Погрешность измерения длины

[vilchel 0]

Доброго времени суток!

Проблема заключается в следующем: происходит измерение длины образцов полимерного материала с помощью установки, представленной на рисунке. Регистрация измеренных значений осуществляется с помощью цифрового индикатора часового типа, абсолютная погрешность которого 0,005 мм. Метод измерений - сравнение с образцовой мерой. При этом длину измерят дважды: справа налево и слева направо, далее полученные значения усредняют.

Далее, в соответствии с ТП, образцы испытывают на скорость горения. Для этого контрольный участок образца отделяют сигнальной проволочкой, путем ее помещения в проделанные заранее отверстия, с помощью которых и была измерена длина. Диаметр сигнального проводника 0,15 мм, диаметр отверстия в зависимости от типа полимера может достигать 0,25 мм. Но при этом сечение проволоки относительно отверстия может находиться не строго по середине, а в любом месте, что и является источником погрешности.

Порекомендуйте, пожалуйста, как такую погрешность можно оценить.

Надеюсь на вашу помощь!

Изменено 15 Апреля 2011 пользователем vilchel

[AntiOFF 15]

Доброго времени суток!

Проблема заключается в следующем: происходит измерение длины образцов полимерного материала с помощью установки, представленной на рисунке. Регистрация измеренных значений осуществляется с помощью цифрового индикатора часового типа, абсолютная погрешность которого 0,005 мм. Метод измерений - сравнение с образцовой мерой. При этом длину измерят дважды: справа налево и слева направо, далее полученные значения усредняют.

Далее, в соответствии с ТП, образцы испытывают на скорость горения. Для этого контрольный участок образца отделяют сигнальной проволочкой, путем ее помещения в проделанные заранее отверстия, с помощью которых и была измерена длина. Диаметр сигнального проводника 0,15 мм, диаметр отверстия в зависимости от типа полимера может достигать 0,25 мм. Но при этом сечение проволоки относительно отверстия может находиться не строго по середине, а в любом месте, что и является источником погрешности.

Порекомендуйте, пожалуйста, как такую погрешность можно оценить.

Надеюсь на вашу помощь!

Измерить на микроскопе УИМ или ДИП их ПГ 3 мкм.

[vilchel 0]

Измерить на микроскопе УИМ или ДИП их ПГ 3 мкм.

К сожалению, здесь вопрос не в средстве измерении и его погрешности, а в методе. Такую погрешность можно, как мне кажется, классифицировать как методическую случайную.

[scbist 1825]

Честно говоря, я не понял как происходит процесс испытаний. На рисунке показан цилиндр, индикатор и параллелепипед. Как измеряется длина образца мне не понятно.

Я предполагаю, что образец - цилиндр, а параллелепипед - мера. Как измерить длину образца с помощью этой меры мне не понятно. Да и зачем нужна длина всего образца тоже вопрос. Я полагаю, что нужно определить расстояние от торца до отверстия. Длина всего образца вообще принципиальной роли для определения скорости горения не играет.

Вопрос в том, для чего нужна проволочка.

Я думаю при достижении волны пламени вставленной проволочки горение прекращается (возможно с помощью оператора). Но плоскость образца неровная. В данном случае мера играет роль "усреднителя". Т.е. не образец длины, а вариант измерительного наконечника. Если образец в процессе испытаний неподвижен, то "люфт" проволочки принципиальной роли не играет. Вы измеряете фактическую длину сгоревшего участка.

Второй вариант - Вы сначала вставляете проволочку в отверстие в установке и определяете ее "координаты" в установке, затем "насаживаете" на проволочку образец и определяете "координаты" его торца. По разности координат Вы определяете длину сгоревшего участка. В данном случае мера тоже является как бы измерительным наконечником. Люфт проволочки в отверстии тоже роли не играет т.к. в процессе работы проволочка прижата к задней кромке отверстия и люфта у нее нет.

Таким образом, если я прав в своих предположениях, соотношение диаметров проволочки и отверстия из расчета погрешности можно исключить. Остается только погрешность измерения 2-х точек. Точка начала горения и точка конца горения.

Если я не прав, опишите сам процесс работы на установке подробнее.

[vilchel 0]

Честно говоря, я не понял как происходит процесс испытаний. На рисунке показан цилиндр, индикатор и параллелепипед. Как измеряется длина образца мне не понятно.

Я предполагаю, что образец - цилиндр, а параллелепипед - мера. Как измерить длину образца с помощью этой меры мне не понятно. Да и зачем нужна длина всего образца тоже вопрос. Я полагаю, что нужно определить расстояние от торца до отверстия. Длина всего образца вообще принципиальной роли для определения скорости горения не играет.

Вопрос в том, для чего нужна проволочка.

Я думаю при достижении волны пламени вставленной проволочки горение прекращается (возможно с помощью оператора). Но плоскость образца неровная. В данном случае мера играет роль "усреднителя". Т.е. не образец длины, а вариант измерительного наконечника. Если образец в процессе испытаний неподвижен, то "люфт" проволочки принципиальной роли не играет. Вы измеряете фактическую длину сгоревшего участка.

Второй вариант - Вы сначала вставляете проволочку в отверстие в установке и определяете ее "координаты" в установке, затем "насаживаете" на проволочку образец и определяете "координаты" его торца. По разности координат Вы определяете длину сгоревшего участка. В данном случае мера тоже является как бы измерительным наконечником. Люфт проволочки в отверстии тоже роли не играет т.к. в процессе работы проволочка прижата к задней кромке отверстия и люфта у нее нет.

Таким образом, если я прав в своих предположениях, соотношение диаметров проволочки и отверстия из расчета погрешности можно исключить. Остается только погрешность измерения 2-х точек. Точка начала горения и точка конца горения.

Если я не прав, опишите сам процесс работы на установке подробнее.

Да, Вы действительно немного не поняли. Мера на данном рисунке не представлена, она используется опосредовано: перед измерением ею калибруют прибор. ТП испытаний на скорость горения предполагает сначала просверлить, потом вставить проволочки, а потом уже образец испытывают на горение, в момент перегорания проволочки фиксируется время горения, а зная длину образца, косвенно можно определить скорость его горения. Вопрос как раз-таки и стоит, чтобы определить скорость горения измеренного участка, проволочка не всегда может прилегать к задней кромке, она может "гулять по отверстию", создавая упомянутый Вами люфт, проблема в том, чтобы его оценить)

[Маслов В.А. 101]

Да, Вы действительно немного не поняли. Мера на данном рисунке не представлена, она используется опосредовано: перед измерением ею калибруют прибор. ТП испытаний на скорость горения предполагает сначала просверлить, потом вставить проволочки, а потом уже образец испытывают на горение, в момент перегорания проволочки фиксируется время горения, а зная длину образца, косвенно можно определить скорость его горения. Вопрос как раз-таки и стоит, чтобы определить скорость горения измеренного участка, проволочка не всегда может прилегать к задней кромке, она может "гулять по отверстию", создавая упомянутый Вами люфт, проблема в том, чтобы его оценить)

Время до перегорания проволочки будет зависеть не только от ее положения в отверстии, но и от стабильности характеристик (диаметр, плотность) материала самой проволочки, образца; места воздействия пламени (температуры) на проволочку (вне или внутри образца); точности задания начала отсчета времени горения, а также возможно от условий горения (температура, влажность, атмосферное давление, скорость поступления окружающего воздуха).

[Данилов А.А. 1988]

Хотелось бы помочь, но тоже многого не понял.

Вы пишете, что необходимо оценить скорость горения полимерного образца. Правильно ли я понимаю, что согласно ТП он поджигается с одного конца и горит до другого его конца? Вы пытаетесь учесть погрешности 0,005 мм при измерениях расстояний, но с какой погрешностью Вы пытаетесь измерить интервал времени? И о каких интервалах времени идёт речь?

[scbist 1825]

Еще раз рассмотрел рисунок. Там 2 отверстия. Вероятно и 2 проволочки. По перегоранию одной секундомер включается, по перегоранию второй секундомер отключается. Длина образца опять у меня не играет. Интересно расстояние между отверстиями. Если измерять скорость с торца до проволочки то процесс поджигания вносит свою погрешность. А если с первго раза не загорится, то эксперимент провалился?

Что мешает прислонить проволочки к краю отверстия?

Если отвлечься от прислонений проволочек, то координаты первой проволочки можно пределить по отверстию с погрешностью +/- 0,05 мм, и второй с такой же. (Разница в диаметрах отверстия и проволочки 0,1 мм. Я предполагаю, что проволочка находится в центре отверстия.) Имея две величины с известной погрешностью Вы можете определить погрешность разности величин.

Зачем определять длину всего образца с погрешностью 0,005 мм для меня загадка.

[vilchel 0]

Да, Вы действительно немного не поняли. Мера на данном рисунке не представлена, она используется опосредовано: перед измерением ею калибруют прибор. ТП испытаний на скорость горения предполагает сначала просверлить, потом вставить проволочки, а потом уже образец испытывают на горение, в момент перегорания проволочки фиксируется время горения, а зная длину образца, косвенно можно определить скорость его горения. Вопрос как раз-таки и стоит, чтобы определить скорость горения измеренного участка, проволочка не всегда может прилегать к задней кромке, она может "гулять по отверстию", создавая упомянутый Вами люфт, проблема в том, чтобы его оценить)

Время до перегорания проволочки будет зависеть не только от ее положения в отверстии, но и от стабильности характеристик (диаметр, плотность) материала самой проволочки, образца; места воздействия пламени (температуры) на проволочку (вне или внутри образца); точности задания начала отсчета времени горения, а также возможно от условий горения (температура, влажность, атмосферное давление, скорость поступления окружающего воздуха).

Влияние этих факторов уже оценено, передо мной стоит задач оценки конкретно этой погрешности.

[vilchel 0]

Хотелось бы помочь, но тоже многого не понял.

Вы пишете, что необходимо оценить скорость горения полимерного образца. Правильно ли я понимаю, что согласно ТП он поджигается с одного конца и горит до другого его конца? Вы пытаетесь учесть погрешности 0,005 мм при измерениях расстояний, но с какой погрешностью Вы пытаетесь измерить интервал времени? И о каких интервалах времени идёт речь?

Да, абсолютно правильно, так и происходит. Время измеряется с точностью до 5ого знака. Поэтому при составлении модели погрешности интересно было бы задействовать и эту составляющую.

Интервалы времени в пределах до 10 секунд. Зависит от типа материала и величины влияющих факторов (температура, давление).

[vilchel 0]

Еще раз рассмотрел рисунок. Там 2 отверстия. Вероятно и 2 проволочки. По перегоранию одной секундомер включается, по перегоранию второй секундомер отключается. Длина образца опять у меня не играет. Интересно расстояние между отверстиями. Если измерять скорость с торца до проволочки то процесс поджигания вносит свою погрешность. А если с первго раза не загорится, то эксперимент провалился?

Что мешает прислонить проволочки к краю отверстия?

ТП мешает, эти испытания относятся к классу высокоответственных, поэтому операторы следуют четкой инструкции.

Если отвлечься от прислонений проволочек, то координаты первой проволочки можно пределить по отверстию с погрешностью +/- 0,05 мм, и второй с такой же. (Разница в диаметрах отверстия и проволочки 0,1 мм. Я предполагаю, что проволочка находится в центре отверстия.) Имея две величины с известной погрешностью Вы можете определить погрешность разности величин.

Зачем определять длину всего образца с погрешностью 0,005 мм для меня загадка.

Опять-таки ТП, поэтому так и измеряют. Я правильно понял, что мы получаем НСП измерения длины в виде методической погрешности как разность между диаметром проволоки и отверстия?

[Фёдоров_Ф 300]

По моему мнению, бОльшую погрешность вносит неоднородность материала образца и факторы процесса горения (газовый состав в зоне горения).

Тут и 10^-5 по времени и 10^-4 по длине не сравнятся с простым чихом оператора!

[vilchel 0]

По моему мнению, бОльшую погрешность вносит неоднородность материала образца и факторы процесса горения (газовый состав в зоне горения).

Тут и 10^-5 по времени и 10^-4 по длине не сравнятся с простым чихом оператора!

Так и есть, просто нужно составить модель погрешности.

[Данилов А.А. 1988]

По моему мнению, бОльшую погрешность вносит неоднородность материала образца и факторы процесса горения (газовый состав в зоне горения).

Тут и 10^-5 по времени и 10^-4 по длине не сравнятся с простым чихом оператора!

Так и есть, просто нужно составить модель погрешности.

Как происходит регистрация начального и конечного моментов времени?

[vilchel 0]

По моему мнению, бОльшую погрешность вносит неоднородность материала образца и факторы процесса горения (газовый состав в зоне горения).

Тут и 10^-5 по времени и 10^-4 по длине не сравнятся с простым чихом оператора!

Так и есть, просто нужно составить модель погрешности.

Как происходит регистрация начального и конечного моментов времени?

Проводники замыкают резистор сопротивлением 10 кОм делителя напряжения 1/10 кОм, когда они перегорают сопротивление возрастает. Соответственно, напряжение в начале испытания существенно меньше, чем в конце. Таким образом, по импульсам напряжения отсчитывается время сгорания.

Изменено 18 Апреля 2011 пользователем vilchel

[Фёдоров_Ф 300]

Как происходит регистрация начального и конечного моментов времени?

Здесь высказано предположение о работе установки. Очень логичное...

[scbist 1825]

Вспоминается курс сопромата. Испытания на разрыв. Там тоже изготавливается образец по ГОСТу, а потом на образце делаются риски и все дальнейшие измерения уже ориентируются не на собственно образец, а на риски. Т.е. длина образца отдельно, а контрольные точки отдельно.

[Данилов А.А. 1988]

Проводники замыкают резистор сопротивлением 10 кОм делителя напряжения 1/10 кОм, когда они перегорают сопротивление возрастает. Соответственно, напряжение в начале испытания существенно меньше, чем в конце. Таким образом, по импульсам напряжения отсчитывается время сгорания.

Регистрация конечного момента времени более-менее понятна, а начального? Как определить момент времени начала горения образца с погрешностью 10 мкс?

[vilchel 0]

Проводники замыкают резистор сопротивлением 10 кОм делителя напряжения 1/10 кОм, когда они перегорают сопротивление возрастает. Соответственно, напряжение в начале испытания существенно меньше, чем в конце. Таким образом, по импульсам напряжения отсчитывается время сгорания.

Регистрация конечного момента времени более-менее понятна, а начального? Как определить момент времени начала горения образца с погрешностью 10 мкс?

Синхронно за системой поджига регистрируется напряжение, падающее на резисторе в 1 кОм.

[scbist 1825]

Проводники замыкают резистор сопротивлением 10 кОм делителя напряжения 1/10 кОм, когда они перегорают сопротивление возрастает. Соответственно, напряжение в начале испытания существенно меньше, чем в конце. Таким образом, по импульсам напряжения отсчитывается время сгорания.

Регистрация конечного момента времени более-менее понятна, а начального? Как определить момент времени начала горения образца с погрешностью 10 мкс?

Определяется скорость горения. Т.е. момент поджига необходимо исключить из процесса испытаний. Повторю свое предположение, что по перегоранию первой проволочки фиксируется начальный момент, по второй - конечный момент. Каждая проволочка шунтирует свой резистор. Тогда, если подключить осциллограф к делителям, на экране будет видно начальное напряжение, промежуточное напряжение и конечное напряжение. Длительность промежуточного состояния и будет временем горения. Если кривую продифференцировать, то в моменты перегорания проволочек можно сформировать импульсы для запуска и остановки секундомера.

Расстояние от торца до первой проволочки должно быть таково, чтобы фронт огня был сформирован и стабилен от первой до второй проволочки. Тогда результат испытания будет достоверным.

Мне кажется автор вопроса сам плохо представляет себе процесс испытаний. В результате от измерения длины мы перешли к измерению времени. Для измерения скорости оба параметра важны, но хочется разобраться со всем последовательно а не сваливать все в кучу. Или с погрешностью измерения длины автор уже разобрался?

Изменено 18 Апреля 2011 пользователем scbist

[Данилов А.А. 1988]

В результате от измерения длины мы перешли к измерению времени.

Так и есть. В данной задаче, мне кажется, относительная погрешность измерений времени будет существенно больше относительной погрешности измерений длины. Хотя могу и ошибаться.

[Фёдоров_Ф 300]

Определяется скорость горения. Т.е. момент поджига необходимо исключить из процесса испытаний. Повторю свое предположение, что по перегоранию первой проволочки фиксируется начальный момент, по второй - конечный момент. Каждая проволочка шунтирует свой резистор.

Первый импульс - запуск измерения интервала времени, например, электронного частотомера, второй - остановка измерений.

[scbist 1825]

Решил наконец не фантазировать, а посмотреть, что рекомендуют ГОСТы. В ГОСТ 28157-89 ПЛАСТМАССЫ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ К ГОРЕНИЮ. время измеряется с погрешностью 0,5 с, а длина измеряется обычной металлической линейкой.

На брусок длиной (125±5) мм наносятся метки перпендикулярно к оси образца на расстоянии 25 и 100 мм от того конца образца, который будет подвергнут воздействию пламени и т.д.

Скорость горения у пластмасс порядка 40 - 100 мм/мин.

Точности до 5-го знака по времени и 0,005 мм по длине скорее нужны при определении скорости взрыва.

[vilchel 0]

Определяется скорость горения. Т.е. момент поджига необходимо исключить из процесса испытаний. Повторю свое предположение, что по перегоранию первой проволочки фиксируется начальный момент, по второй - конечный момент. Каждая проволочка шунтирует свой резистор. Тогда, если подключить осциллограф к делителям, на экране будет видно начальное напряжение, промежуточное напряжение и конечное напряжение. Длительность промежуточного состояния и будет временем горения. Если кривую продифференцировать, то в моменты перегорания проволочек можно сформировать импульсы для запуска и остановки секундомера.

это так и происходит, я уже описывал этот процесс.

Расстояние от торца до первой проволочки должно быть таково, чтобы фронт огня был сформирован и стабилен от первой до второй проволочки. Тогда результат испытания будет достоверным.

Мне кажется автор вопроса сам плохо представляет себе процесс испытаний. В результате от измерения длины мы перешли к измерению времени. Для измерения скорости оба параметра важны, но хочется разобраться со всем последовательно а не сваливать все в кучу. Или с погрешностью измерения длины автор уже разобрался?

Да с погрешностью разобрался, было решено брать ее по максимуму, а ее СКО оценивать по формуле delta=3sigma для уровня дов. вероятности 0,95.

[vilchel 0]

В результате от измерения длины мы перешли к измерению времени.

Так и есть. В данной задаче, мне кажется, относительная погрешность измерений времени будет существенно больше относительной погрешности измерений длины. Хотя могу и ошибаться.

Я обрабатывал результаты измерений, оказалось, что больше всего на погрешность скорости влияет разброс времени, следовательно, параметры самого полимера, так как данные материалы специфичны и в рассматриваемом случае являются смесевыми, то могу предположить, что мешка материала гораздо больше влияет на погрешность измерения, нежели длина.