Metrologie

Ing. Lenka Petřkovská, Ph.D.

A 620,

59 732

4478 [email protected]



Podmínky Zápočet

max.

40  -

Zkouška

Ústní zkoušení 60 dvě otázky á 30 bodů, doplňující otázka 5 bodů.

min 20 bodů bodů  

Celkem

100

Stupnice

- 86 – 100 bodů → výborně, - 66 – 85 bodů → velmi dobře, - 51 – 65 bodů → dobře, ≤ 50 bodů → NEVYHOVĚL.

51 bodů

Literatura

[1] Tichá, Š.: Strojírenská metrologie část 1, Ostrava : VŠB - TU Ostrava, 2004. [2] Tichá, Š.: Strojírenská metrologie část 2 - Základy řízení jakosti, Ostrava : VŠB - TU Ostrava, 2004.

[3] Tichá, Š.: Návody do cvičení z předmětu Strojírenská metrologie část, Ostrava : VŠB - TU Ostrava, 2008.

[4] Pernikář, J., Tykal, M., Vačkář, J.: Jakost a metrologie. Část metrologie, Učební texty vysokých škol, FSI-VUT v Brně, 2001.

[5] Čech, J., Pernikář, J., Janíček, L.: Strojírenská metrologie, skriptum FSI VUT v Brně, 1998.

[6] Mlčoch, L., Slimák, I.: Řízení kvality a strojírenské metrologie Praha, SNTL, 1987.

[7] Vačkař,J. a kol.: Jakost a strojírenská metrologie. Návody do cvičení, Brno, VUT 1993.

Metrologie V

ědní a technická disciplína, zabývající se všemi poznatky a činnostmi týkajícími se měření, je základem jednotného a přesného měření ve všech oblastech vědy, hospodářství, státní správy, obrany ochrany zdraví a životního prostředí .

Je nutno ji chápat jako soubor činností spojených s udržováním, evidenci, kalibraci a ověřováním měřidel, tedy tvorby a dodržování metrologického řádu.

Zabývá se činnosti v oblasti měření různých veličin. Její význam je dán nutností poznání určitého stavu jevu, ať jde o výrobní proces, experiment nebo bádání.

Základní pojmy

VELIČINY A JEDNOTKY Veličina –

vlastnost jevu, tělesa nebo látky, kterou lze kvalitativně rozlišit a kvantitativně určit (délka, hmotnost, teplota)

Základní veličina –

jedna z veličin, které jsou v určitém systému veličin konvenčně přijaty jako vzájemně nezávislé.

Odvozená veličina –

veličina definovaná v sytému veličin jako funkce základních veličin.

Jednotka –

blíže určená veličina definovaná a přijatá konvencí, se kterou jsou porovnávány jiné veličiny stejného druhu za účelem vyjádření jejich hodnot ve vztahu k této veličině.

Značka jednotky –

kilogram).

konvenční označení měřicí jednotky (m – metr, kg -

Systém měřicích jednotek –

soubor základních a odvozených jednotek pro danou soustavu veličin – podle daných pravidel.

Mezinárodní systém jednotek SI –

systém jednotek přijatý a doporučený Generální konferencí vah a měr.

MĚŘENÍ Měření –

souhrn činností s cílem stanovit hodnotu veličiny.

Metrologie –

věda zabývající se měřením.

Měřicí metoda –

používány při měření.

Měřicí postup –

logický sled po sobě následujících činností, které jsou soubor specificky popsaných činností, které jsou používány při blíže určených měřeních podle dané metody.

Měřená veličina –

veličiny, jejíž hodnota je předmětem měření.

MĚŘICÍ PŘÍSTROJE A MĚŘIDLA Měřicí přístroj (měřidlo) – Měřicí převodník –

zařízení určené k samotnému měření nebo k měření ve spojení s přídavným zařízením.

zařízení, které poskytuje výstupní veličinu.

Měřicí systém –

úplný soubor měřicích přístrojů a dalšího vybavení, který je sestaven k provádění specifikovaných měření.

ETALONY Etalon –

měřidlo, měřicí přístroj, ztělesněná míra, referenční materiál nebo měřicí systém, určené k definování, realizování, uchovávání nebo reprodukování jednotky pro referenční účely (hmotnost 1kg, etalonová koncová měrka).

Zákon 119/2000 sb

.

ZÁKONNÉ MĚŘICÍ JEDNOTKY

Subjekty a orgány státní správy jsou povinny používat základní měřicí jednotky: metr, kilogram, sekunda, ampér, kelvin, mol, kandela.

-

MĚŘIDLA Etalony

– slouží k realizaci a uchování jednotky určité veličiny nebo stupnice a přenosu na měřidla nižší přesnosti.

-

Pracovní měřidla stanovená

– měřidla, které Ministerstvo průmyslu a obchodu stanoví vyhláškou k povinnému ověřování.

Pracovní měřidla nestanovená

měřidlem.

– nejsou etalonem ani stanoveným -

Certifikované referenční materiály a ostatní referenční materiály

– materiály nebo látky přesně stanoveného složení nebo vlastností, používané pro ověřování nebo kalibraci přístrojů, vyhodnocování měřicích metod a kvantitativní určování vlastností materiálů.

Státní metrologická kontrola měřidel

a následné ověřování stanovených měřidel a certifikaci referenčních materiálů.

schvaluje typy měřidel, prvotní

NÁVAZNOST MĚŘIDEL

Zařazení daných měřidel do nepřerušené posloupnosti přenosu hodnoty veličiny počínající etalonem nejvyšší metrologické jakosti pro daný účel až k pracovním měřidlům. Účel – zajištění návaznosti měření.

OVĚŘOVÁNÍ A KALIBRACE

Slouží k zjištění a potvrzení, že dané měřidlo má požadované metrologické vlastnosti.

SCHVALOVÁNÍ TYPU MĚŘIDEL VYROBENÝCH V TUZEMSKU

Měřidla podléhají schválení ještě před zahájením výroby. Schvalování provádí Český metrologický institut ČMI.

SCHVALOVÁNÍ TYPŮ DOVEZENÝCH MĚŘIDEL

Instituce činné v metrologii ČR

-

MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU

Zabezpečuje řízení státní politiky v oblasti metrologie Určuje koncepci rozvoje -

ÚŘAD PRO TECHNICKOU NORMALIZACI, METROLOGII A STÁTNÍ ZKUŠEBNICTVÍ

Zabezpečuje úkoly vyplývající ze zákona o metrologii Stanovuje program státní metrologie Zastupuje ČR v mezinárodních metrologických orgánech -

ČESKÝ METROLOGICKÝ INSTITUT

Zabezpečuje českou státní a primární etalonáž jednotek stupnic fyzikálních a technických veličin Provádí metrologický výzkum a uchovává státní etalony

Instituce činné v metrologii ČR

AUTORIZOVANÁ METROGICKÁ STŘEDISKA

Jsou to organizace, které Úřad autorizoval k výkonům v oblasti metrologie pro akreditaci pracovišť.

STŘEDISKA KALIBRAČNÍ SLUŽBY

Tato střediska jsou v na základně akreditace pověřeny kalibrací měřidel

ČESKÝ INSTITUT PRO AKREDITACI

Buduje a zajišťuje akreditační systém v ČR v souladu s evropskými normami Uděluje, odnímá nebo mění osvědčení o akreditaci.

OBLASTNÍ INPEKRORÁTY ČESKÉHO METROLOGICKÉHO INSTITUTU

CHYBY MĚŘENÍ

Každé měření je zatíženo chybou!!!

   

PŘÍČINY VZNIKU CHYB PŘI MĚŘENÍ:

měřidlo, měřicí systém (nedokonalost a nespolehlivost) měřicí metoda (nevhodně zvolená) podmínky měření (teplota, tlak, agresivita potu…) lidský faktor (zručnost, zkušenost, rozlišovací schopnost oka, kvalifikace…) 

ČLENĚNÍ CHYB:

dle časové závislosti  dle možnosti vyloučení  dle způsobu výskytu statické dynamické odstranitelné neodstranitelné hrubé systematické náhodné (nahodilé)

Hrubé chyby

PŘÍČINY:

 nesprávné odečtení údajů    nesprávný způsob zpracování dat vada přístroje nesprávná manipulace s měřidlem, apod.

  

VÝSLEDEK MĚŘENÍ OVLIVNĚNÝ HRUBOU CHYBOU JE NEPOUŽITELNÝ. HODNOTY ZATÍŽENÉ TOUTO CHYBOU SE ZE SOUBORU HODNOT MUSÍ VYLOUČIT.

V MĚŘENÍ SE NESMÍ POKRAČOVAT, DOKUD NEJSOU PŘÍČINY ODSTRANĚNY.

Hrubé chyby

Postup testování odlehlé hodnoty:

a) vypočte se střední hodnota a výběrová směrodatná odchylka

x

 1

n i n

  1

x i

s   b) pro posouzení odlehlosti podezřelých hodnot souboru (x 2 , x n ) se vypočtou normované hodnoty

H 2 , H n

:  i n   1  x n i   1 x  2

H

2 

x s



x

2   popř.

H n  x s n    x c) z tabulek se určí mezní hodnota

H

pravděpodobnost

p

pro předem stanovenou a počet měření v souboru

n

d) za předpokladu, že H 2  H a H n  H hodnota x 2 není zatížena hrubou chybou a ponechá se v souboru, ale hodnota x n je ovlivněna hrubou chybou a ze souboru naměřených hodnot se vyloučí.

Chyby systematické

Vznikají z příčin, které působí soustavně a jednoznačně co do smyslu a velikosti. Dají se zjistit změnou měřicích poměrů (změna přístroje).

ROZDĚLENÍ:

• dle poznatelnosti • dle příčin vzniku zjistitelné (mají konkrétní hodnotu a znaménko lze je použít pro korekci naměřené hodnoty) neznámé (nemají konkrétní znaménko, nedají se použít pro korekci, považují se za chyby nahodilé) chyby měřidla (vznikají při výrobě, činnosti a používání měřidla) chyby měřicí metody (nesprávná volba metody, vliv přítlačné síly, deformace apod.) chyby osobní (neopatrnost, nevědomost, nepozornost nedokonalost lidských smyslů) chyby způsobené vlivem prostředí (vlhkost, prašnost, teplota, osvětlení, apod.)

Chyby náhodné

jsou způsobené příčinami náhodného charakteru co do velikosti a směru působení. Při každém jednotlivém měření určité veličiny se vyskytují náhodné chyby a ovlivňují každou naměřenou hodnotu. Při opakovaném měření za stejných podmínek (osoba, metoda, měřidlo, prostředí apod.) bude soubor naměřených hodnot v důsledku působení náhodných chyb vykazovat rozptyl (velikost rozptylu je úměrná vlivu náhodných chyb). Při měření mají nejčastěji Gaussovo (normální) rozdělení. Normální náhodná veličina nabývá hodnot v intervalu   s hustotou pravděpodobnosti: f    s 1 2   e   x i  2 s 2 m  2 kde: s xi … dílčí hodnoty, m … směrodatná odchylka, ... průměrná hodnota.

Chyby náhodné

interval ms ms obsahuje 68,27 % náhodné veličiny, interval m 2 s m 2 s obsahuje 95,45% náhodné veličiny, interval m 3 s m 3 s obsahuje 99,73% náhodné veličiny

Chyby náhodné

Základní charakteristikou výsledku měření (charakteristikou polohy souboru naměřených hodnot) je

výběrový průměr

: x  1 n i n   1 x i Rozptyl naměřených hodnot je charakterizován nejčastěji

výběrovou směrodatnou odchylkou:

s    i n   1  x i n   1 x  2 Směrodatná odchylka rozptylu dílčích aritmetických průměrů: s    s   n kde xi … jednotlivé naměřené hodnoty veličiny

X,

n … počet měření.



NEJISTOTY MĚŘENÍ

Charakterizuje interval hodnot kolem výsledku, který můžeme odůvodněně přiřadit k naměřené hodnotě. Může se týkat výsledku měření, ale také hodnot odečtených na přístrojích 

STANDARDNÍ NEJISTOTA TYPU A (u A )

 Je získaná z opakovaného měření  Základní je

standardní nejistota u

Její hodnota s počtem měření klesá

STANDARDNÍ NEJISTOTA TYPU B (u B )

 Závisí na počtu měření Postup stanovení  Vytipovat možné zdroje nejistot   Určení standardních nejistot Posouzení závislosti mezi jednotlivými zdroji



NEJISTOTY MĚŘENÍ

Pro vzájemně nezávislé zdroje  Pro vzájemně závislé zdroje

KOMBINOVANÁ NEJISTOTA u C

  

MĚŘIDLA

Slouží k určení hodnoty měřené veličiny Absolutní – odečtení hodnoty Porovnávací – odchylka od nastavené hodnoty Toleranční měření – rozměr je v toleranci nebo ne

ZÁKLADNÍ MĚŘIDLA

Posuvné měřítko – základní 150mm

Způsoby měření

[3]

Příklady odečítání

1/20 = 0,05 1/50 = 0,02 A = 7 B = 65 Rozměr = 7,65 mm A = 8 B = 64 Rozměr = 8,64 mm [3]

Posuvný hloubkoměr

[4]

Mikrometry třmenové

Druhy mikrometrů

Digitální třmenový mikrometr s číslicovým ukazatelem Mechanický třmenový mikrometr s číslicovou stupnicí Mechanický třmenový mikrometr s kruhovým číselníkem a číslicovou stupnicí Mechanický třmenový mikrometr s vyměnitelnými doteky pro zvýšení rozsahu a s číslicovou stupnicí

Třmenový mikrometr 40 AB s osazenými měřicími plochami Třmenový mikrometr 40 AW s posuvným vřetenem a talířkovými měřicími doteky Třmenový mikrometr 40 AS s posuvným vřetenem a měřicími břity Závitový mikrometr 40 Z A další druhy měřidel pracujících ma principu mikrometrického šroubu

Samostředicí třídotekový dutinoměr Mikrometrický hloubkoměr Talířkový měřicí dotek pro rozteče a šířky drážek Mikrometrický odpich a výměnné prodlužovací nástavce

Číselníkové úchylkoměry

Koncové měrky

   Vyrábějí se nejčastěji ve tvaru hranolů  Měřicí plochy jsou opracovány s vysokou přesností rozměrovou, rovnoběžnosti funkčních ploch a drsnosti povrchu.

KONCOVÉ MĚRKY SE POUŽÍVAJÍ   Jsou všeobecně uznávány jako základ délkového měření.

Jsou to etalony délky reprezentující specifický díl délky (metru).

Pro nastavení měřidel, měřicích přístrojů a přípravků.

K ověřování a kalibraci měřidel.

 Jako etalon délky.

 Pro přímou kontrolu délkových rozměrů.

POŽADAVKY KLADENÉ NA MATERIÁL KONCOVÝCH MĚREK   vysoká tvrdost, otěruvzdornost,     korozivdornost, rozměrová stálost, malý koeficient délkové roztažnosti, dobrá obrobitelnost.

Koncové měrky

[3]

Kalibry

Třmenový kalibr Válečkový kalibr Ploché kalibry Třmenový kalibr- nastavitelný Závitové kalibry [2,3]

Interference světla

Je založena na vlnové podstatě světla. Jednotlivé částice světla kmitají kolmo k pohybu šíření světla. Maximální výchylka od střední polohy se nazývá amplituda A, její velikost určuje intenzitu světla.

Světlo je složeno z různých jednobarevných světel o určité vlnové délce λ. K rozdělení světla na jednotlivé složky se využívá lomu a rozkladu v hranolu nebo ohybu na ohybové mřížce.

Představíme-li si světlo jako vlnoplochy, pak v místech, kde nastává zeslabení (zesílení) intenzity světla dostaneme

interferenční proužky

, které se k měření používají.

Rozdělení paprsků se v měřicí technice nejčastěji provádí planparalelní destičkou.

Využití interference světla v metrologii

Celá řada přístrojů využívá interference světla- princip Michelsonova interferometru

Měření a kontrola rovinného úhlu

JEDNOTKY    Rovinný úhel 1 radián – odpovídá délce oblouku 1m na rameni 1m (1rad =180/ π, 1rad ≈ 57º) Radián je jednotka, která se nedá exaktně realizovat, v technické praxi nemá využití.

Rovinný úhle 1º je úhel, který sívá 360. díl kruhu  Dělí se na minuty a vteřiny ÚHLOVÉ MĚRKY   Jsou základem měření úhlů Umožňuje skládání měrek nasátím, což dává možnost vytvoření nových hodnot úhlů

Měření a kontrola rovinného úhlu

OPTICKÉ POLYGONY

 Přesné mnohaboké hranoly s definovanými úhly   Představují určitý druh přesného dělení kruhu Optický – funkční plochy polygonu působí jako zrcadla a používají se na měření úhlů optickými přístroji

ÚHLOVÉ ŠABLONY

 Jsou určeny pro speciální měření a kontrolu (kontrola závitů, rybin, úkosů,…)  Patří se průsvitné šablony, závitové měrky, okuláry mikroskopů s vynesenými úhly,….

Měření a kontrola rovinného úhlu

ÚHELNÍKY  Úhlová měřidla zhmotňující úhel 90º   Používají se pro kontrolu kolmosti ploch, nastavení pravých úhlů, orýsování,… Podle přesnosti se vyrábění jako: nožový, normál, dílenský úhelník ÚHLOMĚRY   Jednoduché měřicí prostředky pro nastavování a orýsování úhlů Mechanické úhloměry , optické úhloměry, elektronické úhloměry LIBELY  Fungují na základě působení zemské gravitace a plní 2 základní funkce: ustavení roviny do vodorovné polohy měření malých úhlů a odchylek od vodorovné polohy

Měření a kontrola rovinného úhlu

   

Kapalinová libela

– využívají vlastnosti bublin v uzavřených nádobách naplněných kapalinou – bublina se vždy snaží zaujmout nejvyšší polohu.

Elektronická libela

měřicí místo.

– hlavní část tvoří speciálně uložené kyvadlo, jehož poloha vůči tělesu libely je závislá na poloze roviny, na které je libela uložena. Umožňuje odečítání v nepřístupných místech a v jím místě než je

Koincidenční libela

– měření je v přesnější než u běžných libel. Soustava skleněných hranolů zobrazí 2 nezacloněné poloviny bubliny, které se pohybují proti sobě. Obraz se pozoruje lupou.

Sklonoměr

(inklinační libela) – úhloměrný přístroj na měření sklonů ploch vůči základní vodorovné rovině. Má větší rozsah než libely.

Šablona na měření úhlů Veritas

Úhly

Univerzální číselníkový úhloměr 360° Úhloměr 180° Univerzální digitální úhloměr 360° Úhloměr 10-170° Úhelník

měřící rozsah: přesnost:

-360 ° +360 ° ±5' nebo ±0.08 ´ Úhelník se základnou [4,5]

Kuželové kalibry Sinusová pravítka Šablona pro šroubovité vrtáky Šablona pro ostrý závit

-pro Whitworth 55 ° pro metrický závit 60°

Šablona pro šroubovité vrtáky Šablona pro trapézový závit

[2]

Použití gon. funkcích pro měření úhlů

Při využití goniometrických funkcích jde o měření nepřímě s velmi vysokou přesností.

SINUSOVÉ PRAVÍTKO

  Samostatně není prostředkem pro měření úhlů, tím se stává až ve spojení s koncovými měrkami, které jej umožní použít na stanovování a měření úhlů.

Používá se hlavně pro kontrolu úhlů na součástkách a jako přípravek při přesném obrábění.

Použití gon. funkcích pro měření úhlů

TANGENTOVÉ PRAVÍKO  Pravítko položené na 2 měrky vzdálené od sebe o určitou vzdálenost, rozdíl velikosti měrek a vzdálenosti L těchto měrek určuje tangentu úhlu   Místo měrek se často používají válečky, jejichž vzdálenost je možno nastavit měrkami Měření je méně přesné než u sinového pravítka

Děkuji za pozornost