Autor - dr inż. Józef Zawada
Instrukcja do ćwiczenia nr 2
Temat ćwiczenia:
CZUJNIKI MECHANICZNE I OPTYCZNE
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zasadą działania , konstrukcją i eks-
ploatacją wybranych odmian czujników mechanicznych i mechaniczno-optycznych, a także
techniką pomiarów realizowanych za pomocą tych czujników.
Program ćwiczenia:
1. Czujniki zębate (zegarowe) pomiary bicia promieniowego i osiowego;
2. Czujniki dzwigniowo-zębate (transametr):
- przygotowanie przyrządu do kontroli określonego wymiaru;
- kontrola poprawności wykonania serii elementów;
3. Czujnik sprężynowy (mikrokator) - pomiar wysokości wałeczka, opracowanie wyniku
pomiaru pojedynczego;
4. Optimetr pomiar wielokrotny średnicy wałka, opracowanie wyniku pomiaru wielo-
krotnego
Literatura:
1. W. Jakubiec, J. Malinowski - Metrologia wielkości geometrycznych , Wydawnictwa
Naukowo - Techniczne, Warszawa, 1999 r.
2. J. Zawada - Wybrane zagadnienia z podstaw metrologii , skrypt PA, Aódz, 2002r;
A Ó D y 2009
Instytut Obrabiarek i TBM PA
WPROWADZENIE
Czujniki mechaniczne to czujniki, w których powiązanie przemieszczenia końcówki
pomiarowej z odpowiadajÄ…cym mu przemieszczeniem elementu wskazujÄ…cego, odbywa siÄ™ na
drodze mechanicznej, poprzez różnego rodzaju przekładnie. W zależności od rodzaju tych
przekładni wyróżnia się następujące typy czujników:
a) dzwigniowe;
b) zębate;
c) dzwigniowo-zębate;
d) dzwigniowo-śrubowe;
e) sprężynowe;
Czujniki optyczne to czujniki, które w układzie przenoszenia ruchów końcówki
pomiarowej na urządzenie wskazujące posiadają poza elementami przekładni mechanicznych
również elementy optyczne (lustra, pryzmaty, układy soczewek, itp..).
Do czujników optycznych zalicza się:
a) optimetry (poziome, pionowe i projekcyjne);
b) ultraoptimetry;
c) optikatory;
d) mikroluksy;
e) czujniki interferencyjne;
Poniżej zamieszczono krótkie informacje na temat tych rodzajów czujników, które będą
wykorzystane w niniejszym ćwiczeniu.
Czujniki zębate
Zasadę działania czujników zębatych, w praktyce zwanych częściej czujnikami zega-
rowymi przedstawiono na rysunku 1a. Zmiana położenia końcówki pomiarowej powoduje
identyczne przesunięcie sztywno z nią połączonej listwy zębatej "5", która obraca koło zębate
"1" oraz sztywno z nim powiązane koło zębate "2" i wskazówkę do odczytu zgrubnego "7".
a)
b)
6
15
3
16
1
0
90 10
4
6
0
8
2 2
20
80 0.01 mm 6 4
14
70 30
7
40
60
50
5
13
7
12
8
11
Rys. 1. Czujnik zębaty (zegarowy: a) zasada działania, b) widok czujnika
2
Instytut Obrabiarek i TBM PA
Koło zębate "2" wymusza z kolei obrót koła zębatego 3 i związanej z nim wskazówki do
odczytu dokładnego "6". Z drugiej strony na koło "3" oddziaływuje napędzane spiralną
sprężyną "8" koło zębate "4", którego zadaniem jest likwidacja luzów zwrotnych w układzie.
Z zamieszczonego schematu wynika, że związek pomiędzy przemieszczeniem "s"
trzpienia pomiarowego, a odpowiadającym mu obwodowym przemieszczeniem A końca
wskazówki "6", określa zależność:
2 ×ð L ×ð z2
A =ð ×ð s
m ×ð z1 ×ð z3
gdzie:
L - długość wskazówki "6";
z1, z2, z3 - liczby zębów kół zębatych, odpowiednio "1", "2" i "3";
m - moduł uzębienia
Z przedstawionej wyżej zależności wynika, że charakterystyka czujników zębatych jest
liniowa. Dzięki temu mogą one posiadać duże zakresy pomiarowe.
Widok przykładowego czujnika zegarowego pokazano na rys.1b. W jego skład wchodzą:
¨ð wymienna koÅ„cówka pomiarowa "11" zakoÅ„czona kuliÅ›cie, zamiast niej można zamon-
tować końcówki pomiarowe o innych kształtach, np. płaskie, pryzmatyczne, itp.
¨ð trzpieÅ„ pomiarowy "12";
¨ð chwyt "13" o znormalizowanej Å›rednicy fð 8H7 sÅ‚użący do mocowania czujnika w różne-
go rodzaju uchwytach i statywach;
¨ð obrotowa tarcza z podziaÅ‚kÄ… "14", która umożliwia wyzerowanie czujnika przy dowolnym
położeniu wskazówki "6". Możliwości wyzerowania nie ma natomiast podziałka
milimetrowa współpracująca ze wskazówką "7".
¨ð nastawne wskazniki pola tolerancji"15" uÅ‚atwiajÄ…ce ocenÄ™ mierzonych wymiarów;
¨ð uchwyt "16" do podnoszenia i opuszczania trzpienia pomiarowego;
Czujniki dzwigniowo-zębate
Zasadę działania czujników dzwigniowo-zębatych
pokazano na rys. 2. Trzpień pomiarowy "1", którego poło-
żenie zależy od wymiaru mierzonego przedmiotu, ustala
5
położenie kątowe dzwigni "2". Dłuższe ramię tej dzwigni
zakończone jest segmentem zębatym "3", który obraca
6
koło zębate "4". Z kołem tym jest sztywno powiązana
4
wskazówka "5". Sprężyna "6" służy do kasowania luzów
3
w układzie czujnika.
2
Czujniki dzwigniowo-zębate mają wiele różnych
odmian. W ćwiczeniu wykorzystany zostanie czujnik
1
dzwigniowo-zębaty zwany transametrem (passametrem).
Budowę i zasadę działania tego przyrządu przedstawiono
na rys. 3. Transametr posiada dwa kowadełka: nastawcze
4 i pomiarowe 5 . Kowadełko nastawcze pełni rolę
bazy pomiarowej, jego położenie jest regulowane przy
pomocy nakrętki nastawczej 3 i blokowane tuleją zacis-
Rys.2. Zasada działania czujnika
dzwigniowo-zębatego kową 2 . Kowadełko pomiarowe pełni rolę końcówki
3
Instytut Obrabiarek i TBM PA
8 1
pomiarowej, jego położenie powiązane jest
poprzez dzwignię kątową zakończoną segmen-
tem zębatym z2 i koło zębate z1 z położeniem
7
Z1
Z2 wskazówki 8 . Sprężyna 6 dociska kowa-
dełko pomiarowe do przedmiotu mierzonego
gwarantując właściwy nacisk pomiarowy.
Przycisk 7 , pokonując opór sprężyny 6 prze-
6 suwa kowadełko pomiarowe w lewo ułatwiając
5 9 4
3 2
wprowadzenie mierzonego przedmiotu 9 .
Rys. 3. Budowa i zasada działania transametru
Czujniki sprężynowe
Czujniki sprężynowe reprezentuje w niniejszym ćwiczeniu mikrokator. Zasadę działa-
nia tego przyrządu przedstawiono na rys. 4. Trzpień pomiarowy 1 steruje położeniem
dzwigni 2 , która rozciąga śrubowo
zwiniętą taśmę (sprężynę) 3 . Zmiana
długości sprężyny 3 wywołuje jedno-
cześnie jej obrót, a wraz z nią wiruje
wskazówka 4 . W celu zmniejszenia
5 4 3
drgań wskazówki na sprężynie zainsta-
lowany jest tłumik drgań 5 .
2
BudowÄ™ przyrzÄ…du przedstawiono
6
na rys. 5. Korpus mikrokatora 6 zamo-
1
cowany w ramieniu 13 , przesuwa siÄ™
po kolumnie podstawy 9 przy pomocy
Rys. 4. Zasada działania mikrokatora
pokrętła 11 . Dokonuje się w ten sposób
zgrubnego ustawienia czujnika. Do za-
blokowania ramienia na kolumnie służy
7
śruba 14 . Dokładne ustawienie czujni-
6
ka realizuje siÄ™ poprzez przesuw korpusu
mikrokatora względem ramienia przy
11
4
pomocy pokrętła 15 .Do zablokowania
15
korpusu mikrokatora w ramieniu służy
14
pokrętło 12 . Jeżeli w trakcie blokowa-
,7
nia wystąpi niepożądane przesunięcie
12
wskazówki względem podzielni to
13
1
można je zlikwidować przy pomocy
pokrętła obrotu skali 7 . Do ustalania
8 9
położenia mierzonych przedmiotów
10
służy stolik pomiarowy 10
Rys. 5. Widok mikrokatora
4
Instytut Obrabiarek i TBM PA
Czujniki optyczne
Grupę tą reprezentuje w niniejszym ćwiczeniu optimetr. Zasadę działania optimetru
przedstawiono na rys. 6. W polu widzenia okularu 6 znajduje się płytka 5 z
niewidocznym przez okular wzorcem kreskowym (skalÄ…) i
widocznym przeciwwskaznikiem 7 . Punkt A wzorca
6
znajduje się w ognisku obiektywu 4 . Dlatego wysłane z
tego punktu promienie światła po przejściu przez obiektyw
7 5
biegną zawsze równolegle i po odbiciu się od pochylnego
w
lustra 2 nadal równolegle, lecz pod kÄ…tem 2að wpadajÄ… do
obiektywu. Po skupieniu w obiektywie tworzÄ… obraz kreski A
A
Aóð
w punkcie A leżącym w płaszczyznie ogniskowej - tej
samej, w której leży płytka 5 z widocznym
að
2
f
przeciwwskaznikiem 7 . W zwiÄ…zku z tym w okularze
widać przeciwwskaznik na tle obrazu skali. Położenie obrazu
skali zależy od kąta wychylenia zwierciadła 2 , które z kolei
zależy od położenia końcówki pomiarowej 1 .
4
að
W ćwiczeniu wykorzystany zostanie optimetr projek-
að cyjny MOP1/100 produkcji niemieckiej f-my Carl Zeiss.
Jego widok przedstawiono na rys. 7.
2
Podstawowe dane metrologiczne tego przyrzÄ…du:
s
að
wartość dziaÅ‚ki elementarnej - 1 mðm;
a
zakres wskazaÅ„ - Ä…ð 100 mðm;
1
zakres pomiarowy - 0 ¸ð 200 mm;
Rys. 6. Zasada działania optimetru
graniczna wartość bÅ‚Ä™du przyrzÄ…du - Ä…ð 0,2 mðm;
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Zadanie 1
Zmierzyć bicie promieniowe i osiowe wskazanych eksponatów
Bicie promieniowe jest to różnica największej i naj-
mniejszej odległości punktów rzeczywistej powierzchni
A
walcowej od osi odniesienia (obrotu);
trzpień
Bicie osiowe jest to różnica największej i najmniej-
pomiarowy
szej odległości punktów rzeczywistej powierzchni czołowej
mierzona
tarcza
leżących na określonym promieniu R od dowolnej płasz-
czyzny prostopadłej do osi odniesienia (obrotu);
Sposoby pomiaru bicia promieniowego i osiowego
pokazano na rys. 7.
B
W celu pomiaru bicia tarczy należy:
1. Ustalić symbol mierzonego eksponatu i wpisać go do
karty pomiarów.
Rys. 7. Sposoby pomiaru bicia:
promieniowego (czujnik A)
2. Umieścić tarczę na trzpieniu pomiarowym.
i osiowego (czujnik B)
3. Zamocować trzpień w kłach.
5
Instytut Obrabiarek i TBM PA
Rys. 7. Optimetr projekcyjny MOP 100/1 produkcji Carl Zeiss Jena widok przyrzÄ…du (1 podstawa;
2 stolik pomiarowy z rowkami; 3 wymienna końcówka pomiarowa; 4 pokrętło blokady
przesuwu dokładnego; 5 obudowa optimetru; 6 zdejmowalna osłona ekranu; 7 zespół
oÅ›wietlacza; 8 pokrÄ™tÅ‚o zerowania skali (Ä…ð 12 mðm); 9 pokrÄ™tÅ‚o blokady przesuwu
zgrubnego; 10 pokrętło przesuwu dokładnego; 11 ramię; 12 nakrętka ustawcza ramienia;
13 - dzwignia do podnoszenia końcówki pomiarowej; 14 kolumna statywu
6
Instytut Obrabiarek i TBM PA
4. Dosunąć czujnik do walcowej powierzchni zewnętrznej tak, aby wskazanie czujnika wyno-
siło od 10-u do 20-u procent jego zakresu pomiarowego. Oś trzpienia winna być prostopa-
dła do mierzonej powierzchni.
5. Obracając powoli mierzony eksponat odczytać ekstremalne wskazania czujnika i zanoto-
wać je w karcie pomiarów.
6. Dosunąć czujnik do powierzchni czołowej eksponatu tak, aby stykał się z eksponatem w
punkcie leżącym na ustalonym promieniu R. Wskazanie czujnika winno mieścić się w
przedziale (10¸ð20)% zakresu pomiarowego, a oÅ› trzpienia pomiarowego być prostopadÅ‚a
do powierzchni mierzonej.
7. Obracając powoli mierzony eksponat odczytać ekstremalne wskazania czujnika i zanoto-
wać je w karcie pomiarów.
8. Opracować wyniki pomiarów pamiętając, że:
a) wartość zaobserwowana bicia, zarówno promieniowego jak i osiowego, jest równa
różnicy wskazań ekstremalnych
b) głównymi składnikami błędu pomiaru (błędami cząstkowymi) każdej z w/w odchyłek są:
- błąd wskazań czujnika w odpowiednim (zależnym od wielkości bicia) zakresie; dane
odnośnie wartości błędów wskazań czujników zegarowych zawiera tabela 1;
- bÅ‚Ä™dy odczytu wskazaÅ„ ekstremalnych; przyjąć Dðaðmin = Dðaðmax = Ä…ð 0,7×ðwe;
- błąd wynikający z odchyłki ustalenia mierzonej tarczy na trzpieniu pomiarowym; (na
podstawie szeregu pomiarów oszacowano, że dla eksponatów użytych w niniejszym
ćwiczeniu maksymalne wartoÅ›ci tych bÅ‚Ä™dów wynoszÄ… Ä…ð 0,002 mm w przypadku bicia
promieniowego i Ä…ð 0,005 mm w przypadku bicia osiowego.
c) niepewność wyniku pomiaru jest wypadkową niepewności oszacowania wartości wszy-
stkich błędów cząstkowych (w praktyce ograniczamy się do czterech błędów cząstko-
wych wymienionych w punkcie b);
Uwaga! Niepewność Ûð poÅ‚owa różnicy wartoÅ›ci granicznych Dðux = (Dðmaxx Dðminx)/2
Zadanie 2
Przy pomocy transametru sprawdzić poprawność wykonania serii elementów.
Wymagania odnośnie wartości sprawdzanego wymiaru poda prowadzący zajęcia.
1. Zamocować transametr w statywie.
2. Uwzględniając podany przez prowadzącego wymiar wymagany oraz zakres pomiarowy
transametru ustalić wymiar stosu płytek, na który należy go wyzerować; jeżeli któraś z
odchyłek granicznych przekracza zakres pomiarowy transametru należy odpowiednio
zmienić wymiar nominalny (p. rys. 9);
N
F
G
x
F1
G1
N1
A B
Rys. 9. Zmiana parametrów wymiaru wymaganego (A, B); podana przez prowadzącego odchyłka
F nie mieści się w zakresie pomiarowym transametru; po odpowiedniej zmianie wymiaru
nominalnego z N na N1 nowe odchyłki F1 i G1 mieszczą się już w zakresie pomiarowym.
3. Dobrać z kompletu płytki umożliwiające zbudowanie stosu o ustalonej wysokości, infor-
macje o wybranych płytkach zamieścić w odpowiednich rubrykach karty pomiarów.
7
Instytut Obrabiarek i TBM PA
4. Wyzerować transametr, w tym celu należy:
- odkręcić tuleję zaciskową 2 (rys. 3);
- wsunąć stos płytek pomiędzy kowadełka i za pomocą nakrętki 3 tak ustawić
kowadełko nastawcze 4 , aby wskazanie transametru było równe zero;
- dokręcić tuleję zaciskową 2 ;
- sprawdzić poprawność zerowania ponownie mierząc ten sam stos płytek; w razie
potrzeby proces zerowania powtórzyć;
5. Ustawić wskazniki tolerancji na właściwych miejscach.
6. Za pomocą przycisku 7 odsunąć odpowiednio kowadełko pomiarowe 5 i umieścić
pomiędzy kowadełkami mierzony wałeczek. Zwolnić przycisk 7 i ocenić poprawność
wykonania wałeczka. Wynik oceny zapisać w odpowiedniej rubryce karty pomiarów.
W/w czynności powtórzyć dla pozostałych wałeczków.
7. Obliczyć graniczną wartość błędu pomiaru transametrem przyjmując, że składają się nań
w głównej mierze następujące błędy cząstkowe:
- bÅ‚Ä…d pobrania Dðdd, (przyjąć, że w naszym przypadku Dðdd = Ä…ð 1 mðm);
- bÅ‚Ä…d przyrzÄ…du Dðpd (wg danych producenta Dðpd = Ä…ð1.6 mðm);
- bÅ‚Ä…d odtwarzania wymiaru przez stos pÅ‚ytek Dðwd, bÅ‚Ä…d ten wynika z bÅ‚Ä™dów odtwarzania
wymiarów przez poszczególne płytki stosu, dane na ten temat zawarto w tabeli 2;
- bÅ‚Ä…d zerowania Dðzd, wartość bÅ‚Ä™du zerowania zależy m.in. od starannoÅ›ci, z jakÄ… czynność
tÄ… przeprowadzamy; w naszym przypadku przyjąć, że Dðzd = Ä…ð 0,5×ðwe;
- bÅ‚Ä…d ustawienia wskazników pola tolerancji Dðrd ( Ä…ð 0,5×ðwe) oraz
- bÅ‚Ä…d oceny poÅ‚ożenia wskazówki wzglÄ™dem wskaznika pola tolerancji Dðod (Ä…ð 0,3×ðwe);
Założyć, że w/w błędy są wzajemnie niezależne. Przy tym założeniu niepewność wypad-
2
kowa Dðud =ð (ðDðu,id)ð i = {d, p, w, z, r, o}
åð
i
8. ObliczonÄ… wartość Dðud zamieÅ›cić w stosownej rubryce karty pomiarów.
Zadanie 3
Za pomocą mikrokatora zmierzyć wysokość wskazanych przez prowadzącego wałeczków.
W tym celu należy:
1. Pomierzyć zgrubnie wysokość wałeczka za pomocą suwmiarki.
2. Uwzględniając wynik pomiaru suwmiarką oraz zakres pomiarowy mikrokatora ustalić
wysokość stosu płytek, na który należy go wyzerować.
3. Dobrać z kompletu płytki umożliwiające zbudowanie stosu o ustalonej wysokości,
informacje o wybranych płytkach zamieścić w odpowiednich rubrykach karty pomiarów.
4. Zbudować stos o ustalonej wysokości i wyzerować mikrokator:
- dociskając zbudowany stos płytek do powierzchni stolika wsunąć go pod końcówkę
pomiarowÄ… mikrokatora;
- odblokować przesuw ramienia mikrokatora (rys. 5, pokrętło14) i za pomocą pokrętła 11
ustawić je tak, by wskazówka znalazła się w centralnej części zakresu pomiarowego
przyrządu, po czym przesuw ramienia zablokować;
- za pomocą pokrętła 15 ustawić korpus mikrokatora tak, aby przyrząd wskazywał zero,
przy czym do precyzyjnego ustawiania wskazania można wykorzystać pokrętło 7 ;
- sprawdzić poprawność zerowania ponownie mierząc ten sam stos płytek; w razie
potrzeby wskazanie odpowiednio skorygować (pokrętło 7 )
8
Instytut Obrabiarek i TBM PA
5. Dociskając lekko mierzony wałeczek do powierzchni stolika mikrokatora wsunąć go pod
końcówkę pomiarową przyrządu.
6. Dokonać odczytu wskazania mikrokatora, odczytanÄ… wartość að wpisać do karty pomiarów.
7. Czynności 5 6 powtórzyć dla pozostałych eksponatów.
8. Sprawdzić ponownie wyzerowanie przyrządu. W przypadku stwierdzenia istotnych różnic
wszystkie wymienione czynności należy powtórzyć.
9. Opracować uzyskane wyniki
Ponieważ pomiary wysokości wałków dokonane zostały metodą różnicową więc
zgodnie z L2 opracowanie wyniku pomiaru winno się odbyć wg następującego algorytmu:
Wysokości mierzonych wałków określa zależność
hz,p = w - Dðmw + að - Dðmað
gdzie:
hz,p - wartość zaobserwowana poprawna wysokości wałka;
w - nominalna wysokość stosu płytek, którego użyto do wyzerowania mikrokatora,
w = i =ð 1,2,... gdzie Li nominalne dÅ‚ugoÅ›ci pÅ‚ytek wchodzÄ…cych w skÅ‚ad stosu;
åðLi
i
Dðmw wartość Å›rednia bÅ‚Ä™du wysokoÅ›ci odtwarzanej przez stos pÅ‚ytek wzorcowych,
Dðmw =ð Li i =ð 1,2,...gdzie DðmLi wartoÅ›ci Å›rednie bÅ‚Ä™dów odtwarzania
åðDðm
i
płytek wchodzących w skład stosu; wartości te odczytujemy z metryczek
płytek wzorcowych, a jeśli metryczek brak przyjmujemy, że są równe zero
að - odczyt wskazania mikrokatora
Dðmað - bÅ‚Ä…d Å›redni wskazania mikrokatora (przy wskazaniu að); informacjÄ™ o wartoÅ›-
ci tego błędu może zawierać dokumentacja bądz protokół wzorcowania
przyrzÄ…du, jeżeli brak stosownych danych to przyjmujemy, że Dðmað = 0;
Niepewność wyniku pomiaru wysokości wałków określa zależność:
2
Dðuh = Dðuað +ð Dðuw +ð Dðuz
(ð )ð2 (ð )ð (ð )ð2
gdzie:
Dðuh - niepewność wyniku pomiaru wysokoÅ›ci waÅ‚ka;
Dðuað - niepewność wyniku pomiaru różnicy pomiÄ™dzy wysokoÅ›ciÄ… waÅ‚eczka a wy-
sokością stosu płytek (niepewność odnośnie poprawności wskazania mikro-
katora). Niepewność ta wynika z nieznajomości rzeczywistych wartości:
- bÅ‚Ä™du pobrania wielkoÅ›ci mierzonej Dðdh (odchyÅ‚ki ksztaÅ‚tu, zanieczyszcze-
nia, odkształcenia, itp. ); wartość błędu pobrania zależy m.in. od mierzone-
go eksponatu; w naszym przypadku przyjąć, że Dðdh = Ä…ð 1 mðm;
- bÅ‚Ä™du mikrokatora Dðph; wg danych producenta graniczne wartoÅ›ci tego bÅ‚Ä™du
wynoszÄ… Ä…ð1,2 mðm;
- bÅ‚Ä™du odczytu Dðoh, najczęściej przyjmuje siÄ™, że wartość tego bÅ‚Ä™du nie
przekracza Ä…ð 0,7 wartoÅ›ci dziaÅ‚ki elementarnej przyrzÄ…du;
Dðuw niepewność odnoÅ›nie wartoÅ›ci wysokoÅ›ci odtwarzanej przez stos pÅ‚ytek,
2
Dðuw =ð Li )ð gdzie DðuLi niepewność odtwarzania dÅ‚ugoÅ›ci przez i-
åð(ðDðu
i
tą płytkę stosu, dane na ten temat zawarto w tabeli 2;
Dðuz - niepewność zerowania; zależy m.in. od starannoÅ›ci z jakÄ… czynność tÄ… przepro-
wadzamy; w naszym przypadku można przyjąć, że jej wartość nie przekracza
połowy wartości działki elementarnej;
9
Instytut Obrabiarek i TBM PA
Uwzględniając powyższe mamy:
2
2 2 2
DðuLi +ð Dðuz 2
(ð )ð
Dðuh =ð Dðu,dh +ð Dðu,ph +ð Dðu,oh +ð åð
(ð )ð (ð )ð (ð )ð (ð )ð
i
Zadanie 4
Za pomocą optimetru projekcyjnego zmierzyć średnice wskazanego przez prowadzą-
cego wałeczka. W celu zwiększenia dokładności zastosować pomiar wielokrotny
1. Pomierzyć zgrubnie średnicę wałeczka za pomocą suwmiarki.
2. Uwzględniając wynik pomiaru suwmiarką oraz zakres pomiarowy optimetru ustalić
wysokość stosu płytek, na który należy go wyzerować.
3. Dobrać z kompletu płytki umożliwiające zbudowanie stosu o ustalonej wysokości,
informacje o wybranych płytkach zamieścić w odpowiednich rubrykach karty pomiarów;
4. Zbudować stos o ustalonej wysokości i wyzerować optimetr. W tym celu należy:
- dokręcić nakrętkę ustawczą 12 (p. rys. 7) do styku z ramieniem 11;
- odkręcić pokrętło blokady przesuwu zgrubnego (9);
- za pomocą nakrętki ustawczej 12 podnieść optimetr na odpowiednią wysokość;
- dociskając zbudowany stos płytek do powierzchni stolika 2 wsunąć go pod końcówkę
pomiarowÄ… optimetru;
- za pomocą nakrętki ustawczej 12 opuścić optimetr tak, aby jego końcówka pomiarowa
zetknęła się ze stosem płytek, a w polu odczytowym pojawił się obraz skali;
- zablokować przesuw zgrubny (pokrętło 9); w trakcie tej czynności następuje dość
znaczna zmiana wskazań, a nawet może się zdarzyć, że obraz skali zniknie (jeżeli obraz
skali zniknie regulację zgrubną trzeba powtórzyć);
- odkręcić pokrętło blokady przesuwu dokładnego (poz. 4);
- pokrętłem 10 ustawić wskazanie przyrządu na zero;
- zablokować przesuw dokładny (pokrętło 4); w trakcie tej czynności może nastąpić
niewielka zmiana wskazań, którą należy skorygować za pomocą pokrętła 8.
- wyjąć stos płytek, a następnie wsunąć go ponownie pod końcówkę pomiarową i spraw-
dzić wskazanie przyrządu, w razie potrzeby odpowiednio je korygując (pokrętło 8).
Przy wkładaniu i wyjmowaniu stosu wygodnie jest skorzystać z mechanizmu
podnoszenia końcówki pomiarowej (dzwignia 13);
5. Dociskając lekko mierzony wałeczek do powierzchni stolika optimetru przesunąć go
powoli pod końcówką pomiarową przyrządu, odczytać wskazanie maksymalne i zapisać je
w odpowiedniej rubryce karty pomiarów. Pomiary wałeczka powtórzyć od 6 do 10 razy
zmieniając za każdym razem miejsce pobrania wymiaru (przy różnych położeniach
osiowych i kątowych mierzonego wałeczka);
6. Sprawdzić ponownie wyzerowanie przyrządu. W przypadku stwierdzenia niezgodności
przekraczającej 1 działkę elementarną wszystkie uprzednie czynności należy powtórzyć.
7. Opracować uzyskane wyniki
Pomiar średnicy wałeczka za pomocą optimetru jest dokonywany metodą różnicową,
w zwiÄ…zku z czym algorytm opracowania wyniku jest podobny do algorytmu zastosowa-
nego w zadaniu 3. Pewne różnice wynikają z faktu, iż w niniejszym zadaniu zastosowano
pomiar wielokrotny. I tak:
Średnicę mierzonego wałka będzie w tym przypadku określać zależność
dz,p = w - Dðmw + að - Dðmað
10
Instytut Obrabiarek i TBM PA
gdzie:
dz,p - wartość zaobserwowana poprawna średnicy mierzonego wałka;
w, Dðmw i Dðmað - analogicznie jak w zadaniu 3;
að ð ð-ð ð ðwartość Å›rednia uzyskanych odczytów að ð=ð ð(ðað1ð ð+ð ðað2ð ð+ð ð.ð.ð.ð)ð/ðN
gdzie N jest liczbą uzyskanych wyników;
Na niepewność wyniku pomiaru średnicy wałeczka za pomocą optimetru składają się
dokładnie takie same niepewności cząstkowe, jakie wystąpiły w przypadku pomiaru
mikrokatorem w zadaniu 3. Jednakże ze względu na pomiar wielokrotny sumowanie tych
niepewności będzie realizowane nieco inaczej
Wyniki uzyskiwane w trakcie pomiaru wielokrotnego charakteryzujÄ… siÄ™ pewnym
rozrzutem wartości. Przyczyną wystąpienia tego rozrzutu są błędy cząstkowe o charakterze
przypadkowym. Statystyczna analiza wyników pomiaru wielokrotnego pozwala na oszaco-
wanie wartości granicznych sumy tych błędów. Nie daje natomiast żadnych informacji na
temat wartości błędów systematycznych, które muszą zostać oszacowane w inny sposób.
W związku z powyższym przy obliczaniu niepewności wyniku pomiaru wielokrot-
nego wszystkie istotne błędy cząstkowe należy podzielić na przypadkowe i systematyczne.
W naszym przypadku:
- bÅ‚Ä…d pobrania wielkoÅ›ci mierzonej Dðdd zaliczamy do przypadkowych, bo czynność
pobierania towarzyszy każdemu powtórzeniu pomiaru, a mierzony wymiar pobierany
jest z różnych miejsc wałka;
- bÅ‚Ä…d przyrzÄ…du Dðpd zaliczamy do systematycznych, bo za każdym razem używamy
tego samego przyrządu, błąd przyrządu wynika głównie z jego charakterystyki, która w
krótkim okresie czasu nie powinna ulegać istotnym zmianom;
- bÅ‚Ä…d odczytu Dðod zaliczamy do przypadkowych, bo odczytów dokonujemy przy
każdym powtórzeniu, a główny składnik tego błędu zaokrąglenia zmieniają się w
zależności od wskazania przyrządu zarówno co do wartości jak i znaku;
- bÅ‚Ä…d wzorca Dðw zaliczamy do systematycznych, bo ten sam stos pÅ‚ytek, użyty w
dodatku jednorazowo, był wspólny dla wszystkich powtórzeń;
- bÅ‚Ä…d zerowania Dðz zaliczamy do systematycznych, bo czynność zerowania byÅ‚a
wspólna dla wszystkich powtórzeń;
Niepewność całkowitą wyniku pomiaru wielokrotnego można traktować jako sumę
p
dwu niepewnoÅ›ci czÄ…stkowych: niepewnoÅ›ci przypadkowej Dðu d (wynikajÄ…cej z szacowa-
nia wartości sumy błędów o charakterze przypadkowym) i niepewności systematycznej
s
Dðud (wynikajÄ…cej z szacowania wartoÅ›ci sumy bÅ‚Ä™dów o charakterze systematycznym)
2
2
p s
Dðud = Dðu d +ð Dðud
(ð )ð (ð )ð
Wartość niepewności przypadkowej wyniku pomiaru wielokrotnego wyznacza się w
oparciu o rozrzut wartości uzyskanych wyników. Obowiązuje zależność:
p
Dðu d =ð tg ×ð sað
gdzie:
tg wartość graniczna zmiennej t rozkładu Studenta, taka, że prawdopodobieństwo
zdarzenia, że -tg < t < tg jest równe przyjętemu poziomowi ufności p. Zaleca się
przyjmować p= 95% Wartości graniczne zmiennej t dla różnej liczby powtórzeń
i różnych poziomów ufności zestawiono w tabeli 3;
11
Instytut Obrabiarek i TBM PA
sað - Å›rednie odchylenie kwadratowe Å›redniej arytmetycznej uzyskanych wyników;
N
1
2
sað =ð
åð(ðaði
N ×ð(ðN -ð1)ð×ð -ð að)ð
i=ð1
Wartość niepewności systematycznej wyniku pomiaru wielokrotnego oblicza się
sumując niepewności związane z szacowaniem wartości wszystkich błędów cząstkowych o
charakterze systematycznym. W naszym przypadku:
2
2
s
Dðud =ð Dðu,pd +ð Dðuw +ð Dðuz
(ð )ð (ð )ð (ð )ð2
gdzie:
Dðu ,pd - niepewność wynikajÄ…ca z szacowania wartoÅ›ci bÅ‚Ä™du przyrzÄ…du; wg danych
producenta bÅ‚Ä…d ten nie przekracza wartoÅ›ci Ä…ð 0,0002 mm;
Dðuw niepewność co do wartoÅ›ci dÅ‚ugoÅ›ci odtwarzanej przez stos pÅ‚ytek (wartość
szacujemy identycznie jak w zadaniu 3)
Dðuz niepewność zerowania (wartość okreÅ›lamy podobnie jak w zadaniu 3);
ZAACZNIK
TABELA 1. Dopuszczalne wartości błędów wskazań czujników zegarowych
Działka element. Granice błędów dopuszczalnych w przedziale:
we 0,1 obrotu 0,5 obrotu 2 obrotów całym
0,01 mm
Ä…ð 5 mðm Ä…ð 8 mðm Ä…ð 15 mðm Ä…ð 20 mðm
0,002 mm
Ä…ð 1 mðm Ä…ð 3 mðm Ä…ð 6 mðm Ä…ð 8 mðm
0,001 mm
Ä…ð 0,5 mðm Ä…ð 2 mðm Ä…ð 4 mðm Ä…ð 5 mðm
TABELA 2. Dopuszczalne wartoÅ›ci bÅ‚Ä™dów odtwarzania pÅ‚ytek wzorcowych [mðm]
Długość nominalna L Klasa dokładności wykonania płytek
[mm] 00 0 1 2
do 10 Ä…ð 0,06 Ä…ð 0,12 Ä…ð 0,25 Ä…ð 0,50
pow. 10 do 25 Ä…ð 0,07 Ä…ð 0,15 Ä…ð 0,30 Ä…ð 0,60
pow. 25 do 50 Ä…ð 0,10 Ä…ð 0,20 Ä…ð 0,40 Ä…ð 0,80
TABELA 3. Rozkład Studenta. Wartości graniczne tg p(-tg
k = N-1 Å»ð pi = 80% pi = 90% pi = 95% pi = 98% pi = 99%
...
4 1,533 2,132 2,776 3,747 4,604
5 1,476 2,015 2,571 3,365 4,032
6 1,440 1,943 2,447 3,143 3,707
7 1,415 1,895 2,365 2,998 3,499
8 1,397 1,860 2,306 2,896 3,355
9 1,383 1,833 2,262 2,821 3,250
10 1,372 1,812 2,228 2,764 3,169
11 1,363 1,796 2,201 2,718 3,106
12 1,356 1,782 2,179 2,681 3,055
12
Instytut Obrabiarek i TBM PA
13
Instytut Obrabiarek i TBM PA
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
INSMWG11
INSMWG10B
INSMWG05
INSMWG04
INSMWG10
INSMWG03
INSMWG09
więcej podobnych podstron