facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

МЕТРОЛОГИЯ КАК ОСНОВА НАУЧНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ РАБОТ В ЛЮБОЙ ОТРАСЛИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

 МЕТРОЛОГИЯ КАК ОСНОВА НАУЧНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ РАБОТ В ЛЮБОЙ ОТРАСЛИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Евгений Травников, гранд-конструктор впк, кандидат технических наук, доцент

Участник конференции

УДК 771 (075)

В статье рассматривается основной вопрос проведения научных и исследовательских, призводственных работ на примере техники регистрации информации, роль метрологии на разных этапах разработки и выпуска продукции.

Ключевые слова: Разработка, исследования, выпускпродукции.

Describes an issue in which scientific and research, prizvod, governmental works in front of information technology role of metrology in different ?tapahrazrabotki and production.

Keywords: design, research, production output.

 

«Наука начинается тогда, когда начинают измерять Д.И. Менделеев

«Я часть жизни метрологии магнитной записи отдал,

Без неё наверно серийного никогда бы не создал»

ЕНИТ, гранд-конструктор

 

Новое всегда рождается на базе различных исследований, экспериментов, доводки до конди ции всевозможных наших новаций. Без метрологического оборудования, массы различных измерительных инструментов (механических, электронных и др.) мы ничего путевого не сможем создать. Метрология- это наука об измерениях. Велико значение измерений в современном обществе, они служат основой научно-технических знаний. Для обеспечения научно-технического прогресса метрология должна опережать в своем развитии другие области науки и техники, ибо для каждой из них точные измерения являются одним из основных путей их совершенствования. Основными задачами метрологии по ГОСТу 16263-70 являются установление единиц физических величин, государствен-ных эталонов и образцовых средств измерений.

Автор рассматривает метрологию в области электромагнитной записи-воспроизведения информа-ции, занимающую большую область техники регистрации как на магнитной ленте (неперфориро-анной и перфорированной), магнитных дисках, проволоке, барабанах , магнитных картах и др . В процессе создания метрологического оборудования решаются вопросы: что измерять, с какой точно-стью, как измерять, чем измерять.

Измерение - получение информации о размере физической или нефизической величины. Измерения подразделяются на: статические, при которых измеряемая величина остается постоянной по времени, динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени. По способу получения результатов измерений методы получения разделяют на прямые, косвенные, совокупные и совместные. При прямом измерении значение величины находят непосредственно из опытных данных, например, измерение угла угломером или измерение диаметра штангенциркулем. При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами , подвергаемым прямым из- мерениям, например, определение среднего диаметра резьбы с помощью трех проволочек или угла с помощью синус линейки. Совместными измерениями называют такие, производимые одновренно двух или нескольких неодноименных величин.

Для чего и на каких стадиях нужна метрология: 1. Создание новых приборов, устройств, машин, способов производства, например разрабатываем новый спецтехники видеомагнитофон, необхо-димы при этом измерители натяжения магнитной ленты, чтобы выставить оптимальные натяжения её, скорости движения . 2.Производство разработанного аппарата, передаем конструкторскую документации для изготовления деталей, сборки и настройки аппаратов, без как механических измерительных инструментов (штангенов, микрометров, индикаторов, калибров и др.) , так и электронных- (осциллографов, различных генераторов звуковых и высоких частот, ампер и вольтметров, омметров и множества других) .3. Выполнение ремонтных работ как гарантийных, так и после гарантийных: аппаратура не вечна, могут возникнуть различные неполадки- человек идет в мастерские, ателье, которые также должны быть оборудованы различной метрологической техни-кой больше конечно электронной. Вот Вам три кита, на которых жиждется научно-производственная концепция применения метрологии. Автору-конструктору пришлось заниматься как разработкой в го ловном по СССР НИИ как аппаратуры специальной (для военных) техники электромагнитной записи, так и множеством метрологического специального оборудования, купить его не предоставлялось возможностей, зарубежный капитал не хотел, чтобы мы были сильными в этой области, приходи-лось создавать свое).» Запад нам поможет»! (« Никто не хотел, чтобы Рим был сильным!», Гай Юлий Цезарь, известный римский император древности). В зависимости от назначения и роли, которую метрологические приборы выполняют в процессе измерения, они подразделяются на рабочие, образцовые и эталоны.Рабочие средства измерения предназначены для практических измерений. Они в свою очередь подразделяются на средства измерения повышенной точности и технические. Образцовые средства измерений предназначены для передачи размеров единиц физических величин от эталонов или других точных средств измерений рабочим средствам изме-рений. По образцовым средствам измерений поверяются и градуируются рабочие средства изме-рения. Эталоны служат для воспроизведения и хранения единиц физических величин и передачи их размеров через образцовые рабочим средствам измерения, применяемым в народном хозяйстве. Таким образом осуществляется система передачи размеров единиц физических величин от эталонов всем средствам измерений с помощью образцовых средств измерений. Статья относится к рабочим средствам измерения. Метрологические приборы сначала различают на две больших группы: стан- дартные и нестандартные. К первой группе относят приборы и оборудование, которые выпускаются серийно и предназначены для широкого спектра выпускаемой продукции, например осциллогра-фы,звуковые генераторы, измерители частотных характеристик, вольтметры, омметры, амперметры, генераторы стандартных сигналов, микрометры, штангены, индикаторы, угломеры и другие. Они могут использоваться при выпуске телевизоров, радиоприемников, магнитофонов и другой продукции. Нестандартные средства измерений (НСИ) серийно не выпускаются, а специально разрабатываются только под узкоспециализированную, но широко выпускаемую, например, видеомагнитофоны, видеокамеры, кинопроекционную и кино-съемочную технику, принтеры персональных компьютеров, ксероксы, дисковые механизмы для магнитных и оптических носителей информации, стенды для производства носителей информации и др. Основное требование к метрологическим приборам заключается в том, что согласно требова-ниям международного стандарта МЭК точность измерений должна быть на порядок выше, чем точ- ность параметров выпускаемой продукции, например, стенд записи измерительных сигналограмм для бытовых видеомагнитофонов формата VHSдолжен иметь коэффициент детонации не хуже 0,03%, в то время как серийные видеомагнитофоны его по паспорту имеют всего 0,3%.. Вследствие таких высоких требований к точности параметров к метрологическим приборам они разрабаты-ваются с применением оригинальных кинематических и электронных схем, а изготовление меха-низмов вы- полняется на самом высоком уровне. Естественно, что стоимость метрологических приборов иногда зашкаливает обычные понятия и взгляды. Часто метрологическое оборудование составляет большой ряд, чем гамма выпускаемой продукции. Поэтому автор не будет рассматривать все метрологичес-кое оборудование, а приведет несколько таблиц и рассмотрит то, что составляло гордость наших разработок, превосходяших лучшие зарубежные США и Японии. К нестандартным средствам изме-рения относят широкую гамму метрологических стендов для производства магнитных лент и видео- лент (рис.1), стенды для проведения исследовательских работ , стенды и устройства для измерения натяжения магнитных лент и многие другие, о них можно написать отдельную книгу что не входит в объемы этой статьи и поэтому рассмотрим отдельные примеры метрологического оборудования и устройств. Для начала рассмотрим различные измерители натяжения и скорости магнитной ленты, моменто измерительные приборы зарубежного и отечественного производства.

Измерители натяжения магнитной ленты (проволоки): Все эти метрологические устройства основаны на прогибе гибкого носителя от прямолинейного натянутого при движении его на любом участке тракта (пути движения), рис.2,а. Они могут быть выполнены только механической системы измерений или механической в сочетании с электронной так называемые электро-механические аналоговые и цифровые.Обычно измеритель натяжения снабжен чувствительным элементом ЧЭ поворот-ного или прямолинейного перемещения, осуществляемого пружиной и соединен со стрелкой , кото-рая показывает по неподвижной шкале значение величины натяжения, обычно в грамм- силе. Чем больше прогиб чувствительного элемента (штыря, ролика, тем меньше натяжение гибкого носителя информации и наоборот. Шкала тарируется эталонными гирьками ЭГ при вертикальном расположении на штативе носителя информации (рис.2,д) МЛ и движении верх или вниз измерителя ИНЛ или магнитной ленты МЛ. Причем, часто чувствительный элемент выполняют в виде неподвижного штыря, а також опорные поверхности в виде неподвижных штырей. При этом угол трения по не нодвижным поверхностям может достигать 840 (рис.2,г), что мы при измерении вносим приличные потери на трение и искажения реальных результатов. Лучшие результаты дает применение подвиж- ных цилиндрических поверхностей чувствительного элемента и опорных роликов (рис.2,а). Широко применяемый для измерения натяжения ленты Tentelometer(США) рис.4,в, и имеет в первом вари-анте все неподвижные контактирующие с лентой МЛ поверхности и ширину зоны захода в тракт лен-ты 10,5 мм. Во втором варианте вместо неподвижных крайних штырей устанавливают подвижные ролики, при этом длина тракта ленты в аппарате увеличивается до 21-26 мм, что удобно лишь для студийных магнитофонов и видеомагнитофонов. Рассмотренные измерители натяжения МЛ являются ручными конструкциями, легко устанавливаемые в любые участки тракта ленты. Есть более точные измерители натяжения магнитной ленты, где применяется тракт измеряемого участка в виде U–образного захода и трех стоек (роликов) при подвижном среднем (рис.3,а). Но эти измерители устанавливаются только стационарно в аппарат и только после этого производятся замеры натяжений. Они предпочтительны в метрологических стендах, например при производстве магнитных лент, где такие параметры как коэффициенты трения являются основным показателем. Приведенный измеритель натяжения ленты является электро-механическим с аналоговым выходом пара-метров на стрелочные приборы (рис.3,б). Механические измерители натяжения ленты имеют простую конструкцию, но низкую точность измерений. Электромеханические измерители натяжения с применением стрелочных приборов имеют более сложную конструкцию и более высокую точность, но не являются ещё совершенными метрологическими приборами. Таким измерителем может быть новый универсальный измеритель натяжения и скорости магнитной ленты (рис.4), разработанный в НИИ ЭМП (г.Киев) и внедренный на ряде предприятий бывшего СССР (г.Новгород Великий завод «Спектр», « Тантал» г. Саратов, НИИ БВ г.Воронеж и др.). Главным конструктором был канд. техн. наук Травников Е.Н. и имеет название «ЕНИТ-РТ» по а.с. №1.682.839 и по патенту Российской Федерации. Главным его отличием является способ создания сбалансированного и очень короткого оригинального рычага за счет установки чувствительного элемента ан малых шарикопод-шипниках, которые в свою очередь установлены эксцентрично больших легких шарикоподшипниках. Эксцентрик их и является рычагом с величиной 3 мм. Большие шарикоподшипники в свою очередь установлены в цилиндрический корпус с наружным диаметром 30мм. Чувствительный элемент выполнен в виде стального стержня диаметром 3мм и имеет продольные микропазы или пескоструенную пове-рхность для исключения проскальзывания магнитной ленты относительно его. Стержень имеет ко-нусную часть для удобства установки измерителя в тракт ленты. Верхний конец чувстви-тельного рычага (стержня) через маленькие шарикоподшипники соединен со штоком тензопреоб-разователя, который основан на использовании тензоэффекта в полупроводниках. Чувствительным элементом последнего служит сапфировая мембрана с кремниевыми тензорезисторами, соедине- ными по схеме моста. В диагональ моста впаяны два выводных проводника, идущими далее через кабель и электрический разъем на блок индикации (рис.4). Сапфировая мембрана по всей её плоскости соединена с металлической мембраной, образуя с ней двухслойную мембрану (рис.6). Двухслойная мембрана жестко по контуру жестко закреплена на пластмассовом корпусе тезопреобразователя, а в центре её впаян шток, являющийся рычагом, на который передается усилие поворота чувствительного элемента (стержня) измерителя натяжения. При этом несколько деформируется двухслойная мембрана, изменяется сопротивление и в диагонали возникает постоянное напряжение, которое через кабель поступает на блок индикации. В блоке индикации этот аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, усиливается и высвечивается на экране жидкокристаллического индикатора (ЖКИ), рис.5. Таким образом можно измерять натяжение магнитной ленты. Кроме того, на второй конец стержня установлен маховик с магнитотвердым кольцом, на цилиндрической поверхности которого намагничены риски, против которых в наружном корпусе размещается потокочувствительная магнитная головка (стандартный датчик Холла). Сочетание ферритового кольца с магнитными метками и датчика Холла позволили авторам создать ещё к измерителю натяжения измеритель скорости движения магнитной ленты. Понятно, что число магнитных рисок и диаметр чу вствительного элемента - вращающегося стержня измерителя протарированы так, что соответствуют всему диапазону скоростей магнитной ленты (от 1 мм/с до 3152 мм/с). Цена деления датчика скорости -1 мм/с., цена деления натяжения магнитной ленты- 1 гс .(грамм-сила). На блоке индикации имеется переключатель с натяжения на скорость магнитной ленты. Ход изгиба двухслойной мембраны составляет 1 мм. в обе стороны, при этом для тензопреобразователя С05 рабочее усилие допускае-тся от 0 до 0,5 кгс, а для марки С5- до 5 кг. При экспериментальных испытаниях различных измерителей натяжения ленты наш измеритель показал наилучшие прямолинейные характеристики. Наш измеритель ЕНИТ-РТ натяжения и скорости магнитной ленты шириной от 3,81 мм. до 50,8мм не имеет мировых аналогов ни в начале 90-х годов , ни сейчас (гордость авторов). Измерители вращающихся моментов приемо-подающих узлов механизмов транспортирования ленты являются основными метрологическими устройствами любого магнитофона, видеомагни-тофона, киносъемочной и кинопроекционной аппаратуры как кассетного так и катушечного исполне-ния. Рассмотрим кратко принципиальные схемы построения этих измерителей (рис.7). Эти измере-ния производятся без движении носителя, но при включенных режимах (рабочих, ускоренных пере-мотках). На вал приемоподающего (ППУ) узла устанавливается насадка со стрелкой, спиральной пружиной и круговой шкалой на неподвижном корпусе (рис.7,а). Включается измеряемый режим механизма транспортирования ленты (МТЛ) и пружина закручивается на определенный угол максимального статического вращающегося момента, который записан в ТУ на аппарат. Есть конст-рукции измерителей вращающегося момента, основанные на применении стандартных граммометров (рис.7,б), где насадка на вал ППУ соединяется с рычагом с граммометром Второе исполне-ние оптимально для кассетных измерителей, что рассмотрим далее. При этом весь измеритель размещается в корпусе стандартной видео (звуковой) кассеты и устанавливается непосредственно в аппарате (рис.8). Механизмы механических моменто измерительных кассет располагаются на нижнем основании корпуса стандартной кассеты и содержат зубчатые от стандартных катушек ловители (срезаны щеки от катушек) шпинделей приемо-подающих узлов механизма видеомагнитофона, установленные на двух шарикоподшипниках и соединенные гибкой мета лической ленточкой с доработанными стандартными граммометрами (рис9). Даже шкала этих граммометров для упрощения конструкции не изготовлялась новая, а ставилась надпись в виде цифры со знаком умножить (Х) на «4» или «2» смотря для какого предела измерений кассета предназначалась. Естественно, что для типовых кассетных видеомагнитофонов для измерения вращающихся моментов изготовлялись четыре моменто измерительных кассет: две для режимов «рабочий ход» вперед и назад и две для режимов « ускоренных перемоток» вперед и назад. Такие моменто измерительные кассеты относились к рабочим технологическим для настройки видеомагнитофонов на конвеере. Точность измерений определялась шкалой стандартного граммометра. Для поверки этих технологических моменто измерительных кассет и научных исследований была предложена и изготовлена электро-механическая кассета , выполненная по кинематической схеме (рис.10). Иногда её называют электронной кассетой. На нижнем корпусе стандартной кассеты размещаются на своих шарикоподшипниках два ловителя шпинделей 1 и 2, с которыми подвижно соединены штоки двух те нзопреобразователей СО5 . Посередине корпуса располагается жидко кристаллический индикатор ЖКИ. Кроме того, в конструкции моменто измерительной электронной кассете внутри нижнего кор-пуса располагаются батарея питания 9,6 В и печатная плата блока электроники, кроме того рычаг с по стоянным магнитиком, против которого размещен геркон. При установке кассеты в видеомагнитофон рычаг поворачивается и в герконе замыкаются контакты, включается питание на электронный блок. На верхней части кассеты размещается переключатель включении электроники на приемный или подающий ППУ и производятся замеры. При снятии кассеты рычаг поворачивается и питание на электронику выключается. Таким образом, электронная моменто измерительная кассета приходится одна на все режимы работы видеомагнитофона и имеет цену деления в 1гсм, а для режимов работы видеомагнитофонов формата VHSсогласно международного стандарта для рабочих режимов (запись-воспроизведение) 130-150 гсм., а для ускоренных перемоток 400-600 гсм. Вся шкала рассчитана для измерения моментов до 1000 гсм. Такой моменто измерительной кассеты нет мирового аналога и поэтому на одной из международных выставок в г. Москва в начале 90-х годов американская фирма АМРЕХ готова была покупать у нас измеритель натяжения и скорости ЕНИТ-РТ и электро нную моменто измерительную кассету по 1000 дол. каждую из них.

И наконец несколько слов о стандартном механическом метрологическом инструменте, который занимает громадную область, штанген измерители, микрометры, индикаторы биений, пассиметры и др, Они выпускаются серийно сотнями тысяч и миллионами штук и спрос на них не зависит от изме-нения формы устройств государства.

Выводы:

1. Как видно, метрологический стандартный и нестандартный инструмент всегда будет необходим ля множества научных и промышленных целей и список их будет только расширяться.

2. Нестандартный метрологический инструмент для стран третьего мира, как Украина, пока имеет хилый спрос, если экономика в упадке, кому он нужен?

3. Когда был мощный Союз, мы начали в области регистрации информации подымать нестан-дартный метрологический инструмент и оснащать им предприятия, указанные выше и добились даже кое в чем мировых высот (измерители натяжения и скорости магнитной ленты, измерители вращающихся моментов и др,), о чем сейчас можно только сожалеть

4. Нестандартный метрологический инструмент ввиду высоких точностей и неординарных технических решений стоит на рынке значительно выше и мог бы давать государству неплохую прибыль.

5. По стандартному метрологическому инструменту есть масса литературы и книг, а по нестандартно му только крохи и то в основном по закрытым источникам или чисто теоретические (пример: Л.6).

Литература:

  • 1. Приборостроение и средства автоматики. Под общей редакцией проф. А.Н. Гаврилова, «Машиностроение»,М. 1964г., т.1,2.3,4.5.6.
  • 2. 2..Г.М. Иванова и др. Теплотехнические измерения и приборы. М. «Энергоатомиздат» 1984г.
  • 3. Государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы. М.,» Издательство стандартов», 1978г.
  • 4. РМГ 29-99. Метрология. Термины и определения.
  • 5. ИСО 10012-1: 1992 «Требования, гарантирующие качества измерительного оборудования»
  • 6. Слаев В.А. Метрологическое обеспечение аппаратуры магнитной записи. Научное издание.- СПб., НПО «Мир и Семья», 2004-174 с. 25.02.13.
     
Комментарии: 1

Залевская Александра Александровна

Уважаемый Евгений! Я не совсем понимаю, какое отношение Ваша статья имеет к актуальным проблемам философии? В философском аспекте речь может идти о роли измерений в науке, жизни, в социальных процессах и т.п., но не об устройстве измерительных приборов, хотя мне было очень интересно об этом читать. На самом деле проблема роли измерений в науке и обществе широко обсуждалась в 1970-е годы, кода выходили из печати книги типа "Проблема измерений в психологии" и в других науках. Кстати, Вы тоже даете ссылки на весьма "пожилые" издания...(последняя ссылка на публикацию 2004 года касается опять-таки конкретного вида аппаратуры). А что есть нового по этому вопросу? Я имею в виду проблему, а не измерительные приборы. Всего наилучшего, Александра
Комментарии: 1

Залевская Александра Александровна

Уважаемый Евгений! Я не совсем понимаю, какое отношение Ваша статья имеет к актуальным проблемам философии? В философском аспекте речь может идти о роли измерений в науке, жизни, в социальных процессах и т.п., но не об устройстве измерительных приборов, хотя мне было очень интересно об этом читать. На самом деле проблема роли измерений в науке и обществе широко обсуждалась в 1970-е годы, кода выходили из печати книги типа "Проблема измерений в психологии" и в других науках. Кстати, Вы тоже даете ссылки на весьма "пожилые" издания...(последняя ссылка на публикацию 2004 года касается опять-таки конкретного вида аппаратуры). А что есть нового по этому вопросу? Я имею в виду проблему, а не измерительные приборы. Всего наилучшего, Александра
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.