Вимірювання, випробування, контроль
Міжвимірюванням і випробуванням існує велика схожість: по-перше, результати обох операцій виражаються у вигляді чисел; по-друге, похибки і в тому, і в іншому випадку можуть бути виражені як різниці між результатами вимірювань (випробувань) та істинними значеннями вимірюваної величини (або визначуваної характеристики за номінальних умов експлуатації). Однак з погляду метрології між цими операціями є значна різниця: похибка виміру є лише однією зі складових похибки випробування. Тому можна сказати, що випробування – це більш загальна операція, ніж вимір. Вимірювання можна вважати окремим випадком випробування, при якому умови випробувань не становлять інтересу.
Вимірювання та контроль також тісно пов'язані один з одним, близькі за своєю інформаційною сутністю і містять ряд загальних операцій (наприклад, порівняння, вимірювальне перетворення тощо). Водночас їхні процедури багато в чому різняться, зокрема:
- результатом виміру є кількісна характеристика, а контролю - якісна;
- Вимір здійснюється в широкому діапазоні значень вимірюваної величини, а контроль - зазвичай в межах невеликого числа можливих станів;
- Контрольні прилади, на відміну від вимірювальних, застосовуються для перевірки стану виробів, параметри яких задані та змінюються у вузьких межах;
- основною характеристикою якості процедури виміру є точність, а процедури контролю – достовірність.
Випробуванням називається експериментальне визначення кількісних та (або) якісних характеристик властивостей об'єкта випробувань як результату впливу на нього при його функціонуванні, а також моделюванні об'єкта та (або) впливів (ГОСТ 16504 -91). Експериментальне визначення характеристик властивостей об'єкта при випробуваннях може проводитися використанням вимірювань, оцінювання та контролю.
Об'єктом випробуваньє продукція чи процеси її виробництва та функціонування. Залежно від виду продукції та програми випробувань об'єктом може бути як одиничний виріб, так і їхня партія. Об'єктом випробування може бути макет або модель виробу.
Найважливішими ознаками будь-яких випробувань є:
- прийняття на основі їх результатів певних рішень щодо об'єкта випробувань, наприклад про його придатність, або відбракування, про можливість пред'явлення на такі випробування тощо;
- Завдання необхідних реальних або моделюваних умов випробувань. Під умовами випробувань розуміється сукупність діючих факторів і (або) режимів функціонування об'єкта при випробуваннях. У нормативно-технічних документах на випробування конкретних об'єктів слід визначити нормальні умови випробувань.
Метою випробуваньслід вважати знаходження істинного значення параметра (характеристики), визначеного не за тих реальних умов, у яких він може перебувати під час випробувань, а заданих номінальних умовах випробування. Реальні умови випробувань практично завжди відрізняються від номінальних, оскільки встановити параметри умов випробувань абсолютно неможливо. Отже, результат випробування завжди має похибку, що виникає не лише через похибку визначення шуканої характеристики, а й через неточне встановлення номінальних умов випробування.
Результатом випробуваньназивається оцінка характеристик властивостей об'єкта, встановлення відповідності об'єкта заданим вимогам, дані аналізу якості функціонування об'єктапроцесі випробувань. Результат випробувань характеризуєтьсяточністю- властивістю випробувань, що описує близькість їх результатів до дійсних значень характеристик об'єкта у певних умовах випробувань.
Приклад 2.4. Розглянемо випробування магнітних властивостей магнітом'яких матеріалів, проведених відповідно до ГОСТ 12119 - 80. Їх метою є визначення характеристик і параметрів магнітних матеріалів, таких як основна крива намагнічування, крива питомих магнітних втрат, коерцитивна сила, залишкова індукція, індукція насичення>
Для того щоб виміряти ці характеристики та параметри, зразок необхідно перемагнітити. Значення магнітних величин істотно залежать від режиму перемагнічування зразка, тому з метою отримання можливості порівняння результатів вимірювань різних лабораторій стандарт наказує:
- використовувати при випробуваннях зразки магнітних матеріалів стандартизованої форми (кільцеві та смужки для апарату Епштейна);
- застосовувати уніфіковані первинні перетворювачі магнітних властивостей;
- проводити вимірювання при регламентованому законі зміни магнітної індукції у процесі перемагнічування зразка. Основне поширення набув синусоїдальний закон, який необхідно забезпечувати з похибкою (за коефіцієнтом гармонік) не більше 2%. Відмінність реального закону зміни магнітної індукції від синусоїдального в межах більш допустимих значень призводить до похибок визначення магнітних параметрів.
Контроль - це процес визначення відповідності дійсного значення параметра виробу, встановленим вимогам чи нормам. Сутність будь-якого контролю полягає у проведенні двох основних етапів. На першому з них одержуютьінформацію про фактичний стан деякого об'єкта, про ознаки та показники його властивостей. Ця інформація називаєтьсяпервинною. На другому - первинна інформація зіставляється із заздалегідь встановленими вимогами, нормами, критеріями. При цьому виявляється відповідність чи невідповідність фактичних даних необхідним. Інформація про їхнє розходження називаєтьсявторинною. Вона використовується для вироблення відповідних рішень щодо об'єкта контролю. У ряді випадків межа між етапами контролю невиразна. У цьому перший етап може бути виражений нечітко чи мало спостерігатися. Характерним прикладом такого роду є контроль розміру деталі калібром, що зводиться до операції зіставлення фактичного та гранично допустимого значень параметра.
Контроль складається з низки елементарних процесів: вимірювального перетворення контрольованої величини; операції відтворення уставок контролю; операції порівняння; визначення результату контролю
Контроль може бути класифікований за низкою ознак.
Залежно відчисла контрольованих параметріввін підрозділяється наоднопараметровий, при якому стан об'єкта визначається за розміром одного параметра, ібагатопараметровий, при якому стан об'єкта визначається розмірами багатьох параметрів .
Поформі порівнюваних сигналівконтроль підрозділяється на аналоговий, при якому порівнянні піддаються аналогові сигнали, і цифровий, при якому порівнюються цифрові сигнали.
Залежно від виду на об'єкт контроль підрозділяється напасивний, при якому вплив на об'єкт не проводиться, іактивний, при якому вплив на об'єкт здійснюється за допомогою спеціального генератора тестових сигналів
У практиці велике поширення набув так званий допусковий контроль, суть якого полягає у визначенні шляхом вимірювання або випробування значення контрольованого параметра об'єкта та порівняння отриманого результату із заданими граничними допустимими значеннями. Приватним випадком допускового контролю є перевірка засобів вимірювань, у процесі якої досліджується попадання похибок засобу вимірювань у межі, що допускаються.
За розташуванням зони контрольованого стану розрізняють допусковий контроль станів:
- нижче значення Х ХВ, що допускається;
- між верхнім і нижнім значеннями, що допускаються ХН ХВ і Х0 ХВ. При обумовлених припущеннях ймовірність події «негідний» чи «шлюб»
3. Прийнято рішення «шлюб», коли справжнє значення контрольованого параметра лежить у межах допустимих значень, тобто. Х0 ХВ і ХН £ Х0 £ ХВ і забракований справний об'єкт. І тут прийнято говорити, що є помилка I роду. Її ймовірність
4. Прийнято рішення «придатний», коли справжнє значення контрольованого параметра лежить поза межах допустимих значень, тобто. мали місце події Х ХВ та ХН £ Х0 £ ХВ та несправний об'єкт визнаний придатним. У цьому випадку кажуть, що сталася помилка ІІ роду, ймовірність якої
Розглянуті ймовірності РГ, РНГ, Р1 та Р2 при масовому контролі партії виробів характеризують середні частки придатних, непридатних, неправильно забракованих та неправильно пропущених виробів серед усієї контрольованої їх сукупності. Вочевидь, що РГ + РНГ + Р1 + Р2 = 1.
Достовірність результатів допускового контролю описується різними показниками, серед яких найбільшого поширення набули ймовірності помилок І(Р1) та ІІ(Р2) пологів та ризики виробника та замовника (споживача):
Одне з найважливіших завданьпланування контролю – вибір оптимальної точності вимірювання контрольованих параметрів. При завищенні похибок вимірювання, що допускаються, зменшується вартість засобів вимірювань, але збільшуються ймовірності помилок при контролі, що в кінцевому підсумку призводить до втрат. При заниженні похибок, що допускаються, вартість засобів вимірювань зростає, ймовірність помилок контролю зменшується, збільшує собівартості продукції, що випускається. Очевидно, що існує певна оптимальна точність, що відповідає мінімуму суми втрат від шлюбу та вартості контролю.
Наведені формули дозволяють здійснити цілеспрямований пошук таких значень похибки вимірювання, які при заданих верхньому і нижньому значеннях контрольованого параметра забезпечили б допускаються значення ймовірностей помилок I і II пологів (Р1Д і Р2Д) або відповідних ризиків. Цей пошук здійснюється шляхом чисельного чи графічного інтегрування. Отже, для раціонального вибору точнісних характеристик засобів вимірювань, що використовуються при проведенні контролю, у кожному конкретному випадку повинні бути задані значення Р1Д і Р2Д.
Контрольні питання до глави 1.1.
1. Дайте визначення фізичної величини. Наведіть приклади величин, що належать до різних груп фізичних процесів.
2. Що таке екстенсивні та інтенсивні фізичні величини? У чому їхня схожість і відмінність? Наведіть приклади ФВ кожного виду.
3. Проаналізуйте визначення рахунку, оцінювання та вимірювання. Виділіть їх загальні та відмінні ознаки.
4. Що таке шкала фізичної величини? Наведіть приклади різних шкал ФВ.
5. Назвіть основні операції процедури виміру. Розкажіть, як вони реалізуються під час вимірювання розміру деталі штангенциркулем.
б.Наведіть приклади вимірювальних перетворювачів, багатозначних заходів та пристроїв порівняння, які використовуються у відомих вам засобах вимірювання.
7. Які елементи процесу вимірів належать до гілки реального, а які до гілки відображення реальності? Як вони співвідносяться один з одним?
8. За якими ознаками класифікуються методи вимірів? Які методи вимірів вам відомі?
9. Що таке засіб вимірів? Наведіть приклади засобів вимірювання різних ФВ.
10. Що таке умови вимірів? Які вони бувають?
11. Що таке результат виміру і що він характеризується?
12. Сформулюйте основні етапи вимірювання стосовно процесу вимірювання мікрометром діаметра деталі.
13. Перерахуйте ознаки, за якими можуть бути класифіковані виміри. Розкажіть про класифікацію вимірювань за кожною з названих ознак.
14. Дайте визначення прямих, непрямих, спільних та сукупних вимірів. Наведіть приклади вимірювання кожного виду.
15. Що таке випробування і чим воно відрізняється від виміру?
16. Що таке контроль і чим він відрізняється від виміру? Які види контролю існують?
17. Що таке ймовірність помилок І та ІІ пологів? Що вони характеризують?