Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702




НазваниеКонспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702
страница14/18
Дата публикации06.05.2014
Размер2.21 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > Право > Конспект
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18
^

3.4 Средства измерений



Средство измерения – это техническое устройство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.
3.4.1 Виды средств измерений
Средства измерения можно классифицировать по двум признакам: по конструктивному исполнению; по метрологическому назначению.

По конструктивному исполнению средства измерения подразделяют на меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.

По метрологическому назначению средства измерений делятся на образцовые и рабочие.

Образцовые предназначены для поверки по ним других средств измерений, как рабочих, так и образцовых менее высокой точности.

Рабочие средства измерений предназначены для измерения размеров величин, необходимых в разнообразной деятельности человека. Сущность разделения средств измерений на образцовые и рабочие состоит не в конструкции и не в точности, а в их назначении.

По уровню автоматизации все средства измерений делятся на три группы: а) неавтоматические; б) автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции; в) автоматические, производящие в автоматическом режиме измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей данных или выработкой управляющих сигналов. В настоящее время все большее распространение получают автоматизированные и автоматические средства измерения. Это связано с широким использованием в них электронной и микропроцессорной техники.

По уровню стандартизации средства измерений подразделяются: на стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта; нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости. Основная масса средств измерений – стандартизованные. Они серийно выпускаются промышленными предприятиями и в обязательном порядке подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатываются специализированными научно-исследовательскими организациями и выпускаются единичными экземплярами. Они не проходят государственных испытаний, характеристики определяются при метрологической аттестации.

Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и выполняемым функциям представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Классификация средств измерений по их роли в процессе

измерения и выполняемым функциям
К средствам измерения относятся:

1 Меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера. Различают однозначные и многозначные меры, а также наборы мер (гири, кварцевые генераторы и т. п.). Меры, воспроизводящие физические величины одного размера, называются однозначными. Многозначные меры могут воспроизводить ряд размеров физической величины, часто даже непрерывно заполняющих некоторый промежуток между определенными границами. Наиболее распространенными многозначными мерами являются миллиметровая линейка, вариометр и конденсатор переменной емкости.

В наборах и магазинах отдельные меры могут объединяться в различных сочетаниях для воспроизведения некоторых промежуточных или суммарных, но обязательно дискретных размеров величин. В магазинах объединены в одно механическое целое, снабженное специальными переключателями, которые связаны с отсчетными устройствами.

Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных технических средств – компараторов (равноплечие весы, измерительный мост и т. п.).

К однозначным мерам относятся также образцы и образцовые вещества. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых при определенных условиях является величиной с известным значением. К ним относятся образцы твердости, шероховатости, белой поверхности, а также стандартные образцы, используемые при поверке приборов для определения механических свойств материалов.

В зависимости от погрешности аттестации меры подразделяются на разряды (меры 1, 2-го и т. д. разрядов), а погрешность мер является основой их деления на классы. Меры, которым присвоен тот или иной разряд, применяются для поверки измерительных средств и называются образцовыми.

2 Измерительные преобразователи – это средства измерений, перерабатывающие измерительную информацию в форму, удобную для дальнейшего преобразования, передачи, хранения и обработки, но, как правило, не доступную для непосредственного восприятия наблюдателем (термопары, измерительные усилители и др.).

Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования – выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования (статической характеристикой). Если в результате преобразования физическая природа величины не изменяется, а функция преобразования является линейной, то преобразователь называется масштабным, или усилителем (усилители напряжения, измерительные микроскопы, электронные усилители).

По месту, занимаемому в приборе, преобразователи подразделяются на первичные, к которым подводится непосредственно измеряемая физическая величина; передающие, на выходе которых образуются величины, удобные для их регистрации и передачи на расстояние; промежуточные, занимающие в измерительной цепи место после первичных.

3 Измерительные приборы относятся к средствам измерений, предназначенным для получения измерительной информации о величине, подлежащей измерению, в форме, удобной для восприятия наблюдателем.

Наибольшее распространение получили приборы прямого действия, при использовании которых измеряемая величина подвергается ряду последовательных преобразований в одном направлении, т. е. без возвращения к исходной величине. К приборам прямого действия относится большинство манометров, термометров, амперметров, вольтметров и т. д.

Значительно большими точностными возможностями обладают приборы сравнения, предназначенные для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Сравнение осуществляется с помощью компенсационных или мостовых цепей.

По способу отсчета значений измеряемых величин приборы подразделяются на показывающие, в том числе аналоговые и цифровые, и на регистрирующие.

Наибольшее распространение получили аналоговые приборы, отсчетные устройства которых состоят из двух элементов – шкалы и указателя, причем один из них связан с подвижной системой прибора, а другой – с корпусом.

В цифровых приборах отсчет осуществляется с помощью механических, электронных или других цифровых отсчетных устройств. Цифровые приборы прямого действия применяются наиболее часто в тех случаях, когда измеряемая величина предварительно легко преобразуется в угол поворота некоторого вала (лопастные счетчики) или в последовательность импульсов (регистрация радиоактивных излучений).

По способу записи измеряемой величины регистрирующие приборы делятся на самопишущие и печатающие.

4 Вспомогательные средства измерений. К этой группе относятся средства измерений величин, влияющих на метрологические свойства другого средства измерений при его применении или поверке. Показания вспомогательных средств измерений используются для вычисления поправок к результатам измерений или для контроля за поддержанием значений влияющих величин в заданных пределах.

5 Измерительные установки. Для измерения какой-либо величины или одновременно нескольких величин иногда бывает недостаточно одного измерительного прибора. В этих случаях создают целые комплексы расположенных в одном месте и функционально объединенных друг с другом средств измерений (мер, преобразователей, измерительных приборов и вспомогательных средств), предназначенных для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем.

6 Измерительные системы – это средства и устройства, территориально разобщённые и соединённые каналами связи. Информация может быть представлена в форме, удобной как для непосредственного восприятия, так и для автоматической обработки, передачи и использования в автоматизированных системах управления.
3.4.2 Меры линейных и угловых величин
Для воспроизведения длины в промышленности широко используют штриховые и концевые меры. Штриховые меры выполняют в виде образцов, линеек, рулеток и шкал с отсчетными элементами.

Наиболее распрост­раненными в промышленности являются плоскопараллельные кон­цевые меры длины из стали, имеющие форму прямоугольного параллелепипеда с двумя плоскими, взаимно параллельными изме­рительными поверхностями (ГОСТ 9038-83).

Длина концевой меры в любой точке представляет собой длину перпендикуляра, опущенного от одной из измерительных поверх­ностей на ее противоположную измерительную поверхность. Раз­ность между наибольшей и наименьшими длинами концевой меры называется ее отклонением от плоскопараллельности; она должна лежать в заданных достаточно узких границах (0,16…0,35 мкм).

Шероховатость измерительных поверхностей концевых мер должна быть настолько малой (порядка 0,06 мкм), чтобы придать мерам притираемость — свойство этих поверхностей, обеспечива­ющее прочное сцепление концевых мер между собой, а также с плос­кой стеклянной или кварцевой пластинами при прикладывании или надвигании одной меры на другую или меры на пластину. Притира­емость необходима при сборке концевых мер в блоки из нескольких штук. Они должны выдерживать не менее 500 притираний друг к другу.

Концевые меры в форме плиток выпускают наборами, каждому из которых присвоен определенный номер (всего 20 номеров). Но­минальные размеры мер, входящих в эти наборы, составляют ариф­метические прогрессии с разностями 0,001; 0,01; 0,5; 1 и 10 мм.

Концевые меры применяют для непосредственных измерений размеров деталей и калибров, причем при измерении диаметров отверстий радиусные боковики притираются к блокам плиток. По концевым мерам производят настройку приборов на нулевую от­метку шкалы при относительных измерениях, градуировку (нанесе­ние отметок) и тарировку (определение цены деления) шкал прибо­ров; поверку приборов, а также точную настройку станков на размер. Наборы образцовых концевых мер на заводах служат сред­ством хранения единицы длины.

По точности изготовления концевых мер их наборы подразделя­ют на четыре класса: 0; 1; 2; 3, из которых высшим является нулевой. Кроме того, для мер, находящихся в эксплуатации, уста­новлены дополнительно 4-й и 5-й классы, а по соглашению сторон изготовляют меры класса 00.

Если при измерениях размеров деталей с помощью концевых мер за размер каждой меры считать ее номинальный размер, то такое использование мер называется применением их по классам.

При наличии аттестата можно, производя с помощью мер изме­рения размера, считать за размеры мер их действительные размеры, указанные в аттестате. Такое использование концевых мер называ­ется применением их по разрядам. Применение по разрядам неско­лько увеличивает время, затрачиваемое на измерения, но вместе с тем повышает точность их результатов в 1,5…3 раза, так как в этом случае нормативная предельная погрешность измерений при т мерах в блоке подлежит расчету.

Кроме стальных концевых мер, для непосредственных измерений размеров или расстояний, а также при настройке приборов и стан­ков применяют концевые меры из твердого сплава (ГОСТ 9038-83) и штриховые меры длины (ГОСТ 12069-78). Последние могут иметь Н-образную, корытную, прямоугольную, трапецеидальную или иную форму сечения.

Угловые меры (ГОСТ 2875-75) применяют для измерения уг­лов, установки и поверки угломерных приборов. Выпускают их наборами (семь номеров наборов) из 18; 33 и 93 мер, включающих меры треугольной формы (с одним рабочим углом), четырехуголь­ной (с четырьмя рабочими углами), с тремя рабочими углами и многогранные. Углы до 350° могут быть составлены не более чем из трех-четырех мер. Контроль угловыми мерами шаблонов и углов производится обычно визуально на просвет.

По точности изготовления угловые меры подразделяют на клас­сы 00; 0; 1 и 2 с допустимыми предельными отклонениями ±2"; ±3"; +10" и +30". Предельные отклонения от плоскостности изме­рительных поверхностей мер не должны превышать 0,05…0,3 мкм в зависимости от класса.

Погрешность измерения углов мерами превышает погрешность изготовления мер приблизительно на 15".
3.4.3 Механические измерительные приборы и инструменты
Механические приборы и инструменты превалируют в измерениях линейно-угловых величин. Это объясняется простотой их применения, портативностью, отсутствием необходимости подведения извне энергии для специального освещения или питания, сравнительно высокой надежностью и долговечностью, невысокой стоимостью. Однако, за небольшим исключением, они обладают сравнительно невысокой точностью и небольшой скоростью действия. Поэтому им предпочитают, например, оптические приборы, когда требуется высокая точность измерения, а пневматические и электрические приборы применяют, когда необходимо значительно снизить трудоемкость измерений и контроля путем их автоматизации.

Механические приборы и инструменты подразделяют на пять разновидностей: бесшкальные инструменты, штангенинструменты, измерительные головки, микрометрические инструменты, зубчато-рычажные приборы.

^ Бесшкальные инструменты. К ним относятся лекальные и поверочные линейки (ГОСТ 8026-75), предназначенные для конт­роля отклонений от прямолинейности на просвет или посредством щупа с собственным отклонением от прямолинейности от 0,6 (класс 0; 50 мм) до 3 мкм (класс 1; 500 мм); синусные линейки (ГОСТ 4046-80) для косвенных измерений наружных углов до 45° с погре­шностью от ±5" до ±15"; шаблоны с выпуклым и вогнутым радиусами (ГОСТ 4126-82) для контроля на просвет с предель­ными отклонениями от +20 до ±40 мкм; щупы (ГОСТ 882-75) для контроля зазоров по вхождению лезвий разных толщин; угольники поверочные 90° (ГОСТ 3749-77) для контроля прямых углов на просвет; поверочные плиты (ГОСТ 10905-86) для контроля от­клонений от плоскостности по краске; образцы шероховатости по­верхности (ГОСТ 9378-75) для визуального контроля шероховато­сти поверхности деталей.

Штангенинструменты. Штангенинструмент представляет со­бой две измерительные поверхности (губки), между которыми уста­навливается размер и одна из которых (базовая) составляет единое целое с линейкой (штангой), а другая соединена с двигающейся по линейке рамкой. На линейке наносятся через 1 мм деления, на рамке устанавливается или гравируется нониус. В целях повышения на­дежности штангенинструменты изготовляют из материалов с высо­кой износостойкостью и не подвергающихся коррозии, для чего используют закаленные стали, хромирование и армирование рабо­чих поверхностей твердым сплавом. Выпускают несколько видов и типоразмеров с размером отсчета 0,05 и 0,1 мм.

В зависимости от назначения и конструктивных особенностей штангенинструменты разделяются: на штангенциркули для измере­ний наружных и внутренних размеров; штангенглубиномер для измерений глубин пазов и высот уступов; штангензубомер для измерений толщины зуба шестерни; угломер с нониусом для изме­рений наружных и внутренних углов (рис. 3.2).


а - штангенциркуль с пределами измерения 0…125 мм, с величиной отсчета по нониусу 0,1 мм; б - штангенциркуль с пределами измерения 0…125, 0…200, 0…300 мм, с величиной отсчета по нониусу 0,05 и 0,1 мм; в - штангенглубиномер; г - штангенрейсмас; д – штангенциркули с индикаторным и электронным отсчетом; 1 - штанга; 2 - губка штанги; 3 - губка рамки; 4 - шкала нониуса; 5 - зажим рамки; 6 - рамка; 7 - линейка глубиномера; 8 - микрометрическая подача; 9 - основание; 10 - ножка измерительная; 11 - ножка разметочная; 12 - основание

^ Рисунок 3.2 – Штангенинструменты
Измерительные головки. Под измерительной головкой по­нимают механические отсчётные устройства, преобразующие малые перемещения измерительного наконечника в большие перемещения стрелки и имеющие шкалу, по которой отсчитывают величины перемещения наконечника.

В качестве отдельного прибора эти головки не используют, их устанавливают в устройствах для отсчета перемещений. Поэтому измерительные головки еще называют «отсчетными головками». Головки при измерении устанавливают в универсальные приспособ­ления — штативы и стойки.

По принципу действия измерительные головки подразделяют на пружинные (ГОСТ 6933-81), рычажно-зубчатые (ГОСТ 18833-73; ГОСТ 9696-82) и рычажные. Измерительные головки устанавлива­ют на стойки или штативы (ГОСТ 10197-70).

Пружинными измерительными головками называют головки, в которых передаточным механизмом являются упругие элементы (пружина плоская или свернутая, торсионный вал) и используются их упругие свойства. Стандартизованы измерительные головки с ме­ханизмом в виде свернутой пружины. На базе пружинного механиз­ма головки изготавливают, в основном, четырех видов: головки пружинные (микрокаторы), головки измерительные пружинно-оп­тические (оптикаторы), головки измерительные пружинные малога­баритные (микаторы) и головки измерительные рычажно-пружинные (миникаторы).

К рычажно-зубчатым головкам относят: головки с зубчатым механизмом (индикатор часового типа); рычажно-зубчатые индика­торы с изменяемым положением измерительного рычага относите­льно корпуса для измерений отклонений формы и расположения; многооборотный индикатор для относительных измерений наруж­ных размеров; скобы с отсчетным устройством — рычажная и индикаторная скоба; индикаторный глубиномер; индикаторный толщиномер для измерений толщин; индикаторный нутромер и нутромеры с ценами делений 1 и 2 мкм; рычажно-зубчатые изме­рительные головки осевого и бокового действия — для относи­тельных измерений наружных размеров и отклонений формы и расположения; устройство информационно-измерительное цифро­вое со струнным преобразователем для измерения линейных раз­меров.

^ Микрометрические инструменты. У микрометров измери­тельным элементом служит шпиндель, имеющий резьбу с очень точным шагом. Осевое перемещение шпинделя для полных оборо­тов отсчитывается при помощи штрихов, нанесенных на стебле, а для отсчета долей оборота служат радиальные штрихи, нанесен­ные на барабане микрометра (рис.3.3).

Рисунок 3.3 – Микрометр с суммарным результатом измерения

по основной и круговой шкале



Форма выполнения микрометров различна и в основном зависит от конструкции его корпуса (скобы), который, собственно, и носит название измерительного инструмента. Шаг резьбы шпинделя для метрических микрометров равен 0,5 или 1 мм. У микрометров с шагом 0,5 мм измерительный барабан имеет 50 штриховых деле­ний. У микрометров с шагом 1 мм барабан имеет 100 штриховых делений, чтобы можно было отсчитать 0,01 мм. Длина шпинделя рассчитывается, исходя из пределов измерения по шкале инструмен­та 25 мм. Избегают применения шпинделей большой длины вслед­ствие трудности выполнения микровинтов с точным шагом по всей их длине.

Барабан или гильза могут переставляться, поэтому микрометр может легко устанавливаться на ноль. Гайка шпинделя обычно регулируется. Для жесткой установки измерительного шпинделя служит зажимное устройство. Чтобы всегда измерять с одним и тем же усилием, измерительный шпиндель снабжен храповиком или фрикционной муфтой (трещоткой). Микрометрический измеритель­ный инструмент может быть встроен в различного вида скобы, измерительные приборы, приспособления.

К микрометрическим инструментам относят ручные микромет­ры, микрометрические глубиномеры и нутромеры (ГОСТ 6507-90; ГОСТ 4380-86; ГОСТ 7470-78), головки микрометрические (ГОСТ 6507-90), микрометры настольные, микрометры рычажные (ГОСТ 4381-87), микрометры окулярные.

Микрометры для наружных измерений имеют скобу, размер которой соответствует измеряемой длине и изменяется ступенями через 25 мм (см. рис. 3.3). Микрометры для внутренних измерений выполняют с губками или в виде штихмасов. Микрометрические штихмасы (рис.3.4) имеют на обоих концах закругленные измерительные поверхности, которые прилегают к изделию только в одной точке. Они снаб­жаются удлинителями (от 25 мм) с интервалом 25 мм так, что один микрометрический инструмент с набором удлинителей имеет бо­льшие пределы измерения (от 100 до 500 мм). Для измерения глу­бин и уступов служат микрометрические глубиномеры, у которых микрометрическая головка установлена в траверсе, контактиру­ющая плоская поверхность которой расположена перпендикулярно оси.
3.4.4 Оптические приборы

Оптические приборы (бесконтактные) имеют высокую точность, большие передаточные отношения и малые цены деления шкалы. Наивысшей точности измерений достигают с помощью оптических приборов. Однако эти приборы не отличаются простотой в эксплуатации, обычно требуют потребления энергии, а выполняемые с их помощью измерения требуют значительных затрат времени. Стоимость их сравнительно высока, а надежность и долговечность невелики.

Действие оптических (оптико-механических) приборов основано на использовании световой энергии. С помощью приборов, дающих действительное изображение предмета и имеющих в плоскости изображений пластинки с делениями или перекрестием, можно про­изводить измерения двумя путями:

1 Оптическая система вместе с жестко связанной с ней штрихо­вой пластинкой может перемещаться относительно предмета. Точ­ность визирования в основном обусловливается увеличением, дава­емым микроскопом. Величина перемещения измерительного прибо­ра равняется измеряемому размеру изделия. Погрешность при из­мерении этого перемещения входит целиком в результат измерения. Определение масштаба изображения в этом случае не обязательно.


а





а - нутромер: 1 - микрометрическая головка; 2 - сменный удлинитель; 3 - защитный наконечник; 4 -установочная скоба; б - глубиномер: 1 - микрометрическая головка; 2 - основа­ние; 3 - сменные стержни; 4 - стопор; 5 - установочная мера

^ Рисунок 3.4 – Микрометрические нутромеры и глубиномеры

2 Оптическая система неподвижна; штриховая пластина либо перемещается в плоскости изображения предмета относительно самого изображения, либо имеет шкалу. Средством измерения является оптическая система. Точность визирования (контакта) с измеряемой поверхностью та же, что и в первом случае. Величина перемещения штриховой пластинки соответствует размерам действительного изображения. Следовательно, в результат измерения входит погрешность масш­таба изображения, поэтому она должна быть точно известна, а изображение – строго подобно предмету. Для этого целесообразно при­менять телецентрический ход лучей.

Оптические приборы подразделяют на три разновидности:

1) приборы с оптическим способом визирования с измеряемой поверхностью и механическим измерением перемещения точки визирования;

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

3) приборы с оптическим устройством для наблюдения контролируемого изделия и оптическим измерением перемещения точки визирования.

Ниже приведены характеристики этих трех разновидностей оптических приборов.

К приборам первой разновидности относят инструментальные микроскопы и проекторы.

^ Микроскопы инструментальные предназначены для изме­рения наружных и внутренних линейных и угловых размеров изде­лий в прямоугольных и полярных координатах (ГОСТ 8074-82). Они состоят из головки главного микроскопа и приспособления, с помощью которого либо сама головка, либо контролируемое изделие могут перемещаться в одном или двух взаимно перпен­дикулярных направлениях. Во многих конструкциях микроскопов окулярная штриховая пластинка может вращаться, что позволяет производить, кроме линейных, и угловые измерения.

Величина перемещения измерительного стола определяется с по­мощью окулярного микрометра, концевых мер или штриховой меры. Отсчеты по шкалам обычно производят с помощью отсчетных окуляров с неподвижными делениями.

Инструментальные микроскопы используют чаще всего непосредственно на рабочих местах, а также для измерения параметров резьбы. Изготовляют их, в основном, двух видов: малая модель – ММИ и большая модель – БМИ, которые различаются диапазо­ном измерения.

Прибор ММИ имеет диапазон измерения 75 мм в продольном направлении и 25 мм в поперечном. Величина отсчета по микропаре 0,01 мм. При размере свыше 25 мм используют концевые меры длины. Прибор БМИ имеет диапазон измерения до 150 мм в про­дольном направлении и 50 мм в поперечном. Величина отсчета на микропаре 0,005 мм, что достигается, в основном, увеличением диа­метра барабана микропары. Появились микроскопы, у которых микропара снабжается импульсными устройствами с цифровым отсчетом.

Проектором в машиностроении называется оптический при­бор, в котором оптическое устройство формирует изображение измеряемого объекта на рассеивающей поверхности, служащей эк­раном (ГОСТ 19795-82). Проектор служит для контроля и измере­ния изделий, имеющих сложный контур (профильные шаблоны). С помощью отраженного света можно измерять также контуры заточек, канавок, расстояние между центрами нескольких отвер­стий. Различают:

- контроль увеличенного действительного изображения, спроек­тированного на экран или матовое стекло;

- измерение с помощью координатного измерительного стола и измерительного перекрытия на экране.

В первом случае необходимы объектив с телецентрическим хо­дом лучей и плоскостность изображения; масштаб изображения должен быть отъюстирован на расстояние “экран – объектив”. По­этому увеличенный профиль сравнения (эталонный образцовый чер­теж) должен лежать строго в плоскости проекционного экрана; чертеж не должен быть покрыт стеклянной пластинкой, так как иначе изменяется оптическая длина пути.

Необходим контроль масштаба изображения, который произ­водится путем измерения проекционного изображения с помощью точной шкалы. При необходимости увеличения меняют объектив и производят подгонку телецентрического хода лучей от осветителя.

Во втором случае предмет перемещают в прямоугольной систе­ме координат; оптическая система является только средством визи­рования. Не требуется точной юстировки масштаба изображения, так как он лишь повышает точность измерения или визирования.

Приборы второй разновидности основаны на получении автоколлимационного изображения. Автоколлимацией называется ход световых лучей, при котором они, выйдя из некоторой части оп­тической системы параллельным пучком, отражаются от плоского качающегося зеркала и проходят систему в обратном направлении. К этим приборам относят: оптиметр вертикальный и горизонталь­ный; оптический длиномер вертикальный и горизонтальный; ин­терферометр; измерительная машина; гониометр. Приборы этой группы применяют для измерения методом сравнения с установоч­ной мерой (размер концевых мер длины) или сравнением размера со шкалой, встроенной непосредственно в прибор.

Оптиметр – прибор для измерения линейных размеров срав­нением с мерой, преобразовательным элементом в котором являет­ся рычажно-оптический механизм. Непосредственно измерительной головкой в этом приборе является трубка оптиметра, которая бы­вает окулярного и проекционного (экранного) типов. В трубке окулярного типа наблюдатель смотрит в окуляр и отсчитывает значения размера по шкале, а в трубке проекционного типа отсчет производится на экране.

Оптиметры изготовляют в двух вариантах: вертикальные – с вертикальной линией измерения и горизонтальные – с горизон­тальной линией измерения. Вертикальный оптиметр предназначен для контактных измерений при контроле наружных линейных раз­меров методом сравнения измеряемого изделия с концевыми мера­ми, калибрами или деталями-образцами. Горизонтальный опти­метр предназначен для тех же целей, но позволяет, кроме измерений наружных размеров, проводить измерения внутренних размеров. Стол горизонтального оптиметра может совершать ряд линейных и угловых перемещений, позволяющих проводить точную установ­ку детали по линии измерения. Как вертикальные, так и горизон­тальные оптиметры выпускают с отсчетом в окуляре или на проек­ционном экране (ОВО-1, ОВЭ-02, ОВЭ-1).

^ Оптический длиномер — прибор для измерения линейных размеров сравнением со значением по шкале, встроенной в этот прибор и перемещающейся вместе с измерительным стержнем. Дробные значения отсчитываются по шкале с помощью нониуса, встроенного в специальный окулярный или проекционный микро­скоп.

В зависимости от конструкции стоек, в которых устанавливают длиномеры, они, как и оптиметры, бывают вертикальные и гори­зонтальные (ИЗВ-1; ИЗВ-2; ИЗВ-3). Горизонтальные длиномеры делят на группы в зависимости от их назначения.

Длиномеры на горизонтальных стойках типов ИЗВ предназначе­ны для тех же целей, что и горизонтальные оптиметры, но измере­ния здесь ведут непосредственным прямым методом, без примене­ния установочных мер длины. Горизонтальный длиномер типа ИКУ-2 предназначен для измерения наружных и внутренних линей­ных и угловых размеров в прямоугольных и полярных координатах.

Длиномеры и измерительные машины относят к группе прибо­ров, предназначенных для измерения больших длин по одной оси координат.

Погрешность измерения длиномером зависит от измеряемого размера и температурных условий. При рекомендуемых условиях измерения погрешность измерения составляет от 1,5 до 3 мкм при использовании только шкалы длиномера. При измерении методом сравнения с концевыми мерами длины первого класса погрешность составляет от 1,5 до 2,5 мкм.

Гониометры служат для измерения углов бесконтактным ме­тодом с помощью автоколлиматора непосредственно по лимбу. Гониометры выпускают следующих типов: ГС-1, ГС-2, ГС-5, ГС-10, ГС-30 с ценой деления 1, 2, 5, 10 и 30" соответственно и по­грешностью измерения любого угла одним приемом из трех на­ведений и отсчетов на любом участке лимба, соответственно, 1, 2, 5, 10 и 30". Серийно выпускают гониометры типов ГС-1М, ГС-5, ГС-10 и ГС-30.

Принципиальная схема устройства гониометров в основном одинакова. В основании прибора на опорах неподвижно установ­лена ось вращения прибора, на которую крепятся лимб, алидада и предметный столик. Лимб может вращаться совместно со столи­ком или совместно с алидадой. Алидада имеет отсчетное устрой­ство и колонку со зрительной трубой, к которой прилагаются автоколлимационные окуляры.

Отсчетное устройство представляет собой оптический микро­метр. У большинства гониометров на основании неподвижно укреп­лена колонка с установленным на ней коллиматором. Коллиматор служит для измерения углов и других различных оптических изме­рений.

Более точным и усовершенствованным прибором является гониометр-спектрометр ГС-1М. Серийно выпускаемые образцы имеют предел допускаемой погрешности измерения углов ±2".

Диаметр делительной окружности лимба составляет 412 мм, цена деления лимба 10", цена деления шкалы оптического микроме­тра 0,5", диаметр предметного столика 150 мм. Гониометры поверяют по ГОСТ 13419-74.

^ Оптические делительные головки (ОДГ) предназ­начены для проведения угловых измерений и делительных работ. Выпускают делительные головки следующих типов: ОДГЭ-1, ОДГЭ-2, ОДГЭ-5.

Принцип действия ОДГ основан на сравнении контролируемых угловых величин с углами поворота их шпинделя, отсчитываемыми по точному лимбу. Основными деталями головки являются оп­тический лимб и шпиндель. Лимб неподвижно укреплен на шпин­деле внутри корпуса. Шпиндель вращается в подшипниках, закреп­ленных в корпусе головки. В нижней части корпуса головки рас­положен червяк, сцепляющийся с червячным колесом, закреплен­ным на шпинделе. Установленные углы отсчитывают с помощью отсчетного микроскопа.

ОДГ могут быть использованы как технологическое приспособ­ление для поворота изделий на заданный угол при легких работах на металлорежущих станках. Делительные головки поверяют по ГОСТ 8.046-73.

Интерферометр — измерительный прибор, основанный на интерференции света. Принцип действия всех интерферометров одинаков, и различаются они только способами получения так назы­ваемых когерентных пучков света, т. е. таких складываемых пучков, которые обладают постоянством разности фаз: при их сложении определяется амплитуда суммарных колебаний.

Контактные интерферометры предназначены для измере­ния наружных размеров с использованием пластин стеклянных (ГОСТ 2923-75).

Диапазон измерения вертикального интерферометра – до 150 мм, горизонтального – до 500 мм.

Погрешность измерения вертикальными интерферометрами при использовании концевых мер длины второго разряда составляет от 0,25 до 0,4 мкм. Эти интерферометры чаще всего используют для аттестации концевых мер длины на третий разряд.

^ Измерительная машина — прибор для измерения линейных размеров сравнением со шкалой, встроенной неподвижно в этот прибор, с отчетом дробных значений с помощью дополнительной шкалы, перемещающейся вместе с одним измерительным наконеч­ником по трубке оптиметра (тип ИЗМ-1, 2, 4, 6). Принципиаль­ное построение машины аналогично оптическому длиномеру, т. е. имеется шкала с большим интервалом, который делится с по­мощью дополнительной шкалы, и устройство для отсчета значений с ценой деления 0,001 мм. Измерительные машины предназначены, в основном, для измерения больших размеров (более 1000 мм) и относятся к горизонтальному типу. Измерения на машине произ­водятся непосредственным методом или методом сравнения с ме­рой. При измерении методом сравнения с мерой отсчитывается отклонение от настроенного размера с использованием шкалы трубки оптиметра.

Применяют измерительные машины, в основном, для аттестации больших концевых мер длины и очень часто — для определения размера микрометрических нутромеров после их сборки.

Технические характеристики задаются интервалом размера в об­щем диапазоне до 10 000 мм. Погрешность измерения на машинах методом сравнения с мерой размеров до 500 мм – от 0,4 до 2 мкм. При измерении методом непосредственной оценки, т. е. с исполь­зованием всех шкал, погрешность измерения при рекомендуемых условиях составляет от 1 до 20 мкм.

Основными представителями третьей разновидности оптичес­ких приборов являются универсальный микроскоп и универсальный измерительный микроскоп (УИМ). К этому виду приборов относят­ся и бесконтактные интерферометры.

^ Универсальным микроскопом называется оптический при­бор для измерения линейных и угловых размеров в плоскости с визированием измеряемых точек или линий с помощью микроско­па и отсчетом значений размера по оптическим шкалам.

УИМ представляет собой двухкоординатную измерительную машину (КИМ). Если в КИМ определяется размер только в одном направлении, то в УИМ измерения производятся и в перпендику­лярном направлении. Положение продольных и поперечных салазок определяется по стеклянным шкалам с помощью отсчетных микро­скопов, снабженных окулярами со спиральным нониусом. При из­мерении резьб для повышения точности часто используют измери­тельные ножи.

УИМ имеет диапазон измерений в продольном направлении 200 мм, в поперечном – 100 мм. Цена деления отсчетных линейных устройств 0,001 мм, а угломерного устройства 1′. Изготовляют микроскопы для измерения размеров до 500 мм по продольной шкале и 200 мм — по поперечной. Отсчет размеров может производиться по проекционному устройству (экранный). В не­которых проекционных микроскопах имеется цифровой отсчет размера. Приборы обычно снабжаются всевозможной оснасткой для проведения различных измерений, поэтому они и называются универсальными.

^ Применение лазеров для линейных измерений. Исполь­зование лазеров, особенно газовых лазеров видимого диапазона, чрезвычайно расширило область применения оптических методов измерения расстояний и углов. Пространственная погрешность ла­зерного света позволяет коллимировать пучки с расходимостью, вызванной только дифракцией. Благодаря этому приборы с приме­нением лазера обеспечивают угловую точность около 1 мкрад при работе на расстояниях порядка сотен метров.

Лазеры создают излучение наиболее высокой интенсивности по сравнению со всеми известными источниками света. Интенсивность лазера превышает наибольшую интенсивность неотфильтрованных некогерентных источников света примерно в 105 раз. Поэтому визирование можно выполнять путем непосредственной посылки пучка света в заданном направлении, а интерферометрические изме­рения проводить в нормально освещенном помещении и даже на открытом воздухе. Дистанции, на которых можно выполнять оп­тические измерения, возрастают при этом во много раз.

Основным и наиболее распространенным методом измерения с помощью лазеров является измерение длины с использованием обычной оптической интерференции для коротких дистанций и тех­ники модулированного света – для длинных. Высокая временная ко­герентность газового лазера позволяет подсчитать число полос интерференции для значительно больших оптических путей.

Многие из существующих устройств для интерференционного измерения длины с помощью лазера имеют высокую точность. Точность каждого из них определяется главным образом степенью стабилизации частоты применяемого лазера и реально может быть порядка 10 – 9…10 – 10.

Высокая интенсивность луча лазера позволяет получить интерференционную картину, если в качестве отражателя в одном из плеч интерферометра использовать поверхность металла. Поэтому с по­мощью лазеров можно осуществлять также непрерывный интерферометрический контроль размеров деталей в производственном процессе.

Особое развитие получает голографическая интерферометрия. Голографический метод позволяет записать на фотоэмульсию своеобразную картину волнового поля, которую называют голограм­мой.

В лазерных интерферометрах цехового назначения применяют лазерный измеритель перемещений ТПЛ-ЭОК1 с устройствами автоматического управления и ЭВМ. Цифровые растровые системы имеют унифицированную схему и оснастку, блок цифровой ин­дикации. Одновременно информация выводится на специальную шину в двоично-десятичном коде. Имеется кнопка установки нуле­вого положения показаний, что дает возможность реализации изме­рений по методу сравнения с мерой. Преобразователь перемещается по стойке. Прибор имеет стойку и измерительный столик, позволя­ющий проводить измерения как в вертикальной, так и в горизонталь­ной плоскости.

Фотоэлектрические устройства широко применяют для контроля размеров прокатываемых и протягиваемых изделий (полосы, лен­ты, трубы, проволока), при автоматизации измерений на проек­торах, в различных контрольно-сортировочных автоматах, а также в высокоточных растровых и интерференциальных измерительных системах.

3.4.5 Пневматические измерительные приборы
Пневматическими измерительными приборами называются измерительные средства, в которых преобразование измерительной информации, т. е. информации, содержащей сведения об измеря­емом размере, осуществляется через измерение параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали при его истечении через неболь­шое отверстие.

Пневматические приборы могут быть использованы при бесконтактных методах измерений, они имеют высокую точность и быстродействие, но требуют подведения сжатого воздуха и оправдывают себя, в основном, при массовых измерениях одинаковых объектов, поскольку при их использовании чаще всего требуется индивидуальная тарировка или градуировка шкалы.

Принцип действия всех пневматических приборов для измерения линейных размеров основан на положении газовой механики о том, что, если в какой-либо магистрали воздухопровода (камере) нахо­дится воздух под давлением и выпускается через небольшое отвер­стие в атмосферу с номинально постоянным давлением, то расход воздуха через это отверстие в единицу времени будет зависеть от площади проходного сечения отверстия и от давления внутри маги­страли. При постоянном давлении расход будет зависеть только от площади проходного сечения. Если на пути распространения воз­душного потока вблизи отверстия оказывается препятствие, то расход воздуха и давление внутри магистрали около отверстия меняются.

Деталь, линейный размер которой надо измерить, располагают перед торцом сопла на определенном расстоянии. В зависимости от размера детали изменяется зазор (расстояние между деталью и тор­цом сопла), отчего изменяется расход воздуха (объем воздуха, проходящего в единицу времени через калиброванное отверстие — сопло). Обычно прибор настраивают по размеру образцовой дета­ли или концевым мерам длины.

Прибор имеет узел подготовки воздуха, в котором осуществля­ется его очистка и стабилизация давления; отсчетное или командное устройство, преобразующее изменение расхода или связанного с ним давления в воздухопроводе в значение определяемого раз­мера; измерительную оснастку с одним или несколькими соплами (диаметр отверстия 1…2 мм), из которых воздух вытекает на деталь. По видам отсчетных устройств приборы разделяют на ротаметрические и манометрические.

В приборе ротаметрического типа (рис. 3.5) сжатый воздух под постоянным давлением поступает в нижнюю часть расширя­ющейся конической прозрачной (обычно стеклянной) трубки, в ко­торой находится поплавок. Из верхней части трубки воздух подво­дится к измерительному соплу и через зазор S выходит в атмос­феру. В соответствии со скоростью воздуха поплавок устанавлива­ется на определенное расстояние S от нулевой отметки шкалы, которая отградуирована в единицах длины. В приборах манометрического типа (рис. 3.6) сжатый воздух под постоянным давлением поступает в рабочую камеру, в которой находится входное сопло, далее – в измерительное сопло и через зазор – в атмосферу. Давление в камере, зависящее от зазора S, измеряется манометром, шкала которого отградуирована в еди­ницах длины. Применяют приборы манометрического типа высоко­го (30…40 кН/м2) и низкого (5…10 кН/м2) давления.

^ 1 – трубка; 2 – поплавок; 3 – измери- 1 – рабочая камера; 2 – входное тельное сопло;S – воздушный зазор; сопло;3 – манометр;

L – измеряемый размер; 4 – измерительное сопло;

l – размер установки поплавка S – воздушный зазор между

по шкале деталью и измерительным соплом;

^ L – измеряемый размер
Рисунок 3.5 – Пневматический Рисунок 3.6 – Пневматический

измерительный прибор измерительный прибор

ротаметрического типа манометрического типа

Пневматические измерительные приборы используют в системах активного контроля и в контрольных автоматах. В качестве чувствительного элемента используют упругие элементы, элементы (трубчатые пружины, сильфоны, мембранные коробки, упругие и вялые мембраны) или жидкостные дифманометры (U-образные и чашечные). Приборы подразделяют на бесконтактные (воздух из измерительного сопла обдувает непосредственно деталь) и контактные (воздух из измерительного сопла направлен на торец измерительного стержня или одно из плеч рычага, второй конец которого входит в контакт с деталью).

К преимуществам приборов относят сравнительную простоту конструкции, возможность бес­контактных измерений при очистке измеряемой поверхности струёй воздуха, большое увеличение при измерении (до 10 тыс. раз) и, как следствие, высокую точность, возможность определения размеров, погрешностей формы, суммирования и вычитания измеряемых ве­личин, получение непрерывной информации и дистанционного из­мерения. К недостаткам относят необходимость иметь очищенный воздух со стабилизированным давлением, инерционность пневмати­ческой системы, колебание температуры в зоне измерения.

1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18

Похожие:

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconМетодические указания к проведению практических занятий для студентов...
Методические указания к проведению практических занятий для студентов специальностей 050401, 050402, 050202

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей...
Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика», 090220 «Оборудование химических производств и предприятий...

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций по курсу Начертательная геометрия
Конспект лекций по курсу начертательная геометрия (для студентов заочной формы обучения всех специальностей академии). Сост. Лусь...

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций по курсу «Организация производства»
Конспект лекций по курсу «Организация производства» (для студентов и слушателей заочной формы обучения фпоизо специальностей 050100...

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций по дисциплине «Транспортные средства»
Конспект лекций предназначен для студентов специальностей 100400 «Транспортные системы», 100400 «Организация и регулирование дорожного...

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций по дисциплине «Организация производства и маркетинг»
Конспект лекций по дисциплине «Организация производства и маркетинг» для студентов 3 курса специальностей 090600 – «Электротехнические...

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций Конспект лекций для студентов, обучающихся по направлениям...
И классификация

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций по дисциплине “Статистика в машиностроении ” для студентов специальности
Конспект лекций предназначен для самостоятельного изучения студентами теоретической части курса “ Статистика в машиностроении ” (для...

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций по курсу «эконометрика» для студентов III курса дневного...
Печатается по решению кафедры прогнозирования и статистики: протокол №6 от 07. 03. 2003 г

Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 iconКонспект лекций по дисциплинам «Информатика и компьютерная техника»
Вычислительная техника и программирование». Раздел «Операционная система Microsoft Windows 98/XP» ( для студентов 1 курса дневной...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<