Выбор точности средств измерений

Погрешность измерения (Dх_изм) - представляет собой отклонение результата измерения х_изм от истинного значения измеряемой величины х_{действ.}, т.е.

Dх_изм = х_изм – x_{действ.}.

Истинное значение величины определить невозможно, так как не существует средств измерения, которые не имеют погрешностей, поэтому на практике вместо истинного значения принимают величину, полученную измерением средствами с высокой точностью, а также используют вероятностные методы определения погрешностей.

Следует различать два понятия: погрешность измерительного прибора и погрешность результата измерения, полученного с помощью этого прибора. Погрешность измерительного прибора может быть вызвана несовершенством его конструкции, неточностью изготовления и сборки, а также его износом в процессе эксплуатации. Погрешность результата измерения является суммарной. Она может состоять из погрешностей: применяемых средств измерения (инструментальной погрешности); метода измерения; установочной меры и установки по ней прибора; погрешностей вызванных отклонением температуры измерения от нормальной; измерительной силой прибора (вследствие смятия неровностей поверхностей и упругих деформаций измеряемых деталей и стоек, в которых закреплены измерительные головки) и непостоянством этой силы; отсчета показаний средств измерений. Необходимо также учитывать погрешности, связанные с неточностью базирования измеряемой детали, износом измерительного прибора и его рабочего наконечника и др.

Универсальные средства измерения выбираются по величине допускаемой (расчетной) погрешности измерения в зависимости от допуска детали.

В связи с тем, что часть читателей этого пособия может не знать терминологии системы допусков и посадок, прежде чем перейти к методикам выбора средств измерения, следует внимательно ознакомиться со следующим разделом 4.

Под погрешностью измерения подразумевают отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.[6]

Погрешности измерения классифицируются по следующим признакам:

- в зависимости от формы числового выражения (абсолютные и относительные);

- по закономерности их появления: систематические (систематическая составляющая), случайные (случайная составляющая) и грубые погрешности (промахи).

Абсолютная погрешность измерения - разность между значением величины, полученной при измерении, и ее истинным значением, выражаемая в единицах измеряемой величины. Абсолютная погрешность бывает:

- предельная ( ) - это наибольшая погрешность измерения, которая учитывается при измерениях в единичном и мелкосерийном производстве, при экспериментальных исследованиях, измерении выборки, статистическом методе контроля и измерении с целью повторной перепроверки деталей, забракованных контрольными автоматами:

где - среднее квадратическое отклонение, мкм.

- допускаемая ( ) - учитывается при измерениях в массовом, крупносерийном и серийном производстве:

Значения и даются в справочной литературе [2,3,4,7,8,9,10] и аттестатах приборов, но не в паспортах. Эти погрешности определяются экспериментальным путем с применением теории вероятности и математической статистики, т.к. они представляют собой суммарную погрешность из систематических и случайных погрешностей. Методика определения погрешности измерения является стандартной [11,12], изучается студентами на лабораторных работах.

Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины, характерна для электрических и электромеханических приборов, выражается, как правило, в процентах.

По влиянию на результаты измерений и закономерности появления различают:

- систематическую погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, остающаяся постоянной или изменяющаяся по определенному закону при повторных измерениях одной и той же величины;

- случайную погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, изменяющаяся при этих условиях случайным образом. Грубой погрешностью (промахом) называют погрешность измерения, существенно превышающую ожидаемую при данных условиях погрешность.

В нормативных документах [6] и литературе можно встретить довольно много различных терминов и определений погрешности измерений и ее составляющих, таких как: неисключенная систематическая погрешность, погрешность из-за изменений условий измерений, ошибка измерения (не рекомендуемый термин), неопределенность измерений, динамическая и статическая погрешности измерений, точность результата измерения (считают, что чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность) и т.п. Однако основными терминами являются абсолютная и относительная погрешности измерения. Для линейных размеров основной погрешностью измерения является абсолютная погрешность измерения, выражаемая в единицах измеряемой величины.

Погрешность измерения (D_измер.) складывается из ряда систематических и случайных погрешностей и может быть представлена в виде следующего выражения:

D_измер. = D_приб. + Dt + D_{измер.усил.} + D_{настр. прибора} +

+ D_{устан. детали} + D_контр. + D_износа

где D_приб. - погрешность изготовления прибора (дается в паспорте прибора);

Dt - температурная погрешность;

D_{измер.усил.} - погрешность измерительного усилия;

D_{настр.прибора} - погрешность настройки прибора;

D_{устан. детали} - погрешность установки детали на приборе;

D_контр. - субъективная погрешность контролера;

D_износа - погрешность, учитывающая износ деталей прибора, контактирующих с измеряемой деталью.

Обобщенной характеристикой средства измерений, определяемой пределами основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами, влияющими на точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерения, является класс точности средства измерений (ГОСТ 8.401-80). Класс точности характеризует свойства средства измерения, но не является показателем точности выполненных измерений, поскольку при определении погрешности измерения необходимо учитывать погрешности метода, настройки и др.