Методические рекомендации по изучению дисциплины

Титульный лист методических рекомендаций

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/40

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра машиностроения и стандартизации

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО

ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Павлодар

Лист утверждения методических рекомендаций

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/41

Проректор по УР

___________

(подпись)

«___»________20__г

Составитель: ст. преподаватель _______________

(подпись)

Кафедра машиностроения и стандартизации

Методические рекомендации по изучению дисциплины

Рекомендовано на заседании кафедры «___»_________20__г.

Протокол №___

Заведующий кафедрой _________ «___»_________20__г.

(подпись)

Одобрено учебно-методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта «___»________20__г., протокол №___

Председатель УМС __________ «___»_________20__г.

(подпись)

ОДОБРЕНО:

Начальник УМО _________ Н «___»_________20__г.

(подпись)

Одобрена учебно-методическим советом университета

«____»______________20__г. Протокол №____

1 Цель дисциплины- заключается в приобретении студентами теоретических, практических знаний об обеспечении единства требуемой точности измерений, о методах измерения различных физических величин и обработки их результатов. Иметь представление о эталонах, знать методы создания и совершенствования эталонов, их виды. приобрести знания и навыки при изучении средств измерений, погрешности измерений и средств измерений методы их оценки.

Задачи дисциплины - заключается в рассмотрении основ теории измерений, понятия погрешности измерений, методов измерений.

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- Термины и определения;

- Международную систему единиц измерения;

- Общие законы и правила измерений, методы и средства измерений, погрешности измерений и законы их распределения, методы обработки результатов измерения.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь:

- анализировать схемы измерений различных физических величин, определять погрешности измерений творчески применять знания в процессе обучения.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

иметь представление об

- Терминах и определениях;

- Международную систему единиц измерения;

- Общие законы и правила измерений, методы и средства измерений, погрешности измерений и законы их распределения, методы обработки результатов измерения.

знать:

- анализировать схемы измерений различных физических величин, определять погрешности измерений творчески применять знания в процессе обучения.

уметь применят

- компьютерные технологии для планирования и проведения работ по метрологии;

- методы обработки результатов измерений и анализа их достоверности;

- методы контроля качества продукции.

2 Пререквизиты

Для освоения данной дисциплины необходимы знания, умения и навыки приобретенные при изучении следующих дисциплин: физика, математика.

3 Постреквизиты

Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины необходимы для освоения следующих дисциплин: основы взаимозаменяемости, метрология, системы менеджмента качества, метрологическое обеспечение производства, методы и средства измерения и контроля.

4 Краткая характеристика содержание тем дисциплины

Тема 1 Введение.

Предметы и явления окружающего мира как объекты познания. Физические величины, единица физической величины, измерение, шкалы измерений, постулаты измерений, классификация. Понятие об эталонах, поверочных схем. Теория воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров. Погрешности измерений, классификация. Способы обнаружения и устранения систематических погрешностей. Вероятное описание систематических погрешностей. Точечные оценки законов распределения. Грубые погрешности и методы их исключения. Обработка результатов измерений. Основные теории суммирования погрешностей.

Рекомендуемая литература [1, 45-68с., 2, 54-69с]

Тема 2 Основополагающим понятием метрологии является измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. Под термином физическая величина понимают свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них. Количественное содержание этого свойства в объекте является размером физической величины, а числовую оценку ее размера называют значением физической величины. Физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное единице, называют единицей физической величиной. Физические величины, выражающие одно и тоже в качественном отношении свойство, называются однородными. Действительным называют значение, физической величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что дл данной цели может быть использовано вместо него. Основной называют физическую величину, входящую в систему и условно принятую в качестве независимой от других величин этой системы. Основными называют единицы физических величин, выбранные произвольно при построении системы единиц. Производными называют единицы, образуемые по определяющему эти единицы уравнению из других единиц данной системы.

Рекомендуемая литература [3, 47-63с., 4, 34-58с.].

Тема 3 Понятие правильности, точности, достоверности - как стабильности результатов измерений.

Точность-это качество измерений, отражающее близость из результатов к истинному значению измеряемой величины.

Достоверность измерений характеризует степень доверия к результатам измерений. Достоверность оценки погрешностей определяют на основе законов теории вероятностей и математической статистики.

Под правильностью измерений понимают качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в результатах измерений.

Сходимость-это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Сходимость измерений отражает влияние случайных погрешностей.

Воспроизводимость - это такое качество измерений, которое отражает близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в различных условиях.

Погрешность измерения- это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Рекомендуемая литература [5, 77-123с., 3, 34-58с.].

Тема 4 Шкалы измерений. Постулаты теории измерений. Физические величины и единицы их измерений. Шкалы физических величин.

Шкальные отсчетные устройства состоят из шкалы, представляющей собой совокупность отметок и чисел, изображающих ряд последовательных значений измеряемой величины, и указателя, связанного с подвижной системой прибора. Основными характеристиками шкалы рассматриваемого отсчетного устройства являются - длина деления шкалы - расстояние между осями или центрами двух соседних отметок шкалы , измеренное вдоль ее базовой линии, т. е. линии, проходящей через середины ее самых коротких отметок.

Цена деления шкалы – значение измеряемой величины, которое вызывает перемещение подвижного элемента отсчетного устройства на одно деление, т. е. модуль разности значений измеряемой величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Диапазон показаний измерительного прибора со шкальным отсчетным устройством - это область значений шкалы, ограниченная начальным и конечным ее значениями.

Диапазон измерений- это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений. Он ограничивается верхними и нижними пределами измерений.

Основные производные единицы СИ.

Международная система единиц введена в действие стандартом 8.417-81.

Метр равен 173 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10и 5d5 атома криптона – 86.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Рекомендуемая литература [2, 58-96с., 5,с.].

Тема 5 Системы единиц физических величин. Эталоны физических величин и поверочные схемы. Стандартные образцы.

Числовое значение величины находят путем измерения, т. е. узнают, во сколько раз значение данной величины больше или меньше значения вели­чины, принятого равным единице. По способу получения числового значения из­меряемой величины вес измерения делят на прямые, косвенные, совокупные и совместные.

Прямым называют измерение, при котором искомое значение величины на­ходят непосредственно из опытных данных.

Уравнение прямого измерения имеет вид

у = с • х,

где у — значение измеряемой величины в принятых для нее единицах измере­ния; с — цена деления шкалы или единичного показания цифрового отсчетного устройства в единицах измеряемой величины; х — отсчет по индикаторному устройству в делениях шкалы.

Например, измерение диаметра вала штангенциркулем будет прямым, так как оно дает непосредственно значение диаметра вала.

Если же вал имеет диаметр, равный нескольким метрам, то измерить его штангенциркулем очень сложно. В этом случае измеряют длину окружности вала, а размер диаметра вычисляют по известной формуле длины окружности, т. е. диаметр вала измеряют косвенно.

Косвенным называют измерение, результат которого определяют на осно­вании прямых измерений величин, связанных с измеряемой величиной известной зависимостью.

Уравнение косвенного измерения имеет вид

у= f (х1,х2,…,хn),

где у— искомая величина, являющаяся функцией аргументов xi, х2> …, Хп, из­меренных прямым методом.

Например, удельное электрическое сопротивление проводника можно найти по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

Косвенные измерения широко применяют в измерительной технике: при из­мерении сферической поверхности оптической линзы, когда реально существует лишь часть этой поверхности, или в тех случаях, когда выполнить прямые из­мерения невозможно, например, при измерении плотности твердого тела, опре­деляемой обычно по результатам измерений объема и массы.

Совокупными называют проводимые одновременно измерения нескольких, одноименных величин, при которых значения искомых величин находят реше­нием системы уравнений, получаемых при прямых измерениях. Например, из­мерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной мас­се одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочета­ний гирь.

Совместными называют производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения функциональной зависимо­сти между ними. Например, измерения, при которых электрическое сопротивле­ние при температуре 20 °С и температурные коэффициенты измерительного ре­зистора находят по данным прямых измерений его сопротивления при различ­ных температурах.

Рекомендуемая литература [6, 32-56с.].

Тема 6 Погрешности измерений. Математические модели погрешностей

Измерения разделяют также на абсолютные и относительные.

Абсолютным называют измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Например, абсолютным является измерение, выполняемое с помощью штангенциркуля, так как при этом получают непосредственно значение измеряе­мой величины.

Относительным называют измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принятой за исходную. Например, измерения с помощью оптиметра или рычажной скобы являются относительными: сначала устанавли­вают концевую меру или блок концевых мер и средства измерений настраивают так, чтобы показания по шкале были равны нулю, а затем помещают измеряе­мую деталь и производят отсчет, т. е. стрелка показывает отклонение размера детали от известного размера концевой меры или блока. Относительным явля­ется также измерение температуры с использованием термоэлектрического эф­фекта или измерение массы взвешиванием, т. е. с использованием силы тяжести, пропорциональной массе. Относительные измерения применяют там, где необходима высокая точность.

Большинство измерений в настоящее время выполняют на производстве и используют при осуществлении контроля за качеством выпускаемой продукции и параметрами технологического процесса. Под контролем понимают измерение, в процессе которого определяют, находится ли значение измеряемой величины в заранее установленных для нее пределах. Контроль в зависимости от его непосредственного влияния на технологический процесс подразделяют на ак­тивный и пассивный.

Активный контроль оказывает воздействие на технологический процесс не­посредственно в ходе изготовления контролируемых изделий. От его точности зависит качество выпускаемой продукции. Например, при шлифовании на авто­матическом станке, когда прибор «следит» за размером диаметра шлифуемой детали, он связан с рабочими органами станка и с помощью промежуточных устройств управляет этими органами. Одним из видов активного контроля яв­ляется подналадка, заключающаяся в том, что по показаниям контролирующего прибора устраняют рост систематической погрешности.

Пассивный контроль позволяет только констатировать факт, находятся или не находятся в заданных пределах физические параметры контролируемого объекта. Пассивный контроль осуществляют при разбраковке изделий на годные и негодные. Когда разбраковывают изделия, то часто не только отделяют годную продукцию от брака, но и брак сортируют на исправимый и неисправи­мый. Контроль осуществляют одним из двух способов: проверкой каждого из элементов или параметров, от которых зависит это свойство, (поэлементный контроль) или одновременной проверкой комплекса элементов, при которой непо­средственно контролируется требуемое свойство изделия (комплексный конт­роль).

Поэлементный контроль имеет ряд преимуществ: не требует создания спе­циальных средств измерений; позволяет осуществлять выборочный контроль; дает возможность оценить точность каждого из элементов изделия, а следова­тельно, наметить пути дальнейшего совершенствования технологического процесса. Однако при использовании поэлементного контроля возможны ошибки. Напри­мер, изделие может быть забраковано по одному из элементов, хотя его откло­нение компенсируется точным изготовлением других элементов, и изделие обла­дает требуемым свойством, т. е. годно, или если разработчику не удалось вы­явить все элементы, от которых зависит данное свойство изделия, и часть из них не контролируется, то может быть пропущен брак.

Рекомендуемая литература [1, 30-66с.].

Тема 7. Систематическая и случайная составляющие погрешности измерений.

Систематической называют составляющую погрешности измерений, остающиеся постоянные или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины.

Дифференциальные и нулевые методы нашли очень широкое применение во всех видах измерений: от производственных (в цехах) до сличении эталонов, так как используемые меры (гири, нормальные элементы, катушки и магазины сопротивлений) точнее, чем соответствующие им по стоимости и степени рас­пространения приборы.

Метод совпадений — это метод сравнения с мерой, в котором разность между значениями искомой и воспроизводимой мерой величии измеряют, ис­пользуя совпадения отметок шкал или периодических сигналов. Например, при измерении длины с помощью штангенциркуля с нониусом наблюдают совпаде­ние отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса. Метод совпадений называют также нониусным. Этот метод позволяет существенно увеличить точность срав­нения с мерой.

Метод замещения основан на сравнении с мерой, при котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой, сохраняя все условия неизменными. Например: взвешивание с поочередным помещением изме­ряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов; измерение электрического сопротивления резистора путем замены его магазином сопротивлений и подбо­ром значения его сопротивления до получения прежних показаний омметра, моста или другого прибора, обладающего достаточной чувствительностью при любой систематической погрешности, так как отсчет берется по мере, а не по прибору. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью меры и чувствительностью индикаторного прибора, а поэтому весьма мала. Недостат­ком метода замещения является необходимость применения многозначных мер (магазина мер, батареи нормальных элементов, набора гирь и Т. п.).

Комбинация методов замещения и дифференциального, хотя несколько снижает точность, но позволяет использовать меньшие наборы мер.

Обеспечение единства измерений возможно в случае тождествен­ности единиц, в которых градуированы все средства измерений одной и той же физической величины. Единство измерений достигается путем точного воспроиз­ведения и хранения установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым средствам измерений. Воспроизведение, хранение и пере­дачу размеров единиц осуществляют с помощью эталонов и образцовых средств измерений.

Рекомендуемая литература [4, 40-88с.].

4.1 Содержание практических занятий

Целью практических работ является приобщение студентов к экспериментальным методам исследования для установления действительных геометрических параметров поверхностей деталей и определения ее годности в соответствии с требованиями чертежей.

Практические занятия направлены на развитие творческих способностей и активной мыслительной деятельности студентов, для выработки потребности самостоятельного пополнения знаний, самоорганизации и самодисциплины. Это способствует закреплению и расширению знаний студентов, полученных на лекционных занятиях.

Практические работы

1 Тема 2. Практическая работа№1 Процессы измерения, предметы и явления окружающего мира как объекты познания. Физические величины, свойства, размерность. Теория подобия свойств и размерностей Цель работы: студент должен приобрести навыки в вопросах изучения о классификации и методах процессов измерения.

Рекомендуемая литература [3, 44-88с.].

2 Тема 4. Практическая работа №3 Шкалы измерений. Постулаты теории измерений. Физические величины и единицы их измерений. Шкалы физических величин. Цель работы: студент должен приобрести навыки в вопросах изучения шкал измерения

Рекомендуемая литература [4, 59-102с.].

3 Тема5 Практическая работа №4 Системы единиц физических величин. Эталоны физических величин и поверочные схемы. Стандартные образцы. Цель работы: студент должен приобрести навыки в вопросах изучения системы физических

Рекомендуемая литература [7, 24-63с.].

5 Список литературы

Основная литература

1 А «Метрология, стандартизация и сертификация 2-еизд, стереотип М.: Академия,2005, 289с.

2. « Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие для студентов 3- изд. М.: Высшая школа 2005,422с.

3. Басаков стандартизации, метрологии и сертификацииРостов н/Д:Деиас 2005,187с.

4 «Основы технического регулирования: учебное пособие М.: Академия.2006,206с

Дополнительная

5. Основы стандартизации: уч. пособие для студентов М.:Логос 2006,

213с

6. Процессы и стандарты жизненного цикла сложных прог/средств М.:СИНТЕГ, с

7. Крылова стандартизации, сертификации и метрологии:уч. для вузов 3-е изд. М:ЮНИТИ с