«Федералды білім беруді дамыту институты» Федералдық мемлекеттік мекемесі орта кәсіптік білім беру бағдарламаларын іске асыратын білім беру мекемелерінің оқу процесінде пайдалану үшін оқу құралы ретінде ұсынған

2008 жылғы 29 желтоқсандағы рецензияның тіркеу нөмірі 497 "БДФИ"ФММ

6-басылым, түзетілген

ӘОЖ 389(075.32) КБЖ 30.10і723 М576

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

«Метрология, стандарттау және сертификаттау», «Метрологиялық қамсыздандыру пәндерінің оқытушысы

С. С. Зайцева

Энергетикадағы м е трология, стандарттау және сертификаттау М576        орта кәсіптік білім беру мекемелерінің студенттеріне арналған

Оқу құралы «Электр және жылу энергетикасы» ірілендірілген топтардың мамандықтарына арналған ОКБ ФМБС сәйкес «Метрология, стандарттау және сертификаттау» жалпы кәсіптік пәнді оқытуға арналған. Метрология және метрологиялық қамсыздандыру негіздері: тер- миндер, физикалық шамалар, өлшеу теориясының негіздері, өлшеу және бақылау құралдары, метрологиялық сипаттамалар, электр және магнит шамаларын өлшеу және бақылау қарастырылды. Стандарттау негіздері: даму тарихы, нормативтік-құқықтық, халықаралық, өңірлік және отандық негіздері, сәйкестендіру мен агрегаттау, өнім сапасы берілді. Сертификаттау және сәйкестікті растаудың негіздеріне айрықша назар аударылды.

Зайцев С.А., Толстов А. Н., Грибанов Д.Д., Меркулов Р. В., 2009 © Зайцев С.А., Толстов А. Н., Грибанов Д.Д., Меркулов Р.В., 2016, өзгертулермен ©

«Академия» білім беру-баспа орталығы 2016

Рәсімдеу. «Академия» баспа орталығы, 2016

Заманауи техника мен оның даму келешегі, заттардың сапасына ұдайы көтеріліп отыратын сапа талаптары базалық болып табылатын негізгі білімдерді меңгеру мен пайдалану қажеттігін алдын ала айқындайды. Яғни қандай мекемеге жататынына қарамастан, құрылымды өңдеуде, оны әзірлеу және пайдалану мен қызмет көрсету кезеңдерінде де еңбек ететін барлық мамандар үшін негізгі білім болып табылады. Бұл білім жалпы машина жасау мен энергиялық машина жасау кезінде және тағы басқа көптеген салаларда қажет. Осы базалық материалдар оқу құралында қарастырылған. Оқу құралында ұсынылған материал білім мекемелерінде оқытылатын басқа пәндерден ерекшелігі жоқ. Мысалы, «Математика», «Физика», метрология, стандарттау пәндерін оқу барысында алынатын білім сәйкестігін растау мен өзара алмасу сұрақтарын меңгеру кезінде қажет болады. Осы оқу материалын меңгергеннен кейінгі білім, дағды мен практикалық икемділік оқу мекемесін аяқтаған соң, өндіріс немесе сервистік қызмет саласы, техника механизмдері немесе машина сату саласы болсын, жұмыс орнына қарамастан, еңбек етудің барлық уақытында талап етіледі. 1-тарауда «Метрология» ғылымы туралы, өлшем теориясының негіздері, электрлік және магниттік мәндерді өлшеу мен бақылау құралдары, метрологиялық қамсыздандыру мен өлшем бірліктерінің сұрақтары туралы негізгі түсініктер берілген. 2-тарау Ресей Федерациясының стандарттау жүйесі, стандарттар жүйесі, сәйкестендіру (үйлестіру) мен агрегаттау, бөлшектердің, тораптар мен механизмдердің бірін бірі алмастыру сұрақтары, өнім сапасының көрсеткіштері, сапа жүйелері туралы әңгімелейді. 3-тарауда ұсынылған материал сертификаттау обылысындағы өнімдер мен жұмыс түрлерінің сәйкестігін дәлелдеу, энергиялық машина жасауда пайдаланылатын сынақ құрал-жабдықтарын бағалау кезінде алған білімді іс жүзінде пайдалануға мүмкіндік береді. Ұсынылған материалды жақсы меңгеру мақсатында, әр бөлімнің соңында бақылау сұрақтары берілген. Алғысөз бен 2-тарауды А.Н.Толстой, 1-тарауды — С.А.Зайцев, Р. В. Меркулов, Д.Д.Грибанов, 3 тарауды Д. Д. Грибанов жазған.

Метрология

Соңғы онжылдықта метрологияның рөлі өте қарқынды өсті. Ол көптеген салаларға еніп, өзіне аса мықты ұстанымдарды жаулап (кейбір облыстарда жаулау үстінде) алды. Метрологияның адам қызметінің барша салаларына таралуына сәйкес метрологиялық терминология «арнайы салалардың» әрқайсысымен тығыз байланысады. Бұл ретте үйлеспеушілік құбылысын еске түсіретін бір дүние пайда болды. Ғылым немесе техниканың бір облысында пайдалануға болатын қандай да бір термин, басқа саланың дәстүрлі терминологиясында мүлдем басқа ұғым беруіне байланысты қабылдауға келмей қалады. Мысалы, киімге қатысты өлшем «үлкен», «орташа» және «кіші»; «төсем» сөзі түрлі мағына беруі мүмкін: тоқыма өнеркәсібінде – бұл материал (кендір кездеме); теміржол көлігіне қатысты ол сол көлік жылжитын жолды білдіреді (теміржол төсемі). Осы сұрақты тәртіпке келтіру мақсатында, метрологиялық терминологияның мемлекеттік стандарты - «Өлшем бірліктерін қамсыздандырудың мемлекеттік жүйесі. Метрология. Терминдер мен анықтамалар» 16263 МЕМСТ-мен әзірленіп бекітілген болатын. Қазіргі таңда бұл «МТИ. Метрология. Терминдер және анықтамалар» РМГ 29 — 2013 МЕМСТ деп өзгертілді. Ары қарай оқулықтағы терминдер мен анықтамалар осы құжатқа сәйкес ұсынылған. Терминдердің қысқа айтылуына талап қойылатындықтан, оларға белгілі бір шарттылық тән болады. Бір жағынан,

бұл туралы естен шығармай, бекітілген терминдерді олардың анықтамасына сәйкес қолданған жөн, ал екінші жағынан, анықтамада берілген ұғымдарды басқа терминдермен алмастырған жөн. Қазіргі        таңда        физикалық        мәндердің        барша        бірліктері (механикалық, электрлік, жылулық және т.б.), барлық өлшем

яғни өлшем бірлігін (біртектілігін) қамтамасыз етуге қажетті және кез келген бұйымдар мен ғылыми зерттеулердің тіршілік кезеңін, сонымен бірге кез келген ресурстарды есепке алудың метрологиялық қамсыздандыруын ұйымдастыруға қажетті нәрсенің барлығы метрологияның нысандары болып табылады. Заманауи метрология басқа ғылымдардың жетістіктеріне, олардың әдістері мен құралдарына сүйенетін ғылым ретінде өз кезегінде олардың дамуына ықпал етеді. Метрология адам қызметінің барлық облысына, барлық ғылымдар мен пәндерге сіңіп, олардың барлығы үшін бірегей ғылым болып қалыптасты. Адам қызметінің бір де бір саласы өлшемнің нәтижесінде алынатын сандық бағалаусыз іске аспайды. Мысалы, 1%-ға тең ылғалдықты анықтаудың салыстырмалы қателігі 1982 ж. 73 млн рубльдік көмірдің, 60 млн рубльдік бидайдың жылдық құнын анықтаудың дәлсіздігіне әкеліп соқты. Нақты көз жеткізу үшін, метрологтар әдетте келесі мысалды келтіреді: «Қоймада 100 кг қияр болды. Жүргізілген өлшемдер олардың ылғалдылығы 99% екендігін көрсетті, яғни 100 кг қиярда 99 кг су және 1 кг құрғақ зат бар. Біршама уақыт сақталған соң, осы  қиярдың ылғалдығы қайтадан өлшенді. Сәйкес хаттамаға тіркелген өлшемнің нәтижелері ылғалдықтың 98%-ға дейін азайғанын көрсетті. Ылғалдықтың өзгергені 1% болғандықтан, қалған қиярдың салмағы қанша деген ой ешкімнің басына келмеген. Егер ылғалдық 98 % болса, онда қиярдың тура жартысы, яғни 50 кг қалады екен. Оның себебі мынада. Қиярдағы құрғақ заттың мөлшері ылғалдыққа байланысты, яғни ол өзгермеген – 1 кг болды ма, 1 кг болып қалды. Бірақ ол бұрын 1%-ды құраған болса, енді сақтағаннан кейінгі оның салмағы 2%-ды құрады. Пропорция құрып, қиярдың 50 кг болып қалғанын анықтау оңай». Өнеркәсіп саласында заттың құрамын өлшеудің айтарлықтай бөлігі әлі күнге дейін сапалық талдама көмегімен жүзеге асырылады. Түрлі маркалар, химиялық материалдар және т.б. металдар бір-біріне ұқсамауға тиісті жеке құрамдас бөліктерінің сандары арасындағы айырмашылыққа қарағанда, бұл талдамалардың кемшіліктері кей кездері бірнеше есеге артық болады. Осындай өлшемдердің нәтижесінде өнімнің қажетті сапасына қол жеткізу мүмкін емес.

Бақылау сұрақтары

Физикалық шама (ФШ ) — сапа жағынан көптеген физикалық нысандарға қатысты (физикалық жүйелерге,олардың ахуалы мен оларда жүріп жатқан процестерге), бірақ сан жағынан әр нысан үшін жекелей мәні бар жалпы қасиет. Мысалы, түрлі нысандырдың ілердің ұзындығы (үстелдің, шарлы қаламның, автомобильдің және т.б.) метрмен немесе метр үлестерімен, ал олардың әрқайсысы ұзындықтың нақты санымен бағаланады: 0,9 м; 15 см; 3,3 мм. Кез келген физикалық нысанының қасиеттеріне ғана емес, физикалық жүйелерге, олардың ахуалына және оларда жүретін процестерге мысал келтіруге болады. «Шама» термині әдетте сандық физикалық әдістермен бағаланатын, яғни өлшенетін, қасиеттер мен сипаттамаларға қатысты қолданылады. Мысалы, қазіргі таңда иіс, дәм, түс сияқты ғылым мен техниканың сан түрінде бағалай алмайтын қасиеттер мен сипаттамалар орын алған. Сондықтан бұндай сипаттамаларды

«шама» деп атаудан қашқақтап, «қасиет» деп атайды.

Кеңінен қарастырғанда «шама» — алуан түрлі ұғым. Бұны мына үш мысалмен дәлелдеуге болады. Б і р і н ш і м ы с а л — бұл ақша бірлігімен берілген баға, тауардың құны. Бұрын ақша бірлігінің жүйесі метрологияның құрамдас бөлігі болатын. Қазіргі таңда бұл – дербес сала. Ш а м а т ү р л е р і н і ң е к і н ш і м ы с а л ы ретінде дәрілік заттардың биологиялық белсенділігін атауға болады. Дәрумендер, антибиотиктер, гормондық препараттар қатарының биологиялық белсенділігі И. Е. белгісі салынатын Биологиялық белсенділіктің Халықаралық бірлігімен анықталады (мысалы, рецепттерде

«пенициллиннің саны- 300 мың И.Е.» деп жазады).

Ү ш і н ш і м ы с а л — физикалық шамалар, яғни нысандарға тән қасиеттер (физикалық жүйелерге, олардың ахуалы мен оларда жүріп жатқан процестер). Заманауи метрология негізінен тап осы шамалармен айналысады.

Шама көлемі ШР (мән көлемі)

терминін берілген нысанда физикалық шаманың сандық қасиеттерінің орын алғаны жайлы атап көрсету керек болған жағдайларда қолданған абзал.

ФШ-ның көлемділігі (шаманың көлемділігі - өлшемдігі

Берілген шаманың біршама бірлік саны түрінде айтылған нақты бір физикалық шаманың сандық бағасы

деп аталады, мысалы, 1 м, 5 г, 10 А және т.б. Мән мен шама көлемінің арасында біршама айырмашылық бар. Шаманың көлемі шын мәнінде, біз ол туралы білсек те, білмесек те орын алады. Шаманың көлемін кез келген бірліктің көмегімен көрсетуге болады.

ФШ-ның шын мәні (

шаманың шын мәні)

Физикалық шаманың мәніне эксперименттік (тәжірибелік) жолымен қол жеткізуге болады.

ФШ-ның қолданыстағы мәні (шаманың қолданыстағы мәні)

Q белгісімен белгіленетін ФШ-ның көлемі бірлікті таңдауға байланысты емес, дегенмен сандық мәні таңдалған бірліктен толық тәуелді болады. Егер

шама көлемі ФШ бірліктерінің жүйесінде «1»

= n

түрінде анықталатын болса, бұл жерде n 1 -

«1» жүйесіндегі ФШ-ның сандық мәні; [Q

] — осы жүйедегі ФШ-ның бірлігі болса, онда ФШ-ның «2»-бірлік жүйесіндегі Q

] мен [Q

]-ге тең болмайтын өзгермеген

басқа мәнмен көрсетіледі:

= n

бірақ бұл ретте n

≠ n

Мысалы, бір бөлке нанның салмағы 1 кг немесе 2,5 фунт болуы мүмкін, я болмаса құбырдың диаметрі 20' немесе 50,8 см. ФШ-ның көлемділігі жүйенің негізгі мәндерінде пропорционалдық коэффициенті 1-ге тең болатын байланысты білдіретін ұғымды көрсететіндіктен, көлемділік дәрежеленген негізгі ФШ-дың көбейтіндісіне тең болады.

Негізі көлемділіктің формуласы ФШ-ның бірліктері үшін келесі түрде болады:

] α

β

γ ,

бұл жерде [Q] — туынды бірліктің көлемділігі;

] және [C] — негізгі бірліктердің көлемділігі;

α,β,γ — 0-ді қоса алғандағы оң немесе теріс сандар.

= 1 кезінде туынды бірліктер келесі түрде анықталады:

] α

β

γ

Егер жүйеде негізгі бірлік ретінде

ұзындық, масса

және уақыт

деп қабылданатын болса, онда ол

деп белгіленеді. Бұл жүйеде

туынды бірліктің көлемділігі келесі түрде белгіленеді:

α

β

γ .

Көлемділік ұғымы физикада, техника мен метрология практикасында күрделі есеп формуласы мен ФШ арасындағы тәуелділікті анықтау кезінде кеңінен пайдаланылады.

-2

жүйесінде оның көлемділігі — L -3

-1

Қандай да бір физикалық шаманың бірліктері, әдетте, өлшемдермен байланысты болады. Өлшенетін физикалық шаманың бірлік көлемі өлшеммен жаңғыртылатын өлшем шамасының көлеміне тең болады деп қабылданады. Дегенмен іс жүзінде берілген шаманың үлкен және кіші көлемдерін өлшеу үшін бір бірлік қолайсыз болып шықты. Сондықтан өзара еселік және үлестік ара қатынаста болатын бірнеше бірліктер қолданылады.

ФШ-ның еселік бірлігі

ФШ-ның үлестік бірлігі

ФШ-ның еселік және үлестік бірліктері негізгі бірліктердің сәйкесті қосымшаларының арқасында қалыптасады. Бұл қосымшалар 1.1-кестесінде берілген. Шама бірліктері адамның қандай да бір санды нәрсені көрсету қажеттілігі орын алған сәттен бері пайда бола бастады. Бастапқыда физикалық шамалардың бірліктері бір бірімен ешқандай байланыссыз, айтарлықтай қиындық туындататын ерікті түрде таңдалды.

пета

р

тера

гига г

мега

кило к k

гекто г h

дека да da

-1

деци

д d

-2

санти с с

-3

мили м m

-6

микро мк µ

-9

нано н n

-12

пико п p

-15

фемто ф f

1 фут = 0,3038 м; 1 дюйм = 0,0254 м.

Техника мен халықаралық байланыстардың дамуы барысында түрлі бірліктерде көрсетілген өлшемдердің нәтижелерін пайдаланудағы қиындықтар өсіп, ғылыми-техникалық прогресті тежеді. Осылайша физикалық бірлік жүйесін құру қажеттілігі туындады.

ФШ бірлігінің жүйесін физикалық тәуелділіктің негізінде негізгі бірліктен алынатын, бір біріне тәуелсіз және ФШ-ның туынды бірліктерінен таңдалып алынатын ФШ-ның негізгі бірліктерінің жиынтығы деп түсінеміз. Егер физикалық шама бірліктерінің жүйесіне атау берілмеген болса, онда ол әдетте өзінің негізгі бірліктері бойынша белгіленеді, мысалы,

ФШ-ның туынды мәні (туынды мән)

шама жүйесіндегі жылдамдық жалпы жаңдайларда келесі теңдік бойынша анықталады:

v

l

t

Бірліктер жүйесі ұғымын оны құрудың қағидасын ең алғаш неміс ғалымы К. Гаусс ұсынған. Осы қағида бойынша алдымен физикалық шамалар мен олардың бірліктерін анықтайды. Бұл физикалық шамалар

негізгі деп аталады, себебі олар басқа шамалардың барша жүйесін құруға негіз болып табылады. Бастапқыда үш бірлікке негізделген бірлік жүйесі құрылды: ұзындық — масса — уақыт (сантиметр — грамм — секунд (СГС). Жеті негізгі бірліктер мен екі қосымша бірлік құратын, бүкіл әлемге кеңінен таралған және біздің елімізде қабылданған Халықаралық ӨҚ бірлік жүйесін қарастырайық.

Осы жүйенің негізгі ФШ бірліктері 1.2- кестеде берілген.

Ұзындық

метр м

Масса

килограмм кг

Уақыт

секунда с

Электр тоғының күші

ампер

Заттың саны (мөлшері)

кандела кд

Қосымша ФШ:

ӨҚ жүйесінің туынды бірліктері шамалар арасындағы қарапайым байланыс теңдіктерінің көмегімен және қандай да бір коэффициентсіз қалыптасады, өйткені бұл жүйе когерентты және

Осы жүйеде туынды ФШ [Q] көлемділігінің жалпы көрінісі келесідей анықталады:

] α [

] γ [

] β

δ

ε

ω

λ ],

бұл жерде [

] — ұзындық бірлігі, м; [

] — масса бірлігі кг; [

] — уақыт бірлігі, с; [І ] — тоқ күшінің бірлігі, A; [

] — термодинамикалық температураның бірлігі, К; [

] — жарық күшінің бірлігі, кд; [

] — зат санының (мөлшерінің) бірлігі, моль; α , γ

Мысалы, ӨҚ жүйесіндегі жылдамдық бірліктерінің көлемділігі келесі түрде болады:

-1

-1 .

Жазылған өрнек ӨҚ жүйесіндегі ФШ көлемділігі үшін ФШ-ның туындысы мен негізгі ФШ бірліктерінің арасындағы байланыспен сәйкес келетіндіктен, көлемділіктерге келесі өрнекті пайдалану оңтайлы, яғни:

-1 .

Кезеңдік процестің жиілігі

-1

(Гц); күш — LMT -2

; тығыздық

-3

M; энергия —

-2 .

Осылайша ӨҚ жүйесінің ФШ туындысына қол жеткізуге болады.

Бұл жүйе біздің елімізде 1982 ж. 1 қаңтарында енгізілді. Қазіргі таңда ӨҚ жүйесі бірліктерін анықтайтын 8.417 — 2002 МЕМСТ қолданылуда.

және 5d

деңгейлері арасындағы көшуге сәйкес келетін сәуле вакуумындағы толқынның 1650763,73 ұзындығына тең.

цезий-133 атомының негізгі ахуалындағы қос аса жіңішке деңгейлерінің арасындағы көшуге сәйкес келетін сәулелердің 9 192 631 770 кезеңдеріне тең.

Ампер шексіз ұзындықтың екі параллель тік сызықты өткізгіштерінің бойымен және 2 • 10 -7 Н-қа тең болатын, ұзындығы 1 м. өткізгіштің әр учаскесінде өзара әрекеттестік күшін шақыра алатын, бір бірінен 1 м. қашықтықтағы вакуумда орналасқан, айналма көлденең қимасының өте аз алаңынан өту кезіндегі өзгермелі тоқтың күшіне тең.

Кельвин үш нүктелі судың термодинамикалық температурасының 1/273,16 бөлігіне тең. (Үш нүктелі судың термодинамикалық температурасы – судың қатты (мұз), сұйық және газ тәріздес (бу) фазаларында мұздың еру нүктесінен 0,01 К немесе 0,01 °С жоғары тепе-теңдік нүктесінің температурасы). Цельсий шкаласын (С) қолдануға рұқсат етіледі. °С-тағы температура t символымен белгіленеді.

t = T – T

бұл жерде T

Онда

массасы 0,012 кг. 12-көміртегінде қанша атом болса, сонша құрылымдық элементтері бар жүйенің заттар санына тең.

Кандела

Гц монохроматикалық сәуле бөліп шығаратын көздің берілген бағыттағы жарық күшіне тең. Осы бағыттағы жарықтың энергетикалық күші 1/683 Вт/ср. ӨҚ жүйесінің жүйелі бірліктерінен бөлек біздің елімізде практикада қолдануға ыңғайлы және дәстүрлі өлшеуде қолданылатын кейбір

), бар, сынап бағанасының мм; ұзындық — дюйм (25,4 мм), ангстрем (10 -10 м);

қолданылады — бір аттас ФШ-дың бейкөлемдік қарым-қатынас логарифмі (ондық немесе заттай салмақ). Логарифмдік ФШ дауыс қысымын күшейту, азайту кезінде пайдаланылады. Логарифмдік ФШ-ның бірлігі — бел (Б) — келесі формула бойынша анықталады:

1 Б = lg(

) кезінде

= 10

бұл жерде

мен Pі

«Күш» шамалары үшін (кернеу, тоқ күші, қысым, өріс қысымы) бел келесі формула бойынша анықталады:

1 Б = 2lg

при

√10𝐹

ФШ — екі аттас ФШ-дың бейкөлемдік қатынастары кеңінен қолданыс тапқан. Оларды пайыздарда (%), бейкөлемдік бірліктерде пайдаланады.

1.3 және 1.4-кестелерде атаулары негізгі және қосымша бірліктердің атауларынан құралған және арнайы атаулары бар ӨҚ туынды бірліктерінің мысалдары келтірілген. Бірліктер атауларын жазудың белгілі ережелері бар. Туынды бірліктерді белгілеу кезінде туындыға жататын бірліктердің белгілері көбейту белгісіне ұқсас «...» орташа сызықта тұрған нүктелермен бөлінеді.

1 . 3 - к е с т е Атаулары негізгі және қосымша бірліктердің атауларынан жасалған ӨҚ туынды бірліктерінің мысалдары

Текше метр т

м

Көлемі,сыйымдылығы

Куб метр т

м3

Жылдамдығы

-1

метр секундына m/s м/с

Бұрыштық жылдамдық

-1

-2

квадраттағы метр секунд т/s

м/с

Бұрыштық жеделдету

-2

рад/с

Тығыздығы

-3

кг/м

Үлестік көлем

-1

куб метрге килограмм т

/kg м

/кг

Магниттік өрістің кернеуі

-1

метрге ампер

A/m

А/м

Жарықтығы

-2

кд/м

ӨҚ бірліктерінің негізгі және туынды өрнектері

Атауы

Көлемділік

Халық- аралық

Орысша

Жиілік

-1

герц Hz Гц s -1

Күш,салмақ

-2

ньютон

mkgs -2

Қысым, ме- ханикалық кернеу, тығыздық модулі

-1

-2

паскаль Ра Па m -1 kgs -2

Энергия, жұмыс, жылу саны

джоуль

Дж m

kgs -2

Қуат, энергия ағыны

-3

ватт

Вт m

kgs -3

Электр саны (электр заряды)

кулон

л sA

Электр        кернеуі, электр        әлеуеті, электр әлеуеттерінің айырмасы,        элек- трқозғалтқыш күш

-3

-1

вольт

m

kgs -3

-1

Электр сыйымдылығы

-2

-1

фарад

m -2 kg -1 s

Электр кедергісі

-3

-2 ом

Ом m

kgs -3

-2

ӨҚ бірліктерінің негізгі және туынды өрнектері

Атауы

Көлемділік

Магниттік ин- дукцияның ағыны, магниттік ағын

-2

-1

вебер Wb Вб m

kgs -2

-1

Индуктивтілік, өзара индуктивтілік

-2

-2

генри

Гн m

kgs -2

Жарықтылық

-2

люкс lx лк m~

(ампер-квадрат метр), Н - с/м

(квадрат метрге ньютон-секунда) деп оқылады. Сәйкес дәрежеге көтерілген туынды түріндегі бірлік белгілерінің өрнектері, мысалы, м

-1

, кеңінен қолданылады.

Еселік        немесе        үлестік        қосымшалары        бар        бірліктердің туындысына сәйкес келетін атаулар кезінде туындыға кіретін қосымшаны бірінші бірлікке қосу ұсынылады. Мысалы, 10

күш сәтінің        бірлігі        -        ньютон-метрді        «ньютон-километр»        емес,

«килоньютон-метр» деп атаған дұрыс. Бұл келесідей  жазылады:   Н

Бақылау сұрақтары 1) литр; 2) галлон; 3) баррель; 4) куб метр; 5) унция; 1) Фаренгейт градусы; 2) Цельсий градусы; 3) Кельвин, 4) Ранкин градусы; 1) тонна; 2) карат; 3) килограмм; 4) фунт; 5) унция.

Жоғарыда айтылғандай, метрология — ең алдымен өлшемдермен айналысатын ғылым.

Өлшеу

Өлшеудің құрамына соңында бақылау нәтижесін алу үшін өлшеу нәтижесі (тікелей өлшеу) немесе бастапқы деректер болып табылатын қандай да бір нәтиже алынатын (жанама өлшемдер) түрлі шаралар кіреді. Өлшемнің құрамына бақылау кіреді.

Өлшеу кезіндегі бақылау

Өлшеу нәтижелерін пайдалану үшін, өлшемнің бірлігін (біртектілігін) қамтамасыз ету қажет.

Өлшем бірлігі

Өлшем бірлігін (біртектілігін) қамтамасыз ету үшін, өлшем жасаудың барша құралдары бөліктенген кездегі бірліктердің теңбе- теңдігі қажет, яғни ФШ-ның белгілі бір шкаласы, ФШ-ның бірліктерін алу, сақтау және беру пайдаланылуы тиіс.

ФШ шкаласы

ФШ бірліктерінің көлемін алу, сақтау және өлшем құралдарына беру эталондардың көмегімен жүзеге асады. ФШ бірліктерінің көлемдерін беруде жоғары тізбегі бастапқы эталондар мен көшірме- эталондар болып табылады.

Бастапқы эталон

бірлікті ең жоғары дәлдікпен алуды (сол бірліктің басқа эталондарымен салыстырғанда) қамтамасыз етеді.

Қосалқы эталон

Арнаулы эталон бұл бірліктің ерекше жағдайдағы дәлдігін қамтамасыз ететін, әрі сол жағдай үшін бастапқы эталонды алмастыра алатын эталон.

Мемлекеттік эталон белгілері бір ел үшін негізгі эталон ретінде ресми түрде тағайындалып, бастапқы эталонның не арнаулы эталонның қызметін атқарады.

Куә эталон

Көшірме эталон

Салыстыру эталоны

Эталондық құрылғы

Эталондардың негізгі қызметі — ФШ бірліктерін алу мен сақтауды материалдық-техникалық базамен қамсыздандыру олар алынатын бірліктер бойынша жүйеге келтіріледі: ӨҚ бірліктері Халықаралық жүйесінің маңызды туынды бірліктері көбінесе орталықтандырылып алынады:

ньютон — күш (1 Н = 1 кг· м· с -2 );

джоуль — энергия, жұмыс (1 Дж = 1 Н · м); паскаль — қысым (1 Па = 1 Н · м -2 );

ом — электрлік кедергі; вольт — электр кернеуі.

Эталонмен көлемі тікелей салыстырыла отырып беріле алмайтын (мысалы, аудан бірлігі) немесе, егер эталонмен салыстырғаннан гөрі қосалқы өлшемдердің көмегімен тексеру оңай болса, сонымен бірге қежетті дәлдікті (мысалы, сыйымдылық пен көлем бірлігі) қамтамасыз етеін болса, онда орталықсыздандырылмаған бірліктер алынады. Бұл ретте аса дәлдіктің тексеру құрылғылары қалыптастырылады. Мемлекеттік эталондар Ресей Федерациясының сәйкес метрологиялық        институттарында        сақталады.        РФ Мемстандартының қолданыстағы шешіміне сәйкес (2010 ж. бері Росстандарт) мекемелік метрологиялық қызметтерже сақтауға және қолдануға рұқса берілген. ФШ бірліктерінің ұлттық эталондарынан бөлек Өлшемдер мен салмақтардың халықаралық бюросында сақталатын халықаралық эталондар бар. Өлшемдер мен салмақтардың халықаралық бюросының қорғауымен ірі метрологиялық зертханалардың ұлттық эталондарын халықаралық эталондармен және оларды өзара салыстыру жүйелі түрде жүргізіліп отырады. Мысалы, метр мен килограмның эталондарын 25 жылда бір рет, электр кернеуінің, кедергі және жарықтың эталондарын 3 жылда бір рет жүргізеді. Көптеген эталондар пайдалануды, жетілдіру мен сақтауды қамтамасыз ететін, өздеріне қызмет ету мен пайдалануға аса жоғары білікті ғалымдардың талап ететін, күрделі және қымбат физикалық қондырғылар болып табылады. Кейбір мемлекеттік эталондардың мысалдарын қарастырамыз.

Ұзындықтың эталоны ретінде 1960 ж. дейін метрдің келесі эталоны қолданылды. Метр платина-иридийден жасалған кесекке салынған екі көршілес сызықтар остерінің арасы 0 °С кезіндегі қашықтық түрінде анықталатын. Бұл сызықша үшін бір бірінен 571 мм қашықтықта бір бойлық жазықтықта симметриялы орналасу, диаметрлері 1 см-ден кем болмайтын екі роликпен ұстатылу және қалыпты қысымда болу шарты қойылып, Өлшемдер мен салмақтардың халықаралық бюросында сақталады. Дәлдікті арттыру талабы (платина-иридийден жасалған кесек 0,1 мкм-ден кем емес кемшілігі бар метрді алуға мүмкіндік бере алмайды), сонымен бірге табиғи және өлшемдік емес эталонды орнатудың мақсатқа сай болуы 1960 ж. дәлдігі ескісінен бірталай жоғары, қазіргі кезге дейінметрдің қолданыстағы метрдің жаңа эталонын құруға алып келді.

Жаңа эталонда метр криптон-86 атомының 2р

және 5d

деңгейлері арасындағы ауысуға сәйкес сәуле вакуумындағы 1 650 763,73 толқын ұзындығына тең ұзындық ретінде анықталады. Эталонның физикалық қағидасы атомның бір энергетикалық деңгейден екіншісіне ауысу кезіндегі жарық энергиясының сәулесін анықтауды көздейді. Метр эталонын сақтау орны - Д. И. Менделеев ат. БРМҒЗИ. Метр бірлігін алудың орташа квадраттық ауытқуы (ОКА) 5 • 10 -9

м- ден аспайды.

Физиканың соңғы жетістіктерін назарға ала отырып, дәлдікті, тұрақтылықты, сенімділікті арттыру мақсатында, эталон ұдайы жетілдіріліп отырады.

Д. И. Менделеев ат.БРМҒЗИ-нда сақталады. Ол 1 кг масса бірлігін 3 • 10 -8 кг-нан аспайтын ОКА-мен алуды қамтамасыз етеді. Килограмның алғашқы мемлекеттік эталонының құрамына келісілер кіреді:

Электр тоғы күшінің бірлік эталоны Д. И. Менделеев атындағы БРМҒЗИ-нда сақталады. Ол тоқ күші бірліктерінің көлемдерін беруге арналған тоқ таразылары мен аппаратурадан тұрады. Олардың құрамына электр кедергісі бірлігінің бастапқы эталоны – омнан кедергінің мәнін алған электр кедергісінің шарғысы кіреді.

Қайта жаңғыртылу кемшіліктерінің ОКА 4 • 10 -6

-дан, ал болжамды жүйелік қателік 8 • 10 -6

Температура бірліктерінің эталоны өте күрделі қондырғы болып табылады. 0,01...0,8 К диапазонындағы температураны магниттік сезімталдық термометрінің температуралық шкаласы - МСТТШ бойынша жүзеге асырылады. 0,8.1,5 К диапазонында температурадан гелий-3-тің қаныққан буының қысымына тәуелділікке негізделген гелий-3 (

Не) шкаласы қолданылады. 1,5...4,2 К диапазонында осы қағидаға негізделген гелий-4 (

Н) шкаласы пайдаланылады. 4,2.13,81 К диапазонында температура МСТТШ германий кедергі термометрінің шкаласы бойынша өлшенеді. 13,81.6 300 К диапазонында түрлі заттардың қайта өлшеммен жаңғыртылатын шама тепе-теңдік ахуалдары қатарына негізделген МСТТШ-68 халықаралық практикалық шкала пайдаланылады. Бастапқы эталоннан жұмыс мәндері мен өлшем құралдарына бірлік көлемдерінің берілуі санаттық (разрядтық) эталондардың көмегімен жүзеге асырылады.

Разрядтық (санаттық) эталон

Сәйкес эталоннан өлшемнің жұмыс құралдарына (ӨЖҚ) көлемдерді беру тексеру сызбасына сәйкес жүзеге асады. Тексеру сызбасы – эталоннан ӨҚ-дың жұмыс аймағына бірлік көлемін берудің құралдарын, әдістері мен дәлдігін нақтылайтын, белгіленген тәртіпте бекітілген құжат. Эталоннан ӨҚ-дың жұмыс аймағына (бастапқы эталон ^ эталон-көшірме ^ санаттық (разрядтық) эталондар ^ ӨҚ-дың жұмыс аймағы) көлемдерді беру сызбасы (метрологиялық тізбек) Санаттық (разрядтық) эталондар арасында бағыныштылық қатары орын алған: бірінші санаттағы (разрядтағы) эталондар тікелей эталон-көшірмелер бойынша тексеріледі; екінші санаттағы (разрядтағы) эталондар – 1-санаттағы эталондармен және т.б. Аса дәл ӨҚ-дың жеке жұмыс аймағын эталон-көшірмелер бойынша, жоғары дәлдікті – 1-санаттағы эталондар бойынша тексеруге болады. Санаттық (разрядтық) эталондар Мемлекеттік метрологиялық        қызметтің        (ММҚ)        метрологиялық институттарында,

сонымен қатар бекітілген тәртіп бойынша ӨҚ-ды тексеру құқығы берілген салалық МҚ (метрологиялық қызмет) байқау зертханаларында орналасқан. Метрологиялық қатардың барлық тізбектерінде ФШ көлемдерін дұрыс беруді қамтамасыз ету үшін, белгілі бір тәртіп орнатылуы тиіс. Бұл тәртіп байқау сызбаларында келтірілген. Байқау сызбалары туралы ереже «МТИ. Байқау сызбалары. Мазмұны және құрылуы» 8.061 — 80 МЕМСТ бойынша бекітілген. Мемлекеттік және жергілікті байқау сызбалары болады (Мемлекеттік МҚ-нің жеке өңірлік ұйымдары немесе мекемелік МҚ). Байқау сызбаларының құрамына мәтіндік бөлік пен қажетті сұлбалар мен сызбалар кіреді. Байқау сызбаларын қатаң сақтау және санаттық эталондарды дер кезінде байқап отыру – физикалық шамалардың дәлелді бірлік көлемдерін өлшемнің жұмыс құралдарына беруге қажетті шарттар. Ғылым мен техникада өлшемдерді тікелей орындау үшін, өлшемнің жұмыс құралдарын пайдаланады.

Өлшемнің жұмыс құралдары

Бақылау сұрақтары

Ақпараттық теория тұрғысынан алып қарағанда, өлшеу өлшенетін нысанның энтропиясын азайтуға бағытталған процесс. Энтропия өлшеу нысаны туралы біздің біліміміздің айқын еМЕМСТігінің өлшемі болып табылады. Өлшеу кезінде біз нысанның энтропиясын азайтамыз, яғни нысан жайлы қосымша ақпарат аламыз.

Өлшеудің нәтижесінде алынатындықтан, бұл ақпарат өлшемдік деп аталады. Осылайша, өлшем - өлшем құралдары деп жиі аталатын, мағынасы арнайы техникалық құралдардың көмегімен өлшенетін ФШ-ны оның бірлігімен салыстыра отырып, тәжірибелік жолмен ФШ-ның мәнін табу дегенді білдіреді.

Өлшеу кезінде қолданылатын әдістер мен техникалық құралдар мінсіз болып табылмайды, ал экспериментаторлардың түйсік ұйымдарының көрсеткіштерін мінсіз қабылдай  алмайды. Сондықтан өлшеу процесі аяқталған соң, өлшеу нысаны жайлы біздің білімімізде біраз белгісіздіктер қалады, яғни ФШ-ның шын мәнін алу мүмкін емес. Өлшенетін нысан туралы біліміміздің қалдық белгісіздігі өлшеулердің айқын еместігінің түрлі шараларымен айқындалады. Метрологиялық практикада энтропия мүлдем қолданылмайды десек болады (аналитикалық өлшемдерді қоспағанда). Өлшеу теориясында олардың нәтижесінің айқын болмау өлшемі олардың бақылау нәтижелерінің кемшіліктері болып табылады.

деп өлшенетін физикалық шаманың шын мәнінен өлшеу нәтижесінің ауытқуы дегенді білдіреді.

Бұл келесідей жазылады: ∆ =

өлш

бұл жерде

өлш

Дегенмен ФШ-ның шын мәні белгісіз болып қалуына байланысты оның өлшемдерінің қателіктері де белгісіз болып қала береді. Сондықтан іс жүзінде қателіктердің жуық мәндерімен немесе олардың бағалары деп аталатын әдіспен жұмыс жүргізіледі. Қателікті бағалау үшін формулаға ФШ-ның шын мәнінің орнына оның қолданыстағы мәні қойылады.

ФШ-ның қолданыстағы мәні деп тәжірибе жолымен алынған және шын мәнге жақындығы соншалық, оны осы мақсатқа сай ФШ мәнінің орнына қолдануға болады деп түсінеміз.

Сонымен қателікті бағалау формуласы келесі түрде жазылады:

өлш

, бұл жерде

Сонымен        қателік        қаншалықты        аз        болса,        өлшемдер        де

Осы кемшіліктердің барлығы өлшемнің сомалық қателіктерін береді. Метрологияда өлшемнің сомалық қателіктерін екі құрамдас бөлікке бөлу қабылданған: кездейсоқ және жүйелік қателіктер. Бұл құрамдас бөліктер өздерінің физикалық мәнісі мен көрінісі бойынша әртүрлі.

лшемнің кездейсоқ қателіктері

Сомалық қателіктердің кездейсоқ құрамдас бөліктері өлшеудің дәлдік сапасын сипаттайды. Өлшеу нәтижесінің кездейсоқ қателігі

дисперсиясымен сипатталады. Ол өлшенетін ФШ-ның бірлік квадратымен белгіленеді. Бұның ыңғайсыздығына байланысты, әдетте кездейсоқ қателік іс жүзінде орташа квадраттық ауытқумен сипатталады. Математикалық ОКА дисперсияның квадрат түбірі түрінде беріледі:

𝝈 = √𝑫.

Өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуы өлшеу нәтижесінің шашырауын білдіреді. Оны келесі жолмен анықтауға болады. Егер винтовканы қандай да бір нүктеге дәлдеп, оны мықтылап орнатып алып, бірнеше рет оқ ататын болсақ, онда осы нүктеге барлық оқтар дәл тимейді. Оқтар көздеген нүктенің айналасында орналасады. Олардың көрсетілген нүктеден шашырау дәрежесі орташа квадраттық ауытқу болып сиаптталатын болады.

Өлшемдердің жүйелі қателіктері

Жалпы алғанда, өлшеу нәтижелеріне әрқашан осы екі құрамдас бөліктер қатысады. Іс жүзінде осылардыың бірі екіншісінен айтарлықтай артық болады. ондай жағдайда аз құрамдас бөлік назарға алынбайды. Мысалы, сызықша немесе ұзындық өлшеуіштің көмегімен жүргізілетін өлшеу кезінде қателіктің кездейсоқ құрамдас бөлігі басым болады, ал жүйелі – аз, сондықтан ол ескерілмейді. Бұл жағдайда кездейсоқ құрамдас бөлігі келесі негізгі себептермен түсіндіріледі: ұзындық өлшегішті (сызықшаны) орнатудың дәл болмауы, есептеудің басталу уақытын дәл қоймау,

бақылау бұрышының өзгеруі, көздің шаршауы, жарық берудің өзгеруі. Жүйелі қателік өлшеу жүргізу әдісінің жетілдірілмегеніне, ӨҚ қателіктеріне, өлшеудің математикалық үлгісін дұрыс білмегендікке, шарттардың әсеріне, бөліктеу мен ӨҚ-ды тексерудің кемшіліктеріне, жеке себептерге байланысты болады. Өлшеу нәтижелерінің кездейсоқ қателіктері кездейсоқ шамалар болғандықтан, оларды өңдеудің негізін ықтималдықтар теориясы және математикалық статистика әдістері құрайды. Кездейсоқ қателікті өлшеудің дәлдігі, ал жүйелі қателікті өлшеудің дұрыстығы анықтайды.

Кейде ФШ-ның максималды мәніне ӨҚ деректерімен өлшеуге болатын (шкаласының жоғарғы шегі) абсолюттік қателіктің қатынасы алынады. Бұл жағдайда салыстырмалы қателік

= 𝑋 өлш

− 𝑋

𝑋

Бұл жерде ∆

өлш

өлш (немесе одан айырмашылығы аз) болғандықтан, практикада әдетте келесідей қабылданады:

өлш Өлшеудің кездейсоқ және жүйелі қателктерінен басқа өлшеудің ірі қателігі деген ұғым бар. Кей кездері әдебиетте осы қателікті

Атап көрсеткендей, жалпы жағдайда өлшеудің сомалық қателіктерінің екі құрамдас бөліктері – кездейсоқ және жүйелі - бір мезгілде көрініс береді, сондықтан:

бұл   жерде:   ∆   —   өлшеудің сомалық  қателігі;        — өлшеудіңкездейсоқ қателігінің құрамдас бөлігі; θ — өлшеу қателігінің жүйелі құрамдас бөлігі.

Нүктелері тең емес өлшеулер

Бір реттік өлшеулер

Көп реттік өлшеулер

Тікелей өлшеу

Мысалы, ұзындық пен биіктікті сызықшамен, кернеуді вольтметрдің көмегімен, массаны - таразымен өлшеу.

Жанама өлшеу

Мысалы: белгілі бір аудандарды, көлемдерді ұзындық, ендік, биіктіктің көмегімен анықтау; электр қуатын — тоқ пен кернеу күштерін өлшеу әдісімен және т.б.

Жалпы өлшеулер

Мысал.

Гір жиынтығының ішіндегі жеке гірлердің массасын бір гірдің белгілі салмақ мәні бойынша және түрлі гірлердің аралас массасын өлшеудің (салыстырудың) нәтиежелері бойынша анықтайды. ш

m

, m

1,2

; m

1, 2,3

бұл жерде   М 1,2

m

және m

m

, m

Жоғарыда көрсетілгендей, өлшеу – физикалық шаманың мәндерін іздестіру процесі. Яғни физикалық мән өлшеу нысаны болып табылады. Сонымен бірге көлемі физикалық әдістермен анықталатын шаманың физикалық шама деп аталатынын еске сақтау қажет. Сондықтан да шама физикалық деп аталады. Физикалық шаманың мәні өлшеу құралдарының көмегімен белгілі бір әдіс арқылы анықталады. Өлшеу әдістері қағидалар мен өлшеу құралдарын пайдалану әдістерінің жиынтығы деп түсіну керек. Өлшеудің келесі әдістерін ажыратамыз:

Тікелей бағалау әдісі

Өлшеммен салыстыру әдісі

Қарсы қойып салыстыру

Дифференциалды әдіс

ұзындықты салыстырып өлшеу);

Нөлдік әдіс

Сәйкестіктер әдісі

Аталған әдістерден бөлек өлшеудің жанаспалы және жанаспайтын әдістері қолданылады.

Өлшеудің жанаспалы әдісі

Өлшеудің жанаспайтын әдісі

Сонымен біз метрологияның физикалық шамаларымен, физикалық шамалар берліктерінің жүйелерімен, өлшеу нәтижелерінің қателіктер топтарымен және өлшеудің түрлері және әдістерімен байланысты кейбір ережелерді талдадық (деп сенеміз). Енді біз өлшеу туралы ғылымның ең маңызды тарауларының бірі – өлшеу нәтижелерін өңдеуге келдік. Негізінде біз өлшеудің қандай әдісін таңдадық, немен өлшедік, қалай өлшедік – міне, осыған өлшеудің нәтижесі мен оның қателіктері байланысты болады. Бірақ осы нәтижелерді өңдемесек, біз өлшенетін шаманың сандық мәнін анықтай алмаймыз, қандай да бір нақты тұжырымға келе алмаймыз. Өлшеу нәтижелерін өңдеу негізінен өлшенетін параметрлердің (физикалық шаманың) шын мәні туралы сұраққа жауап дайындаудың жауапкершілікті және кей кездері күрделі кезеңі болып табылады.

Бұл өлшенетін шаманың орташа мәнін және оның дисперсиясын анықтау, қателіктердің сенімді аралықтарын анықтау, ірі қателіктерді табу және жою, жүйелі қателіктердің талдамасын  жасау және т.б. болып табылады. Осы сұрақтар жайлы нақтырақ басқа әдебиеттен оқуға болады. Бұл арада біз тек бөлудің қалыпты заңына бағынатын тең нүктелі өлшемдердің нәтижелерін өңдеу кезінде орындалатын алғашқы қадамдарды ғана қарастырамыз. Бұрын атап көрсетілгендей, физикалық шаманың шын мәнін оны өлшеу нәтижелері бойынша анықтау мүмкін емес. Өлшеулер нәтижелерінің негізінде осы шын мәннің бағасы (оның орташа мәні) және құрамында қабылданған сенімді ықтималдықпен бірге іздестірілетін шама орналасқан диапазон алынуы мүмкін. Басқа аөзбен айтқанда, егер қабылданған сенімді ықтималдық 0,95-ке тең болса, онда өлшенетін физикалық шаманың шын мәні 95 % ықтималдықпен барша өлшемдер нәтижелерінің белгілі бір аралығында орналасады. Кез келген өлшеу нәтижелерін өңдеудің соңғы міндеті Q белгісімен белгіленген өлшенетін физикалық шаманың шын мәнін және құрамында қабылданған сенімді ықтималдық орналасқан мәндер диапазонын бағалауды алу болып табылады. Өлшеудің тең нүктелі (тең шашыраған) нәтижелері үшін бұл бағалау дара нәтижелерден n

бұл   жерде n

Xі

Өлшенетін физикалық щаманың орташа мәнінің өзгеру диапазонын (сенімді аралық) анықтау үшін, оны бөлудің заңы мен өлшеу нәтижелерінің қателіктерін бөлу заңын білу қажет. Метрологиялық практикада әдетте өлшеу нәтижелері мен олардың қателіктерін бөлудің келесі заңдары пайдаланылады: қалыпты, бірыңғай, үш бұрыш және трапеция тәріздес бойынша. Өлшемдер нәтижесін тарату бөлудің қалыпты заңына, ал нәтижелер тең нүктелі болып табылатын жағдайды қарастырайық. Өлшемдердің нәтижелерін өңдеудің бірінші кезеңінде ірі қателіктерді (ағаттықтарды) бағалайды. Ол үшін өлшеу қатарындағы дара өлшеулер нәтижелерінің орташа квадраттық қателіктерін (ОКҚ)

анықтайды.

(𝑛 − 1)

символымен белгіленген «орташа квадраттық ауытқу» термині кеңінен қолданылуда . Жүйелі қателіктерден ерікті өлшеу нәтижелерінің қатарын өңдеген кезде ОҚҚ мен ОКА дара өлшеу нәтижелерін таратудың бірыңғай бағалауы болып табылады.

анықтамасы қолданылады. Бөлудің қалыпты заңы жағдайында олар келесідей есептеледі:

t

мен өлшеу санына (кесте бойынша таңдалады) тәуелді коэффициент. Егер өлшеу нәтижелерінің арасында сенімді шекарадан шығып кететін, яғни 3S шамасынан орташа мән x үлкен немесе кіші болатын мәндер табылатын болса, онда олар ірі қателіктерге жатқызылып, арй қарай қарастырудан шығарылады. Деректерді өңдеу кезінде бақылау нәтижелері мен кейінгі жүргізілетін есептеудің дәлдіктері өлшеу нәтижелерінің қажетті дәлдігімен сәйкес болуы тиіс. Өлшеулер нәтижелерінің қателіктері екі мағыналы сандардан асырмай белгілеген жөн. Бақылау нәтижелерін өңдеу кезінде шамалап есептеу ережелерін пайдаланған жөн, ал дөңгелектеуді келесі ережелерге сәйкес орындаған абзал:

9,84236672 = 9,8424;

= (9,8424 ± 0,0005) м.

= 1,260002 = 1,2600;

2,3641 = 2,36.

= 1,385 = 1,38;

236,51 = 237.

Алынған нәтижелерді ары қарай талдау «Өлшеудің бірегейлігін қамтамасыз етудің мемлекетті жүйесі. Өлшеулерді орындаудың әдістемесі (әдістері)» 8.563—2009 МЕМСТ бойынша орындалады. Біркелкі жағдайда микрометрмен орындалған білік мойны диаметрінің дара өлшеу нәтижелерін бастапқы өңдеу мысалын қарастырайық (1.5 кесте).

(𝑛 − 1)

𝑋̅

Өлшемнің нөмірі і

Мойын диаметрі, мм

10,10

10,07

10,12

Егер өлшеу нәтижелерінде 10,341 мм-ден көп және 9,885 мм-ден аз мағыналар болғанда, онда оларды жойып,

және

шамаларын қайта анықтау қажет болар еді.

Бақылау сұрақтары

Д = ±0 ,00015 м,

= 10,3856 =

Өлшеу және бақылау құралдарының жіктелуі.

Адам өзінің күнделікті өміріндегідей еңбек ету кезінде де ойланбастан түрлі өлшеулерді жиі жасайды. Өзінің әр қадамын жолдың сипатымен салыстырады, жылу мен суықты, жарықтанудың деңгейін сезінеді, киім таңдау мақсатында, сантиметрдің көмегімен кеудесінің көлемін өлшейді және т.б. Дегенмен, әлбетте, тек арнайы құралдардың көмегімен ғана ол өзіне қажетті параметрлер жайлы шынайы дерек ала алады.

Бақыланатын физикалық шамалар үлгілері бойынша өлшеу және бақылау құралдарын жіктеудің құрамына келесі негізгі шамалар кіреді: салмақтық шамалар, геометриялық шамалар, механикалық шамалар, қысымның, санның, шығынның, зат деңгейінің, уақыт пен жиіліктің, заттың физика-химиялық құрамының, жылудың шамалары, электрлік және магниттік шамалар, радиотехникалық шамалар, оптикалық сәуле, иондаушы сәуле, акустикалық шамалар.

бөлінуі мүмкін. Электрлік және магниттік шамаларда өлшеу құралдарының негізгі түрлерін ажыратуға болады: кернеудің, тоқтың, қуаттың, фазалық жылжудың, кедергінің, жиіліктің, магнит өрісі кернеулігінің және т.б. Әмбебап өлшеу құралдары көптеген парпметрлердің өлшеулерін жүргізуге мүмкіндік береді. Мысалы, іс жүзінде кеңінен қолданылатын мультиметр тұрақты және айнымалы кернеулерді, тқтың күшін, кедергінің шамасын өлшеуге мүмкіндік береді. Сериялық өндірісте жұмыскер өзінің жұмыс орнында параметрлердің бір немесе шектеулі санын бақылауы тиіс. Бұл жағдайда оған өлшем нәтижелерін тез және дәлірек санауға болатын бірөлшемдік өлшеу құралдарын қолданған оңтайлы. Мысалы, кернеу стабилизаторларын жұмысқа даярлау кезінде бір бірінен тәуелсіз екі құрал болса жеткілікті: соңғы кернеуді бақылауға арналған вольтметр және стабилизатор жұмысының жұмыс диапазонындағы жүктеме тоғын өлшеуге арналған амперметр. Өндірісті        автоматизациялау        процесі        бақылаудың автоматтандырылған құралдарын кеңінен пайдалануға алып келді. Көптеген жағдайларда олар берілген мәннен өлшенетін параметрдің ауытқуы орын алған кезде ғана ақпарат береді. Бақылаудың автоматтандырылған құралдары тексерілетін параметрлердің саны, автоматтандыру дәрежесі, өлшенетін импульсті түрлендіру әдісі, технологиялық процеске әсер ету, компьютер пайдалану бойынша жіктеледі. Соңғылары түрлі техникалық құрылғылардың құрамына жиі куре бастады. Олар пайда болатын ақауларды пайдалану процесін нақтылауға, қызмет көрсетуші құрамның талабы бойынша оларды беруге және тіпті техникалық құрылғының құрамына кіретін түрлі өлшеу қондырғыларының көмегімен анықталатын пайда болған ақауларды жою әдістерін көрсетуге мүмкіндік береді. Автомобильдің кезеңдік техникалық тексеруін өткізу кезінде (бұл сәйкес ережелер бойынша қарастырылған) түрлі агрегаттарға өлшем құралдарын тікелей қосудың орнына тек бір өлшегіш, негізінде ноутбук сияқты жазып алатын құралға қосу жеткілікті.  Осы құралға автомобильдің компьютері (олар бірнешеу болуы мүмкін) автомобиль құрал-жабдықтарының осы сәттегі ахуалы туралы ақпаратты ғана емес, соңғы бірнеше айлардағы пайда болған ақаулардың статистикасын да береді. Автомобиль құрал-жабдықтарының (немесе басқа да техникалық құрылғылардың) құрамына кіретін көптеген өлшем құрылғылары жөндеу жиі мүмкін болмайтын электроника қағидасымен жұмыс істейді; компьютер көбінемес ұсыным жасайды: шешу, тастау, жаңасымен алмастыру.

Микропроцессор түріндегі компьютерлер түрлі өлшеу құралдарының, мысалы, осциллографтардың, сигнал спектрін талдағыштың, бейжелілік бұрмалауды өлшегіштің құрамына тікелей кіреді. Олар өлшенетін ақпаратты өңдейді, оны еске сақтап, тек өлшеу кезінде ғана емес, экспериментшінің талабы бойынша қандай да бір уақыт өткен соң да ыңғайлы нысанда ұсынады.

бойынша жүргізуге болады: механикалық, пневматикалық,гидравликалық, электрлік, оптикалық, акустикалық және т.б. әдістер. Осы тізіп шыққан әдістердің ішінде қосымша жіктеу жүргізуге болады. Мысалы, электрлік тәсілді тұрақты немесе айнымалы, төмен жиілікті, жоғары жиілікті, инфратөмен жиілікті және т.б. кернеудің сигналдары пайдалануы мүмкін. Медицинада түрлендірудің флюорографиялық және рентгеноскопиялық тәсілдер пайдаланылады. Немесе соңғы кезде пайда болған магниттік- резонанстық томография (компьютерлік томография). Осының бәрі қандай да бір жалпы ұстанымдар бойынша бүкілкөлемдік жіктеуді жүргізу мақсатқа сай болмайтынын көрсетеді. Параметрлерді өлшеу процесіне соңғы уақытта электрондық және электрлік-техникалық әдістердің, компьютерлік техниканың енуіне байланысты осы әдістерге де көбірек назар аударған жөн. Өлшеу мен бақылаудың электрлік әдісі алынған нәтижелерді еске тұтуды, олардың статистикасын өңдеуді, орташа мәнін, дисперсиясын анықтауды, өлшеудің келесі нәтижелерін болжауды қарапайым түрде жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Электрониканы пайдаланубайланыс арналарымен өлшеу нәтижелерін беруге мүмкіндік туындатады. Мысалы, заманауи автомобильдерде шинадағы қысымның төмендегені туралы ақпарат жүргізушіге радиоарнамен беріледі (бұл апатты ақпараттың алдын алуға қажетті). Ол үшін шина камерасының ниппеліне золотниктің орнына радиохабартаратқышы бар кішкентай тетік орнатылады. Ол өз кезегінде айналып тұрған дөңгелектен қимылсыз антеннаға және ары қарай жүргізушінің құралдық қалқаншасына ақпарат жібереді. Автомашиналардың соңғы үлгілерінде радиолокатордың көмегімен алдында кетіп бара жатқан автомашинаға дейінгі ара қашықтық анықталады. Ал егер ол ара қашықтық өте аз болып бара жатқан жағдайда, жүргізушінің қатысуынсыз тежегіш атвоматты түрде өзі қосылады. Авиацияда қара жәшіктің көмегімен (шын мәнінде ол көзге түсу үшін қызғылт-сары түспен боялады) ұшу кестесі, ұшақтың негізгі қондырғыларының жұмысы туралы ақпарат жазылады. Бұл апат бола қалған жағдайда оның себебі табуға және ары қарай осындай жағдаят қайталанбау мақсатында шаралар қолдануға мүмкіндік береді.

Сақтандыру компанияларының талабы бойынша осындай құрылғылар көптеген мемлекеттерде енгізілуде және автомобильдерге қондырылуда. Өлшеу ақпаратын ұшырылған жер серіктері мен баллистикалық зымырандар арқылы тарататын радиоарналар кеңінен қолданылады. Бұл ақпарат автоматты түрде өңделеді (бұл жерде секундтар рөл ойнайды) және берілген траекториядан қозғалыстың ауытқуы немесе апатты жағдаят пайда болған кезде жіберілген нысанына жерден өзін өзі жою бұйрығы беріледі.

Өлшеу мен бақылау құралдарының жалпылама құрылымдық сызбалары. Өлшеу жүйелері мен оның жеке құралжарын құру мен зерттеу мақсатында, өлшеу мен бақылау құралдарының жалпы құрылымдық сызбалары жиі қолданылады. Бұл сызбаларда физикалық шамаларды сипаттайтын сигналдармен өзара байланысқан символикалық блоктар түіндегіөлшеу құралдарының жеке элементтері суреттелген. 16263 — 70 МЕМСТ келесі өлшеу құралдарының жалпы құрылымдық элементтерін анықтайды: сезімтал, түрлендіргіш элементтер, өлшеу тізбегі, өлшеу механизмі, есептеуіш құрылғы, шкала, нұсқар, тіркейтін құрылғы (1.3-сурет). Сезімтал элементтен басқа (кейде ол да бар) құрылымдық сызбаның барлығы дерлік элементтері электротехника мен электроника қағидасымен жұмыс істейді.

Өлшеу құралдарының сезімтал элементі өлшенетін шама тікелей әсер ететін бірінші түрлендіргіш элемент болып табылады. Тек осы элемент өлшенетін шаманың өзгерістерін тіркеу қабілетіне ие. Құрылысы жағынан сезімтал элементтер алуан түрлі. Олардың кейбіреулері тетіктерді зерттеу кезінде ары қарай қарастырылатын болады. Сезімтал элементтің басты міндеті – өлшеу ақпаратын ары қарай өңдеуге ыңғайлы нысанда сигнал өңдеп шығару. Бұл сигнал таза механикалық, мысалы, орын ауыстыру немесе бұрылу, болуы мүмкін. Дей тұрғанмен, ең оңтайлысы ары қарай өңдеуге ыңғайлы электр сигналы (кернеу немесе сирек тоқ). Мәселен, қысымды өлшеу кезінде (сұйықтықты, газды) сезімтал элемент қысымның әсерінен пішінін өзгертетін гофраланған серпімді мембрана түрінде болады,

яғни түрлендіру қысымының сызықтық орын ауыстыру жүреді. Ал жарық ағынын фотодиодтың көмегімен өлшеу оның қарқындылығын тікелей кернеуге түрлендіреді.

сезімтал элемент өңдеп шығарған сигналды ары қарай өңдеуге және байланыс арнасымен жіберуге ыңғайлы нысанға түрлендіруді жүзеге асырады. Бұрын қарастырылған қысымды өлшеуге арналған сезімтал элемент шығысында сызықтық орын ауыстыру түрлендіргіш элементін, мысалы, сызықтық орын ауыстыруды оған пропорционалды кернеуге түрлендіру мүмкіндігін беретін потенциометрикалық тетікті талап етеді Кейбір жағдайларда соңынды пайдалануға ыңғайлы сигнал шығатын бірнеше түрлендіргіштерді бірізді қолдануға тура келеді. Бұл жағдайдарда бірізді қосылған бірінші, екінші және басқа да түрлендіргіштер туралы сөз болады. Шын мәнінде түрлендіргіштердің осындай жүйелі тізбегі өлшеу құралдарының өлшеу тізбегі деп аталады.

Индикатор қабылдауға ыңғайлы түрде алынған өлшеу ақпаратын операторға жіберуге қажет. Өлшеу тізбегінен индикаторға келіп түсетін сигналдың сипатына байланысты, индикатор механикалық немесе гидравликалық элементтермен қатар (мысалы, манометрдің) электр вольтметрінің (көбінесе) көмегімен индикатор орындалуы мүмкін. Ақпараттың өзі операторға аналогты немесе дискретті (цифрлық) түрде ұсынылуы мүмкін. Бұл аналогтық индикаторларды әдетте өлшенетін шаманың мәндері көрсетілген шкала бойынша жылжымалы бағыттаманың (ең қарапайым мысал - бағыттамалық сағаттар) және сирек жағдайда жылжымалы шкаласы бар қозғалыссыз бағыттаманың көмегімен ұсынылады. Дискреттік цифрлық индикаторлар ақпаратты ондық сандар түрінде береді (ең қарапайым мысал – цифрлық индикацисы бар сағат). Цифрлық индикаторлар аналогтық өлшеулермен салыстырғанда, дәл нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік береді, бірақ лезде өзгеретін шамаларды өлшеу кезінде оператор цифрлық индикаторда сандардың жылтылдағанын көреді, ал сол уақытта аналогтық аспапта бағыттаманың қозғалысы жақсы көрінеді. Бұған автомобильдің цифрлық спидометрлерін пайдаланудың сәтсіз аяқталғаны мысал бола алады.

енгізілуі мүмкін. Бұл жағдайларда оператор біраз уақыттан соң, өзіне қажетті алдыңғы өлшеудің нәтижелерін жадыдан талап ете алады. Мысалы, жолдың түрлі учаскелеріндегі қозғалыс құрамының жылдамдығын жазып отыратын арнайы құрылғылар барлық теміржол көлігінің локомотивтеріне орнатылған. Бұл ақпарат соңғы бекеттерде жолдың түрлі учаскелерінде тапсырылады және

жылдамдық кестесін бұзушыларға шара қолдану мақсатында өңделеді. Кейбір жағдайларда өлшенген ақпаратты ұзындау қашықтыққа жіберу қажеттілігі туындайды. Мысалы, мемлекеттің түрлі аудандарында орналасқан арнайы орталықтардың жерсеріктерін бақылау. Бұл ақпарат жерсеріктерінің қозғалысын бақылау үшін өңделетін орталық бекетке шұғыл жіберіледі.

пайдаланылады – электр кәбілдері, жарық өткізгіштер, инфрақызыл арналар (ең қарапайым мысал – пульттің көмегімен теледидар жұмысын қашықтықтан басқару), радиоарналар. Аз қашықтыққа аналогтық ақпаратты жіберуге болады. Мысалы, автомобильдің майлау жүйесіндегі майдың қысымы туралы ақпарат қысым тетігінен сымдар арқылы аналогтық сигнал түрінде тікелей индикаторға беріледі. Салыстырмалы ұзын байланыс арналарында цифрлық ақпаратты пайдалануға тура келеді. Бұл аналогтық сигналды жібере отырып, сымдардағы кернеудің төмендеуі әсерінен цифрлық ақпараттың әлсіреуімен байланысты. Дегенмен осы ақпаратты ондық санау жүйесінде беру мүмкін болмай шықты. Әрбір санға белгілі бір кернеу деңгейін беру мүмкін емес, мысалы, 2 санына — 2 В, 3 санына — 3 В және т.б.  Екі саннан тұратын екілік санау жүйесі деп аталатын - нөл мен бір – бір ғана әдісті пайдалану қабылдауға лайық болып шықты. Олармен нөлге қатынасты — нөлдік кернеу, ал бірлікке қандай бір нөлден бөлек қатынасты анықтауға болады. Қандай болатыны маңызды емес. Ол 3 В және 10 В болуы мүмкін. Барлық жағдайда ол екілік жүйесінің бірлігіне сәйкес болады. Айтпақшы, кез келген компьютер мен портативті калькуляторлар да санаудың екілік жүйесінде жұмыс істейді. Олардағы арнайы сызбалар пернетақтаның көмегімен енгізілетін ондық ақпаратты екілікке, ал екілік нысанынан есептеудің нәтижелерін бізге белгілі ондыққа қайта қодтайды. Қандай да бір мәліметтердің құрамында ақпараттың үлкен көлемі бар немесе бұл жерде шын мәнінде ешқандай ақпарат жоқ деп жиі айтқанымызбен, ақпаратқа белгілі бір математикалық түсіндірме беруге болатыны жайлы ойланбаймыз. Ақпараттың сандық (мөлшерлік) шамасын ақпарат теориясының негізін салушылардың бірі, америкалық ғалым К. Шеннон енгізді:

𝐼 = log

р

2-негіздеме кезіндегі логарифмді келесі формула бойынша есептеп шығаруға болады

log

𝑥 = log 𝑥 = log 𝑥

log 2        0,3 Егер ақпарат байланыс желісінде орын алатын қателіктерсіз қабылданатын болса, онда хабарлама қабылдаушыда оқиғаның болу ықтималдығы бірге тең болады. Онда ақпараттың сандық (мөлшерлік) бағалау формуласы қарапайым сипатты иеленеді:

𝐼  = − log

бит атауы берілген бірлік қабылданған. Мысалы, аспаптардың көмегі арқылы қандай да бір құрылғының шығысында кернеу бар (нұсқалар бар: кернеу бар ма, әлде жоқ па) және осы оқиғалардың ықтималдығы тең ықтималды екендігі анықталған, яғни p =

0,5 = 1 бит.

Байланыс арнасымен берілетін ақпарат санын (мөлшерін) анықтау маңызды, себебі кез келген байланыс арнасы ақпаратты

бит/ж-пен өлшенетін белгілі бір жылдамдықпен бере алады. Шеннон теоремасы деген атау алған теоремаға сәйкес, хабарламаны (ақпаратты) дұрыс беру үшін, ақпарат көзінің өнімділігінен ақпарат беру жылдамдығы көбірек болуы қажет. Мысалы, цифрлық пішіндегі теледидар суретін берудің стандартты жылдамдығы (жерсеріктік теледидар тап осылай жұмыс істейді және эфирлік теледидар жақын жылдарда осы әдіске өтеді) 27 500 кбит/ж-қа тең. Кейбір кездері теледидар арнасымен осциллографтан түсірілген маңызды ақпарат берілетінін ескеру қажет (сигнал түрлері, аспаптар шкаласы және т.б.). Қандай болса да, байланыс арналары ақпаратты берудің максималды жылдамдығының белгілі бір мәніне толықтай ие болғандықтан, олар ақпараттық жүйелерде ақпарат көлемін қысудың түрлі тәсілдерін пайдаланады. Мысалы, барлық ақпаратты емес, тек оның өзгерісін беруге болады. Қандай да бір үзіліссіз процесте ақпарат көлемін азайту үшін, сауалнаманы жүзеге асыра және іріктеуге қол жеткізе отырып, тек белгілі бір уақыт сәттерінде осы процесс туралы деректерді байланыс арнасы бойынша беруге даярлаумен шектелуге болады. Әдетте бұл сауалнама уақыттың тең аралығы – Т- сауалнама кезеңі арқылы жүзеге асырылады. Арнаның қабылдау соңында үздіксіз қызмет байланысын қайта орнату әдетте автоматты түрде жүзеге асырылатын интерполяциялық өңдеудің көмегімен жасалады. Іріктеуді пайдаланумен қоса деректерді беру жүйесіндегі үздіксіз сигнал көзі электрондық кілттің (модулятордың) көмегімен түрлі амплитудадағы импульстардың тізбегіне айналады.

Бұл импульстар байланыс арнасына түседі, ал қабылдау тарапында белгілі бір түрде таңдалып алынған сүзгі импульстар тізбегін қайтадан үздіксіз сигналға айналдырады. Уақыттың

тең аралықтары арқылы кілтті ашатын импульстардың арнайы генераторынан кілтке да сигнал келіп түседі. 1930-жылдардың басында қазіргі таңда оның аты берілген теореманы қалыптастырған Котельников іріктеу бойынша сигналдың бастапқы пішінін қайта қалпына келтіру мүмкіндігі жайлы атап көрсеткен еді.

f mах ,

бұл жерде f mах

f = 2 f mах

жиілігімен жүргізілсе, онда қызметті f

Өлшеу мен бақылау құралдарының көмегімен алынатын өлшеу ақпаратының сапасы олардың ең маңызды қасиеттеріне байланысты болып табылады. Өлшеу сапасы дәлдікпен, нақтылықпен, дұрыстықпен, өлшеулердің жинақтылығы және өндірушілігімен, сонымен қатар жол берілетін қателіктерімен сипатталады.

Өлшеу және бақылау құралдарының метрологиялық сипаттамалары (қасиеттері)

8.009 — 84 МЕМСТ төменде берілгендердің ішінен таңдалып алынатын өлшеу құралдарының нормаланған метрологиялық сипаттамаларының кешенін бекітеді.

Шамалардың әсер етуіне өлшеу құралдары сезімталдығының сипаттамасы

Өлшем құралдарының динамикалық сипаттамасы толық және жеке болып бөлінеді. Біріншісіне: ауыспалы сипттама, амплитудалық- фазалық және импульстық сипаттамалар, беріліс қызметі жатады. Жеке динамикалық сипаттамаларға реакция уақыты, демпфирлеу коэффициенті, уақыттың тұрақты шамасы, айналмалы жиіліктің меншікті резонанстық мәні жатады.

Өлшем құралдары шығыс сигналының бейақпараттық параметрлері

Өлшем құралдарының конструктивті шешімдерімен және олардың жеке тораптарымен қамтамасыз етілетін өлшеу құралдарының жиі кездесетін метрологиялық көрсеткіштерін толығырақ қарастырамыз.

Шкала бөліктерінің бағасы

-ахуалдан

-ахуалға ауысуы (1.4 сурет) 0,01 В шамасының өзгеруіне сәйкес келетін болса, онда осы шкаланың бөліктеу бағасы 0,01 В-ға тең болады. бөліктеу бағасының мәндері 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 қатарынан таңдалады. Дегенмен көбінесе 1-ден 2-ге дейінгі еселік және үлестік мәндерді, атап айтқанда 0,01; 0,02; 0,1; 0,2; 1; 2; 10 және т.б. пайдаланады. Шкаланы бөліктеу бағасы әрдайым өлшеу құралдарының шкалаларында көрсетіледі.

Шкаланы бөлу интервалы

б сурет). Практикада, оператор жанарының рұқсат ететін күшін (көру өткірлігін) негізге ала және штрихтар мен сілтеменің ендерін еске ала отырып, шкаланы бөлудің минималды интервалын 11 мм-ге тең, ал максималдысын – 2,5 мм деп қабылдайды. Интервалдың кеңінен тараған шамасы 1 мм болып табылады.

Шкаланың бастапқы және соңғы мәндері

-сурет. Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамалары : а

б

а б

шкаланы бөлу интервалы

Ол өлшеу сызығының бағыты бойынша өлшеу құралының өлшегіш ұштығы және өлшенетін беттің жанасу аймағында пайда болады.  Ол өлшеу тізбегінің тұрақты тұйықталуын қамтамасыз етуге қажет. Бақыланатын бұйымға рұқсат беруге байланысты, өлшеу күшінің ұсынылатын шамалары 2,5 - 3,9 Н аралығында орналасады. Өлшеу күшінің маңызды көрсеткіші

өлшеу күшінің айырымы

Өлшенетін шаманың өзгеруіне қарай әрекет ету қабілетінде қорытылған өлшеу құралдарының қасиетін

сезімталдық деп атаймыз. Ол сілтеменің шәкілге қатысты өлшенетін шамасының өзгерісіне сәйкес түрде орын өзгерту қатынасымен бағаланады (сызықтық немесе бұрыштық бірліктерде берілген).

Өлшем құралдарының сезімталдық шегі

Көрсеткіштер в

ариациясы

Тетіктер (датчик) үшін келесі метрологиялық сипаттамалар тән: =ƒ н (

кір ). Бұл нормаланатын метрологиялық сипаттама түрлендіргіштің өлшемдеуші (градуирлеуші) сипаттамасы болып табылады.

шек

кір ; Өлшеу және бақылау құралдарының метрологиялық сипаттамаларында өлшем қателіктері орын алады, атап айтқанда,

өлшеу және бақылау құралдарының жеке қателіктері . 1.4- бөлімде сомалық эффект қалыптастыратын, бірқатар себептердің көрініс беру салдары болып табылатын өлшеу қателіктерінің негізгі топтары қарастырылған болатын.

Өлшеу қателіктері – бұл өлшеу нәтижесінің Х өлш

өлшенетін шаманың қолданыстағы мәнінен

д

ауытқуы ∆ .

п

мен өлшенетін шаманың қолданыстағы мәнінің арасындағы айырмашылық ∆ п : ∆ п =

n

д .

Өлшеу құралдарының қателігі жалпы жағдайда А п

«Өлшеу қателігі», «өлшеу құрадарының қателігі» терминдерімен қатар «өлшеу дәлдігі» термині де қолданылады. Ол өлшеу дәлдгі нәтижелерінің өлшенетін шаманың шын мәніне жақындығын көрсетеді. Өлшеудің жоғары дәлдігі өлшеудің кіші қателіктерінне сәйкес келеді. Өлшеу қателіктері өлшеудің кіші қателіктеріне сәйкес келеді. Өлшеу қателіктері әдетте олардың пайда болу себептері мен қателіктердің түрлеріне қарай жіктеледі.

Аспап қателіктері өлшеу және бақылау құралдары элементтерінің жоғары сапасының жеткіліксіз болуы салдарына пайда болады. Осы қателіктерге ӨҚ-ды даярлау мен жинаудың қателіктерін; ӨҚ механизміндегі үйкеліс қателіктері, оның бөлшектерінің қаттылығының жетіспеушілігі және т.б жатқызуға болады. Аспаптық қателік әр ӨҚ үшін жеке болады.

Әдістемелік қателіктердің пайда болу себебі өлшеу әдісінің жетілдірілмеуі болуы мүмкін, яғни біз өзімізге қажет шаманы емес, жеңіл жүзеге асатын, тек жуық шаманы көрсететін шаманы саналы түрде өлшеуге, түрлендіруге немесе шығысында пайдаланамыз.

Негізгі қателікке нормативтік-техникалық құжатта (НТҚ) келісілген қалыпты жағдайларда пайдаланылатын өлшеу құралдарының қателіктері жатқызылады. Өлшеу құралдары өлшенетін шамаға деген сезімталдықпен қатар өлшенбейтін, бірақ әсер ететін шамаларға да біршама сезімталдығын көрсетететіні белгілі, мысалы, температураға, атмосфералық қысымға, вибрация мен соққыға және т.б. Сондықтан кез келген өлшеу құралы НТҚ-да көрсетілетін негізгі қателіктерге ие болады.

Өлшеу және бақылау құралдарын өндірістік жағдайларында пайдалану кезінде қалыпты ахуалдардан айтардықтай ауытқуды туындататын

пит және  т.б.  түрінде өзгеруіне әсер ететін жеке шамалардың өзгерістерінің сәйкес әсер ету коэффициенттерімен нормаланады. Өлшеу құралдарының қателіктерін жол берілетін қателіктер шегін бекітумен номалайды.

Өлшеу құралдары қателіктеріне жол берілу шегі

Онымен қоса өлшеудің барлық аталған қателіктері жүйелік, кездейсоқ және ірі қателіктері, оның статикалық және динамикалық құрамдас бөліктері, абсолюттік және салыстырмалы түрлерге бөлінеді (1.4-бөлімді қараңыз).

Өлшеу құралдарының қателіктері келесідей белгіленеді: ∆ =

ном

д ,

бұл жерде

ном

д

аспап үшін ∆ =

n

д

, бұл жерде Х п

δ = (∆/

д

м

Нормалаушы мән ретінде ӨҚ беретін деректердің өлшеу шегі қабылдануы мүмкін. Мысалы, массасы 10 кг таразының өлшеу шегі

10 кг.

Егер нормалаушы шама ретінде шкаланың барлық құлашы қабылданатын болса, онда физикалық шаманың өлшенетін бірлігіндегі осы құлаштың мәніне абсолюттік қателікті жатқызады.

Мысалы, амперметр үшін шектері -100 мА-дан 100 мА-ға дейін болса, онда

200 мА.

Егер нормалаушы шама ретінде аспап 1 шкаласының ұзындығы алынатын болса, онда

= l.

Әрбі ӨҚ үшін қатедік қандай да бір пішінде келтіріледі.

Егер ӨҚ қателігі сыртқы өзгермейтін шарттар кезінде өлшеудің барша диапазонында тұрақты болса, онда ∆ = ±а

b

д -

ға тәуелді емес . ∆ = ±а

деп ,

деп аталады .

Аддитивтік қателік үшін δ = ±p,

p

п

д

к |.

келтірілген қателік γ = ±q

q

p, c, d, q

мәндері келесі сандар қатарынан таңдалады: 1 · 10 n

; 1,5 Жол берілетін қателіктер шектер (негізгі және қосымша), сонымен бірге өлшеу қателіктеріне әсер ететін басқа да қасиеттері анықтайтын өлшеу құралдары дәлдігінің жалпы сипаттамасына арналған «өлшеу құралдарының дәлдік класы» деген ұғым енгізіледі. Өлшеу құралдарының дәлдік кластары бойынша жол берілетін қателіктер шектерін анықтаудың бірегей ережелерінің көрсеткіштерін 8.401—80 МЕМСТ анықтайды. Дәлдік кластары өлшеу құралдарының сапасын салыстырмалы бағалау үшін, оларды таңдау, халықаралық сауд үшін ыңғайлы. Дәлдік класы берілген өлшеу құралдарының метрологиялық қасиеттерін сипаттауына қарамастан, өлшеудің дәлдігін нақты анықтамайды, өйткені ол өлшеу әдісі мен оларды орындаудың шарттарына тәуелді. Дәлдік класы өлшеу құралдарына қойылатын техникалық талаптары бар стандарттар және техникалық шарттармен анықталады.

Нақты типтің өлшеу құралдары дәлдігінің әрбір класы үшін жалпы алғанда дәлдіктің деңгейін көрсететін метрологиялық сипаттамаларға нақты талаптар бекітіледі. Өлшеу құралдарына арналған дәлдік кластарының бірегей сипаттамалары (мысалы, кіріс және шығыс кедергілер) дәлдік класына байланыссыз нормаланады. Бірнеше физикалық шамалардың немесе бірнеше диапазонды  өлшеу құралдары дәлдіктің екі немесе бірнеше класына ие болуы мүмкін. Мысалы, электр кернеуі мен кедергісін өлшеуге аралған электр өлшегіш аспапқа дәлдіктің екі класы беоілуі мүмкін: біреуі - вольтметрге, екіншісі – амперметрге. Дәлдік кластары өлшеу құралдарын өңдеу кезінде беріледі. Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамалары пайдалану кезінде нашарлайды. Сондықтан метрологиялық аттестация немесе тексеру нәтижелері бойынша олардың дәлдік  кластарын төмендетіге рұқсат беріледі. Мысалы, ұзындықтың өлшемдерін тексеру кезінде дәлдік класын төмендету қарастырылған. Бұл тексеру кезінде анықталған номиналды мәннен өлшемнің ұзындығы ауытқыған және бұрын тағайындалған дәлдік класы үшін рұқсат берілген ауытқулардың шегінен асып кеткен жағдайда жүзеге асырылады. Өлшеу құралдары мен одардың метрологиялық сипаттамаларының алуан түрлі үлкен санына байланысты 8.401 — 80 МЕМСТ-нда белгілей әдістері анықталған. Бұл ретте қандай да бір әдісті таңдау қателіктің қандай түрде нормаланғанына байланысты болады. өлшеу қателігі (1.1) және (1.2) формулаларына сәйкес анықталатын өлшеу қателіктері бар ӨҚ үшін дәлдік класы ең дәл 1-ден қателіктің өсуіне қарай реттік нөмір бойынша тағайындалады. Егер қателік (1.3) немесе (1.4) формулалары бойынша анықталатын болса, ӨҚ-дың дәлдік класы %-бен көрсетілетін, салыстырмалы немесе келтірілген қателіктің мәндеріне сәйкес болады. Мысалы, егер δ = ±1 % болса, онда ӨҚ-дың дәлдік класы 0,1 болады; егер келтірілген қателік γ = ±1,5 % болса, онда ӨҚ-дың дәлдік класы 1,5 болады. Бұл қабылданған бірліктердегі физикалық шаманың мәнімен нормаланатын, келтірілген қателік үшін әділетті. Қателік аспап 1 шкаласының ұзындығымен нормалатын жағдайларда дәлдік класы g сандық мәнге тең болғанымен, басқаша белгіленеді. Мысалы, γ = 0,5 %

= 1) кезінде дәлдік класы 0,5.

п

д

Осыны келесі мысалмен суреттейік. Өлшеу шектері 0-100 В вольтметр бар. Оған 50 В кернеу беріледі. Өлшеу нәтижесі - 48,5 В.

Онда ∆ класы бойынша 6 дәлдігі бойынша, δ бойынша - дәлдік класы 3, γ бойынша - дәлдік класы 1,5.

1 . 6 - к е с т е

Аспаптар дәлдігінің кластарын белгілеу мысалдары

Жіберілетін қателіктер шектерін анықтауға арналған формула

Ескерту

құжатнамада

Өлшеу құралдарында

∆ = ±a

дәлдік класы

±(a + bx)

дәлдік класы

γ = ∆/

=± p

γ = ±1,5 1,5

дәлдік класы

1,5

Егер

γ = ±0,5

0,5

дәлдік класы

0,5

Егер

=± q

δ = ±0,5 0,5

дәлдік класы

0,5

δ = ±[c + d*(|X п

д

|-1)]

δ = ±[0,02 +

п

д

0,02/0,01

Е с к е р т у . 1.6-кестеде: ∆

b

q, p

d

с = b + d;

Келтірілген қателіктен салыстырмалы қателікті ажырату үшін, өлшеу құралында оны дөңгелектеп қояды. Осы мақсатта өлшеу құралындағы дәлдік класына «V» белгісін қояды (бұл абсолюттік қателіктің шегі шкаланың номиналдық нүктесіне емес, шкаланың немесе оның бөліктерінің ұзындығына келтірілді дегенді білдіреді).

Өлшеу процесін өлшеуге жататын кез келген физикалық шаманың электрлікке түрленуін қамтамасыз ететін, электр аспаптарымен өлшеуге болатын түрлендіргіш блоктарынан тұратын қарапайым блок-сызба түрінде көзге елестетуге болады (1.5-сурет). Бұндай түрлендіргішті көбінесе қарапайым тілмен

тетік (датчик) деп атайды. Егер тетіктің шығысында кернеу болса, оның шығысында өлшеу жүргізу ыңғайлы. Бұл нәтижелер индикациясын өлшеу нысанынан қандай  да бір қашықтықта жиі жүргізу қажеттігі себеп болатындықтан маңызды болып табылады, ал кернеуді сымдардың бойымен беру жеңіл. Өкінішке орай, өлшеуге жататын физикалық шаманы электрлікке, мысалы, кернеуге, тікелей түрлендіру мүмкін болмайды. Бұндай кезде түрлендіргіш екі сатылы орындалады. Бірінші сатыда өлшенетін физикалық шама өз кезегінде электрлікке түрленетін басқа физикалық шамаға түрленеді. Түрлендіргіштің осындай сызбасына мысал ретінде атмосфералық қысымды өлшеу құрылғысын келтіруге болады.Осындай түрлендіргіштің бірінші сатысында қатты сиретілу құрылатын анероидтық қорап пайдаланылады. Атмосфералық қысымның өзгеруі қораптың сығымдалуына немесе ісінуіне алып келеді.  Қораптың геометриялық көлемдерінің өзгеруі қарапайым потенциометриялық тетіктің көмегімен электр шамасы – кернеуге айналады. Тап осы қағида бойынша ұшақтың биіктік өлшегіштері жұмыс істейді.

Барлық тетіктердің екі сипаттамасы болады: статикалық және динамикалық (1.6-сурет).

өлшенетін шаманың өзгеруімен байланысты ауысу процесін аяқтаған соң, статикадағы кіріс шамасынан шығыс шамасынан тәуелді болуын береді. Ол сызықты немесе көбінесе сызықсыз болуы мүмкін. Егер шығыс шамасының өзгеру сипаты өзінің арту немесе азаю кезінде кіріс шамасымен бірдей болмаса, яғни өзіндік гистерезис орын алатын болса, бірнеше тәуелділіктермен жұмыс істеуге тура келеді (сипаттамалар тобымен). а

б

Динамикалық сипаттама кіріс сигналының өзгеру динамикасын ескереді. Мысалы, температура тетігі жылу инерциясының есебінен (оның жылуына уақыт қажет) кіріс параметрі – температураның өзгеруі туралы ақпаратты бірден беруді бастамайды. Көптеген жағдайларда динамикалық сипаттамалар сызықсыз болып келеді. Тетіктің шығыс сигналы тұрақты уақытқа кіретін сигналға қатысты кешігетін жағдайларда тетіктің сипаттамасы уақыт осі бойынша оңға жылжиды. Бұндай тұарықты түрдегі кешігу аналогтық-цифрлық түрлендіргіштің кейбір сызбаларына тән. Тетіктердің барлығын негізгі екі түрге бөледі: генераторлық және параметрлік.

Генераторлық тетіктің кіріс шамасы (температура, механикалық жылжу, айналу жиілігі) тікелей электрлік шамаға түрленеді (кернеуге немесе тоққа). Бұл ретте оның жұмыс істеуі үшін қандай да бір бөгде көздің қажеті болмайды.

Параметриялық тетіктерде кіріс шамасының түрленуі қандай да бір параметрдің өзгеруімен жүреді, мысалы, кедергінің. Оның соңында кіріс шамасының өзгеруі орын алады. Параметрлік тетіктің жұмысы үшін, кіріс параметрінің өзгеруіне пропорционал электр сигналы тетігінің шығысында қамтамасыз ететін бөгде энергия көзі қажет. Өлшегіш құрылғыларға біршама тұрақсыздық тән, яғни өзгермейтін кіріс шамасы кезінде (дрейф деп аталатын) сипаттаманың өзгерісі туындатқан шығыс шамасының уақытындағы өзгеріс. Бөлшектердегі үйкеліске, магнит тізбегіндегі люфт немесе гистерезистің нәтижесінде өлшеу құрылғысы жұмыс істей бастайды, яғни тетіктің сезімталдық шегінен артатын кіріс шамасының белгілі бір мәні кезінде ғана кіріс шамасын береді (1.7-сурет). Кейбір құрылғыларда сезімталдық шекті өлшеу құрылғысының тізбектерінде тоқтардың жекеменшік флуктуациялары өлшенетін шамалар шақырған тоқтармен шамалас болған кездегі өте аз кіріс шамаларын өлшеу кезіндегі «шумен» анықтайды.

рет

Әсіресе бұл жартылай өткізгіш бұйымдары бар құрылғыларға қатысты. Едәуір кең тараған тетіктердің құрылыстық ерекшеліктері мен сипаттамаларын қарастырамыз.

Потенциометрикалық тетік (датчик) (1.8-сурет) әдетте сым темірлі потенциометр түрінде болады. Оның кіре берісіне қорек кернеуі и қор беріледі, ал шығыс кернеуі оның шеткі және ортаңғы шығу орындарынан түсіріледі. Орамның тұрақты ұзындығымен по- тенциометрді біркелкі орау кезіндегі қозғалтқыштың жылжуынан туындайтын шығыс кедергісінен Л шығ

тәуелділік келесі формуламен беріледі:

𝑅        𝑅 шығ

=  𝑙 𝑥 кір

бұл жерде

шығ

Келтірілген формула жүгірткінің қозғалысы кезінде кедергінің өзгеруі жаймен жүреді деген болжам бойынша шығарылған (1.9- сурет).

Бұл егер сымтемір орамының орнына реохорд пайдаланған немесе потенциометрдің корпусына үлкен кедергіге қабілетті тоқ өткізгіш материал (мысалы, графит) қабатын жаққан жағдайда ғана мүмкін болады. Дегенмен тоқ өткізгіш қабаты бар потенциометрлер қозғалтқыштың оны кетіруіне байланысты тұрақсыз жұмыс істейді, ал реохордты пайдалану осындай потенциометрден алуға болатын шығыстың аз кедергісімен шектеледі. Сымтемірмен оралған потенциометриялық тетіктерді өз қозғалысы кезінде олардың бір орамнан екінші орамға секіруіне байланысты, шығыс кедергісі секірмелі өзгереді. Бұл бір орамның ∆R шығ кедергісімен анықталатын, сатылықтың қателігі деп аталатын көіріністі туындатады. Қозғалтқыштың тығыз оралған сымтемір диаметрінің шектерінде жылжуы өлшегіш құрылғының ∆Х кір

сатылығының қателігін анықтайды.

Потенциометриялық тетіктерді орауға арналған материал ретінде манганин, константан, фехраль, ал айрықша жауапты құрылғыларда платина-иридий қорытпасы пайдаланылады. Көршілес орамдарды бір бірінен оқшаулау үшін, тотық немесе эмаль үлдірімен қапталады.

Егер потенциометриялық тетік

жүк = ∞ жүктемесіне жұмыс істейтін болса, онда потенциометр қозғалтқышының жылжуының шығыс кернеуінен келесі тәуелділікті аламыз

𝑈        = 𝑈 қор

𝑥 шығ

𝑙 кір Егер жүктеме кедергісінің шамасы потенциометрдің кедергісімен шамалас болса, онда қозғалтқыштың жылжуының шығыс кернеуінен тәуелділік сияқты, шығыс кедергісінің тәуелділігі сызықты болмайды. 1.10-суретте шығыс кернеуінің түрлі тәуелділіктері көрсетілген (қатынас түрінде

шығ

қор

𝑅 жүк

Белсенді жүктеме кезіндегі потенциометриялық тетіктердің динамикалық қасиеттері күшейткіш тізбектің беру қызметімен анықталады, себебі кіріс шамаларының кез келген өзгерістері сияқты шығыста кернеудің сәйкес өзгерістеріне алып келуі мүмкін. Әлбетте, бұл ретте потенциометрдің өзінің индуктивтігі назарға алынбайды, себебі оның көптеген жағдайларда пайдаланылатын салыстырмалы төмен жиіліктерге әсер етуі айтарлықтай төмен. Егер полярлығы кірістік жылжу белгісінің өзгеруі кезінде ауысатын шығыс кернеуін алу қажет болса, онда 1.11-суретте келтірілген көпірлік сызбалардың бірі қолданылады. Бұл сызбаның шығыстық қысқыштары

резисторларымен және

деп екіге бөлінген

кедергі учаскелерінен құрылған көпір диагоналіне қосылған. Көпірдің тепе-теңдік шарттары келесі өрнекпен анықталады:

Егер потенциометрдің жүгірткісі R кедергісінің ортасында орналасатын болса, онда кернеу шығыста, яғни көпір диагоналінде нөлге тең болады. Орташа ахуалдан қозғалтқыштың ауытқуын кіріс шамасы деп қабылдай отырып,осы ауытқудан x кір

кернеудің тәуелділігін U шығ

шығ

= ±  𝑙 𝑥 кір Бұл ретте шексіздіктің теңдігіне оны сала отырып, жүктеме кедергісін назарға алмаймыз. Өзінің қарапайымдылығының, аз габариттік көлемдері мен салмағының, жоғары дәлдігі мен тұрақтылығының арқасында потенциометриялық тетіктер түрлі құрылғыларда кеңінен қолданылады. Көптеген автомобильдерде бензин багындағы қалтқымен байланысқан отын деңгейінің сілтемелерінде осыған ұқсас тетіктер пайдаланылады. Потенциометриялық тетіктің тұрақты тоқпен де, айнымалы тоқпен де жұмыс істей алатынын атап өткен жөн.

z

Индуктивтік тетіктер магниттік тізбектер параметрлерінің өзгеруі кезіндегі шарғы индуктивтігінің немесе трансформатордың өзара индуктивтігінің қағидасына негізделген. 1.2-суретте қарапайым индуктивтік тетік көрсетілген. Ол ауа саңылауы бар магнит сымында орналасқан индуктивтік шарғы түрінде ұсынылған. Кіріс шамасы (қысым, орын ауыстыру және т.б.) шарғының индуктивтілігін өзгертетін ауа саңылауының ұзындығына әсер етеді. Яғни тәуелділікті табуға болады:

= f ( x кір ).

Толық кедергінің ауа саңылауының ұзындығына тәуелділігі 1.13-суретінде берілген.

оның азаюына бағытталған сипаттаманың сызықтық учаскесі пайдаланылады. Трансформатор тектес индуктивтік тетік 1.14-суретте көрсетілген. Бастапқы шарғы амплитудасы бойынша айнымалы тоқпен қоректенеді. Шығыс кернеуі екінші шарғыдан алынады. Ауа саңылауының өзгеруі магнит тізбегінің магниттік кедергісінің өзгеруіне, яғни екі шарғыдан өтетін магнит ағынына алып келеді. Осылайша магнит ағыны мен екінші реттік ЭҚК-і шамасы ауа саңылауы ұзындығының, яғни кіріс шамасының қызметі болып табылады. Суреттелген тетіктердің кемшіліктері: ауа саңылауының ұзындығына тәуелді зәкір тартылысы күшінің орын алуы; транс- форматорлық тетікте шарғы арқылы тоқ немесе ЭҚК-нің бастапқы мәні.

Индуктивтік тетіктердің негізгі қасиеттері құрылысының қарапайымдылығы, сенімділігі, тайғанақ жанасудың орын алмауы, үлкен шығыс қуаты мен өнеркәсіп саласында жұмыс істеу мүмкіндігі болып табылады. Оларды үдету тетіктері түрінде, қозғалтқыштың айналу сәтін өлшеуде және т.б. қолданады. Магниттік өрістің өзгеруіне қатысты әрекет ететін басқа тетік Холл эффектін пайдалананатын тетік болып табылады (1.15-сурет). Ол n түріндегі жартылай өткізгіштен жасалған тілімше, яғни электрондық өткізгіш түрінде болады және а және b қырларына тұрақты кернеу тақаса, онда жартылай өткізгіштің еркін электрондарының есебінен тоқ

пайда болады. Осы ретте жартылай өткізгіш тілімшенің жазықтығы арқылы магнит ағыны Ф өтетін болса, онда ол еркін электрондардың ағынын тараптардың біріне қарай ығыстыруға тырысады (магнит ағынының белгісіне қарай с

немесе d

), ал бұл с

және d қырларының арасында ЭҚК-нің пайда болуына әкеліп соғады. Осы ЭҚК-нің шамасы магниттік индукциямен келесі қатынаспен

байланысады:

бұл жерде

x

а және b қырлары арасындағы тізбектің тоғы; В — магниттік индукция; h — жартылай өткізгіш тілімшесінің қалыңдығы. Егер тілімшеге айнымалы кернеуді жанастырса, онда басқа қырларда да айнымалы ЭҚК пайда болады, өйткені тілімшедегі тоқтың өзгеруіне байланысты ондағы электрондар ағыны түрлі

тараптарға қисаяды.

Холл тетіктері қозғалтқыштың айналу жиілігін өлшеу немесе тұрақтандыру жүйелерінде қолданыс тапқан (1.16-сурет). Бұл жағдайда оларды тісті дөңгелектің (немесе осыған ұқсас) айналу аумағына орналастырады және әрбір тіс, тетіктің тілімшесі арқылы өтетін тұрақты магниттің магниттік ағынының шамасын өзгерте отырып, тетіктің шығысында кернеу импульстарының реттілігін көрсетуге алып келеді. Цифрлық жүйенің уақыт бірлігіндегі импульстардың саны немесе ұқсас жүйеде импульстардың орташа мәні айналу жиілігіне пропорционалды болады.

арасынан ең қарапайым тетікті қарастырамыз (1.17-сурет). Ол тетіктің корпусына орналастырылған гофраланған серпімді тілімше түрінде. Егер тетікке қысымды жақындатсақ (ауа, сұйықтық, газ және т.б.), онда тілімше осы қысымның әсерінен пішінін жоғалтады, ал осы деформацияны қарапайым        түрлендіргіштің        көмегімен        (мысалы, потенциометриялық тетіктің) кернеуге түрлендіруге болады. Негізінде тетік гофраланған тілімшенің екі тарапындағы қысым айырмашылығына реакция көрсететінін есте сақтаған абзал.

Сыйымдылық тетіктері конденсатор түрінде болады. Қарапайым конденсатордың сыйымдылығы (1.18-сурет) келесі формуламен анықталатыны белгілі:

Осы параметрлердің кез келгенінің өзгеріске түсуі конденсатор сыйымдылығының

өзгеруін туындатады.

Электрондық сызбалардың көмегімен сыйымдылықтың өзгеруін кернеуге түрлендіруге болады. Сыйымдылық тетіктерін бактағы отынның белгілі бір деңгейін өлшеу немесе ұстап тұру үшін пайдаланады.

Бұл жағдайда тетік бір бірінен оқшауланған екі тілімше түрінде жасалады (көбінесе екі түтік түрінде – бірі екіншісінің ішіне орналасады). Бұндай конденсатордың сыйымдылығы ауа мен отын үшін әртүрлі болатын тілімше арасындағы материалдың диэлектрикалық сіңімділігіне байланысты. Яғни конденсатордың сыйымдылығы отын деңгейіне тәуелді. Сыйымдылық тетіктері илемнің (прокаттың) қалыңдығын түйіспесіз анықтауға арналған илемдеу орнағында (прокат стандары) пайдаланады. Бұндай тетіктің жұмыс қағидасы – жаймаланатын болаты илемі мен одан бірталай қашықтықта орналастырылған конденсатор тілімшесі арасындағы сыйымдылықты өзгерту. Егер илем қалыңдай беретін болса, онда конденсатор тілімшесіне дейінгі қашықтық азаяды, конденсатор сыйымдылығы артады және осы арту электрондық сызба арқылы кернеудің өзгеруіне түрлендіріледі. Соңғысы илемнің қажетті қалыңдығын қайта қалпына келтіруге мүмкіндік беретін илем қалыңдығын реттейтін механизмді іске қосады.

Температура тетігі көбінесе сыртқы бұрандылы металл корпусқа орналасқан, жартылай өткізгіштен жасалған терморезистор түрінде болады. Оның сыртқы бұрандысы температурасын өлшеу қажет болатын түрлі құрылғыларға тетікті бұрауға м.мкіндік береді. Жартылай өткізгіш бір бүйірімен тікелей корпуспен жанасады, ал екінші бүйірі сымның көмегімен температура өлшеу сызбасымен қосу мақсатында, корпустан оқшауланған жанасу бұрандысына шығарылады (1.19-сурет).

Термотетіктер ретінде жылу сезгіш элементтер (термопаралар) пайдаланылады. Термопара дәнекердің қызуына сәйкес ЭҚК өндіретін тектері екі түрлі металдардың дәнекері түрінде болады. Бұндай тетіктерді қозғалтқыштары піспекті кейбір ұшақтарда цилиндр бастиегінің температурасын өлшеу үшін қолданады. Температура тетіктері ретінде жартылай өткізгіш терморезисторлар жиі      падаланылады.     Оларда     кедергінің        температуралық коэффициентінің (КТК) теріс мәні 1,0-8,3 %/°С аралығында болуы мүмкін. Температура тетіктері тек температураның мәнін тіркеу үшін ғана емес, белгілі бір деңгей арқылы температураның тетігі өлшейтін, температураның ауысуы кезінде қандай да бір тізбекті қосу немесе өшіру мақсатында да айтарлықтай жиі қолданады. Осындай түрдегі құрылғылар жылу релелері деп аталады. Жылу релесінің блок-сызбасы 1.20-суретінде ұсынылған. Сызбада температура тетігі – терморезистор, терморезистор кедергісін тұрақты кернеуге түрлендіру сызбасы, жылу релесінің жұмысқа қосылу деңгейін тапсырушы (задатчик) және ішкі тізбекті қосу немесе өшіруге жылу релесінің іске қосылуын қамтамасыз ететін компаратор бар. Сызбада температура тетігі болып табылатын терморезистор температураның өзгерісін резистор кедергісінің өзгеруіне түрлендіреді. Құрамына терморезистор кірген электрондық сызба терморезистордың кедергі шамасын оған пропорционал, компаратордың қақпасының біріне келіп түсетін кернеуге түрлендіреді. Іске қосу деңгейінің тапсырушысы (задатчик) кернеуге қосылған айнымалы резистор болуы мүмкін. Оның көмегімен жылу релесі іске қосылатын, нәтижесінде температураны анықтайтын кернеуді алға тартуға болады. Бұл кернеу компаратордың екінші қақпасына беріледі. Компаратор түрінде әдетте операциялық күшейкіштер қолданылады (күшейтудің өте жоғары коэффициентімен, зауыттан шыққан, тұрақты кернеуді күшейтетін микросызба).

Оның екі қақпасы бар: инвертациялайтын (яғни кернеудің полярлығын қарама-қарсы өзгертетін) және инвертацияламайтын қақпа. Компаратордың сызбасы бойынша операциялық күшейткіштің шығысында кернеу тек кіріс кернеулерінің ара қатынасына тәуелді болады. Мысалы,

<

болса, шығысында кернеу нөлге тең, ал егер

>

болса, шығысында кернеу сызба қорек көзінің кернеуіне жақын жоғары дәрежеде болады. Бұл ретте нөлдік кернеуден максималды кернеуге өту іс жүзінде

кернеу

кернеуден қалай артады, солай күрт жүреді (1.21-сурет). Осылайша жылу релесінің шығысында берілген температураға жеткен кезде кернеу пайда болады және оны қандай да бір атқарушы құрылғыны қосу немесе өшіруге пайдалануға болады.

Электрондық реле сызбасының бір нұсқасы 1.22-суретте берілген.

және

резисторлары эмиттерліік қайталағыш кестесінде жұмыс істейтін,

транзисторының жұмыс нүктесін таңдауды анықтайтын кернеу бөлгішін құрады. Температураның өзгеруі

терморезисторы кедергісінің өзгеруіне және транзистор кестесінің өзгеруіне алып келеді. Транзистор эмиттерінің кернеуі операциялық күшейткіштің (ОК) инвертациялаушы қақпасына келіп түседі.

Оның екінші қақпасына жылу релесінің іске қосылуына сәйкес келетін, кернеу деңгейін тапсырушы болып табылатын айнымалы резистордан

кернеу келіп түседі. Кернеу

үлкен

кернеуге айнлағна кезде операциялық күшейткіштің шығысында қандай да бір құрылғыларды қосуға немесе өшіруге арналған кернеу пайда болады.

а

-сурет). 1.23, бсуретінде фотодиодтың сипаттамасы берілген. Сипаттамадан көрінетіндей, фотодиодтың жарықтануы ұлғайған сайын кері тоқтың шамасы артады

кері . Фотодиодтар техникады кеңінен қолданылады. Олардың көмегімен ымырт түскен кезде автоматты түрде көшенің жарығын қосуға, жарықтың фотодиодқа бағытталған сәулесі тәртіп бұзушының сәулені кесіп өткені тіркелетін күзет жүйесін құруға болады. Фотодиодтардың сан түрлері учаскелердің түрлі спектрлерінде жұмыс істей алады. Мысалы, жарықтың  адам көрмейтін инфрақызыл бөлігіне әрекет ететін фотодиодтар бар. Олар теледидар жүйелерін пульттің көмегімен қашықтықтан басқаруда, ұшу кезінде қызу процесінің есебінен пайда болатын инфрақызыл сәуленің көзі болып табылатын баллистикалық зымырандар мен ұшақтарды «жер-ауа» класындағы зымырандарға дербес түрде бағыттауға қолданады. Сипаттамаларын алуға арналған арнайы сызбалар құрылатын басқа да тетіктердің үлкен саны орын алған.

Электр және магнит шамаларын өлшеу және бақылау.

Алдында атап  өткендей,  қандай  да бір дәрежеде электр және бейэлектр шамаларын өлшеу кернеу немесе тоқтың өлшеулеріне байланысты.

Қарама-қарсы әрекет ететін сәт құратын және аспаптың жақтауына тоқ жеткізуге қызмет ететін спираль серпіндер суреттің қарапайым болуы үшін көрсетілмеген.

Аспап өзінен кейін орамды жақтау

орналасатын қозғалыссыз тұрақты магниттен

тұрады. Физикалық заңдарға сәйкес магнит өрісінде орналасқан шарғының орамдарына әсер ететін күшьтер пайда болады. Шарғының қарама-қарсы тарапындағы орамдарға әсер ететін күш сол орамдардағы тоқтың қарама-қарсы бағыттары әр тарапқа бағытталғанықтан, айналу сәті пайда болады. Жақтауы бар жылжымалы бөлік, серпіндер туындататын қарсы әрекет ететін сәтті еңсере отырып, бұрылады да, нұсқаулық сілтеме жақтау арқылы немесе оған жатқызылған кернеудің шамасы арқылы өтетін тоқтың шамасын көрсетеді. Бұндай магнит-электрлік аспаптың теориясы нұсқаудың ауытқу бұрышы а кернеу немесе тоққа тікелей пропорционал болып шығуын көрсетеді: α = k

α = k

бұл жерде k

және k

Магниттік-электрлік аспап өлшем сызбаларында, сонымен қатар түрлендіргіштің шығындағы соңғы индикатор ретінде кеңінен қолданылады. Бір-біріне біршама бұрышталып бекітілген екі жақтауы бар және солар арқылы түрлі тоқтар өтетін магниттік-электрлік аспаптардың түрлері болады. Осындай аспаптарда қарсы әрекет ететін сәтті құратын серпіндер болмайды, ал аспаптың көрсеткіштері жақтаулардағы тоқтардың қатынасына байланысты. Аспаптың бұндай түрі

Басқа аспаптардың ішінен қуатты өлшеуге арналған аспап ретінде кеңінен қолданылатын

ферродинамикалық жүйенің аспабы (1.25-сурет) – ваттметрді қарастырайық. Бұндай аспаптың құрылысы көбінесе магниттік-электрлік аспаптың құрылысын еске салады, бірақ онда магниттік өріс құруға арналған орам оралған 3

-сурет. Ферродинамикалық жүйе аспабының құрылысы:

1 — қозғалыссыз шарғы; 2 — серпін; 3 — ферромагниттік өзегі

магнит өткізгіш 2 бар. Егер осы орам арқылы электр тоғын жіберетін болсақ, онда жақтауға оралған екінші орам 1 магнит өрісінде орналасады, ал егер оның ішімен магниттік-электрлік аспаптағы сияқты тоқ жүретін болса, ауналу сәті пайда болады. Сол кезде аспаптың жақтаумен байланысқан нұсқары серпіндер  құратын айналу сәті М айн

және қарсы әрекет ететін

қарсы теңдігі анықтайтын (сызбада бұл қарапайымдылық үшін көрсетілмеген) біршама бұрышқа орын ауыстырады. Бұның айырмашылығы - екі шарғыға бірдей айнымалы кернеудің берілісі кезінде жақтаудағы шарғы тоғының бағыты мен магнит өткізгіштегі орам құратын магниттік өрістің бағыты бір мезгілде өзгеріске енетіндігінде. Сондықтан айналу сәтінің бағыты әрқашан бір тарапқа бағытаталатын болады, яғни ферродинамикалық аспап тұрақты да, айнымалы да тоқпен жұмыс істей алады. Аспаптың шарғылары бірізді немесе параллель қосыла алады, ал аспапты ваттметр ретінде пайдалану кезінде әр шарғының бойымен өз тоғы жүреді. Ферродинамикалық аспап едәуір жоғары сезімталдыққа ие, дегенмен магниттік-электрлік жүйенің аспабына қарағанда, бұл аспаптың дәлдігі төмен.

Электрлік-магниттік жүйенің аспабы кеңінен пайдаланылуда (1.26-сурет). Бұл үлкен жүктемелік қабілетіне және үлкен механикалық беріктігіне ие болған ең қарапайым және ең арзан өлшеу құралдарының бірі болып табылады. Құрылысы бойынша ол қозғалыссыз шарғыдан

және шарғының магнит өрісінің әсерінен оған кернеу беру кезінде шарғының ішіне қарай тартылатын ферромагнит өзекшеден

тұрады. Ферромагнит өзекше аспаптың нұсқарымен байланысқан, ал магнит өрісі қозғалыссыз шарғының орамдары

арқылы қаншалықты үлкен тоқ жүрсе, соншалықты күшті болатын кезде нұсқардың ауытқуы шамасы

ұсынылған кернеуден немесе шарғы арқылы өтетін тоққа тәуелді болады. Аспаптың басқа да жүйелеріндегі қарсы әрекет сәті спираль серпінмен 2 құрылады. Шарғыға өзекшенің тартылуы ондағы тоқ бағдарына байланысты болмайтындықтан, аспап айнымалы да, тұрақты да тоқпен жұмыс істей алады. Өкінішке орай, магниттік- электрлік аспаптың бірқатар кемшіліктері бар. Оның сезімталдығы төмен, дәлдігі жоғары емес, әсіресе тұрақты тоқпен жұмыс істегенде. Кемшіліктеріне қарамастан, магниттік-электрлік жүйесінің осы аспабы цехтарда, көліктерде, сонымен қатар вибрация, селкілдеу және тіпті соққы шарттарындағы аспап жұмысының жоғары сенімділігі қажет болған жағдайларда кернеу мен тоқтарды тікелей өлшеу үшін қолданылады.

көрсетеді. Бұндай аспаптың жұмыс қағидасы көбінесе ферродинамикалық аспаптың жұмысына ұқсас. Оның да екі шарғысы бар. олардың бірі магнит өрісін құрады, ал осы өріс арқылы екіршісі өзімен тоқтың ағуына байланысты айналу сәтін құрады. Осы шарғымен аспаптың нұсқары байланысқан. Тек бұл аспапта магнит өткізгіш болмауы жоғары дәлдікке қол жеткізуге мүмкіндік береді, бірақ бұл ретте аспаптың сезімталдығы айтарлықтай азаяды. Қарастырылған барлық өлшеу аспаптары нұсқар түріндегі жылжымалы индикаторлық бөлігі бар аналогтық типтерге жатады. Электрониканың дамуы өлшеу құралдарының сипаттамаларын жақсартып қана қоймай, өлшеу нәтижелерінің цифрлы иникаторымен жабдықтай отырып, олардың сапасын өзгертуге мүмкіндік берді. Электрлік-механикалық аспаптармен салыстырғанда, электрондық аспаптар өз жұмысында өлшенетін тізбектің энергиясын мұқтаж болмайды, өйткені олар  өз жұмысында не электр желісін, я болмаса дербес қорек көзін пайдаланады. Бұндай аспаптар әдетте цифрлық немесе дискреттік типтегі аспаптар деп аталады.

Такоговольтметрдің кіріс құрылғысы өлшеу тізбегіне жүктеме салмайтын вольтметрдің үлкен кіріс кедергісін қамтамасыз етеді. Вольтметрдегі айнымалы кернеуді өлшеу кезінде алдымен айнымалы тоқтың күшею жүреді, ал содан кейін тұрақты тоқтағы детектормен кернеуді түзету жүреді. Детектор – электроникада пайдаланылатын түзеткіштердің бір түрі. Аспаптың шығысында өлшеу нәтижелерін санау жүргізілетін қарапайым магниттік-электрлік аспап орнатылады. Тұрақты кернеуді өлшеу кезінде тек тұрақты кернеудің күшейткіші пайдалану табиғи нәрсе.

Цифрлық вольтметрдің (1.28-сурет) аналогтық сигналды цифрлыққа түрлендіретін, одан кернеу аналогтық-цифрлық түрлендіргішке (АЦТ) келіп түсетін аналогтық күшейткіші бар. Шығыс индикатор-дисплейінде өлшеу нәтижелері цифралар түрінде көрінеді. Аналогтық аспаптардың көлемінен заманауи цифрлық вольтметрдің көлемі аз, дербес қорек көзінен аздаған қуат тұтынады, айтарлықтай жоғары дәлдікке ие болған. Цифрлық аспаптар лезде өзгеретін шамаларды өлшеуге ыңғайсыз, себебі индикатордағы түрлі сандардың жылтылдауы өлшеу аппаратының бақыланатын процестердің сипаттамасын түсінуіне мүмкіндік бермейді. Оған қарамастан, олар өлшеу кешендерінде кеңінен қолданыла бастаған компьютерлерге өлшеу нәтижелерін жеңіл енгізуге мүмкіндік береді. Электроника мен электротехника саласында жұмыс істейтін инженердің үстелінде орналасатын, кеңінен таралған аспап

электрондық осциллограф болар. Оның көмегімен кез келген пішіндегі сигналдардың амплитудасын, жиілікті, фазалық жылжуларды, импульстардың ұзақтығын өлшеуге және зерттелетін сигналдардың пішінін қарастыруға болады. Қандай да бір сигналды қарауға арналған бір арналы және экраннан бірден екі сигналды көруге мүмкіндік беретін екі арналы осциллографтары шығарылады. Екі арналы осциллографтың блок- сызбасы 1.29-суретте берілген. Оның құрамында аттенюатордың көмегімен олардың амплитудалары алдын ала өзгертілетін, зерттелетін кіріс сигналдарының екі Y

және

күшейткіштері болады. Күшейткіштердің шығысынан екі арнаның сигналдары электрондық коммутаторға келіп түседі. Коммутатор оларды кезекпе-кезек электрондық-сәулелік түтіктің (ЭСТ) вертикалдық ауытқыштырғыш тілімшелеріне бағыттайды.

Сәуленің қозғалысын қамтамасыз ету үшін экранның сол жағынан оң жағына қарай горизонталь бойымен ұңғы (развертка) генераторы (араға ұқсас кернеудің) қызмет етеді. Оның шығысындағы кернеу ЭСТ-нің горизонталь ауытқушы тілімшелеріне келіп түседі. Егер вертикаль ауытқушы тілімшелеріне ұңғы (развертка) жиілігіне тең немесе еселі, кезеңді өзгеретін кернеу берілетін болса, онда экранда зерттелетін сигналдың қозғалыссыз суреттерінің бір немесе бірнеше кезеңдері көрінеді. Егер осындай шарт бұзылатын болса, онда сурет экран бойынша жылжиды, себебі ұңғылаудың әрбір келесі кезеңінің басталуына зерттелетін сигналдың басқа фазасы сәйкес келеді. Экранда зерттелетін сигнал суретінің қозғалмауына қол жеткізу үшін, зерттелетін сигнал мен ұңғылау жиіліктерінің қажетті ара қатынасын қамтамасыз ету керек. Бұл шашыратуды синхрондау сызбасы арқылы жүзеге асырылады. сызба кірісіне зерттелетін сигнал беріледі, ал сызбаның шығыс сигналы ұңғылау кернеуінің ара тәріздес жиілігінің тұрақтылығын сақтайды.

тікелей кернеудің сәйкес типінің жұмысына есептеліп алынған вольтметрмен жүргізіледі. Вольтметрге сай есептеліп алынған кернеуден үлкен кернеуді өлшеу қажет болған жағдайда оған жүйелі түрде қосымша резистор қосу керек. Сол кезде өлшенетін кернеудің бір бөлігі қосымша резисторға түседі, ал екінші бөлігі аспапқа түседі. Қосымша резистор кедергісінің шамасын таңдай отырып, кең ауқымда үлен кернеулерді өлшеу мүмкіндіктерін кеңейтуге болады. Жоғары айнымалы кернелерді өлшеу үшін, кернеуді өлшеу трансформаторларын пайдалануға болады.

Олар төмендеткіш трансформаторлар, яғни вольтметр қосылатын екінші қатарлы орау орамдарының

саны бірінші ораудың

Кернеуді өлшеуге арналған вольтметрлерді қосу сызбасы 1.30-суретте берілген.

Электр қозғатқыш күшті өлшеудің Е өз ерекшеліктері бар. ЭҚК көзіне вольтметрді қосу кезінде үшін, ол арқылы оны өлшеуге қажетті тоқ ұдайы жүреді, кез келген ЭҚК көзінің ішкі кедергісі R

ішкі

және вольтметр Е ЭҚК-нен аз шаманы өлшейтін болады. Егер ЭҚК- н өлшеудің жоғары дәлдігіне талап қойылмаған болса, онда тоқты азайту мақсатында, мысалы, электрондық вольтметр сияқты үлкен ішкі кедерегісі бар аспапты қолдануға болады. Бұл жағдайда өлшенген кернеу

деп санауға болады. ЭҚК-н өлшеудің дәлірек әдістері өтемдік сызбаны пайдаланумен байланысты (1.31-сурет). Оларда вольтметр өлшейтін

айнымалы резистор

шешетін кернеу ЭҚК көзінің кернеуімен салыстырылады. Айнымалы резистордың (потенциометрдің) шығысындағы кернеуді өзгерте отырып, өлшеу құралының

ЭҚК көзі арқылы жүретін  тоқтың орын алмағанын көрсететін шарттарға қол жеткізуге болады. Бұл жағдайда вольтметрдің көрсеткіштері ЭҚК көзінің шамасына нақты тең болады, яғни

Тоқты өлшеуді өлшенетін тізбектің айырығына қосылған ампер- метрмен тікелей жүзеге асыруға болады (1.32-сурет, а).

-сурет. ЭҚК өлшеуінің сызбасы а б (а, б )

а

деп жиі аталатын параллель резисторды қосу керек (1.32-сурет, б). Сонда амперметр арқылы тоқтың бір бөлігі ғана жүреді, ал қалғаны – шунт арқылы. Амперметрлердің кедергілері әдетте аз болатындықтан, өлшем шектерін едәуір кеңейту үшін шунттың кедергісі өте аз болуы тиіс. Шунттың кедергісін есептеуге арналған формулалар бар, бірақ іс жүзінде эталондық амперметрмен бақылай отырып, оның кедергісін қолмен дұрыстауға тура келеді. Үлкен көлемді айнымалы тоқты өлшеу үшін, тоқтың өлшеу трансформаторын қолданады (

1.32-сурет, в ). Өлшенетін тізбетің айырығына қосылған олардың бастапқы орамының саны екінші орамына

қарағанда, аз

болады, яғни трансформатор кернеуі бойынша арттырғыш, бірақ ол тоғы бойынша төмендеткіш. Зертханалық тоқ трансформаторлары алдын ала әзірлеген бастапқы орамсыз болады, ал олардың корпустарында экспериментші орамның қажетті санын орайтын өтпелі кең саңылау бар (1.32- сурет, г). Екінші орау орамдарының санын біле отырып (әдетте ол трансформатордың корпусында көрсетіледі), трансформацияның коэффициентін таңдауға

n = W

және амперметрдің көрсеткіші бойынша

пр

тоқты

x

келесі формуламен анықтауға болады:

x

пр / n .

Әдетте дәнекерленген, баспа платасында даярланған және оларда қандай да бір алшақтық жасау мүмкін болмайтын электрондық сызбаларда тоқты өлшеуді мүлдем басқаша жүргізеді. Осындай жағдайларда тоқты өлшеу кезінде ішкі кедергісі үлкен электрон вольтметрлерді қолданады (электрондық сызбаның жұмысына аспаптың әсерін жою үшін). Бұл  вольтметрлер шамалары белгілі немесе алдын ала өлшеп қоятын сызба резисторларына қосылады. Ом заңын қолдана отырып, тоқ күшін анықтауға болады:

-сурет. Ампер-г/л

г метр және вольтметр әдісімен (а) кедергіні өлшеу сызбасы және омметр сызбасы (б)

вольтметр және амперметр әдісімен, кедергідегі тоқты және ондағы кернеуді өлшей отырып, жүргізуге болады (1.33-сурет, а). Ом заңының көмегімен белгісіз кедергінің шамасын анықтауға болады. Дегенмен бұл ретте амперметрмен өлшенетін тоқ  вольтметр арқылы өтетін тоқ пен өлшенетін кедергіден

x тұратынын ескеру қажет. Бұл өлшеу әдістемесіне байланысты әдістемелік қателіктердің пайда болуына әкеліп соғады. Осындай әдіспен өлшеу кезінде вольтметрдің ішкі кедергісі өлшенетін кедергінің шамасынан айтарлықтай көп болған кезде қателіктер барынша аз болады. Дегенмен, әрине, арнай аспаптарды, мысалы, 1.33, б сутретінде сызбасы келтірілген омметрді қолдануға болады. Осы аспапта

ЭҚК-нің көзі пайдаланылады – әдетте 1,5 В-тық қоректік элемент, микроамперметр

өлшегіш құралы және реттегіш резистор

Өлшенетін кедергіні

x омметрге қосу кезінде тізбек бойымен шамасы өлшенетін кедергінің шамасына тәуелді болатын тоқ жүреді. Өлшеуді бастау алдында аспапты калибрлеу керек. Ол үшін омметрдің шықпаларын (выводы) қысқа тұйықтайды және резистордың айнымалы тоғының көмегімен аспап нұсқарын нөлге қояды. Осы кезде тізбекпен максималды тоқ жүретіндіктен, Ом шкаласының нөлі оның оң бөлігіне орналасады. Омметрдің шықпалары ажыратылған кезде аспап арқылы өтетін тоқ болмайды, аспаптың нұсқары шексіздікке тең кедергіге сәйкес келетін шкаланың сол бөлігінде орналасады. Басқаша айтқанда, омметрдің шкаласы кері және, әлбетте, күрт сызықсыз.

Кедергіні өлшеудің жоғары дәлдігіне қол жеткізу қажеттілігі кезінде өлшеудің көпірлік сызбасын пайдалануға болады (1.34- сурет, а). Ол төот кедергіден тұрады, олардың бірі тұйық тізбек түріндегі

x

кедергі.

Олар электрлік көпір құрады. Көпірдің бір диагоналіне тұрақты кернеу, екіншісіне осы диагональде тоқтың орын алмағанын анықтауға арналған гальванометр қосылған. Бұндай кесте көпір теңгерімі деген атау алған және қарапайым есептеулермен көпірдің қарама-қарсы иықтарының кедергі туындыларының теңдік шарты сәйкес екендігін көрсетуге болады, яғни

x =

, бұл арадан өлшенетін кедергінің мәнін алу үшін формулаға қол жеткізуге болады:

𝑅    = 𝑅

𝑅

қатынасы пропорционалдық коэффициентін k

шамаларын іріктеп алу арқылы әдетте он еселікпен бекітіледі (1, 10, 100 және т.б.). Онда R x

= kR

. Көпірмен өлшеу дәлдігі өте жоғары, алтыға дейін және одан астам мәнді сандармен болуы мүмкін. Үлкен кедергілерді өлшеу үшін (мысалы, кәбіл тұйықтауының кедергісі) мегометрлер сызбасын қолданады (1.34-сурет, б). Онда тоқтардың қатынасын өлшейтін өлшегіш аспап – логометр пайдаланылады. Мегометрдің қорек көзіне шамамен 500 В жоғары кернеу қажет, сондықтан оның құрылысына қолмен қосылатын тұрақты кернеу генераторын немесе оның кернеуін  жоғары кернеуге электрондық түрлендіретін дербес қорек көзін жиі қосады. Айнымалы тоқтың желісінен қоректі жүзеге асыруға болмайды, себебі өлшемдердің өздері энергия беру жүйелерінде жүзеге асады және желіну өлшеу уақытында тоқтан ажырайды. Кедергінің R x өзгеруіне қарай логометрдің орамындағы тоқ өзгереді, аспап көрсеткіштерінің өзгеруі орын алады, бірақ ол қорек кернеуіне тәуелді болмайды.

немесе басқа да сыйымдылық сипатындағы құрылғыларды өлшеу осылай түрлі әдістермен жүзеге асырылады. Олардың ішіндегі ең қарапайымы - амперметр-вольтметр әдісі (1.35-сурет, а).

а

Ол кедергіні осылайша өлшеу әдісіне ұқсас, тек бір айырмашылығы сызба төмен немесе жоғары жиілікті генератордан (немесе желіден) айнымалы синусоидалды кернеумен қореқтенеді. Конденсатордың сыйымдылықтық кедергісі келесі формуламен анықталады: x

= (1/2π fC

), бұл жерде f

Сыйымдылықтық кедергісі Ом заңы бойынша аспап көрсеткіштері бойынша орналасады: x

Көлемі бойынша аз сыйымдылықтарды өлшеуді резонанс әдісімен жүзеге асырған ыңғайлы (1.35-сурет, б

). Өлшенетін конденсатор

тербелмелі контур құра отырып, белгілі индуктивтікке

қосылады. Контурға генератордан синусоидалды кернеу жіберіледі. Электрондық вольтметрдің көмегімен контурдағы кернеуді өлшейді. Резонанс кезінде ол максимумға жетеді. Контурдың резонанстық жиілігі келесі формуламен анықталатыны бізге белгілі:

𝑓

) Яғни, контурдағы индуктивтіктің белгілі шамасы кезінде және вольтметрдің максималды көрсеткіштері бойынша анықталған резонанс жиілігі бойынша сыйымдылықтың

біршама күрделі. Бұл кез келген шарғы, трансформатордың орамы және сол сияқтылар индуктивтіктен басқа резистивтік кедерегіге ие болуына байланысты. Сондықтан көптеген жағдайларда индуктивтік шарғының толық кедергісін алдын ала өлшеп алады:

𝑧 = √𝑅

+ 𝑥

𝐿 Оны айнымалы кернеу сызбасындағы өлшеу құралдарымен кернеу мен тоқты өлшеу жолымен амперметр және вольтметр әдісімен болады (1.36-сурет,

б

), бұрын қарастырғандай,

a

б

шарғының резистивтік кедергісін R анықтауға болады. Онда

− 𝑅

Қорек көзі кедергісі жиілігінің мәні f белгілі болған кезде индуктивтіктің іздестірілген мәнінің шамасын табу оңай.

2𝜋𝑓

қуатты анықтауға арналған негізгі формулалар келесілер:

қуатты өлшеудің өз ерекшеліктері бар. біріншіден, бұл арада үш түрлі қуат бар: толық, белсенді және реактивтік

Көбінесе толық және белсенді қуаттарға қызығушылық танытылады. Толық қуатты білу жүктемедегі тоқтарды есептеуге, өткізгіштер мен сақтағыштардың қимасын таңдауға қажет. Белсенді қуат маңызды, өйткені жылу, жарық, дыбысқа және т.б. түрленетін қуатты тура осы белсенді қуат сипаттайды. Әдетте кернеу мен тоқты вольтметр және амперметрмен өлшей және алынған мәндерді қайта көбейте отырып, толық қуатты өлшеуді жүзеге асырады. Кернеу мен тоқтан бөлек қуат коэффициентін cos φ де ескеретін ферродинамикалық ваттметрлермен көбінесе белсенді қуат өлшенеді. Тұрақты кернеу кезіндегі сияқты, жүктемеге ваттметрдің орамдарын қосу кезінде ваттметр белсенді қуатты өлшеуді тікелей жүргізеді. Айнымалы тоқта үш фазалық тізбектердің белсенді қуатын өлшеу міндетін жиі шешуге тура келеді. Үш фазалық тізбектерде жүктемеге А,

әріптерімен белгіленген үш өткізгіш (сым) бағытталған. Осындай тізбектің белсенді қуатын өлшеу үшін өткізгіштерге жүктеме элементтерін қосудың кез келген нұсқасында

а

б

Бұл ретте ваттметрлерді қосудың белгілі бір ережелерін сақтау қажет. Ваттметрдің корпусында жұлдызшалармен белгіленген оның орамдарының шықпалары энергия көзі жағына қаратылуы тиіс. Сондықтан осы шықпалар генераторлық деген атау алған (генератордан шыққан өткізгіштерге қосылады). Осындай үш фазалық жүйенің сомалық белсенді қуаты екі ваттметр көрсеткіштерінің алгебралық сомасы түрінде болады. Бұл ретте бір ваттметрдің көрсеткіштері теріс, яғни нұсқары солға кететін нұсқа болуы мүмкін. Бұндай ваттметрдің көрсеткіштерін алу үшін кез келген орамдардан келетін өткізгіштердің орындарын ауыстырып, өлшеу нәтижелерін оқу керек, бірақ формула теріс белгісімен қойылады. Төрт өткізгішті тізбектерде белсенді қуатты өлшеу үш ваттметрді (1.37-сурет, б) пайдалануды талап етеді. Әр ваттметрдің бір шықпасы әдетте нөлдік деп аталатын төртінші өткізгішке жалғанады. Бұл жерде барлық ваттметрлердің көрсеткіштері тек оң нәтижелі болуы мүмкін және үш фазалы тізбек тұтынатын сомалық белсенді қуат әр ваттметр өлшеген қуаттың сомасына тең болады:

𝑃 ∑

= 𝑃

+ 𝑃

+ 𝑃

өлшеу техникасының сан түрлі обылыстарында, электр энергиясын бөлуде, радиотехникалық жүйелерде, байланыс техникасында жүргізіледі. Кернеулер мен кернеу және тоқ арасындағы фазалық ығысуға жиі қызығушылық танытады. Екі арналы осциллографты пайдалану - фазалық ығысуды кез келген жиілікте өлшеудің кеңінен тараған әдісі. Экранда бір мезгілде олардың арасындағы фазалық ығысу анықталатын екі кернеу көрінеді (1.38-сурет). Бұл жағдайда кез келген өлшеу бірліктерінде көзбен

кезеңін, синусоидтар арасындағы

ығысуын көруге болады.

Бұл әдістің артықшылығы - амплитудасы бойынша                шамалас емес        кернеулер        арасындағы фазалық                ығысуды                өлшенеді, себебі осцилограф арналарының күшейтілуін реттей отырып, оларды экранда түзетуге болады. Радиоэлектрондық түрлі аппаратураны өңдеу кезінде тек фазалық ығысуды ғана емес,

Рис. 1.38. Осциллографический метод измерения фазовых сдвигов сызбаның қандай да бір параметрлерін вариациялауда оның қалай өзгеретінін білген маңызды болады. Осының бәрі экранда көрнекі түрде көрінеді.

және

параметрлерін цифрлық пішінде автоматты түрде өлшеу мен фазалық ығысуын есептеу ешқандай қиындық туындатпайды. Цифрлық фазометрер осы қағида бойынша жұмыс істейді.

Электр қуатының мөлшерін өлшеудің ең қарапайым әдісі - бал- листикалық гальванометр деп аталатын аспаптың көмегімен өлшеу. Ол жылжымалы бөлігі әдейі ауырлатылған магниттік-электрлік жүйе болып табылады (үлкен инерция сәтімен). Егер баллистикалық гальванометрге кернеудің қысқа мерзімдік импульсын беретін болсақ, онда импульстік айналдыру сәтін алған сияқты аспаптың қозғалғыш бөлігі қозғала бастайды. Бұл ретте кіріс импульсы аяқталған соң, қозғалыс жалғаса береді және аспаптың нұсқары, инерциямен жылжи отырып, шкаланың қандай да бір мәніне қисаяды, содан кейін бастапқы нөлдік ахуалына кері қайтады. Осындай аспапта есептеу ретінде нұсқардың «баллистикалық траекториясы» бойымен оның жылжыған уақытында байқалған нөлдік мәннен нұсқардың максималдық ығысуын a max белгілеу қажет. Осындай баллистикалық гальванометрдің теориясы нұсқардың максималды ауытқуы бойынша аталған есептеу осындай аспаптың жақтауымен өткен электрдің мөлшеріне пропорционал болатынын көрсетеді, яғни: α max =

б ,

бұл жерде

б

Алдын ала қуатталған конденсатордың астарларындағы электрдің

мөлшерін өлшеуді

-сурет. Оқшаулаушы материалдардың диэлектрикалық тұрақты мәнінің сызбасы

оны баллистикалық гальванометр арқылы тоғынан ажыратып жүзеге асыруға болады және оның нұсқарының макисмалды ауытқуы бойынша электр мөлшерінің ізделіп отырған мәнін табуға болады.

б α .

Көптеген оқшаулаушы материалдар үшін, олардың диэлектрикалық өткізгіштігін е анықтау белгілі бір құндылық болып табылады. Оны өлшеудің қарапайым әдістерінің бірі ди- электрикалық өткізгіштіктің шамасын соңыра есептеумен қоса жанама өлшеу әдісі болып табылады.

Ауданы

екі ұқсас тілімшелерден тұратын, бір бірінен қашықтықта δ орналасқан, тілімшелер арасындағы барща кеңістікті толтырып тұрған диэлектрикпен сыйымдылық келесі формула бойынша анықталады:

Материалдың диэлектрикалық өткізгіштігін өлшеу тілікшелерінің арасына сыналатын материал орналастылған конденсатордың көмегімен (1.39-сурет), сонымен қатар осындай қарапайым конденсатордың сыйымдылығын бұрын сипатталған әдістердің кез келгенімен жүзеге асырады. Диэлектрикалық өткізгіштің мәнін келесі формула бойынша анықтайды:

𝜀 = 𝐶𝛿⁄𝑆.

Радиоэлектрониканың және машина жасау өнеркәсібінің материалдарына жоғары жиілікпен әсер етуге арналған қондырғылардың дамуы

бүкіл кеңістік электромагнит толқындарына толуына алып келді. Әлемде айтарлықтай қуаттарды сәулелейтін көптеген таратушы радиостанциялар жұмыс істейді (мысалы, алыстан табатын радиолокациялық станциялар, хабар таратушы радиостанциялар). Электрлік-магниттік толқындарды бағалау үшін, олардың деңгейлерін анықтау қажеттігі туындайды. Әдетте электрлік- магниттік толқындардың деңгейлері туралы оның шамасының аналитикалық тұрғыда электрлік-магниттік өрісінің қуатына қайта саналуына болатын электр кернеулігі бойынша сараптайды. Электр өрісінің кернеулігін көбінесе жақтаулық антеннаның көмегімен өлшейді (1.40-сурет). Антенна қандай да бір диэлектриктің қаңқасына орамдалған жазық шарғы түрінде болады (1.40-суретте оңай болу үшін бір ғана орам көрсетілген). Бұндай антеннаның бағыттық диаграммасы қабылданатын максимум сәулелері шарғы орамдарының жазықтығында жатқан тараптан келетінін көрсетеді. Бұл электр өрісінің кернеулігін өлшеуге мүмкіндік беріп қана қоймай, вертикаль осіне қарай оның бұрылуы кезінде жақтаудың шығысындағы кернеудің максималды шамасы бойынша жоғары жиілікті сәулеге бағытын анықтауға мүмкіндік береді. Әдетте жақтаудың геометриялық көлемдеріне өрісінің кернеулігі анықталатын сигналдың жиілігіне байланысты белгілі бір шектеулер қойылады. Атап айтқанда, 30 МГц-тен астам жиіліктерде жақтаулық антеннаның орнына ортасынан кесіліп бөлінген, ұзындығы толқын ұзындығының жартысындай өткізгіш түріндегі жарты толқындық диполь пайдаланған жағдайда дәл нәтижелер алынады. Дипольден кернеу кесілген орталық бөлігінен алынады. Электр өрісінің кернеулік мәнін келесі формула бойынша анықтау керек:

Бұл жерде f