Методы и средства измерений

7.Погрешность – основная МХ – разность м/у показаниями и действительным (истинным) значением ФВ. Делятся на:

      основные – при норм условиях экспл (20°С, 220В, 50Гц и т.д.)

      дополнительные – в рабочих усл

Может выражаться в виде

      абсолютная Δ = |x-xд| (не дает возм-ть сравн СИ разл ФВ)

      относительная (нет дает возм СИ с разл пределом)

      приведенная

8.Класс точности – обобщенная МХ  - определяющая допускаемые пределы погрешности и другие свойства СИ. Напр, у показывающих электроизм приборов может включать кроме основной погрешности вариацию показаний.

Обычно класс точности форм по приведенной погрешности:

5.Основные статические характеристики и параметры СИ.

Основной характеристикой СИ в статическом режиме является функция (уравнение) преобразования — зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра входного сигнала. В общем виде:

Y=Y{b0[Х], b1, b2, ...,bm,Sl,S2,...,SL,1,2,...,k}= F{X{a0[(t)], a1, а2, ..., аn}, Sl,...,SL},

где F — некоторый функционал, описывающий ряд определенных математических операций, производимых над входной величиной X.

При разработке СИ стремятся к тому, чтобы обеспечить линейную связь между входной и выходной величинами:

Y=Y{b0[Х], b1,b2, ..., bm,Sl,S2,...,SL,1, 2,...,k} = K(Sl,...,SL)X{a0[(t)], a1, а2, ..., аn}, или в упрощенной форме записи Y(t) = KX(t),

где К — коэффициент преобразования.

Различают три вида функций преобразования:

• номинальную F, которая указывается в нормативно-технической документации на данный тип СИ. Она устанавливается для стандартизованных средств измерений массового производства;

• индивидуальную FИ, которая принимается для конкретного экземпляра СИ и устанавливается путем экспериментальных исследований (индивидуальной градуировки) этого экземпляра при определенных значениях влияющих величин;

• действительную Fд, которая совершенным образом (без погрешностей) отражает зависимость информативного параметра выходного сигнала конкретного экземпляра СИ от информативного параметра его входного сигнала в тех условиях и в тот момент времени, когда эта зависимость определяется.

Полная суммарная погрешность СИ вых = F(ХД)  Fд(Хд) = F(ХД)  YД. Она называется погрешностью по выходу СИ, поскольку приведена к его выходу. Кроме этого используется погрешность по входу вх = F1(Yд)  Хд,

где Хд — действительное значение информативного параметра измеряемой (входной) величины;

F1(Yд) — функция, обратная номинальной функции преобразования СИ, называемая его градуированной характеристикой.

Некоторые СИ обладают вариацией показаний, под которой понимается разность м/у показаниями СИ в данной точке диапазона измерения при возрастании и убывании величины и неизменных усл

Важной характеристикой СИ является его чувствительность S — свойство, определяемое отношением изменения Y выходного сигнала Y к вызывающему его изменению Х входного сигнала X. Различают абсолютную S = Y/Х и относительную S = Y/(Х/Х) чувствительности.

Порог чувствительности – наименьшее изменение значения изм вел, вызывающее заметное изменение показаний.

6.Основные динамические характеристики и параметры СИ.

Реальные СИ обладают инерционными (динамическими) свойствами, обусловленными особенностями используемых элементов. Это приводит к более сложной зависимости между входным и выходным сигналами. Свойства СИ в динамических режимах, т.е. когда время изменения измеряемой величины сравнимо со временем измерения, описываются совокупностью так называемых динамических характеристик.

Их основной является полная динамическая характеристика, полностью описывающая принятую математическую модель динамических свойств СИ. В качестве нее используют: дифференциальные уравнения; переходную, импульсную переходную, амплитудно-фазовую и амплитудно-частотную характеристики; совокупность амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик; передаточную функцию.

Дифференциальные уравнения наиболее полно описывают динамические свойства СИ. Общий вид уравнения с нулевыми начальными условиями:

где bi, Ki — постоянные коэффициенты. В подавляющем большинстве случаев оно может быть приведено к уравнению

Его решение Y(t) описывает выходной сигнал средства измерений при входном сигнале X(t). Данное уравнение отличается присутствием членов, содержащих произведения коэффициентов bi и высших производных от Y(t), которые и описывают динамические свойства СИ.

Дифференциальные уравнения высокого порядка могут быть представлены системой дифференциальных уравнений первого и второго порядков. Это, по существу, означает представление сложного в динамическом смысле СИ совокупностью более простых, хорошо изученных динамических элементов (нулевого, первого и второго порядков).

Переходная характеристика h(t) — это временная характеристика СИ, полученная в результате подачи на его вход сигнала в виде единичной функции заданной амплитуды X(t) = Xm  1(t). Она описывает инерционность СИ, обуславливающую запаздывание и искажение выходного сигнала относительно входного. Переходную характеристику находят либо опытным путем, либо решая соответствующее дифференциальное уравнение при X(t) = Xm  1(t).

Передаточная ф-ия G(p) – отношение преобразования Лапласа выходного сигнала СИ к преобразованию Лапласа входного сигнала при нулевых начальных условиях.

где и - изображения по Лапласу вх и вых сигналов СИ.

Передаточная функция

7.Методы и средства измерения и контроля линейных величин.

При измерительном контроле линейных величин применяют главным образом прямые измерения, реже встречаются относительные и косвенные. В пром в основном используют методы непосредственной оценки и сравнения  с мерой, сравнение с мерой доминирует при точных измерениях больших размеров. Применяемые в машиностроении средства измерительного контроля можно функционально разделить на 3 группы:

1) меры, воспроизводящие заданные размеры длин,

2)калибры, воспроизводимые границы предписанных размеров,

3) универсальные СИ действительных размеров.

Механические.

Преобладают в измерениях линейных величин. Это объясняется простотой их применения, портативностью, отсутствием необходимости подведения энергии для освещения или питания, сравнительно высокой надежностью и долговечностью, относительно невысокой стоимостью. Невысокая точностью и небольшая скорость действия.

1.бесшкальные инстр-ты ( напр, лекальные линейки, шаблоны, щупы, образцы шероховатостей)

2. штангенинстр (ш-циркули, ш-глубиномеры)

3.измерительные головки – мех отсчет устр-ва, преобр малые перемещения изм наконечника в большие перемещения стрелки (пружинные, рычажно-зубчатые, рычажные)

4.микрометрические инстр-ты (ручные микрометры, микр грубиномеры и нутромеры, микрометр головки)

Оптические приборы. Имеют высокую точность, большие передаточные отношения и малые цены деления шкалы. Но они непросты в эксплуатации, обычно требуют потребления энергии, а измерения требуют значительных затрат времени, высокая стоимость и небольшая надежность и долговечность.

Действие оптических приборов основано на использовании световой энергии.

Подразделяются на 3 разновидности:

1) приборы с оптическим способом визирования с измеряемой величиной и механическим измерением перемещения точки визирования (инструментальные микроскопы и проекторы),

2) приборы с механическим соприкосновением с контролируемым изделием и оптическим измерением перемещения точки соприкосновения

(оптиметры, длинномеры, интерферометры, измерительные машины) ,

3) приборы с оптическим устройством для наблюдения контролируемого изделия и оптическим измерением перемещения точки визирования.(универсальный микроскоп и универсальный измерительный микроскоп, бесконтактный интерферометры)

Пневматические приборы – СИ, в к-рых преобразование изм инф-ии, осущ ч/з изменение параметров потока сжатого воздуха при его истечении ч/з небольшое отверствие. Имеют высокую точность и быстродействие, но требуют подведения сжатого воздуха и оправдывают себя в основном при массовых измерениях одинаковых объектов, поскольку при их использовании требуется индивидуальная тарировка и градуировка шкалы.

Электрические приборы- процесс изм осущ путем превращения лин величины в электрическую, а затем снова в линейную (напр, перемещение стрелки),либо в сигнал. Преим: быстрое действие, удобство управления. Простота передачи измерительной информации на расстояния. Но по надежности работы уступают механическим.

1.Электроконтактные (преобр изм ч/з размыкание и замыкание контактов цепи)

2.Индуктивные (изм размера ч/з воздушный зазор)

8.Методы и средства измерения и контроля угловых величин.

При измерительном контроле угловых величин применяют главным образом прямые измерения.. В пром-сти в основном используют методы непосредственной оценки и сравнения  с мерой, сравнение с мерой доминирует при точных измерениях больших размеров. Применяемые в машиностроении средства измерительного контроля можно разд на 3 группы:

1) меры, воспроизводящие заданные размеры длин и углов,

2)калибры, воспроизводимые границы предписанных размеров,

3) универсальные СИ действительных размеров.

Механические.

Преобладают в измерениях угловых величин. Это объясняется простотой их применения, портативностью, отсутствием необходимости подведения энергии для освещения или питания, сравнительно высокой надежностью и долговечностью, относительно невысокой стоимостью. Невысокая точностью и небольшая скорость действия.

1.бесшкальные инстр-ты (угольники поверочные)

2. штангенинстр (угломер с нониусом)

3.измерительные головки – мех отсчет устр-ва, преобр малые перемещения изм наконечника в большие перемещения стрелки (пружинные, рычажно-зубчатые, рычажные)

4.микрометрические инстр-ты (микрометр головки)

Оптические приборы. Имеют высокую точность, большие передаточные отношения и малые цены деления шкалы. Но они непросты в эксплуатации, обычно требуют потребления энергии, а измерения требуют значительных затрат времени, высокая стоимость и небольшая надежность и долговечность.

Действие оптических приборов основано на использовании световой энергии.

Подразделяются на 3 разновидности:

1) приборы с оптическим способом визирования с измеряемой величиной и механическим измерением перемещения точки визирования (инструментальные микроскопы и проекторы),

2) приборы с механическим соприкосновением с контролируемым изделием и оптическим измерением перемещения точки соприкосновения

(гониометр)

3) приборы с оптическим устройством для наблюдения контролируемого изделия и оптическим измерением перемещения точки визирования.(универсальный микроскоп и универсальный измерительный микроскоп, бесконтактный интерферометры)

Гониометрический метод измерения.

Измеряемое изделие abc жестко связано с угловой мерой - круговой шкалой D.  Измеряемый угол – β.

В некотором положении берут отсчет по неподвижному указателю d. Затем шкалу поворачивают до такого положения, когда сторона bc совпадет с плоскостью, в которой до поворота находилась сторона ab. После этого снова берут отсчет по указателю.

При этом лимб повернется на угол φ между нормалями к сторонам cb и ab. Тогда β  = 180 - φ .

9.Методы и средства испытаний механических свойств материалов. Испытание на растяжение.

В зависимости от способа приложения нагрузки методы испытания механических свойств металлов делят на 3 группы:

      Статистические, когда нагрузка возрастает медленно и плавно (испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез, твердость);

      Динамические, когда нагрузка возрастает с большой скоростью, ударно (испытание на удар);

      Испытания при повторно-переменных нагрузках, когда она в процессе испытания многократно измеряется по величине или по величине и знаку (испытания на усталость).

Испытание на растяжение. Применяют цилиндрические или плоские образцы опр формы и размеров по стандарту. Испытание образцов на растяжение про­водится на разрывных машинах. Эти машины снабжены приспособлением, на котором автоматически записывается диаграмма растяжения. По верт оси – величины нагрузок Р, по горизонт – величины абс удлинений. Чтобы исключить влияние размера образца, диаграмму строят в координатах напряжение σ (в Н/м2) (нагрузка на единицу площади поперечного сечения рабочей части образца) — относительное удлинение δ (в %) (отношение абсолютного удлинения к начальной длине расчетной части образца).

При испытании на растяжение определяют следующие характеристики механических свойств:

Предел пропорциональности (условным) σпц -напряжение, при которой тангенс угла, образуемого касательной к кривой с осью нагрузок, увеличивается на 50%

Предел упругости (условным) σ0,05   - напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05% от расчетной величины образца.

Предел текучести (физический) а - наименьшее напряжение, при котором образец деформируется (течет) без заметного увеличения нагрузки.