До великой промышленной революции 18 века каждый механизм изготавливался одним мастером – от начала и до конца. Самыми сложными механизмами в то время были часы, навигационные приборы и замки. Каждая деталь подгонялась к другой индивидуально, и в двух часах, вышедших с одной мануфактуры не было двух одинаковых деталей. При ремонте невозможно было вынуть износившуюся деталь и заменить ее новой, так как они не подходили друг к другу. Развитие промышленности и переход от мануфактур к фабрикам привнесло такие понятия, как разделение труда и серийное производство. Появилась необходимость стандартизации, которая позволяла бы изготавливать одинаковые (в определенных пределах) детали в рамках одной фабрики, а еще лучше — в рамках целой отрасли. Стандартные детали, выпускаемые одной фабрикой, можно было бы использовать на многих предприятиях, а при ремонте можно было бы просто выбросить износившуюся деталь и заменить ее новой.

Для этого было необходимо создать систему стандартов, которые позволили бы организовать производство деталей с четко определенными требованиями, сначала для каждой фабрики, а затем – для отрасли или всей промышленности в целом. Так появилась инженерная дисциплина, которая называется «основы взаимозаменяемости». Именно там родились такие термины, как допуски, посадки, расчет размерных цепей и многое другое.

В процессе обучения многих не раз путало и пугало понятие допусков и посадок. Попробуем разобраться с этим и понять, для чего они предназначены. Ведь без использования этих понятий невозможно правильное и точное соединение деталей в машиностроении и металлообработке.

Вся система допусков и посадок нацелена на стандартизацию деталей и обеспечение взаимозаменяемости их при сборке или ремонте механизмов и машин различной степени сложности. Для решения этой проблемы все серийно выпускаемые изделия должны быть выполнены с определенной точностью механической обработки. Точность производства деталей определяет система допусков и посадок, разработанных специалистами по стандартизации. Эти параметры всегда присутствуют в чертежах и технических заданиях на обработку. Задача этой статьи – научить правильно читать и понимать чертежи, а не только видеть номинальные габариты детали.

Описание основных определений и терминов

В основе построения системы посадок лежит понятие о системе отверстия (все посадки образуются соединением валов различного размера с основным отверстием) и системе вала (все посадки образуются соединением отверстий различного размера с основным валом).

Различают посадки, допуски размеров и посадок.

Допуском называют регламентированную область отклонений от номинального размера детали. При отображении на чертеже эта область составляет промежуток между линиями или числами, которые соответствуют верхнему и нижнему пределам отклонения от номинала.

Область допуска описывает не только величину допуска, но и размещение его относительно номинального размера детали или поверхности. Размещение области может быть относительно нулевой линии:

•      симметричным и асимметричным;

•      выше или ниже его;

•       со смещением в одну из сторон.

В инженерной графике принято указывать предельные отклонения в миллиметрах над размерной линией после обозначения номинала с учетом их знаков.

Посадка – параметр, который характеризует соединение деталей. Он определяется величиной получающихся при соединении зазоров или натягов. Все посадки делятся на три основных типа: 

•     с зазором;

•     с натягом;

•     переходные.

Допуском посадки считается разность между наибольшим и наименьшим зазором, которые составляют соединение.

Вследствие неизбежного возникновения области рассеяния размеров сопрягаемых деталей от наибольшего до наименьшего значения, возникает рассеяние зазоров и натягов.

Крайние значения зазоров и натягов рассчитываются по формулам. Точность посадки считается более высокой, если колебание зазоров или натягов минимально.

Допуски и посадки нормированы государственными стандартами:

1.         ЕСДП — “Единая система допусков и посадок”.

2.         ОНВ — “Основные нормы взаимозаменяемости”.

Первая система применяется при составлении допусков и посадок размеров гладких элементов деталей. Также, она работает для посадок, образуемых соединениями этих деталей.

ОНВ регламентирует минимальные и максимальные отклонения и зазоры в резьбовых и конических, шпоночных и шлицевых соединениях. Требования основных норм взаимозаменяемости учитываются при расчетах зубчатых передач.

Допуски и посадки необходимо указывать в технологической документации:

•       эскизах;

•       чертежах;

•       технологических картах и т.п.

Основой всех техпроцессов, при их составлении, служат правильно выбранные допуски и посадки. Осуществление контроля качества деталей в разрезе точности происходит на этапе производства путем проверки соответствия их предельных отклонений от номинальных размеров.

Номинальные размеры и отклонения от них 

Когда создается деталь, то, прежде всего, формируется точный чертеж с ее номинальными размерами. Однако, на практике невозможно изготовление двух абсолютно точных деталей. Поэтому все изделия изготавливаются с тем или иным классом точности.

Чем выше этот класс, тем меньше размер отклонений от номинального размера детали. Таким образом, допуск характеризует величину отклонений в размере. Он бывает только положительным, хотя размер детали по факту обработки может отличаться от номинального, как в большую, так и в меньшую сторону.

Более точно допуском можно назвать разность между максимальным и минимальным размером детали при ее механической обработке. Предельные размеры определенны классом точности. Между ними должен находиться размер любой детали из партии. В результате использования мерительного инструмента мы, после воздействия на заготовку, можем установить ее действительный размер.

Принято считать, что, если фактический размер после обработки находится в пределах допусков, то деталь пригодна к сборке и является технологически годной.

Рассмотрим пример механической обработки детали «Штанга толкателя».

Данная деталь помогает своевременному открытию и закрытию клапанов ДВС и, при работе под нагрузкой, подвержена выработке. В частности, на головке штанги образуется борозда, которая может способствовать залипанию, заклиниванию клапанов в неправильном положении и, как следствие, приводить к неправильной работе двигателя. Для ликвидации подобной канавки (выработки) применяется токарная ремонтная операция: «Протачивание штанги толкателя» в пределах минимального значения допуска на механическую обработку.

Задача токаря при выполнении такой операции двояка:

1. Снятие металла, выравнивание поверхности головки штанги.

2. Замеры и выбраковка изделий.

То есть, квалифицированный рабочий должен сначала устранить шероховатость поверхности, после чего проверить соответствие на попадание обработанной поверхности в нижнее поле допуска. Штанга, головка которой попадает в значения нижнего отклонения допуска, считается отремонтированной и готовой к повторному использованию. Те же изделия, которые имеют меньший диаметр после обработки, чем указано в допуске, выбраковываются и идут на переплавку.

Итак, допуск — это модульное значение разницы между граничными отклонениями. Этот параметр задает допускаемые границы действительных размеров годных деталей в партии и фиксирует точность изготовления.

Говоря об экономической части понимания значения допуска, следует отметить, что с уменьшением размеров отклонений качество изделий возрастает. Однако, стоимость их производства нелинейно увеличивается. Крайне важно, при составлении чертежей, учитывать все условия, при которых будет эксплуатироваться каждая деталь. И формировать такие допуски на мехобрабоку, которые являются необходимыми и достаточными для данных условий. Ведь излишняя точность в классе изготовления детали могут сделать ее применение экономически нецелесообразным.

В вышеприведенном примере почти все штанги толкателей при малом допуске можно было бы забраковать, вместо их восстановления и возвращения на службу.

Посадки, как способ эффективного сопряжения поверхностей

Детали при сборке должны эффективно выполнять свои функции. Для обеспечения их регламентируемого взаимодействия выработана система посадок. В технологических процессах посадкой называют условия соединения деталей, которые определяются размерами зазоров между ними или натягов. Посадка описывает степень свободы взаимодействия деталей в паре. Как частный случай, может описывать степень сопротивления их взаимному смещению.

Рассмотрим классический случай с отверстием и валом, работающим в нем. Каждая из деталей имеет свой номинальный размер. Однако, каждая деталь из партии одинаковых изделий изготавливаются в пределах своих допусков.

Поэтому, при их соединении, возможен зазор, который технологически допустим. Величина такого зазора не может превышать разность допусков на обработку этих деталей. То есть, зазор определенной величины не послужит причиной неправильной работы соединения, а изделие сможет выполнять свои функции без повышенного износа или биения.

Также, возможно соединение вала и отверстия с натягом. Такой тип соединения возможен, когда фактический размер вала превышает размер отверстия в пределах допусков. Технологически осуществляется запрессовка такого вала в отверстие, при которой гарантируется качественная работа соединения.

На практике часто имеет место переходная посадка. Произвольно соединяя различные детали из партии, возможно получение как зазора между деталями, так и натяга. Фактически, мы имеем полное или частично перекрытие полей допусков изделий.

Расчет посадок и допусков по квалитетам точности

Квалитет – IT представляет собой степень точности, то есть совокупность допусков, рассматриваемых как соответствующие одному уровню точности для всех номинальных размеров.

В ЕСПД классы точности называют для удобства квалитетами. С ростом квалитета точность изготовления деталей понижается вследствие увеличения допуска на ее механическую обработку. Всего насчитывают 19 квалитетов: от 01 до 17.

Существуют специальные сводные таблицы, в которых описано поле допусков по возрастанию номинальных размеров. Считается, что они соответствуют одному и тому же уровню точности, определяемому квалитетом, а именно — его порядковым номером.

Для каждого номинального размера допуск для разных квалитетов может быть неодинаков. Он колеблется в зависимости от способов обработки изделий. В ЕСДП наивысшим квалитетом точности считают 01, а допуск квалитета условно обозначают латиницей – IT. После этого обозначения проставляется номер квалитета.

При составлении технической документации, чертежей под словом допуск понимается допуск системы. Рассмотрим подробнее, для каких видов деталей предусмотрены различные квалитеты.

•   IT01, IT0 и IT1 оценивают точность измерительных приборов с плоскопараллельными поверхностями;

•   IT2, IT3 и IT4 регламентируют точность гладких калибров-пробок и калибров-скоб;

•   5-й и 6-й квалитеты используют при определении допусков деталей для высокоточных ответственных соединений, таких как шпинделей прецизионного оборудования, подшипников качения, шеек коленвалов и т.п.

•  IT7 и IT8 считаются самыми массовыми в машиностроении. С помощью этих квалитетов описывают допуски на изготовление размеров деталей ДВС, авто- и авиатранспорта, станков для обработки металла, измерительных приборов и т.д. Считается, что для ответственных соединений деталей в этих отраслях данной степени точности при их изготовлении достаточно и экономически – целесообразно.

•    IT9 оценивает точность размеров деталей в полиграфии и тепловозостроении, например, подшипники скольжения неточных валов; при изготовлении сельхозтехники, подъемно-транспортных механизмов, текстильных машин.

•   10-й квалитет используют для описания размеров неответственных соединений при производстве подвижного состава, сельскохозяйственных машин и посадочных мест холостых шкивов на валах.

•  IT11 и IT12 используют для регламентирования размеров в литых и штампованных деталях с большими зазорами, которые используются в неответственных соединениях.

•   Низшие квалитеты с 13го по 17й применяют для остальных неответственных размеров деталей. Как правило, это не входящие в соединения детали, в которых допускаются свободные размеры. Они же могут регламентировать межоперационные размеры.

Допуски в квалитетах 5—17 определяют по общей формуле:

1Tq = ai, где:

q — номер квалитета;

а — безразмерный коэффициент, именуемый числом единиц допуска. Устанавливается для каждого квалитета и не зависит от номинального размера;

i — единица допуска (мкм) — множитель, находящийся в функции от номинального размера;

Применяют следующее стандартное правило: заданным квалитетам и интервалам номинальных размеров соответствует значение допуска, которое является постоянным для валов и отверстий.

С 5-го квалитета, допуски с порядковым понижением квалитета увеличиваются на 60%, поскольку используется знаменатель геометрической прогрессии, который равен 1,6. Таким образом, мы имеем десятикратное увеличение допусков через каждые 5 квалитетов.

Особенности расчетов с помощью размерных цепей

Одним из важнейших моментов при разработке допусков и посадок является расчет размерной цепи. Совокупность всех зависимых размеров в конструкции изделия или машины, которые образуют замкнутую цепь и определяют взаимное положение осей или поверхностей, называют размерной цепью. Грамотный анализ необходим для определения оптимального соотношения размеров, которые взаимосвязаны. Подробные геометрические расчеты используют при создании машин и механизмов, приспособлений и приборов.  Без них не обойтись на стадии проектирования любого техпроцесса.

В любой определенной замкнутой размерной цепи выбирается некая точка отсчета. Размеры, образующие размерную цепь, не могут назначаться независимо. Параметры хотя бы одного из размеров определяются остальными. Определив такое ключевое звено, можно правильно подобрать значение и точность, остальных размеров в цепи.

Каждый из размеров механизма или машины, образующих размерную цепь, именуют звеном. Такими звеньями становятся угловые или линейные параметры изделия:

•   промежутки между плоскостями или осями;

•    натяги и зазоры;

•    диаметральные размеры;

•    перекрытия и мертвые ходы;

•    отклонения формы и расположения поверхностей.

Каждая размерная цепь имеет одно начальное звено и несколько составляющих звеньев, последнее из которых связано с исходным. За точку отсчета принимается исходное звено, к которому привязывается основное требование точности. В соответствии с техусловиями, качество изделия предопределяет точность его исходного звена.

При сборке изделия исходное звено часто замыкает размерную цепь. Его называют конечным или замыкающим. Оно представляет собой законченный результат изготовления всех остальных звеньев цепи в ходе выполнения последовательных действий.

Остановимся подробнее на звеньях, которые входят в цепь. Они подразделяются на две группы.

→  Группа увеличивающихся звеньев – ее составляют звенья, с увеличением которых увеличивается и конечное звено.

←  Группа уменьшающихся звеньев, к которой относят звенья, с убыванием их размера уменьшается и замыкающее звено.

Основные рекомендации для проведения размерного анализа можно свести к следующим критериям при нахождении ключевых звеньев:

1.         Грамотная постановка задачи, для решения которой производят расчет размерной цепи или группы цепей. Каждая цепь должна содержать не более одного замыкающего или исходного звена.

2.         Установка требований к точности изделия для правильного определения исходного звена, которые подразделяются на:

•    требования к качеству изделия по точности взаимного расположения сборочных единиц;

•    условия собираемости изделий, зависящие от точности взаимной ориентации его деталей и правильного соотношения сборочных размеров.

Теория размерных цепей помогает решить многочисленные технологические, конструкторские и метрологические задачи. Она является неотъемлемым этапом при производстве и эксплуатации изделий, не говоря уже о конструкторском, предваряющем производство, периоде. На этапе конструкторской разработки устанавливаются кинематические и геометрические связи между размерами. Инженеры-конструкторы производят расчет номиналов их значений, а также возможных отклонений и допусков в размерах звеньев.

В ходе составления нового технологического процесса проводят расчет межоперационных размеров, всех припусков и допусков. Для него крайне важно произвести:

•    обоснование последовательности операций;

•    просчет требуемой точности оснастки для изготовления изделий и их сборки;

•    разработку технических условий на машины, их составные части;

•    определение средств и методов измерений для контролируемых деталей.

Прямая и обратная задачи

Размерные цепи нашли широкое применение при решении прямой и обратной задач по определению допусков и посадок в деталях. Эти задачи отличает последовательность расчетов, собственно, откуда и происходят их названия. Они взаимосвязаны между собой, а решение одной из них может являться проверкой другой.

Итак, что же из себя представляет прямая задача? По сути, это расчет от определенного теоретически исходного звена. В ходе ее решения определяют номинальные размеры, допуски и предельные отклонения всех элементов (звеньев) размерной цепи. Причем, расчет ведется от заданных допусков и номиналов исходного звена.

При обратной задаче расчет ведется исходя из значений допусков и размеров составляющих звеньев. Процесс позволяет определить номинальный размер, допуск и предельные отклонения замыкающего звена.

Расчеты размерных цепей рекомендуют производить:

•   методом экстремумов, который принимает во внимание только предельные отклонения составляющих звеньев;

•   вероятностным методом, который учитывает закон нормального распределения размеров деталей при их изготовлении и случайный характер их сочетания в сборке.

Способы получения искомой точности начального звена

На практике применяются 5 способов необходимой точности начального звена:

1.         Полная взаимная заменяемость.

2.         Вероятностный метод.

3.         Способ селективной сборки.

4.         Пригонка.

5.         Регулировка положения относительно друг друга.

Классификация способов получения необходимой точности исходного звена изложена в таблице по стандартизации.

Конструктивные нюансы изделия, его функциональное назначение, стоимость изготовления и сборки, а также другие параметры важно учитывать при выборе способа получения заданной точности исходного или замыкающего звена. Уровень работы квалифицированного специалиста определяется выбором способа достижения точности с определенными параметрами, который позволит максимально сократить эксплуатационные и технологические издержки.

Самым перспективным, хотя не всегда возможным, является способ полной взаимной заменяемости. Необходимо стремиться к тому, чтобы сборка деталей или изделия производилась без подбора, пригонки или регулировки. Идеальный вариант, когда все собранные изделия отвечают всем параметрам взаимной заменяемости, не часто встречается.

Наиболее экономически оправданным во многих случаях является вероятностный метод. Он позволяет определять граничные, а значит более дешевые квалитеты при малом проценте бракованных деталей.

Четкая система допусков и посадок, а также методов их определения, позволяет избежать излишних затрат на всех этапах производства: от проектирования до серийного выпуска готовой продукции.

Автор статьи: зам. генерального директора АО «КоСПАС» по производству  А.Ю. Парфенов

§ 1. Статические параметры и характеристики

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИКИ

Общие сведения. Системы автоматики состоят из ряда связанных между собой элементов, выполняющих определенные функции и обеспечивающих в комплексе весь процесс управления: получение первичной информации, усиление сигналов информации и преоб­разование их в управляющие сигналы, воздействие на исполни­тельные механизмы.

В соответствии с выполняемыми функциями все элементы, со­ставляющие автоматические системы, классифицируются на три самостоятельные группы:

а) измерительная, представляющая собой различного типа датчики, информирующие о достижении определенного значения контролируемого параметра;

б) преобразовательная, служащая для усиления информацион­ного сигнала и преобразования его в другой, удобный для управ­ления;

в) исполнительная, включающая в себя комплекс механизмов, непосредственно осуществляющих управление.

Все элементы любой группы имеют вход и выход. На вход по­ступает информация, форма которой преобразуется в другую, не­обходимую для дальнейшего движения и воздействия. Входная величина элемента обозначается через X, а выходная — через У.

Входной величиной элемента могут быть мгновенные значения физических величин (скорости, ускорения, давления, температуры, перемещения, освещенности, тока, напряжения и т. д.), амплитуд­ные значения синусоидальных или импульсных электрических ве­личин (тока или напряжения), частота физических величин и т. д.

Выходной величиной может быть электрический сигнал, раз­личный по величине и характеру.

Входную величину обычно называют входным сигналом, а вы­ходную — выходным сигналом.

Элементы, как и системы, могут работать в различных режи­мах.

Режим работы элемента (системы) при постоянных во време­ни входной и выходной величинах называют установившимся или статическим режимом. В установившемся режиме X(t) = const и Y(t)=const.

Режим работы элемента при переменных во времени входной и выходной (или одной из них) величин называют динамическим.

Элемент представляет собой самостоятельное конструктивное исполнение, выполняющее определенные функции. Элементом мо­жет быть, например, резистор, конденсатор, трансформатор и т. д. Элементы могут отличаться друг от друга физической природой, принципом действия, схемой включения, конструкцией и т. д. Все элементы автоматики различают по физическим основам их дей­ствия (свойствам). Свойства элемента определяются рядом харак­теристик и параметров. Под характеристикой понимают зависи­мость одной величины от другой, а под параметром — величину, характеризующую некоторое существенное свойство элемента.

Если известны те или иные показатели элемента, то можно оце­нить свойство этого элемента. В автоматике и телемеханике свой­ства элементов оцениваются разными показателями, связанными с входными и выходными величинами.

Функциональная зависимость выходной величины Y от входной X, выраженная математически или графически, называется стати­ческой характеристикой элемента Y=f(X).

Элементы, имеющие не зависящие от времени параметры и ли­нейные статические характеристики, называются линейными, а имеющие нелинейные характеристики — нелинейными элементами.

По статической характеристике можно определить вид элемен­та (датчик, реле). Так, например, если статическая характеристи­ка элемента непрерывна, т. е. величина Y находится в определенной непрерывной зависимости от величины X (рис. 5.1), то такой элемент называют источником первичной информации или датчи­ком.

Если статическая характеристика элемента изменяется скачком, т. е. практически осуществляется включение или отключение при достижении входной величиной Х определенных, заранее установленных значений, то такой элемент называется реле (рис. 5.2).

В зависимости от природы контролируемой входной величины X реле называются электрическими, тепловыми, оптическими. По наименованию входной величины X реле имеет уточняющий тер­мин: реле уровня, реле скорости, реле тока, реле напряжения и т. д.

Как датчики, так и реле являются основными элементами ав­томатики. Они являются основными и обязательными элементами .: воспринимающих блоков (устройств). Их используют также и в промежуточных, и в исполнительных блоках автоматических си­стем. Элементы для конкретных автоматических систем выбирают по ряду показателей, их характеризующих,— коэффициенту пере­дачи, порогу чувствительности, погрешности.

Коэффициент передачи элемента представляет собой отношение » выходной величины элемента Y к входной величине X, т. е. K=Y/X.

У элементов с линейной статической характеристикой коэффи­циент передачи — величина постоянная, а у элементов с нелиней­ной — переменная, зависящая от X. Если входная и выходная ве­личины элемента имеют одинаковую физическую природу, т. е. одинаковые размерности, то коэффициент передачи размерности не имеет и его называют коэффициентом усиления. При разных размерностях входной и выходной величин коэффициент передачи элемента имеет размерность. Применительно к датчику коэффи­циент передачи называют также чувствительностью. Чем больше К, тем больше выходной сигнал элемента при том же изменении входной величины и тем меньше нужно будет усиливать выходной сигнал до требуемого значения.

Порог чувствительности — это наименьшее (по абсолютному значению) значение входного сигнала, способное вызвать измене­ние выходного сигнала. Интервал между значением входного сиг­нала, не оказывающего воздействия на значение выходного сиг­нала, и значением входного сигнала, оказывающего воздействие на значение выходного сигнала, называется зоной нечувствитель­ности—. Чем больше, тем хуже элемент. Например, у электродвигателя порог чувствительности равен напряжению трогания двигателя.

Погрешность элемента появляется из-за неточной тарировки: или градуировки (вследствие разброса параметров) элементов в процессе их изготовления (в пределах установленных допусков). В результате погрешности происходит отклонение характеристики элемента от заданной «идеальной» статической характеристики. Погрешность элемента может также возникнуть в результате изменения его внутренних свойств (старение, износ) или внешних факторов (воздействие температуры, влажности, питающего напряжения). ‘j

Различают абсолютную, относительную и приведенную погреш­ности. Под абсолютной погрешностью элемента понимают разность между полученным Y_п и действительным Y значениями выходной величины, т. е..

Действительное номинальное значение выходной величины — это идеальное значение выходной величины при отсутствии по­грешности.

Абсолютная погрешность имеет размерности выходной величи­ны. Она может быть положительной и отрицательной.

Относительная погрешность дает более полное представление о нестабильности статической характеристики. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности к действительному зна­чению выходной величины элемента, выраженной в относительных единицах или процентах:

,

где Δ — абсолютная погрешность; Y — действительное значение выходной величины элемента.

По мере уменьшения номинального значения выходной величи­ны при неизменном значении абсолютной погрешности относитель­ная погрешность увеличивается.

Приведенная погрешность чаще всего характеризует элементы автоматики. Под приведенной погрешностью понимают отношение абсолютной погрешности к разности предельных значений выход­ной величины, выраженной в относительных единицах или процен­тах, т. е.

где Y_макс и Y_мин — максимальное и минимальное значения выход­ной величины элемента; А— абсолютная погрешность.

При определении погрешности элемента выходную величину измеряют несколько раз, затем определяют среднее арифметиче­ское выходной величины, которое принимается за тарировочное значение. Выбирают наибольшую разность между измеренным и тарировочным значениями Δ _макс. Далее по формуле находят по­грешность элемента:

,

где — разность между измеренным и тарировочным значе­ниями; Y_мин — значение выходной величины элемента; и — погрешности (приведенные) образцовых приборов, используемых для измерения входной и выходной величин элемента при тари­ровке.

Погрешность, которая возникает при нормальных условиях эксплуатации, называется основной погрешностью. Условия экс­плуатации элемента не всегда совпадают с нормальными, поэтому к основной погрешности элемента Добавляется погрешность, на­зываемая дополнительной.

2.4. Виды и методы измерений

Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организованное действие человека, выполняемое для количественного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения какой–либо физической величины.

Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на:

• статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;

• динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления, динамическими – измерения пульсирующих давлений, вибраций.

По числу измерений они делятся на однократные и многократные. Однократным называют измерение, выполненное один раз. Многократным называют измерение физической величины одного размера, результат которого получен из нескольких следующих друг за другом измерений, то есть состоящее из ряда однократных измерений. Многократное измерение выполняют в случае, когда случайная составляющая погрешности однократного измерения может превысить требуемые по условиям задачи значение. Выполнив ряд последовательных отдельных измерений, получают одно многократное измерение, погрешность которого может быть уменьшена методами математической статистики.

По способу получения результатов измерений их разделяют на:

• прямые;

• косвенные;

• совокупные;

• совместные.

Прямые – это измерения, при которых искомое значение физической величины находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения можно выразить формулой Q = X, где Q – искомое значение измеряемой величины, а X – значение, непосредственно получаемое из опытных данных.

При прямых измерениях экспериментальным операциям подвергают измеряемую величину, которую сравнивают с мерой непосредственно или же с помощью измерительных приборов, градуированных в требуемых единицах. Примерами прямых служат измерения длины тела линейкой, массы при помощи весов и др. Прямые измерения широко применяются в машиностроении, а также при контроле технологических процессов (измерение давления, температуры).

Косвенные – это измерения, при которых искомую величину определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, т.е. измеряют не собственно определяемую величину, а другие, функционально с ней связанные. Значение измеряемой величины находят путем вычисления по формуле Q = F(x₁,x₂,…,x_n), где Q – искомое значение косвенно измеряемой величины; F – функциональная зависимость, которая заранее известна, x₁,x₂,…,x_n – значения величин, измеренных прямым способом.

Совокупные – это производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомую определяют решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Совместные – это производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимостей между ними.

По условиям, определяющим точность результата, измерения делятся на три класса:

• измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. К этому же классу относятся и некоторые специальные измерения, требующие высокой точности;

• контрольно–поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения;

• технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений.

По способу выражения результатов измерений различают абсолютные и относительные измерения.

Абсолютными называются измерения, которые основаны на прямых измерениях одной или нескольких основных величин или на использовании значений физических констант.

Относительными называются измерения отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Существуют и другие классификации измерений, например, по связи с объектом (контактные и бесконтактные), по условиям измерений (равноточные и неравноточные).

Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность.

Принцип измерений – физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

В настоящее время все измерения в соответствии с физическими законами, используемыми при их проведении, сгруппированы в 13 видов измерений. Им в соответствии с классификацией были присвоены двухразрядные коды видов измерений: геометрические (27), механические (28), расхода, вместимости, уровня (29), давления и вакуума (30), физико–химические (31), температурные и теплофизические (32), времени и частоты (33), электрические и магнитные (34), радиоэлектронные (35), виброакустические (36), оптические (37), параметров ионизирующих излучений (38), биомедицинские (39).

Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. Как правило, метод измерений обусловлен устройством средств измерений. Средствами измерений являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства. Примерами распространенных методов измерений являются следующие методы:

• метод непосредственной оценки – метод, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Например, взвешивание на циферблатных весах или измерение давления пружинным манометром;

• дифференциальный метод – метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. Этот метод может дать очень точные результаты. Так, если разность составляет 0,1 % измеряемой величины и оценивается прибором с точностью до 1 %, то точность измерения искомой величины составит уже 0,001 %. Например, при сравнении одинаковых линейных мер, где разность между ними определяется окулярным микрометром, позволяющим ее оценить до десятых долей микрона;

• нулевой метод измерений – метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины. Например, измерение массы на равноплечных весах при помощи гирь. Принадлежит к числу очень точных методов.

• метод сравнения с мерой – метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают величиной, воспроизводимой мерой. Например, измерение напряжения постоянного тока на компенсаторе сравнением с известной ЭДС нормального элемента. Результат измерения при этом методе либо вычисляют как сумму значения используемой для сравнения меры и показания измерительного прибора, либо принимают равным значению меры. Существуют различные модификации этого метода: метод измерения замещением (измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины, например, при взвешивании поочередным помещением массы и гирь на одну и ту же чашку весов) и метод измерений дополнением (значение измеряемой меры дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению).

Качество измерений характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью и воспроизводимостью измерений, а также размером погрешности.

Погрешность измерений – разность между полученным при измерении и истинным значениями измеряемой величины. Погрешность вызывается несовершенством методов и средств измерений, непостоянством условий наблюдения, а также недостаточным опытом наблюдателя или особенностями его органов чувств.

Точность измерений – это характеристика измерений, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Количественно точность можно выразить величиной, обратной модулю относительной погрешности.

Правильность измерения определяется как качество измерения, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов (т.е. таких погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины). Правильность измерений зависит, в частности, от того, насколько действительный размер единицы, в которой выполнено измерение, отличается от ее истинного размера (по определению), т.е. от того, в какой степени были правильны (верны) средства измерений, использованные для данного вида измерений.

Важнейшей характеристикой качества измерений является их достоверность. Она характеризует доверие к результатам измерений и делит их на две категории: достоверные и недостоверные, в зависимости от того, известны или неизвестны вероятностные характеристики их отклонений от истинных значений соответствующих величин. Результаты измерений, достоверность которых неизвестна, не представляют ценности и в ряде случаев могут служить источником дезинформации.

Сходимость (повторяемость) – это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений одного и того же параметра, выполненных повторно одними и теми же средствами измерений, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Воспроизводимость – это качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений одного и того же параметра, выполняемых в различных условиях (в различное время, различными средствами и т.д.).

  путей:
/ пользователей / {USERID}:
получить:
резюме: Получить пользователя по идентификатору
параметры:
- в: путь
имя: userId
схема:
тип: целое число
обязательно: правда
Описание: Числовой идентификатор пользователя для получения  

  GET / users / {id}
GET / cars / {carId} / drivers / {driverId}
GET /report. enjformat}
  

  путей:
/ пользователей / {ID}:
получить:
параметры:
- в: путь
name: id # Обратите внимание, что имя такое же, как в пути
обязательно: правда
схема:
тип: целое число
минимум: 1
описание: ID пользователя  

  GET / pets / findByStatus? Status = доступно
GET / notes? Offset = 100 & limit = 50  

  параметров:
- в: запрос
имя: смещение
схема:
тип: целое число
description: количество элементов, которые нужно пропустить перед началом сбора набора результатов.
- в: запрос
имя: предел
схема:
тип: целое число
описание: количество предметов для возврата  

  GET / file? Path = quotes% 2Fh3g2.TXT  

  параметров:
- в: запрос
имя: путь
обязательно: правда
схема:
тип: строка
allowReserved: истина # <-----  

  GET /file?path=quotes/h3g2.txt  

  GET / ping HTTP / 1.1
Хост: example.com
Идентификатор X-запроса: 77e1c83b-7bb0-437b-bc50-a7a58e5660ac  

  путей:
/пинг:
получить:
Summary: проверяет, жив ли сервер
параметры:
- в заголовке
имя: X-Request-ID
схема:
тип: строка
Формат: UUID
требуется: правда  

  GET / api / users
Хост: example.com
Cookie: debug = 0; csrftoken = BUSe35dohU3O1MZvDCUOJ  

  параметров:
- в: cookie
имя: отладка
схема:
тип: целое число
enum: [0, 1]
по умолчанию: 0
- в: cookie
имя: csrftoken
схема:
тип: строка  

  параметров:
        - в: путь
          имя: userId
          схема:
            тип: целое число
          обязательно: true # <----------
          описание: числовой идентификатор пользователя, чтобы получить.
  

  параметров:
  - в: запрос
    имя: цвет
    схема:
      тип: массив
      Предметы:
        тип: строка

    # Сериализация как color = blue, black, brown (по умолчанию)
    стиль: форма
    взорваться: ложь  

  filter = {"type": "t-shirt", "color": "blue"}  

  параметров:
  - в: запрос
    имя: фильтр

    # Завернуть 'схему' в 'контент. <Тип медиа>'
    содержание:
      application / json: # <---- тип носителя указывает, как сериализовать / десериализовать содержимое параметра

        схема:
          тип: объект
          свойства:
            тип:
              тип: строка
            цвет:
              тип: строка  

  GET / пользователи
GET / users? Offset = 30 & limit = 10
  

  параметров:
        - в: запрос
          имя: смещение
          схема:
            тип: целое число
            минимум: 0
            по умолчанию: 0
          требуется: ложь
          description: количество пропускаемых элементов перед началом сбора набора результатов.- в: запрос
          имя: предел
          схема:
            тип: целое число
            минимум: 1
            максимум: 100
            по умолчанию: 20
          требуется: ложь
          описание: количество предметов для возврата.  

  параметров:
        - в: запрос
          имя: статус
          схема:
            тип: строка
            перечисление:
              - доступный
              - в ожидании
              - продано  

  параметров:
        - в: запрос
          имя: rel_date
          обязательно: правда
          схема:
            тип: строка
            перечисление:
              - сейчас  

  GET / foo? Метаданные  

  параметров:
        - в: запрос
          имя: метаданные
          схема:
            тип: логическое значение
          allowEmptyValue: true # <-----  

  схема:
            тип: целое число
            формат: int32
            обнуляемый: правда  

  параметров:
        - в: запрос
          имя: предел
          схема:
            тип: целое число
            минимум: 1
          пример: 20  

  параметров:
        - в: запрос
          имя: идентификаторы
          описание: один или несколько идентификаторов
          обязательно: правда
          схема:
            тип: массив
            Предметы:
              тип: целое число
          стиль: форма
          взорваться: ложь
          Примеры:
            oneId:
              резюме: пример одного идентификатора
              значение: [5] #? ids = 5
            multipleIds:
              Summary: пример нескольких идентификаторов
              значение: [1, 5, 7] #? ids = 1,5,7  

  - в: запрос
          имя: формат
          обязательно: правда
          схема:
            тип: строка
            enum: [json, xml, yaml]
          устарело: правда
          описание: устарело, используйте соответствующий заголовок `Accept`.  

  путей:
  /Логин пользователя}:
    параметры:
      - в: путь
        имя: id
        схема:
          тип: целое число
        обязательно: правда
        описание: идентификатор пользователя
    получить:
      сводка: получает пользователя по идентификатору
      ...
    патч:
      сводка: обновляет существующего пользователя с указанным идентификатором
      ,..
    Удалить:
      резюме: удаляет пользователя с указанным идентификатором
      ...  

  путей:
  / пользователей / {ID}:
    параметры:
      - в: путь
        имя: id
        схема:
          тип: целое число
        обязательно: правда
        описание: идентификатор пользователя.

    # GET / users / {id}? Metadata = true
    получить:
      сводка: получает пользователя по идентификатору
      # Обратите внимание, мы определяем только параметр запроса, потому что {id} определен на уровне пути.параметры:
        - в: запрос
          имя: метаданные
          схема:
            тип: логическое значение
          требуется: ложь
          description: если true, конечная точка возвращает только метаданные пользователя.
      ответы:
        '200':
          описание: ОК  

  путей:
  / пользователей / {ID}:
    параметры:
      - в: путь
        имя: id
        схема:
          тип: целое число
        обязательно: правда
        описание: идентификатор пользователя.# DELETE / users / {id} - использует один идентификатор.
    # Повторно использует определение параметра {id} с уровня пути.
    Удалить:
      Summary: удаляет пользователя с указанным идентификатором.
      ответы:
        '204':
          описание: пользователь был удален.

    # GET / users / id1, id2, id3 - использует один или несколько идентификаторов пользователя.
    # Переопределяет параметр уровня пути {id}.
    получить:
      Summary: получает одного или нескольких пользователей по идентификатору.
      параметры:
        - в: путь
          имя: id
          обязательно: правда
          description: список идентификаторов пользователей через запятую.схема:
            тип: массив
            Предметы:
              тип: целое число
            minItems: 1
          взорваться: ложь
          стиль: простой
      ответы:
        '200':
          описание: ОК  

  компонентов:
  параметры:
    offsetParam: # <- Произвольное имя для определения, которое будет использоваться для ссылки на него.
                  # Не обязательно совпадает с именем параметра.
      в: запрос
      имя: смещение
      требуется: ложь
      схема:
        тип: целое число
        минимум: 0
      description: количество пропускаемых элементов перед началом сбора набора результатов.
    limitParam:
      в: запрос
      имя: предел
      требуется: ложь
      схема:
        тип: целое число
        минимум: 1
        максимум: 50
        по умолчанию: 20
      описание: количество предметов для возврата.пути:
  / пользователей:
    получить:
      Summary: получает список пользователей.
      параметры:
        - $ ref: '# / components / parameters / offsetParam'
        - $ ref: '# / компоненты / параметры / limitParam'
      ответы:
        '200':
          описание: ок
  / команды:
    получить:
      резюме: получает список команд.
      параметры:
        - $ ref: '# / components / parameters / offsetParam'
        - $ ref: '# / компоненты / параметры / limitParam'
      ответы:
        '200':
          описание: ОК  

  GET / report? Rdate = Today
GET / report? Start_date = 2016-11-15 & end_date = 2016-11-20  

  путей:
  / Отчет:
    получить:
      параметры:
        - имя: дата
          в: запрос
          схема:
            тип: строка
          описание:>
             Относительный диапазон дат для отчета, например, «Сегодня» или «LastWeek».Для точного диапазона используйте `start_date` и` end_date`.
        - имя: дата начала
          в: запрос
          схема:
            тип: строка
            формат: дата
          описание:>
            Дата начала для отчета. Должен использоваться вместе с `end_date`.
            Этот параметр несовместим с `rdate`.
        - имя: конец_даты
          в: запрос
          схема:
            тип: строка
            формат: дата
          описание:>
            Дата окончания отчета.Должен использоваться вместе с `start_date`.
            Этот параметр несовместим с `rdate`.
      ответы:
        '400':
          описание: Требуется либо `rdate`, либо` start_date` + `end_date`.  

 
в («РЕГИОН», «$$ In_Region $$») или совпадении («РЕГИОН», «* $$ In_Region $$ *»)