Турдаков С.В., Будагов И.В., Кореневский В.В. Методические указания к лабораторным работам - файл n1.doc

Турдаков С.В., Будагов И.В., Кореневский В.В. Методические указания к лабораторным работам
скачать (910 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc910kb.21.10.2012 18:12скачать

n1.doc

Министерство образования Российской Федерации
Кубанский государственный технологический университет
Кафедра транспортных сооружений

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ


Методические указания

к лабораторным работам

для студентов дневной и заочной форм обучения

по специальностям 291000 – Автомобильные дороги и аэродромы

и 311100 – Городской кадастр

Краснодар

2002

Составители: ст. преп. С.В. Турдаков


ст. преп. И.В. Будагов

ст. преп. В.В. Кореневский
УДК 389.14

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ. Методи-ческие указания к лабораторным работам для студентов дневной и заочной форм обучения по специальностям 291000 – Автомобильные дороги и аэродромы и 311100 – Городской кадастр / Сост. С.В. Турдаков, И.В. Будагов, В.В. Кореневский ; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. транспортных сооружений. – Краснодар: Изд – во КубГТУ, 2002. – 36 с.


Представлены методика и порядок проведения и оформления лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация». Предназначены для студентов 2 - 3 курсов дневной и 3 - 4 курсов заочной форм обучения по специальностям 291000 – Автомобильные дороги и аэродромы и 311100 – Городской кадастр.
Ил. 20. Табл. 9. Прил. 1. Библиогр.: 7 назв.
Печатается по решению Редакционно – издательского совета Кубанского государственного технологического университета
Рецензенты: канд. техн. наук, проф. В.Л. Кучеренко (КубГТУ)

председатель ПК «Краснодаравтодорпроект»

А.А. Петрович

Содержание



1
2
3
4
5
6
7


Введение…………………………………………………………………..

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Однократные измерения…………………………………………………

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Многократные измерения……….……………………………………….

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Метрологическая аттестация средств измерений…………….………...

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Калибровка средств измерений………………………………………….

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Поверка средств измерений……………………………………………...

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Случайные погрешности измерений……………………….….………..

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Систематические погрешности измерений……………………………..

Заключение………………………………………………………………..

Список литературы……………………………………………………….

Приложение 1……………………………………………………………..

4
5
8
13
17
20
26
31

34

35

36







Введение
Метрология, стандартизация и сертификация неразрывно связаны между собой, поэтому изучение их в одном учебном курсе даёт более полное представление о важности каждого из этих направлений деятельности и их совокупности для становления рыночной экономики в стране, обеспечения квалифицированного участия в многогранной деятельности инженерного корпуса по повышению качества продукции.

Знания в области стандартизации и сертификации в одинаковой степени важны для научных специалистов, менеджеров, инженеров всех отраслей деятельности, которые по-новому, осознанно и цивилизованно могут использовать возможности и преимущества стандартизации и сертификации в качестве весовых составляющих конкурентоспособности различных производств.

Роль единства измерений в области различных форм собственности не менее важна, и вместе с тем с принятием указанного выше закона «Об обеспечении единства средств измерений» в России начался новый этап развития метрологии, который характеризуется переходом от административного принципа управления метрологической деятельностью к законодательному. Вместе с тем этот закон позволяет сохранить принцип государственного характера метрологического дела при значительной степени гармонизации российской системы измерений с международной практикой.

Изучение дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация» в числе основных дисциплин даёт возможность будущим инженерам более осознанно подходить к современным возможностям и реалиям, которые даёт развивающаяся рыночная экономика в нашей стране.

В разработанных методических указаниях изложена методика проведения лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация», изучаемой студентами 3 курса специальности 291000 – Автомобильные дороги и аэродромы и 2 курса специальности 311100 – Городской кадастр.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОДНОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ




Цель работы:



Приборы и оборудование:
Измеряемые параметры:

определить результат однократного прямого измерения

мерная геодезическая лента ЛЗ-20-П – 1 шт.

вешки – 2 шт.

расстояние между вешками



Содержание работы



Измерением называют совокупность операций, выполняемых с помощью технического средства, хранящего единицу величины и позволяющего сопоставить с нею измеряемую величину.

Измерения различают по способу получения информации, по характеру изменений измеряемой величины в процессе измерений, по количеству измерительной информации, по отношению к основным единицам.

Подавляющее большинство измерений являются однократными. Однократные измерения – это одно измерение одной величины, то есть число измерений равно числу измеряемых величин. Практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому следует проводить не менее трех однократных измерений и находить конечный результат как среднее арифметическое значение. Преимуществом такого вида измерений является их высокая производительность, то есть количество измерений в единицу времени и низкая стоимость.

Одним из основных условий для проведения однократного измерения служит наличие исходной информации. В ходе её анализа уясняется физическая сущность изучаемого объекта, уточняется его модель, определяются влияющие факторы и меры, направленные на уменьшения их влияния, значения поправок, принимается решение в пользу той или иной методики измерения, выбирается средство измерения, изучаются его метрологические характеристики.

Если исходной информации нет, то используется информация о том, насколько значение измеряемой величины может отличаться от результата однократного измерения. Такая информация бывает представлена классом точности средства измерения.

Классом точности называется обобщенная характеристика всех средств измерений данного типа, устанавливающая оценку точности их показаний.

Порядок выполнения работы



Работу выполняют на горизонтальной, хорошо просматриваемой площадке. Бригада студентов, состоящая из 3 – 5 человек, устанавливает две вешки на расстоянии не более 30 метров друг от друга. В целях обеспечения техники безопасности вешки не рекомендуется устанавливать на обочине автомобильной дороги, либо на тротуаре улицы, расположенном вдоль проезжей части. Затем расстояние между вешками измеряют мерной геодезической лентой и результат записывают в журнал. Так как практическое применение такого вида измерений всегда сопряжено с большими погрешностями, поэтому необходимо провести не менее трех однократных измерений расстояния между вешками.



Рисунок 1 – Схема к определению расстояния между вешками

1 – вешки; 2 – мерная геодезическая лента
Обработка результатов измерений
1. Однократное измерение, выполненное на горизонтальной площадке, путем измерения мерной геодезической лентой типа ЛЗ-20-П расстояния между двумя вешками принимают как значения отсчета li.

2. Определение среднего арифметического значения результатов измерений расстояния между вешками по формуле:

1 3

lср =  li (1)

3 i=1

li – результат однократного измерения расстояния, м

3. Перевод единственного значения отсчета lср в единственное значение показания Li = lср (Q). Единственное значение отсчета lср дает одно единственное значение показания Li средства измерения, имеющее ту же размерность, что и измеряемая величина.

4. Внесение в показание поправки и получение результата однократного измерения по формуле:

Qi = Li +  (2)

где  - значение поправки.

5. Определение максимально возможного отклонения  результата однократного измерения Qi от значения измеряемой величины Q. Конечной целью измерительного эксперимента является получение достоверной количественной информации о значении измеряемой величины Q. Результат измерения Q подчиняется нормальному закону распределения вероятности со средним квадратическим отклонением Ga = Gl , но смещенному по отношению к закону распределения вероятности показания на значение поправки , внесение которой обеспечивает правильность измерения. Задавшись доверительной вероятностью Р, необходимо используя рисунок 2 (по верхней кривой) определить, на сколько Ga результат однократного измерения может отличаться от среднего значения результата измерения Qi, равного значению измеряемой величины Q.

Рисунок 2 – Вероятность попадания отдельного значения результата измерения

в окрестность среднего значения

6. Определение пределов, в которых находится значение измеряемой величины. Обозначив половину доверительного интервала через  найдем, что с выбранной вероятностью:

Qi –  < Q < Qi +  (3)
Оформление работы
В журнале лабораторных работ должны быть отражены: название работы, цель её проведения, перечень применяемого оборудования и его основные характеристики, описание методики выполнения измерений, величины поправки, расчетные формулы и результаты расчетов.

Необходимо сделать вывод о конечной цели измерительного эксперимента и о достоинствах (недостатках) однократного измерения физической величины.

Вопросы для самоконтроля





  1. Какая существует классификация видов измерений?

  2. Какие измерения называются однократными?

  3. Что является объектом измерений?

  4. Что называется системой единиц физических величин?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

МНОГОКРАТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ




Цель работы:



Приборы и оборудование:

Измеряемые параметры:

определить результат многократного прямого

измерения

уклономер КП – 206

поперечный уклон дорожного покрытия



Содержание работы



Многократные измерения характеризуются превышением числа измерений количества измеряемых величин. Обычно минимальное число измерений в данном случае больше трех. Одним из основных преимуществ многократных измерений является значительное снижение влияний случайных факторов на погрешность измерения. Вполне объективными могут считаться только те измерения, которые выполнены с помощью специальных технических средств. Такие измерения называются инструментальными. Среди них могут быть автоматизированные и автоматические измерения. При автоматизи-рованных измерениях роль человека полностью не исключена. Автоматические же измерения выполняются без участия человека. Результат их представляется в форме документа и является совершенно объективным.

Многократные измерения одной и той же величины постоянного размера производятся при повышенных требованиях к точности измерений. В ходе проведения измерений получают массив данных. Наличие такого массива экспериментальных данных позволяет получить информацию о законе распределения вероятности результата многократного измерения. Используя статистические методы обработки полученных данных, можно определить среднее значение результата измерения, а по правилу «трех сигм» исключить из массива ошибочные данные.

Порядок выполнения работы



Уклономер КП – 206 предназначен для измерения поперечных уклонов дорожного полотна с асфальтобетонным покрытием (рисунок 3).

Таблица 1 – Технические характеристики прибора

Технические характеристики

Значение

1 Тип

переносной

2 Пределы измерений, 0/00

от 0 до 60

3 Точность измерения, 0/00

3

4 Габаритные размеры, мм

  • длина

  • ширина

  • высота


1000 1

60 0,5

55 0,5

5 Масса прибора, кг

не более 2,0


Рисунок 3 – Уклономер КП – 206


1 – основание; 2 – корпус; 3 – рычаг; 4 – ручки с лимбом; 5 – фиксатор;

6 – стрелки; 7 – ампулы уровня
Основание 1 служит для установки прибора на дюралевой рейке при производстве замеров. Для предотвращения смещения уклономера при измерении на основании 1 смонтированы четыре фиксатора 5. Рычаг с установленным винтом 3 служит для изменения положения ампулы уровня 7. Ручка с лимбом 4 служит для поворота рычага 3 и фиксации показаний уклономера.

Измерение поперечного уклона дорожного покрытия происходит следующим образом. Устанавливается дюралевая рейка на дорожное покрытие в месте замера уклона. Место, где производится замер, не должно иметь выбоин, рытвин или бугров, способных исказить результаты измерений. После установки уклономера на рейку опускают фиксатор 5. Ручкой 4 добиваются установки ампулы уровня 7 в горизонтальное положение. По лимбу снимают отчет показания прибора. Замер производят не менее 30 раз.
Обработка результатов измерений
1. Полученные измерения поперечного уклона дорожного покрытия заносят в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты измерений

Номер опыта

1

2

3

…….

30

х
















Q = хi + 
















2. Определим поправку  из технического паспорта прибора. Внесем поправку и получим 30 независимых результатов, согласно таблице 2.

3. Определить диапазон измеренных значений

 Q = Qmax – Qmin (4)

4. Разделим диапазон на «К» интервалов (разрядов). При числе измерений 30 – 100 рекомендуемое число интервалов от 7 до 9.

 Q

 Q = (5)

К


5. Определим количество «ni» измеренных значений Q, приходящихся на один разряд и занести в таблицу 3.

Таблица 3 – ni - измеренных значений Q

Разряд


Q

ni

1

Qmin … (Qmin +  Q )



2

(Qmin +  Q ) … (Qmin + 2  Q )





















К

(Qmin + (К – 1)  Q ) … Qmax



ni = 30

6. Найдем частоту, соответствующую каждому разряду по формуле:

ni

mi = (6)

ni


7. Построим статистический ряд и оформить его графически в виде гистограммы (рисунок 4). Для этого по оси абсцисс отложить разряды и на каждом из разрядов построить прямоугольник, в качестве высоты которого взять величину hi, определяемую по формуле:

mi

hi = (7)

 Q

После построения гистограммы, соединяют отрезками прямых середины верхних сторон прямоугольников, получая при этом ломанную линию называемую полигоном, как показано на рисунке 4.




8. Определим среднее значение Qi в каждом разряде по формуле:



Qi = Qmin + 0,5  Q + (К – 1)  Q (8)
9. Определим статистическое среднее математическое ожидание Мi случайной величины Qi по формуле:

К –

Мi =  Qi mi (9)

i=1



Рисунок 4 – Гистограмма и полигон результатов многократного измерения



10. Определим статистическую дисперсию по формуле:

К –

S2 =  (Qi – Мi)2 mi (10)

i=1

11. Определим среднее квадратическое отклонение по формуле:
G =  S2 (11)

12. Результаты расчетов по формулам 6 – 11 необходимо свести в сводную таблицу 4.

Таблица 4 – Сводная ведомость обработанных результатов многократных

измерений

Разряд


1

2

3



К

mi















hi















Qi















Мi















S2















G















Оформление работы



В журнале лабораторных работ необходимо указать название работы, цель её проведения, перечень применяемого оборудования и его основные характеристики, описание методики выполнения измерений, схематический рисунок прибора, расчетные формулы и таблицы, начертить гистограмму и полигон.

Необходимо сделать вывод о конечной цели измерительного эксперимента, о достоинствах (недостатках) многократного измерения физической величины, о соответствии поперечного уклона дорожного покрытия нормативным значениям.

Вопросы для самоконтроля





  1. Какие измерения называются многократными?

  2. Какие в метрологической практике существуют разновидности шкал?

  3. Что означают понятия «шкала измерений», «принцип измерений» и «метод измерений»?

  4. Что называется количественной и качественной характеристикой измеряемой величины?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ




Цель работы:



Приборы и оборудование:

Измеряемые параметры:

выполнить метрологическую аттестацию поле-вого курвиметра КП - 203

а) мерная геодезическая лента – 1 шт.

б) полевой курвиметр КП - 203 – 1 шт.

в) металлическая линейна – 1 шт.

г) рулетка РС – 10 – 1 шт.

расстояние, габаритные размеры прибора



Содержание работы



Метрологической аттестацией называется совокупность действий, направленных на всестороннее исследование средства измерения, выполняемое метрологическим органом для определения метрологических характеристик этого средства измерения, и выдача документа с указанием полученных данных.

Метрологическими характеристиками средств измерений называются такие их технические характеристики, которые влияют на результаты и точность измерений. Существуют две группы метрологических характеристик: градуировочные характеристики, определяющие соотношение между сигналами на входе и выходе средства измерения в статическом режиме; динамические характеристики, отражающие инерционные свойства средств измерений при воздействии на них меняющихся во времени величин.

На метрологические характеристики средств измерений установлены нормы, которые приводятся в эксплуатационной документации (паспорте, инструкции, техническом описании). Обычно метрологические характеристики нормируются раздельно для нормальных и рабочих условий применения средств измерений. Нормальными являются такие условия, при которых изменением метрологических характеристик под воздействием влияющих величин принято пренебрегать.

Для большинства типов средств измерений нормальными условиями применения являются: температура 293  5 К; атмосферное давление 100  4 кПа; относительная влажность 65  15 % и электрическое напряжение в сети 220 В  10 %.

Порядок выполнения работы



Полевой курвиметр КП – 203 предназначен для измерения расстояний и разбивки в полевых условиях обследуемых участков. Курвиметр (в соответствии с рисунком 5) представляет собой колесо 1 с длиной окружности равным один метр, установленное в вилке 2 и соединенное посредством передаточного механизма 3 со счетчиком 4. К вилке 2 прикреплена штанга 5, оканчивающаяся рукояткой 6. Счетчик 4 имеет пять разрядов, что позволяет отсчитывать длины от 0,1 до 10000 метров.


Рисунок 5 – Полевой курвиметр КП - 203

1 – колесо; 2 – вилка; 3 – передаточный механизм;

4 – счетчик; 5 – штанга; 6 - рукоятка
Измерение расстояний производится прокатыванием курвиметра по участку дороги. При этом вращение колеса 1 через механизм 3 передается на счетчик 4, который и фиксирует пройденное расстояние.

При проведении метрологической аттестации прибора должны быть выполнены операции, указанные в таблице 5.
Таблица 5 – Операции при метрологической аттестации прибора КП-302


Наименование операции

Требования по аттестации

1 Проверка комплектности документации с оценкой полноты и правильности выражения в ней метро-логических характеристик

а) комплект документации, представленной на аттестацию, должен соответствовать требова-ниям ГОСТ 8.326 – 78;

б) построение, изложение и оформление доку-ментов, согласование и утверждение должно со-ответствовать требованиям ГОСТ 15.0001 – 88, а эксплуатационная документация – требованиям ГОСТ 2.601 – 68;

в) полнота, правильность выбора и способ выражения метрологических характеристик прибора в технической документации должны соответствовать требованиям ГОСТ 8.009 – 84.

2 Внешний осмотр прибора

а) прибор должен быть укомплектован согласно требованиям эксплуатационной документации;

б) прибор не должен иметь механических повреждений.

Окончание таблицы 5

Наименование операции

Требования по аттестации

3 Определение габарит-ных размеров прибора

определение габаритных размеров производится путем обмера прибора металлической линейкой и рулеткой на предмет соответствия значениям представленным в технической документации

4 Определение погрешно-стей прибора при проведе-нии измерений

измерение расстояния, воспроизводимого образцовой мерной лентой


Определение величины погрешностей прибора при проведении измерений выполняют следующим образом: на ровном покрытии укладывают образцовую мерную ленту длиной 20 метров; устанавливают курвиметр на отметку, соответствующую нулевому показанию ленты; с помощью рычага сброса показаний на счетчике устанавливают нулевые значения; измеряют расстояние, воспроизводимое образцовой мерной лентой 5 раз, прокатывая курвиметр вдоль ленты в прямом и обратном направлениях.
Обработка результатов измерений
1. Определим среднее арифметическое значение результатов измерений по формуле: 5

Lcp = 1/5  Li (12)

i=1


где Li – результаты измерений, м.

2. Определим систематическую составляющую погрешность курвиметра по формуле:

с = Lcp – Lн (13)

где Lн - нормативное значение длины, равное 20 метрам.

3. Определим среднее квадратическое отклонение результатов измерений по формуле:

 (Li – Lcp)2

G =  n – 1 (14)

где n – количество измерений, равное 5.

4. Определим случайную составляющую погрешность прибора по формуле:



0 =  t  G (15)

где t – коэффициент Стьюдента, равный 2,78 при количестве измерений рав- ное 5 и доверительной вероятности 0,95.

5 Определим основную суммарную погрешность прибора по формуле:

0 =  с +  0 (16)

6. Определим основную погрешность прибора по формуле

0

 = 100 % (17)

Lп


где Lп – верхний предел измерений по шкале прибора, равный 20 метрам.
Погрешность полевого курвиметра КП – 203 согласно техническим характеристикам составляет 0,2 м на 100 м измеренного расстояния. Поэтому при проведении метрологической аттестации прибора предел допустимой основной приведенной погрешности не должен превышать  2 %. В противном случае проверяемый прибор бракуется.



Оформление работы



В журнале лабораторных работ необходимо указать название работы, цель её проведения, перечень применяемого оборудования и его основные характеристики, описание методики выполнения метрологической аттестации прибора, схематический рисунок полевого курвиметра, расчетные формулы и полученные результаты.

Результаты метрологической аттестации полевого курвиметра КП – 203 необходимо оформить протоколом по ГОСТ 8.326 – 78 (приложение 1).

Необходимо сделать вывод о конечной цели проведенной метрологической аттестации прибора, а также о величине полученной основной приведенной погрешности полевого курвиметра.

Вопросы для самоконтроля





  1. Что называется метрологическими характеристиками средств измерений?

  2. Какие существуют группы метрологических характеристик средств измерений?

  3. Что называется классом точности средств измерений?

  4. Какие основные функции Государственной метрологической службы Российской Федерации?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

КАЛИБРОВКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ




Цель работы:


Приборы и оборудование:


Измеряемые параметры:

калибровка прибора нивелир Н-3

а) нивелир Н-3 – 1 шт.,

б) штатив – 1 шт.,

в) рейка – 1 шт.

расстояния и превышения



Содержание работы



Калибровка средств измерений – это совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик и пригодности к применению средств измерений, не подлежащих государственному метрологическому контролю и надзору. Под пригодностью средства измерения подразумевается соответствие его метрологических характеристик ранее установленным техническим требованиям, которые содержаться в нормативных документах.

Калибровка заменила ранее существующую в нашей стране ведомственную проверку и метрологическую аттестацию средств измерений. В отличии от поверки, которую осуществляют органы государственной метрологической службы, калибровка может проводится физическим лицом при наличии надлежащих условий для квалифицированного выполнения этой работы.

Калибровка – это добровольная операция, и её может выполнить также и метрологическая служба самого предприятия или организации. Это ещё одно отличие от поверки, которая, как уже сказано выше, обязательна и подвергается контролю со стороны органов государственной метрологической службы.
Порядок выполнения работы
Нивелир – это прибор, предназначенный для измерения высот точек, превышений, расстояний. Нивелиры подразделяются на высокоточные (Н-05), точные (Н-3), технические (Н-10, Н-10К). Устройство нивелира и его поле зрения представлено на рисунках 6 и 7.

Перед началом работы с нивелиром необходимо выполнить установку прибора в рабочее положение, затем, выполнив ряд несложных операций, определить пригодность инструмента к работе. Данные операции необходимо выполнять каждый раз перед началом работы с прибором.

Порядок выполнения калибровка инструмента заключается в выполнении следующим операций:

1. Условие: ось круглого уровня должна быть параллельна вертикальной оси нивелира.

Рисунок 6 – Нивелир Н-3

1,2 – закрепительный и наводящий винты зрительной трубы; 3 – круглый уровень; 4 – элевационный винт; 5 – окуляр; 6 фокусирующая кремальера

Рисунок 7 – Поле зрения нивелира Н-3
Выполнение: действуя подъемными винтами приводят пузырек уровня в нуль – пункт. Затем поворачивая нивелир вокруг вертикальной оси на 180 0. Если пузырек уровня оказался в нуль – пункте, то условие выполнено.

Допуск: пузырек может отклониться не более чем на половину деления.

Исправление: действуя подъемными винтами, смещают пузырек уровня в направлении к нуль пункту на половину дуги отклонения, а затем действуя исправительными винтами приводят пузырек в нуль – пункт. Затем повторяют выполнение калибровки. И так до тех пор, пока поставленное условие не будет выполняться.

2. Условие: горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна к вертикальной оси нивелира.

Выполнение: на расстоянии 5 – 10 метров от нивелира устанавливают рейку, располагая её изображение на краях поля зрения трубы, затем снимают отсчеты по двум концам горизонтальной нити.

Допуск: если отсчеты одинаковы, то условие выполняется.

Исправление: действуя исправительными винтами сетки нитей добиваются получения одинаковых отсчетов.

3. Условие: визирная ось трубы должна быть параллельна оси цилинд-рического уровня.

Выполнение: между выбранными точками А и В на равном расстоянии на станции I устанавливают нивелир. На точках А и В располагают рейки. По рейкам снимают отсчеты N1 и V1, которые отличаются на одну и ту же величину Y, представляющую собой ошибку в отсчетах из – за невыполнения условия. Тогда, согласно таблице 6, превышение между точками будет равно:

Таблица 6 – Результаты отсчетов

N1

V1

i2

h

N2

V2

1732

1845

1750

113

1639

1752


h = N1 – Y – (V1 – Y) = N1 – V1 (18)

Затем рейку переносят на станцию II в точку А, измеряют величину i2 и определяют правильное значение отсчета V2 по рейке, установленной в точке В, по формуле:

V2 = i2 – h (19)

Допуск: если отсчет по рейки со второй станции совпадает с отчетом V2 или отличается от него не более чем на 4 мм, то условие выполняется.

Исправление: вращая элевационный винт, устанавливают визирную ось на отсчет V2 и действуя вертикальными исправительными винтами уровня совмещают изображение концов пузырька уровня.

Оформление работы



В отчете необходимо отразить название работы, цель проведения, перечень применяемого оборудования, описание устройства нивелира, схематический рисунок прибора, условие, порядок выполнения калибровок и расчетные данные.

Необходимо сделать вывод о конечной цели проведения калибровки прибора, а также о результатах выполненной работы.

Вопросы для самоконтроля





  1. Что называется калибровкой средств измерений?

  2. Какие существуют методы калибровки средств измерений?

  3. Какие существуют виды межкалибровочных интервалов?

  4. Приведите схему российской службы калибровки средств измерений.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ПОВЕРКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ




Цель работы:


Приборы и оборудование:


Измеряемые параметры:
порядок выполнения поверок теодолита 2Т-30

а) теодолит 2Т-30 – 1шт,

б) штатив – 1шт,

в) рейка – 1шт

горизонтальные и вертикальные углы



Содержание работы



Поверка средств измерений – это совокупность действий, выполняемых государственной метрологической службой для определения соответствия точностных характеристик регламентированным значениям и возможных погрешностей средств измерений. Допускается применение четырех методов поверки средств измерений: непосредственное сличение с эталоном; сличение с помощью компаратора; прямые и косвенные измерения величины.

В основе метода непосредственного сличения лежит проведение одновременных измерений физической величины поверяемым и эталонным приборам. Для второго метода необходим компаратор – прибор сравнения, с помощью которого сличаются поверяемое и эталонное средства измерения. Метод прямых измерений применяется, когда имеется возможность сличить испытуемый прибор с эталонным в определенных пределах измерений. В целом принцип этого метода аналогичен методу непосредственного сличения, но методом прямых измерений производится сличение на всех числовых отметках каждого диапазона. Метод косвенных измерений применяется, когда действительные значения измеряемых величин невозможно определить прямыми измерениями либо когда косвенные измерения оказываются более точными, чем прямые.

Поверочные схемы разделяются на государственные и локальные. Государственные поверочные схемы распространяются на все средства измерений данного вида, применяемые в стране, локальные же, в свою очередь, предназначены для метрологических органов министерств, распространяются они также и на средства измерений подчиненных предприятий.
Порядок выполнения работы
Теодолит – это геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Теодолиты подразделяются высокоточные, точные, технические. Устройство теодолита представлено на рисунке 8.


Рисунок 8 – Теодолит 2Т-30

1 - закрепительный винт лимба; 2 - закрепительный винт алидады; 3 – наводя-щий винт алидады; 4 - цилиндрический уровень; 5 - наводящий винт трубы; 6 - фокусирующий винт; 7 - объектив зрительной трубы; 8 - закрепительны винт трубы; 9 - кожух; 10 - визир; 11 - окуляр микроскопа; 12 - диоптрийное кольцо трубы; 13 - колонки зрительной трубы; 14 – исправительные винты уровня; 15 - трегер (подставка); 16 - наводящий винт лимба; 17 - подъёмный винт; 18 - дно футляра; 19 - прижимная пластинка; 20-штатив; 21 - становой винт; 22 - крючок
Установка теодолита состоит из двух основных операций:

а) центрирование – осуществляется с помощью нитяного или оптического отвеса, добиваясь совмещения острия отвеса с центром пункта. Штатив устанавливают так, чтобы его головка заняла горизонтальное положение, а центр отверстия головки находился примерно на вертикали, проходящей через точку. Допускаемое отклонение острия отвеса от центра пункта не должно превышать 1-3 мм.

б) нивелирование – заключается в приведение вертикальной оси теодо-лита в отвесное положение. Для этого цилиндрический уровень горизонтального круга устанавливают параллельно двум подъёмным винтам и, вращая их в разные стороны, приводят пузырёк в середину ампулы (нуль-пункт). Затем поворачивают алидаду на 90 градусов и приводят пузырёк в середину ампулы (нуль-пункт), вращая третий винт. Вышеперечисленное повторяют пока пузырёк уровня не будет отклонятся не более чем на одно деление.

Чтобы обеспечить ожидаемую точность измерения углов теодолит должен удовлетворять ряду геометрических условий, которые определяются взаимным расположением осей теодолита. Расположение осей теодолита представлено на рисунке 9.


Рисунок 9 – Расположение осей теодолита

HH’- ось вращения зрительной трубы; UU’- ось цилиндрического уровня

алидады горизонтального круга; WW’- визирная ось; ZZ’ – ось вращения прибора
1. Поверка цилиндрического уровня алидады горизонтального круга.

Условие: ось цилиндрического уровня алидады UU’ должна быть перпендикулярна к оси ZZ’ вращения прибора.

Выполнение поверки: вращением алидады устанавливают уровень параллельно двум подъёмным винтам и при их вращении в разные стороны приводим пузырёк уровня в нуль-пункт. После чего поворачиваем алидаду на 180 градусов.

Допуск: пузырек может отклониться не более чем на половину одного деления.

Исправление: с помощью исправительных винтов уровня переместить пузырёк по направлению к нуль - пункту на половину отклонения и повторить поверку.

2. Поверка коллимационной ошибки .

Условие: визирная ось WW’ должна быть перпендикулярна к оси вращения зрительной трубы прибора HH’

Рисунок 10 – Схема определения коллимационной ошибки
Выполнение поверки: трубу теодолита при КЛ наводим на удаленный предмет и снимаем отсчет (Л1) по горизонтальному кругу. Затем переводим трубу через зенит, наводим на тот же предмет и снимаем отсчет (П1). Далее переставляем лимб на 180 градусов выполнив наведение на предмет при КЛ КП снимаем отчеты (Л2 и П2), а затем вычисляем коллимационную ошибку по формуле 20.
Таблица 7 – Вычисление коллимационной ошибки

Л1

П1

Л2

П2

0 10

180 11

19 55

199 55


С=((Л1 – П1 ± 180 )+(Л2 – П2 ± 180)):4 (20)

С=((0 10 – 180 11 +180)+(19 55 – 199 55 + 180)) / 4

Вычислив коллимационную ошибку получили: С=0 00 15

Допуск: коллимационная ошибка не должна превышать двойной точности отчетного приспособления теодолита.

Исправления: вычисляют «правильный» отсчет (М) (в зависимости от того, при каком круге закончены измерения) по одной из формул: М=П+С; М=Л-С, и установить алидаду так, чтобы отчет был равен «правильному» отчёту (М). Перекрестие сетки нитей совместить с изображением наблюдаемого предмета и повторить поверку .

3. Поверка равенства подставок зрительной трубы.

Условие: ось вращения зрительной трубы HH’ должна быть перпен-дикулярна к основной оси ZZ теодолита.

Рисунок 11– Схема выполнения поверки равенства подставок зрительной трубы
Выполнение поверки: теодолит устанавливают в рабочие положение на расстоянии 10 - 20 метров от здания, на стене которого выбирают высоко расположенную точку Р. После наведения прибора на эту точку, наклоняют трубу до горизонтального положения, отмечают на стене проекцию перекрестия нитей. Переводим трубу через зенит, снова визируем на ту же точку Р и намечаем на стене вторую проекцию перекрестия нитей. После выполнения поверки точки совпали, это значит, что условие НН’ перпендикулярна ZZ’ выполнено, то есть исправления не нужны.

Допуск: значение i не должно превышать двойной точности отчетного приспособления теодолита i<2t и X<+4 мм. Если эти условия не выполняются, то проводят юстировку.

Исправление: юстировка возможна только в мастерской.
4. Поверка положений сетки нитей

Условие: вертикальная нить сетки должна находится в коллимационной плоскости трубы.



Рисунок 12 – Схема выполнения поверки положений сетки нитей


Выполнение поверки: наведем зрительную трубу на хорошо видимую точку так, чтобы изображение оказалось совмещенным с одним из концов вертикальной нити и, передвигая сетку, следим за положением точки относительно вертикального штриха сетки нитей. При смещении точки со штриха, производят исправления. После выполнения поверки изображение точки m перемешалось по нити, следовательно исправления не нужны.

Исправление: предварительно ослабим торцовые винты, скрепляющие оправу сетки нитей с корпусом трубы, и повернем ее. После юстировки нужно повторить эту поверку.
Оформление работы
В отчете необходимо отразить название работы, цель проведения, перечень применяемого оборудования, описание устройства теодолита, схематический рисунок прибора, условие, порядок выполнения поверок, необходимые схемы, и расчетные данные.

Необходимо сделать вывод о конечной цели проведения поверок прибора, а также о результатах выполненной поверки теодолита 2Т-30.

Вопросы для самоконтроля





  1. Какие существуют способы обработки результатов измерений?

  2. Что называется поверкой средств измерений?

  3. Какие существуют поверочные схемы средств измерений?

  4. Приведите общий вид государственной поверочной схемы.








ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ




Цель работы:



Приборы и оборудование:

Измеряемые параметры:

исключить случайные погрешности в процессе определения плотности грунта

динамический плотномер Д-51А – 1 шт.

плотность грунта



Содержание работы



Погрешностью называют отклонение результата измерений от действительного (истинного) значения измеряемой величины. При этом следует иметь в виду, что истинное значение физической величины считается неизвестным и применяется в теоретических исследованиях; действительное значение физической величины устанавливается экспериментальным путем в предположении, что результат измерения в максимальной степени приближается к истинному значению. Погрешности измерений обычно приводятся в технической документации на средства измерений или в нормативных документах.

Случайные погрешности измерений – это погрешности, изменяющиеся случайным образом при измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности не могут быть полностью исключены из результата измерений. Однако, при проведении некоторого числа повторных опытов, используя теорию вероятностей и математическую статистику, можно уточнить результат. Сделать это можно используя, например, «правило трех сигм», которое формулируется следующим образом : «Если при многократном измерении одной и той же физической величины постоянного размера сомнительное значение результата измерения отличается от среднего значения больше чем на «три сигмы», то с вероятностью Р = 0,997 оно является ошибочным и его следует отбросить».

Порядок выполнения работы



Динамический плотномер Д-51А предназначен для оперативного контроля степени уплотнения песчаных и пылевато-глинистых грунтов в земляных сооружениях на глубине до 30 см.

Динамический плотномер (рисунок 15) состоит из штанги с коническим наконечником 1, направляющей 2, по которой свободно перемещается груз 3 и на нижнем конце которой на резьбе крепятся сменные части – конус или штамп, наковальни 4 и рукоятки 5 для удержания и вытаскивания прибора.

При работе прибор устанавливается в вертикальное положение и удерживают его в этом положении, держа за рукоять. Свободной рукой поднимают груз до упора и опускают. Груз свободно падает и ударяет по наковальни штока.



Рисунок 15 – Динамический плотномер Д-51А

1 – штанга с коническим наконечником; 2 – направляющая; 3 – гиря;

4 – наковальня; 5 – рукоять
Таблица 8 - Технические характеристики прибора

Технические характеристики

Значение

1 Масса прибора, кг

3,9

2 Масса прибора без груза, кг

1,4

3 Высота падения груза, см

30,0  0,3

4 Диаметр основания конуса, см

1,6  0,01

5 Диаметр штампа, см

10,0

6 Угол при вершине конуса, град.

60,0  1

7 Время одного измерения, мин.

1  2


Измерения с помощью динамического плотномера производят в следующем порядке. В местах (точках) определения плотности грунта поверхность контролируемого слоя земляного сооружения зачищают и выравнивают на площадке размером 50  50 см. Наконечник динамического плотномера устанавливают в центр площадки и последовательными ударами свободно падающий груз погружают на глубину 20 см, не считая количества ударов (по риске на штанге). После этого, продолжая забивать конусный наконечник, фиксируют количество ударов, необходимых для погружения его на последние 10 см глубины. Результаты испытаний записывают в журнал.

После забивки наконечника в данной точке прибор извлекают и приступают к следующей точке. В процессе проведения измерений необходимо контролировать вертикальность забивки зонда в грунт.

Независимо от длины обследуемого участка производят не менее 10 измерений плотности грунта.
Обработка результатов измерений
1. Полученные результаты измерения занесем в таблицу 9.

Таблица 9 – Результаты измерений

Номер опыта

1

2

3

…….

10

N20-30, шт.
















Рg, МПа

















Рg = 0,3 N20-30 (21)

где Рg – показатель динамического зондирования – условное динамическое сопротивление грунта погружению занда, МПа; N20-30 – количество ударов, необходимых для погружения конуса на участке зондирования от 20 до 30 см.

2. Определим среднее арифметическое значение результатов измерений по фор-муле:

ср 1 10

Рg =  Рg (22)

  1. i=1

3. Определим статистическую дисперсию по формуле:

10 ср

S2 =  (Рg – Рg ) / n – 1 (23)

i=1

где n – количество измерений.

4. Определим среднее квадратическое отклонение по формуле:

G =  S2 (24)
5. Для исключения анормального результата из объема экспериментальных данных определи значение «трех сигм» по формуле:
G = 3  G (25)
6. Определим величину отклонения сомнительного результата от среднего значения Рgср и сравним её с величиной «трех сигм». Если

ср

Рсом – Рg  G (26)
то этот результат с вероятностью Р = 0,997 является ошибочным и его следует отбросить.

7. Используя среднее значение показателя динамического зондирования Рgср определим коэффициент уплотнения К песчаных грунтов согласно рисунку 16.



Рисунок 16 – Номограмма для определения коэффициента уплотнения песчаных грунтов по результатам динамического зондирования

1 – пески мелкие; 2 – пески пылеватые; 3 – пески средней крупности и крупные
Коэффициент уплотнения пылевато – глинистых грунтов по результатам испытаний динамическим плотномером определим в зависимости от относительной влажности Wотн. (ГОСТ 5180-84 и ГОСТ 22733-77) согласно рисункам 17 или 18.


Рисунок 17 – Номограмма для определения коэффициента уплотнения глинистых грунтов (супесей) по результатам динамического зондирования




Рисунок 18 – Номограмма для определения коэффициента уплотнения глинистых грунтов (суглинков) по результатам динамического зондирования

Оформление работы



В журнале лабораторных работ необходимо указать название работы, цель её проведения, перечень применяемого оборудования и его основные характеристики, описание методики выполнения измерений плотности грунта и исключение случайных погрешностей, схематический рисунок динамического плотномера, расчетные формулы и таблицу результатов измерений.

Необходимо сделать вывод о влиянии случайных погрешностей на результат проведенных измерений и возможных способах его исключения.


Вопросы для самоконтроля





  1. Что называется случайной погрешностью результатов измерений?

  2. Какие факторы влияют на величину погрешности результатов измерений?

  3. Как определяют случайные погрешности результатов измерений?

  4. Что означают понятия «мера», «стандартный образец» и «магазин мер»?





ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ




Цель работы:



Приборы и оборудование:

Измеряемые параметры:

исключить систематические погрешности в процессе измерений

весы для статического взвешивания – 1 шт.

масса предмета



Содержание работы



Случайные погрешности измерений – это погрешности, не зависящие от числа измерений и остающиеся постоянными или изменяющимися по определенному закону. Искажения, вносимые систематическими погрешностями в результат измерений, поддаются исключению или учету. Правда, если учесть, что погрешность зависит ещё и от условий, в которых проводится само измерение, от экспериментальной ошибки методики и субъективных особенностей человека в случаях, где он непосредственно участвует в измерениях, то можно говорить о нескольких составляющих погрешности измерений.

Систематические погрешности могут быть определены путем эксперимента или вычислены на основании метрологических характеристик измерительных устройств и учтены путем внесения поправки в полученный результат. Иногда систематические погрешности могут быть исключены в процессе измерения. Такими способами, например являются способы «противопоставления» и «замещения», позволяющие исключить из результата анормальные значения измерений.

Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений



Способ замещения заключается в том, что измеряемый объект заменяют известной мерой, находящейся при этом в тех же условиях, в которых находился он сам.

Способ противопоставления заключается в том, что измерения проводят два раза, причем так, чтобы причина, вызывающая погрешность, при первом измерении оказала противоположное действие на результат второго.
1. Способ замещения

Точные измерения часто производят по способу Борда, заключающемуся в следующем. На одну чашу весов кладут предмет (взвешиваемую массу); весы приводят в равновесие, накладывая на другую чашу какой – либо груз, который в процессе измерений не изменяется (негигроскопический, неиспаряющийся), например дробь (в соответствии с рисунком 19). Когда равновесие достигнуто, взвешиваемую массу снимают, а на её место ставят гири до достижения равновесия. Суммарное значение массы гири, потребовавшейся для восстановления равновесия, соответствует значению взвешиваемой массы.



L1  L2

Рисунок 19 - Схема выполнения взвешивания способом «замещения»



2. Способ противопоставления

Измерение массы предмета по способу противопоставления проводят два раза. При первом взвешивании массу предмета Х, помещенную на одну чашу весов уравновешивают гирями с общей массой m1, расположенными на другой чаше (в соответствии с рисунком 20). Тогда

L2

Х = m1 (27)

L1

где L2/L1 – действительное отношение плеч.

Затем взвешиваемую массу предмета перемещают на ту чашу, где находились гири, а гири – на ту, где находилась взвешиваемая масса предмета. Так как действительное отношение плеч весов не точно ровно единице, равновесие нарушится, то для уравновешивания массы предмета придется использовать гири с общей массой m2:

L2

m2 = Х (28)

L1

Разделив равенство (27) на выражение (28), получим:
Х =  m2 . m2 (29)
где Х – искомая масса предмета.


L1  L2

Рисунок 20 - Схема выполнения взвешивания способом «замещения»

Оформление работы



В журнале лабораторных работ необходимо указать название работы, цель её проведения, перечень применяемого оборудования, дать краткое описание методики выполнения измерений способами «замещения» и «противопоставления», привести необходимые схематические рисунки, расчетные формулы и результаты измерений.

Необходимо сделать вывод о влиянии систематических погрешностей на результат проведенных измерений и возможных способах их исключения.

Вопросы для самоконтроля





  1. Что называется систематической погрешностью результатов измерений?

  2. Как определяют систематические погрешности результатов измерений?

  3. Какие существуют способы исключения систематических погрешностей в процессе измерений?

  4. Что такое «эталон» и как его классифицируют?



Заключение
В разработанных методических указаниях изложена методика проведения лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация», изучаемой студентами автомобильно-дорожного факультета 3 курса специальности 291000 – Автомобильные дороги и аэродромы и 2 курса специальности 311100 – Городской кадастр.

Выполнение лабораторных работ по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» даст возможность будущим специалистам осознанно и цивилизованно использовать возможности и преимущества метрологии, стандартизации и сертификации в качестве весовых составляющих конкурентоспособности различных производств.

Представленная в данной работе методика освещает основные метрологические требования и правила к процессам и средствам проведения измерений, что позволит студентам применять полученные знания и умения для повышения качества выпускаемой продукции, усвоить основные правила, требования и нормы, государственные акты и нормативно-технические документы по стандартизации и сертификации, соблюдать их в своей будущей практической деятельности.

Список литературы
1. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: ЮНИТИ – ДАНА, 2000. – 711 с.

2. Шишкин И.Ф.. Метрология, стандартизация и управление качеством: Учебник для вузов / Под ред. акад. Н.С. Соломенко. – М.: Изд-во стандартов, 1990. – 342 с.

3. Тюрин Н.И. Введение в метрологию. – М.: Изд-во стандартов, 1985. – 248 с.

4. Романов В.Н. Прогнозирование развития метрологии. – М.: Изд-во стан-дартов, 1989. – 176 с.

5. Исаев Л.К., Малинский В.Д. Метрология и стандартизация в сертификации. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996. – 347 с.

6. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1995. – 293 с.

7. Сиденко В.М. Стандартизация и контроль качества в дорожном строительстве. – Киев: Вища школа, 1985. – 256 с.

Приложение 1
СВИДЕТЕЛЬСТВО

о метрологической аттестации

средства измерения
Дата аттестации _________________
Прибор:______________________________________________________________

за № ________________________________________________________________

предназначен: _________________________________________________________
Результаты метрологической аттестации


Наименование рабочего параметра

Размер-

ность

Норматив-ное значение

Измеренная величина

 = С2 – С1

1 Габаритные размеры

- длина

- ширина

- высота

мм


1000 1

60 0,5

55 0,5







2 Масса прибора

кг

не более 2,0







3 Пределы измерений

0/00

от 0 до 60







4 Точность измерений

0/00

3







5 Внешний осмотр






По результатам метрологической аттестации прибор ________________________

_________________ за № _____________ пригоден (не пригоден) и соответствует требованиям нормативно-технической документации
Межповерочный интервал: один год
Организация проводившая аттестацию ___________________________________

Инженер – метролог __________________ _______________________________

/подпись/ /фамилия, имя, отчество/

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ

Методические указания

к лабораторным работам

Составители: Турдаков Сергей Владимирович

Будагов Иван Владимирович

Кореневский Всеволод Валерьевич
Авторская правка

Компьютерная верстка С.В. Турдаков

Подписано в печать Формат

Бумага оберточная Офсетная печать

Печ. л. 2,25 Изд. № 89

Усл. печ. л. 2,09 Тираж 100 экз.

Уч. – изд. л. 1,63 Цена руб. Заказ

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации