Metrologie Ing. Lenka Petřkovská, Ph.D. A 620, 59 732 4478 lenka.petrkovska@vsb.cz

Podmínky Zápočet max. min 40 20 bodů Zkouška 60 bodů Ústní zkoušení - dvě otázky á 30 bodů, - doplňující otázka 5 bodů. Celkem 100 51 bodů Stupnice - 86 – 100 bodů → výborně, - 66 – 85 bodů → velmi dobře, - 51 – 65 bodů → dobře, - ≤ 50 bodů → NEVYHOVĚL.

Literatura [1] Tichá, Š.: Strojírenská metrologie část 1, Ostrava : VŠB - TU Ostrava, 2004. [2] Tichá, Š.: Strojírenská metrologie část 2 - Základy řízení jakosti, Ostrava : VŠB - TU Ostrava, 2004. [3] Tichá, Š.: Návody do cvičení z předmětu Strojírenská metrologie část, Ostrava : VŠB - TU Ostrava, 2008. [4] Pernikář, J., Tykal, M., Vačkář, J.: Jakost a metrologie. Část metrologie, Učební texty vysokých škol, FSI-VUT v Brně, 2001. [5] Čech, J., Pernikář, J., Janíček, L.: Strojírenská metrologie, skriptum FSI-VUT v Brně, 1998. [6] Mlčoch, L., Slimák, I.: Řízení kvality a strojírenské metrologie Praha, SNTL, 1987. [7] Vačkař,J. a kol.: Jakost a strojírenská metrologie. Návody do cvičení, Brno, VUT 1993.

Metrologie Vědní a technická disciplína, zabývající se všemi poznatky a činnostmi týkajícími se měření, je základem jednotného a přesného měření ve všech oblastech vědy, hospodářství, státní správy, obrany ochrany zdraví a životního prostředí . Je nutno ji chápat jako soubor činností spojených s udržováním, evidenci, kalibraci a ověřováním měřidel, tedy tvorby a dodržování metrologického řádu. Zabývá se činnosti v oblasti měření různých veličin. Její význam je dán nutností poznání určitého stavu jevu, ať jde o výrobní proces, experiment nebo bádání.

Základní pojmy VELIČINY A JEDNOTKY Veličina – vlastnost jevu, tělesa nebo látky, kterou lze kvalitativně rozlišit a kvantitativně určit (délka, hmotnost, teplota) Základní veličina – jedna z veličin, které jsou v určitém systému veličin konvenčně přijaty jako vzájemně nezávislé. Odvozená veličina – veličina definovaná v sytému veličin jako funkce základních veličin. Jednotka – blíže určená veličina definovaná a přijatá konvencí, se kterou jsou porovnávány jiné veličiny stejného druhu za účelem vyjádření jejich hodnot ve vztahu k této veličině. Značka jednotky – konvenční označení měřicí jednotky (m – metr, kg - kilogram). Systém měřicích jednotek – soubor základních a odvozených jednotek pro danou soustavu veličin – podle daných pravidel. Mezinárodní systém jednotek SI – systém jednotek přijatý a doporučený Generální konferencí vah a měr.

MĚŘENÍ Měření – souhrn činností s cílem stanovit hodnotu veličiny MĚŘENÍ Měření – souhrn činností s cílem stanovit hodnotu veličiny. Metrologie – věda zabývající se měřením. Měřicí metoda – logický sled po sobě následujících činností, které jsou používány při měření. Měřicí postup – soubor specificky popsaných činností, které jsou používány při blíže určených měřeních podle dané metody. Měřená veličina – veličiny, jejíž hodnota je předmětem měření. MĚŘICÍ PŘÍSTROJE A MĚŘIDLA Měřicí přístroj (měřidlo) – zařízení určené k samotnému měření nebo k měření ve spojení s přídavným zařízením. Měřicí převodník – zařízení, které poskytuje výstupní veličinu. Měřicí systém – úplný soubor měřicích přístrojů a dalšího vybavení, který je sestaven k provádění specifikovaných měření. ETALONY Etalon – měřidlo, měřicí přístroj, ztělesněná míra, referenční materiál nebo měřicí systém, určené k definování, realizování, uchovávání nebo reprodukování jednotky pro referenční účely (hmotnost 1kg, etalonová koncová měrka).

Zákon 119/2000 sb. ZÁKONNÉ MĚŘICÍ JEDNOTKY Subjekty a orgány státní správy jsou povinny používat základní měřicí jednotky: metr, kilogram, sekunda, ampér, kelvin, mol, kandela. MĚŘIDLA Etalony – slouží k realizaci a uchování jednotky určité veličiny nebo stupnice a přenosu na měřidla nižší přesnosti. Pracovní měřidla stanovená – měřidla, které Ministerstvo průmyslu a obchodu stanoví vyhláškou k povinnému ověřování. Pracovní měřidla nestanovená – nejsou etalonem ani stanoveným měřidlem. Certifikované referenční materiály a ostatní referenční materiály – materiály nebo látky přesně stanoveného složení nebo vlastností, používané pro ověřování nebo kalibraci přístrojů, vyhodnocování měřicích metod a kvantitativní určování vlastností materiálů. Státní metrologická kontrola měřidel schvaluje typy měřidel, prvotní a následné ověřování stanovených měřidel a certifikaci referenčních materiálů.

NÁVAZNOST MĚŘIDEL Zařazení daných měřidel do nepřerušené posloupnosti přenosu hodnoty veličiny počínající etalonem nejvyšší metrologické jakosti pro daný účel až k pracovním měřidlům. Účel – zajištění návaznosti měření. OVĚŘOVÁNÍ A KALIBRACE Slouží k zjištění a potvrzení, že dané měřidlo má požadované metrologické vlastnosti. SCHVALOVÁNÍ TYPU MĚŘIDEL VYROBENÝCH V TUZEMSKU Měřidla podléhají schválení ještě před zahájením výroby. Schvalování provádí Český metrologický institut ČMI. SCHVALOVÁNÍ TYPŮ DOVEZENÝCH MĚŘIDEL

Instituce činné v metrologii ČR MINISTERSTVO PRŮMYSLU A OBCHODU Zabezpečuje řízení státní politiky v oblasti metrologie Určuje koncepci rozvoje ÚŘAD PRO TECHNICKOU NORMALIZACI, METROLOGII A STÁTNÍ ZKUŠEBNICTVÍ Zabezpečuje úkoly vyplývající ze zákona o metrologii Stanovuje program státní metrologie Zastupuje ČR v mezinárodních metrologických orgánech ČESKÝ METROLOGICKÝ INSTITUT Zabezpečuje českou státní a primární etalonáž jednotek stupnic fyzikálních a technických veličin Provádí metrologický výzkum a uchovává státní etalony

Instituce činné v metrologii ČR AUTORIZOVANÁ METROGICKÁ STŘEDISKA Jsou to organizace, které Úřad autorizoval k výkonům v oblasti metrologie pro akreditaci pracovišť. STŘEDISKA KALIBRAČNÍ SLUŽBY Tato střediska jsou v na základně akreditace pověřeny kalibrací měřidel ČESKÝ INSTITUT PRO AKREDITACI Buduje a zajišťuje akreditační systém v ČR v souladu s evropskými normami Uděluje, odnímá nebo mění osvědčení o akreditaci. OBLASTNÍ INPEKRORÁTY ČESKÉHO METROLOGICKÉHO INSTITUTU

CHYBY MĚŘENÍ Každé měření je zatíženo chybou!!! PŘÍČINY VZNIKU CHYB PŘI MĚŘENÍ: měřidlo, měřicí systém (nedokonalost a nespolehlivost) měřicí metoda (nevhodně zvolená) podmínky měření (teplota, tlak, agresivita potu…) lidský faktor (zručnost, zkušenost, rozlišovací schopnost oka, kvalifikace…) ČLENĚNÍ CHYB: dle časové závislosti - statické - dynamické dle možnosti vyloučení - odstranitelné - neodstranitelné dle způsobu výskytu - hrubé - systematické - náhodné (nahodilé)

Hrubé chyby PŘÍČINY: nesprávné odečtení údajů nesprávný způsob zpracování dat vada přístroje nesprávná manipulace s měřidlem, apod. VÝSLEDEK MĚŘENÍ OVLIVNĚNÝ HRUBOU CHYBOU JE NEPOUŽITELNÝ. HODNOTY ZATÍŽENÉ TOUTO CHYBOU SE ZE SOUBORU HODNOT MUSÍ VYLOUČIT. V MĚŘENÍ SE NESMÍ POKRAČOVAT, DOKUD NEJSOU PŘÍČINY ODSTRANĚNY.

Hrubé chyby Postup testování odlehlé hodnoty: a) vypočte se střední hodnota a výběrová směrodatná odchylka b) pro posouzení odlehlosti podezřelých hodnot souboru (x2, xn) se vypočtou normované hodnoty H2, Hn: popř. c) z tabulek se určí mezní hodnota H pro předem stanovenou pravděpodobnost p a počet měření v souboru n d) za předpokladu, že H2  H a Hn  H hodnota x2 není zatížena hrubou chybou a ponechá se v souboru, ale hodnota xn je ovlivněna hrubou chybou a ze souboru naměřených hodnot se vyloučí.

Chyby systematické Vznikají z příčin, které působí soustavně a jednoznačně co do smyslu a velikosti. Dají se zjistit změnou měřicích poměrů (změna přístroje). ROZDĚLENÍ: dle poznatelnosti - zjistitelné (mají konkrétní hodnotu a znaménko lze je použít pro korekci naměřené hodnoty) - neznámé (nemají konkrétní znaménko, nedají se použít pro korekci, považují se za chyby nahodilé) dle příčin vzniku - chyby měřidla (vznikají při výrobě, činnosti a používání měřidla) - chyby měřicí metody (nesprávná volba metody, vliv přítlačné síly, deformace apod.) - chyby osobní (neopatrnost, nevědomost, nepozornost nedokonalost lidských smyslů) - chyby způsobené vlivem prostředí (vlhkost, prašnost, teplota, osvětlení, apod.)

kde: s … směrodatná odchylka, Chyby náhodné jsou způsobené příčinami náhodného charakteru co do velikosti a směru působení. Při každém jednotlivém měření určité veličiny se vyskytují náhodné chyby a ovlivňují každou naměřenou hodnotu. Při opakovaném měření za stejných podmínek (osoba, metoda, měřidlo, prostředí apod.) bude soubor naměřených hodnot v důsledku působení náhodných chyb vykazovat rozptyl (velikost rozptylu je úměrná vlivu náhodných chyb). Při měření mají nejčastěji Gaussovo (normální) rozdělení. Normální náhodná veličina nabývá hodnot v intervalu - s hustotou pravděpodobnosti: kde: s … směrodatná odchylka, xi … dílčí hodnoty, m ... průměrná hodnota.

Chyby náhodné interval   obsahuje 68,27 % náhodné veličiny,

Chyby náhodné Základní charakteristikou výsledku měření (charakteristikou polohy souboru naměřených hodnot) je výběrový průměr: Rozptyl naměřených hodnot je charakterizován nejčastěji výběrovou směrodatnou odchylkou: Směrodatná odchylka rozptylu dílčích aritmetických průměrů: kde xi … jednotlivé naměřené hodnoty veličiny X, n … počet měření.

NEJISTOTY MĚŘENÍ Charakterizuje interval hodnot kolem výsledku, který můžeme odůvodněně přiřadit k naměřené hodnotě. Může se týkat výsledku měření, ale také hodnot odečtených na přístrojích Základní je standardní nejistota u STANDARDNÍ NEJISTOTA TYPU A (uA) Je získaná z opakovaného měření Její hodnota s počtem měření klesá STANDARDNÍ NEJISTOTA TYPU B (uB) Závisí na počtu měření Postup stanovení Vytipovat možné zdroje nejistot Určení standardních nejistot Posouzení závislosti mezi jednotlivými zdroji

NEJISTOTY MĚŘENÍ Pro vzájemně nezávislé zdroje Pro vzájemně závislé zdroje KOMBINOVANÁ NEJISTOTA uC

MĚŘIDLA Slouží k určení hodnoty měřené veličiny Absolutní – odečtení hodnoty Porovnávací – odchylka od nastavené hodnoty Toleranční měření – rozměr je v toleranci nebo ne ZÁKLADNÍ MĚŘIDLA Posuvné měřítko – základní 150mm

Způsoby měření [3]

Příklady odečítání A = 7 B = 65 Rozměr = 7,65 mm 1/20 = 0,05 A = 8 1/50 = 0,02 [3]

Posuvný hloubkoměr

Mikrometry - třmenové [4]

Druhy mikrometrů Mechanický třmenový mikrometr s číslicovou stupnicí Digitální třmenový mikrometr s číslicovým ukazatelem Mechanický třmenový mikrometr s vyměnitelnými doteky pro zvýšení rozsahu a s číslicovou stupnicí Mechanický třmenový mikrometr s kruhovým číselníkem a číslicovou stupnicí

Třmenový mikrometr 40 AB s osazenými měřicími plochami Třmenový mikrometr 40 AW s posuvným vřetenem a talířkovými měřicími doteky Třmenový mikrometr 40 AS s posuvným vřetenem a měřicími břity Závitový mikrometr 40 Z A další druhy měřidel pracujících ma principu mikrometrického šroubu

Mikrometrický odpich a výměnné prodlužovací nástavce Samostředicí třídotekový dutinoměr Mikrometrický odpich a výměnné prodlužovací nástavce Mikrometrický hloubkoměr Talířkový měřicí dotek pro rozteče a šířky drážek

Číselníkové úchylkoměry

Koncové měrky Jsou všeobecně uznávány jako základ délkového měření. Jsou to etalony délky reprezentující specifický díl délky (metru). Vyrábějí se nejčastěji ve tvaru hranolů Měřicí plochy jsou opracovány s vysokou přesností rozměrovou, rovnoběžnosti funkčních ploch a drsnosti povrchu. KONCOVÉ MĚRKY SE POUŽÍVAJÍ Pro nastavení měřidel, měřicích přístrojů a přípravků. K ověřování a kalibraci měřidel. Jako etalon délky. Pro přímou kontrolu délkových rozměrů. POŽADAVKY KLADENÉ NA MATERIÁL KONCOVÝCH MĚREK vysoká tvrdost, otěruvzdornost, korozivdornost, rozměrová stálost, malý koeficient délkové roztažnosti, dobrá obrobitelnost.

Koncové měrky [3]

Kalibry Válečkový kalibr Třmenový kalibr Ploché kalibry Třmenový kalibr- nastavitelný Závitové kalibry [2,3]

Interference světla Je založena na vlnové podstatě světla. Jednotlivé částice světla kmitají kolmo k pohybu šíření světla. Maximální výchylka od střední polohy se nazývá amplituda A, její velikost určuje intenzitu světla. Světlo je složeno z různých jednobarevných světel o určité vlnové délce λ. K rozdělení světla na jednotlivé složky se využívá lomu a rozkladu v hranolu nebo ohybu na ohybové mřížce. Představíme-li si světlo jako vlnoplochy, pak v místech, kde nastává zeslabení (zesílení) intenzity světla dostaneme interferenční proužky, které se k měření používají. Rozdělení paprsků se v měřicí technice nejčastěji provádí planparalelní destičkou.

Využití interference světla v metrologii Celá řada přístrojů využívá interference světla- princip Michelsonova interferometru

Měření a kontrola rovinného úhlu JEDNOTKY Rovinný úhel 1 radián – odpovídá délce oblouku 1m na rameni 1m (1rad =180/π, 1rad ≈ 57º) Radián je jednotka, která se nedá exaktně realizovat, v technické praxi nemá využití. Rovinný úhle 1º je úhel, který sívá 360. díl kruhu Dělí se na minuty a vteřiny ÚHLOVÉ MĚRKY Jsou základem měření úhlů Umožňuje skládání měrek nasátím, což dává možnost vytvoření nových hodnot úhlů

Měření a kontrola rovinného úhlu OPTICKÉ POLYGONY Přesné mnohaboké hranoly s definovanými úhly Představují určitý druh přesného dělení kruhu Optický – funkční plochy polygonu působí jako zrcadla a používají se na měření úhlů optickými přístroji ÚHLOVÉ ŠABLONY Jsou určeny pro speciální měření a kontrolu (kontrola závitů, rybin, úkosů,…) Patří se průsvitné šablony, závitové měrky, okuláry mikroskopů s vynesenými úhly,….

Měření a kontrola rovinného úhlu ÚHELNÍKY Úhlová měřidla zhmotňující úhel 90º Používají se pro kontrolu kolmosti ploch, nastavení pravých úhlů, orýsování,… Podle přesnosti se vyrábění jako: nožový, normál, dílenský úhelník ÚHLOMĚRY Jednoduché měřicí prostředky pro nastavování a orýsování úhlů Mechanické úhloměry , optické úhloměry, elektronické úhloměry LIBELY Fungují na základě působení zemské gravitace a plní 2 základní funkce: - ustavení roviny do vodorovné polohy - měření malých úhlů a odchylek od vodorovné polohy

Měření a kontrola rovinného úhlu Kapalinová libela – využívají vlastnosti bublin v uzavřených nádobách naplněných kapalinou – bublina se vždy snaží zaujmout nejvyšší polohu. Elektronická libela – hlavní část tvoří speciálně uložené kyvadlo, jehož poloha vůči tělesu libely je závislá na poloze roviny, na které je libela uložena. Umožňuje odečítání v nepřístupných místech a v jím místě než je měřicí místo. Koincidenční libela – měření je v přesnější než u běžných libel. Soustava skleněných hranolů zobrazí 2 nezacloněné poloviny bubliny, které se pohybují proti sobě. Obraz se pozoruje lupou. Sklonoměr (inklinační libela) – úhloměrný přístroj na měření sklonů ploch vůči základní vodorovné rovině. Má větší rozsah než libely.

Úhly Šablona na měření úhlů Veritas Univerzální číselníkový úhloměr 360° Úhloměr 180° Úhelník Univerzální digitální úhloměr 360° Úhloměr 10-170° měřící rozsah: -360° +360 ° přesnost: ±5' nebo ±0.08 ´ Úhelník se základnou [4,5]

Sinusová pravítka Kuželové kalibry Šablona pro šroubovité vrtáky Šablona pro šroubovité vrtáky Šablona pro ostrý závit pro Whitworth 55° - pro metrický závit 60° Šablona pro trapézový závit [2]

Použití gon. funkcích pro měření úhlů Při využití goniometrických funkcích jde o měření nepřímě s velmi vysokou přesností. SINUSOVÉ PRAVÍTKO Samostatně není prostředkem pro měření úhlů, tím se stává až ve spojení s koncovými měrkami, které jej umožní použít na stanovování a měření úhlů. Používá se hlavně pro kontrolu úhlů na součástkách a jako přípravek při přesném obrábění.

Použití gon. funkcích pro měření úhlů TANGENTOVÉ PRAVÍKO Pravítko položené na 2 měrky vzdálené od sebe o určitou vzdálenost, rozdíl velikosti měrek a vzdálenosti L těchto měrek určuje tangentu úhlu Místo měrek se často používají válečky, jejichž vzdálenost je možno nastavit měrkami Měření je méně přesné než u sinového pravítka

Děkuji za pozornost