eng
Выпуск #5/2017
С.Степанов, С.Тарасов, А.Петров, С.Степанов
Исследование погрешности компарации при поверке концевых мер длины на приборе УКМ-100
Исследование погрешности компарации при поверке концевых мер длины на приборе УКМ-100
Просмотры: 3074
Проведено исследование точности российского компаратора для поверки концевых мер длины
УКМ-100 по международной методике Calibration of gauge block comparators. Показано, что калибровка является более гибким и определенным методом оценки точностных возможностей эталонных приборов, чем применение поверочной схемы.
УДК 621.923, ВАК 05.11.01, DOI: 10.22184/1993-8578.2017.76.5.58.61
УКМ-100 по международной методике Calibration of gauge block comparators. Показано, что калибровка является более гибким и определенным методом оценки точностных возможностей эталонных приборов, чем применение поверочной схемы.
УДК 621.923, ВАК 05.11.01, DOI: 10.22184/1993-8578.2017.76.5.58.61
Основную часть производственных измерений составляют линейно-угловые измерения – в машиностроении их доля достигает 90–95%. Основой обеспечения единства линейных измерений являются плоскопараллельные концевые меры длины (КМД). Такая мера представляет собой металлический брусок с двумя строго параллельными плоскостями и определенным размером между ними. Своевременная и точная аттестация КМД обеспечивает высокоточные измерения на производстве.
КМД предназначены для использования в качестве рабочих мер для регулировки и настройки показывающих измерительных приборов и для непосредственного измерения линейных размеров промышленных изделий, а также как образцовые меры для передачи размера единицы длины от первичного эталона концевым мерам меньшей точности и для поверки и градуировки измерительных приборов.
Концевые меры выпускают наборами. На каждый набор выдается свидетельство о государственной поверке с указанием действительного значения длины каждой КМД. Свидетельство может быть использовано для введения поправки в результат измерения.
Для обеспечения правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи установлен определенный порядок, который отражен в поверочных схемах. Поверочная схема – документ, устанавливающий метрологическое сопоставление эталонов и порядок передачи размера единицы физической величины эталонам и рабочим средствам измерения.
На КМД распространяется Государственная поверочная схема по ГОСТ Р 8.763-2011 часть 3, в которой для рабочих эталонов установлены разряды с 1-го по 4-й. Точность эталонов по разрядам определяют доверительные границы абсолютных погрешностей δ при доверительной вероятности 0,99 (± 3σ). В то же время методики поверки КМД и других эталонов не предусматривают расчета σ. Кроме того, точность передачи размера эталона от разряда к разряду зависит от значения δ, определение которой в стандарте отсутствует. В результате у метрологов, разработчиков и производителей эталонных приборов и поверителей нет единого понимания применения поверочной схемы и вновь создаваемых эталонных средств измерений.
Проблема однозначного понимания поверочной схемы усугубляется активным введением в стране стандартов, посвященных расчету неопределенности измерений и калибровки, без какого-либо методического обеспечения. В результате сложившейся ситуации организации Росстандарта (ВНИИМ, ВНИИМС, ТЕСТ – Санкт-Петербург) при проведении испытаний с целью утверждения новых эталонных приборов не стремятся определить их место в поверочной схеме, что создает проблемы при формировании эталонных баз предприятий и организаций. Такое положение продолжается больше 20 лет. При этом известно, что в западных странах поверочные схемы не применяются, и определение возможностей и назначения средств измерений проводится с помощью калибровки с расчетом неопределенности. В результате нормирование и оценка точности аналогичных средств измерений в нашей стране и на западе отличаются друг от друга.
В связи со сложившимся положением, целесообразно провести исследование точности отечественного компаратора для поверки концевых мер длины УКМ-100 по международной методике Calibration of gauge block comparators, применяемой всеми ведущими производителями компараторов для аттестации КМД.
ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ
Методика Calibration of gauge block comparators описывает процесс калибровки компаратора при измерении срединной длины и плоскопараллельности аттестуемой меры. Она предназначена для компараторов для калибровки концевых мер длиной до 100 мм методом сравнения, контактным методом и только с применением двух преобразователей, контактирующих с мерой с противоположных сторон. Установка УКМ-100 полностью соответствует указанным условиям.
Перед калибровкой установка прошла полную подготовку и проверку на точность по методике поверки МП УКМ100.01. В соответствии с международной методикой для проведения калибровки были составлены пары мер 1-го разряда (табл.1).
СРАВНЕНИЕ СРЕДИННЫХ ДЛИН МЕР
Меры укладывались по парам в гнезда кассеты и выполнялось по пять сравнительных измерений срединных длин всех пяти пар. Затем серия измерений повторялась после того, как положение мер А и В в кассете менялось. Для каждой серии измерений были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения (по 10 значений).
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ
Мера 1,01 мм укладывалась в гнездо поверяемой меры и проводились серии из пяти измерений от срединной длины меры в углы A, B, D, E по схеме, показанной на рис.2. Четыре измерительные серии были повторены после поворота меры в гнезде кассеты на 180° в горизонтальной плоскости. Были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения для каждой из восьми серий.
ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Оценка результатов калибровки компаратора зависит от точности концевых мер, которые должны калиброваться с его помощью. В методике рассмотрены критерии приемки из условия, что компаратор применяется для калибровки мер с расширенной неопределенностью измерений, равной 0,05 + 0,5L при k = 2, что соответствует концевым мерам 2-го разряда.
При этих условиях установлены следующие критерии:
• стандартные отклонения не должны превышать 0,015 мкм;
• максимальные отклонения средних значений по п. 1 и наибольших отклонений от плоскопараллельности по п. 2 от значений эталонных мер, указанных в протоколе поверки, не должны превышать 0,03 мкм.
Протокол измерений в соответствии с описанной процедурой калибровки установки показан в табл.2 и 3.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что компаратор УКМ 100 по своим точностным характеристикам соответствует компараторам для поверки концевых мер длины 2-го разряда. При этом калибровка является более гибким и определенным методом оценки точностных возможностей эталонных приборов, чем применение поверочной схемы. ■
КМД предназначены для использования в качестве рабочих мер для регулировки и настройки показывающих измерительных приборов и для непосредственного измерения линейных размеров промышленных изделий, а также как образцовые меры для передачи размера единицы длины от первичного эталона концевым мерам меньшей точности и для поверки и градуировки измерительных приборов.
Концевые меры выпускают наборами. На каждый набор выдается свидетельство о государственной поверке с указанием действительного значения длины каждой КМД. Свидетельство может быть использовано для введения поправки в результат измерения.
Для обеспечения правильной передачи размера единиц физических величин во всех звеньях метрологической цепи установлен определенный порядок, который отражен в поверочных схемах. Поверочная схема – документ, устанавливающий метрологическое сопоставление эталонов и порядок передачи размера единицы физической величины эталонам и рабочим средствам измерения.
На КМД распространяется Государственная поверочная схема по ГОСТ Р 8.763-2011 часть 3, в которой для рабочих эталонов установлены разряды с 1-го по 4-й. Точность эталонов по разрядам определяют доверительные границы абсолютных погрешностей δ при доверительной вероятности 0,99 (± 3σ). В то же время методики поверки КМД и других эталонов не предусматривают расчета σ. Кроме того, точность передачи размера эталона от разряда к разряду зависит от значения δ, определение которой в стандарте отсутствует. В результате у метрологов, разработчиков и производителей эталонных приборов и поверителей нет единого понимания применения поверочной схемы и вновь создаваемых эталонных средств измерений.
Проблема однозначного понимания поверочной схемы усугубляется активным введением в стране стандартов, посвященных расчету неопределенности измерений и калибровки, без какого-либо методического обеспечения. В результате сложившейся ситуации организации Росстандарта (ВНИИМ, ВНИИМС, ТЕСТ – Санкт-Петербург) при проведении испытаний с целью утверждения новых эталонных приборов не стремятся определить их место в поверочной схеме, что создает проблемы при формировании эталонных баз предприятий и организаций. Такое положение продолжается больше 20 лет. При этом известно, что в западных странах поверочные схемы не применяются, и определение возможностей и назначения средств измерений проводится с помощью калибровки с расчетом неопределенности. В результате нормирование и оценка точности аналогичных средств измерений в нашей стране и на западе отличаются друг от друга.
В связи со сложившимся положением, целесообразно провести исследование точности отечественного компаратора для поверки концевых мер длины УКМ-100 по международной методике Calibration of gauge block comparators, применяемой всеми ведущими производителями компараторов для аттестации КМД.
ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ
Методика Calibration of gauge block comparators описывает процесс калибровки компаратора при измерении срединной длины и плоскопараллельности аттестуемой меры. Она предназначена для компараторов для калибровки концевых мер длиной до 100 мм методом сравнения, контактным методом и только с применением двух преобразователей, контактирующих с мерой с противоположных сторон. Установка УКМ-100 полностью соответствует указанным условиям.
Перед калибровкой установка прошла полную подготовку и проверку на точность по методике поверки МП УКМ100.01. В соответствии с международной методикой для проведения калибровки были составлены пары мер 1-го разряда (табл.1).
СРАВНЕНИЕ СРЕДИННЫХ ДЛИН МЕР
Меры укладывались по парам в гнезда кассеты и выполнялось по пять сравнительных измерений срединных длин всех пяти пар. Затем серия измерений повторялась после того, как положение мер А и В в кассете менялось. Для каждой серии измерений были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения (по 10 значений).
ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ
Мера 1,01 мм укладывалась в гнездо поверяемой меры и проводились серии из пяти измерений от срединной длины меры в углы A, B, D, E по схеме, показанной на рис.2. Четыре измерительные серии были повторены после поворота меры в гнезде кассеты на 180° в горизонтальной плоскости. Были рассчитаны средние значения и стандартные отклонения для каждой из восьми серий.
ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Оценка результатов калибровки компаратора зависит от точности концевых мер, которые должны калиброваться с его помощью. В методике рассмотрены критерии приемки из условия, что компаратор применяется для калибровки мер с расширенной неопределенностью измерений, равной 0,05 + 0,5L при k = 2, что соответствует концевым мерам 2-го разряда.
При этих условиях установлены следующие критерии:
• стандартные отклонения не должны превышать 0,015 мкм;
• максимальные отклонения средних значений по п. 1 и наибольших отклонений от плоскопараллельности по п. 2 от значений эталонных мер, указанных в протоколе поверки, не должны превышать 0,03 мкм.
Протокол измерений в соответствии с описанной процедурой калибровки установки показан в табл.2 и 3.
ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что компаратор УКМ 100 по своим точностным характеристикам соответствует компараторам для поверки концевых мер длины 2-го разряда. При этом калибровка является более гибким и определенным методом оценки точностных возможностей эталонных приборов, чем применение поверочной схемы. ■
Отзывы читателей
