Методы испытаний и контроля и их метрологическое обеспечение

Испытаниемназывается экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при его функционировании, а также моделировании объекта и (или) воздействий (ГОСТ 16504-81). Экспериментальное

Под условиями испытаний понимается совокупность воздействующих факторов и (или) режимов функционирования объекта при испытаниях. В нормативно-технических документах на испытания конкретных объектов определение характеристик свойств объекта при испытаниях может проводиться путем использования измерений, оценивания и контроля.

Объектом испытаний является продукция или процессы ее производства и функционирования. В зависимости от вида продукции и программы испытаний объектом может быть как единичное изделие, так и их партия. Объектом испытания может быть макет или модель изделия.

Важнейшими признаками любых испытаний являются:

- принятие на основе их результатов определенных решений по объекту испытаний, например о его состоянии, как соответствующая продукция или несоответствующая продукция требованиям НД (т.е. годности или браковка), о возможности предъявления на следующие испытания и т.д.;

- задание требуемых реальных или моделируемых условий испытаний должны быть определены нормальные условия испытаний.

Существует большое число разновидностей испытаний. Они классифицируются по различным признакам. По назначению испытания делятся на исследовательские, контрольные, сравнительные и определительные. По уровню проведения различают следующие категории испытаний: государственные, межведомственные и ведомственные. По виду этапов разработки испытуемой продукции различают предварительные и приемочные испытания. В зависимости от вида испытаний готовой продукции их подразделяют на квалификационные, приемосдаточные периодические и типовые. Квалификационные испытания подразделяются на испытания продукции, которая прошла этап конструкторской или рецептурной разработки непосредственно перед решением о постановке ее на производство – квалификационные испытания качества разработки и на испытания продукции, которая прошла этап технологической разработки, т.е. разработка технологических процессов, технологического оборудования, оснастки, инструмента, технологических линий, обучение и подготовка кадров – квалификационные испытания готовности производства к выпуску качественной продукции. Определения этих видов испытаний можно найти в ГОСТ 16504-81 «Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения».

Целью испытаний следует считать нахождение истинного значения параметра (характеристики), определенного не при тех реальных условиях, в которых он фактически может находиться в ходе испытаний, а в заданных номинальных условиях испытания. Реальные условия испытаний практически всегда отличаются от номинальных, поскольку установить параметры условий испытаний абсолютно точно невозможно. Следовательно, результат испытания всегда имеет погрешность, возникающую не только из-за погрешности определения искомой характеристики, но и из-за неточного установления номинальных условий испытания.

Результатом испытаний называется оценка характеристик свойств объекта, установления соответствия объекта заданным требованиям, данные анализа качества функционирования объекта в процессе испытаний. Результат испытаний характеризуется точностью— свойством испытаний, описывающим близость их результатов к действительным значениям характеристик объекта в определенных условиях испытаний.

Между измерением и испытанием существует большое сходство: во-первых, результаты обеих операций выражаются в виде чисел; во-вторых, погрешности и в том, и другом случае могут быть выражены как разности между результатами измерений (испытаний) и истинными значениями измеряемой величины (или определяемой характеристики при номинальных условиях эксплуатации). Однако с точки зрения метрологии между этими операциями имеется значительная разница: погрешность измерения является только одной из составляющих погрешности испытания. Поэтому можно сказать, что испытание — это общая операция, чем измерение. Измерение можно считать частным случаем испытания, при котором условия испытаний не представляют интереса. Кроме того, параметры испытаний назначаются, исходя из требований превзойти параметры образцов – аналогов, так, чтобы опытные образцы испытаний получили эксплуатационные свойства лучше международных аналогов этой же продукции, такие параметры называют номинальными – Х_N.

Средства испытаний

В качестве средств испытаний можно привести машины испытания твердости металлов, машины испытания металлов на разрыв, изгиб-перегиба, копры ударной нагрузки, прессы Роквела, Виккерса, прессы Эриксена, машины вибрационных нагрузок – вибростенды, аэродинамические трубы, гидродинамические бассейны, испытательные полигоны, атмосферное состояние местности в различных географических точках земного шара и т.д. В главах 15 – 16 некоторые средства измерений нами не показаны, а перенесены в главу 17, так как они лучше иллюстрируют свои свойства и с точки зрения измерений, и сточки зрения испытаний и контроля.

Далее приводятся рисунки и описание различных средств измерений при испытаниях и в составе стендовых испытаний.

17.1.1 Ареометры. Классификация ареометров /32/

Различают ареометры постоянного объема и ареометры постоянной массы. Ареометр постоянного объема погружается в жидкость всегда на одну и ту же глубину, в то время как глубина погружения ареометра постоянной массы различна в зависимости от плотности испытуемой жидкости.

Ареометр постоянного объема состоит из полого продолговатого металлического или стеклянного корпуса цилиндрической формы, переходящего вверху в тонкий стержень, на конце которого имеется тарелка (чашка) для закладывания гирь. Для устойчивости корпус снабжен балластом. На стержне нанесена метка, до которой должен погружаться ареометр при определенной плотности жидкости и определенной массе гирь. О плотности исследуемой жидкости судят по массе гирь, снятых или добавленных для того, чтобы ареометр погрузился в данную жидкость до метки.

Ареометры постоянной массы по своему назначению делятся на две группы:

1) для измерения плотности жидкостей (называются денсиметрам и шкалы денсиметров градуированы в единицах плотности);

2) для измерения концентрации растворов; шкалы этих ареометров градуированы в процентах по объему или массе.

Денсиметры подразделяются на:

а) денсиметры общего назначения, служащие для измерения плотности различных жидкостей легче и тяжелее воды (водные растворы кислот, солей, щелочей и др.);

б) нефтеденсиметры (для измерения плотности нефтепродуктов);

в) лактоденсиметры (для измерения плотности молока и сыворотки);

г) денсиметры для морской воды;

д) урометры (для измерения плотности мочи);

е) аккумуляторные денсиметры (для измерения плотности раствора электролита в аккумуляторах);

ж) денсиметры АК (для жидкостей типа кислот).

К ареометрам для измерения концентрации растворов относятся:

а) спиртомеры - для измерения крепости (концентрации) водно-спиртовых растворов, определяемой процентным (по объему) содержанием безводного спирта в растворе;

б) сахаромеры - для определения процентного (по массе) содержания сухих веществ в сахарных растворах;

в) клеемеры - для определения концентрации клеевых растворов, выраженной процентным (по массе) содержанием костного клея в воде;

г) гидрометры - для определения процентного (по объему) содержания этиленгликоля в его водном растворе.

Ареометры постоянной массы бывают стеклянные и металлические. В большинстве случаев применяются стеклянные ареометры, обеспечивающие более высокую точность измерений, так как стекло обладает наилучшей смачиваемостью жидкостями, однако в ряде случаев незаменимыми оказываются металлические приборы. Так, для измерения плотности жидких металлов при высокой температуре используют металлические ареометры, изготовленные из стали с эмалевым покрытием или из вольфрамового сплава.

Ареометры постоянной массы по их метрологическому назначению (т. е. по назначению в схеме передачи размера единицы плотности) делятся па эталонные, образцовые и рабочие.

В различных отраслях промышленности и народного хозяйства непосредственно для измерения плотности жидкостей или концентрации растворов применяют рабочие ареометры. Образцовые ареометры служат для поверки рабочих ареометров, а эталонные - для поверки образцовых ареометров.

Устройство стеклянных ареометров

Ареометр представляет собой симметричное относительно продольной оси удлиненное тело, состоящее из полого корпуса цилиндрической (рисунок 17.1 а) или веретенообразной (рисунок 17.1 б) формы и припаянного к нему в верхней части стержня. Стержень выполнен в виде тонкостенной цилиндрической трубки круглого сечения с запаянным концом. У образцовых ареометров и у спиртомеров с ценой деления шкалы 0,1 % допускается конусности стержня не более 0,0005, у остальных спиртомеров, лактоденсиметров и сахаромеров - не более 0,001.

Нижняя часть, ареометра заполнена балластом, который неподвижно закреплен при помощи связующего вещества (смолки, сургуча), размягчающегося при температуре не ниже 70 °С (у клеемеров - не ниже 87 °С). Балласт предназначен для понижения центра тяжести ареометра, чтобы последний при погружении в жидкость плавал в строго вертикальном положении и находился при этом в устойчивом равновесии. Балластом служит мелкая дробь, металлическая высечка или ртуть, которые должны быть сухими и чистыми. Существуют также ареометры с обособленной балластной камерой, которая соединена с нижней частью корпуса.

К внутренней поверхности стержня ареометра прочно приклеена прозрачным клеем плотная бумажная полоска белого цвета, на которой нанесена шкала, соответствующая назначению ареометра.

Цена деления шкалы устанавливается числовыми значениями следующего ряда:

а) у денсиметров - 0,0001; 0,0002; 0,0005; 0,002; 0,005; 0,01 и 0,02 г/см³ (или единиц относительной плотности);

б) у ареометров для измерения концентрации - 0,1; 0,2; 0,5 и 1 %.

Ширина штрихов шкалы не превышает 0,2 мм (у образцовых ареометров и у спиртомеров с ценой деления шкалы 0,1 % - не более 0,1 мм). Длина основных штрихов (т. е. штрихов, обозначенных цифрами) составляет не менее 1/4 длины окружности в поперечном сечении стержня, длина наименьших штрихов - не менее 1/8 длины окружности (для образцовых ареометров — соответственно 1/2 и 1/4 длины окружности).

Расстояние между соседними штрихами, как правило, не менее 0,75 мм. У денсиметров для морской воды, аккумуляторных денсиметров, урометров, спиртомеров, клеемеров и гидрометров это расстояние составляет не менее 1 мм, у сахаромеров — не менее 1,2 мм, у лактоденсиметров - не менее 1,5 мм, у денсиметров для определения плотности малых количеств жидкости - не менее 0,5 мм.

Некоторые типы рабочих ареометров (нефтеденсиметры, лактоденсиметры, сахаромеры, клеемеры, спиртомеры, гидрометры) изготовляют со встроенным термометром, позволяющим одновременно с плотностью (концентрацией) измерять и температуру жидкости. Жидкость, заполняющая резервуар термометра (ртуть, толуол), служит также частью балласта ареометра. Резервуар термометра может располагаться как под основным балластом ареометра, так и над ним.

Бумажная полоска с нанесенной на ней термо - метрической шкалой помещается либо внутри корпуса ареометра (у нефтеденсиметров, спиртомеров, сахаромеров и гидрометров), либо в верхней (расширенной) части стержня (у лактоденсиметров и клеемеров, так как они предназначены для непрозрачных жидкостей).