5.5. Выбор средств измерений

Выбор средств измерений для конкретных измерительных целей определяется многими факторами. Задача выбора может быть как очень простой, так и достаточно сложной, когда требуется проверка соответствия свойств средства измерения предъявляемым требованиям по быстродействию, надежности, степени защищенности от определенных воздействий и т. п. Но главным требованием является, как правило, обеспечение необходимой точности измерений. Для обоснования этого требования необходимо знать цель измерения. Таких целей две. Они имеют следующие принципиальные отличия:

• определение действительного размера измеряемой величины в заданных единицах;

• определение соответствия измеряемой величины предписанному (номинальному) размеру, для которого заданы допустимые предельные отклонения.

В первом случае измеряемой величине присваивается размер, достоверность которого полностью определяется погрешностью, имевшей место в момент измерения. Допустимая погрешность назначается исходя из конкретных задач определения размера. Например, при ручной доводке детали до заданного геометрического размера рабочий контролирует этот размер с помощью штангенциркуля и прекращает доводку при полном совпадении штрихов, соответствующих заданному размеру. Выбор штангенциркуля обусловлен тем, что предельная погрешность измерения меньше или равна заданному допуску. Другой пример: при отчуждении товаров в единицах массы, объема или длины допустимое предельное отклонение от номинального размера устанавливается соглашением сторон или в законодательном порядке. Предельная погрешность измерительного устройства для «отмеривания» товара должна быть меньше или равна заданному допустимому отклонению. Заметим, что здесь практически совпадают понятия «допускаемая погрешность измерения» и «допускаемое отклонение от размера величины».

Во втором случае с помощью измерения проверяют, находится ли размер измеряемой величины в заданном интервале (в поле допуска), например при приемочном контроле изделий по геометрическим размерам. При этом изменение (исправление) размера в процессе измерения невозможно. Результат измерения используется только для определения пригодности. При этом погрешность измерения влияет на окончательные результаты приемки («годен» или «брак») только тех изделий, фактические размеры которых находятся близко к границам поля допуска. Увеличение погрешности измерения увеличивает вероятность того, что часть изделий будет неправильно принята (ошибка 1-го рода), а часть изделий — неправильно забракована (ошибка 2-го рода).

Погрешности измерения влияют на результаты контроля при размерах изделий, близких к границам поля допуска. Если размер изделия находится в поле допуска на расстоянии х₁ от границы, но при измерении имела место погрешность х₂ > х₁ то изделие будет неправильно забраковано. Аналогично при х₄ > х₃ — бракованное изделие будет неправильно принято.

Влияние погрешности измерения на результаты контроля (разбраковки) оценивается следующими параметрами:

т — число деталей в процентах от общего числа, имеющих отклонения за обе границы допуска и принятых в число годных;

п — число деталей в процентах от общего числа, имеющих отклонение в пределах допуска и неправильно забракованных;

С — вероятностная предельная величина выхода размера за каждую границу допуска у неправильно принятых изделий.

Для практического применения построены графики, позволяющие определять параметры разбраковки т, п, С в зависимости от законов распределения и числовых значений погрешностей измерения и изготовления. Для использования графиков предварительно вычисляют следующие параметры:

• относительную погрешность измерения (в процентах):

В рассмотренном примере предельная погрешность измерения составляет 30 % от заданного допуска. При этом получены вполне приемлемые для производственной практики значения параметров т, п, С. Увеличение предельной погрешности до 50 % от допуска в данном случае приведет к увеличению параметров тип до значений соответственно 1,2 и 6,4% (условно назовем их неприемлемыми). Исходя из приемлемости указанных параметров, как правило, и осуществляется выбор средств измерений. При линейно-угловых измерениях допустимая предельная погрешность измерений принимается в диапазоне 20...35% от заданного допуска на измеряемый размер, а при арбитражной перепроверке принятых изделий предельная погрешность измерения должна составлять не более 30 % от предельной погрешности, имевшей место при первичной разбраковке.

Если недопустимо попадание бракованных изделий в число принятых, то прибегают к производственному допуску, уменьшая размер заданного допуска на величину предельной погрешности измерения или на удвоенную величину параметра С.

Введение производственных допусков, так же как и выбор рабочих средств измерений для разбраковки, необходимо осуществлять на основе технико-экономических расчетов. Иногда более экономичным оказывается использование для разбраковки простого и надежного средства измерений с большой предельной погрешностью, но с перепроверкой забракованных изделий более точным средством измерений или путем повторных многократных измерений.

Если область технологического рассеивания размеров изделий практически совпадает с заданным допуском, то приемочный контроль используют для обнаружения возникших нарушений в технологическом цикле. В этом случае все первоначально забракованные изделия подвергают повторному, более тщательному, контролю, и если брак подтверждается, то это свидетельствует о возникших нарушениях в технологическом цикле.

Особое внимание уделяется выбору разрядных эталонных средств измерений, используемых при поверочных работах. Если поверяемое средство измерений предназначено для применения без поправок, то в ходе поверки определяют, не выходят ли его погрешности за установленные (допускаемые) пределы. В этом случае результаты поверки можно охарактеризовать параметрами, аналогичными рассмотренному случаю разбраковки изделий, и вероятность ошибок 1-го и 2-го рода зависит от отношения погрешностей поверяемого и используемого для поверки средств измерений. Данное отношение для различных видов измерений и различных ступеней поверочных схем колеблется от 1:10 до 1:3 и принимается с учетом всего комплекса метрологических характеристик используемых эталонных средств измерений.