OPTYCZNEJ GŁOWICY

Z2-

AŁOWEJ

Ćwiczenie 12. KONTROLA ZARYSÓW ZŁOŻONYCH ZA POMOCĄ PROJEKTORA

MIERNICZEGO

100

Ćwiczenie 13. KONTROLA ZARYSÓW ZŁOŻONYCH

106

Ćwiczenie 14.

PROJEKTOWANIE I ANALIZA

KARTY KONTROLNEJ DLA CECH

MIERZALNYCH

116

Ćwiczenie 15. BADANIE ZDOLNOŚCI JAKOŚCIOWEJ PROCESÓW

123

Ćwiczenie 16. ANALIZA POWTARZALNOŚCI I ODTWARZALNOŚCI

POMIARÓW

127

LITERATURA

130

WIADOMOŚCI WSTĘPNE

1. Regulamin ćwiczeń

Do wykonania pomiaru należy przystąpić po dokładnym zapoznaniu się z działaniem i

elementami obsługi przyrządu. Powinno się przy tym przestrzegać zasady operowania

elementami obsługi wskazanymi w instrukcji, aby nie spowodować uszkodzenia lub

rozregulowania przyrządu.

Należy unikać wywierania dużych sił na przyrząd, gdyż może to spowodować jego

uszkodzenie.

Zarówno środki miernicze, jak i przedmioty powinny być przed pomiarem oczyszczone.

Środki konserwujące usuwa się przez przemycie w rozpuszczalniku (benzyna, alkohol

etylowy) oraz przetarcie tkaniną lub irchą.

Należy unikać dotykania rękami powierzchni mierniczych, z uwagi na korozyjne

działanie potu.

Po zakończeniu pomiaru należy środki miernicze ponownie przemyć i osuszyć, a następ-

nie pokryć cienką warstwą bezwodnej i bezkwasowej wazeliny.

Elementów układu optycznego nie należy dotykać ani czyścić bez porozumienia z

prowadzącym zajęcia.

Podczas pomiaru należy chronić sprzęt przed uszkodzeniem.

Sprzęt mierniczy, jak i przedmioty mierzone powinny mieć temperaturę jednakową,

zbliżoną do 20°C. Należy je więc chronić przed nagrzaniem, mając na uwadze, że ciepło

może pochodzić zarówno od źródeł zewnętrznych, jak też np. od rąk osoby wykonującej

pomiar.

2. Warunki zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych

Odrobienie wszystkich ćwiczeń przewidzianych programem zajęć . W przypadku

usprawiedliwionej nieobecności na zajęciach należy odpowiednio wcześniej umówić się

z prowadzącym na możliwy termin odrabiania zaległości.

Przygotowanie się do ćwiczeń na podstawie materiału zawartego w niniejszym

opracowaniu oraz wykładu . Osoby nieprzygotowane nie będą dopuszczone do z2-

biania danego ćwiczenia.

Uwaga : Oprócz znajomości zagadnień z zakresu tematu ćwiczenia realizowanego w

danym dniu, zawsze obowiązuje znajomość problematyki omówionej w tym opraco-

waniu w rozdziale „Wiadomości wstępne”

Oddanie sprawozdań z wszystkich ćwiczeń przewidzianych programem zajęć . Grupa

laboratoryjna oddaje przygotowane sprawozdanie ( jeden egzemplarz ) na początku kolej-

nych zajęć. Jest to warunek dopuszczenia do odrabiania kolejnego ćwiczenia

3. Pojęcia podstawowe

Pomiar wg Międzynarodowego słownika podstawowych terminów w metrologii – Inter-

national Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology (ISO, 1993) - skrót: VIM - jest to

zbiór operacji mających na celu wyznaczenie wartości wielkości.

Błąd pomiaru to różnica pomiędzy wynikiem pomiaru a wartością prawdziwą wielkości

mierzonej.

Wartość prawdziwa (rzeczywista) wielkości, czyli wartość zgodna z definicją okre-

ślonej wielkości , jest ze względu na swoją naturę nieznana, stąd też, w nawiązaniu do podanej

definicji, wartość błędu pomiaru jest także nieznana. Problem ten stał się podstawą powstania w

dziedzinie metrologii teorii niepewności pomiaru .

Niepewność pomiarowa to wg słownika VIM parametr związany z wynikiem pomiaru,

charakteryzujący rozrzut wartości , które można w uzasadniony sposób przypisać wielkości

mierzonej.

Niepewność pomiaru jest wynikiem oddziaływania szeregu przyczyn, do których można

zaliczyć m.in.:

- niepełne uwzględnienie oddziaływania czynników otoczenia (np. temperatury),

- niedoskonałości charakterystyk technicznych przyrządu (histereza, rozrzut wskazań,

określona rozdzielczość),

- błędy odczytu ze skal analogowych (błąd paralaksy),

- niedokładność użytych wzorców,

- przyjęte uproszczenia i założenia co do metody pomiaru (np. pominięcie wpływu z2-

sku mierniczego),

- niedoskonałość realizacyjna definicji mierzonego parametru (np. wykonując pomiar

średnicy wałka mikrometrem, poprzez nieprawidłowe ustawienie końcówek pomiarowych

mierzy się jedną z cięciw), itp.

Niepewność pomiaru można obliczyć poprzez analizę statystyczną serii wyników

pomiarów. Parametrem określającym niepewność pomiaru może być odchylenie standardowe

otrzymane w serii n pomiarów (próbie n-elementowej):

(

)

s =

gdzie : x i – wynik i-tego pomiaru,

x - średnia arytmetyczna z serii n pomiarów,

n – liczba pomiarów.

Niepewność pomiaru może być wyrażona jako przedział symetryczny względem wyniku

pomiaru, obejmujący (z przyjętym prawdopodobieństwem – tzw. poziomem ufności P ) wartość

prawdziwą wielkości mierzonej. Wówczas, aby wyznaczyć niepewność U należy pomnożyć z2-

wność wyrażoną odchyleniem standardowym s przez współczynnik k , zależny od liczby n

pomiarów stanowiących postawę oszacowania odchylenia standardowego oraz przyjętego

poziomu ufności P.

U = k s

Przykładowo dla najczęściej przyjmowanego poziomu ufności P=0,95:

2,8

2.3

2.1

Widać więc, że im liczniejsza próba pomiarowa, tym węższy jest przedział niepewności

zawierający z przyjętym prawdopodobieństwem P wartość prawdziwą wielkości mierzonej. Z

kolei im wyższy przyjęty poziom ufności P, tym szerszy przedział niepewności (większy

współczynnik k).

Uwzględnienie niepewności wyników pomiarów jest niezbędnym elementem w ustaleniu

warunków umowy pomiędzy odbiorcą a producentem wyrobów i aspekt ten nie powinien być

pominięty. Szczegółowe zasady pozwalające określić kiedy parametry wyrobu lub sprzętu

pomiarowego są zgodne lub niezgodne z przyjętą dla tych parametrów tolerancją czy błędami

sprzętu pomiarowego ustalono w normie PN-EN ISO 14253.

W zależności od charakteru występowania błędy pomiaru można podzielić na błędy sys-

tematyczne i przypadkowe.

Błąd systematyczny to wg VIM różnica pomiędzy średnią z nieskończonej liczby

wyników pomiarów tej samej wielkości mierzonej, wykonanych w warunkach powtarzalności a

wartością prawdziwą wielkości mierzonej.

Warunki powtarzalności obejmują:

- tę samą procedurę pomiarową,

- tego samego obserwatora,

- ten sam przyrząd pomiarowy stosowany w tych samych warunkach,

- to samo miejsce,

- powtarzanie w krótkich odstępach czasu.

Przykładem błędów systematycznych mogą być

- błędy wzorca,

- niedokładności wzorcowania,

- błędy wykonania podziałki,

- niedokładność przekładni,

- niedokładność charakterystyki pomiarowej, a także błędy wynikające np. z:

- ugięcia elementów,

- rozszerzalności cieplnej materiałów w funkcji zmian temperatury.

Ponieważ wartość i znak błędu systematycznego nie zmieniają się, można je wyeliminować

dodając do wyniku poprawkę C. Wartość poprawki odpowiada sumarycznemu błędowi sys-

tematycznemu Δ s , wziętemu z przeciwnym znakiem

Jeżeli znane są składniki Δs 1 , Δs 2 , Δs 3, ... błędu systematycznego, to jego wartość sumaryczna

As jest sumą algebraiczną wartości składowych

...

Ponieważ błędy te mogą mieć różne znaki, mogą się więc kompensować. Wykorzystuje się

to szczególnie w tych przypadkach, gdy uniknięcie błędów jest trudne.

Błąd przypadkowy to wg VIM różnica pomiędzy wynikiem pomiaru a średnią z z2-

ończonej liczby wyników pomiarów tej samej wielkości mierzonej, wykonanych w warunkach

powtarzalności.

Błędu przypadkowego nie można uwzględnić jako poprawki, można tylko na podstawie serii

pomiarów ustalić z określonym prawdopodobieństwem granice, w których on się znajduje.

Błąd ten powstaje w wyniku działania bardzo wielu trudnych do ustalenia przyczyn, prak-

tycznie niemożliwych do wyeliminowania.

Wartość błędów przypadkowych można zmniejszyć stosując dokładniejszy sprzęt, charakte-

ryzujący się mniejszym rozrzutem wyników pomiaru, stabilizując warunki pomiaru lub z2-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: