- •КАспий қоғамдық университеті
- •I тарау дүниені танып білудегі өлшеудің ролі
- •Өлшеу техникасы мен ғылымның және өндірістің өзара байланысы
- •1.2. Метрологиялық қамтамасыздандыру
- •1.2.1. Метрологиялық қамтамасыздандырудың ғылыми, техникалық және заңдық негіздері
- •1.3. Физикалық шамалардың түрлері
- •1.3.1. Өлшеу шкалалары
- •1.3.2. Өлшеу ақпараты
- •1.3.3. Физикалық шамалар мен олардың бірліктер жүйесі
- •1.4. Өлшеу қателіктері
- •1.4.1. Қателіктердің жіктелуі
- •1.4.2. Қателіктерді бағалау принциптері
- •1.4.3. Жүйелі қателіктерді алу және жою тәсілдері
- •1.5. Өлшеу және оның негізгі операциялары
- •1.5.1 Өлшеу мен оның негізгі операциялары
- •1.5.2. Өлшеу міндеттері
- •1.5.3. Өлшеу принциптері мен әдістері
- •1.6. Өлшеу аспаптары мен қондырғылары
- •1.6.1 Сурет. Өлшеу аспабының жалпы құрылымдық схемасы
- •1.6.1. Өлшеу жабдықтарының метрологиялық және метрологиялық емес сипаттамалары
- •1.6.2 Өлшеу жүйелері
- •1.6.2 Сурет. Өлшеп-есептеу түрлендіргішінің құрылымдық схемасы
- •1.7. Электрлік өлшеу
- •1.7.1. Электрлік шамаларды өлшегіш түрлендіргіштер
- •1.7.2. Өлшегіш аспаптардың өлшеу шектерін кеңейту
- •1.7.2.1 Сурет. Шунттар
- •1.7.2 Сурет. Тізбектің схемасы
- •1.7.3. Айнымалы ток бойынша өлшеу шекті кеңейту
- •1.7.3.1 Сурет. Төт-дың қосу схемасы
- •1.7.4. Айнымалы ток кернеуінің өлшеу шегін кеңейту
- •1.7.4 Сурет. Кернеу өлшеу трансформаторының қослу схемасы
- •Электромеханикалық аспатар
- •1.8.1 Сурет. Электромеханикалық өлшеу аспабының структуралық схемасы
- •1.8.2 Сурет. Магниттіэлектрлі жүйе аспабының құрылысы
- •1.8.3 Сурет. Электромагнитті жүйе аспабының құрылысы
- •1.8.4 Сурет. Электродинамикалық жүйе аспабының құрылысы мен вектролық диаграммасы
- •1.8.5 Сурет. Ваттметрдің бір фазалы айнымалы ток көзіне жалғану схемасы
- •1.8.6 Сурет. Электростатикалық аспатың құрылысы
- •Индукциялы жүйе аспатары
- •1.8.7 Сурет. Индукциялы жүйе аспабының құрылысы мен векторлық диаграммасы
- •Кедергіні өлшеу
- •Көпірлер мен компенсаторлар көмегімен электрлік шамаларды өлшеу Кедергіні тікелей өлшеу әдістері
- •1.9.1 Сурет. Омметрдің көмегімен кедергіні өлшеу схемалары
- •1.9.2 Сурет. Мегомметрмен өлшеу схемасы
- •Осциллографтар
- •1.10.1. Электрлік шамаларды электронды сәулелі осциллографтар көмегімен өлшеу
- •1.10.1 Сурет. Электронды-сәулелі түтікше құрылысы
- •1.10.2 Сурет. Осциллограф экранында сигнал кескінінің пайда болуы
- •1.10.3 Сурет. Сигналдар жиіліктерінің қатынасы мен фазалық ығысуы әртүрлі болғандағы Лиссажу фигураларының кескіні
- •1.10.4 Сурет. Фазалық ығысу бұрышын элипс әдісімен өлшеу
- •II тарау электрлік шамаларды өлшеу
- •2.1. Ток пен кернеуді өлшеу әдістері
- •2.2. Тұрақты токты өлшеу
- •2.1 Сурет. Шунтты микроамперметрдің схемасы
- •2.2 Сурет. Амперметрді токтың өлшеу трансформаторына қосу схемасы
- •2.3 Сурет. Вольтметрді кернеудің өлшеу трасформаторы арқылы қосу схемасы
- •2.3. Электр қуатын өлшеу
- •2.3.1 Сурет. Ваттметрді қосу схемасы (а) мен векторлық диаграммасы (б)
- •III тарау электрлік емес шамаларды өлшеу
- •3.1. Жалпы мағлұматтар
- •Температураны өлшеу аспаптарының жіктелуі
- •3.1 Сурет. Термоэлектрлі түрлендіргіштің схемасы
- •3.2 Сурет. Өлшеу аспаптарын термоэлектрлі түрлендіргіш тізбегіне қосу схемасы
- •Электрлі емес шамаларды өлшеу
- •Сурет. Тәсілмен өлшеу жүйесі
- •3.4. Сурет. Резисторлы датчик
- •Сурет. Орын ауыстыру және деформацияның электромагниттік датчиктер
- •3.5 Сурет. Электромагнитті датчиктер
- •3.4. Электрлік емес шамалардың электрлікке түрлендірілуі және олардың жіктелуі
- •Сурет. Техникалық орындалу принциптерін кескіндейтін схемалар
- •Сурет. Пьезоэлектриктің қысқыштары арасындағы кернеуді өлшеу
- •Қиыстырылған (комбинированные) түрлендіргіштер
- •3.7 Сурет. Екі өлшенетін түрлендіргіштің жиынтығынан қиыстырылған түрлендіргіш
- •Индуктивті өлшенетін түрлендіргіштер
- •3.8 Сурет. Тұрақты магниті бар магниттік жүйе болып табылатын түрлендіргішті
- •3.9 Сурет. А- сызықты діріл түрлендіргіші; б- бұрыштық діріл түрлендіргіші
- •3.10 Сурет. А- орамы қозғалмайтын және магниті қозғалмалы; б – орамы қозғалмалы магниті қоғалмайтын
- •Цифрлі және электронды өлшеу аспаптары
- •3.6. Сандық вольтметрлер
- •3.6.2 Сурет. Уақытты-импульсті түрлендіретін сандық вольтметрдің схемасы
- •Глоссарий
- •Пайдалы әдебиеттер
- •Метрология және өлшеу
1.5.2. Өлшеу міндеттері
Өлшеу – құрылымдық элементтердің толық тізбектерінің өзара әрекеттерінен тұратын күрделі процесс. Оларға: өлшеу есептері, өлшеу объектісі, өлшеу принциптері, әдістері, құрылғылары мен олардың модельдері, өлшеу шарттары, өлшеу субъектілері, өлшеу нәтижелері мен қателіктері кіреді.
Әрбір өлшеудің бастапқы элементі болып оның міндеті (мақсаты) жатады. Кез-келген өлшеудің міндеті таңдап алынған (өлшенетін) ФШ-ның мәнін берілген шартта қажетті дәлдікте алу болып табылады. Өлшеу есебінің қойылымын өлшеу субъектісі – адам жүзеге асырады. Есептің қойылымы кезінде өлшеу объектісі нақтыланады, онда өлшенетін ФШ белгіленіп, қажетті өлшеу қателігі анықталады (беріледі).
Өлшеу объектісі – нақты физикалық объект, онық қасиеті бір немесе бірнеше өлшенетін физикалық шамалармен сипатталады. Оның көптеген қасиеттері бар және басқа объектілермен көпжақты және күрделі байланыста болады. Өлшеу субъектісі – адам объектіні толығымен, оның қасиеттері мен байланыстарын барлық жағынан өзіне елестете алмайды. Осыған орай субъектінің объектімен өзара байланысы объектінің математикалық моделі негізінде ғана бола алады.
1.5.3. Өлшеу принциптері мен әдістері
Өлшеу ақпараттары, яғни өлшенетін ФШ-ның мәндері жөніндегі ақпараттар, өлшеу сигналдарында болады. Өлшеу сигналы – ол өлшенетін ФШ туралы мөлшерлі ақпараттардан тұратын сигнал. Ол шығыс ӨЖ-нің кірісіне кіреді де, адамның (өлшеу субъектісі) тікелей қабылдап алуына қолайлы, не тізбекті өңделу мен берілуге қолайлы сигналға түрленеді. Өлшеу субъектісі өлшеу принциптерін, әдістерін және өлшеу құралдарын таңдап алуды жүзеге асырады.
Өлшеу принципі - өлшеу негізделген физикалық принциптердің жиынтығы, мысалы электрлік кернеуді өлшеу үшін Джозефсон эффектісін, жылдамдықты өлшеу үшін Доплер эффектісін пайдалану керек.
Өлшеу әдісі – ол өлшенетін ФШ-ны пайдаланылған өлшеу принципіне сәйкес бірліктерімен салыстыру жолдары және сол тәсілдердің жиынтығы. Өлшеу әдісінде мүмкіндігінше минималды қателік болуы тиіс және сол жүйелі қателіктерді жою мен оларды кездейсоқ қателіктерге алмастыру керек.
Өлшеу әдістерін әртүрлі белгілері бойынша жіктеуге болады.
Ең жетілген түрі болып өлшеу принциптері мен өлшеу құралдарын пайдалану жолдарының жиынтығы бойынша жіктелуі жатады. Бұл жіктеме бойынша тікелей бағалау әдісі және салыстыру әдістері болып бөлінеді.
Тікелей бағалау әдісінің мәні - өлшенетін шаманың мәнін алдын-ала өлшенетін шама бірліктері немесе басқа шамалар бірліктерінде тексеріп өлшенген бір (тура өлшеу) немесе тәуелді болатын бірнеше (жанама өлшеу) өлшеу құралдарының көрсеткіштері бойынша бағаланады. Бұл кеңінен тараған өлшеу әдісі. Оны көптеген өлшеу құралдары пайдаланады.
Тікелей бағалау әдісінің қарапайым мысалы болып кернеу-ді магнитті электрлі жүйеде электромагнитті вольтметрмен немесе импульсті тізбектегі жиілікті электрлі-санағыш жиілікөлшегіште пайдаланылатын дискретті санау әдісімен өлшеу жатады.
Екінші топты салыстыру әдістері құрайды: диффренциал-ды, нольдік, үйлесу, салыстыру. Оларға өлшенетін шама өлшем арқылы өзгертілген шамалармен салыстырылатын барлық әдістер жатады. Сәйкесінше, осы салыстыру әдістерінің ерекше айырмашылығы болып өлшемнің өлшеу процесінде тікелей қатысуы жатады.
Дифференциалды әдісте Х өлшенетін шамасы өлшем арқылы алынған ХМ шамасымен тікелей немесе жанама түрде салыстырылады. Х шамасының мәнін Х = X – XM өлшеу аспабының аралығы және өлшем арқылы алынған ХМ белгілі шама бойынша табады. Осыдан Х = XM + Х шығады. Дифференциалды әдісте өлшенетін шама толық теңестірілмейді. Ол өзіне бағалау әдісінің бір бөлек белгілерін үйлестіріп, өлшенетін шама мен өлшем арқылы алынған шамалар бір-бірінен азғана ерекшеленген жағдайда ғана дәл өлшеу нәтижесін бере алады.
Дифференциалды әдістің мысалы болып біріншісі орасан дәлдікпен алынған, ал екіншісі белгісіз шаманы беретін екі кернеулердің айырымын вольтметрмен өлшеу жатады.
Нөльдік әдіс – дифференциалды әдістің бір түрі болып саналады. Оның айырмашылығы екі шаманы салыстырудың нәтижелі әсері нөльге дейін келтіріледі. Бұл дәлділігі жоғары арнайы өлшеу аспабы – нөль-индикаторымен бақыланды. Бұл жағдайда өлшенетін шаманың мәні өлшем арқылы алынған шаманың мәніне тең. Нөль-индикатордың жоғары сезімталдығы және өлшемді жоғары дәлдікпен орындауы аз мөлшерлі өлшеу қателігін алуға мүмкіндік береді.
Нөльдік әдіске мысал болып бір иығында өлшенетін жүк, ал екінші иығында – эталонды жүк болған кезде таразыдағы жүкті өлшеу жатады. Екінші мысал – кедергіні теңестірілген көпір арқылы өлшеу.
Орын басу әдісі аспаппен белгісіз шама мен өлшемнің өлшенетін шамамен біртекті шығыс сигналын кезектеп өлшеуден тұрады. Осы өлшеулердің нәтижесінен белгісіз шама табылады. Екі өлшеу бірдей аспаппен бірдей сыртқы жағдайда жүргізілгендіктен, ал белгісіз шама аспаптың көрсеткішіне байланысты анықталғандықтан өлшеу нәтижесінің қателігі едәуір шамаға азаяды. Өйткені өлшеу аспабының қателігі аспаптың бірдей көрсеткіштерінде алынады.
Орын басу әдісінің мысалы – жоғары электрлі активті кедергіні бақыланатын және үлгілі резисторлар арқылы ағып өтетін ток күшін кезектеп өлшеу жолы арқылы өлшеу. Өлшеу кезінде тізбектің қоректенуі тұрқты токтың сол бір ғана қорек көзі арқылы жүзеге асуы тиіс. Ток күші мен өлшеу аспабы – амперметрдің шығысындағы кернеуі өлшенетін кедергілермен салыстырғанда аз болуы тиіс.
Үйлестіру әдісі кезінде өлшенетін шама мен өлшем арқылы алынатын шама арасындағы айырымды шкала тетіктерінің немесе периодты сигналдардың үйлесімін пайдалана отырып анықтайды. Бұл әдіс электрлі емес өлшеу практикасында кеңінен қолданылады. Мысал ретінде ұзындықты нониусты штангенциркульдің көмегімен өлшеу жатады. Берілген әдісті электрлі өлшеулерде қолданудың мысалы болып стробоскоппен дененің айналу жиілігін өлшеу жатады.