Никитин, Бойко - Методы и средства измерений, испытаний и контроля - 2004

а - Лабароторный хроматограф типа ГСТЛ – 3; б - Промышленный хроматограф типа ХТП - 63

Рисунок 17.39 – Хроматографы

17.1.10 Стеклянные жидкостные термометры /32/

Благодаря сравнительно высокой точности, несложности устройства и дешевизне изготовления стеклянные жидкостные термометры являются наиболее распространенными приборами для измерения температур. В зависимости от требований, предъявляемых к термометрам, изготовляется много различных типов и разновидностей стеклянных жидкостных (в особенности ртутных) термометров, отличающихся конструкцией, размерами, пределами измерения и другими характеристиками. Принцип действия стеклянных жидкостных термометров основан на зависимости между температурой и объемом термометрической жидкости, заключенной в термометре.

Основными элементами конструкции термометра являются: стеклянный резервуар с припаянными к нему стеклянным капилляром; термометрическая жидкость, заполняющая резервуар и часть капилляра; шкала, градуированная в градусах температуры, расположенная вдоль капилляра. При повышении температуры термометра объем жидкости увеличивается, что заметно по изменению длины столбика жидкости в капилляре.

Конструкция и виды.

Стеклянные жидкостные термометры по своей конструкции делятся на три вида: термометры со вложенной шкалой; палочные и термометры со вложенной шкалой; палочные и термометры с наружной шкалой.

Втермометрах со вложенной шкалой прямоугольная шкальная пластина

икапилляр заключены в стеклянную цилиндрическую (или овального сечения)

оболочку, припаянную к резервуару. Термометры со вложенной шкалой наиболее распространены, так как более удобны для применения. В палочных термометрах применяют массивные толстенные капиллярные трубки из которых выдувается и резервуар. Шкалу термометра наносят непосредственно на наружной стенке капилляра травлением или другим способом. По методу градуировки и применения стеклянные жидкостные термометры делятся на две группы: термометры, градуируемые при полном погружении, и термометры, градуируемые при неполном (рабочем) погружении.

Все рассматриваемые термометры по назначению и области применения могут быть разделены на следующие группы:

лабораторные общего и специального назначения; технические общего и специального назначения.

Термометрические жидкости.

В качестве основных термометрических жидкостей для заполнения стеклянных жидкостных термометров применяют ртуть, керосин, толуол, этиловый спирт, петролейный эфир и пентан. Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения приведены в таблице 17.6. Стекло по ГОСТ 1224-71.

Таблица 17.6 - Температурные пределы применения этих жидкостей и их средние коэффициенты объемного теплового расширения.

	Термометрическая	Температурный	Средний коэффи-циент	Нижний
	жидкость	предел	объемного	верхний
			теплового расши-
		применения, оС		истинный
			рения	видимый
	Ртуть	-35+750(+1200)	0,00018	0,00016
	Керосин	-20+300	0,00095	0,00093
	Толуол	-80+100	0,00107	0,00107
	Этиловый спирт	-80+70	0,00105	0,00103
	Петролейный эфир	-120+25	0,00125	0,00150
	Пентан	-200+20	0,00092	0,00090
	Ртутно-таллиевая амаль-	-59+20	0,00018	0,000016
	гама (Нg 91,5%, Т1 8,5%)

В настоящее время все стеклянные жидкостные термометры изготовляются только из термометрических стекол.

Лабораторные термометры.

Лабораторные термометры общего применения предназначены для измерений температур в различных лабораторных и производственных

условиях.	Существуют		четыре		вида	лабораторных	термометров,
характеристики которых представлены в таблице 17.7.
Таблица 17.7 – основные характеристики лабораторных термометров.
Вид		Температурная		Температурный		Цена деления	Допустимая
термометров		область		интервал		шкалы,	погрешность
		применения		шкалы, оС		оС	показаний, оС*
I		10-60			15	4	0,01 ± 0,05
II		55-115			10	10	0,02 ± 0,1
III		140-300			8	20	0,05 ± 0,3
IV		300-500			4	50	0,1 ± 1,2

*) Указанные значения допустимых погрешностей действительны при вертикальном положении термометра и нормальном давлении.

Точные лабораторные стеклянные ртутные термометры изготовляются с большой длиной градусного интервала и малой ценой деления: 0,01; 0,02; 0,05

и 0,1°С.

Технические термометры.

Технические термометры общего применения предназначены для измерения температур в самых различных отраслях производства. По форме нижней части технические термометры делятся на прямые и угловые - с углом

изгиба 90 и 135 градусов. Допускаемая погрешность показаний технических термометров равна цене деления. Более подробно следует остановиться на характеристике электроконтактных термометров. По конструкции электроконтактные термометры делятся на два типа:

1) ТЗК, замыкающие и размыкающие электрические цепи при одной, двух или трех заданных и определенных для каждого данного термометра температурах;

2) ТПК с магнитной регулировкой контакта, замыкающие электрические цепи при любой температуре в пределах шкалы термометра.

Большинство термометров имеют вложенную шкалу, термометр ТС-12 и психрометры ПБУ-1М, ПС-14 - - прикладную, термометр ТЛ-3 - - палочного типа. Термометры кагатный ТС-5 и буртовой ТС-9 выпускаются соответственно в металлической и деревянной оправах. Термометр ТЛ-15 заполнен петролейным эфиром, а термометры ТП-10, ТП-11, ТС-2, ТС-3, ТС-4, ТС-5, ТС-7, ТС-8, ТС-9 -- толуолом, окрашенным в красный цвет.

Проверка термометров перед установкой Перед установкой на технологическом оборудовании жидкостные

стеклянные термометры расширения должны пройти стендовую поверку: внешний осмотр, поверку показаний и поверку постоянства показаний.

При внешнем осмотре проверяют: целостность стеклянной оболочки термометра и капилляра; закрепление шкалы (не должна перемещаться) и четкость надписей на ней; отсутствие разрывов столбика жидкости в капилляре и следов испарившейся жидкости на его стенках; состояние выводов электрических контактов для электроконтактных термометров.

При поверке жидкостных стеклянных термометров расширения используют термостат, в который погружают поверяемый термометр и образцовый термометр более высокого класса точности. Показания отсчитывают после легкого постукивания по термометрам.

Постоянство показаний термометра поверяют путем поверки положения его нулевой точки перед основной поверкой и сразу после нее, то есть после нагрева термометра до максимальной температуры. Постоянство показаний термометров, не имеющих нулевой точки, поверяют по нижней оцифрованной отметке шкалы.

К числу устранимых дефектов жидкостных стеклянных термометров расширения относят разрыв столбика жидкости в капилляре и наличие следов испарившейся термометрической жидкости на стенках капилляра. Для устранения этого дефекта термометр подвергают шестикратному нагреванию до максимальной температуры. Если при этом налет на стенках капилляра не исчезнет или обнаружится неустранимый разрыв столбика жидкости, то термометр заменяют новым. В некоторых случаях удается устранить дефекты, связанные с окислением контактов или разрывами электрической цепи электроконтактных термометров.

Жидкостные стеклянные термометры расширения, у которых при стендовой поверке выявлены неустранимые дефекты, признают негодными для

дальнейшего использования и не ремонтируют.

1 – постоянный магнит; 2 — медный провод; 3 — оболочка; 4 — верхняя шкала; 5 — микровинт; 6 — подвижный контакт; 7 — нижняя шкала; 8 — неподвижный контакт; 9 — резервуар; l — длина нижней части; L— длина верхней части; l1 — длина изогнутой части; d — диаметр нижней части.

Рисунок 17.40 - Термоконтактор с подвижным контактом

.

1 — зажим; 2 — оболочка; 3 — шкала; 4, 5 — контакты; 6 — капилляр; 7 — резервуар; l — длина нижней части; L— длина верхней части; l1 — длина изогнутой части; d — диаметр нижней части.

Рисунок 17.41Термоконтактор с заданным контактом.

17.2 Средства контроля

Контроль — это процесс где определения соответствия значения параметров изделия соответствуют установленным требованиям или нормам. Сущность всякого контроля состоит в проведении двух основных этапов. На первом из них получают информацию о фактическом состоянии некоторого объекта, о признаках и показателях его свойств. Эта информация называется первичной. На втором — первичная информация сопоставляется с заранее установленными требованиями, нормами, критериями. При этом выявляется соответствие или несоответствие фактических данных требуемым нормам. 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; операции воспроизведения нормы процедуры контроля; операции сравнения; определения 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 их 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, применяются 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 однопараметровый, при котором состояние объекта определяется по размеру одного параметра, и многопараметровый, 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 нe производится, и активный, при котором воздействие на объект осуществляется посредством специального генератора тестовых сигналов.

В практике большое распространение получил так называемый допусковый контроль, суть которого состоит в определении путем измерения или испытания значения контролируемого параметра объекта и сравнение полученного результата с заданными граничными допустимыми значениями. Частным случаем допускового контроля является поверка средств измерений, в процессе которой исследуется попадание погрешностей средства измерений в допускаемые пределы.

По расположению зоны контролируемого состояния различают допусковый контроль состояний:

-ниже допускаемого значения Х < Хн;

-выше допускаемого значения Х > Хв;

-между верхним и нижним допускаемыми значениями Хн < Х < Хв. Результатом контроля является не число, а одно из взаимоисключающих утверждений:

-«контролируемая характеристика (параметр) находится в пределах допускаемых значений», результат контроля — «годен»;

- «контролируемая характеристика (параметр) находится за пределами допускаемых значений», результат контроля —«не годен» или «брак».

Для определенности примем, что решение «годен» должно приниматься, если выполняется условие Хн ≤ Х ≤ Хв, где X, Хв Хн— истинное значение и допускаемые верхнее и нижнее значения контролируемого параметра. На самом же деле с допускаемыми значениями Хв и Хн сравнивается не истинное значение Х (поскольку оно неизвестно), а его оценка Хо, полученная в результате измерений. Значение Хо отличается от Х на величину погрешности измерения: Х=Хо+∆. Решение «годен» при проведении контроля принимается в случае выполнения неравенства Хн ≤ Хо ≤ Хв. Отсюда следует, что при допусковом контроле возможны четыре исхода.

1. Принято решение «годен», когда значение контролируемого параметра находится в допускаемых пределах, т.е. имели место события Хн≤Х≤Хв и Хн≤Хо≤Хв. Если известны плотности вероятностей законов распределения f(X) контролируемого параметра Х и погрешности его измерения f(∆), то при взаимной независимости этих законов и заданных допустимых верхнем и нижнем значениях параметра вероятность события «годен»

x	в		x в − x
P г = ∫		f (x )	∫
x н			x н − x

f (∆ )d ∆
	dx ,

2. Принято решение «брак», когда значение контролируемого параметра находится вне пределов допускаемых значений, т.е. имели место события Х < Хн или Х > Хв и Хо < Хн или Хо > Хв. При оговоренных допущениях вероятность события «негоден» или «брак»

x н

x н

− x

∞

P нг = ∫ f

(x )

∫ f

(∆ )d ∆ +

в

∫

f (∆ )d ∆ dx

+

x

− x

− ∞

− ∞

∞

x н − x

∞

+ ∫ f

(x

)

∫ f

(∆

)d ∆ +

в

∫

f (∆ )d ∆

dx

,

x

в

x

− x

− ∞

3. Принято решение «брак», когда истинное значение контролируемого параметра лежит в пределах допускаемых значений, т.е. Хо < Хн или Хо > Хв и Хн ≤ Х ≤ ХВ и забракован исправный объект. В этом случае принято говорить, что имеет место ошибка I рода. Ее вероятность

P1

= ∫

f (x )

∫

f (∆)d∆ dx +

∫

f (x )

∫ f (∆)d∆ dx

,

xв

xн − x

xв

∞

x

н

−∞

x

н

x

− x

в

4. Принято решение «годен», когда истинное значение контролируемого параметра лежит вне пределах допускаемых значений, т.е. имели место события Х < Хн или Х >Хв и Хн ≤ Хо ≤ Хв и неисправный объект признан годным. В этом случае говорят, что произошла ошибка II рода, вероятность которой

x н	x в		− x		∞		x в		− x
P2 = ∫	f (x )	∫ f		(∆ )d ∆ dx	+ ∫		f (x )	∫ f		(∆ )d ∆ dx	,
		н	− x		x	в		н	− x
− ∞	x						x

Очевидно, что ошибки I и II родов имеют разное значение для изготовителей и потребителей (заказчиков) контролируемой продукции. Ошибки I рода ведут к прямым потерям изготовителя, так как ошибочное признание негодным в действительности годного изделия приводит к дополнительным затратам на исследование, доработку и регулировку изделия. Ошибки II рода непосредственно сказываются на потребителе, который получает некачественное изделие. При нормальной организации отношений между потребителем и производителем брак, обнаруженный первым из них, приводит к рекламациям и ущербу для изготовителя.

Рассмотренные вероятности Рг , Рнг , Р1 и Р2 при массовом контроле партии изделий характеризуют средние доли годных, негодных, неправильно забракованных и неправильно пропущенных изделий среди всей контролируемой их совокупности. Очевидно, что Рг+Рнг +Р1+Р2 =1.

Достоверность результатов допускового контроля описывается различными показателями, среди которых наибольшее распространение получили вероятности ошибок I (Р1) и II (Р2) родов и риски изготовителя и заказчика (потребителя):

R изг	=			P1			,
			P1	+
					Pнг
R зак	=			P2		,
			P2	+
					Pг

Приведенные формулы позволяют осуществить целенаправленный поиск таких значений погрешности измерения, которые бы при заданных верхнем и нижнем значениях контролируемого параметра обеспечили бы допускаемые значения вероятностей ошибок I и II родов (Р1д и Р2д) или

соответствующих рисков. Этот поиск производится путем численного или графического интегрирования. Следовательно, для рационального выбора точностных характеристик средств измерений, используемых при проведении контроля, в каждом конкретном случае должны быть заданы допускаемые значения Р1д и Р2д .

17.2.1 Калибры и шаблоны

Калибры, шаблоны предназначены для измерения детали по одному и тому же размеру и являются бесшкальными инструментами. Их особенно широко применяют в массовом и серийном производстве для контроля размеров, формы и взаимного расположения поверхностей.

Предельные калибры.

Калибры для контроля валов — скобы (ГОСТ 2216—84*, 18355—73*).

Проходная сторона (ПР) имеет размер, равный наибольшему предельному размеру вала, а непроходная (НЕ)—наименьшему предельному размеру вала.

Скоба листовая дву-	Скоба листовая односторонняя
сторонняя от 1 до 50 мм	от 1 до 180 мм

Скоба штампованная двусторонняя	Скоба регулируемая
от 3 до 100 мм	от 0 до 330 мм
Рисунок 17.42 - Предельные калибры и их виды