1.3 Өлшеу жүйелері
Өлшеу жүйесінің негізгі бөліктері
Негізінен ӨЖ 3 негізгі бөліктен тұрады деуге болады:
Сезгiш элемент немесе Датчик - өлшенетiн шамамен сандай сабақтас сигналды беретін элемент. Мұндай элементтер өлшелетiн объект туралы мәлiметтердi алады және оның түрiн өлшенетiн шаманың қалған бөліктеріне өлшеу жүйесінің сандық мәнiн алу мақсатымен түсiнiктi етіп өзгертедi.
Сезгiш элементтен сигнал алатын және өлшеу жүйесiнiң мәлiметiн бейнелеу блогының талабына сай түрге өзгертетiн Сигнал түрлендiргiшi. Сигнал түрлендiргiшi өз кезегінде үш элементтерден тұрады: сигналды сезгіш элементінен бейнелеуге ыңғайлы физикалық түрге өзгертетін сигнал құрастырғыш; мысалы, сигналдың сапасын жақсартады, мысалы оны күшейтетін сигналдық процессор; және бейнелеу құрылғысына дейiнгі кейбiр қашықтыққа сигналды беру үшiн сигнал хабарлағышы.
Бейнелеу құрылымы - өлшеу жүйесiнiң шығыс мәлiметi көрсетiлетiн элемент. Бұл элемент сигнал түрлендiргiшiнен мәлiметтi алады және оны адам шәкiл бойынша жылжымалы жебе тәрiздi нұсқағыштың түрiнде белгiлей алатын түрiнде ұсынады.
Сайып келгенде, өлшеу жүйесi өз кезегiнде, бейнелеу құрылымымен тұйықталған сигнал түрлендiргiшімен қосылған датчиктен тұрады. Бұл 1.1-шi суретте көрсетілген блок-схема түрінде бола алады.
Рис. 1.1 Өлшеу жүйесінің жалпы түрі
Жүйенің беріліс функциясы
Тұрақты шарттарда жүйенiң берiлiс функциясы – шығыс сигналдың кіріс сигналға қатынасы:
Беріліс функциясы:
.
Өлшеу
жүйесі датчиктен, сигнал түрлендіргіштен
және бейнелеу құрылымынан тұруы мүмкін.
(1,2-сурет). Бұл элементтердің әрбірінің
өз беріліс функциясы болады.
Рис. 1.2. Өлшеу жүйесінің беріліс функциясы
Сонымен, датчик үшін - кіріс сигналы θi және шығыс сигналы θ1 беріліс функциясы G1 сигнал түрлендіргіші үшін кіріс болып есептеледі:
,
Сигнал құраушысы үшін — G2 беріліс функциясының кіріс сигналы θ1 және шығыс сигналы θ2 :
,
Ал бейнелеу құрылымы үшін — кіріс сигналы θ2 және шығыс сигналы θ0 G3 беріліс функциясы
.
Сонда барлық өлшеу жүйесі үшін беріліс функциясы мына түрде жазылады:
,
.
Бағдарламаланатын құралдар
Өлшеу жүйелеріне қолданылатын «бағдарламанатын» термині жүйеге микропроцессор немесе компьютер қосылған дегенді білдіреді. «Жай» (бағдарланбайтын) термині жүйеде ешқандай микропоцессор жоқ кезде қолданылады. Жай аспаптарда жүйе тек шамаларды өлшейді, ал адам алынған деректерді өңдеуі қажет. Бағдарламаланатын аспаптарда тек өлшеу ғана емес, сондай-ақ өңдеу жұмыстары да жүреді.
Калибрлеу
Калибрлеу — бұл бейнелеу құрылғысының шкаласына белгі қою немесе датчик белгілі бір жағдайда тұрғанда бүрын калибрленген (стандарт) жүйеге сәйкес өлшеу жүйесін тексеру процесі.
Барлық басқа стандарттар туындайтын негізгі стандарттар біріншілік эталондар болып табылады. Біріншілік эталондар халықаралық келісіммен анықталған және ұлттық мемлекеттік мекемелерде сақталады. 7 біріншілік және 2 қосымша эталондар бар.7 біріншілік эталондар:
1. Масса. Килограмм биіктігі мен диаметрі бірдей платина (90%) және иридий (10%) балқымасынан жасалған цилиндр массасы ретінде анықталады және Севрде (Франция) Халықаралық Өлшем және Салмақ Бюросымен сақталады.
2. Ұзындық. Метр 1/299792458 доли секундқа тең уақытта вакуумде жарықтың жүріп өткен жолының ұзындығы ретінде анықталады.
3. Уақыт. Секунд белгілі резонанс кезінде Цезий 133 атомының
шығаратын сәулелену периодының 9192631 ұзақтығы ретінде нықталады.
4. Ток. Ампер вакуумде бір бірінен 1 метр қашықтықта орналасқан өте аз дөңгелек қима мен 2 параллель өткізгіштерден өтетін электрлік ток туғызатын күш ретінде анықталады, ол өткізгіштер арасында әр 1 метр сайын 2·10-7 Н-ға тең күш туғызады.
5. Температура. Кельвин (К) 273.16 К-ге тең үштік су нүктесінің температурасымен анықталады (барлық судың 3 фазасы — сұйық, бу тәрізді және қатты тепе-теңдікте болғанда.
6. жарық күші. Кандела (свеча) 1 стерадианға 540·1012 жиілікпен және 1/683 Вт қуатпен монохроматты сәулелену жіберетін бағыттағы жарық күшімен анықталады.
7. зат саны. Заттың санының өлшемі - моль. 1 мольде 12-көміртегінің 0.012 кг изотобы бар элементар бөлшектер бар.
«Элементар компоненттер» термині атом, молекула, иона, электрон және басқа бөлшектерге қатысты айтылады.
2 қосымша эталондар:
1. жазық бұрыш. Радиан — бұл доғасы радиус ұзындығы бойынша тең шеңберлердің 2 радиусы арасындағы жазық бұрыш.
2. денелік бұрыш. Стерадиан — сфераның радиусы ұзындығы бойынша тең қабырғасымен квадрат ауданына тең аудан киятын сфера ортасында ұшымен конустың денелік бұрышы.
Бұл біріншілік эталондар ұлттық эталондарды тек эталондық өлшеу бірліктерінде ғана емес, олардын туындаған бірліктерде де қолданылады. Мысалы, манганиннен жасалған сым орамының кедергі эталоны ұзындық, масса, уақыт және токты өлшеу эталондық бірліктеріне негізделген. әдетте бұл ұлттық эталондар өз кезегінде метрологиялық орталықтарда сақталып, өндірісте калибрлік жұмысарға қолданылатын үлгілік өлшемдерлі анықтауға қолданылады. Мұндай калибрлік эталондар аспаптарды үзбей калибрлеу үшін тікелей өндірісте кездеседі.
1-кестеде жиі қолданылатын өлшем бірліктердің тізімі мен олардың негізгі өлшем бірліктермен қатынасы көрсетілген.
1-кесте
Туынды бiрлiктер
|
Параметр |
Название единицы |
Размерность в первичных единицах |
|
үдеу |
Метр на секунду в квадрате |
м·с-2 |
|
Бұрыштық жылдамдық |
Радиан на секунду в квадрате |
Рад·с-2 |
|
Бұрыштық жылдамдық |
Радиан на секунду |
Рад·с-1 |
|
Аудан |
Квадратный метр |
м2 |
|
сыйымдылық |
Фарада |
С4·А2·кг-1·м-2 |
|
Тығыздық |
Килограмм на кубический метр |
кг·м-3 |
|
Электрлік заряд |
Кулон |
А·с |
|
Электр өрісінің кернеуі |
Вольт на метр |
м·кг·А-1·с-3 |
|
Электрлік потенциал |
Вольт |
м2·кг·с-3·А-1 |
|
Энергия |
Джоуль |
м2·кг·с-2 |
|
Күш |
Ньютон |
кг·м·с-2 |
|
Жиілік |
Герц |
с-1 |
|
Индуктивтілік |
Генри |
м2·кг·с-2·А-2 |
|
Магнитттік өріс күші |
Ампер на метр |
А·м-1 |
|
Магниттік ағым |
Вебер |
м2·кг·А-1·с-2 |
|
Магниттік индукция |
Тесла |
кг·А-1·с-2 |
|
Қуат |
Ватт |
м2·кг·с-3 |
|
Қысым |
Паскаль |
кг·м-1·с-2 |
|
Кедергі |
Ом |
м2·кг·А-2·с-3 |
|
Меншікті жылусыйымдылық |
Джоуль на килограмм и Кельвин |
м2·К-1·с-2 |
|
Жылдамдық |
Метр на секунду |
м·с-1 |
|
Жылуөткізгіштік |
Ватт на метр Кельвин |
м·кг· К -1·с-3 |
|
Көлем |
Кубический метр |
м3 |
Өлшеу жүйесінің мінездемесін немесе осы жүйе элементтерін сипаттайтын терминдер:
Бит (разряд). Бұл 0 және 1 екілік сандар үшін абревиатура.
өзара кедергілер. Бұл коммутаторға немесе параллель кірістері бар құрылғыға қосылған көрші каналдар арасында пайда болатын интерференция.
Қайта өндiрiнгiштiк. Құрал көрсеткішінің қайта өндiргiштiгі — өлшенетін шаманың бір мәнінде бірдей көрсеткіш көрсете алу қабілеті.
Реакция уақыты. Өлшеу жүйесінде өлшенетін шама өзгергенде осы өзгеріске толығымен жауап беретін реакция уақыты деп аталатын белгілі бір уақыт керек.
Гистерезис. Құралдар түрлі көрсеткіш беруі мүмкін, соған байланысты шама мәні өскеніне немесе азайғанына байланысты өлшенетін шама үшін қателіктердің де көрсеткіші түрлі болады (1.3-сурет). Гизтерезис деп аталатын бұл эффект құралдардың механикалық бөліктеріндегі үйкеліс немесе люфтену нәтижесінде жүзеге асады. Гистерезис қателігі — өлшенетін шаманың өсу және кему кезіндегі мәндерінің айырымы. Гистерезис көбінесе максимал гистерезистің барлық құрал шкаласының ауытқуына пайыздық қатынасы ретінде өрнектеледі.
.
1.3-сурет Гистерезис