«Білім беруді дамытудың федералды институты» федералдық мемлекеттік мекемесі орта кәсіптік білім беру бағдарламаларын іске асыратын білім беру мекемелеріне оқу құралы ретінде

ұсынған.

6-басылым, стереотипті

ӘОЖ 621.3.08(075.32) КБЖ 30.10і723

Бұл кітап Қазақстан Республикасының Білім жəне ғылым министрлігі жəне «Кəсіпқор» холдингі» КЕАҚ арасында жасалған шартқа сəйкес «ТжКБ жүйесі үшін шетел əдебиетін сатып алуды жəне аударуды ұйымдастыру жөніндегі қызметтер» мемлекеттік тапсырмасын орындау аясында қазақ тіліне аударылды. Аталған кітаптың орыс тіліндегі нұсқасы Ресей Федерациясының білім беру үдерісіне қойылатын талаптардың ескерілуімен жасалды. Қазақстан Республикасының техникалық жəне кəсіптік білім беру жүйесіндегі білім беру ұйымдарының осы жағдайды ескеруі жəне оқу үдерісінде мазмұнды бөлімді (технология, материалдар жəне қажетті ақпарат) қолдануы қажет. Аударманы «Delta Consultіng Group» ЖШС жүзеге асырды, заңды мекенжайы: Астана қ., Иманов көш., 19, «Алма-Ата» БО, 809С , телефоны: 8 (7172) 78 79 29, эл. поштасы:

іnfo@dcg.kz

Л.Я.Гибер

В.Ю.Шишмарёв Ш657 Өлшеуіш техникасы: кәсіптік орта білім беру мекемелерінің студенттеріне арналған оқулық / В. Ю. Шишмарёв. 6-басылым., стер. – М. : «Академия» баспа орталығы, 2014. – 288 б.

Физикалық шама, олардың бірліктері мен эталондары, бірлік жүйелері туралы негізгі түсініктер келтірілген. Өлшеу әдістері және өлшеу құралдарының жіктемесі ұсынылған. Метрологиялық өлшеу көрсеткіштері қарастырылған. Сызбанұсқалары көрсетілген және үлгілік механизмдер жұмысының қағидаттары мен аспаптарды өлшеу тізбектері қарастырылған. Электрлік, магниттік және радиотехникалық өлшеу әдістері мен құралдарына баса назар аударылған. Сонымен бірге, бейэлектрлік шаманың электрлік өлшеулеріне арналған әдістер мен құралдары қарастырылған. Өлшеу бірлігін қамтамасыз етудің мемлекеттік жүйесін құру негіздері баяндалған. Оқулықты «Электрлік және электромеханикалық құрал-жабдықтарды техникалық пайдалану және қызмет көрсету (салалар бойынша)» мамандығы үшін «Электрлік және электромеханикалық құрал-жабдықтарға техникалық қызмет көрсету және жөндеу (МДК.01.04)» ПМ.01 кәсіби модулін меңгеру кезінде пайдалануға болады.

Кәсіптік орта білім беру мекемелерінің студенттеріне арналған.

КБЖ 30.10і723

В.Ю. Шишмарёв, 2008 ©

«Академия» ағарту-баспа орталығы, 2008 ©

Безендіру. «Академия» баспа орталығы, 2008

АИМ АИП АЦП АЧХ АЭП БПФ ВАП ВЧ ГКМВ ГКЧ ГЛИН ГМС ГС ГСС ДПФ ДРФ ЗЦО ИВ ИП ЛБВ ЛПД МХ НЧ ОГ ОС РСК СВЧ СКО УПЧ ФАПЧ ФЧХ ЦАП ЦИП ЦОУ ЭДС ЭЛО ЭЛТ ЭСЧ

амплитудалық-импульстік модуляция ұқсас өлшеу аспабы аналогті-цифрлық түрлендіргіш амплитудалық-жиіліктік сипаттама аналогті электр күшін өлшейтін аспап Фурьелік жылдам түрлендіру

желілік өзгеретін кернеу генераторы Мемлекеттік метрологиялық қызмет сигнал генераторы стандартты сигналдар генераторы Фурьелік дискретті түрлендіргіш дискретті торлы қызмет

Ресейлік калибрлеу қызметі асқан жоғары жиілік орта квадраттық  ауытқу аралық жиілікті күшейту жиілікті фазалық автобаптау фазажиіліктік сипаттама цифрлық аналогті түрлендіргіш цифрлық өлшеу аспабы цифрлық өлшемдік құрылғы электр қозғаушы күш электронды-сәулелік осциллограф электронды-сәулелік түтік электронды-есептік жиілік өлшегіш

Адамның дүниетанымын қалыптастыру көптеген міндеттердің туындауымен қабаттаса жүреді, оларды шешу үшін материалдық әлем объектілерінің (құбылыс, процесс, зат, бұйым) сол және өзге қасиеттерінің сандық ақпаратын білу қажет. Мұндай ақпаратты алудың негізгі тәсіліне өлшеу жатады, яғни, дұрыс ұйымдастыру және дәл орындау кезінде өлшенетін объектінің немесе процестің қызықтыратын қасиетін нақты дәлдікпен бейнелей отырып, нәтижесі алынады. Өлшеу ақпараты өнімді сынау, оның техникалық деңгейін бағалау, сапасын аттестациялау және сертификациялау кезінде, техникалық және басқарушылық шешімдерді қабылдауға арналған негіз болып табылады. Қазіргі таңда өлшеу техникасын барлық білім салаларындағы автоматтық бақылау, өндірістік процестерді және ғылыми-зерттеу жұмыстарын автоматтандыру мақсатында кең қолданады. Өлшеуді қажет ететін нақты әдістер мен технологияларды машина жасау,  химия, медицина және басқа салаларда кеңінен қолданады. Көп жылдық тәжірибеден белгілі болғанындай, қандай да бір пәннің жекелеген бөлімдерін зерттеуге қарағанда, білімнің жүйелік негізді маманын қалыптастыру неғұрлым құндырақ, сондықтан осы оқулықта өлшеудің негізгі әдістері және метрологиялық көрсеткіштері, заманауи терминология және өлшеу әдістері мен құралдарының жіктемесі, өлшеу аспаптарының қағидалық сұлбасы және өлшеу қателігін бағалау мәселелері келтірілген. Сондай-ақ, оқулықта белгіленген әдістер негізінде жасалған өлшеу аспаптарының нақты құрастырылымы қарастырылған. Кез келген өлшеу аспабы бір физикалық шамадан екіншісіне түрлендіретін қатардан тұрады, сондықтан оқулықта түрлендіру қызметінің түрі бойынша біріктірілген түрлендіргіштердің әртүрлі жүйелері дәйектілікпен қарастырылған, өлшенетін шамалары бойынша топтастырылған өлшеу аспаптарын өлшеудің негізгі әдістері және типтік сұлбасы келтірілген. Материалды осылайша баяндау өлшеуіш техникасының қазіргі әдістері мен құралдарының ғылыми жіктемесіне сәйкес келеді.

Дәлдіктің қажетті деңгейі техникалық және экономикалық мақсаттылық өлшемдерімен айқындалуы қажет. Өлшеу дәлдігін екі есе арттыру өлшеу процесін бірнеше есе қымбаттататыны белгілі. Сонымен бірге, өндірістегі өлшеу дәлдігін белгіленген нормадан төменге төмендету өнімнің жарамсыздығына әкеледі. Әлбетте, қағидат бойынша әртүрлі қолдану әдістемесінің ықпал етуі және өлшеу құралдарының дәлдігі көмегімен жүргізілген өлшеу тек олардың нәтижелеріне сенуге болатын кезде ғана пайдалы болуы мүмкін, ал әртүрлі экспериментшілермен әртүрлі уақытта және әртүрлі жерлерде алынған өлшеу нәтижелерін қажет болған жағдайда өзара салыстыруға болады. Бұдан басқа, нақты кәсіпорыннан мемлекетке дейін бүтіндей өлшеудің біртұтастығы болуы қажет. Бұл үшін метрология заң шығару функциясына сүйенеді. Метрология саласындағы заңдар өлшеудің біртұтастығына жетуге, әзірлеу тәртібіне және өлшеу құралдарын сынауға бағытталған талаптарды, өлшеуді орындау нормалары мен қағидаларын ескере отырып, әзірленеді. Оларда терминдер мен анықтаулар, физикалық шама бірліктері және оларды қолдану қағидалары белгіленеді. Барлық осы нормалар, қағидалар мен талаптар Өлшеудің біртұтастығын қамтамасыз ету мемлекеттік жүйесінің стандарттарымен және қолдануға  міндетті басқа нормативтік-техникалық құжаттармен белгіленеді. Әртүрлі өлшеулерді орындаудың өлшеу әдістерін және физикалық шаманы өлшеу құралдарын жасаудың негізгі қағидаттарын зерделеуді талап етеді. Сондықтан, бірінші кезекте өлшеу әдістерін меңгеру  қажет. Бұл нақ осы өлшеу әдістері мен аспап жұмыстарының физикалық қағидаттары ең тұрақты компоненттері болып табылатынымен шартталған, олай болса нақты сұлбалық шешімдер мен өлшеу құралдарының элементтік негізі үздіксіз өзгереді және жетілдіріледі.

Өлшеу объектілері негізгі және туынды болып бөлінетін физикалық шамалар болып табылады.

Негізгі шамалар бір-біріне байланысты болмайды, бірақ басқа физикалық шамалармен байланысын белгілеу үшін маңызды болатындарын

туындылар деп атайды. Мысалы, Эйнштейн формуласындағы негізгі шама – күш, ал туынды энергия болып табылады. Негізгі және туынды бірліктердің жиынтығы

Біртұтас жүйенің алғашқысы метрлік жүйе болып есептеледі, мұнда ұзындықтың негізгі бірлігі – метр, ал салмақтың бірлігі үшін 1 *

таза судың химиялық салмағы – грамм (кейін –килограмм) қабылданған болатын. 1799 жылы метр мен килограмның алғашқы прототиптері (эталондары) әзірленді. Осы екі бірліктен басқа, метрлік жүйе өзінің бастапқы нұсқасына аудан бірлігін (ар-10 м тарапынан квадрат ауданын), көлемді (стер -10 м қырымен куб көлемі) және сыйымдылықты (литр - 0,1 қырымен куб көлемін) қосты. Осылайша, метрлік жүйеде шама бірліктерін негізге және туындыға дәл бөлу болған емес. Бірліктер жүйесін негізгілер және туындылар жиынтығы ретінде түсінуді 1832 ж. алғаш рет неміс ғалымы К. Ф. Гаусс ұсынды. Бұл жүйеде негізгі бірліктер үшін ұзындық бірлігі-миллиметр, салмақ бірлігі-миллиграм, уақыт бірлігі-секунд қабылданған болатын. Осы бірліктер жүйесі

1881 ж. СГС физикалық шама бірліктерінің жүйесі қабылданған болатын, олардың негізгі бірліктері: ұзындық бірлігі-сантиметр, салмақ бірлігі-грамм, уақыт бірлігі-секунд болып табылады. Жүйенің туынды бірліктері: күш бірлігі-килогармм-күш және жұмыс бірлігі-эрг болып есептелді. СГС жүйесінің қолайсыздығы көптеген бірліктерді,  олардың ара қатынастарын анықтау үшін басқа жүйемен қайта есептеу қиындық келтіруінде болды.

XVІІІ ғ. «ауырлық» және «салмақ» ұғымдары ажыратылмады және бір шаманы білдірді.

XX ғ. басында италиялық ғалым Дж.Джорджи бүкіл әлемде әжептәуір кең тараған, МКСА атауын алған тағы бір бірліктер жүйесін ұсынды. Осы жүйенің негізгі бірліктері: метр, килограмм, секунд, ампер (электрлік тоқ күшінің бірлігі), ал туындылары: күш бірлігі- ньютон, энергия бірлігі-джоуль, қуат бірлігі-ватт болды. Ғалымдар өлшеудің бірыңғай халықаралық жүйесін құру үшін физикалық шама бірліктерінің басқа да жүйесін ұсынды. Бірақ, қазіргі кезде әлемнің бірқатар елдері өздерінде тарихи қалыптасқан өлшеу бірліктерінің негізінде өлшеу жүргізуді жалғастырып келеді, мысалы: Ұлыбританияда, АҚШ және Канадада салмақтың негізгі бірлігін-фунт деп есептейді, әрі оның «британдық империялық шамасы» және «ескі винчестер шамасы» жүйесіндегі өлшемі әртүрлі. Әлемдік тәжірибеде неғұрлым кең таралғаны Халықаралық бірліктер жүйесі (БЖ).

1954 ж. шамалар мен салмақтар жөніндегі бас конференцияда (ШСБК) халықаралық қатынастарда пайдалануға арналған физикалық шаманың негізгі алты бірлігі белгіленді: метр, килограмм, секунд, ампер, Кельвин градусы және жарық. 1960  ж.  осы  конференцияда SІ— Халықаралық бірлік жүйесі бекітілген болатын. Жүйенің аббревиатурасы «Systeme Іnternatіonal d’Unіtes» — Интернационалдық жүйе (ИЖ) франциялық атаудың бастапқы әріптерінен құралған.  Соңғы жылдары ШСБК отырысында толықтырулар мен өзгертулер қабылданды, соның нәтижесінде жүйеге жеті негізгі  бірлік:  физикалық шаманың екі қосымша және бірқатар туынды бірліктері енгізілді, сондай-ақ негізгі бірліктердің мынадай анықтамалары әзірленді:

-7 Н тең өзара іс-қимыл күшіне ұзындығы 1 м өткізгіш құра алатындай айналма көлденең қиманың шағын қуыстан өтуі кезіндегі өзгермейтін тоқ күші;

Гц жиілікпен монохромдық сәулеленуді беретін қуат көзінің берілген бағытындағы жарық күші, осы бағыттағы жарықтың энергетикалық күші 1/683 Вт/см

құрайды.

Келтірілген анықтамалар — қиын, бұлар белгілі бір білім деңгейін, ең әуелі физиканы талап етеді. Дегенмен, олар қабылданған бірліктердің табиғи жаратылу тегі туралы түсінік береді. Халықаралық бірліктер жүйесі алдыңғы жүйелермен салыстырғанда неғұрлым жетілген әрі әмбебап болып есептеледі. Негізгілерден басқа, онда жазық және денелік бұрыштарын, сәйкесінше, радиан және стерадианын өлшеуге арналған қосымша бірліктер саны, сондай-ақ кеңістік пен уақыттың туынды бірліктер саны, механикалық, электрлік, магниттік, жылулық, жарықтық және акустикалық шамалар, сонымен бірге иондаушы сәулелену шегіндегі туынды бірліктер саны көп болады. Іс жүзінде барлық халықаралық ірі ұйымдар метрология бойынша өз ұсынымдарын Халықаралық бірліктер жүйесіне енгізді және осы ұйымға мүше - барлық елдерді - осыны қабылдауға шақырды. Ресейде ИЖ тиісті мемлекеттік стандартты 1963 жылы енгізу жолымен ресми қабылданған болатын. Бүгінде ИЖ жүйесі шын мәнінде халықаралықтық болды, бірақ осы жүйенің бірліктерімен бірге, жүйеден тыс бірліктерді де қолданады, мысалы: тонна, тәулік, литр, гектар және басқалары.

Метрологияның «мөлшер», «құралдар», «қағидаттар», «әдістер» және «өлшеу объектілері», «өлшеу алгоритмдері» «өлшеу шкалалары» және басқа ұғымдарына сәйкес келетін көпшілік мақұлдаған анықтамаларын қарастырайық.

деп, тәжірибелік жолмен, арнайы техникалық құралдардың көмегімен физикалық шаманың мәнін табу процесін атайды. Бұл ретте алынған ақпарат өлшеуіштер деп аталады.

Өлшеу объектісі туралы нақты ақпарат өлшеу тиімділігін қамтамасыз етуші маңызды фактор болып табылатын зерттеудің жүргізілгеніне дейін белгілі болуы қажет. Өлшеу объектісі туралы мұндай ақпаратты

долбар деп атайды. Осындай ақпараттың толық болмауы кезінде өлшеу мүмкін емес, себебі нені өлшеу қажеттігі белгісіз, демек, қажетті өлшеу әдістері мен құралдарын да таңдауға болмайды. Өлшеу нәтижесінде алынған ақпарат, өлшеу объектісінде екі формада: пассивті және активті болып баяндалуы мүмкін.

Пассивті ақпарат объектіні сипаттайтын мәліметтердің жиынтығын құрайды. Мұндай ақпаратқа, мысалы, қуат көзі кернеуінің шамасы туралы ақпарат жатады. Ал, егер де онда қандай да бір құбылыстың энергетикалық сипаттамасының формасы болатын болса, ақпарат

деп аталады. Олар мысалы, ақпаратты беру үшін пайдаланатын электрлік, оптикалық және акустикалық

Қызықтыратын физикалық шаманың мәнін анықтау кезінде өлшеу нәтижесі метрологияның негізгі теңдеуі ретінде белгілі, аналитикалық ара қатынас түрінде былайша ұсынылуы мүмкін:

= kA

мұндағы

k

Өлшеу қағидаты өлшеуге негізделген физикалық қағидаттардың жиынтығын құрайды, мысалы қуатты немесе әсерді өлшеу үшін Холл нәтижесін немесе электр кернеуін өлшеу үшін Джозефсон нәтижесін қолданады.

Өлшеу әдісі

Өлшеу әдісін өлшеу жүргізудің жалпы немесе кезеңдік жоспарын, яғни қолданатын аспаптар құрамын айқындайтын, белгіленген өлшеу тәртібін, операциялар дәйектілігін және жүргізу қағидасын құрайтын

Техникалық әдебиетте және нормативтік құжаттамада ізделіп отырған физикалық шама мәнін өлшеуді қаматамасыз ететін орындау тізбесі мен тәртібі туралы дәл нұсқама ретінде түсіндірілетін «өлшеу алгоритмі» термині жиі кездеседі.

Өлшемдер нақтылығы өлшеу нәтижесіне сену дәрежесін айқындайды және өлшенетін шаманың ақиқат мәні көрсетілген шегінде болу ықтималдығымен сипатталады. Бұл ықтималдық

Өлшеу нәтижесінің жинақтылығы өлшеу сапасын айқындайды және бір және сол жағдайда, бір және сол әдістермен  және құралдармен қайта орындалатын бір және сол шаманы өлшеу нәтижелерінің бір-біріне жақындығын бейнелейді.

Өлшеу нәтижелерінің жаңғыртылуы өлшеу сапасын сипаттайды және әртүрлі жерлерде, әртүрлі өлшеу әдістерімен және құралдарымен, әртүрлі операторлармен алынған, бірақ бір және сол жағдайларға келтірілген, бір және сол шаманы өлшеудің жақын нәтижелерін бейнелейді. Өлшенетін шама мәнін анықтаудың эксперименттік рәсімдері ретінде өлшеу тіптен алуан түрлі. Бұл өлшенетін шаманың көптігімен, олардың уақыт бойынша өзгеру сипатымен, өлшеу дәлдігіне қойылатын әртүрлі талаптармен және т.б. түсіндіріледі.Өлшеу белгілі бір белгілері бойынша жіктеледі. Осындай белгілердің бірі өлшеу нәтижесін алу тәсілі болып табылады. Өлшеу тікелей және жанама болып бөлінеді.

Тікелей деп, ізделіп отырған физикалық шама мәні тікелей тәжірибелі деректерден болатын өлшеуді атайды. Тікелей деп, көбінесе аралықтық түрлендіру жүргізілмейтін кезіндегі өлшеулерді атайды. Бұл, мысалы, кернеу мен тоқ күшін вольтметр және амперметр сияқты электр күшін өлшейтін аспаптармен өлшеу. Тікелей өлшеу өлшеу тәжірибесінде кең таралған. Математикалық түрде оларды қарапайым формуламен сипаттауға болады:

х

Жанама деп, ізделіп отырған шама мәні тікелей өлшеуге түсетін шама мен осы шама арасындағы белгілі байланыстылық негізінде болатын өлшеуді атайды. Жанама өлшеулерді мынадай формуламен сипаттауға болады:

А = f(x і , х

, ..., х m ),

мұндағы х

, х

, ..., х т

шамасының ізделіп отырған мәнімен бірге белгілі функционалдық тәуелділікке қатысты, тікелей өлшеу шамаларының нәтижелері .

Жанама өлшеулер сондай-ақ, өлшеу тәжірибесіне тән, мысалы: қуатты амперметр-вольтметр әдісімен өлшеу, сыйымдылық пен контур индуктивтілігін және т.б. тікелей өлшеу нәтижелері бойынша тербелмелі контурдың резонанстық жиілігін анықтау.

Тәжірибеде шама бірлігін өлшеу кезінде нормаланған қателіктері бар техникалық құралдарды қолданады және оларды

Мөлшер деп, берілген өлшемнің физикалық шамасын жаңғыртуға арналған өлшеу құралдарын атайды. Өлшеу құралдарының осы түріне гір тастары, ұзындықтың соңғы шамасы және т.с.с жатады. Тәжірибеде бір мәндік және көп мәндік мөлшерлерді, сондай-ақ мөлшер  жинақтары мен қораптарын пайдаланады. Бір мәндік мөлшерлер тек бір мөлшердің (гір тасының) ғана шамасын, ал көп мәндіктер- физикалық шаманың бірнеше мөлшерлерін жаңғыртады. Мысалы: миллиметрлік сызғыш заттың сантиметр мен милиметрдегі ұзындығын білдіреді. Жинақтар мен қораптар мөлшердің бірқатар аралықтық немесе жиынтық мәндерін жаңғырту мүмкіндігін алуға арналған бір мәндік немесе көп мәндік мөлшерлердің бірігуін (үйлесімін) құрайды. Мөлшерлер жинағы қажетті үйлесіммен қолданылатын әртүрлі өлшемдердің біртекті мөлшерлер жиынтығын құрайды, мысалы: зертханалық гір тастарының жинағы. Мөлшерлер жинағы- өлшем қораптарының қажетті үйлесімін құрайтындарды біріктіретін, өлшемдік құрылғыларға қатысты мүмкіндігі қол немесе автоматтандырылған тоқ аударғыш делдалдығымен қарастырылған, бір механикалық бүтіндікке құрылмалы біріктірілген өлшемдер үйлесімі. Электрлік кедергі қораптары осы қағидат бойынша жасалған. Мөлшерді пайдалану кезінде, мөлшердің кесімді және нақты мәнін, сондай-ақ, мөлшер қателігін және оның разрядын ескеру  қажет. Кесімді деп, ондағы көрсетілген мөлшер мәнін атайды. Нақты мәні ресми эталонды пайдалана отырып, жоғары дәлдікпен өлшеу нәтижесі ретіндегі арнайы куәлікте белгіленуі тиіс. Кесімді және нақты мәндер арасындағы айырмашылықты мөлшер қателігі деп атайды.

Өлшеу түрлендіргіштері – бұл өңдеуге немесе сақтауға арналған қолайлы формада өлшеу ақпаратындағы сигналды түрлендіру үшін, сондай-ақ көрсететін құрылғыны беру үшін қызмет ететін өлшеу құралы. Өлшеу түрлендіргіштері не болмаса өлшеу аспабының құрылмалы сұлбасына енеді, не болмаса онымен бірлесе қолданылады, бірақ түрлендіргіш сигналы бақылаушының тікелей қабылдауына ермейді. Мысалы, түрлендіргіш компьютер жадына ақпарат беру үшін, керенуді күшейту үшін және т.б. қажет болуы мүмкін. Түрленген шаманы кіру шамасы, ал түрлендіру нәтижесін шығу деп атайды. Өлшеу түрлендіргішінің негізгі метрологиялық сипаттамасы кіру және шығу шамалары арасындағы ара қатынас болып есептелетінді түрлендіру функциясы деп аталады. Түрлендіргіштер өлшенетін шаманы тікелей қабылдайтын бастапқы; шаманың қашықтыққа беруі немесе тіркеу үшін ыңғайлы шығуда формаға ие болуы беруші; бастапқымен үйлесіп, жұмыс істейтін және физикалық шама тегінің өзгеруіне әсер етпейтін аралықтық болып бөлінеді.

Өлшеу аспаптары (ӨА) — бұл пайдаланушының өлшеу ақпаратын қабылдауға қолайлы формада алуға мүмкіндік беретін өлшеу құралы. Өлшеу аспаптары тікелей әрекет ету және салыстыру аспаптары болып бөлінеді.

Тікелей әрекет ету аспаптары осы шаманың бірліктегі тиісті межесі болатын, өлшенетін шаманы көрсететін құрылғыда бейнелейді. Бұл ретте физикалық шаманың тегі өзгермейді. Тікелей әрекет ету аспаптарына мысалы: амперметрлер, вольтметрлер, термометрлер және т.б. жатады.

Салыстыру аспаптары мәні белгілі, өлшенетін шаманы шамалармен салыстыруға арналған. Бұл аспаптарды сәулелену көздерінің ашықтығы, тығыздалған ауаның қысымы және басқаларының шамалары сияқты ғылыми мақсатта және тәжірибеде кең пайдаланады.

Өлшеу қондырғылары және жүйелері

Өлшеу керек-жарақтары

Өлшеу керек-жарақтары көмекші құралдың өзінің қателігіне байланысты өлшеу нәтижесіне белгілі бір қателіктерді енгізеді. Метрологиялық тағайындалуы бойынша өлшеу құралдары жұмыстық және эталондық болып бөлінеді. Жұмыстық өлшеу құралдарын техникалық құрылғылардың, технологиялық процестердің, қоршаған ортаның және басқаларының параметрлерін (сипаттамаларын) анықтау үшін қолданады. Олар зертханалық (ғылыми зерттеулер үшін), өндірістік (технологиялық процестердің берілген сипаттамасын қамтамасыз ету және бақылау үшін), далалық (ұшақтар, автомобильдер, кемелер және т.б. үшін) болуы мүмкін. Осы жұмыс құралдары түрінің әрқайсысы өзіндік көрсеткіштерімен ерекшеленеді. Айталық, зертханалық өлшеу құралдары ең дәл және сезгіш, ал олардың көрсеткіштері - жоғарғы тұрақтылығымен сипатталуы қажет. Өндірістік құралдар аспап көрсеткіштерінің шынайлығына және дәлдігіне әсер ете алатын температура, ылғалдылық, тербеліс және өндірістік процестің басқа факторларының әсеріне тұрақты болады. Далалық құралдар үнемі сыртқы әсерлердің кең шегінде өзгереді. Өлшеу құралының ерекшелігі эталон болып табылады.

Эталон

«МИЖ. Физикалық шама бірліктерінің эталондары. Негізгі ережелер.» МЕМСТ8.057 — 80 белгілейді. Эталон конструкциясы, оның физикалық қасиеті және бірлікті жаңғырту тәсілі физикалық шамамен белгіленеді, бұл бірлік осы өлшеу саласындағы өлшеуіш техникасының даму деңгейімен жаңғыртылады. Эталонның ең көп дегенде өзара байланысты үш қасиеті болады: тұрақтылық, жаңғыртушылық және салыстырушылық.

Тұрақтылық

Осы талаптарды іске асыру физикалық тұрақтылыққа негізделген, әртүрлі шамалардың «табиғи» эталондарын құру идеясына әкелді.

Жаңғыртылушылық

Салыстырушылық

бастапқы

арнайы

мемлекеттік

ған

Бекітуді елдің бас метрологиялық органы жүргізеді. Мемлекеттік эталондарды елдің орталық метрологиялық ғылыми институттары құрады, сақтайды және қолданады. Физикалық шаманың бірлігін жаңғырту дәлдігі әлемдік ең үздік жетістіктер деңгейіне сәйкес келуі қажет және ғылым мен техниканың қажеттіліктерін қанағаттандыруы тиіс. Мемлекеттік эталондардың құрамына физикалық шаманың бірлігін жаңғырту және (немесе) сақтау көмегімен, өлшеу жағдайын және жаңғыртылатын немесе сақталатын бірлік мөлшерінің тұрақтылығын бақылайтын, бірлік мөлшерін беруді жүзеге асыратын өлшеу құралдары енеді. Мемлекеттік эталондар басқа елдердің мемлекеттік эталондарымен мерзімдік салыстыруға жатады;

қайталама

Метрологиялық тағайындалулары бойынша қайталама эталондар келесідей түрлерге бөлінеді:

көшірме -эталон

салыстыру эталонын

куәгер эталонын

жұмыс эталонын

Ресейдің эталондық негізін физикалық шама бірлігінің 114 мемлекеттік эталоны және 250 астам қайталама эталондары құрайды.

алғашқы рет Жер осінің немесе Күннің айналасынан айналу кезеңі арқылы белгіленді. Жақында өткенге дейін секунд 1/86 400 күннің орташа тәулігі бөлігіне тең келді. 1967 ж. мөлшерлер мен салмақтар жөніндегі XІІІ Бас конференцияда сыртқы өрістер тарапынан ауытқу болмаған кезде 133- цезия атомның негізгі жағдайының ең жіңішке құрылымының деңгейлері арасындағы энергетикалық ауысудың резонансты жиілігіне сәйкес келетін 9 192 631 770 тербеліс жасалатын, уақыт интервалы ретіндегі секундтың жаңа анықтамасы қабылданған болатын. Осы анықтама цезиялық жиілік реперінің көмегімен іске асады.

атомдардың, иондардың немесе молекулалардың кванттық ауысу жиілігін өлшеуге негізделген, ең жоғарғы жиіліктегі және оптикалық спектрдегі электр магниттік жиілікті дәл жаңғыртуға арналған құрылғыны атайды. 1997 ж. шілдеге дейін уақытты және жиілікті өлшеу құралдарына арналған мемлекеттік бастапқы эталон және мемлекеттік тексеру сұлбасы МЕМСТ 8.129 — 83 айқындалды. 1997 жылдан бастап, ол «Уақытты және жиілікті өлшеу құралдарына арналған  мемлекет аралық тексеру сұлбасы» ПМГ 18-96 мемлекет аралық стандарттау қағидасымен ауыстырылды.

Халықаралық бірлік жүйесінде уақыт пен жиілік бірліктерінің мөлшерін жаңғыртуға арналған жиіліктің метрологиялық цезиялық реперлерінен; уақыт пен жиілік бірліктерінің мөлшерін сақтауға қызмет ететін және уақыт шкаласын сақтау функциясын қатар орындайтын жиіліктің сутектік стандарттарынан. Сутекті реперлерді пайдалану эталондар тұрақтылығын арттыруға мүмкіндік береді. Қазіргі кезде, 100 с бастап, бірнеше тәулікке дейінгі уақыт кезеңінде ол 5 • 10 -14

с аспайды; уақыт шкаласын сақтауға арналған кванттық сағаттар тобынан. Кванттық сағаттар — жиілігі кварц резонаторымен тұрақталған және жиіліктің кванттық стандартымен басқарылатын генератордың уақытын өлшеуге арналған құрылғы;

жиіліктік өлшем бірлігін оптикалық диапазонға беруге арналған синхрондалған лазерлер мен ең жоғары жиіліктік генераторлар тобынан тұратын аппаратурадан; өзіне тасымалданатын кванттық сағаттар мен лазерлер енетін ішкі және сыртқы салыстыру аппаратурасынан.

Эталонмен жаңғыртылған уақыт интервалының мәндер диапазоны 1 • 10 -10

-1 • 10

с құрайды, жиілік мәнінің диапазоны 1.1 • 10

Гц тең. Уақыт бірлігі 3 айда 1 • 10 -14 с аспайтын өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуымен жаңғыртылады, бұл ретте шығарылып тасталмаған жүйелік қате 5 • 10 -14 с аспайды. 1 000 с бастап,  10 тәулікке дейінгі уақыт интервалына арналған эталонның жиілігінің тұрақсыздығы 5 • 10 -15

с аспайды.

Радиотехникалықтарды қоса алғанда, электрлік және магниттік шамаларды өлшеу саласында 32 эталон жасалған және жұмыс істейді. Олар өлшенетін шама мәндерінің үлкен диапазонын ғана емес, оларды өлшеу жағдайының кең спектрін де, ең алдымен ондаған гигагерцке жететін жиілікті де қамтиды. Негізін негізгі эталондарды неғұрлым  дәл жаңғыртатын эталондар құрайды және туынды бірліктердің мөлшерлерін айқындайды. Осы мемлекеттік бастапқы эталондар электр қозғаушы күштерінің (ЭҚК), электр кедергісінің және электр сыйымдылығының бірліктері. Олардың ішіндегі алғашқы екеуі жақында әзірленді және сәйкесінше Джозефсонның және Холлдың кванттық нәтижесіне негізделген.

Джозефсон нәтижесінің (МЕМСТ 8.027-89) негізіндегі электр кернеуі бірлігінің эталоны

метрологиялық тәжірибеге енгізілуіне байланысты, тоқ бірлігін ұсынуға арналған құрал ретінде ампер-салмақты белгілеу, өз мәнін  жоғалтты.  Джозефсон нәтижесін қолдану ( аппаратуралық іске асыру үшін) және Джозефсон тұрақты шамасы (кернеу бірлігін жаңғырту үшін) тоқ бірлігін жаңғырту дәлдігін шамамен екі реттікке арттыруға мүмкіндік берді.

Ампердің жаңа эталоны екі кешеннен тұрады. Біріншісі ампердің мөлшерін Джозефсон және Холлдың кванттық нәтижесін пайдалана отырып, вольт және ом арқылы белгілеу, ал екіншісі электрометр әдісін қолдана отырып, фарад, вольт және секунд арқылы белгілеу қағидатына негізделген.

Ампердің мемлекеттік бастапқы эталоны келесідей негізде орындалған, аппаратурадан тұрады: Джозефсонның кванттық нәтижесінен және магнит ағынын кванттаудан (Холл нәтижесі), соның ішінде электр кернеуінің шамасынан, электр кедергісінің шамасынан, тоқтың асқын өткізуші компараторынан және реттелетін тоқ көздерінен; тұрақты электр сыйымдылығы шамасының жинағымен бірге кіру блогын, интеграторды, жиілік өлшегішпен бірге өлшеу блогын, цифрлық вольтметрді және компараторды қоса алғанда, электрометр әдістерін пайдаланудан:

1 • 10 -16 бастап, 30 А дейін диапазонындағы тұрақты электр тогының күшін өлшеу құралдарына арналған мемлекеттік бастапқы эталон және мемлекеттік тексеру сұлбасы МЕМСТ 8.022—91 белгіленген. Ампердің қазіргі мемлекеттік эталонында тоқ күшін жаңғыртатын мәндердің келесідей диапазондары бар: 1 • 10 -3

! А ( кванттық нәтиже делдалдығымен ) және 1 • 10 -16

-9

А (электрометр әдістерін пайдалану кезінде). Ол 1 • 10 -3

-3

-4

А тоқ күшінің нақты мәндері кезінде 5 • 10 -8 А аспайтын өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуымен бірге күш бірлігін жаңғыртуды қамтамасыз етеді. Шығарылып тасталмаған жүйелік қателік 1 • 10 -3

және 1 А тұрақты тоқ күшінің нақты мәндері кезінде 2 • 10 -8

А аспауы қажет.

Өлшеу құралдарын калибрлеу метрологиялық сипаттамалардың нақты мәндерін және (немесе) мемлекеттік метрологиялық бақылау мен қадағалауға жатпайтын өлшеу құралдарын қолдану жарамдылығын анықтау және растау мақсатында орындалатын операциялардың жиынтығын құрайды. Өлшеу құралының жарамдылығы дегеніміз нормативтік құжатта баяндалуы немесе тапсырыс берушімен анықталуы мүмкін, оның метрологиялық сипаттамасы бұрынғы белгіленген техникалық талаптарға сәйкес келуі. Өлшеу құралының жарамдылығы туралы қорытындыны калибрлеу зертханасы жасайды. Калибрлеу біздің елімізде бұрын болған мекемелік тексеруді және өлшеу құралының метрологиялық аттестациясын алмастырды. Мемлекеттік метрологиялық қызмет (ММҚ) органдары жүзеге асыратын тексеруден өзгешелігі, калибрлеуді осы жұмысты білікті орындауға арналған тиісті жағдайы болуы кезінде, кез келген метрологиялық қызмет (немесе жеке тұлға) жүргізе алады. Калибрлеу

Экономикасы дамыған елдерде калибрлеу жұмыстары өнімнің бәсекеге қабілетін арттыру негізінде сәтті дамуда әрі кеңеюде және бұл ретте тексеруге (міндетті қызмет ретінде) өлшеу құралының шектелген номенклатурасы жатады. Ресейде калибрлеуді енгізудің өзіндік ерекшеліктері бар. Жалпыға бірдей міндетті тексертуден бас тарту нәтижесінде Ресейдегі калибрлеу аспаптың дұрыстығына арналған бақылау процестерін мемлекет иелігінен алу өнімі болып табылады. Ресейлік калибрлеу қызметі (РКҚ) ену еріктілігі, мемлекеттік эталонының физикалық шама бірліктерінің мөлшерін жұмыстық өлшеу құралдарына міндетті беру, кәсіпқойлық және РКҚ субъектілерінің техникалық құзыреті сияқты қағидаттарына негізделеді. Кәсіпкерлердің РКҚ енуге ынтық болуының бастысы оның өнімінің сапа көрсеткішіне деген тұтынушы сенімін арттыруға тырысуы болса керек. Калибрлеудің Ресейлік жүйесін дамыту елдегі калибрлеу ұйымдарын да қамтитын сынақ зертханаларын аккредиттеу жүйесін қалыптастырумен қоса жүреді.

РКҚ сұлбасы Бұдан басқа, РКҚ мүше болу калибрлеу қызметінің тиісті ақпараттық жеткізіп тұруымен қамтамасыз етіледі. РКҚ меншік қаражаты есебінен өтелімдігі толық нақты қағида ретінде қарастырылады, себебі өлшеудің дәл және шынайы нәтижелеріне қажеттілік өсе түсуде. 1.2-суретте РКҚ сұлбасы ұсынылған. Өлшеу құралын калибрлеудің құқықтық негіздері «Өлшеу бірлігін қамтамасыз ету туралы» РФ 1993 ж.27.04 № 4871-1 Заңымен айқындалады. Өлшеу құралының осы заңына сәйкес, тексертуге жатпайтындар, өндірістен немесе жөндеуден шығару кезінде, импорт бойынша әкелім кезінде, пайдалану, жалға беру және сату кезінде, калибрлеуден өткізіледі. Сондай-ақ, Заң заңды тұлғалардың мүдделі метрологиялық қызметтерінің калибрлеу жұмыстарын жүргізу құқығына аккредиттелуі мүмкін болатынын нұсқайды. Аккредиттеу тәртібін Техникалық реттеу және метрология жөніндегі федералдық агенттік белгілейді. Қолданыстағы заңнаманы іске асыру мақсатында «ГСП. Калибрлеу жұмыстарын жүргізу құқығына арналған заңды тұлғалардың метрологиялық қызметтерді аккредиттеу тәртібі» әзірленді. Бұл құжат Ұлыбританияда, АҚШ-та, ГФР-де және басқа елдерде ұлттық калиберлеу қызметтерін ұйымдастыруды талдау негізінде, сондай-ақ ПСО және МЭК басшылықтарына, EN 45001 — 45003 стандарттарына және МЕМСТ Р жүйесіне сәйкес құрылған.

Өлшеу құралдарын тексерудің және калибрлеудің төрт әдістерін қолдануға рұқсат етіледі: Тексерілетін өлшеу құралының тиісті разрядын эталонмен тікелей салыстыру әдісін әртүрлі өлшеу құралдары үшін электрлік және магниттік өлшеу, электр кернеуін, электр тогының жиілігін және күшін анықтау сияқты салаларда кең қолданады. Әдіс негізіне тексерілетін және эталондық аспаптардың бір және сол физикалық шамасын бір уақытта өлшеуді жүргізу жатады. Бұл ретте, өлшеу құралының тексерілетін және эталондық көрсеткіштерінің айырмасы ретінде, эталон көрсеткішін шаманың нақты мәні үшін қабылдай отырып, қателігін айқындайды. Осы әдістің құндылығы оның қарапайымдылығымен, көрнекілігімен, автоматты тексеруді қолдану

мүмкіндігімен, күрделі құрал-жабдықтарға қажеттілігінің болмауымен тұжырымдалады.

Компаратордың көмегімен салыстыру әдісі тексерілетін және эталондық өлшеу құралын салыстыру көмегімен, салыстыру аспабын қолдануға негізделген. Компаратор, егер де бір және сол шаманы өлшейтін аспаптар көрсеткішін салыстыру мүмкін болмаған жағдайда пайдаланады, мысалы: екі вольтметрді пайдаланғанда, оның біреуі тұрақты, ал екіншісі ауыспалы тоқты өлшеу үшін жарамды болғанда. Осындай жағдайларда тексеру сұлбасына аралықтық тармақ-компаратор енгізіледі. Келтірілген мысал үшін потенциометр талап етіледі және де сол компаратор болады. Тәжірибеде компаратор, егер ол тексерілетін, сондай-ақ эталондық ИП сигналына бірдей жауап қайтаратын болса, кез келген өлшеу әдісіне қызмет ете алады. Осы әдістің құндылығын мамандар екі шаманың уақыт бойынша салыстыру дәйектілігінде деп есептейді.

Шаманы тікелей өлшеу әдісін белгіленген өлшеу шегінде сыналатын аспапты эталондықпен салыстыру мүмкін болғанда қоланады. Бүтіндей осы әдістің жұмыс қағидаты тікелей салыстыру әдісінің жұмыс қағидатына ұқсас, бірақ тікелей өлшеу әдісімен әр диапазонның (және қосымша диапазонның, егер бұл аспапта бар болса) барлық сандық белгісіне арналған салыстыру жүргізіледі. Шаманы тікелей өлшеу әдісін, мысалы: тұрақты электр тоғының вольтметрін тексеру немесе калибрлеу үшін қолданады.

Шаманы жанама өлшеу әдісін өлшенетін шаманың нақты мәндерін тікелей өлшеулермен анықтау мүмкін болмағанда немесе егер де жанама өлшеулер тікелейге қарағанда, неғұрлым дәл көрсеткенде пайдаланады. Басында осы әдіспен ізделіп отырғанның сипаттамасын емес, ізделіп отырған нақты тәуелдікке қатысты басқа сипаттамаларды табады. Ізделіп отырған сипаттама есептік жолмен айқындалады. Мысалы: эталондық амперметрмен тұрақты тоқтың вольтметрін тексеру және калибрлеу кезінде, бір мезгілде кедергісін өлшей отырып, тоқтың күшін белгілейді. Одан кейін кернеудің есептік мәнін калибрленетін немесе тексерілетін вольтметрдің көрсеткішімен салыстырады. Жанама өлшеу әдісін әдетте автоматтандырылған тексеру және калибрлеу қондырғыларында қолданады. Эталоннан жұмыстық өлшеу құралдарына өлшеу бірліктері мөлшерлерінің дұрыс берілуін қамтамасыз ету үшін мемлекеттік эталонның, разрядтық эталонның және жұмыстық өлшеу құралдарының метрологиялық бірлесуін белгілейтін

министрліктің метрологиялық органдарына арналған. Бұған бағынысты кәсіпорындардың өлшеу құралдары қатыстырылады. Барлық жергілікті тексеру сызбалары  мемлекеттік  тексеру сызбасымен айқындалатын, қатар бағынатын талапқа сәйкес болуы қажет (1.3-сурет). Мемлекеттік тексеру сызбаларын Техникалық реттеу және метрология жөніндегі федералдық агенттіктің ғылыми-зерттеу институттары, мемлекеттік эталон иесі әзірлейді.

Мемлекеттік тексеру сызбасының жалпы түрлерін қарастырайық.

Эталондар мен жұмыстық өлшеу құралдарының атауы әдетте, тік бұрыштарға (мемлекеттік эталон үшін тікбұрыш қатысты екі контурлық болып табылады) қатысты. Мұнда сызбаның осы сатысына арналған метрологиялық сипаттамалар көрсетілген. Сызбаның төменгі бөлігінде жұмыстық өлшеу құралдары орналасқан, оларды дәлдік дәрежесіне байланысты (яғни, өлшеу қателігі) бес санатқа бөледі: ең жоғарғы дәлдік, жоғарғы дәлдік, орташа дәлдік, төменгі дәлдік. Ең жоғарғы дәлдік әдетте мемлекеттік эталондық өлшеу құралының қателігі дәрежесіне шамалас келеді. 1-4 разряд эталондары жоғарғы, орташа және төменгі дәлдіктерді беру әдістеріне сәйкес келеді. Тексеру сызбасының әр сатысында бірлік мөлшерін берудің тәртібі (әдісі) реттеледі. Тексеру және калибрлеу әдістерінің атауы сопақшаларда орналасқан, сондай-ақ онда тексеру және калибрлеу әдісінің рұқсат етілген қателіктері көрсетілген. Шама бірлігінің мөлшерін беру дұрыстығының негізгі көрсеткіші тексеру сызбасының жоғары тұрған және төмен тұрған сатылары арасындағы өлшеу құралдары қателігінің ара қатынасы болып табылады. Бұл қатынастың кемшіліксізі 1:10 болуы қажет, алайда тәжірибеде бұған жету мүмкін емес және минималды рұқсат етілген ара қатынасқа 1:3 есептеу қабылданған. Осы ара қатынастың шамасы неғұрлым көп болса, ИП көрсеткішінің дұрыстығына сенімділік соғұрлым аз болады.

Электррадиоөлшеу, басқа өлшеу түрлері сияқты, белгіленген қағидаттарға негізделген. Өлшеу қағидаты дегеніміз өлшеу негізделген физикалық құбылыстардың жиынтығы. Өлшеу қағидаттары мен құралдарын пайдалану тәсілдерінің жиынтығы нақты өлшеудің негізгі сипаттамасы болып табылатын,

өлшеу әдістері ретінде айқындалады. Өлшеу әдістері тікелей бағалау әдісі және салыстыру әдісі болып бөлінеді.

Тікелей бағалау әдісі кезінде өлшенетін шаманың сандық мәні тікелей ИП көрсеткіші бойынша (мысалы, вольтметрдің көмегімен кернеуді өлшеу) айқындалады.

Салыстыру әдісі өлшенетін шаманы жаңғыртылған мөлшер шамасымен салыстыру кезіндегі өлшеу әдісін құрайды. Бұл, мысалы: қалыпты (эталондық) элементтің ЭҚК салыстыру жолымен  тұрақты тоқ кернеуінің деңгейін өлшеу болуы мүмкін.

дифференциалды әдіс

алмастыру әдісі

Тізбектелген барлық әдістердің ішінен нөлдік әдісті салыстыру физикалық шама өлшемінің ең үлкен дәлдігін қамтамасыз етеді. Нөлдік әдістерге келесілер жатады:

өтемдік әдіс

көпірлі әдіс

Сондай-ақ, өлшеуді басқа белгілері бойынша да жіктеуге болады. Айталық, өлшенетін шама мен ұсыну формасын түрлендіру тәсілі бойынша өлшеу нәтижелері ұқсас (үздіксіз) және цифрлық (дискретті) болып бөлінеді. Ұқсас өлшеулерді жүзеге асыру кезінде ИП нәтижесі салыстырмалы шкаланың көрсеткішінің, экран бойынша осциллограф сәулесінің орнын ауыстыру және т.б. болып табылатын өлшенуші шамаға үздіксіз түрлендіруді жүргізеді. Шаманың сандық мәні туралы қорытындыны ИП шкаласының белгілеріне қатысты көрсеткіштің ережесін ескере отырып, оператор (бақылаушы) жасайды. Өлшеу дәлдігі бұл ретте көрсеткіштің және шкаланың геометриялық ерекшеліктерімен шектеледі және әдеттегідей, 0,05 % аспайды.

Цифрлық өлшеулер кезінде, өлшенетін шаманы үлгілік мәндер қатарымен салыстыру аспапта автоматты түрде жүргізіледі, ал оператор өлшенген шаманың сандық мәнін цифрлық формада алады. Бұл жағдайда, барлық көрсеткіштер аспаптағы салыстыру дәлдігіне байланысты және оператордың субъективті қателері жойылады. Қазіргі кездегі цифрлық аспаптар, әдеттегідей, ұқсастыққа қарағанда, неғұрлым жоғары дәлдікті қамтамасыз етеді. Оператордың рөлі жеңілдейді, себебі оның жұмысы тек сандық мәндерді дұрыс санаумен тұжырымдалады. Уақыт бойынша өлшенетін шаманың өзгеру сипаты бойынша өлшеудің статикалық және динамикалық режимдері болады.

Статикалық өлшеу режимдері өлшеу құралының статикалық режимде жұмыс істеуі, яғни шығу сигналының оны пайдалану уақыты бойы өзгермей қалуы кезіндегі (немесе әр өлшеу нәтижесі тек бір ғана санмен белгіленуі мүмкін болатындай, тым баяу өзгереді) өлшеу режимін құрайды.

Динамикалық өлшеу режимдері

Қолданылатын өлшеу құралдарының әдістері мен қасиеттеріне сәйкес, өлшеудің бұрын қарастырылған барлық түрлері немесе бір реттік немесе көп реттік бақылаумен орындалуы мүмкін.

Өлшеу кезіндегі бақылау (өлшеуішті бақылау) жеке-дара эксперименттік операция деп аталады, оның қорытындысы бақылау нәтижесі болып табылады. Ол әрдайым кездейсоқ сипат алады және өлшенетін шаманың бір мәнін құрайды.

Өлшеу аспаптарын әрекет ету қағидаттары бойынша жалпы түрде электрмеханикалық және электрондық деп бөлуге болады. Құрылымдық сызбасы бойынша аспаптар ұқсас және цифрлық болып бөлінеді.

Ұқсас өлшеу аспабы (ҰӨА)

Бірінші, ең үлкен топқа параметрлер мен сигналдар сипаттамасын (мысалы: осциллографтар, вольтметрлер, жиілік өшегіштер, спектр талдағыштары және т.б.) өлшеуге арналған аспаптар енеді. Екінші топты электр сызбаларының активті және пассивті элементтерінің параметрлері мен сипаттамаларын өлшеуге арналған аспаптар құрайды. Бұлар кедергі,сыйымдылық, индуктивті, микросхема, транзистор параметрлерін өлшеуіштер, сондай-ақ жиілік және ауыспалы сипаттамаларды шегеруге арналған аспаптар. Үшінші топты әртүрлі амплитуда, форма және жиілік сигналдарының көздері болып табылатын өлшеу генераторлары құрайды. Төртінші топқа түрлендіргіштер, аттенюаторлар, цикуляторлар, фаза айналдырғыштар, бағытталған тармақтағыштар сияқты өлшеу сызбасының элементтері жатады және т.б.

Цифрлық өлшеу аспаптары (

ИП құрастырылымдық орындалуы бойынша көрсетуші және тіркеуші болып бөлінеді, олардың арасынан өздігінен жазатындарға және басып шығаратындарға ажыратады.

Көрсетуші өлшеуіш аспабы

Тіркеуші өлшеуіш аспабы

Өздігінен жазатын өлшеу аспабы

салыстыру

интегралдаушы

жиынтықтаушы

Көрсеткіш диапазоны

x mіn

және ең көп x max мәндерімен көрсетіліп (бұл диапазон өлшеу диапазонынан кеңірек болуы мүмкін) белгіленген шкала аясы.

Өлшем шегі

Жұмыс жиілігінің аясы (жиілік диапазоны)

Шкала бөліктерінің бағасы (МЕМСТ 16263 — 70) — өлшенетін шаманың мәні екі көрші шкала белгісіне сәйкес келетін айырымы.

Өлшенетін (S )

параметрі бойынша сезімталдығы

мұндағы Лу

х

Шектік сезімталдық (кернеу, тоқ немесе қуат бойынша)

Айыру қабілеті

Елеу шегі (сезімталдықты)

Көрсеткіштер вариациясы

Көрсеткішті белгілеу уақыты (бағындыру уақыты ) — өлшенетін шаманың өзгеру сәтінен бастап, көрсеткішті белгілеу сәтіне дейін өткен уақыт аралығы. Ұқсас аспаптар үшін көрсеткішті белгілеу сәті тербеліс амплитудасының көрсеткіші аспап қателігіне қарағанда, артық болмайтын сәтпен айқындалады.

Өлшеу аспабының қателіктері (аспаптық қателіктер) физикалық шаманың өлшеу дәлдігіне мәнді әсер етуін көрсетеді (2-тарауды қараңыз).

Бақылаулық сұрақтар

2001 жылдың 1 қаңтарынан бастап стандарттау және метрология бойынша Ресей Федерациясы Мемлекеттік комитетінің 17.05.2000 ж. № 139 қаулысымен «Өлшеу бірлігін қамтамасыз етудің мемлекеттік жүйесі. Метрология. Негізгі терминдер мен анықтамалар» РМА 29-99 Ұсыныстары күшіне енгізілген. Ұсыныстар бұрын әрекет еткен МС 16863 — 70 орнына әзірленген және шындығында ТМД елдерінің бәрінде қабылданған мемлекетаралық стандарт болып табылады. Көрсетілген Ұсыныстарда өлшем қателіктері мен өлшем құралдарына қатысты негізгі терминдер мен анықтамалар заңдастырылған. Әрі қарай Ұсыныстарда жиі орын алатын қателіктер, қолданылатын терминдер мен анықтамалар келтіріледі.

х д

өлш

х д

Өлшемнің жүйелік қателіктері

Тұрақтыға өз мағынасын ұзақ уақыт сақтайтын қателіктер жатады, мысалы, уақыт бойы өлшемдердің барлық қатарын орындау. Бұлар жиі кездеседі.

Оларға, мысалы, активті бақылау құралымен бақылау кезінде бөлшекпен байланыс жасайтын, өлшеуші ұштықтың тозуы нәтижесіндегі қателіктер жатады.

Кезеңдік қателіктер дегеніміз мағынасы кезеңдік уақыт функциясы немесе ӨҚ көрсеткішінің жылжуы болып табылады.

Өлшем әдісінің қателігі

жүйелік өлшем қателігін құрайды, ол оператордың жеке ерекшеліктерімен шартталған. Өлшеу құралы көрсеткішінің есебін түсіруге жүйелі түрде кешігетін немесе көрсеткішті түсіру мерзімінен озатын операторлар кездеседі. Кейде субъективті қателікті жеке қателік немесе жеке айырма деп атайды.

Кездейсоқ өлшем қателігі – бір физикалық көлемге бірдей дәлдікпен өткізілген қайталап өлшем кезінде кездейсоқ (белгісі және мағынасы бойынша) өзгеріп тұратын өлшем нәтижесі қателігін құрайды .

Салыстырмалы өлшем қателігі –өлшемдің абсолюттік қателігінің өлшенетін көлемнің шын немесе өлшеулі мағынасына қатысымен көрсетілген өлшем қателігі. Салыстырмалы қателікті үлестегі немесе пайыздағы %

онда Лх — абсолюттік өлшем қателігі; х

Өлшем қатарындағы нәтижелердің шашырауы – тең нүктелі өлшемдердің қатарындағы бір көлемнің өлшем нәтижелерінің үйлеспеуі, ол кездейсоқ қателіктердің әрекетімен шартталған. Кездейсоқ қателіктер әрекетінің соңында өлшем қатарындағы шашырау нәтижелерінің сапалы бағасын жүйелі қателіктер әрекетіне түзету енгізгеннен кейін алады. Өлшем қатарындағы шашырау нәтижелерінің бағасы: қарқын, орташа арифметикалық қателік (модуль  бойынша),  орташа квадраттық қателік немесе стандартты ауытқу (орташа квадраттық ауытқу, эксперименттік орташа квадраттық ауытқу), дәлсіздіктің сенімді шектері (сенімді шек немесе сенімді дәлсіздік).

Өлшем нәтижелерінің қарқыны физикалық көлемнің жеке өлшемі нәтижелерінің шашырауы R n

онда x max

мен x mіn

Шашырау әдетте өлшем кезіндегі кездейсоқ себептерінің пайда болуына шартталған және оның ықтималдық сипаты бар.

олардың орташа мағынасының жанындағы бір физикалық көлемнің теңнүктелі қатарындағы жеке өлшем нәтижелерінің шашырау бағасы мына формула бойынша

n

x

п

жеке нәтижесінен өлшенетін көлемнің орташа арифметикалық мағынасы . Тәжірибеде «орташа квадарттық ауытқу» термині кең тараған (ОКА). (2.1) формуласына сәйкес ауытқу дегеніміз олардың орташа мағынасынан өлшем қатарындағы жеке нәтижелерден ауытқу. Метрологияда бұл ауытқу өлшем қателігі деп аталды.

Өлшем нәтижесі қателігінің сенімді шектері өлшем қателігінің ең үлкен және ең аз мағынасы, ол интервалды шектейді, оның ішінде өлшем қателігінің ізделетін (шынайы)мағынасы бар.

Қателіктердің сенімді шектері нормалы заң тарату жағдайында (±

tS, ± tS x )

формуласы бойынша есептеледі.

x көрсеткіштері жеке және орташа арифметикалық өлшем нәтижелеріне сәйкес орташа квадарттық қателіктер болып табылады; t —

және п

{x

н , хв — интервалдың төменгі және жоғарғы шектеріне сәйкес, онда бағаланатын параметрдің шынайы мағынасы бар; q — мәнділік деңгейі.

Түзету

Өлшем нәтижесінің дәлдігі өлшем сапасы сипатының бірі болып табылады және өлшем нәтижесі қателігінің нөлге жақындығын көрсетеді. Өлшем қателігі қаншалықты аз болса, соғұрлым дәлдік жоғары.

Ағаттық – осы қатардың басқа нәтижелерінен осы жағдай үшін ерекшеленетін, өлшем қатарына енетін жеке өлшем нәтижесінің қателігі. Кейде «ағаттық» терминінің орнына «өлшеудің өрескел қателігі» термині қолданылады.

Жүйелік қателіктердің табиғаты мен шығуы әдетте нақты эксперимент ерекшелігімен шартталған, сондықтан оларды табу және жою тәжірибешінің шеберлігіне байланысты, оның өлшем өткізу щарттарын және қолданатын құралдары мен әдістерінің ерекшелігін қаншалықты меңгергеніне байланысты. Сонымен бірге жүйелік қателіктердің пайда болуының кейбір жалпы себептері бар, соған сәйкес қателіктер әдістемелік, құралдық және субъективті болып бөлінеді.

Әдістемелік қателіктер өлшем әдісінің жетілмегендігімен, қолданылатын формуланы шығару кезінде жеңілдетілген жорамалдар мен долбарларды пайдаланумен, ӨҚ өлшеу нысанына әсерімен қамтамасыз етілген. Мысалы, температураны жылу сезгіш элементпен өлшеуде әдістемелік қателік бар, ол зерттелетін нысанның температуралық тәртібін бұзудан (жылу сезгіш элементті енгізу салдарынан)болған.

Құралдық қателіктер өлшеу құралдарын қолданудан болған қателіктерге байланысты. Олардың пайда болу себептеріне градустаудың дәлсіздігі, құрылма жеткіліксіздігі, пайдалану үдерісінде құрылғы сипатының өзгеруі және т.б. жатады. Өлшем қателіктері сонымен қатар өлшем құралын дұрыс орнатпау салдарынан, оларға магнит немесе электр өрісінің әсерінен, қосымша және динамикалық қателіктердің болуынан пайда болады. Қосымша қателіктерге құрылғы жұмыс жасайтын қалыпты шарттардан ауытқу себепші болады. Динамикалық қателіктер өлшенетін көлемнің жылдам өзгеруі кезінде қолданылатын техникалық құралдардың инерциялығынан пайда болады. Осы барлық қателіктер құралдық қателіктерден ерекшелейді (МС 8.009-84), өйткені олар өлшеу құралдарының өзіне, олардың жұмыс жасайтын шарттарына байланысты. Оларды жою құралдық қателіктерді жоюға қарағанда басқа тәсілдермен жасалады.

Субъективті қателіктер адамның (оператордың) құрылғы көрсеткішін дұрыс есептемегенінен болады. Бұл, мысалы, құрылғы нұсқарының көрсеткішін бақылау кезінде қарау бағытының дұрыс болмауынан болады (параллакстан қателік). Цифрлы құрылғыны және өлшеудің автоматты әдісін қолдану бұндай қателіктерді жояды. Жоғарыда көрсетілген (2.1-бөлімін қараңыз) жүйелік қателіктер тұрақты болуы немесе заңды түрде ауысуы мүмкін. Кейінгі жағдайда оларды күрделі заң бойынша үдемелі (өспелі немесе азаймалы), кезеңдік және өзгеруші етіп үшке бөледі. Жүйелік қателіктердің себептері мен көздерін кездестіру түзету енгізе отырып оларды жою немесе шығаруға шаралар қолдануға мүмкіндік туғызады. Кейбір жағдайларда түзеткіш көбейткіш-санды пайдаланады, оған жүйелік қателікті жоюға арналған өлшеу нәтижесін көбейтеді. Түзету немесе түзеткіш көбейткіш техникалық құралды калибрлеу, тиісті таблицалар мен кестелері құру және пайдаланудың көмегімен анықталады. Сонымен қатар түзету мағынасын табудың есептеу тәсілдері қолданылады.

Жүйелік қателіктерді жоятын арнайы өлшеуді ұйымдастыру әдістері бар. Мысалы, оларға ауыстыру әдісі және белгі бойынша қателікті компенсациялау әдісі жатады.

Ауыстыру әдісі дегеніміз реттелетін өлшем көмегімен алынған белгілі көлемнің өлшенетін көлеммен ауыстырылуы. Егер де ауыстыру эксперименттік орнатуда басқа өзгеріссіз және ауыстырудан кейін сол құрылғы көрсеткіші орнатылса, өлшенетін көлем белгілі көлемге тең болады, оның мағынасы реттелетін өлшем көрсеткіші бойынша есептеледі. Бұл тәсіл тұрақты жүйелік қателіктерді жоюға мүмкіндік туғызады. Өлшем қателігі ауыстыру әдісін қолданған кезде өлшем қателігімен және белгісізді ауыстыратын көлем мағынасын есептеу кезінде пайда болатын қателікпен анықталады.

Қателікті белгі бойынша компенсациялау әдісі сол немесе басқа өлшем нәтижесіне ене алатын өлшеу шарттарына байланысты жүйелік қателіктерді жоюға қолданылады (ЭҚК термо қателігінен, электр немесе магниттік өрістің тұрақты кернеулігі әсерінен және т.б.).  Бұндай жағдайда өлшеуді екі рет жүргізуге болады: өлшем нәтижесіне қателік кіретіндей етіп бір рет бір белгімен, ал қайталағанда кері белгімен. Екі алынған нәтиженің орташа мағынасы өлшемнің ақырғы нәтижесі болып табылады, ол бұрын көрсетілген жүйелік қателіктен еркін. Автоматты өлшем өткізу кезінде жүйелік қателікті түзетудің сызбалық әдісі кең қолданылады. Өңдегіштерді компенсациялық қосу, температуралық және жиілік түзетулердің әрүрлі тізбектері оларды жүзеге асырудың үлгісі болып табылады. Кейінгі уақытта өлшеу техникасында микропроцессор жүйесі бар құралдар кең қолданылады. Кейінгілердің көмегімен жүйелік қателіктерді көптеген түрлерін жоюға немесе түзетуге болады. Әсіресе бұл құралдық қателіктерге жатады. Градустау дәлсіздігіне байланысты түзетулерді автоматты енгізу, қосымша және динамикалық  қателіктерді есептеу және жою, нөлге жылжытумен шартталған қателіктерді жою - осы және басқа түзетулер өлшеу дәлдігін жоғарылатуға септігін тигізеді. Бірақ, мамандардың барлық күш салғанына қарамастан, жүйелік қателіктердің бөлігі жойылмай қалады. Қателіктің бұл бөлігі өлшем нәтижесіне кіреді және оны бұрмалайды. Ол қолданылған техникалық құралдың метрологиялық сипаты туралы мәлімет бойынша бағалануы мүмкін. Егер осындай мәліметтер аз болса, басқа зертханалардан алынған ұқсас нәтижелері бар өлшенген мағыналардың салыстыру нәтижелерін пайдалануға болады.

Сәйкес математикалық аппаратпен кездейсоқ қателіктерді сипаттау ықтималдық теория болып табылады. Кейінгіге сәйкес  кездейсоқ көлем ықтималдықты тарату (немесе тарату тығыздығы) заңымен толық сипатталады. Өлшеушілерге қалыпты және біркелкі тарату тығыздығын жиі қолдануға тура келеді. Стандарттық функциялармен аппроксимацияланатын басқа тарату заңдары да мүмкін болады. Егер өлшем қателігі үздіксіз мағыналар қатарын қабылдай алса және өлшеудің үлкен саны кезінде қателіктердің пайда болуы жиілігі абсолюттік көлем бойынша тең, бірақ белгісі әр түрлі, бірдей  және кіші қателіктер үлкендерге қарағанда жиі кездессе, кездейсоқ қателіктердің сипаты үшін

(2.2) о

Өрнекке тиісті қисық (2.2) әртүрлі мағыналар үшін о, 2.1-суретте келтірілген, онда о үлкен мағынаға қарағанда кіші мағына кезінде аз өлшем қателігін алу ықтимал екендігі көрсетілген.

және А

берілген шекті мағыналар арасында өлшем нәтижесі қателігі бар екендігі ықтимал.мына формула бойынша есептейді

Лаплас функциясы        ықтималдық теориясы және

эксперименттік нәтижелерді статистикалық өңдеу бойынша өткізілген кітаптар

Мына ықтималдықты байқау қиын емес2.1-кестеде кейбір

интервалдары үшін ықтималдық мағыналар берілген,Олар бірлікте берілген. 2.1-кестеде интервалдар көрсетілген

Олар төменгі және жоғарғы Л

және Л

тиісті болып сипатталады.

Кіші бағанда Р ықтималдығы, яғни, өлшеу нәтижесінің кездейсоқ қателігі тиісті интервалдар шегіне кірмейтіндігі көрсетілген. Үшінші бағанда кездейсоқ қателіктің интервалдар шегіне шығу ықтималдығы қарастырылады. 2.1-кестеге сәйкес, [-2/3о, +2/3о] интервалында кездейсоқ қателіктер мағынасын алу ықтималдығы және оның шегінде бірдей, осы кезде орташа бағамен өлшемнің 0,3 % бар.

(сөйлем түсініксіздеу).

Р интервалға түсу ықтималдығы

[-2/3о, 2/3о] 0,5 0,5

қателіктің ең үлкені деп жиі санайды. Бірақ өлшем үлкен сан болған кезде 20-30 (п > 1) максималды қателік 3о жиі асып кетеді.

Қателіктерді сомалау.

Өлшеу кезінде жүйелік және кездейсоқ қателіктердің бірнеше көзі болуы мүмкін. Осыған байланысты оның бөліктерін құрайтын белгі қателіктер мағынасы бойынша сомалық қателіктер өлшемін табу ережелері туралы мәселе тәжірибелік жағынан маңызды болып табылды. Шығарылмаған жүйелік қателіктерді сомалау кезінде олардың нақты жүзеге асырылуын кездейсоқ көлемді жүзеге асыру ретінде қарастыруға болады. Егер  шығарылмаған жүйелік қателіктер құрайтын белгілі шектер 0, осы құраушылар шегін тарату тең болса, шығарылмаған жүйелік қателіктің өлшеу нәтижесінің шегі 0 болса, мына формула келтіріледі

онда k

т

Кездейсоқ қателіктерді сомалау кезінде олардың корреляцииялық байланыстарды ескеру қажет. Орташа квадаттық қателік жиынтығы о^ екі (2 . 4)

онда о

мен о

Тәжірибеде р корреляция коэффициентінің қанағаттанарлық бағасын алу қиын болғандықтан, ең болмағанда былай санаймыз p = 0, немесе p = ±

немесе о £

= |о

±о

|, егер = ±1.

Сонымен орташа квадарттық қателіктің корреляциялық байланыстары болмаған кезде геометриялық түрде, ал қатаң корреляциялық тәуелділік жағдайында алгебралық түрде. .

жай міндет емес, ол өлшем көлемі ерекшеліктерін терең түсінуді талап етеді. Ағаттықты анықтау үшін Райт (критерий) өлшемін жиі қолданады. Осы өлшемге сәйкес, егер қандай да бір өлшемнің кездейсоқ ауытқуы орташа арифметикалық мағынадан 3о асып кетсе, онда осы өлшемде ағаттық бар деп саналады. Райт (критерий) өлшемін осында түрде өлшемнің ең үлкен емес санын қолданған жөн. (о < п < 20). Егер өлшем саны 20 < п < 100 болса, онда 3о мағынасының орнына 4о пайдалану ұсынылады. Өлшемнің қажетті саны. Өлшемнің қажетті саны өте маңызды мәселе, өйткені кейінгі эксеримент барысы оның шешіміне байланысты. Өлшем санының өсуімен кездейсоқ құрамдас қателікті ғана азайтуға болатынын анық түсіну қажет, яғни орташа квадараттық қателік о және о орт п өлшем санына байланысты. Сонымен қатар жүйелік қателік п өсуі кезінде азаймайды, сондықтан егер қалдық жүйелік қателік басым болып табылса, онда іс жүзінде өлшем санының өсуі қателіктің азаюына жол бермейді. Бұл жағдайда бір өлшеммен жиі шектеледі. Мысалы, торап кернеуін дәл емес тасымалды нұсқарлы құрылғымен өлшеу кезінде бірнеше өлшемді және өлшем нәтижелеріне статистикалық өңдеу жүргізу тиімсіз. Жүйелік қателіктер кездейсоқтан асып кететіндіктен, бір ғана өлшем жүргізу жеткілікті. Дәл өлшем кезінде кедейсоқ қателіктер негізгі болып табылуы мүмкін. Онда бірнеше дүркін өлшем жүргізу орынды болып табылады. Өлшем санын орташа квадарттық қателік о орт

максималды мүмкін болатын мағынадан о орт .

орт кездейсоқ қателіктерді жалпы өлшемге салымы қалдық жүйелік қателіктің салымымен салыстырылмайынша қол жеткізілмейді.

Негізгі терминдер мен анықтамалар.

РМА 29 — 99 «Метрология. Негізгі терминдер мен анықтамалар» Ұсыныстарында өлшем құралдарының қателіктерін білдіретін терминдер мен анықтамалар заңдастырылған (2.1-бөлімге қараңыз). Көрсетілген ұсыныстарға сәйкес жиі

қолданылатын өлшем құралдары қателіктерінің терминдері мен анықтамаларын келтіреміз.

Өлшем құралдарының қателігі – өлшем құралының көрсеткіші мен өлшенетін физикалық көлемнің шынайы (нағыз) мағынасы арасындағы айырмашылық. Өлшем үшін оның номиналды мағынасы көрсеткіш болып табылады. Физикалық көлемнің шынайы мағынасы белгісіз болғандықтан тәжірибеде оның нағыз мағынасын қолданады. «Өлшем құралының қателігі» түсінігіне келтірілген анықтама метрология бойынша отандық әдебиетте қабылданған тұжырымға қайшы келмейді. Бірақ өз мәнінде бұл анықтама «өлшем қателігі» түсінігінің анықтамасынан ерекшеленбейді, сондықтан ол дерексіз болып табылады және қосымша айқындауды талап етеді.

Өлшем құралдарының жүйелік қателігі – тұрақты немесе заңды өзгеруші көлем болып қабылданатын өлшем құралдарының құрамдас қателігі. Осы өлшем құралының жүйелік қателігі, ереже бойынша, жүйелік қателік осы типтің өлшем құралының басқа нұсқасынан ерекшеленеді, сондықтан бір типті өлшемдер тобы үшін жүйелік қателік кейде кездейсоқ ретінде қарастырылуы мүмкін.

өлшенетін физикалық көлемнің бірлігінде көрсетілетін өлшем құралдарының қателігі

Өлшем құралдарының салыстырмалы қателігі – өлшем құралдарының абсолюттік қателігінің өлшем нәтижесіне немесе өлшенетін физикалық көлемнің шынайы мағынасына қатысын білдіретін өлшем құралдарының қателігі.

Өлшем құралдарының келтірілген қателігі өлшем құралдарының абсолюттік қателігінің өлшемнің барлық диапазонда немесе диапазон бөлігінде тұрақты, көлемнің шартты түрде қабылданған мағынасына қатысын білдіретін салыстырмалы қателігін көрсетеді. Көлемнің шартты түрде қабылданған мағынасын қалыпқа келтіруші деп атайды. Қалыпқа келтіруші деген мағына ретінде өлшемнің жоғарғы шегін жиі қабылдайды. Келтірілген қателікті әдетте пайызбен көрсетеді.

қандай да бір әсерлі көлемнің қалыпты мағынасынан немесе мағынаның қалыпты сала шегінен шығуынан ауытқуы салдарынан негізгі қателікке қосымша пайда болатын өлшем құралдарының құрамдас қателігі болып табылады.

Өлшем құралдарының статистикалық қателігі – физикалық көлемді өлшеу кезінде тұрақты ретінде қолданылатын өлшем құралдарының қателігі.

Өлшем құралдарының динамикалық қателігі – физикалық көлемді өлшеу үдерісінде өзгеріп тұратындарды өлшеу кезінде пайда болатын өлшем құралдарының қателігі.

Өлшем құралдарының дәлдік класы

Өлшем құралдарының дәлділік сипаттамалары өлшем қателігіне әсер ететін өлшем құралдарының метрологиялық сипаттамалар жиынтығын көрсетеді. Дәлдік сипаттамаларына өлшем құралдарының қателігі, тұрақсыздық, сезгіштік шегі, нөлдің дрейфі және басқалар жатады.

«Өлшем бірлігін қамтамасыз ететін мемлекеттік жүйе. Өлшем құралдарының қалыпты метрологиялық сипаттамалары» 8.009

Стандарттың түбегейлі ерекшелігі МС ҰЭҚ қажетті жағдайда өлшем құралының бір ғана данасының емес, өлшем құралының осы түрінің барлық жиынтығының ерекшеліктерін көрсетуі тиістігі болып табылады. МС ҰЭҚ нормалау кезінде ескі МС-ты қолданудан айырмашылығы жаңа құжаттарды қолдану өлшемнің теориясы мен тәжірибесінің маңызды міндеттерін шешуге септігін тигізеді, мысалы, берілген ҰЭҚ қателіктерін алуды және ҰЭҚ жалпы қателіктерінің азайтуды, яғни ҰЭҚ ұтымды жобаларының міндеттерін шешуге көшуді қамтамасыз ететін ұқсас өлшеу өңдегіштерінің жиынтығын таңдау міндетін шешеді.

8.508 — 84 МС-на және басқа стандарттарға сәйкес ұқсас өлшем құралдары үшін мынадай метрологиялық сипаттамалар қалыпқа келтіріледі:

Негізгі қателік.

Өлшем құралдарының ерекшеліктерін көрсетеді және егер қосымша қателіктер аз болса, пайдаланудың қалыпты және жұмыс жағдайларын қалпына келтіреді. Дербес құрылғы ретінде қолданылатын ұқсас өлшем құралдары үшін, егер әсер етуші фактордың мағыналары барлық жұмыс саласының өлшем құралдарының қателігі негізгі қателіктердің жартысынан азын құрайтын болса, әсер етуші факторлар мағынасының көрсетілген саласына арналған тек негізгі қателік қалыпқа келтірілуі мүмкін. Егер өлшем құралдарының қателігінің ең үлкен өзгерісі әсер етуші факторлардың барлық жұмыс саласында негізгі қателіктің 20 %-н көбін құрайтын болса, басқа өлшем құралдарымен ақпараттық байланысқа арналған ұқсас өлшем құралдары үшін негізгі қателік пайдаланудың қалыпты жағдайлар үшін қалыпқа келтіріледі. Былайша айтқанда, негізгі қателік өлшем құралдарын қолданудың жұмыс шарттары үшін нормаланады, олар стандарттарда немесе нақты өлшем құралдарының техникалық шарттарында көрсетілген. Жалпы жағдайда негізгі қателіктер сипаттамалары осы типтің өлшем құралының барлық ерекшеліктерін көрсетуі тиіс. Өлшем құралдары қателігі үлгісінің соңына түссе, нақты өлшем құралдарының әрбіреуі үшін оны анықтауға болады.

Негізгі қат елік үлгісі ретінде Δ ос

(t) түр үлгісін қабылдауға болады.

мұнда Δ ос ,с

ос

Жалпы жағдайда бұл стационарлық емес, ол жай өзгереді,

тәжірибеде Δ осс

(t) көлемін тұрақты немесе заңды түрде өзгеруші деп санайды. Өйткені

онда        — өлшем құралдарының жоғары жиілікті және төмен жиілікті құрамдас қателіктері сай. Үдерістің көрші мағыналары

Кейбір жағдайларда өлшем құралдарын қолдануға автокорреляциялық функцияларды білу талап етіледі (8.508 — 84 МемСт). Корреляцияланбаған құрамдастар Δ (t

тапсырмасымен нормаланады. Осы типтің өлшем құралдарының кездейсоқ құрамдас қателігі сипаттамасының шашылымын ескермейді, ал жоғарыдан бағаны алу үшін мүмкін болатын мағынаның шегін қалпына келтіреді

СКО, яғни        өлшем құралдарының

жүйелік қателігінің осы түрінің шашылуы жоғары, сондықтан стандарттарда  математикалық күту мағынасы        және осы қателіктің орташа квадраттық ауытқу σ[Δ с

] қалыпқа келтіріледі.Қателіктердің мағынасы ҰЭҚ шкаласының бойында өзгеруі мүмкін, сондықтан нүктелер санын анықтау міндеті пайда болады,  онда өлшем құралының белгілі қателігімен олардың мағыналарын бағалау үшін өлшем құралдарының қателігін табу қажет. 8.508 — 84 МемСт–та ҰЭҚ көрсеткіштердің мәнді вариациясының диапазон өзгерісі 0, 25, 50, 75, 100 % тән болса, нүктелерді  5, 25, 50, 75, 95 %  тән ретінде таңдайды, вариация болмайды.

Қосымша қателік.

Қосымша қателік сыртқы факторлар мен дабылдың ақпараттық емес параметрлері өзгерістерінің ҰЭҚ жұмысына әсер етуін көрсетеді. Сыртқы факторлардың мүмкін болатын мағыналарының, ҰЭҚ жұмысына әсер ететін барлық диапазоны шартты аймақтарға бөлінеді, олардың біреуін ҰЭҚ қалыпты жұмыс жағдайы ретінде қабылдайды (МемСт 12997 — 76, 22261 — 76

и 23222 — 78).

Осы аймаққа әр фактордың тиісті шектерге ауытқуы кезінде осы фактордың өлшем бірлігінің алдын ала анықталған санына А£ қосымша қателік Δ д (х, ξ) немесе метрологиялық сипаттамалардың (мысалы, жиілік сипаттамасы) өзгеруі туралы ескертіледі. Егер барлық жұмыс саласында әсер етуші факторлар мағынасының өзгеру қателігі үлкен болмаса, әсер етуші факторлар мағынасы көрсетілген сала үшін тек негізгі қателік қалпына келтіріле алады. Әсер етуші факторлар мағынасының жұмыс саласы МемСт 12997 — 76 и 22261 — 76 немесе өлшем құралының нақты түрінің техникалық шарттарында көрсетілген. Қателік Δ д

дх (х, ξ) қандай да бір әсер етуші фактор ξ- арқылы өзгеретін, мүмкін болатын үлкен мағынаны диапазондағы өлшенетін көлемнің мүмкін болатын мағыналарда қателіктің максималды мағынасын есептеу жолымен анықтайды.

Динамикалық қателік . ҰЭҚ динамикалық қателіктер олардың сипаттамаларының ерекшелерден (идеальный) айырмашылығынан пайда болады, сондықтан қателіктерді есептеу кезінде, ҰЭҚ идеалды сипаттамасы белгілі деп санаймыз. Бұл жағдайда динамикалық қателік болмайды. Динамикалық қателіктердің мағынасы кіріс дабылы мен әсер етуші факторлардың ерекшеліктеріне байланысты болады. Динамикалық қателіктерді анықтау үшін кіріс және шығыс дабылдарының арасындағы байланысты сипаттайтын, уақыт бойынша өзгеріп тұратын ҰЭҚ динамикалық сипаттамаларының бірін білу қажет. Бұндай сипаттамаларға толық және толық емес ҰЭҚ динамикалық сипаттамалары жатады.

Толық динамикалық сипаттама құрылғының шығыс дабылының немесе өңдеушінің уақыт бойынша ақпараттық немесе ақпараттық емес параметрлердің кіріс дабылының немесе әсер етуші көлемнің кез келген өзгеруі кезіндегі өзгерісін анықтайды. Бұндай сипаттамаларға мыналар жатады:

(1)

(t), y (і)

ҰЭҚ параметрі немесе динамикалық сипаттаманың толық функционалы. Мысалы, электрондық- сәулелі осциллограф (ЭСО) ауыстыратын сипаттаманың параметрлеріне өсу уақыты, шығарылу, ұшының әркелкілігі, көрсетуші құрылғылардың көрсеткіштерін орнату уақыты, өлшеуші түрлендіргіш арқылы өткізілген жиілік жолақтары, және тағы басқа сипаттамалар жатады, оларды білу талап етілген дәлдікпен өлшеуді орындауға септігін тигізеді. ҰЭҚ және ұқсас өлшеу түрлендіргіштердің анықталған тобының динамикалық сипаттамаларының нақты жиынтығын таңдау 8.256 — 77 МемСт, сонымен қатар нақты ҰЭҚ техникалық шарттарында көрсетілген. Мысалы стандарттарға сәйкес қалыпты жағдайда көрсетуші құрылғылар үшін көрсетуді орнатудың уақытын қалыпқа келтіру қажет. Құрылғылардың динамикалық ерекшеліктері туралы басқа да мәліметтерді көрсетуге рұқсат етілген, мысалы, көлемнің тыныштандыру дәрежесін, ауыспалы үдеріс сипатын және т.б.

Бақылау сұрақтары

ЭЛЕКТРМЕХАНИКАЛЫҚ ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ МЕХАНИЗМДЕРІ МЕН ӨЛШЕУ ТІЗБЕКТЕРІ

Өлшеу механизмінің (ӨМ) өлшенетін электр көлеміне байланысты мехникалық күштердің әсер ететін жылжымалы бөлігі бар. Өлшеу механизмінің әрекет ету қағидасы электрмагниттік энергияның механикалық, қабылданған механизмнің жылжымалы бөлігіне түрленуіне негізделген. Механизмнің жылжымалы бөлігіне әсер ететін осы күштердің механикалық күштері және айналдыру кезеңі

айн тоқпен, кернеуден, магниттелген немесе электрмен заряд алған денелерден құрылған магниттік және электр өрісінің өзара әрекет ету нәтижесінде пайда болады.

(оларда айналу кезеңі тұрақты магнит пен контурдың (жиектеменің) магниттік өрісінің тоқпен өзара әрекет ету жолымен жасалады,; жиектеме де магнит те жылжымалы бөлік бола алады)

Ферродинамикалық        ( механизмдерде        айналу        кезеңі электрмагниттен, және тоқтың жылжымалы контурынан жасалған магниттік өрістің өзара әрекеті нәтижесінде пайда болады);

Электрдинамикалық (механизмдерде айналу кезеңі екі контурдың (жиектеменің) тоқпен әрекеті жолымен жасалады, оның бірі жылжымалы);

электрмагниттік (ондағы айналу кезеңі магниттік өрістің жылжымайтын шарғысының механизмнің жылжымалы бөлігі болып табылатын ферромагниттік денесіне әсер ету арқасында жасалады);

электрстатистикалық (механизмдерде айналу кезеңі екі немесе бірнеше заряд алған денелердің өзара әрекеті жолымен пайда болады, оның бірі механизмнің жылжымайтын бөлігі болып табылады);

индукциялық        ( онда        механизмнің        жылжымалы        бөлігі        болып табылатын дикте тоқтарды индукциялайтын ауыспалы магниттік өрісті жасайтын ауыспалы тоғы бар жылжымайтын контурлар қолданылады). Өлшеу механизмінің жұмысы үшін өлшенетін көлемнің әр мағынасына және айналу кезеңіне жылжымалы бөлік бұрылысының

бір бұрышы сәйкес келуі қажет.

3.1-сурет. Қарсы әрекет ететін кезең жасау тәсілдері:

а

б

в

Ол үшін өлшеу механизмінде айналмалы кезеңге қарама-қарсы және ауытқу бұрышының функциясы болып табылатын

қарсы әрекет етуші кезең М пр

жасау қарастырылған .

Қарсы әрекет ететін кезеңдер әдетте бұрамалы серіппенің (3.1- сурет, а), кергі (3.1-сурет, б) немесе аспалардың (3.1-сурет, в) көмегімен механикалық күштер арқылы жасалады. Серіппелердің, кергілердің немесе аспалардың бұралуымен жасалған қарсы әрекет ететін кезең М қар

бұрылыстың жылжымалы бөлігінің бұралу бұрышына шамалас:

пр = Wa,

онда

-сурет. Өлшеу механизмедірінің санау құрылғысы: а

б

а        б

одан бейнеленіп,

және

айналар арқылы

шкалаға түседі. Шкалада шам жіптері ортасында қара сызығы бар дөңгелек жарық дағы түріндегі бейне шығады. Бірнеше рет қайталанған кескін айнаның шкалаға дейінгі арақашықтығын ұзартуға және шкала бойынша жарық дағының анағұрлым көп жылжуына септігін тигізеді. Механизмнің жылжымалы бөлігі серпінді элементпен біріктірілген масса, яғни, тербелмелі жүйе болып табылады.

қарастырылған. Өлшеу механизмдерінде әуе және магниттік индукциялық тыныштандырушылар қолданылады.

Әуе тыныштандырушылары әдетте қанатты(3.4-сурет, а) және поршенді (3.4-сурет, б) тыныштандырушылар түрінде орындалады . Әуе тыныштандырушылары аллюминий пластинка 2, камерада жылжып отырады3 және аяқтарға орнатылған1, жылжымалы бөліктің осінде. Қанат пен камера арасындағы саңылаулар аз (0,3-0,5 мм), сондықтан   жылжымалы   бөліктің  камерасындағы  ауа        қарсылығы

и

и

және

а

б

в

пен тоқтардың өзара әрекеттесу өрісіні күшімен жасалады, олар алюминий пластинкада

индукцияланады, тұрақты магнит

саңылауында жылжиды .

Жылжымалы катушкасы (жиектемесі) бар магниттік электрлік өлшеу механизмі 3.5-суретте көрсетілген. Ондағы жылжымалы бөлік жиектеме 9, ол кернге бекітілген және

(рамка);

-сурет. Жылжымалы магнитті магниттік электрлік өлшеу механизмі:1 — магнит; 2 — ось; 3 — катушкалар; 4 — қарыс әрекет ететін серіппе; 5 — цилиндр (тыныштандырушы)

магнит өткізгіштен 10 жасалған,  полюстік ұштығы 7 және жұмсақ құрыштан жасалған білігі 8 бар. Магниттік өріс тұрақты магниттен 2 жасалады. Магниттік өріс күш сызықтары полюстік ұштық пен білікке тұйықталып әуе саңылауына 6 радиалды бағытта өтеді, осылайша        саңылауда        тең        мөлшерлі радиалды бағытталған өріс жасайды.

Өлшенетін тоқ жиектемеге 9 серіппелі тоқжолы арқылы 3, ол бір уақытта қарсы әрекет етуші кезең жасау үшін қызмет етеді. Жиектеменің осіне шкаланың үстінде жылжып тұратын нұсқар 1 бекітілген. Жылжымалы бөліктерді теңдестіру үшін жүктер 5 қызмет етеді. Нөлдік жағдайға келтірілген нұсқарды орнатуға арналған 4 цифрімен түзеткіш белгіленген. Сонымен қатар жылжымалы магниті бар магниттік электрлік өлшеу механизмдері таратылды (3.6-сурет).

Магнит

оське

бекітілген. Катушка

бойынша өтетін тоқ магниттік өріс жасайды және жылжымалы магнит осы магниттік өрістің өн бойына орнауға ұмтылады. Қарсы әрекет ететін кезең серіппемен

жасалады. Құралдағы тыныштану жылжымайтын мыс (тыныштандырушы) 5 көмегімен болады, онда магниттің қозғалуы кезінде магнит өрісімен өзара әрекет етуші тоқтар индукцияланады. Магниттік электрлік өлшеу механизмінің әрекеті қағидасын 3.7- суретте ұсынылған сызбалар түсіндіреді. Күш сызықтары жиектеменің 1 жұмыстағы бұрылыс кезінде тік жақтарға перпендикуляр болғандықтан, Био-Савар заңының негізінде саңылаудағы өрістің теңмөлшерлігін ескере отырып, былай жазуға болады

онда В — саңылаудағы индукция; І — жиектемедегі тоқ күші; w — жиектеменің айналымдар саны;

a а

б

айн

la.

Серіппемен жасалған қарсы әрекет етуші кезең

пр

= Wa, онда W — серіппенің серпілмелі қасиеттерімен анықталған салыстырмалы қарсы әрекет ететін кезең; a

Орнатылған ауытқу айналу мен қарсы әрекет етудің теңесу кезеңінде болады:

айн =

a =

1.

Магниттік электрлік өлшеу механизмінің тоқ сезімталдығы тұрақты (тоққа да, ауытқу тоғына да тәуелді емес) көлем болып табылатындықтан, ауытқу бұрышы a

өлшенетін тоққа

сызықты байланыста және магниттік электрлік өлшеу механизмінің шкаласы тең мөлшерлі.

Тоқ І бағытының, күш бағытының Ғ (3.7-суретке қарыңыз) және айналу кезеңінің өзгеруі кезінде олар кері қарай өзгереді, сондықтан магниттік электрлік механизм тұрақты тоқты өлшеу үшін ғана жарамды. Ортаңғыны немесе әрекет етуші тұрақты тоқ мағынасын өлшеу үшін магнтиттік электрлік механизмді түзетуші құрылғыны үйлестіруімен қолдануға болады. Магниттік электрлік өлшеу механизміндегі тыныштандыру магниттік индуктивтік түрге жатады. Осы мақсат үшін арнайы  құрылғы талап етілмейді, өйткені тұрақты магнит өрісіндегі жиектеменің қозғалысы кезінде жиектеменің айналымдарында, сонымен қатар оның металл қаңқасында тоқтар индукцияланады, олардың өзара әрекеттесу нәтижесінде магнит өрісімен тыныштандырушы кезең жасалады.

Магниттік электрлік өлшеу механизмінің мынадай қасиеттері бар:

Ферродинамикалық өлшеу механизмдерінің құрылғысы 3.8-суретте көрсетілген. Бұл механизм магниттіку электрлік өлшеу механизмінен ерекше, ондағы магнит ағымы тұрақты магнитпен емес, электр магнитімен жасалады. Бұғаудан 1 және біліктен  5  құрылатын электрлік магниттің магниттік тізбесі гистерезис пен құйын  тоқтардағы аз шығыны бар жұмсақ табақты құрыштан немесе сығымдалған ферромагниттік ұнтақтан орындалған. Бұғауға киілген катушкадағы тоқ әуе саңылауында бір мөлшерлі радиалды өріске әкеледі, онда жылжымалы катушка (жиектеме) 3 орналасқан.

-сурет. Ферродинамикалық өлшеу механизмі:1 — бұғау; 2 — катушкалар; 3 — жылжымалы

катушка (жиектеме); 4 — тоқ өткізгіштер (серіппелер); 5 — білік Қарсы әрекет етуші кезең жиектемеге тоқ өткізуге бір уақытта қызмет ететін серіппемен 4 жасалады.

Ферродинамикалық        өлшеу механизмі ауыспалы тоқты өлшеуге қолданылады.

Тоқтың жиектемедегі және ағымдағы шапшаң мағынасы кезінде айналмалы шапшағң мағына үшін өрнекті мына мағынада жазуға болады

онда

t и і p

Пайымдайтын болсақ

t =

max

sіnωt, B max

p = /

Механизмнің жылжымалы бөлігі өзінің инерциялығынан айналмалы кезеңнің шапшаң өзгеруінің артынан ілесе алмайды және оның ауытқуы кезеі Т бойы айналмалы кезеңнің орташа мағынасына тепе-тең болады:

Әрекет етуші мағына көше отырып, мынаны аламыз

Серіппемен жасалған қарсы әрекет етуші кезең

орт.айн

пр

= Wa,

онда W — серіппенің қарсы әрекет етуші салыстырмалы кезеңі; a — жылжымалы бөліктің ауытқу бұрышы.

а

Орнатылған ауытқудың айналмалы және қарсы әрекет етуші кезеңнің теңесуі кезінде орны болады.

BswІ p

cosψ = Wa,

одан

Өйткені индукция саңылауда жылжымайтын катушкада тоққа, яғни B = k

бұнда тоқ күші жылжымайтын катушкаларда; І р

Өлшеу механизмі катушкаларының міндетіне байланысты қозу 2 мен жиектеме 1 өзара ретімен (3.9-сурет, а), параллель (3.9-сурет, б) қосылысуы немесе өлшеу тізбегінің әртүрлі учаскелеріне қосылуы мүмкін (мысалы, ваттметр жағдайында). Егер қозу катушкалары өлшеу тізбектеріне байланысты қуат алса және оған тек өлшеу механизмінің жиектемесі (3,9-сурет, в) қосылса, онда формула (3.4) әділ. Бұл жағдайда (a = f(І p

а

суретке қараңыз)=

p

Катушкаларды параллель біріктіру кезінде (3.9, б суретке қараңыз) катушкадағы тоқтар өлшенетін тоққа тепе-тең !/!

= k

!, онда

k

, k

, k

Электрдинамикалық өлшеу механизмдері екі катушка бойынша тиісінше жүретін екі тоқ өрісінің өзара әрекетіне негізделген:

жылжымайтын 2 және жылжымалы

(3.10-сурет). Жылжымайтын катушканы екі бөлімнен орындайды,

олардың        арасынан        өтпелі        ось        1 жүреді, оған жылжымалы катушка бекітілген. Қарсы әрекет етуші кезең серіппемен жасалады, ол сонымен қатар жылжымалы катушкаға тоқ өткізу үшін қызмет етеді.

Әдетте        электрдинамикалық        механизмдерінде        әуе тыныштандырушылары қолданылады, өйткені магниттік индукциялық тыныштандырушыларды қолдану кезінде катушкалардың салыстырмалы әлсіз өрісі магнит тыныштандырушысының өріс таратуымен бұрмалануы мүмкін (3.10-сурет). 4 цифрімен тыныштандырушы камерасы, ал 5 цифрімен оның қанаты белгіленген. Бұл механизмде жылжымалы катушка теңмөлшерлі емес өрісте орналасқан, сондықтан жылжымалы катушкаға әсер ететін айналмалы кезең катушкалардың өзара орналасуына байланысты. Бұл жағдайда айналмалы кезеңнің өрнегін жалпы түрде кез келген электрмеханикалық құрылғының жылжымалы кезеңі электрмагниттік энергия құрылғысы үлкен болу үшін орналастыруға ұмтытылуынан алуға болады. Сонымен бірге айналмалы кезең электрмагниттік энергияның А е а жылжымалы бөлігінің бұрыштық жылжуы кезіндегі өзгеру жылдамдығымен анықталады:

Тоғы бар екі катушкадан тұратын электрмагниттік механизм

мен / 2;

мына түрде ұсынылуы мүмкін

онда L

мен

Өйткені L

мен L

катушкаларының индуктивтігі бұрылыс кезінде жиектемелері өзгермейді , олардың туындылары бұрыш бойынша а

нөлге тең. Онда

Сондықтан айналмалы кезең І

мен І

тоқтарына ғана байланысты емес, сонымен қатар катушкалардың өзара орналасуына, яғни жылжымалы катушкалардың ауытқу бұрышына байланысты.

мен І

тоқтары бағыттарының бір уақытта өзгеруі кезінде айналмалы кезең бағыты өзгермейді, сондықтан электрдинамикалық өлшеу механизмі тұрақты тоқта да ауыспалы тоқта да қолданыла алады. Бірақ ауыспалы тоқтағы өлшеу кезінде кейінгі өрнек І

мен І

тоқтарынының шапшаң мағынасы үшін ғана әділ болады.

Ферродинамикалық құрылғылар үшін келтірілген пікірлерді басшылыққа ала отырып, айналмалы кезеңнің мағынасы уақытына орташаны аламыз (ол жылжымалы бөліктің ауытқу бұрышын анықтайды):

онда у —/

мен /

. арасындағы фаза бойынша жылжу Серіппелермен жасалған қарсы әрекет етуші кезең мынадай болады:

қар

= Wa ,

онда W — серіппенің салыстырмалы қарсы әрекет етуші кезеңі.

Орнатылған ауытқу теңестіру кезінде болады М айн

қар

Немесе

одан

Егер жылжымайтын және жылжымалы катушкалар ретімен немесе параллель, ондаонда / — тоқтың өлшеу мағынасы; k

, k^

Электрдинамикалық өлшеу механизмі шкаласының квадраттық сипаты бар. Бірақ катушкалардың дұрыс геометриялық өлшемдерін таңдау және олардың бастапқы өзара орналасуы кезінде айналмалы кезең іс жүзінде шкаланың маңызды учаскесіндегі бұрылыс бұрышына байланысты болмайтындай ауытқу бұрышына тәуелділігіне қол жеткізуге болады. Катушкаларды өлшеу тізбегінің әртүрлі учаскелеріне қосу кезінде өлшеу механизмінің шкаласы іс жүзінде тең мөлшерлі сипат алады.

Электрмагниттік өлшеу механизмдерінің кеңінен таралған түрлерінің әрекет ету және құрылыс қағидасы 3.11-суретте (тегіс катушкамен) және 3.12-суретте (дөңгелек катушкамен) көрсетілген. Тегіс катушкасы бар механизмде өлшетін тоқ (3.1-сурет), жылжымайтын катушка 1 бойынша ағып, оған магниттік өріс тесігін жасайды, соның әсерімен 4 оське бірқилы отырғызылған ферромагниттік білік 2 осы магниттік өрісті күшейту үшін орналасуға ұмтылады. Басқаша айтқанда, білік 2 катушканың тесігіне тартылады. Осте біліктің бірқилы бекітілуінің арқасында катушканың тесігіне тартыла отырып, нұсқар бекітілген оске бұрылады. Қарсы әрекет ететін кезең серіппемен 3 жасалады. Өлшенетін тоқ арқылы жасалған жылжымайтын катушка 3 бойынша жүретін өрістегі дөңгелек катушкасы бар механизмде ( 3.12-сурет) екі ферромагниттік білік орналасады.

1 — жылжымайтын катушка; 2 — фер- ромагниттік білік; 3 — қарсы әрекет етуші серіппе; 4 — ось

1 — ось; 2 — — қарсы әрекет етуші серіппе; 3 — жылжымайтын катушка; 4

Білік 4 катушканың ішінде жылжымайтындай бекітілген, ал жылжитын білік 5 осьпен 1 бекітілген. Екі білік те катушканың өрісі әсерімен магниттеледі, нәтижесінде жылжымалы білік 5 жылжымайтын біліктен алыстайды, осылайша ось 1 нұсқармен және тыныштандырушы қанатымен бірге бұрылады. Қарсы әрекет етуші кезең серіппемен 2 жасалады. Бұл механизмдерде әуе тыныштандырушысы жиі қолданылады, өйткені магниттік индукциялық тыныштандырушыны пайдалану кезінде катушканың әлсіз меншікті өрісіне қатысты магниттің тарату өрісімен бұрмалану болуы мүмкін. Білікті жылжыту кезінде катушканың магниттік өрісінің күш сызықтарының конфигурациясы өзгереді, сондықтан айналмалы кезең катушкаға (тегіс катушканы пайдалану кезінде) немесе жылжымайтын білікке (дөңгелек катушканы қолдану кезінде) қатысты жылжымалы біліктің орналасуына байланысты. Айналмалы кезеңге өлшеу механизмінің жылжымалы бөлігінің ауытқу бұрышы әсер етеді. Ауытқу бұрышының катушка бойынша жүретін өлшенетін тоққа І байланыстылығын алу үшін айналмалы кезең үшін жалпы өрнекті пайдаланамыз:

Бұнда   тоғы   бар бір  катушканың        электромагниттік энергиясын

е

мынадай формуламен көрсетуге болады:бұнда L — катушка индуктивтігі Онда

(3.7) Тоқ бағытының керіге ауысуы кезінде білік қайта магниттеледі және катушканың тесігіне тартылады, яғни, айналмалы кезеңнің бағыты өзгеріссіз сақталады. Электрмагниттік өлшеу механизмдері тұрақты тоқта да ауыпалы тоқта да қолданылады. Ауыспалы тоқтағы өлшеу кезінде (3.7) тек айналмалы кезеңнің шапшаң мағынасы мен тоқ үшін әділ болады. Ауытқу бұрышы орташа ретінде айналмалы кезең мағынасы кезеңінде Т анықталады:

бұнда І

тоқ мағынасының әрекет етуші квадраты,

Серіппемен жасалған қарсы әрекет етуші кезең,

қар = Wa,

бұнда W — салыстырмалы қарсы әрекет етуші кезең.

Жылжымалы бөліктің орнатылған ауытқуы айналмалы және қарсы әрекет етуші кезеңдердің теңесуі кезінде пайда болады.одан

Сондықтан электрмагниттік өлшеу механизмінің шкаласының сипаты теңмөлшерлі емес. Білік формасының таңдау жолымен аз тоқ кезінде осы көбейткіш айналмалы кезеңді ұлғайтуы, ал көп тоқ кезінде азайтуы үшін dL/da өзгертуге болады. Сонда оның маңызды учаскесінде теңмөлшерліге жақын шкала алуға болады.Бірақ шкаланың басында бөлу әдетте сығылған.

Электрмагниттік өлшеу механизмдері мынадай қасиеттермен сипатталады:

Электрстатикалық механизмдер екі немесе бірнеше зарядты денелердің өзара іс-қимылына негізделген. Осы денелердің бірі қозғалмалы орындайды және оның орнын ауыстыру зарядталған денеден пайда болған, электр өрісі энергиясының өзгерісін туындатады.

Зарядталған денелердің осындай жүйесіндегі электр өрісінің энергиясы келесі теңдеумен белгіленеді:мұндағы С — зарядталған денелер жүйесінің сыйымдылығы; U — денелерге қосылатын кернеу (бұл жағдайда өлшенетін) Қарсы іс-әрекет ететін сәтте аспа немесе иірілмелі серіппе көмегімен жасалады. Бағындырғыштар ретінде жеңіл, сондай-ақ магнитиндукциялық бағындырғыштарды да қолданады.

Айналдыру кезін келесідей формуламен өрнектеуге болады:

Өрнек тұрақты, сондай-ақ ауыспалы кернеу үшін де әділ, әрі м U — өлшенетін ауыспалы кернеудің қолданыстағы мәні. Қарсы әрекет ету кезі

пр

= Wa, мұндағы W — салыстырмалы қарсы әрекет ететін кезі Белгіленген ауытқу a екі кездің теңелуі кезінде орын алады:

Электрстатикалық өлшеу механизмдер тұрақты, сонымен бірге ауыспалы кернеуді өлшеу үшін де қолданылуы мүмкін. Ауыспалы тоқта бұл механизмдер қолданыстағы кернеу мәнін көрсетеді. Шкала сипаты, осы өрнектен көргеніміздей (3.8), ауытқымалы болып табылады. Өлшенетін кернеудің ауытқу  бұрышының квадраттық тәуелділігін едәуір дәрежеде тиісті тең пластина пішінін таңдауына жақындатуға болады.

Электрстатикалық өлшеу механизмдерінің келесідей қасиеттері болады:

Ауытқу бұрышының шарғыдағы тоққа тәуелдігіне 3.14-суретте бейнеленген өлшеу механизмінің мысалын келтіруге болады.

1        2 5 3        4

3.14-сурет. Индукциялық механизм құрылғысының қағидаты: а

б

Ауыспалы ағындар мен тоқтың өзара іс-қимылының

тоқ арасындағы фаза бойынша жылжуы 3.15-суретте осы ағындармен дискіде индукцияланатын Ф

және

ағындарының және тоқтарының векторлық диаграммасы келтірілген.

тоғымен түзілетін Ф

ағыны Е д1

фазасы бойынша сәйкес келетін, дискіде І д1

тоғын түзетін, дискідегі  Е д1

электр қозғаушы күшін индукциялайды. /

тоғымен түзілетін Ф

ағыны міндетті түрде Ф

ағынына қатысты фаза бойынша жылжуы қажет.

тоқ тізбегіне R белсенді кедергісі, ал /

тоқ тізбегіне – L индуктивтілігінің қосылуына байланысты, ол Ф

ағыны дискіде І д2 .

тоғын түзетін І д2 электр қозғаушы күшін индукциялайды. Дискідегі екі ағын және тоқтардың екі жүйесі төрт F күшін түзуі қажет болатын, алайда Ф х

, ағынының І д1

тоғымен өзара іс- қимылы,        Ф

ағынының І д2 тоқтарымен өзара іс-қимылы сияқты, (3.9) формулаға сәйкес, күш түзбейді, себебі олардың арасындағы фаза бойынша жылжуы 90° және cos у = 0 тең болады.

Демек, айналдыру кезін түзетін екі күш қалады:

себебі

онда

Осы өрнектерден көріп отырғанымыздай, дискіде әрекет  ететін  М вр1

және М вр2 кездерінің әртүрлі белгілері болады. Алайда, әртүрлі нақты белгілердің арқасында екі кезде де оны бір жағына айналдыра отырып дискіге әрекет жасайтын болады. М вр1

және М вр2 кездеріндегі әртүрлі белгілер тек бір тоқ контурының онымен бірге өзара әрекет ететін өріс бойынша тартылатыны, ал екінші контур онымен бірге өзара әрекет ететін өрістен итеріп шығаратыны жайлы куәландырады.

д1

тоқ контуры Ф

,ағына тартылды делік, сонда  М вр айналдыру кезі дискіні сілтегішпен 3.14, б суретте көрсетілген бағытта айналдыратын болады. Сонда 1 д2

тоқ контуры сол бағытта айналдыру кезін түзетін Ф

ағынынан итеріп шығарылатын болады. Осылайша, дискіде әрекет ететін жиынтық кезін мынадай формуламен өрнектеуге болады .

және Ф

ағындары синусоидалық

(3.10)Егер  Ф

өзгеретін болса, онда дискіде осы ағындармен индукцияланатын ЭДС қолданыстағы мәні келесідей формулалар бойынша анықталады:

1тах

Егер дискідегі тоқ кедергісін тек белсенді деп қабыдлдасақ, оны онда былай жазуға болады

Онда        (3.10) өрнегі оған

д1

және 1 д2 және тұрақты коэффициенттері үшін өрнектерді алмастырып қойғаннан кейін, мына түрде болады .

Егер Ф

және Ф

ағындары олардың тоғына тепе-тең түзілетін  болса, онда

вр = kfІ

Логометрдің өлшеу механизмдері, егер ондағы қарсы әрекет ететін кезде механикалық (серіппемен немесе кергімен) емес, айналдыру кезі сияқты жолмен жасалатын болса ғана кез келген бұрын сипатталған өлшеу механизмдеріне қызмет ете алады. Осылайша, логометрде бір- біріне қарсы бағытталған, екі бірдей түзілетін моменттің орны болуы қажет. Логометрлерді өлшеу механизмдері құрастырылымдылық қатынаста екі қозғалмалы (немесе жылжымайтын) шарғының болуымен және серіппенің болмауымен сипатталады. Егер логометрді өлшеу механизміндегі шарғылар механизмнің қозғалмалы бөлігі болып табылса, онда тоқты шарғыға жеткізу жұқа (3-5 мкм) мұқият жасытылған күміс немес алтын ленталардан орындалған, «моментсіз» деп аталатын тоқжолдары арқылы жүзеге асырылады.

және М

арқылы логометрді өлшеу механизмінде түзілетін моменттерді белгілейік. Сонда жалпы жағдайда былай жазуға болады:

мұндағы

және 1

n =

1 немесе n =

2 өлшеу механизмі әрекетінің қағидатына байланысты; а — ауытқу бұрышы.

Себебі моменттер бір-біріне қарама- қарсы бағытталса, онда белгіленген ауытқу мынадай кезде басталадыМ

1 — ось

(3.11) шарты қозғалмалы бөлік қалпының екі моментпен әртүрлі байланысу талабын білдіреді.

және

екі кәсектен тұрады. Ауа саңылауындағы өріс бірдей болмайды, себебі өзегі және полюстік ұштары центрлестік емес.

Сондықтан

және

күштер, сондай-ақ осы күштермен түзілетін М

және

моменттер қозғалмалы бөліктің бұрылысы кезінде, бірдей өзгермейді. Кәсекте тоқ болмаған кезде, қозғалмалы бөлігі кез келген қалыпта бола алады, ал сілтегіш шкаланың кез келг бөлігінде болады.

Электр шамаларын электрге түрлендіруді әдетте жоғарғы кернеу, жоғарғы жиілік және т.б. тізбектегі кез келген тоқты өлшеу үшін қолданады. Түрлендіргіштер не болмаса өзіндік құрастырылымдар ретінде, не болмаса өлшеу механизмімен салыстырылып орындалуы мүмкін. Мұндай түрлендіргіштерді пайдалану аспаптардың пайдаланушылық сипаттарын кеңейтеді. Электр өлшеу техникасында пайдаланатын электр шамаларын электр түрлендіргіштерге: тұйықтағыштар, қосымша резисторлар, қосымша конденсаторлар, кернеу бөлгіштері (резистордағы және сыйымдылықтық), өлшеуші, айырушы және үйлестіруші трансформаторлар, түзеткіштер жатады. Түрлендіргіштерді қарастыру кезінде түрлендіргіштердің бүтіндей аспаптың қасиетіне әсерін бағалауға көмектесе алатын параметрлеріне, әсіресе өлшеу нәтижесінің дәлдігіне және өлшеу диапазонына көңіл аударған жөн.

Тұйықтағыштар.

Оларды өлшеу механизмін тоқ бойынша өлшеу шектерін кеңейту үшін қолданады және өлшеу механизмі қатарлас қосылатын резистор құрайды. (3.17-сурет, а).

а

б, в

а

а

б

б

3.17-суретте белгіленгендерге сәйкес былай жазуға боладыМұндағы І p

ш

ш

р

Бұдан

мұндағы

Әдетте Л т

тұйықтағыш кедергісі

к ,

өлшеу механизмі кәсегінің кедергісіне қарағанда, едәуір аз, сондықтан

өлшенетін тоқтың көп бөлігі тұйықтағыш арқылы өтеді :

р

р

т

т мәні, яғни өлшенетін тоқтың атаулы мәні кезінде тұйықтағыштағы кернеудің азаюы стандартталған болып табылады және 45, 75, 100 немесе 150 мВ құрайды.Кернеудің азаюы және өлшенетін тоқтың атаулы мәні үнемі тұйықтағышта көрсетіледі.

өздері онымен градусталатын өлшеу механизмдері үшін ғана жарамды. Бұл жағдайда тұйықтағышты берілген кернеудің азаюына дәл шақтау талап етілмейді.

Калибрленген тұйықтағыштар жоғарғы дәлдікпен берілген кернеудің азаюына шақталады және атаулы ауытқу кезінде осындай кернеу азаюы болатын, кез келген өлшеу механизмімен жұмыс үшін жарамды.

Әр тұйықтағыш екі қысқыш жұбымен жабдықталады (3.17, а

суретін қараңыз ).

Қысқыштардың бірінші жұбы (а — а) өлшенетін тоқ тізбегіне тұйықтағышты қосу үшін қызмет етеді және

(б— б)

Тұйықтағыштар өлшеудің аз шектеріне қарағанда әдетте аспаптың корпусының ішінде монтаждалады, ал үлкен тоқтарға – өлшеу механизмінен жеке, мысалы 500 А арналған тұйықтағыш (3.18-сурет). Тұйықтағыштың кедергісі

манганин сымынан, қызыл мыстан шығатын ұштарына

күміс дәнекерден жапсырылған лентадан немесе пластинадан орындалады. Ішкі тұйықтағыш аспап корпусының ішіндегі қысқыштармен бірге қалыпқа бекітіледі. Жеке тұйықтағыш өлшеу механизміне калибрлеу сымдарымен қосылады. Бұл сымдар

әлеуетті қысқыштарға  қосылады. Тұйықтағышты өлшеу механизміне кездейсоқ сымдармен қосу кәсек тізбегі кедергісінің өзгеруіне әкеліп соғуы мүмкін. Сәйкесінше, тұйықтағыш пен кәсек арасындағы өлшенетін тоқты қайта бөлу аспаптың қателігін ұлғайтуы мүмкін. Тұйықтағышты өлшенетін тізбекке қосу

саңылау арқылы өтетін бұрандаманың көмегімен жекелеген тұйықтағыштарда жүргізіледі. Тасымалды (зертханалық) аспаптар көп шекті калибрленген тұйықтағышпен жиі жабдықталады. Осындай тұйықтағыш сызбасының үлгісі 3.19-суретте ұсынылған. Өлшеу шегін ауыстыру тиісті ұяға орналасатын штепсельмен жүзеге асыралады. Іс жүзінде тұйықтағыштың көмегімен өлшеу шектерін кеңейту тек тұрақты тоқ кезінде ғана мүмкін, себебі ауыспалы тоқта тұйықтағыш пен өлшеу мехнизмі арасындағы өлшенетін тоқты қайта бөлу оның тұрақты тоққа кедерегілерімен ғана емес, сонымен бірге жиілікке қатысты реактивті (индуктивті) кедергілермен де белгіленетін болады.

а

жүктемесіне қатарлас; б — көп шекті вольтметр үшін

Қосымша резисторлар.

Барлық өлшеу механизмдері (электрстатикалықтан басқасы) өзінің әрекет ету қағидаты бойынша кәсектегі не болмаса шарғыдағы І тоқтың (немесе токтардың) а ауытқу бұрышына тәуелдігімен сипатталады, яғни барлық механизмдер, мәні бойынша, амперметрлер деп аталады. Алайда, өлшеу механизмдерінің кез келгенін кернеуін өлшеу қажет болатын сол тізбек учаскесіне оны қатарласа қосып,

кернеуін өлшеу үшін  де  пайдалануға  болады. 3.20, а

суретте қосымша резисторды Л н

н

арқылы, ал өлшенетін кернеудің атаулы мәнін и н

арқылы белгілесе, онда вольметрдің барлық тізбегінің кедегісі былай болады:

p

кәсегінің кедергісі, әдетте қажетті R v

мәніне қарағанда, едәуір аз болады. Осының салдарынан R p кезекпен бірге мангинин сымымен оралған осындай R^ мәнінің қосымша кедергісі қосылады, онда мына теңдеу куәландырылады (3.12):

бұдан

Көбінесе қосымша резисторлар аспап корпусының ішіне орналасады. Көп шекті қосымша резисторлар кейде аспаптан жеке де, яғни меншікті корпусымен шығарылады.

-сурет.        Қосымша        конденсаторды        қосу сызбасы

Қосымша конденсаторлар.

Бұларды ауыспалы тоққа арналған элетрстатикалық өлшеу механизмінің өлшем шегін кеңейту үшін қолданады (3.21-сурет).

Егер өлшеу механизмінің оқшаулау кедергісін r

және қосымша конденсатор г д

шек сіз тең деп қабылдасақ, онда сыйымдылықты С

өлшеу механизмінің қысқышындағы кернеу

мына түрде жазылады

мұндағы <а — өлшенетін кернеудің жиілігі; С д

и д

Осылайша

онда

д

және

-сурет. Кернеудің сыйымдылық бөлгішінің сызбасы

n = U x

n

аудару көбейткіші деп аталады. Мұндағы U n

Кернеудің сыйымдылықтық бөлгіштері.

Олар кезекпен қосылған конденсаторлар қатарынан және ауыспалы тоқтағы электрстатикалық өлшеу механизміндегі өлшем шектерін кеңейтуге, сонымен бірге жоғары жиіліктегі кернеуді өлшеуге арналған.

сонда

Өлшеуіш трансформаторлары, күштік сияқты бастапқы және қайталама екі орамамен бірге, табақша электртехникалық болаттан (немесе арнайы қорытпадан) шығатын тұйық өзекшені құрайды.

МЕМСТ сәйкес барлық тоқ трансформаторларына арналған қайталама тоқтың атаулы мәні 5 А тең, ал барлыұқ кернеу трансформаторларына арналған қайталама кернеудің атаулы мәні 100 В құрайды. Бұл ендеше тоқ өлшеуіш трансформаторлармен жұмыс істейтін амперметрлер тек 5А ғана орындалады. Алайда бұл амперметрлер К

бастапқы тізбекте өлшенетін тоқтың мәніне градустандыра алады.

Іном

1ном

2ном

= 1 000/5 = 200 тең болатын трансформацияның атаулы коэффициентті тоқ трансформаторы қолданылады және амперметрдің барлық цифрлық белгілері К

/ном = 200 5 А көбейтіледі, ал аспап шкаласына «Тоқ трансформаторымен — 1 000/5» белгілемесі қойылады. Трансформацияның атаулы коэффициентінің кернеуі өлшеу трансформаторы үшін ұқсас

Uном

1ном

2ном .

Тоқ өлшеуіш трансформаторларының құрастырылымы тым әртүрлі. Үлгі ретінде 3.25-суретте тоқ трансформаторы құрылғысының сызбасы көрсетілген. Бұл трансформатор бірінші орамамен

трансформаторының құрылғысы

қысқышы және 15 А және   50А белгіленген қысқыштар) және қайталама орамамен (И

және И

Басқа үлгі тоқты тізбекті үзусіз өлшеуге                мүмкіндік                                        беретін, жалғағыш                білікпен                        бірге                тоқ трансформаторы болып табылады. Трансформатордың                бастапқы орамасы        өлшенетін                тоқ                өтетін сымның өзін болып табылады. Амперметр                (5        A                                арналған) трансформатордың                                        корпусына орнатылған.                        Трансформатордың қайталама орамасы бөлімделген, бұл бірнеше өлшеу шектерінің болуына мүмкіндік береді.Мұндай трансфоопатордың транс қателік

Кернеуді өлшеу трансформаторларындағы қайталама тоқ әдетте, 20-30 мА аспайтын, тоқ тұтынысының вольтметрімен (немесе ватметрдің, есептегіштің және т.б. қатарлас орамаларымен) анықталады. Осыған байланысты, кернеу трансформаторы бос жүріс режиміне жақын жағдайда жұмыс істейді. Қайталама орамаға қосылатын аспаптар қуатының (вольт-амперде) рұқсат етілген мәні үнемі трансформатор қалқаншасында белгіленеді. Сондықтан, бірнеше аспапты кернеу трансформаторына қосар алдында, қатарлас қосылған аспаптар қуаты барын тексеру қажет.

Осы трансформаторға арналған рұқсат етілген қуатқа қарағанда, артық.

деп формулада өлшенетін кернеуді айтады; R

Айырушы трансформаторларды ауыспалы тоқтың қуат көзінен шығатын тоқтың кемуін аспаптың өлшеу тізбегінің элементтері арқылы жою үшін қолданады.

Осы тоқ кемулері өлшенетін тоқпен салыстырмалы көрсетілуі мүмкін. Сондықтан өлшеуіш тізбегін мұндай жағдайларда қуат көзінен шығатын өлшеуіш тізбегін оқшаулайтын, айырушы трансформатор арқылы қуат көзіне қосады. Әсіресе, айырушы трансформаторларды аспапты күш желісінен қуаттау кезінде қолдану қажет, себебі мұндай желілер, әдеттегідей немесе жерсіндірілген, немесе жерге қатысты нашар оқшауланған болады. Ауыспалы тоқты өлшеу кезінде тек жерге арналған нашар оқшауланған тоқтың кемуін ғана емес, өлшеу тізбегінің жекелеген элементтері мен бүтіндей аспап арасындағы сыйымдылықтық байланысы арқылы өтетін тоқтың кемуін ескеру қажет. Әсіресе, мұндай сыйымдылық бөлетін трансформаторлар орамасы арасында болады. Орамалар арасындағы гальвандық және сыйымдылық байланыстар аз болу үшін, айырушы трансформаторлардағы орамалар бір-бірінен мұқият оқшауланады және металл экранмен бөлінеді. Айырушы трансформаторлардың трансформация коэффициенті көбінесе бірлікке тең. Тек осындай трансформатор үйлестіруші трансформатордың функциясын орындаған жағдайда ғана, оның трансформация коэффициенті бірліктен үздік таңдалады.

Үйлестіруші трансформаторлар аспаптың бір тармағынан басқасына қуатты аз шығынмен беруді, яғни пайдалы әрекеттің аз ғана коэффициентімен қамтамасыз етеді. Электртехниканың теориялық негіздерінде күшпен алынатын ең үлкен қуаттың күш кедергісі мен қуат көздерінің ішкі кедергісі тең болған кезде, орын алатыны дәлелденген. Күрделі құрылымдық, яғни өлшенетін шама мен есептік құрылғы арасындағы әртүрлі түрлендіргіштердің үлкен санды аспаптарда, бұл ережені кез келген екі көрші түрлендіргіштер арасындағы байланысқа қолданады, себебі аспаптың эквивалентті сызбасы үнемі бір түрлендіргіш қуат көзін, ал одан кейінгі түрлендіргіш –күшті бейнелетіндей бейнемен бейнелеуге болады. Алайда, жекелеген түрлендіргіштердің параметрлерін олардың кедергілері бірдей болатындай етіп таңдау әрі есептеу мүмкін бола бермейді. Мұндай жағдайларда да үйлестіруші трансформаторларды қолданады. Егер де, мысалы, қуатты беру төменгі омдыққа жоғарғы омдық түрлендіргіштен түсетін болса, онда олардың арасындағы кедергі бойынша бастапқы орамасы жоғарғы омдық түрлендіргішпен, ал қайталама орамасы (орамдардың аз санымен) – төменгі омдық түрлендіргішпен үйлестіретін түсіруші трансформаторды қосу керек. Үйлестіруші трансформаторларды пайдалану кезінде қуаттың кемуін әдетте, тек трансформатордың өзінің пайдалы әрекеті коэффициентімен анықтайды. Үйлестіруші ретінде қолданылатын шағын трансформаторлардың әдетте, пайдалы әрекетінің коэффициенті

70-75 %. шегінде болады. Алайда, үйлестіруші трансформаторсыз қуаттың кемуі тым көп болар еді.

Бақылау сұрақтары

4-т а р а у

Кез келген электр шамасының түрін өлшеу дәлдікті талап етеді әрі әртүрлі әдістермен жүзеге асырылуы мүмкін. Электрлік өлшеу тәжірибесінде негізінен екі әдісті: тікелей бағалау әдісін және тепе-тең әрі әркелкі  режимде  салыстыру  әдісін қолданады.

Тікелей бағалау әдісі шкаласы өлшенетін шама бірліктерімен градусталған аспап көрсеткіші бойынша өлшеу нәтижесін  тікелей алуға мүмкіндік береді. Бұл ретте, стандартты өлшем өлшеу бірлігін заттық жаңғырту ретінде өлшеудің өзіне тікелей қатыспайды. Алайда, тікелей бағалау әдісі бойынша жұмыс істейтін аспаптарды градустау кезінде, стандартты өлшемдерді пайдаланды. Осылайша, тікелей бағалау әдісі стандартты өлшемдерді тек жанама пайдалануды ғана топшылайды, сондықтан осы әдістерге қатысты өлшеу дәлдігі зор болмайды.

Салыстыру әдісі өлшеу процесінде өлшенетін шама стандартты өлшеммен, немесе сол физикалық шамамен, немесе басқа шама өлшемімен жанама салыстырылуымен тұжырымдалады. Көбінесе өлшенетін шама мен өлшем арасындағы немесе өлшенетін шама мен өлшеммен туындайтын нәтиже арасындағы айырмашылығы нөлге теңелетін,

деп атайды. Нөлдік әдістің бір үлгідегі мысалы салмақты таразыда өлшеу болып табылады. Электр өлшеміндегі нөлдік әдіс үлгісі тепе-теңдік туралы нақты бір тізбек бөлігінде тоқтың немесе кернеудің болмауы бойынша жорамалдаудағы тепе-тең төсемелі және өтелмелі әдістер болып табылады. Себебі тоқтың немесе кернеудің болмауы өте сезімтал нөлдік аспаптардың көмегімен үлкен дәлдікпен белгіленуі мүмкін, ондағы салыстыру әдісі тепе-тең режимде тікелей бағалау әдісіне қарағанда, өлшеудің едәуір артық дәлдігін қамтамасыз етеді.

Әркелкі режимде салыстыру әдісі тікелей бағалау әдісімен өлшенетін шама мен көрінеу белгілі шама (өлшем) арасындағы айырмашылықты өлшеу нәтижесін алуға саяды.

Егер бұл айырмашылық өлшенетін шамаға қарағанда неғұрлым аз болса, онда өлшеу нәтижесі шаманы тікелей өлшеу дәлдігіне қарағанда артық дәлдікпен алынуы мүмкін. Айталық, егер өлшенетін шама X (А

а

өлшеудегі қателік

өлшеудің 10 есе аз қателігін туындатады. Осылайша, әркелкі режимдегі өлшеу дәлдігін салыстыру әдісіне қатысты, тікелей бағалау және нөлдік әдіс арасындағы аралықтық қалпын алады. Әркелкі режимдегі салыстыру әдісін

Кез келген электрлік ИП өлшенетін шаманың өлшемдік құрылғысы көрсеткішінде біртіндеп түрлендіру өтетін түрлендіргіштер тізбектері ретінде қарастырылуы мүмкін.

деп біртұтас бүтіндікке құрастырылып біріктірілгенінен немесе бірнеше жекелеген блоктар түрінде орындалуынан тыс, осы түрлендіргіштердің бүкіл жиынтығын түсіну қажет. Қазіргі кездегі электрлік ИП құрылымдық сызбалары өте алуан түрлі және кейде күрделі болып табылады. Оларды екі белгілері бойынша бөлуге болады: Электрлік шаманы өлшеуге арналған электрлік аспаптардың құрылымдық сызбалары. Электрлік шаманы өлшеуге арналған электрлік аспаптың қарапайым құрылымдық сызбасы 4.1, а суретте бейнеленген сызба болып табылады. Бұл аспап тек өлшеу механизмінің (ӨМ) өлшемдік құрылығысы көрсеткішіндегі Х э

э функциясы болып табылатын а бұрылу бұрышы көбінесе қозғалмалы бөліктің осіне бекітілген және шкала үстіне орналастырылған сілтегіш қалпы бойынша есептеледі. Өлшеу механизмінің шкаласы әдетте өлшенетін электрлік шама бірліктерімен тікелей градустандырылады.

Алайда, көптеген жағдайларда өлшеу механизмінің мүмкіндігі өлшеудің барлық талаптарын, мысалы талап етілетін қуаттың өлшеу шегіне, персоналды жоғарғы кернеу тізбегінен қорғауға және т.б. қатыстыларын қанағаттандыра алмайды. Бұл жағдайда өлшенетін электрлік шама

э

алдын ала П ээ

түрлендіргішінде (4.1, б

суретті қараңыз) өлшеу механизмінің параметрлеріне сәйкес келетін,

э

электр шамасына түрленуге ұшырайды.

Электрлік шаманы осылай электрлікке түрлендірушілерге өлшеу трансформаторлары, тұйықтағыштар, кернеу бөлгішері және ауыспалы тоқты тұрақтыға түрлендіретін қосымша резисторлар жатады (3- тарауды қараңыз). Құрылымдық сызба аспаптары (4.1, а, б

Әркелі режимдегі салыстыру әдісі бойынша жұмыс істейтін аспаптың құрылымдық сызбасы 4.1, в

э

всп

көмекші қуат көзінен алынатын арқылы бірыңғай

эк

тұрақты мәнінің Х э

эк

шамасы     өлшенетін      Х э

шамасын толық компенсацияламаса, онда ДХ э

э

э . к айырмасы Г,тікелей бағалаудан ИП түседі және осы аспап бойынша есеп ДХэ функциясы болады. Тікелей бағалауды өлшеуіш аспап оны күрделі құрылымдық аспаптардың шығуында пайдаланатын жағдайды бұдан әрі

Егер аспап тепе-тең режимде салыстыру әдісі бойынша, яғни  нөлдік әдіс бойынша жұмыс істейтін болса, онда оның құрылымдық сызбасын 4.1, г суретіне сәйкес бейнелеуге болады. Бұл жағдайда

эк

шамасы

б        в

өлшенетін шамаға Х э теңелген сәтке дейін өзгереді, бұл туралы тоқтың және нөлдік нұсқағыштың НН көрсеткішінің болмауы куәландыратын болады.

Егер тепе-теңдік жоқ болса, онда ΔХ э =

э

э . к айырмасы нөлдік нұсқағыш көрсеткіші бойынша табылатын болады. Сонда өлшеу тізбегінің сол немесе өзге параметрлерін өзгертуді тепе-теңдік басталғанға шейін, яғни Х э

э . к

. тең болғаннан кейін жүргізеді.

Өлшенетін        шаманың        бірліктерімен        градусталатын        өлшемдік құрылғы бұл аспаптарда параметрі тепе-тең болғанға дейін реттелетін, өлшеу тізбегінің сол бөлігі болып табылады. Бұл сызбадағы теңдестіру қолмен и көм

д

суретте көрсетілген сызба бойынша жұмыс істейтін аспапта теңдестіру автоматты түрде жүргізіледі. Теңдестіру болмаған кезде туындайтын ΔХ э

э

э . к , сигналдарының айырмасы, оның шығуына өлшеу тізбегінің бөлігі болып табылатын, потенциометрдің қозғалтқышымен механикалық байланысты, кепілді қозғалтқыш КҚ қосылған, Ус күшейткішке түседі. Қозғалтқыш потенциометр қозғалтқышын теңелу басталғанға дейінгі, яғни Х э

э . к

. тең бағытта ауыстырады. Бұл ретте, ΔХ э

нөлге тең болады және  кепілді қозғалтқыш тоқтайды.

Бір мезгілде кепілді қозғалтқыш сілтегішті шкала бойынша ауыстырады. Осылайша, өлшенетін шаманың әр мәні потенциометр қозғалтқыш пен шкаладағы сілтегіштің нақты қалпына сәйкес келеді. Салыстыру аспаптарының негізгі өлшеу тізбектері өтелмелі және төселмелі тізбектер болып табылады. Бейэлектрлік шамаларды өлшеуге арналған электрлік аспаптардың құрылымдық сызбалары. Бұл сызбалар бұрын қарастырылған сызбаларға ұқсас, олар тек өлшенетін бейэлектрлік шаманы электрлікке түрлендіргіштің болуымен ерекшеленеді.

4.1, б суретте бейнеленген құрылымдық сызба бейэлектрлік шаманы өлшеу кезінде 4.2-суретте ұсынылған сызбаға айналады, ондағы Г өлшеуіш П ээ

в

суреттегі сызба 4.2, б суреттегі сызбаға, ал 4.1, г суреттегі сызба 4.2, в

суреттегі сызбаға айналады.

, f  параметрлеріне  түрлендіретін, әртүрлі бейэлектрлік шамаларды өлшеуге арналған аспаптарда кең қолданады. Тұрақты тоқта жұмыс ісейтін қарапайым көпірлік сызба үлгісіне арналған көпірлік сызбалардың негізгі қасиеттерін қарастырайық. (4.3- сурет).

өлшенетін кедергі

x )

болып табылады Көпірдің ab

диагоналына кедергісі R r

тең Г(гальванометр) өлшеуіші қосылады.

кернеуімен қуат көзі екінші диагоналға, яғни с

және d

нөлге теңелуі тепе-теңдік болып табылады.

бұдан өлшенетін кедергі шығады

x

Көпірлік сызбалар әркелкі режимде де, сондай-ақ тепе-тең режимде де жұмыс істейді.

Әркелкі р

x ,

өзгерген кезде кедергінің бастапқы мәні кезіне   R

х0

теңеледі, яғни

x

x0

кезінде көпір тепе-теңдіктен шығады да өлшеуіште

тоғы пайда болады. Өлшеуіш шкаласы тікелей

x

бірліктерімен градусталады. Бұл ретте

ток тек көпір иінінің кедергісінің қатынасына ғана емес, оның қуаттау кернеуінің

немесе

тоқтың мәндеріне де байланысты, сондықтан

x кез келген мәні кезінде теңеледі. Қазіргі кезде теңелу процесі теңсіздіктің туындауын бақылайтын құрылғымен жүзеге асырылатын автоматты көпірлерді кең қолданады.

Көбінесе ауыспалы тоқтағы көпірлік тізбектерді қолданады.

a        a

а

4.3, б суретте ауыспалы тоқтың көпірлік тізбегі ұсынылған, мұндағы а—d

a—b

Көпірдің барлық төрт иінінде белсенді де, сондай-ақ реактивті де кедергі болды делік. Бұл жағдайда көпірдің теңелу шарты мынадай теңдікпен берілетін болады

мұндағы Z

және Z

Тікелей бағалау, абсалюттік әдісі бойынша немесе өлшеудің салыстырмалы қателікпен жұмыс істейтін ИП дәлдігін бағалау мүмкін емес. Мысалы, 100 бөліктік шкаламен бірге 100 А амперметрдегі тірек осіндегі үйкелістің салдарынан қателік бір бөлікке, яғни 1А туындады делік. Себебі үйкелістің қателігі кездейсоқ қателіктерге жатады және оны шамасы мен белгісі қозғалмалы бөліктің ауытқуына байланысты болмайды, сонда осы аспаппен 90 А тең тоқты өлшеу кезінде өлшеудің салыстырмалы қателігі, %, мынаны құрайды.

Егер осы аспаппен 20 А тең тоқты өлшесе, онда салыстырмалы қателік , %, мынаны құрайды.

Осылайша, осы аспапқа арналған өлшеудің салыстырмалы қателігі қозғалмалы бөліктің ауытқуына байланысты әртүрлі мәні болуы мүмкін. Осыған байланысты, аспаптың сапасын (дәлдігін) Х а аспабының өлшеу шегіне АХ аспаптың абсалюттік қателігіне қатынасы деп түсінілетін

келтірілген қателік у п

деп аталатынмен бағалайды:

Қарастырылған үлгіде аспаптың келтірілген қателігі 100 А  құрайды, %,

Осыдан тікелей бағалаудың кез келген аспабы соңғы үшінші (төртіншісі болса, тіпті жақсы) шкаланың көрсеткішін есептеу кезінде ғана пайдалану туралы маңызды қорытынды жасау қажет. Сонымен, шкаланың басындағы жұмыс жағдайында тіпті  ең  жақсы аспаптың салыстырмалы өлшеу қателігі жоғары болуы мүмкін. Аспаптың сапасын бағалау, оны әртүрлі жағдайларда пайдалану көзқарасынан алғанда аспаптың қателігі бұдан әрі қарастырылатын екі санатқа бөлінеді. Аспапты әзірлеудегі және құрастырылымының жетілдірілмеуімен белгіленген негізгі қателік аспапты градустау кезінде орын алған, яғни қалыпты жұмыс жағдайы деп аталатын кезде келтірілген қателік ретінде айқындалады. Қалыпты жұмыс жағдайы деп әдетте, қоршаған ортаның 20°С температурасын (немесе аспап шкаласында көрсетілген температура); 50 Гц жиілігін (немесе аспап шкаласында белгіленген жиілік); шкалада нақты белгімен белгіленген аспаптың қалыпты жағдайын; сыртқы магниттік және электрлік өрістердің және т.б. болмауын айтады. Аспаптың негізгі қателігінің жиынын құрайтын қателіктер, өзіндік табиғаты бойынша кездейсоқ болып табылады. Басты негізгі қателікті құрайтындарға үйкелістен болатын қателік жатады. Рұқсат етілген негізгі (келтірілген) қателіктеріне байланысты, аспаптар келесідей сыныптарға бөлінеді: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Әр аспап сыныбы шамасы сынып нөміріне тең болатын, рұқсат етілген мейлінше жоғарғы негізгі қателікті сипаттайды. Аспап сыныбы шкала шеңберінде тиісті цифрмен белгіленеді  (2.4-бөлімшені қараңыз).

Қалыпты жағдайдан жаңылумен туындағын қосымша қателіктер, яғни аспаптарды градустау кезінде орын алған жағдайға, сондай-ақ құрастырылымды жетілдіру және аспаптарды орындау параметрлеріне байланысты болады.

Қосымша қателіктер өз табиғаты бойынша, әдеттегідей, жүйелі болып табылады. Олар да стандартпен нормаланады. Айталық, рұқсат етілген қосымша қателік (келтірілген) әр 10°С қоршаған орта температурасының тербелісінен сынып нөмірінің шамасы бойынша аспауы қажет.

Сыртқы магнит өрісінің әсері келесідей бейнемен нормаланады: 400 А/м қуаттың сыртқы өрісінің әрекеті қорғану санатына байланысты, яғни сыртқы өріс әсерінен қорғанудың құрастырылымдық өлшемдерінен ±(0,5-5,0) % аспайтын аспап көрсеткішінің өзгеруін туындатпауы қажет. ± 10 % от 50 Гц жиілік тербелісінен немесе шкалада көрсетілген жиіліктен шығатын қосымша қателік тиісті сынып нөмірі шамасынан аспауы қажет.

Тепе-тең режимде (нөлдік аспаптар) салыстыру әдісі бойынша жұмыс істейтін ИП дәлдігі туралы мәселені қарастырайық.

тепе-теңдікті реттеудің бірқалыптылығымен, яғни есептеу дәлдігімен (есептелетін белгілер санымен) анықталады.

Жұмыс тоғының дәлдігін белгілеу жұмыс тізбегі мен гальванометрдің сезгіштігі арасындағы қалыпты элемент қателігімен, кедергіні шақтау қателігімен айқындалады. Егер қалыпты элементті 1 мкА аспайтын тоқтан асырмаса және бөлмелік температура кезінде сақтаса, онда олармен дамытылатын ЭҚК қателігі ± 0,01 % аспайтын болады. Гальванометрдің сезгіштігі жоғары болған сайын, ол тепе-теңдіктің болмауын тез табатын болады және Е х өлшеу дәл жүзеге асатын болады. Гальванометрдің сезгіштігі 0,01 % артық қателікті туындатпауы қажет. Бұл үшін ең төмен ауытқу кезінде гальванометрдегі кернеудің көзбен байқауға болатын кемуі өлшенетін кернеуге қарағанда төрт есе (10 000 есе) аз болуы қажет.

Өтемдік әдіспен әртүрлі шаманы өлшеу дәлдігін ±(0,02-0,05) % аспайтын қателікпен сипаттауға болады. Көпірлі тізбекті тепе-тең режимде пайдаланатын аспаптар қалған үш көпір иінінің кедергісін шақтау дәлдігімен, нөлдік сілтегіш сезгіштігімен және есептеу дәлдігімен айқындалатын R x өлшеу қателігімен сипатталады. Өтемдік тізбектерге сәйкес, бұрын келтірілген пікірлерді қайталай отырып, тепе-тең көпірмен өлшеу қателігі ± (0,01- 0,02) % дейін төмендеуі мүмкін деген қорытындыға келуге болады.

Әркелкі режимде жұмыс істейтін көпірлі тізбекті пайдалану кезінде,

x өлшеу қателігі негізінде өлшеуіш қателігімен айқындалады. Бұл жағдай іс жүзінде (0,2-0,5)% қарағанда аз қателіктегі әркелкі көпір дәлдігін шектейді. Алайда, кейбір жағдайларда әркелкі режимдегі көпірлі тізбектерді пайдалану бейэлектрлік шаманы электрлікке түрлендіргіштердің қосымша қателігін азайтуға мүмкіндік береді. Осындай жағдайларда салыстыру аспаптарын әркелік режимде қолдану тікелей бағалау аспабын пайдалануға қарағанда, неғұрлым  пайдалырақ.

Бақылау сұрақтары

5-т а р а у

Кез келген ӨҚ оны пайдалану кезінде өлшеу нысанының параметрлері мен жұмыс тәртібін өзгертпеуге тиіс. Бұл кез келген ӨҚ ұсынылатын негізгі талап, сондықтан, амперметрдің кедергісі мүмкіндігінше аз болуы тиіс, өйткені тізбектегі тоқ амперметрді қосқанша (5.1-сурет, а).

ал қосқаннан кейін

онда U — кернеу тізбегі; R — тізбектер кедергісі; R

Тек R

<< R кезінде І х

x

болады.

Вольтметрде, керісінше, мүмкіндігінше үлкен кедергі болуы тиіс. Шынында, кернеудің R кедергіге түсуін кедергі R

арқылы вольметр көмегімен өлшеу қажет пайымдаймыз. ( 5.1-сурет, б). Вольметрді қосқанша кедергінің R-ге түсуі

онда І — тізбектегі тоқ; U — тоқ көзінің кернеуі; R

Вольметрді қосқаннан кейін мынаны аламыз

Егер R

>> R, онда U. =

x .

Сонымен қатар өлшеу механизмі амперметр мен вольметр ретінде пайдаланылуы мүмкін. Өлшеу механизмінің жылжымалы бөлігінің ауытқуы өлшеу механизмі арқылы өтетін тоқтың тікелей функциясы болып табылады: а = f(І

Өлшеу механизмін қосу кезіндегі тоқ вольметр ретінде

онда U x

Егер R

= const, онда

Осылайша, амперметр мен вольметр арасында түбегейлі немесе құрылымдық айырмашылық жоқ. Олардың айырмашылығы олардың кедергісіне қойылатын талаптардан тұрады, ол өлшеу механизмінің параметрлерінде және құрылғының өлшеу тізбектерінің құрылымында.

(сөйлемнің жалғасы?)

Көп жағдайларда тұрақты тоқтар мен кернеулерді өлшеу магнитэлектрлік құрылдардың көмегімен жүзеге асырылады. Магнитэлектрлік амперметрлер тұйық пен милливольметрдің үйлесуі, ал вольтметрлер қосымша кедергісі бар миллиамперметр  болып табылады. Магнитэлектрлік құралдар тура бағалардың ең нақты құралдарына жатады. Олар 0,1; 0,2; 0,5 класты зертханалық құралдар ретінде, сонымен қатар 1,0 және 1,5 класты қалқанды құралдар ретінде шығарылады. Магнитэлектрлік зерханалық құралдар, ереже бойынша, жан-жақты және көп шекті болып шығарылады. 5.2-суретте өлшеу тізбегінің құрамдас вольтметр — амперметр сызбасы келтірілген. Құралды «+» және «І» қысқыштарға қосу кезінде ол 0,15; 0,3; 1,5; 3 А ішкі тұйықты амперметр ретінде жұмыс жасайды.

«+» және «О» қысқыштарына қосу кезінде құрал 3; 15; 30; 150 В қосымша кедергісі бар вольметр болып табылады. «+» и «45 мВ» қысқыштарына номиналды тоқ кезіндегі кедергінің 45 мВ түсуіне шамаланған жеке (сыртқы) тұйықтарды қосуға болады. «+» и «3 мА» (1 000 Ом) қысқыштарына номиналды тоқ вольметрі 3 мА шамаланған жеке (сыртқы) қосымша резисторларды қосуға болады. Өлшеу тізбектерінің қалған резисторлары құралдың температуралық қателігінің компенсациясы үшін қажет.

Электрмагниттік, электрдинамикалық, ферродинамикалық және электрстатистикалық өлшеу механизмдері ауыспалы тоқ пен кернеудің әрекет етуші мағыналарын өлшеуге қолданылатыны және осы механизмдермен тікелей өлшенетін тоқтар мен кернеулердің жоғарғы шектері көрсетілгендігі туралы бұрын атап айтылған. Атап айтылған тоқ бойынша өлшеу механизмдерінің өлшеу шектерін кеңейту тоқтың өлшеу трансфоматорлары көмегімен жүзеге асырылады, өйткені бұл механизмдер кедергісінің түсуі магнитэлектрлікке қарағанда бірнеше есе көп, сондықтан тұйықтар ауыр және қымбат болар еді. Кернеу бойынша өлшемнің шектерін кеңейтуге қосымша кедергілер көмегімен де, кернеудің өлшеу трансформаторларын пайдалану жолымен де қол жеткізуге болады. Кейінгісі, негізінде, құралдың жоғары кернеу торабынан айыру қажеттігі кезінде қолданылады.

а

Электрстатикалық өлшеу механизмдерінің өлшем шектерін кеңейту қосымша конденсаторлар көмегімен жүргізіледі. Электрмагниттік құралдар негізінен 1,5 класты қалқан құралдар ретінде, сонымен қатар 0,5 класты көп шекті зертханалық құралдар ретінде қолданылады. Электрдинамикалық амперметрлер мен вольтметрлер ауыспалы тоқтағы ең нақты құралдар болып табылады.

Олар тек 0,1; 0,2; 0,5 класты зертханалық құралдар ретінде шығарылады. Электрмагниттік, электрдинамикалық және ферродинамикалық құралдар әдетте не өндірістік жиілікті ауыспалы тоқта, не ауыспалы тоқта бөліктенеді (және тексеріледі). Жоғары жиілікте өлшеу кезінде бұл құралдарда маңызды қателік болады, ол негізінен катушкалардың индуктивтігіне септігін тигізеді. Көрсетілген құралдар жоғары жиіліктегі жұмыс үшін қолданыла алмайды. Тәжірибеде электрстатикалық вольметрлер кез келген жиілікте, аз жиілікті қоспағанда (30-40 Гц дейін) қолданылуы мүмкін, өйткені аз жиілікте өлшеу механизмінің және қосымша конденсатордың толық кедергісі Z сыйымдылық кедергісін тұйықтайтын айыру кедергісіне байланысты. Ауыспалы тоқтар мен кернеулердің әрекет етуші мағыналарын өлшеу үшін сонымен қатар термоэлектрлік құралдар пайланылуы мүмкін. Термоэлектрлік құралдар тізбектерінің сызбалары 5.3-суретте ұсынылған. Термоэлектрлік құралдар өлшенетін ауыспалы тоқ І өтетін сым (терморезистор) қызуын t өлшеуге қызмет ететін термбумен 1 үйлесетін магнитэлектрлік өлшеу механизм Г (5.3, а

Магнитэлектрлік өлшеу механизмінің а ауытқу бұрышы термоЭҚК тепе-тең:

онда

j

т

r

Ет — f

(t).

Температура t өлшеу тоғымен І бөлінетін, өз кезегінде тоқ квадратына тепе-тең болатын жылу функциясы болады:

t — f

сондықтан, a ауытқу бұрышы — f(І

), яғни ауыспалы тоқтың І әрекет етуші мағынасының функциясы болып табылады. Шкаланың сипаттамасы дәлме-дәл квадраттық болмайды, өйткені терморезистордың температурасы t сымның жылулық тепе-теңдігімен, яғни, көп факторға байланысты болатын шығарылатын жылу шығынымен анықталады. Егер өлшенетін тоқ аз болса, онда термоЭҚК мағынасы да аз болады. Бұл жағдайда бірнеше термобудан батареяны қолдануға болады(5.3-сурет, б). Бірақ термобу жұмыс шектерінің терморезистормен  тікелей байланысы мүмкін емес, өйткені термобулар қысқа тұйықталған болушы еді. Осыған байланысты термобудың жұмыс шегі әдетте шыны тамшылары терморезисторларынан оқшауланады. Терморезисторды қыздырғыш деп, ал қыздырғыштың термобумен үйлесуін-термотүрлендіргіш жиі атайды. Терморезистор (қыздырғыш) әдетте константаннан немесе платина мен родийдің қорытпасынан орындалады.        Термобу        ретінде        хромель-копель        термобуы        жиі қолданылады. Терморезисторлар индуктивтігі өте болмашы, сондықтан термоэлектрлік құралдар жоғары жиілікті тоқтарды өлшеу үшін негізгі қолданыс алды ( мегагерц — МГц).

Ауыспалы тоқтың орташа және амплитудалық мағыналарын өлшеу магнитэлектрлік өлшеу механизмінің жартылай өткізгішпен және вакуумды диодтармен, сонымен қатар вакуумды триодпен үйлесімін пайдалану жолымен жүзеге асырылуы мүмкін.

деп аталады. Олар ауыспалы тоқтың орташа мағынасын өлшейді. Вакуумды диодты мен триодты құралдар

шамдық болып табылады. Бірақ сол және басқа құралдар ауыспалы тоқтың әрекет етуші мағыналарында бөліктендіріледі, сондықтан түзеткіш құралдардың шкаласындағы цифрлық белгілер 1,11- ге (синусоид үшін қисық формасының коэффициенті) көбейтілген, ал шамдық құралдар шкаласында √

2-ге (синусоид үшін амплитуданың әрекет етуші мағынаға қатысы) бөлінген. Түзеткіш құралдар әдетте тұрақты және ауыспалы тоқтың жан-жақты көп шекті құралдары ретінде орындалады.

Сызбада тоқ аударғыш П х өлшеу механизмін түзеткішпен (ауыспалы тоқ) жұмысқа немесе түзеткішсіз (тұрақты тоқ) жұмысқа ауыстыруға қызмет етеді.

Тоқ аударғыш П

өлшеу шектерін тоқ бойынша да, кернеу бойынша да өзгертуге септігін тигізеді. Құралдың тоқ бойынша өлшеудің алты шегі (0,003; 0,015; 0,06; 0,3; 1,5; 6 А) және кернеу бойынша бірнеше шегі (6; 15;

60; 150; 300; 600 В) бар.

Түзеткіш құралдар ауыспалы тоқ пен кернеудің тек 3-5 мың Гц жиілігіне дейін өлшеу үшін пайдаланылуы мүмкін, өйткені ең жоғарғы жиілік кезінде олардың кері кедергісін тұйықтайтын түзеткіштің сыйымдылық кедергісінде көріне бастайды. Түзеткіш құралдар тек 1,5, класты құралдардың талаптарын қанағаттандырады. Олар магнитэлектрлік құралдар (3 мВт/В и 75 мВт/А) қанша қуат тұтынса, сонша қуат тұтынады.

Шағын тоқтар мен кернеулерді өлшеу қажеттігі электрлік өлшеу тәжірибесінде өте жиі кездеседі.Сонымен бірге екі жағдайды айыруға болады. Бірінші жағдайда тоқты немесе кернеуді сандық өлшеу қажет. Онда құрал шкаласы тоқ немесе кернеу бірлігінде тоқ немесе кернеуге айналатын сол электрлік емес көлемде бөліктендіріледі. Ұқсас құралдардың басты талабы – олардың дәлдігі. Екінші жағдайда құралдың міндетіне тек тізбектің сол немесе учаскесінде тоқтың болу (дәлірек – оның болмауы) фактісін анықтау енеді, оның нөлдік (тепе-теңдік) тәртіптемеде салыстыру әдісі бойынша өлшеу кезінде орны бар. Ұқсас құралдар

Оларға қойылатын басты талап жоғары сезімталдық болып табылады. Нөлдік көрсеткіштер дәлдігі іс жүзінде ешқандай рөл атқармайды. Сезімталдықтың жоғарылау шегі нөлдік көрсеткіштердің ауытқуын туғызатын кедергілермен қойылады. Бұл кедергілерге қуат көзі мен қондырғылардың жеке бөліктерін айырудың жетілмегендігімен шартталған тоқтың азаюы, механикалық сілкіністер, ЭҚК және өлшеу тізбектеріндегі катушкалар мен сымдарында ішкі магниттік өрістермен индукцияланатын тоқтар және т.б. жатады. Нөлдік көрсеткіштер ретінде тұрақты және ауыспалы тоқтың әртүрлі гальванометрлерін, сонымен қатар магнитэлектрлік өлшеу механизмі бар шамдық және фотоэлектрлік күшейткіштерді пайдаланады. Магнитэлектрлік        гальванометр        аспадағы        жылжымалы жиектеме(немесе магнит) бекітпесі және айналы есебі бар кәдімгі магнитэлектрлік     өлшеу                механизмі. Гальванометрдің жоғары сезімталдығына негізінен серіппенің қарсы әрекет етуші кезеңінің салыстыруы бойынша аспаның қарсы әрекет етуші кезеңінің күрт төмендеуі есебінен жетуге болады.

Бірақ сонша аз қарсы әрекет етуші кезеңде тыныштандырушы кезең үлкен рөл атқара бастайды. Егер жиектеме орамасын аллюминий қаңқаға ораса, әдетте бұл керндегі магнитэлектрлік құралдарында жасалады, онда жиектеме қозғалысы кезінде қаңқада индукцияланатын тоқтың өзара әрекетімен жасалған тыныштандыру кезеңі тұрақты магнит өрісімен айналмалы немесе қарсы әрекет етуші кезеңге қарағанда едәуір көп. Сондықтан гальванометрдің жиектемесін қаңқасыз орындайды. ІІІ қисық апериодты (қайта тыныштандырылған) деп аталатын қозғалысты көрсетеді, ол аз Л вн

Тоққа сезімтал гальванометрлерде әдетте айналымдардың мәнді санын таңдайды, ол жиектеме кедергісі мен тасқын іліністері у санының көбеюіне, демек,қауіпті кедергінің көбеюіне тікелей әкеледі. Кернеуге сезімтал гальванометрлерде жиектеменің аз кедергісі және аз қауіпті кедергісі бар.

Электрондық ұқсас вольтметрлер. Электрондық вольтметрлерде электрондық түрлендіргіш пен өлшеу механизмі құрастырмалы түрде біріктірілген. Электрондық түрлендіргіш шамдық және жартылай

өткізгіштік болуы мүмкін. Өлшеу механизмі әдетте магнитэлектрлік болып алынады.Электрондық ұқсас вольтметрлер кернеу мен жиілікті кең диапазонда өлшеуге септігін тигізеді. Тұрақты тоқтың электрондық вольметрлері 5.6-суретте ұсынылған сызбада орындалады. Өлшенетін кернеу

x резисторда көп шекті жоғары омды бөлгіш болып есептелетін енуші құрылғыға беріледі. Кернеу бөлгіштен тұрақты тоқ күшейткішіне және әрі қарай өлшеу механизміне түседі. Тұрақты тоқтың бөлгіші мен күшейткіші әлсізденеді немесе өлшеу механизмінің қалыпты жұмысына қажетті мағынаға дейін күшейеді. Бір уақытта күшейткіш құралдың енуші тізбегінің жоғары кедергісі мен өлшеу механизмі катушкасының төменгі кедергісінің келістірілуін қамтамасыз етеді. Электрондық вольтметрдің енуші кедергісі әдетте бірнеше ондық мега-омды құрайды. Бұл өлшеу нысанынан елеусіз қуат тұтынатын жоғары омды өлшеуге септігін тигізеді. Тұрақты тоқтың өлшеу кедергісінің диапазоны – ондық милливольттан бірнеше киловольтқа дейін. Аз кернеуді өлшеу үшін тұрақты тоқтан ауыспалыға түрленетін микровольтметрлерді пайдаланады. Бұндай құралдарда өлшеу дабылының күшеюі ауыспалы тоқта жүргізіледі, ол күшейту коэффициентінің үлкен мағынасына және сезімталдық шегін бірнеше микровольтқа дейін төмендетуге қол жеткізуге септігін тигізеді. Тұрақты тоқ электрондық микровольтметрінің жұмыс диапазоны 10 -8

бастап 1 В дейін.

Тұрақты тоқ электрондық микровольтметрі 5.7-суретте ұсынылған екі құрылымдық сызба бойынша орындалады. 5.7, а суретте сызбада өлшенетін ауыспалы кернеу детектор көмегімен тұрақтыға түрленеді, сосын тұрақты тоқ күшейткішпен күшейеді және өлшеу механизміне әсер етеді. 5.7, б суреттегі сызбада ауыспалы тоқта күшейту жүргізіледі (бұл үшін ауыспалы тоқтың күшейткіші қызметін атқарады), және тек содан кейін ғана алдын ала детектормен күшейтілген дабыл түзетіледі және өлшеу механизмінің нұсқары ауытқиды. 5.7-суреттегі сызбалар бірін-бірі толықтырады.олардың әрқайсысының өз артықшылықтары мен кемшіліктері бар. 5.7, а суреттегі сызба бойынша кең жилікті диапазоны бар вольметрлер құрылуы мүмкін (10 Гц-1 000 МГц), бірақ әдетте бірнеше ондық үлесті вольттан аз кернеуді өлшеуге қабілетсіз детектор тек едәуір үлкен кернеулерді түзетеді.

a б а) 1. Входное устройство -

Енуші құрылғы 2. Детектор- Детектор

3.Усилитель постоянного тока - Тұрақты тоқ күшейткіші 4. Измерительный механизм- Өлшеу механизмі

б) 1. Входное устройство -

Енуші құрылғы 2. Детектор- Детектор

3.Усилитель переменного тока - Ауыспалы тоқ күшейткіші 4. Измерительный механизм- Өлшеу механизмі

-сурет. Тұрақты тоқтың электрондық вольтметрінің құрылымдық сызбасы: а

б

5.7, б суреттегі сызба сезімтал вольметрлерді құруға септігін тигізеді, олардың төменгі өлшеу шегі тек микровольт бірліктерін құрайды. Бірақ бұл құралдардың диапазоны аз, өйткені ауыспалы тоғы күшейткішінің жиілік диапазонын едәуір үлкендету қиын.

>-о

Бұл тоқтың бағыты мен мағынасы өлшенетін кернеудің

x белгісі мен мағынасына байланысты. Осылайша, өлшеу механизмінің шкаласы тұрақты тоқ вольтында бөліктендіріледі. Электрондық вольтметрлердің бірқатар құнды сапалары бар. Олардың үлкен ену кедергісі бар, сондықтан өлшеу жүргізілетін тізбектен аз қуат тұтынады. Олардың жұмыс жиілігінің диапазоны нөлден 100 мегагерцке дейін созылуы мүмкін. Өлшенетін кернеу мағыналары бірнеше вольттан киловольтқа дейін интервалда жатады. Электрондық вольметрлердің жағымсыз сипаттамасына қуат көздің қажеттігі, электрондық элементтердің (резисторлардың, шамдардың, жартылай өткізгіш диодтардың және триодтардың және т.б.) тұрақтылығының жетіспеушілігімен шартталған жоғары емес дәлдік жатады.

Цифрлық өлшеу құралдары . Өлшеу үдерісінде үздіксіз өлшенетін көлемнің дискреттікке автоматты түрде түрленуін кейін цифрлық есептік құрылғыға өлшеу нәтижесін индикациялау немесе цифр басып шығарушы құрылғының көмегімен оның тіркелуін жүзеге асыратын құралдар

ЦӨҚ функционалды сызбасы 5.9-суретте ұсынылған. Ұқсас көлем алдымен ұқсас кіріс түрлендіру (ҰКТ) арқылы кейінгі түрленуге ыңғайлы түрге түрленеді, сосын ұқсас цифрлық түрлендірушінің (ҰЦТ) көмегімен оның дискреттеуі мен кодтауы жүргізіледі. Соңында цифрлық есептік құрылғы (ЦЕҚ) өлшенетін көлем туралы кодталған ақпаратты оператордың санауына ыңғайлы цифрлық есепке айналдырады. Кейінгі жылдары цифрлық құралдар, әсіресе зертханалық вольтметрлер, амперметрлер, омметрлер, жиілікметрлер және фазометрлер ретінде кең таралды. Ұқсас құралдармен салыстыру бойынша цифрлық құралдардың мынадай артықшылықтары бар: жоғары дәлдік, кең жұмыс диапазоны, жоғары тезәрекеттік, өлшем нәтижелерін оператордың санауына ыңғайлы формада алу, цифрлық түрлендіру және өлшеу ақпаратын ЭЕМ енгізу мүмкіндігі, жүйелік қателіктерді азайту үшін автоматты түрде түзетулер, автоматтық калибрлеуді, өлшеу үдерісін автоматтандыруды енгізу.

Цифрлық құралдардың кемшіліктері күрделілік, салыстырмалы жоғары құндылық және ұқсас құралдарға қарағанда дәйектілік болып табылады. Бірақ интегралдық сызбалар техникасының дамуы маңызды түрде көрсетілген кемшіліктерді жоюға септігін тигізеді. Кез келген цифрлық құралдың негізі ретінде ҰЦТ болады, ол  ақпаратты дискреттеуді, кванттауды және кодтауды жүзеге асырады.

Дискреттеу дегеніміз уақыттың анықталған дискреттік кезеңінде өлшенетін көлемнің есебін алу үдерісі. Үздіксіз көлем X(t) уақыттың t k

кейбір кезеңдерінен алынған есептеу реті X (t k

).Әдетте уақыт аралығы екі ретті есептеу At = t k +

t k арасында бірдей таңдалынады.бұндай жағдайда дискеттеу қадамы At тұрақты деп айтады.

n соңғы жинағымен ауысуы болып табылады. Осы мағыналардың әрбіреуі бір-бірінен кванттау интервалынан (қадам) қалып қойған, орнатылған кванттау деңгейінің біріне сәйкес келеді. Кейбір ережелерге сәйкес, көлемнің үздіксіз мағыналары, кванттау деңгейінің мағыналарымен ауысады. Мысалы, көлемнің үздіксіз мағыналарының орнына жақын деңгейлердің мағыналары қоса жазылады.

Кодтау дегеніміз көлемнің сандық мағынасын цифр немесе дабылдың белгілі ретімен, яғни кодпен ұсыну үдерісі. Цифрлық кодты цифрлық есептеу құрылғысына әсер ететін және ЦӨҚ көрсеткіштерін қалыптастырушы кернеуге түрлендіру үшін дешифратор деп аталатын құрылғы қолданылады. Дискреттеу және кванттау үдерістері ЦӨҚ қателіктерінің негізді көздері болып табылады.Үздіксіз көлемді уақыттың анықталған дискреттік кезеңдерінде саналған мағыналар қатарымен ауыстыру есептеу аралығындағы осы көлемнің беталысы туралы ақпаратты жоғалтуға әкеледі. Бірақ кванттау деңгейінің саны ЦӨҚ қателіктерінің себебі болып табылады.

Ұқсас-цифрлық түрлендіргіштер өлшеу түрлендіргіштері болып табылады, олардың мақсаты – өлшенетін ұқсас көлемнің цифрлық код түрі бар дискреттік көлемге автоматты түрде түрлену. Құрастыру әдісіне сәйкес, барлық ҰЦТ үш топқа бөлінеді:

At x

a

u h u h

Вход

а

Мысал ретінде уақыт-импульстік түрлендіргіші бар ҰЦТ қарастырамыз. Уақыт-импульстік әдісі негізіне өлшенетін көлемнің уақыт интервалына түрленуі жатады, ол кейін тұрақты жиілік импульстерімен (есеп импульстері) толтырылады. Осы әдісті қолданатын ұқсас-цифрлық түрлендіргіштер уақытша интервалды, кернеуді, жиілікті, фаза түрлілігін және басқа көлемдерді кодқа түрлендіру үшін қолданылады.

Уақыт-импульстік түрлендіргіші бар ҰЦТ қарапайым сызбасы 5.10, а суретте ұсынылған. Сызбаға екі түрлендіргіш енеді. Біріншісі кіріс көлемін X уақыт интервалына A t, екіншісі уақыт интервалын At импульстердің ретіне (цифрлық код)

түрлендіреді.

Егер бірінші түрлендіргіштің құрылымы кіріс көлемінің X түріне байланысты әртүрлі болса, онда «уақыттық интервал-код»  түрлендірушінің құрылымы ҰЦТ барлығы үшін бірдей (5.10-сурет, б)

Уақытша интервал A t x = t

екі қысқа импульстермен беріледі: тіректі u t

(уақыт кезеңінде t

) және интервалды u t2

(уақыт кезеңінде t

). Бұл импульстер ұзақтықпен At x = t

. тікбұрышты импульсті u t2 өндіретін қалыптастыру блогына ҚБ түседі. Көрсетілген тікбұрышты импульс уақытша селектордың УС 1 кірісіне беріледі. Уақытша селектор кірісіне 2 есептік импульстерінің генераторынан ЕИГ дәлме-дәл анықталған жиілікпен есептік импульсінің и ес реті үнемі түсіп тұрады. Есептік импульстер УС арқылы тек УС тікбұрышты импульспен u тік

ашық кезде ғана, яғни уақытша интервал At x

. бойы өте алады.

Есептік импульстердің ілесу кезеңі

сч

= 1/ f c ч

t x қарағанда аз таңдалатын болғандықтан, УС арқылы өткен есептік импульстер саны

мына формуламен өрнектеледі:

Сондықтан Δt = N/f сч . Осылайша әр уақыт интервалына ҰЦТ, яғни цифрлық кодқа шығу кезінде белгілі сандар импульстерінің реті ұйқастыққа келеді.

Цифрлық есептеу құрылғылары оператордың ондық цифрды есептеуге ыңғайлы кәдімгі түрдегі өлшеу нәтижелерін ұсынуға қызмет етеді. Цифрлық есептеу құрылғысында цифрлық инликаторлардың бірнеше түрлері қолданылады. Газоразрядты, жарықдиодты және сұйықкристалды индикаторлар кең таралған.

Газоразрядты индикаторларда араб  цифрлар  формасында орындалған сым катодтарының жинағы және жалпы торлы аноды бар. Катодтар бір пакетке жиналған және тереңдігі бойынша, неонмен толық емес баллонда бірінің-артынан бірі орналасқан. Егер кернеу анодқа және қандай да бір катодқа берілсе, онда олардың арасында жарқыраған сәйкес цифр түрінде жалынсыз разряд пайда болады. Газоразрядты индикаторлардың жұмыс кернеуі 170-200 В құрайды. Бұндай жоғары кернеудегі индикаторлар төмен вольтты интегралды микросызбалармен нашар бірігеді. Бұл олардың негізгі кемшілігі.

Жарықдиодты индикаторлар ды жартылай өткізгіш инжекционды жарық шығарушы диодтарда қолданады. Жарықдиодтары спектрдің көрінетін бөлігінде сәуле таратады. Сәуле түсі материалға байланысты және іс жүзінде кез келген- қызылдан жасылға дейін болуы мүмкін. Бұл түрдегі индикаторлардың әдетте сегменттік құрылымы бар. Осылайша цифр анықталған сегменттердің түссізденуімен қалыптастырылады. Жарықдиодты индикаторлардың құндылығына жоғары ашықтық, үлкен төзімділік, төмен жұмыс кернеуі (бірнеше вольт) жатады. Бірақ бұл индикаторлардың тек кішігірім мөлшерлері бар.

Сұйықкристалды индикаторлар сұйық кристалдар деп  аталатын кейбір органикалық заттардың қасиетін, қолданатын кернеу әсерімен сыну коэффициентті өзгертуді қолданады. Құрастырмалы индикаторлар конденсатор түрінде орындалған, оның астары екі шыны пластинкаға мөлдір қабықша түрінде қондырылған өткізгіш электродтар болып табылады. Сұйық кристалдың жұқа қабаты осы пластинкалар арасында орналасқан. Индикаторлар өз энергиясын сәулелендірмейді, олар шағылысқан жарықта кернеу мен фон арасында қондырылған кереғарды пайдалана отырып, жұмыс жасайды. Оның нәтижесінде сұйықкристалды индикаторлар өте үнемді. Бұл инидикаторлардың кемшілігі - бейнелеудің алуан түрлілігінің сыртқы жарық бергіштікке, сонымен қатар жоғары емес ашықтыққа тәуелділігі.

Бақылау сұрақтары

6-т а р а у

Тұрақты тоқ тізбегіндегі қуатты өлшеу үшін электрдинамикалық ваттметрлерді, ал бір фазалы тоқ тізбегіндегіне — электрдинамикалық (0,2 және 0,5 сыныптық зертханалық аспаптар ретіндегі), ферродинамикалық және индукциялық (1,0 және 1,5 сыныптық қалқандық аспаптар ретіндегі ) ваттметрлерді қолданады. Электрдинамикалық ваттметр үлгісінде барлық ваттметрлерге арналған жалпы қасиеттерін қарастырамыз. Ваттметр ретінде электрдинамикалық өлшеу механизмін пайдалану кезінде, оның шарғысы 6.1-суретте бейнеленген сызба бойынша қосылады. Жылжымайтын

шарғының екі жартысы

тоқ тізбегіне біртіндеп, ал қозғалмалы шарғы

кернеуіндегі R ж

жүктемесіне қатарлас қосылады. Қосымша кедергі Л қос кернеу бойынша ваттметрді өлшеу шегін кеңейтуге қызмет етеді, сондықтан жылжымайтын шарғыны

r

және  І

тоққа  ауытқу  бұрышын  байланыстыру  үшін  келесідей  өрнек алынған болатын:

мұндағы с

және І

тоқтар арасындағы фаза бойынша жылжу;

Егер ваттметр тұрақты тоқ тізбегіне қосылса, онда

һ

;ψ= 0,

мұндағы R

= r

д .

Сонда

мұндағы

Егер ваттметр ауыспалы тоқ тізбегіне қосылса, онда фазалық жылжуын ескеру қажет (6.2-сурет) . Қозғалмалы шарғының тізбегіндегі шамалы индуктивтіліктің салдарынан ондағы /

, онда

z

z

/cos δ

қоя отырып (6.1),

Осылайша, электрдинамикалық ваттметрдің көрсеткіші тұрақты тоқта да, сондай-ақ ауыспалы тоқта да

(6.1) немесе (6.2) формуладағы сияқты, ауытқу кері белгіге ауысады, яғни аспап сілтегіші кері жаққа ауытқиды.

Сондықтан, ваттметрді қосу кезінде шарғыдағы тоқтың белгілі бір и

«ұштарынан» айыру үшін ваттмертде шарғы орамасының «басы» үнемі ерекше «*» (жұлдызша) немесе «+» (қосу) белгілермен белгіленеді. Осы белгімен белгіленген өткізгіштер

-сурет.        Көп        шектіэлектрдинамикалық        ваттметр тізбегінің сызбасы

генераторлық қысқыштар деп аталады. Бұлай атау оларды жүктеуге емес, тоқ көзіне (генераторға) баратын сымға қосылуымен шартталған. Электрдинамикалық ватт- метрлер        әдетте,        жоғары сыныптық дәлдіктің зертханалық аспаптары болып табылады және тоқ әрі кернеу бойынша бірнеше өлшеу шектерімен шығарылады. Осындай ваттметрдің ішкі қосылысының сызбасы 6.3-суретте бейнеленген. Сызбадағы жүйелі тізбекті құрушы, жылжымайтын шарғының екі жартысы не болмаса біртіндеп, не болмаса қатар қосылады. Соңғы жағдайда сол тоқ осы шарғы бойынша аспаптың номиналды екі еселенген кезінде өтетін болады. Қатарлас  тізбектің  қосымша кедергісі бөлімделеді, осының нәтижесінде бірнеше шектері кернеу бойынша да болады. Бұдан басқа, әдетте тағы бір сыртқы қосымша кедергілерді қосу үшін қызмет ететін,

1 000 -омдық қысқыш деп аталатын шығарылады. Себебі электрдинамикалық ваттметрдің қатарлас тізбегіндегі номинал тоқ 30 мА құрайды, онда бұл қысқыш 30 В кернеуге сәйкес келеді. 6.3-суреттегі сызбада

және

Көбінесе ваттметрлер сілтегіштердің толық ауытқуы номинал кернеу және cosф = 1 номинал тоқ кезінде болатындай есептеледі. Осы мәндерге және шкала бөліктеріндегі санға сәйкес, тұрақты ваттметр немесе оны бөлу бағасы айқындалады. Айталық, 5 А, 150 В ваттметр және 150 бөлігі бар шкаламен бірге cosф = 1 Вт/бөл тұрақты құрастырушысы болады

Ферродинамикалық және индукциялық ваттметрлер 1,5 және төменгі сыныптық дәлдіктегі тұстама аспаптары ретінде шығарылады.

электр қозғалтқышын құрайтын, электрдинамикалық есептеуіштермен жүзеге асырылады (6.4-сурет). А—А шарғылары жүктеме тізбегіне біртіндеп, ал В якоры К шарғысымен бірге (тағайындалуы одан кейін түсіндірілетін болады) және Л қос

бұрамдық беріліс арқылы есептік механизмге беріледі. 3 санымен темір кідіріс көрсетілген.

Электрдинамикалық есептеуіштің айналдыру моменті М айн

қозғалмалы және жылжымайтын шарғылардағы тоқты өндіруге тең болады:

айн

= с І

мұндағы с — өзара орналасу және шарғы біліктерінің санына тәуелді, құрыстырылымдық тұрақтылық;

кернеумен және

кедергімен айқындалатын якорьдегі тоқ , І

Сәйкесінше, ай налдыру моменті жүктемемен тұтынылатын Р қуатына тең. Осы айналдыру моментінің әрекетімен қозғалмалы бөлік үдеме жылдамдықпен бірге айнала бастайды. Тұрақты магниттің 4 магниттік өрісіндегі дискінің айналуына байланысты, онда тұрақты магниттің Ф ағынымен өзара қимылдай отырып, қарсы әрекет ететін (тежегіш) моментті М теж

құрайтын І д

тоқтар индукцияланады.

теж

мұндағы

д

д

= -(da/dt) бұрыштық жылдамдықпен айналдыру кезінде индукцияланады;

д

Тежеу моментіяғни, дискінің айналу жылдамдығына тең.

Дискінің        белгіленген        жылдамдығы        айналдыру        және        тежеу моменттерінің теңелуімен айқындалады:

(t

-_ t

интегралдай отырып ,

tj)

уақыт ішінде жүктемеге жұмсалған

e

энергиясы

-t

) бұратын бұрышты құрайды, яғнимұндағы

) уақыт ішіндегі якорь айналымының толық саны.

Осылайша, немесе

e = c

e

We

мұндағы c — тұрақты есептеуіш, с =

Осылайша, есептеу механизмімен есептелетін якорь айналымының саны электр энергиясына тең. Номиналды тұрақты есептеуіш үнемі есептеуіш тұстамасында көрсетіледі. Мысалы, егер тұстамада 1 кВт • сағ

Вт • с/об.

Есептеуіштің қателігі негізінен тректегі, коллектордағы және есеп механизміндегі үйкеліспен айқындалады. Шағын жүктеме кезінде, тұтынылатын қуат үлкен болмайды, үйкеліс моменті айналдыру моментімен шамалас келеді және қозғалмалы бөлігі қажет болатыннан гөрі, баяу айналады, есептеу механизмі керек болатыннан гөрі, аз көрсетеді және үлкен теріс қателік туындайды. Үйкеліс қателігін азайту үшін, қосымша өтемдік момент деп аталатын үйкеліс моментінің өтеміне жүгінеді. Бұл момент есептеуіштің қатарлас тізбегіне қосылатын қосымша жылжымайтын К шарғысымен жасалады (6.4-суретті қараңыз). Осы шарғының есептеуіштің қозғалмалы бөлігіне қатысты қалпын, онымен жасалатын қосымша айналдыру моментінің номиналды кернеу кезіндегі үйкеліс моментіне тең болатындай етіп, таңдап алуға болады.

Себебі өтемдік моменті

кернеуімен айқындалады, сонда соңғысын арттыру кезінде осы момент үйкеліс сәтінен көп және тіпті есептеуіш дискісі жүктемедегі І тоқтың болмауы кезінде айналатын болатындай көрінуі мүмкін, яғни есептеуіштің «өзіндік жүруі» пайда болады. Осьтегі өзіндік жүрумен күресу үшін, якорьдың магнитке айналдыру кезіне жақындағанда тартылатын, соның арқасында есептеуіштің қозғалмалы бөлігі тоқтатын 3 темір кідірту бекітіледі (6.4-суретті қараңыз).

Ауыспалы тоқтың тізбегіндегі энергияны өлшеу индукциялық есептеуіштермен жүзеге асырылады, олардың сондай бір түрі 6.5- суретте бейнеленген. Индукциялық өлшеуіш механизмдерінің әрекет ету қағидаты бұрын баяндалған болатын.

-сурет. Индукциялық бірфазалық энергия есептеуішінің құрылғысы: 1 — диск; 2 — тұрақты магнит; 3 — бұрамдық беріліс; 4 — В электрмагниттік магнит өткізгіштің «өсіндісі»

Дискінің        осі        есептеуіш механизмімен бірге 3 бұрамдық беріліспен   байланысты.                4 – цифрмен В электрмагнитінің магнит өткізгішінің «өсіндісі» көрсетілген. Тежеу сәті 6.2-бөлімшедегі электрдинамикалық есептеуіште қарастырылған сияқты құрылады. Демек, тежеу моменті дискінің бұрыштық жылдамдығына тең болады.