Погрешность измерения рулеткой: Точность измерительных рулеток

Точность измерительных рулеток

Измерительная рулетка — один из самых часто используемых инструментов в работе и в быту. Конечно, покупая новую рулетку, мы хотим быть уверены в её качестве и точности. Однако нам, привыкшим к отечественным ГОСТам, бывает трудно разобраться с зарубежными классами точности, по которым изготовляется инструмент. В данной статье мы поможем вам понять, что к чему!

Для начала надо понимать, что измерения с помощью рулетки относятся к методу «сравнения с мерой» и итоговый результат мы «устанавливаем» сами. В этом плане для повышения точности измерений советуем вам проводить замеры при хорошем освещении, в очках или линзах (при необходимости) — тем самым вы уменьшите воздействие «человеческого фактора».

Технически же измерительные рулетки накапливают погрешность вследствие следующих факторов: замер на большом расстоянии и изменение температуры. Рассмотрим влияние этих факторов на инструмент подробнее.

Итак, в Европе для измерительных рулеток со стальным полотном используется два класса точности: EU I и EU II.

Они присваиваются инструменту в зависимости от их показателей при испытаниях — измерения каждой рулетки не должны выходить за рамки установленных погрешностей при рабочей температуре 20°С. К примеру, при измерении длины от 5 до 8 метров рулетки класса EUIимеют максимальную погрешность ±0.6 мм, а рулетки класса EUII — ±1.3 мм.

Таблица соответствия класса точности и погрешности измерительных рулеток при разных длинах:

Длина (м.)	Класс EU I (мм)	Класс EU II (мм)
2	± 0.3	± 0.7
3	± 0.4	± 0.9
5	± 0.6	± 1.3
8	± 0. 9	± 1.9
10	± 1.1	± 2.3
15	± 1.6	± 3.3
20	± 2.1	± 4.3
25	± 2.6	± 5.3
30	± 3.1	± 6.3
50	± 5.1	± 10.3
100	± 10.1	± 20.3

Но не стоит забывать, что любой материал подвержен изменению формы и размеров при смене температуры. Так, металлическое полотно длиной 8 метров растянется на 1 мм при увеличении рабочей температуры на 10°С, а при её уменьшении на 10°С, соответственно, произойдёт сжатие полотна на 1 мм. Полная таблица изменений длины полотна измерительных рулеток в зависимости от температуры приведена ниже.

∆T	10°С	20°С	30°С
Длина (м)	Изменение длины (± мм)
2	0.2	0.5	0.7
3	0.4	0.7	1.1
5	0.6	1. 2	1.9
8	1.0	2.0	3.0
10	1.2	2.5	3.7
20	2.5	5.0	7.4
30	3.7	7.4	11.2
50	6.2	12.4	18.6
100	12.4	24.8	37.2

Несмотря на влияние коэффициента теплового расширения стали, именно рулетки с металлическим полотном получили наибольшее распространение ввиду удобства использования. Полотно таких рулеток имеет вогнутую форму для повышения жёсткости и покрыто защитным составом для предотвращения стирания – именно такие рулетки продаются в магазине www.mactak.ru. Недавно ассортимент магазина МАСТАК пополнился новыми рулетками KING TONY, соответствующими классу точности EU II. Они обладают очень удобным и эргономичным корпусом с двумя кнопками фиксации и оснащены магнитным крюком, что позволяет без труда производить замеры в одиночку. Данные рулетки доступны в трёх исполнениях: длиной 3 метра, 5 метров и 8 метров.

Заходите в интернет-магазин www.mactak.ru и пополняйте свой арсенал инструмента уже сейчас!

Рулетки и мерные ленты

ГОСТ

 

В настоящее время действует довольно старый документ 98 года ГОСТ – 7502-98 «Рулетки измерительные металлические». Требования такие:

Возможные размеры – 1, 2,3,5,10,20,30,50 и 100 метров. Оговаривается возможность выпуска с другой длиной при согласовании с заказчиком.

Режимы эксплуатации от -40 до +50 градусов при влажности 98% (температура +25

0).

Материал – нержавеющая или углеродистая сталь.

Корпус должен обеспечивать работоспособность рулетки при падении с высоты 1.5 метра.

Класс точности 2-й или 3-й.

Гарантийный срок – 12 месяцев.

 

Класс точности

 

Российский и европейский подходы к определению класса точности различаются. Разные стандарты и разные методики.

Российская трактовка второго класса точности – погрешность измерений ± 0.3мм на первом метре, плюс 0.15 мм на каждом следующем. Третий класс ± 0.4 мм на первом, плюс 0.2мм на последующих.

В европейской трактовке:

1 класс – 1метр – 0.2 мм, 2м – 0.3 мм, 3м – 0,4 мм, 5м – 0.6мм, 8м – 0.9мм;

2 класс – 1метр – 0.5 мм, 2м – 0.7 мм, 3м – 0,9 мм, 5м – 1.3мм, 8м – 1.9мм;

3 класс – 1метр – 1.0 мм, 2м – 1.4 мм, 3м – 1.

8 мм, 5м – 2.6мм, 8м – 3.8мм.

 

Расхождения весьма существенные. Тот факт, что в Европе существует первый класс, не говорит о том, что подход к точности измерений европейцев более серьёзный. В России в этой нише стоят компарированные рулетки. Точность каждой сверяется с эталоном.

 

Критерии надёжности

 

Ширина полотна. По ГОСТу может варьироваться от 7 до 25 мм. Самые распространённые размеры – 12.5, 16, 19, 25 мм. Попадаются рулетки с 30мм шириной полотна.

Материал для ленты. Здесь два критерия: первый – толщина металла, второй – его качество. Эти два параметра в основном определяют стойкость ленты к изломам.

Точность измерений. Основные продажи – рулетки второго класса точности (обычно, по европейским стандартам). Маркировка наносится в нескольких сантиметрах от крючка – римская цифра в овале.

Качество защитного покрытия и качество нанесения разметки. В защите металла полотна может быть от одного до трёх слоёв. Увеличение толщины антикоррозийного слоя влечет и увеличение веса рулетки. Есть определённое сходство с покрытием для металлочерепицы.

Требования для разметки – тонкие четкие линии на контрастном фоне.

Нулевая отметка. Самый распространённый вариант начала измерительной ленты – крючок типа True Zero. Подвижное соединение позволяет компенсировать толщину стали при наружных и внутренних замерах. Возможны и другие варианты. Началом ленты может быть кольцо или груз.

Корпус выполняет две функции: защита от ударов и зашита от попадания пыли и влаги в рулетку. В первом случае решение – корпус полностью или частично покрытый резиной (возможно применение силикона). Во втором случае выходное отверстие для ленты защищается накладкой из мягкого материала.

Ресурс по ГОСТу для рулеток с лентами из нержавеющей стали должен быть не менее 2000 циклов, с лентой из углеродистой стали – не менее 1500. Циклом считается полное разворачивание и сворачивание ленты.

 

Удобные дополнения

 

• Крючок с магнитом. Кроме улучшения фиксации начала ленты на металле есть другое применение –«лифт» для упавших деталей.
• Шкала измерений нанесённая с двух сторон.
• Отверстие для оси в начале рулетки позволяет использовать её, как циркуль.
• Предусмотренная возможность замены полотна.
• Клипса для ремня, ремешок для запястья.
• Есть модели со встроенным показателем горизонтального уровня.

В линейке компании Bosch есть рулетка с жидкокристаллическим дисплеем и блоком памяти. Можно сохранять результаты в памяти, можно сразу проводить суммирование измерений.

 

Мерные ленты

 

Для измерений расстояний более 10 метров рулетки не применяются. Есть специальный измерительный инструмент – мерная лента. Длина полотна от10 до 100 метров. Отличается от рулеток конструктивно. Отсутствует серповидность полотна. Нет автоматической смотки. Эту процедуру придется делать вручную. Некоторые модели оснащены мультипликатором (разновидность редуктора). Полотно изготовляется из стали или из фибергласса, материала на основе стекловолокна. Корпус может быть как открытый, так и закрытый.

 

Более дорогие способы измерений

 

В настоящее время всё чаще применяются дальномеры. Их преимущество – высокая точность измерений и возможность проводить замеры не сходя с места. Недостаток – более высокая цена. Этот фактор компенсируется малыми трудозатратами и скоростью выполнения работ.  

 

Как убедиться, что рулетка точна?

Кредит: Н. Ханачек/NIST

Решётка на рулетке под микроскопом.

Кредит: НИСТ

Вам нужно точно измерить длину, чтобы сделать платье, построить дом, обследовать участок земли или определить, сделала ли команда хозяев первый даун на футбольном поле. Эти измерения длины и многие другие часто производятся с помощью измерительной ленты.

Некоторые производители используют высокоточные эталонные рулетки для нанесения на ленту привычных решеток. Некоторые печатаются с помощью чернильных принтеров, управляемых компьютером, с крошечными печатающими головками, чтобы обеспечить точное нанесение маркировки.

После того, как ленты напечатаны, производители проверяют случайные образцы на точность. Проводят ленту по плоской скамье, плотно удерживая ее на месте определенным натяжением от механизма или груза. Рядом с лентой находится микроскоп, установленный на подвижной каретке. Производитель наводит микроскоп на решетку на ленте и перемещает его от одного конца ленты к другому.

На одном конце скамьи находится устройство, называемое лазерным интерферометром, которое может точно измерять расстояния вдоль ленты. Лазерные интерферометры работают, разделяя лазерный луч на две части. Один из лучей, опорный, направляется непосредственно к детектору, а другой, измерительный, направляется к отражателю сбоку микроскопа. Измерительный луч отражается от отражателя и снова соединяется с эталонным лучом на детекторе.

Система лазерного интерферометра NIST разделяет лазерный свет на два луча для измерения расстояния, пройденного кареткой, движущейся по рулетке. Поскольку лазерный луч распространяется по мере своего движения, один луч проходит через перископ, чтобы предотвратить его смешивание со вторым исходящим лучом. Оба луча возвращаются к лазеру, который содержит детектор (не показан) для записи сигнала.

Кредит: М. Шиллинг/NIST

Каждый лазерный луч представляет собой вибрирующую электромагнитную волну, состоящую из пиков и спадов. Когда два лазерных луча объединяются, они перекрываются и создают яркий сигнал, если пики их волн идеально совпадают, и темный сигнал, если пики одной волны совпадают с впадинами другой. Сигнал циклически меняется между светлым и темным по мере того, как отражатель перемещается по ленте. Система подсчитывает количество циклов свет-темнота и переводит это значение в расстояние, на которое переместился отражатель, подставляя значение длины волны лазерного излучения (одна длина волны — это расстояние между двумя последовательными пиками волны).

Ученые Национального института стандартов и технологий используют микроскоп для калибровки рулеток.

Когда микроскоп перемещается по ленте, производители могут сравнивать положение решетчатой ​​метки на ленте с расстоянием, сообщаемым интерферометром. Если точность ленты находится в допустимых пределах, она проходит тест, и партия, из которой она получена, может быть продана. Чтобы использовать для покупки и продажи товаров, 1,82-метровая (6-футовая) лента должна иметь точность в пределах 0,79 миллиметра (1/32 дюйма), согласно 9.0025 NIST Handbook 44, справочник по многим эталонам измерений. Доступны еще более точные ленты, например те, которые используются на Олимпийских играх или для измерения уровня масла в резервуарах, но они дороже.

В NIST исследователи периодически проверяют основные стандарты физической длины, которые производители используют для печати своих лент, и другие стандарты длины, используемые в промышленности. Ученые из лаборатории калибровки ленты NIST могут измерить метр (3,28 фута) со стандартной неопределенностью плюс-минус 350 нанометров (миллиардных долей метра). Для сравнения, человеческий волос имеет диаметр примерно от 17 000 до 180 000 нанометров (от 0,017 до 0,18 мм).

Общая погрешность измерения типичной ленты выше из-за дополнительных сопутствующих факторов, таких как необходимость выполнения повторяющихся измерений на множестве решетчатых меток на ленте. В ленточном туннеле NIST длиной более 60 метров (почти 200 футов) исследователи могут измерять ленту с точностью до 0,1 мм, что примерно равно толщине листа бумаги.

И вам нужна вся эта точность, потому что мир несовершенен, и ошибки неизбежно накапливаются в процессе производства, сговариваясь сделать ленту менее точной. Производители, под руководством и помощью таких организаций, как NIST, компенсируют эти ошибки, насколько это возможно, чтобы производить ленты с должным уровнем точности для работы.

Как измеряется: калибровка рулеток

Внутри 60-метрового подземного туннеля ученые-измерители проверяют точность рулеток.

Метрология, Измерительная метрология, Оптическая/фотометрия/лазерная метрология, Физика и стандарты

Исправления и ошибки — Строительный профиль

🕑 6 минут чтения

Содержание

• 1 Измерительная лента
• 2 Прямой метод с использованием измерительной ленты
• 3 Поправка на мерную рулетку
  • 3. 1 Поправка на абсолютную длину
  • 3.2 Поправка на температуру
  • 3.3 Поправка на натяжение или натяжение
  • 3.4 Поправка на провисание
  • 3 .5 Поправка на уклон
  • 3.6 Поправка на выравнивание
  • 3.7 Приведение к среднему уровню моря (MSL)
• 4 Исправление ошибки
  • 4.1 Исправление ошибки при тяге из-за ошибки при тяге
  • 4.2 Исправление ошибки при провисании из-за ошибки при тяге

Измерительная лента

Измерительная лента представляет собой гибкое устройство для измерения длины, которое может быть заключено или не заключено в корпус и использоваться в различных областях, таких как строительство, машиностроение, деревообработка и швейные работы. Обычно он состоит из ленты или ленты из ткани, пластика или металла, которую можно смотать в катушку, поместить в компактный корпус и удлинить для измерения длины. Лента помечена точными и равномерно расположенными делениями или метками, которые позволяют быстро и легко проводить точные измерения. Измерительные ленты доступны с различной длиной, шириной и системами измерения и могут использоваться как для коротких, так и для дальних измерений.

Стальная измерительная лента

• Прямой метод с использованием ленты или проволоки
• Тахеометрический метод или оптический метод
• Метод EDM (электромагнитное дальномерное оборудование).

Рулетка в метрах и футах

Прямой метод с использованием рулетки

Метод измерения расстояний предполагает использование рулетки (стальных рулеток) или проволоки для достижения высокой точности. Хотя EDM в настоящее время является предпочтительным методом для точных измерений, стальная лента по-прежнему полезна для измерения более коротких расстояний для определения целей.

Поправка на измерение рулеткой

Поправка на измерение рулеткой относится к корректировкам или поправкам, применяемым к измеренной длине, полученной с помощью рулетки, для учета различных факторов, которые могут повлиять на ее точность. К таким факторам могут относиться растяжение или усадка ленты с течением времени, температура, натяжение и производственные дефекты. Для получения точных измерений крайне важно скорректировать эти факторы, используя соответствующие формулы коррекции или диаграммы. Поправочные коэффициенты могут быть положительными или отрицательными в зависимости от отклонения от стандартных условий. Точная корректировка рулетки может помочь обеспечить точные и надежные измерения в строительстве, геодезии и инженерии. Поэтому измерения с помощью рулетки требуют применения поправочных коэффициентов в зависимости от условий измерения, как описано ниже.

Поправка на абсолютную длину

Производственные дефекты могут привести к тому, что фактическая длина измерительной ленты будет отличаться от ее заданной или номинальной длины, и со временем лента может растянуться, что приведет к изменению длины. Поэтому важно периодически проверять абсолютную длину ленты в стандартных условиях. Поправочный или стандартизирующий коэффициент для абсолютной длины можно определить по формуле:

, где
c = поправка на длину ленты,
l = назначенная или номинальная длина ленты и
L= измеренная длина линии.

Если абсолютная длина больше номинальной длины, знак поправки положительный и наоборот.

Поправка на температуру

Если лента используется при полевой температуре, отличной от температуры стандартизации, то температурная поправка к измеренной длине составляет L

где
α = коэффициент теплового расширения материала ленты,
t _m = средняя полевая температура и
t ₀ = температура стандартизации.
Знак коррекции принимает знак (t _m – t ₀ ).

Поправка на натяжение или натяжение

Если натяжение, приложенное к ленте в полевых условиях, отличается от стандартного натяжения, к измеренной длине следует применить поправку на натяжение. Эта поправка равна

, где
P = натяжение, приложенное во время измерения,
P ₀ = стандартное натяжение,
A = площадь поперечного сечения ленты и
E = модуль Юнга для материала ленты.
Знак поправки такой же, как и у ( P − P ₀ )

Поправка на провисание

Для очень точных измерений ленте можно позволить висеть в контактной сети между двумя опорами (рис. 1а). В случае длинной ленты можно использовать промежуточные опоры, как показано на рис. 1b, для уменьшения величины коррекции.

(1a)(1b)

Лента, висящая между двумя опорами, оторванная от земли, прогибается под собственным весом с максимальным прогибом, приходящимся на середину ленты. Это требует поправки на провисание, если лента была стандартизирована на плоскости, чтобы уменьшить изогнутую длину до длины хорды. Поправка на провис составляет

, где
Вт = вес ленты на длину пролета.

Знак этой коррекции всегда отрицательный. Если оба конца ленты не находятся на одном уровне, требуется дополнительная коррекция из-за наклона. Это дается

C’ _г = C _г cosα

где
α = угол наклона между концевыми опорами.

Поправка на уклон

Если длина L измеряется на склоне, как показано на рис. 2, ее необходимо привести к горизонтальному эквиваленту L cos θ. Требуемая коррекция наклона:

C _S =(1-cosθ)L (точно) ……………(1)

Рис. 2

= ч ^{2 9 0197 /2л} ( приблизительно) ……………(2)

где
θ = угол наклона, а
h = разность высот концов ленты.
Знак этой коррекции всегда отрицательный.

Поправка на совмещение

Если промежуточные точки не совпадают с концами линии, к измеренной длине применяется приведенная ниже поправка на совмещение (рис. 3).

Рис. 3

C _м =d ² /2L (приблизительно) ……………(3)

где
d = расстояние, на которое другой конец ленты смещен. Поправка на выравнивание всегда отрицательна.

Приведение к среднему уровню моря (MSL)

В случае длинных профилей в триангуляционных съемках необходимо учитывать соотношение между длиной AB, измеренной на земле, и эквивалентной длиной A′B′ на среднем уровне моря (рис. 4). Определение эквивалентной средней длины на уровне моря измеренной длины известно как приведение к среднему уровню моря. Приведенная длина на среднем уровне моря равна

Рис-4

L’ = R/(R+H) X L ……………(4)

где
R = средний радиус Земли (6372 км), а
H = средняя высота линия.
Когда H считается малым по сравнению с R, поправка к L задается как

Знак поправки всегда отрицательный.
Различные исправления ленты, рассмотренные выше, сведены в Таблицу 1.

Ошибка в исправлении

Ошибка в натяжении Исправление из-за ошибки в натяжении

Если номинальное приложенное натяжение ошибочно, требуемая коррекция натяжения будет ошибочной. . Пусть ошибка в номинальном значении тяги P равна ± δP, тогда

поправка на фактическое тяговое усилие = (P ± δP-P ₀ )/AE x L ……………(5)

и

поправка на номинальное тяговое усилие = (P – P ₀ )/AE x L … …………(6)

Следовательно, ошибка = фактическая коррекция тяги – номинальная коррекция тяги

(P ± δP-P ₀ )/AE x L – (P – P ₀ )/AE x L …… ………(7)

= ± (L/AB) x δP ……………(8)

Из уравнения (6), мы имеем

L/AB = номинальная поправка на тягу/ (P-P ₀ )

Следовательно, из уравнения (8), получаем

Ошибка коррекции на тягу = ± номинальная поправка на тягу/(P-P ₀ ) x δP ……………(9)

Из уравнения (9), мы находим, что увеличение натяжения увеличивает поправку на натяжение.