Точны ли современные измерительные приборы?

Старой, но верной дорогой

Точны ли современные измерительные приборы? Если бы окружающие нас машины могли говорить, то они ответили бы на этот вопрос утвердительно. А кому, как не им, судить об этом — ведь в конечном итоге именно измерительные приборы дали машинам путевку в жизнь, снабдив их в дорогу такими доказательствами точности, как надежность и долговечность. Но достигнут ли предел точности измерений? Конечно, нет. Мы еще далеки от предела точности, если он вообще существует.

Не все приборы одинаково делают свое дело — одни менее точны, зато более .надежны, другие точнее, но менее производительны, третьи не поддаются автоматизации и т. д. А нельзя ли, чтобы сразу — и точность, и производительность, и надежность? Посмотрим, как решается эта проблема в наши дни, и заглянем в не слишком далекое будущее.

Действие измерительных приборов — механических, оптических, электрических, пневматических — основано на использовании внешних свойств материалов: жесткости, упругости, электропроводности и т. д., известных довольно давно. Законы электричества и сжатого газа, например, открыты учеными в XVIII— XIX веках, не говоря о свойствах рычага и некоторых законах оптики, знакомых человеку уже в глубокой древности. Но подобно тому как время путешествия зависит не только от расстояния, но и от вида передвижения (пешком или на самолете), так и характеристики и возможности измерительного прибора определяются не только заложенным в него физическим принципом, но и способом использования этого принципа. Поэтому заставить приборы работать как можно эффективнее на «старых» принципах действия — вот одна из главных дорог, по которой пошло развитие контрольно-измерительной техники.

Современная наука проникает в микромир атома и тайны живой клетки. Она ставит на службу не только внешние, но и внутренние свойства веществ — расщепление ядер, излучения ядерных частиц, переход электронов с одного энергетического уровня на другой и т. д. Мы являемся свидетелями того, как во многих областях народного хозяйства успешно работают атомные двигатели и часы, лазерные установки для сверления сверхтвердых материалов и тончайших хирургических операций, автоматические системы, построенные по образу и подобию жив организмов. Что могут дать новейшие открытия контрольно-измерительной технике, чтобы повысить точность, надежное производительность измерительных приборов? Ответ на этот вопрос и создание новых приборов — другое направлен развития контрольно-измерительной техники.

Заботы измерительного прибора

Основная «забота» измерительного прибора — возможно точнее определить размеры детали. Специалисты считают что при оценке отклонения размера от номинального значения точный прибор должен ошибаться более чем на 1/200 часть допуска. Чтобы создавать измерительные приборы, удовлетворяющие этим требованиям, нужно знать, от чего зависит их точность.

Представьте себе, что вы настроили какой-то прибор и несколько раз измерили один и тот же размер, например поднимая рукой измерительный стержень вновь опуская его на деталь. Будут результаты отдельных измерений одинаковыми? Конечно, нет, ведь на них влияют и зазоры механизма прибора, и трение его деталей, и гистерезис пружин. К тому же во время измерений и характеристики источника питания (напряжение трансформатора, давление компрессора) и внешние условия (температура влажность окружающей среды) не сохраняют постоянной величины, а про вольно изменяются, «скачут». Так как эти факторы исключить невозможно, приходится мириться с некоторой неоднозначностью результатов измерений. : ли же повторить опыт, только другим способом — снимая и вновь устанавливая г стержень саму деталь, то к ошибкам механизма прибавятся еще неточности от возможных перекосов детали, неплотное ее прилегания к базовым плоскостям и т. п.

Каждая из этих ошибок — враг создаваемой машины. Она искажает показан прибора, и может случиться так, что прибор забракует хорошие детали, а негодные пошлет на сборку машины. Величина ошибки всякий раз изменяется, и бороться с ней нелегко. Казалось бы, нужно уменьшить зазоры в механизме прибора, отказаться от пружин, поставить источники питания с жесткими характеристиками, ввести стабилизацию внешних условий — и точность обеспечена. Увы! На этом пути встречается масса неразрешимых противоречий. Зазоры нельзя сокращать сверх меры, иначе не будут двигаться элементы прибора и измерение станет невозможным. Для надежного контакта взаимодействующих поверхностей нужны пружины. А стабилизация характеристик источников питания и внешних условий сложна и часто все же не дает желаемых результатов. Одним словом, такой путь малоэффективен: затраты большие, а выигрыш ничтожный.