eng
Выпуск #2/2020
С. Н. Степанов, С. Б. Тарасов, А. В. Петров, С. С. Степанов
Исследование погрешности измерений компаратора УКМ-100 для поверки концевых мер длины
Исследование погрешности измерений компаратора УКМ-100 для поверки концевых мер длины
Просмотры: 2751
DOI: 10.22184/2227-572X.2020.10.2.156.160
Проведены оценка погрешности и расчет неопределенности измерений на компараторе УКМ-100 для поверки концевых мер длины. Определены факторы, влияющие на неопределенность измерений, вычислены суммарная стандартная, а также расширенная неопределенность измерений. Перечислены основные технические характеристики компаратора УКМ-100. Описан процесс калибровки компаратора УКМ-100, установлены критерии, приведен протокол измерений.
Проведены оценка погрешности и расчет неопределенности измерений на компараторе УКМ-100 для поверки концевых мер длины. Определены факторы, влияющие на неопределенность измерений, вычислены суммарная стандартная, а также расширенная неопределенность измерений. Перечислены основные технические характеристики компаратора УКМ-100. Описан процесс калибровки компаратора УКМ-100, установлены критерии, приведен протокол измерений.
Теги: calibration comparator end length measure measurement error measurement uncertainty median length калибровка компаратор концевая мера длины неопределенность измерений погрешность измерений срединная длина
С. Н. Степанов, к.т.н., С. Б. Тарасов, к.т.н., А. В. Петров, С. С. Степанов
Статья получена: 13.03.2020
Принята к публикации: 16.04.2020
В последнее время активно расширяется экономическая и научная интеграция международного сообщества. Важным элементом этого процесса является гармонизация стандартов и других нормативных документов, в том числе в области метрологии, цель которой – устранение барьеров в торговом, промышленном, научном и культурном сотрудничестве.
Следуя современным тенденциям, мы провели исследование точности отечественного компаратора для поверки концевых мер длины УКМ‑100 по международной методике Calibration of Gauge Block Comparators, применяемой всеми ведущими производителями компараторов для аттестации концевых мер длины.
Цель работы – оценка погрешности измерений и расчет неопределенности измерений на компараторе УКМ-100 для поверки концевых мер длины.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Методика проведения эксперимента описывает процесс калибровки компаратора при измерении срединной длины и плоскопараллельности аттестуемой меры.
Методика предназначена для компараторов для калибровки концевых мер длиной до 100 мм методом сравнения, контактным методом и только с применением двух преобразователей, контактирующих с мерой с противоположных сторон. Установка УКМ‑100 полностью соответствует указанным условиям.
Компаратор УКМ-100 разработан на кафедре «Технология машиностроения» Санкт-Петербургского университета Петра Великого и предназначен для измерения срединной длины и определения отклонения от плоскопараллельности концевых мер длины 3 и 4 разрядов и рабочих мер длины 1–5 классов точности с номинальной длиной от 0,5 до 100 мм и применяется при их поверке. Принцип действия компаратора – индуктивный. Метод измерения – сравнение с эталонной мерой.
Компаратор представляет собой компьютеризированное рабочее место поверителя (рис. 1), состоящее из лабораторного стола, в столешницу которого встроена гранитная плита. В плиту вмонтирована колонка Ø80 мм с двумя кронштейнами – верхним и нижним. В кронштейны установлены индуктивные преобразователи (ИП). Нижний кронштейн крепится неподвижно на колонке, верхний – перемещается по колонке с помощью микровинта вращением маховика. ИП расположены соосно. Арретирование обоих преобразователей вакуумное и осуществляется автоматически. Эталонная и поверяемая меры располагаются в кассетах, которые перемещаются вручную оператором по траектории, определяемой шаблоном на кассете.
Основные технические характеристики представлены в табл. 1.
Программное обеспечение компаратора позволяет:
Перед выполнением калибровки установка прошла полную подготовку и проверку на точность по методике поверки МП УКМ 100.01. В соответствии с международной методикой для проведения калибровки были составлены следующие пары мер 1-го разряда (табл. 2).
Сравнение срединных длин мер. Меры укладывали по парам в гнезда кассеты и выполняли по пять сравнительных измерений срединных длин всех пяти пар. Затем серию измерений повторяли, после того как положение мер А и В в кассете меняли. Для каждой серии измерений были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения (10 значений).
Измерение плоскопараллельности. Меру 1,01 мм укладывали в гнездо поверяемой меры и проводили серию из пяти измерений от срединной длины меры в углы A, B, D, E по схеме, показанной на рис. 2. Четыре измерительные серии были повторены, после поворота меры в гнезде кассеты на 180° в горизонтальной плоскости. Были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения для каждой из восьми серий.
Оценка результатов калибровки зависит от того, какие концевые меры по точности должны калиброваться с помощью компаратора. В методике рассмотрены критерии приемки из условия, что компаратор применяется для калибровки мер с расширенной неопределенностью измерений, равной 0,05 + 0,5 L при k = 2, что соответствует концевым мерам 2-го разряда.
При этих условиях установлены следующие критерии:
стандартные отклонения не должны превышать 0,015 мкм;
максимальные отклонения средних значений и наибольших отклонений от плоскопараллельности от эталонных мер, указанных в протоколе поверки, не должны превышать 0,03 мкм.
Протокол измерений в соответствии с описанной процедурой калибровки установки показан в табл. 3, 4.
Неопределенность измерений – параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.
Расчет бюджета неопределенности выполнен согласно Национальному стандарту Российской Федерации ГОСТ Р 54500.3-2011 / Руководство ИСО / МЭК 98-3:2008. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения (табл. 5).
Выводы
Проведенные исследования показали, что компаратор УКМ-100 по своим точностным характеристикам, полученным на основании калибровки, соответствует компараторам для поверки концевых мер длины 2-го разряда;
калибровка как метод оценки точностных возможностей эталонных приборов является более гибкой, чем применение поверочной схемы.
Литература
Любомудров С. А., Степанов С. Н., Тарасов С. Б. Метрологическое обеспечение производства. Учебник. – СПб: СПбПТУ, 2008.
Любомудров С. А., Степанов С. Н., Тарасов С. Б. Методы и средства измерения в машиностроении. Учеб. пособие. – СПб: СПбГПУ, 2011.
ГОСТ Р 54500.3-2011 / Руководство ИСО / МЭК 98-3:2008. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения.
Чуновкина А. Г. Погрешность измерения, неопределенность измерения и неопределенность измеряемой величины // Измерительная техника. 2000. № 7. С. 19–23.
Статья получена: 13.03.2020
Принята к публикации: 16.04.2020
В последнее время активно расширяется экономическая и научная интеграция международного сообщества. Важным элементом этого процесса является гармонизация стандартов и других нормативных документов, в том числе в области метрологии, цель которой – устранение барьеров в торговом, промышленном, научном и культурном сотрудничестве.
Следуя современным тенденциям, мы провели исследование точности отечественного компаратора для поверки концевых мер длины УКМ‑100 по международной методике Calibration of Gauge Block Comparators, применяемой всеми ведущими производителями компараторов для аттестации концевых мер длины.
Цель работы – оценка погрешности измерений и расчет неопределенности измерений на компараторе УКМ-100 для поверки концевых мер длины.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести оценку измеряемой величины;
- определить факторы, влияющие на неопределенность измерений;
- вычислить суммарную стандартную неопределенность;
- вычислить расширенную неопределенность измерений.
Методика проведения эксперимента описывает процесс калибровки компаратора при измерении срединной длины и плоскопараллельности аттестуемой меры.
Методика предназначена для компараторов для калибровки концевых мер длиной до 100 мм методом сравнения, контактным методом и только с применением двух преобразователей, контактирующих с мерой с противоположных сторон. Установка УКМ‑100 полностью соответствует указанным условиям.
Компаратор УКМ-100 разработан на кафедре «Технология машиностроения» Санкт-Петербургского университета Петра Великого и предназначен для измерения срединной длины и определения отклонения от плоскопараллельности концевых мер длины 3 и 4 разрядов и рабочих мер длины 1–5 классов точности с номинальной длиной от 0,5 до 100 мм и применяется при их поверке. Принцип действия компаратора – индуктивный. Метод измерения – сравнение с эталонной мерой.
Компаратор представляет собой компьютеризированное рабочее место поверителя (рис. 1), состоящее из лабораторного стола, в столешницу которого встроена гранитная плита. В плиту вмонтирована колонка Ø80 мм с двумя кронштейнами – верхним и нижним. В кронштейны установлены индуктивные преобразователи (ИП). Нижний кронштейн крепится неподвижно на колонке, верхний – перемещается по колонке с помощью микровинта вращением маховика. ИП расположены соосно. Арретирование обоих преобразователей вакуумное и осуществляется автоматически. Эталонная и поверяемая меры располагаются в кассетах, которые перемещаются вручную оператором по траектории, определяемой шаблоном на кассете.
Основные технические характеристики представлены в табл. 1.
Программное обеспечение компаратора позволяет:
- автоматически арретировать индуктивные датчики;
- оценивать по размаху качество измерения в каждой поверяемой точке меры;
- подсказывать поверителю последовательность поверки;
- показывать на дисплее номинальный размер меры, схему поверяемых точек, настройку на номинальный размер, температуру окружающей среды, все значения поверяемой меры согласно стандартному протоколу;
- пересчитывать отклонения поверяемой меры с учетом поправок на эталонную;
- печатать протокол поверки (калибровки) и приложение к свидетельству;
- сохранять в памяти все действительные значения мер эталонных наборов до следующей аттестации.
Перед выполнением калибровки установка прошла полную подготовку и проверку на точность по методике поверки МП УКМ 100.01. В соответствии с международной методикой для проведения калибровки были составлены следующие пары мер 1-го разряда (табл. 2).
Сравнение срединных длин мер. Меры укладывали по парам в гнезда кассеты и выполняли по пять сравнительных измерений срединных длин всех пяти пар. Затем серию измерений повторяли, после того как положение мер А и В в кассете меняли. Для каждой серии измерений были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения (10 значений).
Измерение плоскопараллельности. Меру 1,01 мм укладывали в гнездо поверяемой меры и проводили серию из пяти измерений от срединной длины меры в углы A, B, D, E по схеме, показанной на рис. 2. Четыре измерительные серии были повторены, после поворота меры в гнезде кассеты на 180° в горизонтальной плоскости. Были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения для каждой из восьми серий.
Оценка результатов калибровки зависит от того, какие концевые меры по точности должны калиброваться с помощью компаратора. В методике рассмотрены критерии приемки из условия, что компаратор применяется для калибровки мер с расширенной неопределенностью измерений, равной 0,05 + 0,5 L при k = 2, что соответствует концевым мерам 2-го разряда.
При этих условиях установлены следующие критерии:
стандартные отклонения не должны превышать 0,015 мкм;
максимальные отклонения средних значений и наибольших отклонений от плоскопараллельности от эталонных мер, указанных в протоколе поверки, не должны превышать 0,03 мкм.
Протокол измерений в соответствии с описанной процедурой калибровки установки показан в табл. 3, 4.
Неопределенность измерений – параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.
Расчет бюджета неопределенности выполнен согласно Национальному стандарту Российской Федерации ГОСТ Р 54500.3-2011 / Руководство ИСО / МЭК 98-3:2008. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения (табл. 5).
Выводы
Проведенные исследования показали, что компаратор УКМ-100 по своим точностным характеристикам, полученным на основании калибровки, соответствует компараторам для поверки концевых мер длины 2-го разряда;
калибровка как метод оценки точностных возможностей эталонных приборов является более гибкой, чем применение поверочной схемы.
Литература
Любомудров С. А., Степанов С. Н., Тарасов С. Б. Метрологическое обеспечение производства. Учебник. – СПб: СПбПТУ, 2008.
Любомудров С. А., Степанов С. Н., Тарасов С. Б. Методы и средства измерения в машиностроении. Учеб. пособие. – СПб: СПбГПУ, 2011.
ГОСТ Р 54500.3-2011 / Руководство ИСО / МЭК 98-3:2008. Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения.
Чуновкина А. Г. Погрешность измерения, неопределенность измерения и неопределенность измеряемой величины // Измерительная техника. 2000. № 7. С. 19–23.
Отзывы читателей
