CC BY
18
УДК 006.91
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕОДОЛИТОВ СЕРИИУЕСЛТЕО-20БПРИ ПОВЕРКЕ Макарова Лилия Сергеевна, магистрант (e-mail: [email protected]) Карабань Василий Григорьевич, к.т.н., доцент Волгоградский государственный технический университет, Россия
(e-mail: [email protected])
В работе исследуется влияние источников неопределенности измерения на показатели качества электронных теодолитов серии Vega TEO-20B при поверке. Полученные нетрадиционным методом результаты значений могут быть включены в государственную поверочную схему. Представленный бюджет неопределенности может использоваться для поиска способов уменьшения влияния источников неопределенности.
Ключевые слова: теодолит, неопределенность измерений, погрешность измерений, оценка показателей качества, брак от измерений.
В ГОСТ Р 8.563—2009 «Методики (методы) измерений»[1] описан порядок разработки методик измерений. Отмечено, что каждая методика измерений должна включать допускаемую или приписанную неопределенность измерений, или норму погрешности или приписанные характеристики погрешности измерений.
В настоящее время отсутствуют свидетельства оценки качества теодолитов с применением неопределенности, оценка точности осуществлялась в соответствии с погрешностью.
В работе [2] уточняется, что при поверке оперируют установленными в документации на средства измерений (СИ) нормами на пределы погрешностей. Но, выполняемые при поверке измерения должны характеризоваться неопределенностью, при этом в методиках поверки необходимо указывать, в каком соотношении должны находиться расширенная неопределенность измерений и норма на допустимую погрешность СИ, а также критерий годности СИ с учетом неопределенности измерений при поверке.
В настоящее время неопределенность измерения [3] является признанным показателем качества измерений, отвечающим существующим требованиям промышленности, науки и торговли.
На примере теодолита серии Vega TEO-20B рассмотрено влияние неопределенности при проведении поверки на вероятность неправильной оценки показателей назначения, из которых выделен показатель точности. Из показателей качества [4] для исследования выбран перечень показателей назначения, характеризующий свойства данного теодолита (табл.1).
Таблица 1
Наименование показателя качества Обозначение показателя качества Наименование характеризуемого свойства Значение Vega TEO-20B
Показатели назначения
Погрешность измерения,не более - Точность измерения заданной функции 20"
Наименьшее расстояние визирования, не более - Пределы измерения заданной функции 2 м
Диапазон рабочих температур - Стойкость к температурным воздействиям От -20 до + 50 С°
Увеличение зрительной трубы, не менее г Функциональная возможность 30 крат
Диаметр входного зрачка, не менее d(D) Функциональная возможность 42 мм
Цена деления установочных уровней: - круглого, не более - цилиндрического, не более - Функциональная возможность 8'/2 мм 30"/2 мм
На качество результата измерений оказывает влияние ряд условий. К ним относят следующие источники неопределенностей, присутствующие при проведении поверки.
Метод измерения: выбор методики измерения, выбор эталона и составляющие, обусловленные вычислительными алгоритмами.Поверка осуществляется в соответствии с государственной поверочной схемой для средств измерений плоского угла методом прямых измерений. В качестве рабочего эталона используется автоколлимационная установка для поверки нивелиров и теодолитов АУПНТ, в комплект которой входит программное обеспечение (ПО). Поверка осуществляется в соответствии с методикой поверки МПУ 164/01-2003[5].
Окружающая среда: температура, влажность, давление, вибрация. Вибрацией пренебрегают, так как данные средства поверки устанавливаются на специальных основаниях (фундаментах), не подвергающихся механическим воздействиям. Измерения должны выполняться при соблюдении таких условий: температура от 15 до 25С°, влажность от 30 до 80%, давление от 84 до 106 кПа [5]. Для контроля внешних условий используют комбинированные приборы, напримерТеБ1ю 622, поверка которых осуществляется по документу МП РТ 1868-2013 [6].
Оператор: составляющие, обусловленные воздействием оператора на объект и средства измерений (квалификация, измерительное усилие, зрение). К проведению поверки допускают лиц, имеющих высшее образование, опыт работы с угломерными оптическими и электронными приборами не менее одного года, знающих принцип работы АУПНТ и его конструкцию, и аттестованных в качестве поверителей [7]. Предположительно, по-
верка проводилась квалифицированным специалистом со зрением, соответствующим нормам.
Выбор лучших условий измерения может привести к повышению точности измерений, что позволит повысить качество оценки показателей назначения.
Субъективной и методической погрешностью пренебрегают из-за их малости. Неопределенности окружающей среды будут влиять на оценку всех показателей назначения. Внешний осмотр, опробование прибора, проверка качества освещения поля зрения и изображения штрихов будет зависеть от субъективных составляющих неопределенности.
При настройке и подготовке теодолита необходима внимательность и точность при совмещении сетки нитей поверяемого теодолита и АУПНТ. При этом может появиться дополнительная случайная погрешность (стандартная неопределенность), так как ширина сетки зрительной трубы эталона составляет ±5". При контроле метрологических характеристик теодолита [5], на показатели будут оказывать влияние все неопределенности. Так как ПО позволяет полностью автоматизировать процесс вычисления при обработке результатов измерений, появятся дополнительные погрешности косвенных измерений ПО.
Для проводимых измерений были рассчитаны следующие неопределенности.
Неопределенность типа Авычисляется как
где n - количество наблюдений, ^-значения наблюдений,q- среднее арифметическое значение.
Неопределенность типа А для горизонтальных и вертикальных углов берется из протокола испытаний (СКО) 8гу=1,0",8ву=5,5". Неопределенность типа А Testo 622 и АУПНТ неизвестна, так отсутствуют статистические данные по результатам поверки этих приборов.
Для оценки неопределенности типа В используется прямоугольное распределение. При этом математическое ожидание будет средней точкой интервала x¿ =(а_ + а+)/2, а стандартная неопределенность u(x¿ )=a/V3, где x¿ - оценка входной величины.
Для теодолита x¿ =4/2=2", а неопределенность u(x¿)=2/V3=1,15". Для АУПНТ x¿=1/2=0,5", u(x¿)=0,5/V3=0,28". Для Testo 622: для контроля температуры (t)x¿=0,4/2=0,2°C,u(x¿ )=0,2/V3=0,115°C; влажности (^)x¿ =4/2=2%,u(x¿ )=2/V3=1,154%; для давления (P) используется нормальное распределение u(x¿)=1,48а, значит u(x¿)=1,48^ 100=148 Па.
Суммарная неопределенность для независимых величин
ux=Vl,152 + 6,52 =6,6", а ^^=0,28", ut=0,115°C, u9=1,154%, , ^=1,48^.
Для расчета расширенной неопределенности U^kp-u, которая обеспечивает уровень доверия p=99,73%, используется коэффициент
охватакр=3. Для теодолита UT=3-6,6=19,8", АУПНТ иаупнт=3 ^,28=0,84", Testo 622: Ut=3-0,115=0,35°C, иф=3^ 1,154=3,5%, Up=3^ 148=444 Па=4,44 гПа.
ГОСТ 8.051-81 [8] устанавливает связь между допускаемыми погрешностями на изготовление и измерение. Если поле допуска поверяемого теодолита ±20", а поле допуска от эталона ±2", то при нормальном законе распределения погрешности измерений о = 0,22 (4/6= 3а). Тогда, Амет(о")= (0,22/20)400% = 1,1. По таблице влияния погрешности измерения на погрешности разбраковки видно, что значения вероятности неправильного принятия m (0,37) и неправильной браковки n (0,7) в сумме приблизительно составляют 1%.
Определение погрешности косвенных измерений ПО в соответствии с [5]. Нижеприведен фрагмент определения погрешности по [9].
Погрешность стандартного отклонения измерения вертикальных углов Бву оценивается как сумма сумм вертикальных углов при правом и левом коллиматоре Dki и разности вертикальных направлений углов на коллиматоры D^ при инструментальной погрешности ± 2";
Xf=1 Dkl + £f=1 Ц/у =0° 0' 9", далее рассчитываются абсолютные погрешности величин к доверительной вероятности а=0,95 ADki =2/3• 2"=1,33" Ав =2/3• 2"=1,33", тогда суммарная абсолютная погрешность будет равна =V 6^1,332 + 6-1,332=4,6". Методическая
погрешность будет иметь вид Амет(о")=0,51/20-100%=2,55 (о = ±4,6",IT= ±20", о: 9,2/6= 3о, отсюда о = 0,51). При этом брак от измерения при заданном допуске составляет не более 2%.
В таблице 2 представлен бюджет неопределенности.
Таблица 2
Величина Xi Значение оценки xi +/-интер вал Тип неопр Распред. вероятн. Станд. неопр. u(xi) Процентный вклад,%
Vega TEO-20B 1,0"; 5,5" 20" В прямоуг 1,15" 1,15;0,209
АУПНТ 1,0"; 5,5" 1" В прямоуг 0,28" 0,28; 0,05
Шир. сетки 0 - - - 5" -
нитеи
ПО 0 - - - 4,6" -
t 20С° 0,4С° В прямоуг 0,115С° 0,0057
о т о P 55 гПа 5 гПа В прямоуг 1,48гПа 0,026
<D о Н VC ф 95% 3% В нормальн 1,154% 0,012
Качество результата поверки при используемой неопределенности осуществляется на основании ПМГ 96-2009. Наибольшее возможное значение стандартного отклонения абсолютной погрешности измерений
S=20". Или, что одно и то же: наибольшее возможное значение расширенной стандартной неопределенности измерений up= 19,8" (20").
Таким образом, результат оценки показал, что рабочий эталон, использованный при поверке, и средства измерений полностью соответствуют требованиям государственной поверочной схемы при оценке по погрешностям. Расхождение результатов оценки по погрешностям и неопределенностям не превышают 16%.
Брак от измерения при заданном допуске составляет не более 1%.Это означает, что при поверке обеспечивается высокое качество.
Наибольшее значение абсолютной погрешности из всех косвенных измерений ПО составляет 4,6".
Бюджет, состоящий из полного перечня источников неопределенности измерений по каждой входной величине показывает, что исследуемые источники окружающей среды не оказывают значительного влияния на точность теодолита. Значения оценки входных величин xj совпадают для эталона и поверяемого средства измерения, так как применяется метод прямых измерений и производится сличение на всех числовых отметках каждого диапазона. Значения суммарной 6,6" и расширенной 19,8" неопределенностей получены с учетом всех погрешностей.
Список литературы
1. ГОСТ Р 8.563—2009. Методики (методы) измерений. - Взамен ГОСТ Р 8.563-96 ; введ. 15.12.2009. - Москва : Стандартинформ, 2011. - 20 с. - (Национальный стандарт РФ)
2. Дойников, А. С. Методические рекомендации по применению понятий погрешность и неопределенность в различных метрологических задачах / А. С. Дойников // Законодательная и прикладная метрология. - 2006. - № 1.- С. 43-46.
3 Коршунова, А. С. Нормативная база для развития концепции неопределенности / А. С. Коршунова // Законодательная и прикладная метрология. - 2016. - №6. - С. 19-21.
4.ГОСТ 4.417-86. Система показателей качества продукции (СПКП). Приборы геодезические. Номенклатура показателей; введ. 24.03.1986. - Москва : ИПК Изд-во стандартов, 1987. - 7 с.
5. Нивелиры, теодолиты, тахеометры (угломерная часть). Методика поверки: МПУ 164/01-2003; введ. 01.06.2003. - Киев : ГП Укрметртестстандарт, 2003. - 18 с.
6.Приборы комбинированныеТев1;о 608-H1, Testo 610, Testo 622, Testo 623. Методика поверки : МП РТ 1868-2013; введ. 20.02.2013. - Москва : ФБУ «РОСТЕСТ-МОСКВА», 2013. - 6 с.
7.ГОСТ Р.8.876-2014. Теодолиты. Методика поверки. - Взамен Р 50.2.024-2002 ; введ. 10.07.2014. - Москва : Стандаринформ, 2014. - 15 с. - (Национальный стандарт РФ)
8.ГОСТ 8.051-81. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм. - Взамен ГОСТ 8.051-73 ; введ. 01.01.82. - Москва : Изд - во, 1987. - 10 с.
9. Крепин В.В., Баранов И.В. Обработка экспериментальных данных. - СПб : СПбГУНПТ, 2003.-57с.
Makarova Liliya Sergeevna, master
(e-mail: [email protected])
VolgogradStateTechnicalUniversity Volgograd, Russia
Karaban Vasiliy Grigorievich, Cand.Tech.Sci., associate professor
Volgograd State Technical University Volgograd, Russia
(e-mail: [email protected])
THE STUDY OF THE MEASUREMENT EFFECT UNCERTAINTY ON QUALITY ELECTRONIC THEODOLITE VEGA SERIES TEO-20B FOR VERIFICATION
Abstract. In this paper investigates the impact of uncertainty sources of measurement on quality electronic theodolite Vega series TEO-20B for verification. The results obtained non-traditional method can be included in the state verification schedule. The presented budget can be used to find ways of reducing the impact of sources of uncertainty.
Keywords: theodolite, measurement uncertainty, measurement error, the theodolite, the evaluation of the quality of the marriage from measurements, indirect measurements.
УДК 669.017: 621.791.92
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ МНОГОСЛОЙНОЙ НАПЛАВКЕ ЭФФЕКТА КИНЕТИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ В БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЯХ ПРИ МАРТЕНСИТНОМ И БЕЙНИТНОМ ПРЕВРАЩЕНИИ Малушин Николай Николаевич, к.т.н., Сибирский государственный индустриальный университет,
г.Новокузнецк, Россия (E-mail: [email protected]) Валуев Денис Викторович, к.т.н., доцент, Юргинский технологический институт (филиал) «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (E-mail: valuevden@ rambler.ru) Осипов Евгений Григорьевич, студент Юргинский технологический институт (филиал) «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
(E-mail: [email protected])
В работе показано, что в наплавленном металле типа быстрорежущих сталей наблюдается эффект кинетической пластичности при мартенситном и бейнитном превращении и ему принадлежит определяющая роль в релаксации напряжений. Показано, что эффект кинетической пластичности можно использовать для регулирования напряженного состояния в наплавленных деталях металлургического оборудования теплостойкими сталями высокой твердости.
Ключевые слова: пластичность, температура, быстрорежущие стали.
В процессе полиморфных превращений в сталях проявляется эффект кинетической пластичности [1, 2]. Одним из видов кинетической пластичности является мартенситная сверхпластичность, проявляющаяся одновременно с мартенситным превращением, когда образуется мартенсит деформации.
