Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

 

Metrologia warsztatowa. Podstawowe pojęcia

 metrologiczne

    

Tematem tego rozdziału jest metrologia , która jest jednym z działów nauki zajmująca się

 problemami naukowo-technicznymi związanymi z pomiarami , niezależnie od rodzaju

 wielkości mierzonej i od dokładności pomiaru . Należy podkreślić , że nie ma obecnie

 żadnej gałęzi techniki , żadnej z nauk ścisłych lub stosowanych , w której pomiary mogłyby

 stanowić zagadnienia drugorzędne. Z drugiej strony nie są one i nie mogą być nigdy

 oderwanym , samodzielnym celem działania , są jedynie środkiem poznawczym pomocnym

 do osiągnięcia celu , którym jest ,np. w produkcji przemysłu maszynowego , uzyskanie

 wyrobu o założonych kształtach i wymiarach .O znaczeniu i wadze pomiarów wielkości

 geometrycznych w przemyśle decyduje fakt , że są one jedynym środkiem ,

 zapewniającym pośrednie uzyskania , a bezpośrednio-obiektywne stwierdzenie właściwej

 jakości wymiarowej , żądanej dokładności urządzeń produkcyjnych i przedmiotów

 produkowanych przez przemysł maszynowy.

 

Rozwój nowoczesnych metod produkcji maszynowej oparty został m. in. na koncepcji

 zamienności części , czyli założeniu , że poszczególne części maszyn i ich zespoły

 produkowane seryjnie czy masowo pasują do siebie dzięki temu , że spełniają określone ,

 kontrolowane pomiarem wymagania dokładności wymiarowej. Opanowanie metod

 produkcji masowej obniżającej koszt wytwarzania stanowiło zasadniczy warunek 

rozwojowy postępu w technice i nauce , handlu i transporcie , łączności oraz budownictwie. 

Dziś wszystkie te dziedziny korzystają z pomiarów. Do koniecznego w związku z tym 

rozwoju środków pomiaru przyczyniło się w znacznym stopniu rozpowszechnienie systemu 

metrycznego.

W roku 1896 Johansson (Szwecja) wprowadza płytki wzorcowe , stanowiące przełom w 

dziedzinie wzorców dla jednoznacznych , dokładnych pomiarów długości .Ok. 1910 roku 

pojawiają się pierwsze czujniki zegarowe o wartości działki elementarnej 0,01 mm oraz 

czujniki dźwigniowe o wartości działki elementarnej 0,01 mm , a następnie czujniki 

dźwigniowe o wartości działki elementarnej 0,001 mm. W latach 1920-1923 podjęto 

seryjną produkcję optimetrów , mikroskopów warsztatowych , podzielnic i maszyn 

pomiarowych. Lata późniejsze przynoszą powstanie specjalnej gałęzi produkcji narzędzi 

pomiarowych , przy czym każdy omal rok przynosi nowe metody i nowe narzędzia 

pomiarowe , coraz dokładniejsze , bardziej skomplikowane i wymagające przy stosowaniu 

coraz to wyższych kwalifikacji. Tak np. ostatnie lata cechują się m. in. intensywnym i 

szerokim upowszechnieniem laserowych urządzeń pomiarowych , które uzyskały już 

dojrzałą postać bezpośrednio użytkowym.

 

Rozwój metrologii wymaga stałego podwyższania dokładności pomiaru wielkości 

mierzalnych , rozszerzenia zakresów pomiarowych tych wielkości , tworzenia obiektywnych metod i narzędzi pomiarowych dla wielkości do tej pory niemierzalnych .Obecnie przyjmuje się, że wielkościami mierzalnymi są prawdopodobnie wszystkie wielkości mające sens fizyczny , aczkolwiek przy aktualnych możliwościach nie zawsze potrafimy taki pomiar wykonać , natomiast za wielkości całkowicie niemierzalne uważa się wielkości i właściwości , których nie można określić pojęciami fizyki , np. wrażenia estetyczne , fantazja , itp. 

Jednak w miarę postępu nauki coraz więcej pojęć określa się kryteriami fizycznymi i mierzy. Przykładem może być np. ilość informacji , która stała się mierzalna od czasu sformułowania pojęcia informacji w sposób zadowalający z punktu widzenia fizyki i określenia jednostki informacji (bita).

Metrologia w bieżącym czasie nadal prowadzi stałe badania i udoskonala dalej system miar w obu kierunkach prowadzących do granic współczesnej wiedzy: w kierunku 

mikrokosmosu , czyli ku coraz mniejszym , rozróżnialnym przez pomiar cząstkom 

elementarnym materii i w kierunku makrokosmosu , czyli otaczającego nas wszechświata. 

W obu tych kierunkach granice pomiaru stale się dezaktualizują i przesuwają .

 

 PODSTAWOWE WIADOMOŚCI O POMIARACH

     Każda próba oceny zjawisk , ciał fizycznych czy narzędzi technicznych wymaga 

wyodrębnienia takich ocen . których stan można scharakteryzować jakościowo lub 

ilościowo .

Wszystkie te cechy , których stany są porównywalne przez fakt istnienia równości lub 

nierówności , a więc np . ból , zmęczenie , wymiary przedmiotu , temperatura , czas , siła ,

 promieniowanie , nazywamy wielkościami . W metrologii interesują nas te wielkości 

fizyczne , które są mierzalne , tzn. których stany można porównywać ilościowo . Pozostałe , 

nazywane wielkościami niemierzalnymi , mogą być oceniane wyłącznie jakościowo ( i

ntensywność barwy ).

Granica między tymi dwoma rodzajami wielkości : mierzalnymi i niemierzalnymi nie jest 

ustalona i w miarę postępu nauki i techniki wielkości niemierzalne przechodzą do wielkości 

mierzalnych. Tak np. gładkość powierzchni z cechy ocenianej wyłącznie jakościowo stała 

się wielkością mierzalną , podobnie barwa bywa obecnie określana liczbowo za pomocą 

skali barw elementarnych , o różnych długościach fali światła. Wśród wielkości mierzalnych 

występuje również grupa wielkości stałych , nazywanych też stałymi fizycznymi , które 

charakteryzują niezmienności pewnych własności fizycznych ciał czy zjawisk. Przykładem 

mogą tu być prędkość światła w próżni czy stała grawitacyjna.

 

 Wartości wielkości.

Należy podkreślić , że porównywalne mogą być tylko stany tej samej wielkości , a więc np. 

dwie temperatury czy dwie długości , natomiast nie jest dopuszczalne i nie ma sensu 

porównywanie ze sobą różnych wielkości , np. temperatury z długością. Dla wielkości 

mierzalnych porównywalne stany nazywamy wartościami wielkości , a więc : wartość 

wielkości jest to określony liczbowo stan wielkości mierzalnej. Zespół czynności , w 

wyniku których następuje doświadczalne wyznaczanie z określoną dokładnością wartości 

danej wielkości nazywam pomiarem. Aby móc wykonać pomiar należy mieć do 

dyspozycji skalę utworzoną ze znanych wartości danej wielkości i to taką , dla której 

numeracja wielkości skali jest proporcjonalna do tych wartości. Sprowadza się to do 

wymagania stałej jednostki miary , tj. określonej stałej wartości wielkości mierzalnej , której 

wartość liczbową przyjmuje się równą jedności.

 

Metody i sposoby pomiarów.

Pomiary polegają na porównaniu wielkości mierzalnych. Zależnie od zastosowanego przy 

tym sposobu porównywania można mówić o różnych metodach pomiarowych :

 

Metoda pomiarowa bezpośrednia , w której wynik pomiaru otrzymuje się przez 

odczytanie bezpośredniego wskazania narzędzia pomiarowego , wywzorcowanego w 

jednostkach miary mierzonej wielkości. Tak np. mierzymy długość przymiarem kreskowym 

, kąt -kątomierzem , czy wreszcie odczytujemy wskazanie temperatury na skali termometru. 

Nie ma przy tym znaczenia , czy w samym narzędziu pomiarowym - zgodnie z zasadą 

działania - zachodzi przekształcenie wielkości mierzonej na inną wielkość fizyczną związaną 

z wielkością mierzoną zależnością funkcjonalną jak to ma miejsce np. w termometrze , w 

którym zmiany temperatury powodują proporcjonalne zmiany długości słupka rtęci 

odczytywane na kreskowej podziałce.

 

Metoda pomiarowa pośrednia , w której mierzy się bezpośrednio inne wielkości , a 

wyniki oblicza się , opierając się na określonej znanej zależności tych wielkości od 

wielkości , której wartość miała być wyznaczona. Przykładem może być pomiar objętości 

czy powierzchni , w którym wynik oblicza się z bezpośrednich pomiarów wymiarów 

geometrycznych ( wysokości, długości, szerokości ), pomiar kąta przez wyliczenie jego 

wartości z zależności trygonometrycznych , po określeniu pomiarami bezpośrednimi 

odpowiednich długości ramion tego kąta itd.

Metoda pomiarowa podstawowa określana również jako bezwzględna , polega na 

wymiarze wielkości podstawowych występujących w równaniu definicyjnym mierzonej 

wielkości.

 

Jeżeli pomiar objętości przeprowadza się mierząc wymiary zbiornika (wysokość zbiornika , 

oraz długość i szerokość podstawy dla prostopadłościanu lub dla walca średnicę , z której 

oblicza się powierzchnię pola podstawy ) albo pomiar ciśnienia przeprowadzi się mierząc 

siłę F i pole powierzchni , a następnie wyliczy się poszukiwaną wartość objętości czy 

ciśnienia ze znanych zależności definicyjnych , będzie to zastosowani bezwzględnej metody 

pomiarowej lub -pomiar bezwzględny.

 

Metoda pomiarowa porównawcza oparta jest na porównaniu mierzonej wartości ze 

znaną wartością tej samej wielkości.

 

Jeżeli zmierzy się objętość lub ciśnienie porównując je z inną znaną objętością ( np. ile 

litrów wody zmieści się w zbiorniku o zmierzonej objętości lub jakie ciśnienie wskaże 

manometr uprzednio wywzorcowany za pomocą znanego ciśnienia ) , to będzie to pomiar 

metodą porównawczą.

 

Przy pomiarze wielkości podstawowych , np. długości , przez porównywanie z inną 

długością , pomiar bezpośredni jest równocześnie pomiarem porównawczym.

Rozróżnić można kilka odmian metody pomiarowej porównawczej jak np. :

- metoda bezpośredniego porównywania , w której całą wartość mierzonej wielkości 

porównujemy ze znaną wartością tej wielkości , określamy ile razy jednostka miary mieści 

się w wartości wielkości mierzonej. Przykładem może być pomiar długości przymiarem 

kreskowym. Metoda ta wymaga użycia narzędzi pomiarowych , których zakres pomiarowy 

jest mniejszy od wartości wielkości mierzonej.

- metoda pomiarowa różnicowa polega na pomiarze niewielkiej różnicy pomiędzy mierzoną 

i znaną wartością tej samej wielkości. Typowym przykładem będzie tu zastosowanie 

komparatorów czujnikowych , nastawionych na określony wymiar za pomocą płytki 

wzorcowej i następnie użytych do określenia odchyłek wymiarów kontrolowanych 

przedmiotów , przy czym wartość tych odchyłek odczytuje się wprost ze wskazań czujnika.