Выбор СИ. Понятие об испытании и контроле

При выборе СИ учитывают совокупность метрологических (цена деления, погрешность, пределы измерений, измеритель­ное усилие), эксплуатационных и экономических показателей, к которым относятся:

· массовость (повторяемость измеряемых размеров) и доступность их для контроля; стоимость и надеж­ность СИ;

· метод измерения;

· время, затрачиваемое на настрой­ку и процесс измерения;

· масса, габаритные размеры, рабочая нагрузка;

· жесткость объекта контроля, шероховатость его по­верхности;

· режим работы и т. д.

Основная трудность технико-экономического подхода при выборе СИ заключается в том, что сам процесс измерения не сопровождается непосредственным созданием материальных цен­ностей. Учитывая также различные цели контрольно-измеритель­ных операций и их различную принадлежность к этапам жизнен­ного цикла ТС (производство, эксплуатация, ремонт), очевидно, невозможно предложить единую методику выбора СИ. Однако некоторые общие принципы выбора на основании накопленного опыта сводятся к следующим положениям:

1. Для гарантирования заданной или расчетной относительной погрешности измерения δ _и (например, методами, предложенны­ми в гл. 2) относительная погрешность СИ δ _си должна быть на 25—30% ниже, чем δ _и, (т. е. δ _си = 0, 7δ _и). Если известна приведенная погрешность γ _и измерения, то приведенная погрешность СИ

где х и х_и–результат измерения и нормированное значение шка­лы СИ.

2. Выбор СИ зависит от масштаба производства или количе­ства находящихся в эксплуатации однотипных (одноименных) ТС.

Например, в массовом производстве с отработанным техно­логическим процессом, включая контрольные операции, исполь­зуют высокопроизводительные механизированные и автоматизи­рованные средства измерения и контроля. Универсальные СИ при­меняются преимущественно для наладки оборудования.

В серийном производстве основными средствами контроля должны быть жесткие предельные калибры, шаблоны, специаль­ные контрольные приспособления. Возможно применение уни­версальных СИ.

В мелкосерийном и индивидуальном производстве основными являются универсальные СИ, поскольку применение других орга­низационно и экономически невыгодно: неэффективно будут ис­пользоваться специальные контрольные приспособления или по­требуется большое количество калибров различных типоразмеров.

3. Метод измерения, определяемый целью контроля, выдви­гает требования к СИ по базировке: если контролируется точ­ность технологического процесса, то выбирают СИ для техноло­гических баз; если ТС контролируется с точки зрения эксплуата­ции, то СИ выбирается под эксплуатационные базы.

4. При выборе СИ по метрологическим характеристикам не­обходимо учитывать следующее:

если технологический процесс неустойчив, т. е. возможны су­щественные отклонения измеряемого параметра за пределы поля допуска, то нужно, чтобы пределы шкалы СИ превышали диапа­зон рассеяния значений параметра;

цена деления шкалы должна выбираться с учетом заданной точности измерения. Например, если размер необходимо контро­лировать с точностью до 0, 01 мм, то и СИ следует выбирать с ценой деления 0, 01 мм, так как СИ с более грубой шкалой внесет дополнительные субъективные погрешности, а с более точной – выбирать не имеет смысла из-за удорожания СИ. При контроле технологических процессов должны использоваться СИ с ценой деления не более 1/6 допуска на изготовление;

поскольку качество измерения определяется величиной относи­тельной погрешности δ = ±(Δ /х)100%, т. е. с уменьшением хвеличина δ увеличивается (качество измерения ухудшается). Следовательно, качество измерений на разных участках шкалы неодинаково.

Поэтому при измерениях рабочий участок шкалы СИ должен выбираться по правилу: относительная погрешность в пределах рабочего участка шкалы СИ не должна превышать приведенную погрешность более чем в 3 раза (δ < 3γ). Из этого правила следует: а) при односторонней равномерной шкале с нулевой отметкой в ее начале рабочий участок занимает последние две трети длины шкалы; б) при двусторонней шкале с нулевой отметкой посреди­не – последнюю треть каждого сектора; в) при шкале без нуля рабочий участок может распространяться на всю длину шкалы.

В пределах рабочего участка шкалы наибольшая возможная аб­солютная погрешность равновероятна на всех отметках. Таким об­разом, при выборе СИ важно определить рабочий участок шкалы и ее цену деления. Последняя зависит от класса точности СИ и числа n_шделений шкалы.

Если класс точности СИ определяет наибольшую допустимую погрешность с заданной вариацией, то цена деления должна учи­тывать эту вариацию, а именно – должна быть равна удвоенному значению приведенной погрешности СИ: С = 2γ или n_щ= 100/2γ.

Исходя из требований удобства считывания показаний, допуска­ется использование более крупных делений шкалы, но обязательно кратных n_ш (в пределах 2–10). Кроме того, цена деления должна со­ставлять целое число единиц измеряемой величины (1, 2, 5, 10 и т. д.).

5. К регистрирующей аппаратуре предъявляются следующие основные требования:

· сигнал, проходящий через СИ, должен сохранять необходимую информацию, не подвергаться искажению и отделяться от помех;

· первичные преобразователи (датчики) должны потреблять ми­нимум энергии от объекта измерения, и их подключение не долж­но нарушать его нормальной работы. Особые требования предъяв­ляются к точности и чувствительности датчиков, так как эти низ­кие показатели сведут на нет все усилия по повышению точности измерений;

· носитель информации должен иметь достаточный объем для регистрации всех необходимых сведений;

· регистрирующая аппаратура должна обеспечивать получение информации в возможно сжатые сроки.

Если аппаратура не может одновременно удовлетворять всем предъявляемым требованиям, то выбираются наиболее важные из них, позволяющие наилучшим образом справиться с выпол­нением поставленной задачи.

Оценка погрешности измерений и выбор СИ зависят также от цели измерений. При этом понятие измерения является общим для таких специфических операций, как испытание, контроль, диагностирование и прогнозирование технического состояния объекта (продукции).

Диагностирование – процесс распознавания состояния сис­темы в настоящий момент. Прогнозирование есть определение при­знаков технического состояния объекта на будущий момент или интервал времени.

Изучение принципов диагностирования и прогнозирования является предметом специальных дисциплин. Поэтому остановимся лишь на соотнесении понятий испытания, контроля и измере­ния.

Испытанием называется экспериментальное определение ко­личественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функцио­нировании, а также моделировании объекта и/или воздействий (ГОСТ 16504—81). Экспериментальное определение характерис­тик свойств объекта при испытаниях может проводиться путем использования измерений, оценивания и контроля.

Объектом испытаний является продукция или процессы ее про­изводства и функционирования. В зависимости от вида продукции и программы испытаний объектом может быть как единичное из­делие, так и их партия. Объектом испытания может также быть макет или модель изделия.

Важнейшим при проведении любых испытаний является зада­ние требуемых реальных или моделируемых условий испытаний.

Под условиями испытаний понимается совокупность воздействую­щих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях. В нормативно-технических документах на испытания конкретных объектов должны быть определены нормированные условия испытаний.

Существует большое число разновидностей испытаний. Они классифицируются по различным признакам. По назначению ис­пытания делятся на исследовательские, контрольные, сравнитель­ные и определительные. По уровню проведения различают следую­щие категории испытаний: государственные, межведомственные и ведомственные. По виду этапов разработки испытуемой продук­ции различают предварительные и приемочные испытания. В зави­симости от видаиспытаний готовой продукции их подразделяют на квалификационные, приемосдаточные, периодические и типовые.

Целью испытаний следует считать оценку истинного значения параметра (характеристики) в заданных номинальных условиях испытания. Условия испытаний практически всегда отличаются от реальных. Следовательно, результат испытания всегда имеет погрешность, возникающую не только из-за погрешности опре­деления искомой характеристики, но и из-за неточности уста­новления номинальных условий испытания.

Результатом испытаний называется оценка характеристик свойств объекта, установления соответствия объекта заданным требованиям, данные анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний. Результат испытаний характеризуется точ­ностью – свойством испытаний, показывающим близость их ре­зультатов к действительным значениям характеристик объекта в определенных условиях испытаний.

Между измерением и испытанием существует большое сход­ство: во-первых, результаты обеих операций выражаются в виде чисел; во-вторых, погрешности и в том, и в другом случае могут быть выражены как разности между результатами измерений (ис­пытаний) и истинными значениями измеряемой величины (или определяемой характеристики при номинальных условиях эксп­луатации).

Однако с точки зрения метрологии между этими операциями имеется значительная разница: погрешность измерения является только одной из составляющих погрешности испытания. Поэтому можно сказать, что испытание – это более объемная операция, чем измерение. Измерение можно считать частным случаем испы­тания, при котором условия испытаний не представляют интереса.

Контроль – это процесс определения соответствия значения параметра изделия установленным требованиям или нормам. Сущ­ность всякого контроля состоит в проведении двух основных эта­пов. На первом этапе получают информацию о фактическом со­стоянии некоторого объекта, о признаках и показателях его свойств. Эта информация называется первичной. На втором этапе первичная информация сопоставляется с заранее установлен­ными требованиями, нормами, критериями. При этом выявля­ется соответствие или несоответствие фактических данных тре­буемым. Информация об их расхождении называется вторичной. Она используется для выработки соответствующих решений по поводу объекта контроля. В ряде случаев граница между этапами контроля неразличима. При этом первый этап может быть вы­ражен нечетко или практически не наблюдаться. Характерным примером такого рода является контроль размера детали ка­либром, сводящийся к операции сопоставления фактического и предельно допустимого значений параметра.

Контроль состоит из ряда элементарных действий: измеритель­ного преобразования контролируемой величины; воспроизведе­ния установок контроля; сравнения и получения результата кон­троля.

Измерения и контроль тесно связаны друг с другом, близки по своей информационной сущности и содержат ряд общих опе­раций (например, сравнение, измерительное преобразование). В то же время процедуры во многом различаются:

• результатом измерения является количественная характери­стика, а контроля – качественная;

• измерение осуществляется в широком диапазоне значений измеряемой величины, а контроль – обычно в пределах неболь­шого числа возможных состояний;

• контрольные приборы, в отличие от измерительных, приме­няли для проверки состояния изделий, параметры которых зада­ны и изменяются в узких пределах;

• основной характеристикой качества процедуры измерения является точность, а процедуры контроля — достоверность.

Контроль может быть классифицирован по ряду признаков.

В зависимости от числа контролируемых параметров он подраз­деляется на однопараметрический, при котором состояние объек­та определяется по размеру одного параметра, и многопараметри­ческий, при котором состояние объекта определяется размерами многих параметров.

По форме сравниваемых сигналов контроль подразделяется на аналоговый, при котором сравнению подвергаются аналоговые сигналы, и цифровой, при котором сравниваются цифровые сиг­налы. В зависимости от вида воздействия на объект контроль под­разделяется на пассивный, при котором воздействие на объект производится, и активный, при котором воздействие на объект осуществляется посредством специального генератора тестовых сигналов.