Актуальность работы. «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры». Эти слова принадлежат Д. И. Менделееву, который был не только великим химиком, но и автором основополагающих трудов в области измерения.
Действительно, если проследить историю точных приборов, можно убедиться, что подавляющее большинство их предназначалось для производства разного рода измерений — длин, площадей, объемов, масс, времени, а позднее и температур, давлений, влажности и многих других величин.
Появление каждого конструктивно нового прибора открывает перед учеными или инженерно-техническими работниками новые возможности. Однако эти приборы с течением времени перестают отвечать постоянно растущим требованиям науки и производства. Точность и диапазон возможностей прибора оказываются недостаточными. Начинается или усовершенствование прибора, или разработка принципиально новой конструкции с учетом новых требований и последних достижений науки и техники [3, c. 42].
Таким образом, точность измерительных приспособлений, используемых на том или ином этапе исторического развития, отражала уровень знаний этого периода, а возникавшая время от времени ограниченность точности измерения определенных величин приводила к созданию новых приборов и к новой ступени в развитии познания.
Цель работы — изучить историю и развитие средств измерений.
Задачи:
- изучить понятие и классификация средств измерений,
- рассмотреть роль, значение измерительной техники и историю ее развития,
- ознакомиться с историей развития приборов и инструментов для линейных измерений.
1. Понятие и классификация средств измерений
Средство измерений (СИ) — техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменной в течение известного интервала времени.
Приведенное определение выражает суть средства измерений, которое, во-первых, хранит или воспроизводит единицу, во-вторых, эта единица неизменна. Эти важнейшие факторы и обуславливают возможность проведения измерений, т.е. делают техническое средство именно средством измерений. Этим средства измерений отличаются от других технических устройств. К средствам измерений относятся меры, измерительные: преобразователи, приборы, установки и системы.
Мера физической величины — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью. Примеры мер: гири, измерительные резисторы, концевые меры длины, радионуклидные источники и др. Меры, воспроизводящие физические величины лишь одного размера, называются однозначными (гиря), нескольких размеров — многозначные (миллиметровая линейка — позволяет выражать длину как в мм, так и в см).
По физике «Возникновение мер и измерений величин»
... раздел. В нем говорится о том, какие же меры измерения величин использовали в Древней Руси и Западной Европе. 2. Возникновение мер 1 казённая (мерная, трёхаршинная) сажень ... переведена на латинский язык Герардoм Кремонским и сыграла очень большую роль в развитии европейской арифметики и внедрении индо-арабских цифр. Арабские цифры стали известны европейцам ...
Кроме того, существуют наборы и магазины мер, например, магазин емкостей или индуктивностей. При измерениях с использованием мер сравнивают измеряемые величины с известными величинами, воспроизво-димыми мерами. Сравнение осуществляется разными путями, наиболее распространенным средством сравнения является компаратор, предназначенный для сличения мер однородных величин. Примером компаратора являются рычажные весы. К мерам относятся стандартные образцы и образцовое вещество, которые представляют собой специально оформленные тела или пробы вещества определенного и строго регламентированного содержания, одно из свойств которых является величиной с известным значением. Например, образцы твердости, шероховатости [3, c. 46].
Измерительный преобразователь (ИП) — техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, индикации или передачи. Измерительная информация на выходе ИП, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем. Хотя ИП являются конструктивно обособленными элементами, они чаще всего входят в качестве составных частей в более сложные измерительные приборы или установки и самостоятельного значения при проведении измерений не имеют.
Преобразуемая величина, поступающая на измерительный преобразователь, называется входной , а результат преобразования — выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования , которая является его основной метрологической характеристикой. Для непосредственного воспроизведения измеряемой величины служат первичные преобразователи, на которые непосредственно воздействует измеряемая величина и в которых происходит трансформация измеряемой величины для ее дальнейшего преобразования или индикации. Примером первичного преобразователя является термопара в цепи термоэлектрического термометра. Одним из видов первичного преобразователя является датчик — конструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы (он «дает» информацию).
Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от средства измерений, принимающего его сигналы. Например, датчик метеорологического зонда. В области измерений ионизирующих излучений датчиком часто называют детектор.
По характеру преобразования ИП могут быть аналоговыми, аналого-цифровыми (АЦП), цифро-аналоговыми (ЦАП) , то есть, преобразующими цифровой сигнал в аналоговый или наоборот. При аналоговой форме представления сигнал может принимать непрерывное множество значений, то есть, он является непрерывной функцией измеряемой величины. В цифровой (дискретной) форме он представляется в виде цифровых групп или чисел. Примерами ИП являются измерительный трансформатор тока, термометры сопротивлений [3, c. 47].
Вторичные приборы электрических и пневматических систем дистанционных измерений
... жидкости. Все системы измерения уровня жидкостей гидростатическим методом требуют тщательного анализа измерительной системы, соединительных линий, их температурного режима, особенностей работы измерительных преобразователей. Например, для одной и той же системы измерения уровня в ...
Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Измерительный прибор представляет измерительную информацию в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.
По способу индикации различают показывающие и регистрирующие приборы. Регистрация может осуществляться в виде непрерывной записи измеряемой величины или путем печатания показаний прибора в цифровой форме.
Приборы прямого действия отображают измеряемую величину на показывающем устройстве, имеющем градуировку в единицах этой величины. Например, амперметры, термометры.
Приборы сравнения предназначены для сравнения измеряемых величин с величинами, значения которых известны. Такие приборы используются для измерений с большей точностью.
По действию измерительные приборы разделяют на интегрирующие и суммирующие, аналоговые и цифровые, самопишущие и печатающие .
Измерительная установка и система — совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов и других устройств, предназначенных для измерений одной или нескольких величин и расположенная в одном месте (установка) или в разных местах объекта измерений (система).
Измерительные системы, как правило, являются автоматизированными и по существу они обеспечивают автоматизацию процессов измерения, обработки и представления результатов измерений. Примером измерительных систем являются автоматизированные системы радиационного контроля (АСРК) на различных ядерно-физических установках, таких, например, как ядерные реакторы или ускорители заряженных частиц.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на рабочие и эталоны.
Рабочее СИ — средство измерений, предназначенное для измерений, не связанное с передачей размера единицы другим средствам измерений. Рабочее средство измерений может использоваться и в качестве индикатора. Индикатор — техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия какой-либо физической величины или превышения уровня ее порогового значения. Индикатор не имеет нормированных метрологических характеристик. Примерами индикаторов являются осциллограф, лакмусовая бумага и т.д.
Эталон — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера другим средствам измерений. Среди них можно выделить рабочие эталоны разных разрядов, которые ранее назывались образцовыми средствами измерений.
Классификация средств измерений проводится и по другим различным признакам. Например, по видам измеряемых величин, по виду шкалы (с равномерной или неравномерной шкалой), по связи с объектом измерения (контактные или бесконтактные) [3, c. 49].
2. Роль и значение измерительной техники. История развития
Измерительная техника — один из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства.
При описании явлений и процессов, а также свойств материальных тел используются различные физические величины, число которых дости-гает нескольких тысяч: электрические, магнитные, пространственные и временные; механические, акустические, оптические, химические, био-логические и др. При этом указанные величины отличаются не только ка-чественно, но и количественно и оцениваются различными числовыми значениями.
Ы методы и средства измерений давления
... давлением грузов с другой стороны. Электрические средства измерений давления. К электрическим средствам измерения давления относятся выпускаемые в настоящее время измерительные преобразователи давления, основанные на методе ... которые изображают ряд последовательных чисел, соответствующих значениям измеряемой среды. Значение измеряемой величины, соответствующее одному делению, называют ценой деления ...
Установление числового значения физической величины осуществля-ется путем измерения. Результатом измерения является количественная характеристика в виде именованного числа с одновременной оценкой степени приближения полученного значения измеряемой величины к ис-тинному значению физической величины. Укажем, что нахождение чис-лового значения измеряемой величины возможно лишь опытным путем, т. е. в процессе физического эксперимента.
При реализации любого процесса измерения необходимы техничес-кие средства, осуществляющие восприятие, преобразование и представ-ление числового значения физических величин.
На практике при измерении физических величин применяются элект-рические методы и неэлектрические (например, пневматические, меха-нические, химические и др.).
Электрические методы измерений получили наиболее широкое рас-пространение, так как с их помощью достаточно просто осуществлять пре-образование, передачу, обработку, хранение, представление и ввод измери-тельной информации в ЭВМ [5, c. 61].
Технические средства и различные методы измерений составляют основу измерительной техники. Любой производственный процесс харак-теризуется большим числом параметров, изменяющихся в широких преде-лах. Для поддержания требуемого режима технологической установки необходимо измерение указанных параметров. При этом, чем достовернее осуществляется измерение технологических параметров, тем лучше ка-чество целевого выходного продукта. Современные предприятия, напри-мер нефтехимического профиля с непрерывным характером производ-ства, для поддержания качества выпускаемой продукции используют измерение различных физических параметров, таких, как температура, объемный и массовый расход веществ, давление, уровень и количество вещества, время, состав вещества (плотность, влажность, содержание ме-ханических примесей и др.), напряжение, сила тока, скорость и др. При этом число требуемых для измерения параметров достигает нескольких тысяч. Например, в атомной энергетике число требуемых для измерения параметров процессов достигает десятков тысяч.
Получение и обработка измерительной информации предназначены не только для достижения требуемого качества продукции, но и органи-зации производства, учета и составления баланса количества вещества и энергии. В настоящее время важной областью применения измерительной техники является автоматизация научно-технических экспериментов. Для повышения экономичности проектируемых объектов, механизмов и машин большое значение имеют экспериментальные исследования, прово-димые на их физических моделях. При этом задача получения и обработки измерительной информации усложняется настолько, что ее эффективное решение становится возможным лишь на основе применения специализи-рованных измерительно-вычислительных средств.
Роль измерительной техники подчеркнул великий русский ученый Д.И. Менделеев: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять…».
«Законы явлений природы, как выражения количественных отношений между факторами явлений,— писал в конце XIX в. профессор Ф. Ф. Петрушевский,— выводятся на основании измерений этих факторов» [20, с. 858].
Выраженная в количественной форме информация, которую дают измерения, воспринимается органами чувств и отражается в сознании человека или непосредственно, или с помощью специальных приборов, получающих, хранящих и перерабатывающих информацию в доступную для органов чувств человека форму [5, c. 62].
Техника: сущность, закономерности развития и роль в жизни общества
... же умение и мастерство. Появляются новые тенденции в понимании техники, связанные с возрастанием роли науки в техническом развитии, а так же с тем, что теперь нередко ... деятельность. Теперь это слово ассоциируется у большинства людей с машинами, различными орудиями, все более сложными системами, которые пронизывают практически все сферы общественной жизни ...
Успехи, достигаемые в области измерений приводили нередко к появлению новых теорий. Так, открытие периодического закона химических элементов прекрасно иллюстрирует зависимость прогресса естествознания от состояния и возможностей техники измерений. Именно благодаря измеренным атомным весам химических элементов открыл этот закон Д. И. Менделеев, ставивший всегда на первое место те свойства вещества, которые могли быть измерены, а их значения выражены точно количественно.
Развитие и совершенствование измерений во всех сферах деятельности человека привели в XIX в. к созданию специальной науки об единицах, средствах и методах измерений — метрологии, решающей широкий круг задач научного, производственного и социального характера. Средства и методы измерений в различных областях науки, техники и промышленности между собой тесно связаны. Развитие метрологии в области оптики, например, влияет не только на развитие самой оптики, но и других разделов физики, химии, биологии и астрономии.|
В рассматриваемый период измерения все более становятся неотъемлемой частью научных исследований и различных производств, имеющих дело с изучением, изготовлением и обработкой материалов и веществ, находящихся в твердом, жидком, газообразном (а в настоящее время и в плазменном) состояниях.
Повышение требований к точности измерений в науке, промышленности, в картографо-геодезической практике и торговле привело к установлению в ряде стран единых мер и единиц измерения, а затем и к международным метрологическим соглашениям.
Распространению в России единой системы мер и весов в значительной степени способствовала Главная палата мер и весов, преобразованная в 1893 г. по инициативе Д. И. Менделеева из Депо образцовых мер и весов, Ныне это Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологи! имени Д. И. Менделеева (ВНИИМ).
Сначала в Главной палате мер и весо! было три лаборатории — мер длины, мер массы и температурных измере ний. В дальнейшем Д. И. Менделеев организовал ряд новых лабораторий лабораторию измерения электрических величин, фотометрическую, во домерную, манометрическую, химическую и астрономическую. В 1910 г (уже после смерти Менделеева) в Палате была создана радиотелеграфная группа, на базе которой впоследствии возникло несколько лаборатория для разработки проблем измерений в области электромагнитных колебаний высоких частот.
В конце XIX в. специальные метрологические учреждения создаются в Германии (1887 г.), Англии (1900 г.) и США (1901 г.) [5, c. 65].
Метрология самым тесным образом связана с приборостроением, являясь его научной основой, устанавливающей критерии оценки точности и достоверности результатов измерений.
О том, какое значение стала иметь измерительная техника в начале XX в., говорится в книге профессора Московского технического училища А. П. Гавриленко: «Нужно твердо раз навсегда усвоить, что если завод не имеет точных мерительных инструментов, то он не может выпускать и точных, первоклассных изделий, удовлетворяющих современным требованиям, каково бы ни было его оборудование и искусство рабочего персонала» [25, с. 19].
Увеличение точности измерений шло по двум направлениям: усовершенствованию измерительных средств и разработке новых принципов измерения.
Технологические измерения и приборы
... с графитом и другими материалами, предназначенные для измерения высоких температур. Однако они ещё не получили распространения для контроля температур технологических процессов в отрасли. Из таблици видно, ... его зажим присоединен к переключателю П. Таким образом, с помощью переключателя нулевой прибор можно включить в цепь термоэлектрического термометра АВ или нормального элемента НЭ с ...
В XIX в. начинает заметно развиваться точное машиностроение — новая отрасль промышленности, решающая задачи изготовления измерительных приборов.
На протяжении всей истории точного машиностроения непрерывно совершенствовались методы обработки деталей и сборки приборов и измерительных инструментов, совершенствовалась новая технология.
Приборы постепенно приобретали все более целесообразную форму и устройство. Этому способствовало возникновение новой дисциплины — инструментоведения, в задачи которого входило изучение разнообразных типов и конструкций существующих инструментов, их совершенствование и разработка новых конструкций и методов исследования механических, оптических и специальных качеств инструментов.
Важную роль в становлении инструментоведения сыграло развитие теоретической и прикладной (технической) оптики.
В 50—70-х годах XIX в. в самостоятельную дисциплину, тесно связанную с инструментоведением, оформляется теория оптических инструментов, с помощью которой на основе достижений в расчетах оптических систем, разработке теории аберраций и технологии оптического стекла стали успешно решать задачу установления оптимальных условий для получения правильного изображения наблюдаемого объекта, подобного ему по геометрическому виду и по распределению яркости. Именно в этот период немецкий ученый К. Ф. Гаусс, отказавшись от понятия идеальной оптической системы, разработал методику расчета оптических систем с учетом толщины оптических деталей, положенную в основу современных оптических расчетов. Именно в этот период были разработаны и внедрены в производство прогрессивные методы варки оптического стекла с заданными свойствами. В значительной степени быстрому развитию точного приборостроения способствовало создание ряда оптических инструментов, предназначенных для сборки, юстировки и контроля точных приборов в процессе их изготовления и эксплуатации. Новая отрасль — металлография позволила применять при изготовлении приборов металлы, удовлетворяющие определенным механическим (повышенная твердость, незначительный износ), физическим (малый коэффициент расширения, иногда отсутствие влияния магнетизма и др.) и химическим (высокая сопротивляемость коррозии) требованиям.
Развитие научных исследований, промышленности, транспорта, интенсивные топографо-геодезические работы для картографирования территорий, организация метеорологической службы требовали огромного количества точных приборов самых разнообразных конструкций.
Это разнообразие отражено в предложенной еще в 20-х годах XIX в. академикои В. М. Севергиным классификации «орудий, употребительных в науках и художествах». Среди них приведены следующие типы приборов:
«1. Орудия учебные. Щетные, орудия геометрии элементарной и описательной, орудия опытной физики, орудия, относящиеся к естественной истории.
2. Орудия для весов и мер. Весы разного рода, ареометры и пр.
3. Орудия для черчения планов и рисования. Компасы, пантографы, готоваленные приборы…
4. Орудия оптические. Увеличительные стекла, телескопы, микроскопы и пр. измерение линейный оптика инструмент
5. Орудия акустические. Слуховые трубы и пр.
ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
... мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами. Примеры: измерение диаметра цилиндрической поверхности детали штангенциркулем в одном ... длины, транспортир, сосуды измерительные, набор разновесов). Накладные и станковые приборы для измерений длины (штангенциркуль, микрометр гладкий, микрометр рычажный или скоба рычажная, ...
6. Орудия метеорологические. Барометры, термометры, гигрометры, анемометры, громовые отводы и пр.
7. Орудия, принадлежащие к часовому мастерству.
8. Орудия астрономические и геодезические…» [2, с. 10—11].
Измерительная техника начала свое развитие с 40-х годов XVIII в. и характеризуется последовательным переходом от показывающих (се-редина и вторая половина XIX в.), аналоговых самопишущих (конец XIX — начало XX в.), автоматических и цифровых приборов (середина XX в. — 50-е годы) к информационно-измерительным системам.
Конец XIX в. характеризовался первыми успехами радиосвязи и радио-электроники. Ее развитие привело к необходимости создания средств из-мерительной техники нового типа, рассчитанных на малые входные сигна-лы, высокие частоты и высокоомные входы. В этих новых средствах изме-рительной техники использовались радиоэлектронные компоненты -выпрямители, усилители, модуляторы и генераторы (ламповые, транзис-торные, на микросхемах), электронно-лучевые трубки (при построении осциллографов) и др.
Таким образом, расширение номенклатуры и качественных показате-лей средств измерительной техники неразрывно связано с достижениями радиоэлектроники. Одним из современных направлений развития изме-рительной техники, базирующейся на достижениях радиоэлектроники, являются цифровые приборы с дискретной формой представления инфор-мации. Такая форма представления результатов оказалась удобной для преобразования, передачи, обработки и хранения информации. Развитие дискретных средств измерительной техники в настоящее время привело к созданию цифровых вольтметров постоянного тока, погрешность пока-заний которых ниже 0,0001 %, а быстродействие преобразователей напря-жение — код достигает нескольких миллиардов измерений в секунду; верхний предел измерения современных цифровых частотомеров достиг гигагерца; цифровые измерители временного интервала имеют нижний предел измерения до долей пикосекунды; электрические токи измеря-ются в диапазоне от 10~16 до 10 5 А, а длины — в диапазоне от 10~12 (раз-мер атомов) до 3,086 * 1016 м
Широкие возможности открылись перед измерительной техникой в связи с появлением микропроцессоров (МП) и микроЭВМ. Благодаря им значительно расширились области применения средств измеритель-ной техники, улучшились их технические характеристики, повысились надежность и быстродействие, открылись пути реализации задач, кото-рые ранее не могли быть решены.
Развитие науки и техники требует постоянного совершенствования средств измерительной техники, роль которой неуклонно возрастает [5, c. 69].
3. История развития приборов и инструментов для линейных измерений
Современная измерительная техника для линейных и угловых измерений является результатом длительного совершенствования измерительных средств и учения об измерениях, тесно связанных с развитием земледелия, торговли, астрономии, мореплавания и строительства. Но наибольшее влияние на развитие техники линейных измерений оказали производство оружия, мануфактуры, производство паровых двигателей и т.п. В течение многих лет средства и методы измерений совершенствовались, но очень медленно. Только во второй половине XIX века, в связи с быстрым развитием металлообрабатывающей промышленности и развитием науки и технологий начался ускоренный прогресс измерительной техники.
Метрологическое обеспечение средств контроля (2)
... параметра от требований проектно-конструкторской документации, выявленное средствами неразрушающего контроля. Связь такого понятия с определением по ... 3 – скачкообразный характер намагничивания, наблюдаемый при точных измерениях) Магнитожесткие материалы (закаленная сталь) по сравнению с ... дефектах с пленки выполняют с помощью прибора, датчиком которого служит магнитофонная головка. Этим методом ...
Первая настоящая линейка была изготовлена во Франции после французcкой революции. Ее длина равнялась одному метру, ширина 2,5 см. Метр был равен одной сорокамилионной части длины парижского меридиана. Длина меридиана была измерена и вычислена с помощью 115 треугольников на прямом участке между Дюнкерком и Барселоной. Первую линейку изготовили из латуни. Ее называли «республиканский метр». Для широкого применения изготавливали деревянные линейки. На линейке нанесли деления через один сантиметр, который равнялся одной сотой метра.
В России с 16-го века применяли линейки длиной аршин. Линейки делали железные клейменные и деревянные. Аршин был узаконен как официальная мера длины только в 1899 году. Аршин равнялся 70,90 см.
Самый популярный до настоящего времени измерительный инструмент штангенциркуль изобрели в конце XV века. Он был деревянный. Постепенно его совершенствовали и, наконец, в 1831 году Пьер Вернье изобрел нониус (хотя первым предложил измерять доли деления португальский монах Нониус).
В 1850 году было организовано промышленное производство штангенциркулей.
Выпуск микрометров был организован американской фирмой «Хирт» в 1867 году. Оба инструмента выпускаются и в настоящее время, конечно, в более совершенном исполнении [7, c. 88].
В конце XIX века в машиностроении получили широкое распространение нормальные калибры в виде наборов проволочек, щупов и листовых шаблонов, размеры которых дискретно отличались друг от друга. Нормальный калибр имеет размер, близкий к размеру готовой детали, то есть является ее точным образцом. Потом появились нормальные калибры-пробки и калибры-скобы для контроля отверстий и валов. В настоящее время нормальные калибры не применяют, не считая щупов и шаблонов.
Значительный шаг для правильной сборки сопрягаемых деталей был сделан в начале ХХ века, когда появились предельные калибры (проходной и непроходной).
Предельные калибры позволяли выпускать детали с заданным допуском. Производство, оснащенное предельными калибрами, обеспечивало настоящая взаимозаменяемость в ее широком понимании как принцип организации производства изделий на базе раздельного изготовления входящих в это изделие деталей с выполнением их размеров в таких пределах, которые при произвольном сочетании деталей на сборке обеспечивают удовлетворение функциональных требований к узлу. Принципы конструирования калибров, позволяющих контролировать размеры деталей с учётом отклонений формы их поверхностей в 1906 г. разработал американский инженер F.W.Taylor. Предельные калибры до сих пор служат арбитражными средствами контроля, понятным контролеру, особенно при измерении деталей на сложных автоматичеких приборах с программным обеспечением (например, КИМ).
В 1898 году C.E. Jogansson предложил концевые меры длины (КМД), которые первоначально предназначались в качестве составных калибров для контроля размеров деталей машин. Промышленное производство наборов плоскопараллельных КМД — мер длины с постоянным значением размера между двумя взаимно параллельными измерительными плоскостями — было организовано фирмой Йоганссон (Швеция) в 1911 году. КМД очень простое, но самое значительное изобретение того времени. Именно КМД обеспечивают единство измерений, так как позволяют перепроверить результат измерений, полученный другим прибором и определить соответствует ли он нормированному значению. КМД широко применяют до сих пор и, несмотря на большое количество очень точных электронных и оптических приборов, КМД являются единственными точными материальными носителями линейных размеров [7, c. 89].
Электрические измерения и приборы
... действия измерительного механизма, например при измерении в цепях переменного тока прибором, способным измерять постоянный ток. В качестве примера рассмотрим электромагнитный вольтметр (рис. 4.1.1). Конструктивно измерительный ... рис. 4.1.4, б). В этом случае нет трения между подвижными и неподвижными деталями, однако возникает «внутреннее трение» при деформации растяжек. При прочих равных условиях ...
В 1890 г. были выпущены стрелочные рычажные приборы — миниметры, которые повысили точность производственных измерений. Миниметр имел небольшой диапазон измерений. Они просуществовал до появлении индикаторов часового типа.
В начале ХХ века появились зубчатые и рычажно-зубчатые стрелочные измерительные головки (индикаторы) со шкалой и стрелкой и с ценой деления от 0,1 до 0,001 мм.
В 1937 году фирмой Йоганссон была изобретена пружинная измерительная головка (микрокатор) с микронной и долемикронной ценой деления 0,1 и 0,05 мкм. В СССР микрокатор выпускал завод «ИЗМЕРОН» (Ленинград)/ Применение стрелочных индикаторов и головок повысило точность измерений и точность производства деталей машин. Долгое время микрокаторы были самыми точными и широко применяемыми механическими приборами. В настоящее время микрокаторы не выпускаются.
С двадцатых годов ХХ века начинается быстрое развитие оптических и оптико-механических приборов. В 1920 году фирмой
Carl Zeiss (Германия) при участии профессора Эрнста Аббе (известного также своим основополагающим принципом Аббе) были созданы оптиметр и инструментальный микроскоп. Оптиметр был точным прибором с ценой деления 0,001 мм диапазоном измерений ±100 мкм и широко применялся в лабораториях и цехах для относительных измерений. В настоящее время оптиметр не выпускается.
На основе схемы двухлучевого интерферометра американского физика Альберта Майкельсона, предложенной в 1892 году, в 1923 году был создан интерференционный компаратор Кестерса, для измерений концевых и штриховых мер длины в пределах до 100мм.
В 1925 году появился резьбовой компаратор-микроскоп для измерения линейных и угловых параметров наружной резьбы, предшественник универ-сального микроскопа, выпущенного в 1926 году. В это же время началось производство оптических делительных головок, широко применявшихся в цехах и измерительных лабораториях. Оптическая делительная головка выпускается и в настоящее время.
В 1926 году была выпущена первая оптическая измерительная машина, а с 1930 г. началось производство проекторов. Микроскопы и проекторы в усовершенствованном виде выпускаются и в настоящее время.
В 1946 году инженером Уверским И.Т. (завод «Калибр», Москва) был создан контактный интерферометр с переменной ценой деления от 0,05 до 0,2 мкм. Долгое время это был самый точный контактный измерительный прибор. В настоящее время интерферометр Уверского не выпускается, потому что появились более точные и простые в употреблении оптоэлектронные приборы [7, c. 90].
В 1928 году во Франции были созданы первые пневматические измерительные приборы низкого давления с водяным маномет-ром в качестве отсчетного устройства. В тридцатых годах в Австралии, США и Англии появились пневматические приборы высокого давления с пружинными манометрами.
Одновременно появились электроконтактные датчики, широко применявшиеся при автоматизации контроля и для сортировки деталей на группы.
В 1940 году появились пневматические приборы с ротаметрами.
В 1945-1955 гг. в СССР были созданы дифференциальные пневматические приборы высокого давления и разработаны ос-новы их теории. Долгое время пневматические приборы широко применялись для контроля и сортировки деталей на группы и в качестве приборов активного контроля. Пневматические приборы имеют много достоинств — высокая долемикронная точность измерения, возможность суммирования сигналов, возможность осуществлять дистанционные измерения; пневматическая измерительная оснастка проста по конструкции и не требует герметизации. Приборы легко поддаются автоматизации и просты в эксплуатации. Пневматический метод позволяет осуществлять точные бесконтактные измерения.
На базе электроконтактных датчиков и пневматических дифференциальных приборов значительно расширились работы по автоматизации контроля. С 1937 году стали выпускаться автоматизированные контрольные приспособления и контрольно-сортировочные автоматы, оснащенные электроконтактными датчиками, а с 1948 года начали выпускать сложные многомерные контрольные автоматы, оснащенные пневматическими дифференциальными преобразователями, имеющими шкалу, стрелку и командные электроконтакты.
С использованием пневматического способа измерения стали создаваться приборы для контроля в процессе обработки (приборы активного контроля) для оснащения полуавтоматических шлифовальных станков и станков-автоматов, используемых в серийном и массовом производстве.
Но технический прогресс постепенно привел к тому, что пневматические приборы стали вытесняться индуктивными приборами.
В начале 70-х годов ХХ века индуктивные приборы появились повсеместно, в том числе в СССР, главным образом, благодаря применению магнитопроводов из новых материалов — ферритов. Это позволило кардинально улучшить характеристики индуктивных преобразователей — повысить их точность, уменьшить габариты, снизить измерительное усилие. За прошедшее время сменилось несколько поколений индуктивных приборов. Современные индуктивные приборы рассматриваются в этой книге.
В 90-х годах прошлого века начали выпускать широкодиапазонные линейные индуктивные, емкостные, магнитные и оптоэлектронны ее преобразователи. Это привело к широкому внедрению их на ручном измерительном инструменте (штангенциркули, микрометры, индикаторы и др.), микроскопах, проекторах, координатно-измерительных машинах и других приборах для координатных измерений [7, c. 93].
В 1983 году фирма Silvak (Швейцария) предложила оригинальную и очень технологичную конструкцию емкостного инкрементного преобразователя и индикаторные головки. Так появился очень удобный ручной инструмент с цифровым отсчетом. В 2003 году фирма Sylvac выпустила индуктивный инкрементный преобразователь. Им тоже стали оснащать ручной измерительный инструмент.
В 80-ые годы ХХ века начали совершенствоваться измерительные оптические микроскопы и проекторы, оснащая их программным обеспечением, цифровым отсчетом и компьютерами.
В это же время появились бесконтактные лазерные интерферометры с большими диапазонами измерений и большой разрешающей способностью до сотых долей микрометра, оснащенные компьютером и цифровым отсчетом.
И наконец, самое значительное достижение последнего времени в области технических измерений — координатно-измеритетельные машины. Это широкоуниверсальное интеллектуальное автоматическое средство измерений с программным управлением, позволяющее определять размеры длин и углов, отклонения формы от круглости, цилиндричности, прямолинейности, плоскостности и отклонения взаимного расположения поверхностей от параллельности, перпендикулярности, пересечения осей, симметричности практически любых деталей с одной установки. На КИМ измеряют сложные корпусные детали, например, блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания, штампы, пресс-формы, турбинные лопатки, зубчатые колеса и даже кузова автомобилей. Это имеет большое значение в современном высоко автоматизированном и безлюдном производстве, оснащенном станками с ЧПУ. В настоящее время разнообразные конструкции КИМ выпускают многие фирм разных стран и они широко применяются на производстве [7, c. 95].
Выпускаемые и широко применяемые современные измерительные средства для линейных измерений полностью удовлетворяют по своим функциональным возможностям и точности все потребности современного машиностроительного производства.
Заключение
Средства измерений — это технические средства, которые предназна-чены для измерений и имеют нормированные метрологические характери-стики, воспроизводящие и хранящие единицы физических величин. Разли-чают образцовые и рабочие средства измерения различных уровней (разря-дов) точности. Образцовые предназначены для поверки и градуировки по ним менее точных средств измерений. Рабочие — только для измерений.
Все средства измерений можно разделить на меры (элементарные средства измерений) и измерительные приборы.
Мера — это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины одного или нескольких размеров. Часто используют наборы мер (набор гирь, набор концевых мер и др.).
Измерительные приборы предназначены для проведения измерений и выражения их результатов в доступной для наблюдателя форме (цифры, трафики и т.п.).
По физическому принципу действия их можно разделить на четыре вида: механические, оптические, пневматические и электрические.
Существуют комбинации приборов, составленные из этих видов, например, оптико-механические и др. Отдельную группу составляют автоматические средства контроля размера и других параметров.
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/na-temu-izmeritelnyie-priboryi-istoriya-i-sovremennost/
1. Атамалян, Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: учебное пособие для втузов / Э. Г. Атамалян. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2009. — 415 с.
2. Бирюков, С. В. , Чередов, А. И. Методы и средства измерений — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 336 с.
3. Контрольно-измерительные приборы и инструменты: учебное пособие / С.А. Зайцев, Д.Д. Грибанов, А.Н. Толстов, Р.В. Меркулов. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 464 с.
4. Клюев, В.В. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / под ред. В.В. Клюева. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 2010. — 656 с.
5. Раннев, Г.Г. Методы и средства измерений: учебник для вузов / Г.Г. Раннев, А.П. Тарасенко. — 3-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 336 с.
6. Тартаковский, Д. Д. , Ястребов А. С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений — М.: Издательский центр «Академия», 2009. — 336 с.
7. Харт, Х. Введение в измерительную технику / Х. Харт; пер. с нем. — М.: Мир, 2008. — 391 с.
