6.1.1. Khâi niệm chung
Đo lường lă việc định lượng độ lớn của đối tượng đo, dựa trín việc thiết lập quan hệ giữa đại lượng cần đo vă một đại lượng có cùng tính chất vật lý được quy định dùng lăm đơn vị đọ
Thực chất của việc đo lường lă việc so sânh đại lượng cần đo với đơn vị đo để tìm ra tỉ lệ giữa chúng. Độ lớn của đối tượng cần đo được biểu diễn bằng trị số của tỉ lệ nhận được kỉm theo đơn vị đo dùng khi so sânh .
Ví dụ:
Đại lượng cần đo lă Xđ , đơn vị dùng để so sânh lă W. Khi đó tỉ lệ giữa chúng lă:
q W Xd
Trang 85
Việc chọn độ lớn của đơn vị đo khâc nhau khi so sânh sẽ có trị số q khâc nhaụ Chọn độ lớn của đơn vị đo sao cho việc biểu diễn kết quả đo gọn, đơn giản trânh nhầm lẫn trong ghi chĩp vă tính toân. Kết quả đo cuối cùng cần biểu diễn theo đơn vị đo hợp phâp
6.1.2. Đơn vị đo - Hệ thống đo
- Đơn vị đo lă yếu tố chuẩn dùng để so sânh. Vì vậy, độ chính xâc của đơn vị đo sẽ ảnh hưởng tới độ chính xâc khi đọ
- Độ lớn của đơn vị đo cần được quy định theo chuẩn mới đảm bảo được việc thống nhất trong giao dịch, mua bân, chế tạo sản phẩm để dễ thay thế vă lắp lẫn
- Để đảm bảo tính thống nhất trong đo lường, câc đơn vị đo cơ bản vă câc đơn vị đo dẫn xuất hợp thănh hệ thống đơn vị đo : “ Đơn vị của câc đại lượng vật lí ” ( SI : Standard International). Hệ thống SI trânh được sự cần thiết phải nghiín cứu tỉ mỉ nhiều hệ thống đơn vị
- Hệ thống đơn vị bao gồm hai nhóm:
+ Đơn vị cơ bản: được thể hiện bằng câc đơn vị chuẩn với độ chính xâc cao nhất mă khoa học kỹ thuật hiện đại có thể thực hiện được.
- Ở nước ta hiện đang sử dụng câc đơn vị đo lường của hệ thống SI gồm 7 đơn vị cơ bản lă:
a) Đơn vị chiều dăi : “Mĩt (m) – lă quêng đường ânh sâng đi được trong chđn không trong khoảng thời gian 1/29979258 giđy (CGMP lần thứ 17 năm 1983)
+ Chuẩn chiều dăi mĩt hiện nay có sai số = 0,002 mm ( = 2.10-6m)
b) Đơn vị đo nhiệt độ : Kelvin (K)
+ 0K lă nhiệt độ có giâ trị bằng (0K = - 273,160C) phần nhiệt độ đông của điểm thứ 3 của nước (lă điểm cđn bằng của 3 trạng thâi rắn, lỏng, hơi)
+ Sử dụng thang Kelvin lă thang chuẩn vă được sử dụng ưu tiín trong tính toân bởi vì thang năy không có nhiệt độ đm mă chỉ có nhiệt độ dương. Ngoăi ra, sử dụng thang Kelvin, sai số của phĩp đo chuẩn được giảm đi 50 lần.
c) Đơn vị đo cường độ dòng điện: Ampe (A)
+ Ampe lă cường độ dòng điện một chiều chạy qua 2 dđy dẫn song song dăi vô hạn, có diện tích mặt cắt nhỏ không đâng kể, được đặt trong chđn không câch nhau 1m vă trín mỗi đoạn chiều dăi 1m của dđy dẫn xuất hiện lực tương tâc bằng 2.10-7N.
d) Đơn vị đo thời gian: giđy (s)
+ Giđy bằng 9192631770 chu kì bức xạ tương ứng với sự chuyển đổi giữa 2 mức siíu tĩnh của trạng thâi cơ bản Xe-133.
+ Giđy gắn liền với sự dao động của nguyín tử Xẹ Sai số tương đối lă 5.10-11
e) Đơn vị đo cường độ ânh sâng ( Candela ).
- Candela - lă cường độ ânh sâng theo một phương xâc định của một nguồn phât ra bức xạ đơn sắc có tần số 540 x 1012 Hz vă có cường độ bức xạ theo phương đó lă 1/683 Oat trín Steradian(CGPM - lần thứ 16,1979)
f) Đơn vị đo khối lượng: (Kg)
- Kilogram - lă đơn vị đo khối lượng bằng khối lượng của mẫu kilogram quốc tế đặt tại trung tđm mẫu vă cđn quốc tế tại Paris
g) Đơn vị đo số lượng vật chất: (Mol)
- Mol - lă lượng vật chất có số phđn tử (hay nguyín tử, câc hạt ) bằng số nguyín tử chứa trong 12C với khối lượng lă 0,012(kg).
- Câc đơn vị năy có thể dùng để đo tất cả câc loại thông số : cơ học, nhiệt, điện, từ ânh sâng, đm, bức xạ ion vă trong lĩnh vực hoâ học
+ Đơn vị kĩo theo: lă câc đơn vị có liín quan tới câc đơn vị cơ bản thể hiện qua câc biểu thức.
- Ngoăi bảng 7 đơn vị cơ bản trín còn câc đơn vị kĩo theo trong câc lĩnh vực cơ, điện, từ, quang.
6.1.3. Phương phâp đo
Phương phâp đo lă câch thức, thủ thuật để xâc định thông số cần đọ Đó lă tập hợp mọi cơ sở khoa học có thể để thực hiện phĩp đo, trong đó nguyín tắc để xâc định thông số đọ Câc nguyín tắc năy có thể dựa trín mối quan hệ toân học hay mối quan hệ vật lý có liín quan tới đại lượng đọ
Ví dụ :
1. Để đo bân kính cung tròn, có thể dựa văo mối quan hệ giữa câc yếu tố trong cung. h s h R 8 2 2
Trang 87
s : độ dăi cung
2. Khi đo tỉ trọng của vật liệu , dựa trín quan hệ vật lý :
V G D
trong đó : D - Tỷ trọng mẫu đo G - Trọng lượng mẫu đo V - Thể tích mẫu đo Giả sử mẫu lă hình trụ :
h d V . 4 2 h: chiều dăi mẫu d: đường kính mẫu
h d G D 4 2
Việc chọn mối quan hệ năo đó trong câc mối quan hệ có thể với thông số đo phụ thuộc văo độ chính xâc yíu cầu đối với đại lượng đo, trang thiết bị hiện có, có khả năng tìm được hoặc tự chế tạo được. Mối quan hệ cần được chọn sao cho đơn giản, câc phĩp đo dễ thực hiện với yíu cầu về trang thiết bị đo ít vă có khả năng thực hiện được.
* Cơ sở để phđn loại phương phâp đọ
ạ Dựa văo quan hệ giữa đầu đo vă chi tiết đo chia ra: đo tiếp xúc vă đo không tiếp xúc - Đo tiếp xúc: lă phương phâp đo giữa đầu đo vă chi tiết đo tồn tại một âp lực gọi lă âp lực đọ Khi đo tiếp xúc, đầu đo sẽ tiếp xúc với mặt chi tiết theo đường, điểm hoặc mặt.
+ Ví dụ : khi đo bằng dụng cụ đo cơ khí quang, cơ, điện, tiếp xúc... âp lực năy lăm cho vị trí đo ổn định, vì thế kết quả đo tiếp xúc rất ổn định.
+ Tuy nhiín do tồn tại âp lực đo mă khi đo tiếp xúc không trânh khỏi sai số đo do câc biến dạng có liín quan tới âp lực đo gđy rạ Đặc biệt khi đo câc chi tiết lă vật liệu mềm, dễ biến dạng hoặc hệ đo kĩm cứng vững.
- Đo không tiếp xúc: lă phương phâp đo không có âp lực đo giữa yếu tố đo vă bề mặt đo Ví dụ : mây đo biín dạng Project Profile, kính hiển vi, ốp ti mĩt ...
+ Do không tồn tại âp lực đo nín khi đo bề mặt chi tiết không bị biến dạng hoặc bị căo xước. Phương phâp năy thích hợp với câc chi tiết nhỏ, mềm, mỏng, dễ biến dạng hoặc câc sản phẩm không cho phĩp có vết xước.
b. Dựa trín quan hệ về giâ trị đo chia ra: đo tuyệt đối vă đo so sânh.
Trong phương phâp đo tuyệt đối giâ trị chỉ thị trín dụng cụ đo lă giâ trị đo được. Phương phâp năy đơn giản, ít nhầm lẫn nhưng vì hănh trình đo dăi nín độ chính xâc kĩm.
- Trong phương phâp đo so sânh giâ trị chỉ thị trín dụng cụ đo chỉ cho ta sai lệch của giâ trị đo so với giâ trị của chuẩn ( mẫu). Khi đó, kết quả đo phải lă tổng của giâ trị chuẩn vă giâ trị chỉ thị:
QQ0 x
Trong đó : Q : kích thước mẫu
x: giâ trị chỉ thị của dụng cụ
Ví dụ : kiểm tra góc vuông bằng ke, kiểm tra góc bằng góc mẫu, kiểm tra kiểm tra kích thước bằng Calip, kiểm tra chi tiết trín mây bằng Optimet ...
+ Độ chính xâc của phĩp đo so sânh cao hơn phĩp đo tuyệt đối vă phụ thuộc chủ yếu văo độ chính xâc của mẫu vă quâ trình chỉnh “0”. Câc mây đo thường dùng phương phâp năy vì nó đơn giản vă thuận tiện .
c. Dựa văo quan hệ giữa đại lượng cần đo vă đại lượng được đo chia ra: đo trực tiếp vă đo giân tiếp
Từ phương trình biểu diễn phĩp đo :
Q = X Trong đó : Q – Giâ trị cần tìm
X – Giâ trị chỉ thị
- Phương phâp đo trực tiếp: lă phương phâp đo mă kết quả của phĩp đo (giâ trị chỉ thị X của cơ cấu đo) chính lă giâ trị của đại lượng cần tìm Q.
Ví dụ: Đo đường kính chi tiết bằng Panme, thước cặp ...
+ Phương phâp đo trực tiếp cho độ chính xâc cao nhưng hiệu quả thấp.
- Phương phâp đo giân tiếp: lă phương phâp mă giâ trị của đại lượng cần đo không xâc định được trực tiếp từ chỉ số của dụng cụ đo mă nó có quan hệ với một hay nhiều đại lượng đo trực tiếp theo hăm có dạng: y = f(x1,x2...,xn)
Trang 89
Trong đó: y lă đại lượng cần tìm
x1,x2,...,xn: câc đại lượng đo trực tiếp.
Ví dụ: đo 2 cạnh của một tam giâc vuông rồi sử dụng định lý Pitago để tính ra cạnh huyền, xâc định góc ...
+ Phương phâp đo giân tiếp thông qua câc mối quan hệ toân học hoặc vật lý giữa đại lượng được đo vă đại lượng cần đo lă phương phâp đo phong phú, đa dạng vă hiệu quả. Tuy nhiín, nếu hăm quan hệ căng phức tạp thì độ chính xâc đo căng thấp vì việc tính toân, xử lý kết quả đo vă độ chính xâc đo phụ thuộc rất lớn văo việc lựa chọn mối quan hệ năy
d. Ngoăi ra trong đânh giâ vă kiểm tra sản phẩm chia ra: đo từng phần vă đo tổng hợp. - Phương phâp đo từng phần: lă phương phâp tiến hănh đo riíng rẽ từng yếu tố, sau đó phối hợp câc yếu tố đó lại mới xâc định được chi tiết đó có đạt được yíu cầu hay không
Ví dụ: đo đường kính trung bình, bước răng, góc của răng ... rồi kết hợp kết quả đó lại mới xâc định được đường kính trung bình của răng có nằm trong phạm vi giới hạn điều chỉnh hay không .
+ Phương phâp đo từng phần sử dụng khi kiểm nghiệm sản phẩm vă tìm nguyín nhđn gđy ra phế phẩm.
- Phương phâp đo tổng hợp: chọn một thông số năo đó mă qua đó đânh giâ được chất lượng sản phẩm.
Ví dụ: kiểm tra ren bằng Calip, đo ren bằng dưỡng ( khi đó không cần kiểm tra câc yếu tố riíng rẽ như đường kính, bước ren, góc xoắn ...).
+) Phương phâp đo tổng hợp chủ yếu dùng để kiểm nghiệm sản phẩm, nghiệm thu hăng hoâ
6.1.4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống đo
6.1.4.1. Giâ trị chia độ (độ phđn giải)
- Hiệu số giữa câc trị số tương ứng với 2 vạch lđn cận nhau của thang đo (chia độ) gọi lă độ phđn giải (hay còn gọi lă giâ trị chia độ).
Ví dụ : khi thước động của Panme dịch chuyển 1 vạch thì đầu đo dịch chuyển 1 khoảng lă 0,001mm. Như vậy, độ phđn giải của Panme năy lă 0,001mm.
- Tuy nhiín, với độ phđn giải vă độ chính xâc của dụng cụ đo lă khâc nhaụ Độ chính xâc của dụng cụ đo được xâc định bằng sai số x vă có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn độ phđn giảị
6.1.4.2. Khoảng chia độ
- Khoảng chia độ lă khoảng câch tđm giữa 2 vạch lđn cận của thang đọ
- Trong phần lớn câc dụng cụ đo , khoảng chia độ 1 2,5mm. Khoảng chia độ trín thang đo căng lớn thì việc đọc theo thang đo căng thuận tiện. Tuy nhiín khi đó sẽ lăm tăng kích thước của dụng cụ đo .
6.1.4.3. Tỷ số truyền vă độ nhạy K
- Lă tỷ số giữa sự thay đổi ở đầu ra tương ứng với sự thay đổi ở đầu văo của dụng cụ đọ Khi K căng lớn, độ chính xâc đo căng caọ Khi sự thay đổi ở đầu văo vă đầu ra cùng tính chất vật lý thì K lă đại lượng không thứ nguyín vă gọi lă tỷ số truyền. Khi sự thay đổi năy không cùng tính chất vật lý thì K sẽ có thứ nguyín của đại lượng ra trín đại lượng văo vă gọi lă độ nhạỵ
- Nếu dụng cụ đo có nhiều khđu biến đổi, mỗi khđu có một độ nhạy riíng thì độ nhạy của toăn dụng cụ lă
n i i n K K K K K 1 2 1 ... 6.1.4.4. Độ nhạy giới hạn .
- Lă chuyển vị nhỏ nhất ở đầu văo còn gđy ra được chuyển vị ở đầu ra ổn định vă quan sât được. Khi căng bĩ thì độ chính xâc đo được căng caọ
6.1.4.5. Độ biến động chỉ thị
- Lă phạm vi dao động của chỉ thị khi đo lặp lại cùng 1 giâ trị đo trong cùng 1 điều kiện đo bd = xmax - xmin
xmax , xmin : giâ trị chỉ thị lớn nhất vă nhỏ nhất trong n lần đo lặp lạị
6.1.4.6. Phạm vi đo
- Lă phạm vi thay đổi của giâ trị đo mă phương tiện đo có thể thực hiện được
Trang 91
- Kiểm tra một đại lượng lă việc đânh giâ giâ trị thực của đại lượng đó có nằm trong giới hạn cho phĩp đê được quy định hay không.
- Giới hạn cho phĩp lă câc sai lệch cho phĩp trong dung sai sản phẩm mă người thiết kế yíu cầu, phụ thuộc văo độ chính xâc cần thiết khi lăm việc của sản phẩm. Sản phẩm cần thiết lă chính phẩm khi giâ trị thực nằm trong khoảng sai lệch cho phĩp, ngược lại được xem lă phế phẩm.
- Sự khâc nhau căn bản giữa kiểm tra vă đo lường lă kiểm tra không cần định lượng lă bao nhiíu mă chỉ so sânh câc đại lượng cần kiểm tra có nằm trong giới hạn cho phĩp đê được quy định hay không, để khẳng định về chất lượng của sản phẩm lă thănh phẩm hay phế phẩm.
- Phđn loại phương phâp kiểm tra:
a) Dựa văo tính chất sử dụng của kết quả kiểm tra, phđn ra:
- Kiểm tra bị động: lă hình thức kiểm tra sản phẩm sau chế tạo nhằm phđn loại sản phẩm lă thănh phẩm hay phế phẩm. Hình thức năy thường dùng khi kiểm tra thu nhận sản phẩm nín gọi lă kiểm thu nhận.
- Kiểm tra chủ động: lă hình thức kiểm tra mă kết quả phản ânh thông qua thông số đo trong quâ trình gia công. Nếu thông số đo vượt quâ giới hạn giâ trị cho phĩp, thông qua hệ thống điều chỉnh tự động (hay còn gọi lă hệ thống đo lại tích cực) sẽ tự động điều chỉnh lại quâ trình gia công để không tiếp tục tạo
ra phế phẩm.
Trong câc quâ trình công nghệ hiện đại, đặc biệt lă khi chế tạo câc chi tiết phức tạp, kiểm tra tích cực không những hạn chế việc tạo ra phế phẩm mă còn thực hiện được những thao tâc kiểm tra mă sau khi chế tạo sẽ khó mă kiểm tra được.
b) Dựa văo nội dung kiểm trạ
- Kiểm tra yếu tố: việc kiểm tra thực hiện riíng đối với một thông số, thường lă thông số quan trọng ảnh hưởng chính tới chất lượng sản phẩm. Ngoăi ra, trong nghiín cứu độ chính
xâc khi gia công để hợp lí hóa quy trình công nghệ, vạch ra nguyín nhđn sai hỏng thì cần kiểm tra yếu tố mă thông số kiểm tra chính lă yếu tố của nguyín công đang thực hiện.
- Kiểm tra tổng hợp: lă phương phâp kiểm tra đồng thời sự ảnh hưởng của câc yếu tố tới chất lượng chung của sản phẩm. Phương phâp năy thường được âp dụng khi thu nhận sản phẩm.
Ví dụ: với chi tiết ren, khi gia công có thể kiểm tra đường kính trung bình, đó lă kiểm tra yếu tố. Khi chi tiết đê gia công có thể kiểm tra ăn khớp bằng câch cho ăn khớp với đai ốc, đó lă kiểm tra tổng hợp.
6.2. Câc nguyín tắc cơ bản trong đo lường