Методика калибровки микрометра рычажного типа МРИ

 
ВВЕДЕНИЕ

Микрометрические инструменты являются распространенными средствами измерения линейных размеров. В настоящее время имеется много типов стандартизованных микрометрических инструментов, отличающихся назначением, конструктивным выполнением и пределами измерения. Все стандартизованные микрометрические инструменты имеют цену деления шкалы 0,01 мм.
Рычажные микрометры следует изготовлять типов:
МР- с отсчетным устройством, встроенным в скобу
МРИ- оснащенные отсчетным устройством.
 


 
Рисунок 1 – микрометр рычажного типа МРИ
1 - скоба; 2 – подвижная пятка; 3 – микрометрический винт; 4 – стопорное устройство; 5 - стебель; 6 – барабан; 7 – отсчетное устройство; 8 - арретир; 9- теплоизоляционная насадка.
Устройство и принципиальная схема микрометра рычажного типа МРИ показаны на рис. 1. В комплект к микрометра должны входить:
сменные пятки к микрометру с верхним пределом измерения выше 150 мм- 1 комплект;
установочная мера к микрометру с верхним пределом измерения до 300 мм- 1шт., свыше 300 до 1000 мм- 2шт., свыше 1000 мм- 4 штю;
центровочные гильзы для микрометра с верхним пределом измерения свыше 300 мм- 1 комплект;
ключ для регулирования микрометра (если предусмотрен конструкцией).
К микрометру должен быть приложен паспорт по ГОСТ 2.601-68, включающий инструкцию по эксплуатации.
Отсчетное устройство микрометров типа МРИ с ценой деления 0,002 мм должно соответствовать требованиям ГОСТ 18833-73, а с ценой деления 0,01 мм- ГОСТ 577-68 для 1-го класса точности.
Транспортирование и хранение микрометров- по ГОСТ 13762-86.
Применение рычажных микрометров на месте эксплуатации должно соответствовать паспорту на микрометры.
Изготовитель гарантирует соответствие микрометров требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий эксплуатации, транспортирования и хранения.
Гарантийный срок эксплуатации- 12 мес со дня ввода микрометров в эксплуатацию.

1 ОПИСАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Согласно первому определению, принятому во Франции в 1791 году, метр был равен 1-10^-7части четверти длины парижского меридиана. Размер метр был определен на основе геодезических и астрономических измерений Ж. Деламбра и П. Мешена. Первый эталон метра был изготовлен французским мастером Ленуаром под руководством Ж. Борда (1799) в виде концевой меры длины - платиновой линейки шириной около 25 мм, толщиной около 4 мм, с расстоянием между концами, равным принятой единице длины. Он получил наименование "метр архива" или "архивный метр" (по месту хранения). Однако, как оказалось, определенный таким образом метр не мог быть вновь точно воспроизведен из-за отсутствия точных данных о фигуре Земли и значительных погрешностей геодезических измерений.
В 1872 году Международная метрическая комиссия приняла решение об отказе от "естественных" эталонов длины и о принятии архивного метра в качестве исходной меры длины. По нему был изготовлен 31 эталон в виде штриховой меры длины - бруса из сплава Pt (90% ) - Ir (10% ). Поперечное сечение эталона имеет форму X, придающую ему необходимую прочность на изгиб. Вблизи концов нейтральной плоскости эталона нанесено по 3 штриха. Расстояние между осями средних штрихов определяет при 0 °С длину метра. Эталон № 6 оказался в пределах погрешности измерений равным архивному метру. Постановлением 1-й Генеральной конференции по мерам и весам этот эталон, получивший обозначение "М", был принят в качестве международного прототипа метра.
Прототип метра и две его контрольные копии хранятся в Севре (Франция) в Международном бюро мер и весов. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ) в Ленинграде хранятся две копии (№ 11 и 28) Международного прототипа метра. При введении метрической системы мер в СССР (1918) государственным эталоном метра была признана копия № 28. Международный прототип метра, погрешность которого 1 × 10^-7, и национальные прототипы обеспечивали поддержание единства и точности измерений на необходимом для науки и техники уровне в течение десятков лет.
В резолюции XI Генеральной конференции по мерам и весам от новом определении метра указывается, что, с одной стороны, международный прототип не определяет метр с точностью, достаточной для современных потребностей, и что, с другой - желательно принять естественный и неразрушимый эталон, поэтому конференция решает:
1.Метр - есть длина, равная 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2 p₁₀ и 5 d₅ атома криптона-86.
2.Определение метра, действующее с 1889 г., основанное на международном платино-иридинвом эталоне, отменяется.
3.Международный прототип метра, утвержденный I Генеральной конференцией по мерам и весам в 1889 г., будет храниться в Международном бюро мер и весов в таких же условиях, какие были установлены в 1889 г.
Новый эталон метра может воспроизводиться в отдельных метрологических лабораториях, и точность его по сравнению с платино-иридиевым прототипом выше на порядок (в 10 раз ).
Диапазон измерения метра - от 1×10^-12м до 1×10¹⁵ м
Допускается использование дольных и кратных единиц, получаемых умножением исходных величин на 10ⁿ, где n – целое число.
Таблица1.1 - Дольные и кратные единицы

Название приставки	Показатели степени	Обозначение
Экса	18	Э
Пета	15	П
Тера	12	Т
Гиго	9	Г
Мега	6	М
Кило	3	к
Гекто	2	г
Дека	1	да
Деци	-1	д
Санти	-2	с
Мили	-3	м
Микро	-6	мк
Нано	-9	н
Пико	-12	п
Фемто	-15	ф
Атто	-18	а

 
Таблица 1.2 – Основные единицы СИ

Величина	Единица измерения	Сокращенное обозначение единицы
		Русское	Международное
Длина	Метр	м	m
Масса	Килограмм	кг	kg
Время	Секунда	с	s
Сила электрического тока	Ампер	А	A
Термодинамическая температура	Кельвин	К	K
Сила света	Кандела	кд	cd
Количество вещества	Моль	моль	mol

Международная система единиц включает в себя две дополнительные единицы: радиан и стерадиан - для измерения плоского и телесного угла.
В практику измерений введены единицы, не входящие ни в одну из систем, - так называемые внесистемные единицы. Число их довольно велико, причем возникновение большинства связано с соображениями удобства при измерениях тех или иных величин. Так, исторически возникла единица давления – атмосфера, равная давлению, производимому силой 1 кгс на площадь 1 см².
К числу важнейших внесистемных единиц, имеющих широкое применение, относятся единицы длины – ангстрем, икс-единица, световой год, парсек; площади – ар, гектар; объема – литр; массы – карат; давления - атмосфера, бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба; количество теплоты – калория; электрической энергии – электронвольт, киловатт-час; акустических величин – децибел, фон, октава; ионизирующих излучений – рентген, рад, кюри.
Внесистемными единицами являются также такие распространенные единицы времени, как минута и час, а также кратные и дольные единицы измерения, иногда имеющие собственные наименования, например единица длины – микрон (микрометр); единица массы – тонна (мегаграмм) и т. д.

2 СОСТАВЛЕНИЕ ПОВЕРОЧНОЙ СХЕМЫ


2.1 Составление государственной поверочной схемы
 
Во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева разработана поверочная схема для мер длины и приборов для линейных измерений.
Она делится на две части: штриховые меры длины и поверяемые по ним приборы и концевые меры длины и поверяемые по ним приборы.
Во главе обеих частей поверочной схемы поставлен эталонный комплекс приборов для воспроизведения метра в длинах световых волн оранжевой линии криптона-86.
В первой части поверочной схемы показана передача размера метра вторичным эталонам – платино-иридиевым метрам №11 и М20⁰ и №2, по своему метрологическому назначению играющим роль эталонов-копий, а также эталонным штриховым мерам, применяемым при периодическом контроле правильности абсолютных измерений длины на интерфереционных установках метрологических институтов с использованием вторичных эталонных длин волн (ртути-198 и кадмия-114).
Платино-иридиевый метр №2 является одновременно штриховой и концевой мерой. Действительную длину его можно определять с помощью интерферометра. Действительную длину подразделений шкалы метров №11 и М20⁰ определяют либо измерением на интерференционном компараторе в длинах волн первичного эталонного излучения, либо применяя метод калибровки.
Рабочими эталонами служат наборы, состоящие из мер длиной 1дм – 1м. действительное значение рабочих эталонов определяют как интерференционным методом с использованием вторичных эталонов длин волн, так и сличением со вторичными платино-иридиевыми эталонами посредством компараторов.
Поверочная схема предусматривает в качестве следующих звеньев метрологической цепи для штриховых мер: образцовые штриховые меры первого разряда (поверяемые сличением с рабочими эталонами либо измерением интерференционным методом с использованием вторичных эталонных длин волн) и образцовые штриховые меры второго разряда (поверяемые по образцовым мерам первого разряда).
Поверку миллиметровых и сантиметровых подразделений штриховых мер повышенной точности можно выполнить также сличением их с образцовыми штриховыми мерами первого разряда или методом калибровки.
Вторая часть поверочной схемы посвящена концевым мерам длины и поверяемым по ним приборам. По этой схеме размер метра от первичного эталона передается эталонным плоскопараллельным концевым мерам длиной 5-100 мм, изготовленным из кристаллического или плавленого кварца, а также эталонным концевым мерам длиной до 1 м, предназначенным для периодического контроля правильности абсолютных измерений длины, проводимых в метрологических институтах на интерферометрах с использованием вторичных эталонных длин световых волн.
Далее в поверочной схеме приведены образцовые концевые меры первого, второго, третьего, четвертого и пятого разрядов. Одновременно поверочная схема предусматривает для рабочих концевых мер длины четыре класса точности (0,1,2,3).
Образцовые концевые меры первого разряда поверяют абсолютным интерференционным методом, используя вторичные эталоны длин волн. Эти меры применяют для поверки образцовых концевых мер второго разряда. рабочие концевые меры класса 0 поверяют по образцовым мерам первого разряда.
Образцовые плоскопараллельные меры длины второго разряда поверяют относительным интерференционным методом по образцовым концевым мерам длины первого разряда и применяют для поверки образцовых концевых мер длины третьего разряда, концевых мер класса 1 и измерительных приборов высокой точности (оптических, пружинных и других индикаторов с ценой деления 0,1 мкм, контактных интерферометров и др.).
Образцовые концевые меры третьего разряда длиной до 100 мм поверяют по образцовым концевым мерам длины второго разряда техническим интерференционным методом или на контактных интерферометрах. концевые меры третьего разряда служат для поверки образцовых концевых мер длины четвертого разряда и концевых мер длины класса 2, а также для поверки некоторых мер и измерительных приборов, показанных на поверочной схеме.
Образцовые концевые меры четвертого разряда служат для поверки мер пятого разряда и класса 3. С помощью образцовых концевых мер пятого разряда поверяют различные рабочие измерительные приборы как методом сличения с образцовыми мерами, так и при помощи концевых измерительных машин и других оптико-механических измерительных приборов.



Рисунок 2.1 – Государственная поверочная схема концевых мер длины и поверяемых по ним приборов
1 – эталонный комплекс приборов для воспроизведения метра в длинах световых волн оранжевой линии криптона-86;
2 – эталонные плоско-параллельные концевые меры;
3 – эталонные концевые меры;
4 – образцовые концевые меры первого разряда;
5 – образцовые концевые меры второго разряда;
6 – рабочие концевые меры класса 0;
7 – образцовые концевые меры третьего разряда;
8 – рабочие концевые меры класса 1;
9 – измерительные приборы высокой точности;
10 - образцовые концевые меры четвертого разряда;
11 – рабочие концевые меры класса 2;
12 - образцовые концевые меры пятого разряда;
13 – рабочие концевые меры класса 3;
14 – рабочие измерительные приборы.
Поверки:
а – поверка с помощью интерферометра;
б – абсолютным интерференционным методом, используя вторичные эталоны длин волн;
в – относительным интерференционным методом, по образцовым концевым мерам длины 1-го разряда;
г – техническим интерференционным методом по образцовым концевым мерам длины 2-го разряда или на контактных интерферометрах;
д - техническим интерференционным методом по образцовым концевым мерам длины 3-го разряда или на контактных интерферометрах;
е - техническим интерференционным методом по образцовым концевым мерам длины 4-го разряда или на контактных интерферометрах;
ж – методом сличения с образцовыми мерами 5-го разряда или при помощи концевых измерительных машин и других оптико-механических приборов.

2.2 Составление локальной поверочной схемы

Локальные поверочные схемы устанавливают передачу информации о размере единице величины в масштабах региона, министерства(отрасли) и юридического лица.
Поверка штангенрейсмасов должна проводиться по ГОСТ 8.411-81.
При проверке влияния транспортной тряски используют ударный стенд, создающий тряску ускорением 30 м/c² при частоте 80-120 ударов в минуту.
Микрометры в упаковке крепят к стенду и испытывают при общем числе ударов 15000.
Допускается проводить испытания микрометров транспортированием на грузовой машине со скоростью от 20 до 40 км/ч на расстояние 100 км по грунтовой дороге.
Воздействие климатических факторов внешней среды при транспортировании проверяют в климатических камерах. Испытания микрометров проводят в следующем порядке: сначала при температуре минус , затем плюс и далее при влажности . Выдержка в климатической камере по каждому виду испытаний- не менее 2 ч.
Исходные данные для выбора плана контроля показателей безотказности- по ГОСТ 27.410-83:
=550000;
риск изготовителя =0,1;
риск потребителя =0,2.
Число испытуемых изделий- не менее 5.
Контроль установленной безотказной наработки проводят при и числе отказов С=0.


Рисунок 2.2 – Государственная локальная схема концевых мер длины и поверяемых по ним приборов
1- По ГОСТ 8.260-77;
2- универсальный измерительный микроскоп по ГОСТ 14968-69 или инструментальный микроскоп по ГОСТ 8074-82;
3- щуп толщиной 0,45 мм по ГОСТ 882-75;
4- циферблатные настольные весы с ценой деления 5 г по ГОСТ 23676-79; стойка типа C-II-28-125+125 по ГОСТ 10197-70; кронштейн.
5- образцы шероховатости поверхности по ГОСТ 9378-75 с параметрами шероховатости ;
6- стеклянная плоская нижняя пластина 2-го класса по ГОСТ 2923-75;
7- приспособление для поверки несоосности;
8- образцовые плоскопараллельные концевые меры длины 3-го разряда размером до 75 мм и 4-го разряда размером более 75 мм по ГОСТ 8.166-80; контактный интерферометр типа ИКПГ или горизонтальный оптиметр по ГОСТ 5405-75; оптикатор типа 01П по ГОСТ 10593-74 или измерительная пружинная головка типа 01 ИГП по ГОСТ 6933-81; оптико- механическая машина типа ИЗМ по ГОСТ 10875-76;
9- оптико- механическая машина типа ИЗМ по ГОСТ 10875-76;
10- граммометр с ценой деления 0,10 Н, диапазоном измерения 0,05-3 Н, погрешностью не более 0,10 Н;
11- стеклянные плоскопараллельные пластины по ГОСТ 1121-75; плоскопараллельные концевые меры длины 2-го класса по ГОСТ 9038-83; цилиндрические валики;
12- образцовые концевые меры длины 3 и 4-го разрядов по ГОСТ 8.166-80; приспособление с дополнительной пяткой; стойка для микрометров;
13- образцовые концевые меры длины;
14 –микрометр рычажного типа МРИ;
а – ударный стенд.