Кіріспе 3 страница

, (4.5)

мұнда - әсер етуші шамалар қалыпты облысында болғанда, қолданылатын өлшеу құралдың рұқсат етілетін негізгі қателіктің шектері;

_қос - әсер етуші шамалардың ауытқуы қалыпты облысының шектерінің сыртында болғанда, қолданылатын өлшеу құралдың рұқсат етілетін қосымша қателіктің шектері;

_ә - әдістемелік қателік.

, (4.6)

мұнда, - әсер ететін шаманың ауытқуынан туған өлшеу аспабының жіберілетін қосымша қателігінің шегі, %.

Техникалық өлшеулердің дәлдігін тек қана мәнімен анықтау үшін _қос және _ә -ды шығарып тастау керек. Ол үшін ӨҚ дұрыс және тыңғылықты орнатуын қамтамасыз ету және қалыпты жұмыс жағдайларын жасау қажет.

4.3 Өлшеу құралдарын және өлшеу дәлдігін арттыру әдістері

4.3.1 Өлшеудің кездейсоқ қателіктерін азайту әдістері:

а) қат-қабат өлшеулер әдісі; өлшеу санын арттыра отырып, теориялық түрде бағасын (4.2) өрнегіне сәйкес жасауы мүмкін, бұл баға қаншалықты аз болса да, өзінше кездейсоқ қателікті анықтайды;

б) көп арналы өлшеу әдісі (бір физикалық шаманы паралель өлшеуін пайдалану); ол үшін бірден бірнеше ӨҚ пайдалану қажет және бақылау нәтижесін бірлесіп өңдеу қажет.

4.3.2 Өлшеудің жүйелік қателіктерін азайту әдістері:

а) өлшеуге дейін жүйелік қателігінің көздерін жою;

б) өлшеуден кейін түзетулер енгізу жолы мен жүйелік қателіктерді болдырмау әдістері;

в) өте дәл ӨҚ пайдалану.

4.3.3 ӨҚ дәлдігін арттыру әдістері.

Мұнда да жоғарыда қарастырылған өлшеу дәлдігін арттырудың әдістері пайдаланылады:

а) қат-қабат өлшеулер әдісі;

б) көп арналы өлшеу әдісі;

в) параметрлік тұрақтандыру әдісі (конструкторлық-технологиялық әдіс), бұл ӨҚ статикалық сипаттамасын тұрақтандырудан тұрады; параметрлік тұрақтандыру ӨҚ-ні дәл және тұрақты элементтерді, магнитті және электрлік өрістерден экрандау, термо тұрақтандыру жасау жолымен іске асырылады; бұл әдіс ӨҚ-ның жүйелік және кездейсоқ қателіктерді азайтады;

г) құрылымдық әдістер, олар ӨҚ құрамына дәлдігін арттыруды қамтамасыз ететін қосымша тораптар, элементтер және шаралар қосуға негізделген.

Тақырып бойынша қосымша мәліметтерді [1,6,7,8,12,13,14] әдебиеттен алуға болады.

5 дәріс. Өлшеу құралдары туралы негізгі мәліметтер

Дәрістің мазмұны: ӨЖ өлшеу құралдарының негізгі түрлері; өлшеу құралдарының эталондары, өлшеудің үлгісі, жұмыс құралы және олардың классификациясы, өлшеу қондырғыларының статистикалық мінездемелері.

Дәрістің мақсаты: өлшеу құралдарының әртүрлі түрлерін ажыратуды және олардың классификациясын меңгеру, ӨЖ-нің статистикалық мінездемесі; түрлендіру функциясы, өлшеулер диапазоны, сезімділік, сезімділік табалдырығы.

Өлшеу құралдары (ӨҚ) – өлшеуде қолданылатын және нормаланған өлшеу сипаттамалары бар техникалық құралдар.

Метрологиялық сипаттамалар (МС) - өлшеу нәтижелеріне және қателіктеріне әсер ететін ӨҚ қасиеттерінің сипаттамалары.

Өлшеу құралдарының классификациясы Г қосымшасында көрсетілген.

Өлшем - берілген мөлшердегі физикалық шамаларды есептеу үшін

арналған ӨҚ. Мысалы, гир – масса өлшемі: резистор – кедергі өлшемі; сызғыш – ұзындық өлшемі.

Өлшеу құрылғылары - дербес немесе өлшеу қондырғыларында және жүйелерінде қолданылады. Өлшеу құрылғылары ақпаратты ұсыну формаларына байланысты өлшеу аспаптары және өлшеу түрлендіргіштері болып бөлінеді.

Өлшеу аспабы – бақылаушы тікелей қабылдай алатын түрдегі өлшеу ақпаратының сигналын өндіру үшін тағайындалған ӨҚ. Өлшеу құралдарын былай ажыратады:

1) аналогтық және цифрлық құралдарды;

2) көрсететін және тіркейтін (өзі жазатын) аспаптар;

3) тура әсер етуші аспаптары және салыстыру аспаптары.

Өлшеу түрлендіргіштері – бақылаушының тікелей қабылдауына берілмейтін өлшеу ақпаратының сигналын тарату, одан әрі түрлендіру, өңдеу және (немесе) сақтау үшін ыңғайлы түрде беру үшін тағайындалған ӨҚ. Өлшеу түрлендіргіштері мынадай болады: біріншіреттік және екіншіреттік; аралық және беріліс жасайтын.

Өлшеуіш қондырғылар және жүйелер – өлшеу объектінің бір немесе бірнеше физикалық шамаларды өлшеу үшін тағайындалған және көмекші құрылғылары бар функционалдық қасиеті бойынша біріктірілген ӨҚ жиынтығы.

Бір ізге салынған ӨҚ – МҚЖ (автоматтандыру құралдары және өнеркәсіптік аспаптардың мемлекеттік жүйесіне) енетін ӨҚ. Бұл жүйе блоктық-модулдық принцип бойынша құрылады:

- кіріс және шығыс пневматикалық сигналдары бар аспаптар 0,2 – 1 (0,02 – 0.1 МПа);

- электрлік кіріс және шығыс сигналдары бар аспаптар:

а) тұрақты ток 0-5, 0-20, 0-100 мА немесе 0-10 В;

б) айнымалы ток жиілігі 50 немесе 400 Гц; 1-0-1 В, 0-2 В, 1-3 В; 0-10 МГц, 10-0-10 МГц;

- электр жиілілік кіріс және шығыс сигналдары бар аспаптар 1500 -2500 Гц және 4000 – 8000 Гц.

Бұл аспаптардың бір ізге салынған кіріс және шығыс сигналдары бар, бұл өлшеу құралдарының өзара алмасуын қамтамасыз етеді, екіншіреттік өлшеу құрылғыларының түрлірін қысқартуға мүмкіндік береді, автоматтандыру құрылғыларының сенімділігін арттырады, ЭЕМ қолдану келешегіне жол ашады.

Тағайыны бойынша ӨҚ үш санатқа бөлінеді:

а) жұмыстық өлшемдер, өлшеуіш аспаптары, өлшеуіш түрлендіргіштері;

б) үлгілі жұмыстық өлшемдері, өлшеуіш аспаптары, өлшеуіш түрлендіргіштері;

в) эталондар.

Жұмыстық ӨҚ – халық шаруашылығының барлық салаларында күнделікті практикада өлшеуге арналған ӨҚ.

Жұмыстық ӨҚ келесілер: 1) жоғары дәлдікті ӨҚ; 2) техникалық ӨҚ.

Үлгілі ­ӨҚ – жұмыстық өлшеу құралдарын тексеру және өлшемдеу үшін арналған ӨҚ. Үлгілі ӨҚ өлшеулерінің жоғарғы шегі тексерілетін аспаптың өлшеуінің жоғарғы шегінен жоғары немесе оған тең болуы қажет. Үлгілі ӨЖ жібере алатын қателігі сынаққа түсетін аспаптың жібере алатын қателігінен елеулі (4-5 есе) аз болуы қажет.

Жұмыстық ӨҚ мемлекеттік бақылау Мемстандартында тексеріледі. Үлгілі ӨҚ 1-разрядты мемлекеттік бақылау зертханаларында тіптен дәлірек үлгілі өлшеулермен, аспаптармен, түрлендіргіштермен тексеріледі. Үлгілі 2-разрядты ӨҚ сәйкесті жұмыс эталондары бойынша салыстыру жолымен 1-разрядты үлгілі ӨҚ, ал 1-разрядты ӨҚ өлшеулер мен өлшегіш аспаптардың мемлекеттік институттарында тексеріледі.

Эталон – жоғары дәлдігі бар өлшем, ол өз мөлшерін басқа ӨҚ беру мақсатында бірлігін қайта орнына келтіру және сақтау үшін тағайындалған. Эталоннан ФШ бірліктері разрядтық эталондарға, ал разрядтық эталондардан жұмыстық эталондарына беріледі.

Эталондар - біріншіреттік, екіншіреттік және жұмыстық (разрядтар) болып бөлінеді.

Біріншіреттік эталон – ФШ бірлігін қазіргі ғылыми-техникалық мүмкіндікке сай аса жоғары дәлдікпен қайта шығару эталоны. Біріншіреттік эталон ұлттық (мемлекеттік) және халықаралық болуы мүмкін. Ұлттық эталон метрология бойынша ұлттық органы мен ел үшін бастапқы ӨҚ сапасында бекітіледі. Халықаралық эталондарды өлшеулер және таразылардың халықаралық бюросы сақтайды және қолдайды (ӨТХБ). Оның міндеті әртүрлі елдердің ұлттық эталондарын халықаралық эталондармен, сондай-ақ өзара жүйелік түрде халықаралық салыстыру болады. ӨҚ жүйесінің негізгі шамалардың және туынды шамалардың эталондары салыстыруға жатады. Салыстырудың белгіленген кезеңдері тағайындалған: метр және килограмм эталоны әр 25 жылда; электр және жарық эталондары – 3 жылда бір рет.

Екіншіреттік эталондар – “эталондар-көшірмелер” мемлекеттік эталонмен салыстырылады және мөлшерді жұмыстық эталондарына беру үшін тағайындалған, ал жұмыстық эталондары – төменірек разряд эталондарына қызмет етеді.

Ең бірінші эталондар Францияда 1799 жылы ресми бекітілді және Францияның ұлттық мұрағатына сақтауға берілді.

5.1 Өлшеу құрылғыларының статикалық сипаттамалары

Өлшеу құралдарының кіріс Х және шығыс У сигналдар мәні өзгермейтін жұмыс режимі статикалық (стационарлық) деп аталады.

Өлшеу құрылғыларының статикалық сипаттамасы деп аталған құрылғының статикалық жұмыс режиміндегі шығыс сигналдың кіріс сигналға қызметтік тәуелділігі аталады (5.1 суретті қара). Жалпы жағдайда бұл сызықтық емес тәуелділік У = f(x).

Өлшенетін шаманың бірліктер мен ерекше бірліктерде өлшемделген атаусыз шәкілі немесе шәкілі бар өлшеу құрылғылары үшін статикалық сипаттаманы түрлендіру функциясы деп атау қабылданған. Өлшеу аспаптары үшін статикалық сипаттаманы бұдан басқа тағы да шәкіл сипаттамасы деп атайды. Статикалық сипаттаманы анықтау өлшемдеуді орындаумен байланысты, сондықтан барлық ӨҚ үшін өлшемдеу сипаттамасы пайдаланады, бұл кесте, кескіндеме немесе формула түрінде жасалған ӨҚ шығыс және кіріс шамалары мәндері арасындағы тәуелділік ұғынылады.

Өлшеу құрылғыларының статикалық сипаттамасына қойылатын негізгі талап арнаулы жағдайлардан басқа, шығыс және кіріс шамалары арасындағы сызықтық тәуелділікті алуға тіреледі. Тәжірибеде бұл талап алдын ала қабылданған кейбір қателікпен іске асады.

Көрсетулер диапазоны шкаланың соңғы және бастапқы мәндерімен шектелген шәкіл көрсеткіші.

Өлшеулер ауқымы (шкаланың жұмыс бөлігі) – ол үшін өлшеу құралдарының жіберілетін қателіктері нормаланған

(Х_в – Х_н; У_в – У_н),

мұнда, У_н, Х_н – өлшеу ауқымының төменгі шегі;

У_в, Х_в –– өлшеу ауқымының жоғарғы шегі.

Статикалық сипаттаманың ерікті нүктесінде ӨҚ кіріс сигналдың шығыс сигналына әсерін сандық бағалау үшін DХ кіріс сигналының өсімшесіне DУ шығыс сигналының өсімшесінің қатынасының шегі көрсетеді, яғни мұнда DХ à 0 болу керек, демек шығынды таңдалған нүктеге тең

S = = . (5.1)

S – өлшеуіш түрлендіргіштің ӨТ сезімталдығы, оның өзгеруін туғызған өлшенетін шаманың ӨТ шығысындағы сигналының өзгеру қатынасы ретінде анықталады.

5.1 сурет - Өлшеу құрылғысының статикалық сипаттамасы

Кескіндемелік сезімталдық – бұл статикалық сипаттамаға қатысты ойысу бұрышының тангенсі.

Егер статикалық сипаттама сызықтық емес болса, онда оның сезімталдығы шкаланың әртүрлі нүктелерінде әртүрлі болады. Сызыктық шкаласы бар ӨҚ тең өлшемді шкаласы және тұрақты сезімталдық мәні болады. Өлшеуіш түрлендіргіштерде статикалық сипаттама әдетте, сызықтық: У= кХ, мұнда к- түрлендіру коэффициенті.

Таралу бағасы – көрші екі шәкіл арасындағы белгі айырымы.

Сезімталдық табалдырығы – түрлендіргіштің шығыс сигналындағы немесе өлшеу аспабының у көрсетуінің сенімді бекітілген өзгеруін тудыруға қабілетті өлшенетін х шамасының мәнінің ең аз өзгеруі.

Жоғарыда қарастырылған барлық ӨҚ сипаттамаларын метрологиялық деп атайды, себебі олар осы құрылғылардың қызметінің дәлдігіне әсер етеді.

Егер ӨҚ нормаланған метрологиялық сипаттамалары (НМС) - метрологиялық сипаттамаларының нормалары белгіленген жағдайда, ӨҚ қолдануға жіберіледі. НМС туралы мәліметтер ӨҚ техникалық құжаттамасында келтірілген.

Тақырып бойынша қосымша ақпаратты [5,8,9] әдебиеттен алуға болады.

6 дәріс. Өлшеу құралдарының негізгі метрологиялық сипаттамалары

Дәрістің мазмұны: дәлдік класы, өлшеу құралдары мен өлшеу түрлендіргіштері қателіктерінің классификациясы.

Дәрістің мақсаты: ӨҚ- ның негізгі метрологиялық сипаттамалары: дәлдік класы, ӨҚ қателіктерінің есептеулері мен түсінігін меңгеру.

6.1 Дәлдік класы мен жіберілетін қателіктер

Метрологиялық сипаттамалар (МС) – өлшеу қателіктері мен нәтижелеріне әсер ететін ӨҚ қасиеттерінің сипаттамасы.

Дәлдік класы – негізгі және қосымша жіберілетін қателіктер шегімен, басқа да дәлдікке әсер ететін өлшеу құралдарының қасиеттерімен анықталатын жалпыланған метрологиялық сипаттама (МС). Дәлдік класы – мөлшерсіз көлем.

Негізгі және қосымша жіберілетін қателіктердің шегі жеке өлшеу құралдарының (ӨҚ) стандартына сәйкес белгіленеді.

Өлшеу құралдарына (МЕСТ 136-68) (1; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0; 5.0; 6.0) ; n = 1; 0; -1; -2;… қатарынан алынатын дәлдік класы беріледі. Дәлдіктің нақты кластары ӨҚ-ның жеке түрлеріне қатысты стандарттармен белгіленеді. Дәлдік класын көрсететін сан аз болған сайын жіберілетін негізгі қателік шегі азаяды.

Келтірілген қателіктер бойынша нормаланатын дәлдік кластары қателік шегінің нақты мәнімен байланысады, яғни дәлдік класы келтірілген қателіктер мәнінің пайызбен көрсетілген санына тең.

Екі немесе одан да көп ауқымы (немесе шәкілі) бар ӨҚ-да екі немесе одан да көп дәлдік класы болуы мүмкін.

6.2 Өлшеу құрылғыларының қателіктері

Д.1 суретінде ӨҚ қателіктер классификациясы берілген (Д қосымшасы):

а) көріну сипатына қарай: ӨҚ- жүйелікк және кездейсоқтық қателіктер құраушылары өлшеулердің жүйелікк және кездейсоқтық қателері сияқты мағынаға ие болады. (3 дәріс);

б) колдану жағдайына қарай:

1) ӨҚ негізгі қателігі – қалыпты жағдайларда қолданылатын ӨҚ қателігі (Қ.Ж.). Қ.Ж.-да ӨҚ қолдану үшін әсер ететін шамалардың (қоршаған ортаның температурасы, барометрлік қысым, ылғалдылық, қөректендіру кернеуі, ток жиілігі және т.т.) қалыпты мәндері болады немесе мәндердің қалыпты шеңберінде болады, сондай-ақ олардың белгілі бір кеңістікте орналасуы, жердің магниттік өрісінен басқа сыртқы электромагниттік өрістің, дірілдің болмау шарттары түсіндіріледі. Н.У. әдетте ӨҚ қолданудың жағдайлары болмайды;

2) жіберілуі мүмкін қосымша қателік шегіне ең үлкен қосымша қателік ұғылады, бұл өлшеу құралдары жарамды және қолдануға болады деген жағдайдағы әсер ететін шаманың кеңейтілген мәндерінің шегінде туады. ӨҚ әр түрі үшін стандарттарда немесе техникалық шарттарда қосымша қателіктің мәні тағайындалған шектерден аспайтын деңгейде әсер ететін шамалардың мәндерінің кеңейтілген шеңберін белгілейді. Негізгі және қосымша қателіктер атауларына берілген жғдайларда орын алатын ӨҚ нақты қателігі сәйкес келеді:

в) қолдану режіміне орай:

1) статикалық қателік – тұрақты шаманы өлшеу үшін ӨҚ пайдалануда туындайтын ӨҚ қателігі;

2) динамикалық қателік – шаманың уақытында айнымалыны өлшеу үшін ӨҚ –ны пайдалануда туатын ӨҚ қателігі;

г) ұсыну формасына орай.

Өлшеу аспабы және өлшеу түрлендіргіші үшін абсолют салыстырмалы және келтірілген қателіктерді анықтау ерекшелігі. Өлшеу аспабында кіріс шамасы бірлігіне өлшемделген шәкіл немесе белгілі көбейткіштің шартты бірліктерінде өлшемделген шәкілі бар, сондықтан өлшеу нәтижесі кіріс шаманың бірліктерінде ұсынылады. Бұл өлшеу аспабының қателігін анықтаудың қарапайымдылығын шарттайды. Өлшеу түрлендіргішінде өлшеу нәтижелері шығыс шама бірліктерінде көрсетіледі. Сондықтан, өлшеу түрлендіргішінің кірісі және шығысы бойынша қателіктерді ажыратады.

Өлшеу аспабының абсолют қателігі – аспаптың көрсетуі мен өлшенетін шаманың нақты мәнінің арасындағы айырым

, (6.1)

үлгілі аспап көмегімен анықталады немесе қайта өлшеумен шығарылады.

Өлшеу аспабының салыстырмалы қателігі – өлшеу аспабының абсолют қателігінің өлшенетін шамасының нақты мәніне қатынасы

(6.2)

Өлшеу аспабының келтірілген қателігі - өлшеу аспабының абсолют қателігінің өлшенетін шамасының нормаланған мәніне қатынасы . (6.3)

Нормалайтын мән сапасында өлшеудің жоғарғы шегі немесе өлшеу аспабының өлшеулер ауқымы пайдаланылады.

Өлшеу түрлендіргішінің (ӨТ) қателіктерін анықтауда келесі шамалар белгілі: - ӨТ кірісіндегі шаманың нақты мәні, ол кірісінде өлшеуішпен шығарылады немесе үлгілі СИ көмегімен анықталады. - Ипр шығысындағы шамасының мәні, ол шығуында үлгілі құрал көмегімен анықталады; - өлшеуіш түрлендіргіштің түрлендіру функциясы; - өлшеуіш түрлендіргіштің түрлендіруінің кері функциясы.

Шығысы бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің абсолют қателігі - өлшенетін шаманы көрсетеін өлшеуіш түрлендіргіштің шығысындағы шаманың нақты мәнінің өлшеуіш түрлендіргішке берілген өлшемделген сипаттаманың көмегі арқылы кірістегі шаманың нақты мәні бойынша анықталатын арасындағы айырым

, (6.4)

, кіріс шаманың бір мәнінде анықталады.

Кірісі бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің абсолют қателігі: өлшеуіш түрлендіргіштің кірісінде түрлендіргішке қосаоның шығысындағы түрлендіргішке жазылған өлшемдердің сипаттамасының көмегі арқылы нақты шамасының мәні бойынша анықталатын және түрленушінің кірісіндегі нақты мән шамасының арасындағы айырым

= . (6.5)

Кірісі бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің салыстырмалы қателігі

(6.6)

Шығысы бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің салыстырмалы қателігі

(6.7)

Кірісі бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің келтірілген қателігі

. (6.8)

Шығысы бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің келтірілген қателігі

. (6.9)

Нормаланған мән сапасында , түрлендіргіш өлшеудің ауқымы немесе осы ауқымға сәйкесті шығыс сигнал өлшеуі () пайдаланылады;

д) өлшенетін шаманың мәнінен.

Осы тәуелділікті қарастыру үшін түрлендірудің номинал және шынайы функциялары ұғымын пайдалану ыңғайлы. Түрлендірудің номинал функциясы ӨҚ паспортында көрсетілген. Түрлендірудің шынайы функциясы – ӨҚ осы типінің нақты меңгеретін функциясы. Түрлендірудің шынайы функциясының номиналдан ауытқуы әртүрлі және өлшенетін шаманың мәніне тәуелді болады.Осы ауытқулар және осы ӨҚ қателігін анықтайды.

Дата добавления: 2014-12-07