2.4. Өлшеу құралдарының сұрыпталынуы және олардың негізгі метрологиялық көрсеткіштері

Өлшеу құралдары деп өлшеу кезінде колданылатын және нормаланған метрологиялық қасиеттері бар техникалық құралдарды айтады.

Өлшем бірліктерінің эталондары. Эталондардың топтасуы

Эталондар - ресми түрде бекітілген және өлшеу құралдарын тексеру сұлбасы бойынша оның мөлшерін беру мақсатымен физикалық шама бiрлігiнің өлшемін сақтау және қайта жандандыруын қамтамасыз ететін жоғары дәлдікті өлшеу кұралдары. Оларға метрдiң мемлекеттік прототипі, ұзындық түпкілікті өлшем эталондық жинағының бірінші, екінші, үшіншілері жатады. Біріншi эталондар ұзындығын метр прототивімен тексереді, екіншлерді біріншімен, ал үшіншілерді екіншімен.

Қазақстан Республикасының эталондық базасы

Қазақстан Республикасының эталонды базасы елдегі өлшеу бірлігін қамтамасыз етудің маңызды элементіне жатады.

Республика эталон базасы (2003 ж.) 20 мемлекеттік эталондардан тұрады, олардың ішінде: шамалар бірлік мөлшерлерін, эталоннан немесе бастапқы үлгілі құралдарынан төмендеу құралдарына беру тәртібі тексеру сұлбасына сәйкес бекітіледi. Көрсетілген өлшеу құралдарының дәлдігі бір сатыдан екінші сатыға ауысқанда 1,60003 есе азаяды.

Үлгілі өлшемдер мен приборлары зертханалық және зауыттықты өлшемдерді тексеру және градуировкалы жинауға арналған. 1-ші разрядты үлгілі өлшемдер үшінші эталондармен, 2-ші разрядтілерді 1-ші разрядты үлгілі өлшемдермен, 3-ші разрядты 2-ші разрядты өлшемдермен тексереді.

Цехты өлшемдер мен приборлар бұйымдарды тексеруге қолданылады. Бұл өлшемдер мен приборлар зертханада үлгілі өлшемдер мен приборлар бойынша тексеріледі. Елдегі өлшеудің бірлігімен дұрыс жүргізілуін мемлекеттік және ведомстволық микрометрлік және басқа метрологиялық қызметтен тұратын бірыңғай метрологиялық қызмет қамтамасыз етеді. Оларды басқару Мемстандартқа жүктелген. Метрологиялық қызметтердің әрекеттері өлшеудің бiрлігін қамтамасыз ететiн мемлекеттік стандарттар жүйесімен анықталады, ол стандарттар 8 санымен басталады (ГОСТ-8.002, ГОСТ-8.009, ГОСТ-8.061 және т.б.)

Өлшеу құралдарын тексеру - өлшеу техникаларын мемлекеттік тексерудің маңызды түрі.

Тексеру деп өлшеу құралдарьшың қате жіберушілігін экспериментальды түрде анықтау және олардың әріқарай қолданылуға жарамсыздығын анықтауды айтады.

Өлшеу кұралдары мен приборлары - өлшенетін шамаларды тік немесе жанама өлшеу бірлігімен салыстыратын кұрылымдар. Өлшеу құралдары приборлар мен сайдтарға бөлу шартты түрде болады, яғни жай өлшем құралдарын өлшеу аспаптарына, ал күрделілерін өлшеу приборларына жатқызады. Өлшеу кұралдарын қолдану сипаттамасына қарай әмбебапқа және арнаулыға бөледі.

Әмбебап өлшеу құралдары конструкциясы және әсер етуіне байланысты келесі топтарға бөлінеді:

- жай өлшеу құралдары (сызғыш, кронциркульдер, ішкі өлшегіштер және т.б.);

- сызғышты Конусты штрихты аспаптар (штанген аспаптар, әмбебап бұрыш өлшегіштері);

- микрометрлік аспаптар (микрометрлер, микро-тереңдік және ішкі өлшегіштер);

- рычагты-механикалық приборлар (индикаторлар, микрока- торлар);

- рычагты-оптикалық және оптикалық приборлар (оптиметрлер,

аспапты микроскоп, өлшеу микроскоптары);

- пневматикалық (төмен қысымды, жоғары қысымды ротаметрлер);

- электрифицирленген приборлар, қондырғылар және жүйелер.

Арнайы қолдануға арналған құралдар келесі топтарға бөлінеді: жазықты, түзу сызықтылықты және көлбеулікті бақылау кұралдары (деңгейлер, плиталар, тексеру сызғыштары); бет кедір бұдырлығын өлшеу құралдары (профилометрлер, профилографтар, қосақталған микроскоп, интерферометрлер); бұранда өлшеу құралдары (бұранда микрометрлер, қадам өлшегіштер); цилиндрлі және конусты тісті дөңгелектердің элементтерін өлшеу құралдары (штанген тіс өлшегіш, тангенциальды тіс өлшегіш).

Өлшеу қондырғылары - ол функциональды біріктірілген өлшеу құралдары мен көмекші құралымдар, олар бір жерде орналасады және өлшеу ақпарат сигналын өлшеушіге ыңғайлы түрде айналдыру қызметін атқарады.

Өлшеу жүйелерінің - өлшеу кондырғыдан айырмашылығы өлшеу ақпарат сигналын өлшеушіге ыңғайлы түрде айналдыру ғана емес, сонымен қатар өлшеу нәтижелерін автоматты өңдеу және оны қашықтыққа беру немесе басқарудың автоматты жүйелерінде қолдану.

Өлшеу құралдарын таңдаудың ең маңызды мағыналы метрологиялық көрсеткіштеріне жататындар: өлшеу және көрсету өрісі, шкала бөлігінін нарқы мен аралығы, санау дәлдігі, өлшеу дәлсіздігімен өлшеу күші.

Көрсету өрісі. Шкалалы есептеу құрылымды өлшеу приборы көрсеткіш диапазоны - ол бастапқы және соңғы шамалармен шектелген шкала бойынша мән саласы. Кез келген жағдайда тетіктерді бақылауда ол өңдеуге берілген дәлдік шектерден аз болмауы керек.

Өлшеу өрісі - бұл берілген прибормен өлшеуге болатын ең үлкен және ең кіші шамалар, ол прибор бекітілген тіреудің габаритімен анықталады.

Шкала - бұл есептеу құрылғы цифрларының түзу сызық бойына немесе шеңберге түсірілген белгілер мен сандар жинағын және өлшенетін шама мәндерінiң ретті тізбекпен орналасқанын көрсетеді.

Шкала бөлігінің нарқы - бұл шкаланың бір бөлігіне сәйкесті өлшенетін шама мәні. ГОСТ 5363 бойынша прибор шкаласы бөлігінің нарқы 1,2 және 5 еселі болуы керек.

Шкала бөлігінің аралығы - бұл бірімен-бірі қатар жатқан екі штрих осiнін, симметрия аралығының қашықтығы.

Санау дәлдігі- бұл берілген прибордан есеп алғандағы жетілген дәлдік.

Өлшеу дәлсіздігі- бүл өлшеу кезінде алынған өлшенетін шама мәнімен оның шын мөлшерін көрсететін мәнінің арасындағы алгебралық айырым.

Өлшеу күші- бұл өлшеу кезінде прибордың өлшеу бетімен заттың арасындағы пайда болатын күш.

Өлшеу мақсаты - өлшенетін шаманың мәнін лайдалануға оңай түрін алу.

Өлшеу былайша бөлінуі мумкін: дәлдік сипаттамасы бойын-ша: тең дәлдікті, тең емес дәлдікті.

Өлшеу қатарындағы өлшеу санына байланысты: бір ретті, көп ретті.

Өлшеу нәтижесін оқу бойынша: абсолютті және салыстырмалы.

Өлшеу нәтижесін алу жалпы амалы бойынша: тік, жанама.

Өлшеу әдісі - өлшенетін шаманы оның бірлігімен салыстыру айласы немесе амал жиынтығы.

Сурет 2.3 - Өлшеу құралдары түрлері

Бұл сұлбада берілген түсініктемелер:

Мера – берілген мөлшерлі физикалық шаманы жаңадан өндіретін өлшем құрылғысы.

Өлшеу құрылғылары - өз бетімен немесе өлшеу қондырғы және жүйелер құрамында қолданылады. Мәліметтерді көрсету түріне байланысты өлшеу құрылғысы, өлшеу аспаптары, өлшеу түрлендіргінетері болып бөлінеді.

Өлшеу аспабы - өлшеу мәліметтерін тікелей қабылдауға болатындай форма түріне немесе сигналға келтіретін өлшеу құрылғысы.

Өлшеу түрлендіргіші - өлшенген мәліметтерді ары қарай түрлендіруге, өңдеуге немесе сақтауға ыңғайлы түріндегі сигналға келтіретін өлшеу құрылғысы.

Өлшеу жүйесі - өзара байланысқан каналдармен қосылған өлшеу және көмекші құралдарының жиынтығы. Ол өлшелетін мәліметтерді автоматтық өңдеуге, таратуға және автоматтық басқару жүйелерінде пайдалануға ыңғайлы сигналды өңдеу үшін керек.

Түрлендіру функциясы - өлшеу түрлендіргіші сигналының өлшенетін физикалық шамадан тәуелділігін көрсетеді.

Өлшеу қондырғысы – бір жерде орналасқан өлшеу құралдарының функционалды бірлескен жиынтығы. өлшеу қондырғылары өлшенетін мәліметтерді бақылаушыға тікелей қабылтайтын ынғалы сигналға келтіреді.

Мұнда басқада жіктеу болуы мүмкін.

Мысалы, өлшенетін шамалар түрлеріне (амперметрлер, вольтметрлер, термометрлер, монометрлер), қорғалуы дәрежінен (герметикалық өлшеу құралдарры, судан, жарылыстан және шаңнан қорғайтын құралдар), пайдалану түріне (стационарлы, ауыспалы) тәуелді жіктеу.

1 Өлшеу құралдарының құру негіздеріне салынған принципі - әрекет принципі дейді. Бұл принцип өлшеу құралдарының атауында көрсетіледі. Әрекет принципі бойынша өлшеу құралдары келесідей болып бөлінеді: термоэлектірлік, деформациялық, электромагниттік т.б.

2. Өлшеу метрологиялық міндетіне қарай:

Жұмыс өлшеу құралдары – бұл құралдар өлшеулерге негізделген, өлшеу бірліктерінің мөлшерімен байланысты емес;

Үлгі өлшеу құралдары – басқа өлшеу құралдарын тексеру арналған өлшеу құралдары (мералар, өлшеу аспаптары және т.б.).

Өлшеу құрылғыларының сипаттамасы

Кірістегі Х және шығудағы У сигналдарының мәндері өзгермейтін болса, өлшеу құралдарының жұмыс тәртібі статикалық деп аталады. Статикалық тәртікте құрылғының шығудағы сигналының кірудегі сигналынан функционалдық тәуелдігін статикалық сипаттама деп атайды. Жалпы бұл сызықты емес беріліс болады у=f(x).

Аталмаған шкаласы бар немесе шкаланың бөліктерінің бірлектері өлшенген шаманың бірлектерінен бөлек болса, өлшеу құралының статикалық сипаттамасы түрлендіретін функция деп аталады. Өлшеу аспабы үшін статикалық сипаттама тағыда шкала сипаты деп аталады. Статикаллық сипаттаманы анықтау бөліктеу өткізумен байланысты.

Сондықтан барлық өлшеу құралдары үшін, бөліктеу сипатттамасы деген түсінектені енгізеді. Бөліктеу сипаттамасы деп өлшеу құрылғысы кірісіндегі және шығуындағы мәндерінің тәуелділігін түсінеді. Ол кесте, график немесе формула ретінде көрсетіледі. өлшеу құрылғысының статикалық сипаттамасына қойылатын негізгі талап: кірістегі және шығыстағы шамалар арасындағы сызықты тәуелділікті алу. Практикада бұл шарт алдынала анықталған қатамен орындалады.

Көрсету диапазоны – шкаланың бастапқы және ақырғы мәндерімен шектелген аралық.

Өлшеу диапазоны - өлшенген шаманың мәндерінің аймағы. өлшеу құралының статикалық сипатының кезкелген нүктесінде шығу сигналға кірудегі сигналдың әсерін сандық бағалау үшін шығу сигналдың Δу өсімшесінің кіру сигнал Δх өсімшесіне, Δх нольге ұмтылғандағы, қатынасының тегі қолданылады:

мұнда S - өлшеу аспабының сезімділігі, яғни өлшеу аспабынан шыққан сигнал өзгеруінің, сол өзгеруге себеп болған кіріс шама өзгерісіне қатынас деп белгіленеді.

Егер өлшеу аспабының статикалық сипаттамасы сызықсыз болса, онда оның сезімділігі әрбір нүктеде әртүрлі болады, ал өлшеу аспабының шкаласы бірқалыпсыз болады. Сызықтық сипаты бар өлшеу аспаптарында бірқалыпты шкла болады және сезімділік S=const.

Әдетте өлшеу түрлендіргіштерінің статикалық сипаты сызықты у=кх болады, мұнда к – түрлерендіру коэффициенті.

Өлшеу аспабының тағы да бір параметрі бөлу бағасы. Бұл шкаланың екі көрші бөлектерінің арасындағы айырмашылық.

Белгілі У өзгересін пайда қылатын Х сигналының ең аз өзгеруі, өлшеу құрылының сезімділік шегі деп аталады.

Өлшеу құрылғылардың қателіктері

Өлшеу құрылғыларының жүйелік және кездейсоқ қателіктері анықтамалар өлшеулердің жүйелік және кездейсоқ қателіктері анықтамалары сәйкес.

Δ<<Х-_анық болғандықтан, Х_анық орнына Х_асп.қолдануға болады.

Өлшеу аспаптың аралық қателігі деп абсолют қатенің нормалдайтын Х_N-мәніне қатынасы аталады:

Өлшеу құрылғыларына температура, қысым, ылғалдық және т.б. шамалар әсер етеді. Бұл шамалар өлшенетін параметрлерге жатпайды, бірақ өлшеу нәтижесіне әсер етеді. Өлшеу құрылғыларына стандарт бойынша әсер ететін шамалардың мәндері мынадай: температура – 20⁰С, атмосфералық қысым – 101,3 кПа, ауаылғалдылығы – 60%.

Өлшеу құрылғыны қалыпты жағдайда қолдалғандағы қателік – негізгі қателік деп аталады.

Қалыпты жағдай дегеніміз - әсер ететін шамалар нормал мәнінде немесе мәндерінің аймақ ішінде болғандағы жағдай. Әсер ететінн шаманың бірінің мәні оның норматив мәнінен ауысып кеткеннен немесе мәндер норматив аймағының шегінен шығып кеткеннен болатын қате – қосымша қателік деп аталады.

Өлшеу құрылғыны тұрақты шаманы өлшеуге пайдаланғанда болатын қате – статикалық қате деп аталады.

Өлшеу құрылғымен ауыспалы шаманы өлшегенде пайда болатын қате – динамикалық қате деп аталады.

Өлшеу құрылғылардың рұқсат етілген негізгі және қосымша қателіктері абсолют, салыстырмалы, келтірілген қателіктері түрінде орнатылады.

Өлшеу аспаптың абсолют қатесі деп өлшеу аспаптың абсолют қатесі деп өлшеу аспаптың көрсетуі Х_асп-пен өлшенетін шаманың анықталған мәнінің айырмашылығын айтады:

Х_анық – үлгі аспаппен анықталады.

Өлшеу аспабының абсолют қателігінің анықталған мәніне қатынасын өлшеу аспаптың салыстырмалы қателігі дейді:

Тікелей өлшеулер – бұл ең көп таралған тәуелсіз өлшеулер, кейбір күрделі өлшеулердің негізі. Сондықтан тікелей өлшеу әдістері дегеніміз - өлшеу принципін пайдаланатын тәсілдердің жиынтығы. Осыған тәріздес әдістердің 2 түрін белгілеуге болады.Error: Reference source not found

Мера, өлшем – берілген мөлшерлі физикалық өлшемді өндіру үшін арналған өлшеу құралы. өлшеу өткізгенде, жіктеу белгісі ретінде мераның бары немесе жоқтығы алынады.

Тікелей бағалау әдісі (мераның жоқтығы) – бұл тікелей әрекетті өлшеу аспаптың есептеуі арқылы, тікелей шаманың мәнін анықтайтын өлшеу әдісі. Бұл әдістің сипаттамасы – жылдамдық; практикада қолдануға өте қажетті, бірақ оның өлшеу дәлдігі жоғары емес. Бұл әсер ететін шамалардың әрікетіне байланысты. Бұл әдіс арқылы өлшеулердің дәлдігін көтеру үшін, әрбір өлшеу өткізгенде шкала және көмекші шкала – нониус бойынша есептеу қолданылады. Бұл әдістің ерекшелігі – мұндай шкалалардың белгілерін үйлестіруді қолдануда.

Мерамен салыстыру әдісі – бұл әдісте өлшенген шаманы мерамен өндірілген шамамен салыстырады. Егер салыстырғанда айырмашылық болмаса немесе болса, онда нөльдік немесе дифференциалдық әдіс болады.

Нөлдік әдіс – мұнда шаманың аспаққа деген салыстыру әрекетінің нәтижегі эффекттісін нөлге келтіреді.

Дифференциалдық әдіс – бұл әдісте өлшеу аспабына өлшенген шаманың және белгілі мерамен өндірілген шаманың айырмашылығы әсер етеді.

Нөлдік және дифференциалдық әдістер түрлері:

- қарсы қойып салыстыру әдісі – бұл мерамен салыстыру әдісінде өлшенген шама және өлшеу шамасы салыстыру аспабына бір уақытта әсер етеді. Осы аспап арқылы бұл шамалар арасындағы қатынас анықталады.

Орын алу әдісі – мұнда өлшенген шаманың орнын мерамен өңделген шама басады.

Үйлестіру әдісі – мұнда өлшенген шаманың және мерамен өндірілген шаманың айырмашылығын, шкала белгілерінің немесе периодтық сигналдардың үйлесуін қолдану арқылы табады.

Дифференциалдық әдісті өлшенген шамаға жақын, өте жоғары дәлдікті мера бар болса ғана қолдануға болады.