Өлшеу қателіктері және өлшеу құралдары
Дәрістер
№1,2 Дәрістер
Тақырыбы мен жоспары: Кіріспе. Пән және метрология міндеті.
Метрологияның негізгі түсінігі - өлшеу. Метрологияның тығыз байланысы
басқада барлық ғылымдармен өлшеу ғылымы сияқты. Философиялық, ғылыми және
техникалық аспектілерді өлшеу. Метрологияның даму тарихы қысқаша очерк.
Кіріспе. Ақпаратты–өлшеу жүйелері пәнінің мақсаты мен маңызы.
Метрология туралы жалпы түсініктеме
Өлшеу – адамның тәжірибелік әрекеттер теориясын біріктіретін
табиғаттың адамға тағайындалған жолдарының бірі болып табылады. Ол ғылыми
бөлімдердің бірі болып саналады, материалдық рессурстарды санау, өнімнің
қажетті сапасын қамтамасыз ету, технологияны толығымен жетілдіру, өнімді
автоматтандыру үшін және адам қызметінің көптеген басқа салалары үшін
қызмет етеді. Өлшеу мен өлшеу техникасының теориялық негізі болып жалпы
метрология жатады, ол объектінің қасиеттері мен берілген дәлділігі мен
сенімділігі жөніндегі мөлшерлі ақпараттары алу үшін арналған пән болып
табылады.
Метрология құралдары – бұл өлшеу құралдары мен метрологиялық
стандарттардың рационалды түрде пайдалануын қамтамасыз ететін жиынтығы.
Өлшеудің ғылыми аспектісінде олардың көмегімен ғылымда теория мен
тәжірибенің байланысы жүзеге асырылады.
Өлшеу басқару немесе бақылау объектісі жөніндегі мөлшерлі ақпараттарды
алуды қамтамасыз етеді, техникалық процестің барлық берілген шарттарын дәл
көрсету, бұйымның жоғарғы сапасын қамтамасыз ету және объектіні тиімді
түрде басқару мүмкін емес.
Берілген оқу құралы өлшеу мен құралдарын таңдап алу, әртүрлі физикалық
шамаларды өлшеуге, өлшеу нәтижелерінің дәлдігін бағалауға байланысты
өндірістік және ғылыми есептерді шешу үшін қажет білімдер мен дағдылық
негіздерін беретін мәселелер қарастырылған.
Сезгіш элементтердің өндірістерді бақылау мен басқаруда алатын орны
Сезгіш элемент өлшенетін шаманы белгілі бір дәлдікпен өзгертетін,
қабылдайтын өлшеу құралдарына жатады. Технологиялық процестерді [1-4]
автоматтандырудың мәні артқан сайын сезгіш элементтерге қойылатын талаптар
да күнен-күнге арта түсуде.
Сезгіш элементтерге қойылатын негізгі талаптар:
экономикалық тұрғыдан қарағанда, арзан болуы қажет;
пайдалануға ыңғайлы болуы қажет;
төзімді болғаны жөн.
Автоматтандырылған қондырғылардың құрылымы жағынан биологиялық жүйеге
ұқсастығын байқауға болады. 2.1.суретте автоматты жүйе мен адамның
арасындағы ұқсастықтың схемасы келтірілген. Осы ұқсастыққа сәйкес екі
жүйенің де мәліметтерді қабылдау, оларды өңдеу, жинау және оларды өзгерту
процестерінің бірдей екендігіне көз жеткізуге болады.
Өлшеу процестері үш звенодан (бөліктен) тұратынын байқауға болады.
Яғни, сезгіш элементтен, салыстырғыш және нәтижені көрсететін кұралдардан
тұрады.
Екінші звено сигналды көрсеткіш құралға жеткізеді. Кейбір кездерде бұл
звено әрі күшейткіштің, әрі өңдейтін тетіктің рөлін атқарады. Ал, үшінші
звено болса, сезгіш элементтен салыстырғыш звено арқылы келетін
мәліметтерді қағаз бетіне жазып, не болмаса, көрсеткіш тетік арқылы
көрсетеді.
Бұл мәліметтер, мүмкіндігінше сигналдың басқа бір ыңғайлы түрлеріне,
мысалы, электр тоғына айналдырылып, реттегіш немесе басқару, есептеу
машиналарына енгізіледі.
Кез-келген өлшеу құралдарының, негізгі бөліктерінің біріне сезгіш
элементтер жатады. Оның ең басты себебінің бірі объектіде болып жатқан
процестер туралы нақтылы мәліметтер жинау.
Мысалыға, техникада сезгіш элементтер қатарына аз қуатты энергияны
өзгертетін тетіктерді жатқызады.
Сезгіш элементтің жұмыс істеуін толығырақ түсіну үшін 2.1.суретке
жүгінейік. Бағдарламалық жүйенің қандай белгілерден тұратынын 2.1. суреттен
көруге болады.
1.1.сурет. Биологиялық пен технологиялық жүйелердің арасындағы
ұқсастық.
Енді сезгіш элементтің істеуін терең түсіну үшін 2.1.суреттегі
биологиялық жүйеге толығырақ түсініктеме берейік. Биологиялық жүйеде сезгіш
элементтердің ролін көз, құлақ, тіс, мұрын, тері атқарады. Біз бір нәрседен
тітіркенсек, осы сезгіш элементтердің арқасында сигнал адамның миына барып
жетеді. Сол сигналға байланысты адамда әртүрлі сезім пайда болады. Мысалы,
егер маса адамның денесіне қонып, шаға бастады дейік, тітіркену сезіміне
байланысты, адамның миы керекті мүшелерге белгілі бір бұйрық береді. Яғни,
біз масаны қолымызбен ұшырып жібереміз.
Осыған ұқсас қимылдарды техникалық жүйеден де байқауға болады. Орталық
есептеу (процессор) мен басқару мүшелері адамның басының рөлін атқарса,
сезімнің рөлін сезгіш элементтер атқарады.
Осы кездегі машина жасау, мұнай өңдөу минералды тыңайтқыш өндіретін
зауыттарында , құрылыс заттар жасайтын комбинаттарда кездесетін
технологиялық процестерді байыпты түрде жүргізу үшін көптеген сезгіш
элементтерді керек етеді. Мысалыға, автомобиль жүргізіп келе жатқанымызда
көз алдымыздағы өлшеу құралдарына қарап, бактағы жанар майдың мөлшерін,
козғалтқышты суытып тұратын сұйықтың температурасын, қандай жылдамдықпен
қозғалып бара жатқанын байқай аламыз. Неғұрлым машинаның құрылысы қиын
болған сайын, соғұрлым сезгіш элементтердің саны арта түседі.
Сонымен кез - келген процестерді басқару үшін сол процестер туралы
мәліметтер жинау, өңдеу, не болмаса сақтау керек.
Алғашқы кезде, өте үлкен емес, болмаса формалары қиын сезгіш
элементтер, автоматты машиналардың, басқару жүйелерінің сапалы жұмыс
істеулеріне әсерін тигізеді.
Сонымен қорыта келгенде, сезгіш элементтер дегеніміз өлшеу құралдарының
маңызды бір тетігі болып саналады. Объектіде болып жатқан процестер туралы
мәліметтер жинауға мүмкіншілік береді.
Сезгіш элементтерден келіп түсетін мәліметтер электронды басқару
(контроллерлерге) және есептеу машинасына келіп түседі де басқару
объектінің математикалық моделіне сәйкес технологиялық процестер белгілі
деңгейде басқарылады.
№3,4 Дәрістер
Тақырыбы мен жоспары: Метрологияның негізгі түсініктемелері. Өлшеу
процесінің элементтері. Өлшеу шкалалары.
Метрологиялық қамтамасыздандыру. Метрологиялық қамтамасыздандырудың
ғылыми, техникалық және заңдық негіздері
Өлшеу жабдықтары мен оның түрлері барған сайын көбейе түсуде және
олардың сандық немесе сапалық дамуы өлшеудің біртектілігін қамтамасыз ету
аясында болуы керек, яғни өлшеу нәтижесі заңдастырылған өлшем бірліктері
мен сипатталуы тиіс.
Осыған байланысты – метрологиялық қамтамасыздандыру түсінігі пайда
болды, яғни өлшеудің біртектілігі мен қажетті нақтылығына жету үшін
техникалық жабдықтарды, ережелер мен үлгілерді қолданудың ғылыми және
ұйымдастырушылық негіздерін қалыптастыру.
Метрологиялық қамтамасыздандырудың ғылыми негізі метрология - өлшеу,
өлшеу әдістері мен жабдықтары, олардың бірлігі және өлшеу кезінде қажетті
нақтылыққа жету жолдары туралы ғылымы болып табылады.
Метрологиялық қамтамасыздандырудың техникалық негізін: физикалық
шамалардың мемлекеттік эталондар жүйесі; физикалық шамалардың өлшем
бірліктерін эталондардан барлық өлшеу жабдықтарына үлгі ретіндегі немесе
тексеру жабдықтары жүйесі арқылы тасымалдау жүйесі; өлшеу жабдықтарын жасау
мен оларды қолданысқа енгізу кезінде олардың біртектілігін қамтамасыз
ететін өлшеу жабдықтарын сынақтан өткізудің мемлекттік жүйесі; өлшеу
жабдықтарын метрологиялық аттестациялаудың немесе міндетті түрде тексерудің
жүйесі; материалдар мен заттардың қасиеттері мен құрылымының стандарттық
үлгі жүйесі сондай-ақ физикалық константалар, материалдар мен заттардың
қасиеттері мен құрылымы туралы стандартты анықтамалар жүйесі құрайды.
Метрологиялық қамтамасыздандырудың заңдық негізін өлшеудің біртектілігін
қамтамасыздандырудың мемлекеттік жүйесі - өлшеудің нақтылыған
қамтамасыздандыру, ұйымдастыру және бағалаудың методикасына қатынасы бар
ережелердің, шарттардың және нормалардың өзара байланыстылығын бекітетін
нормативті- техникалық құжаттардың жиынтығы болып табылады.
Өлшеулердің бірлігін қамтамасыздандырушы мемлекеттік жүйе
Өлшеу жүргізген кезде олардың бірлігін қамтамасыз ету қажет. Өлшем
бірлігі деп - өлшеу сапасының сипаттамасы түсіндіріледі, ол кезде өлшеу
нәтижелері заңдылықтармен алынған бірліктермен өрнектеледі, өлшемдері
шартты шегі бойынша көрсетілген шама өлшемдеріне тең, ал өлшеу нәтижесінің
қателіктері берілген ықтималдықта ғана белгілі және шартты шегінен аспайды.
“Өлшем бірлігі” деген ұғым аса маңызды түсініктеме. Ол метрологияның
маңызды мәселелерінен тұрады: ФШ-ның бірліктерін үлестіру, шамаларды ұдайы
қайталау жүйесін өңдеу және олардың өлшемдерін тұрақты дәлдіктегі жұмысшы
құралдарға беру, т.б. мәселелер қатары. Бірлік ғылым мен техникаға қажетті
кез-келген дәлділікті қамтамасыз етуі тиіс. Өлшеу құралдарын тиісті
деңгейге жеткізу мен сол деңгейде ұстау бекітілген ережелер, талаптар және
нормаларға сәйкес жүргізілетін мемлекеттік, ведомствалық қызметтерге
бағытталған. Өлшем бірлігін қамтамасыз етудің мемлекеттік деңгейдегі
қызметкершілі-гі Мемлекеттік өлшем бірлігін қамтамасыз ету жүйесінің (МӨЖ)
стандарттары мен немесе метрологиялық қызмет органдарының нормативті
құжаттарымен белгіленеді.
Өлшем бірлігін қамтамасыз ету үшін кез-келген шаманың барлық СИ-де
градуирленген бірліктердің үйлесімділігі қажет. Бұл ФШ-дың бекітілген
бірліктерін арнайы мекемелерде дәл көрсету және сақтау мен олардың
өлшемдерін қолданылатын СИ-ге беру жолымен орындалады.
Физикалық шаманың бірліктерін көрсету – бұл мемлекеттік эталондарға және
үлгілі СИ-ге байланысты дәлдігі ең жоғары елдердің ФШ-ның бірліктерін
материалдау операциялары-ның жиынтығы. Олар негізгі және туынды бірліктерді
көрсету болып бөлінеді.
Негізгі бірліктерді көрсету – ол бірліктердің анықталуына байланысты ФШ-
ды белгіленген өлшем бойынша құру жолдары арқылы көрсету болып табылады. Ол
мемлекеттік алдыңғы эта-лондар арқылы іске асады. Мысалы, масса бірлігі –
1килограмм (дәл), ол Халықаралық өлшемдер мен салмақтар бюросында сақталған
платинді иридиялы таразы тасы түрінде көрсетілген, оның халықаралық мәні –
1кг. РФ-ның Мемлекеттік эталонының құрамына кіретін платинді иридиялы
таразы тасының соңғы халықаралық салыстыру (1979) негізіндегі массасы
1,000000087кг болды.
Туынды бірлікті көрсету – бұл ФШ-дың көрсетілген бір-ліктеріндегі мәнін
өлшенетін шамаға функционалды байланыстағы басқа шамаларды жанама өлшеу
және анықтау. Сонда Ньютонның – күшін көрсету - механикада белгілі F = mg
теңдеуімен жүзеге асады, мұндағы m – дененің массасы, g – еркін құлау
үдеуі.
Өлшем бірлігін беру – тексеріп өлшеу құралдарында сақ-талған ФШ
бірліктерінің өлшемін оларды тексеру немесе калибр-леу кезінде көрсетілетін
немесе эталонмен сақталатын бірліктер өлшеміне келтіру. Өлшем бірліктері
“жоғарыдан төменге” қарай беріледі - СИ-дің жоғарғы дәлдігінен төменгі
дәлдікке қарай.
Бірліктерді сақтау – берілген СИ-ге тән өлшем бірліктерінің уақыт
бойынша өзгермеуін қамтамасыз ететін операциялардық жиынтығы. ФШ-ның бірлік
эталондарын сақтау кезінде эталонның метрологиялық сипаттамаларын орнықты
шектулерде ұсталуына мүмкіндік жасайтын өзара байланысқан операциялардың
жүргізілуін алдын-ала береді. Алғашқы эталондарды сақтау кезінде
бірліктерді көрсету дәлдіктерін жоғарлату мен өлшем беру әдістерін
жетілдіру мақсатында басқа елдердің ұлттық эталондарымен қосыла отырып,
олардың жүйелі түрде зерттелуі орындалады.
Стандарттаудың мәні және оның мақсаттары
Стандарттау адамның белгілі саладағы әрекетін жүзеге асыру ретін
белгілейді және тәжірибедегі ережелерді анықтайды. Стандарттау бойынша
жұмыстардың негізгі түрі - стандартты өңдеу және бекіту. Стандарт -
стандарттау объектіге қойылатын талаптарды, ережелерді белгілейтін
бекітілген ережелік – техникалық құжат.
Ол мына түрде болуы мүмкін:
- орындалуға жататын бірқатар талаптарды және ережелер-ді құрайтын
құжат;
- негізгі физикалық бірліктер немесе тұрақтылар (констан-талар) түрінде
мысалы, ампер, абсолюттік ноль (Кельвин);
- физикалық салыстыру үшін қолданылатын кейбір заттар немесе құбылыстар.
Стандарттар категориялар мен түрлерге бөлінеді.
Қазақстан Республикасының мемлекеттік стандарты (МС) республиканың
барлық аймақтарында барлық кәсіпорындармен, мекемелермен және ұйымдармен
орындалуға міндетті.
Салалық стандарт дәл осы саладағы кәсіпорындармен және мекемелермен
орындалуға міндетті.
Кәсіпорынның стандарты бұл кәсіпорынның немесе кәсіп-орын бірлестікке
біріктірген кәсіпорын топқа жататын стандарти-зациялық ережелерді,
талаптарды және әдістерді енгізеді.
Стандарттаудың негізгі шешетін негізгі мақсаттары мыналар:
- өнім мен эксперименттің сапасына қойылатын талаптар-ды белгілеу;
- сапа көрстекіштерінің бірыңғай жүйесін белгілеу;
- өлшеудің бірлігін және күмәнсіздігін қамтамасыз ету;
- мемлекеттік эталондарды құру және мүлде жетілдіру немесе басқа
мемлекеттердің эталондарын қолдану ережелерін өңдеу;
- физикалық мәндердің бірліктерін қолдану;
Физикалық шамалардың түрлері
Қоршаған әлемдегі барлық объектілер өзінің қасиеттерімен сипатталады.
Қасиет – бұл философиялық ұғым, ол объектінің (құбылыстың, процестің) басқа
объектілерден (құбылыстардан, процестерден) айырмашылығы мен ортақтығын
байланыстырып, оларға деген қатынасын тауып береді.
Қасиет – бұл сапалық дәреже. Процестер мен физикалық денелердің әртүрлі
қасиеттерін толығымен көрсету үшін шама деген ұғым енгізілген.
Шама – бұл қандай да бір нәрсенің басқа қасиеттері ішінен бөлініп
шығатын және толығымен қандай да бір жолмен бағаланатын қасиеті болып
табылады. Шама өздігінен берілмейді, ол осы берілген шамада көрсетілген
қасиеті бар объектінің ішінен орын алады.
Шамалар екі түрге бөлінеді: нақты және идеалды болып.
Идеалды шамалар нақты ұғымдардың талдамасы (моделі) болып табылады. Олар
әртүрлі жолдармен есептеледі.
Нақты шамалар физикалық және физикалық емес болып екіге бөлінеді.
Физикалық шама, жалпы жағдайда, табиғи (физика, химия) және техника
ғылымында оқытылатын өзіне тән қасиеті бар материалдық объект (процесс,
құбылыс) түрінде анықталуы мүмкін. Физикалық емес шамаларға қоғамдық
(физикалық емес) ғылымға жататын – философия, социология, экономика және
т.б. ғылымдарға тән шамаларды жатқызамыз.
МЕСТ 16263-70 стандарты физикалық шаманы сапасы жағынан көптеген
физикалық объектілерге ортақ, ал мөлшері тұрғысынан – олардың әрбірінің
жеке физикалық объектісінің бір қасиеті ретінде дәлелдейді. Мөлшері
тұрғыдан дегенді бір объектінің қасиеті нақты шамада басқа объектіден
жоғары немесе төмен болуы мүмкін деген мағынада түсінеміз. Сонда, физикалық
шамалар – бұл физикалық объектілер мен процестердің өлшеп алынған
қасиеттері, біз олардың көмегі арқылы сол объектіні оқып біле аламыз.
Физикалық шамаларды өлшенетін және бағаланатын деп бөлген жөн. Өлшенетін
физикалық шамалар бекітілген өлшем бірлігінің мөлшерлі түрде анықталған
саны түрінде берілуі мүмкін. Оларды енгізу мен пайдалану мүмкіндігі
өлшенетін ФШ-ның ерекше белгісі болып табылады. Қандай да бір себептермен
өлшем бірліктерін енгізуге болмайтын физикалық шамалар тек бағалана алады.
Бұл жағдайда бағалану деген ұғым ретінде бекітілген ережелер бойынша
алынған нақты сандарды берілген шамаға қою операциясын түсінеміз. Шамаларды
бағалау шкалалар көмегімен жүзеге асады. Шаманың шкаласы – бұл дәл өлшеу
нәтижелері негізінде келісіп алынған мәндердің реттеліп алынған тізбегі.
Өлшем бірлігі енгізілмейтін физикалық емес шамалар тек қана бағалана
алады. Физикалық емес шамаларды бағалау теориялық метрология есептеріне
жатпайтынын айта кеткен жөн.
Физикалық шамаларды аса талдап білу үшін оны топтап, олардың жеке
топтарының жалпы метрологиялық ерекшеліктерін айқындау қажет.
Құбылыстың түрлеріне қарай ФШ келесі топтарға бөлінеді:
( айғақты; яғни заттардың, материалдардың және олардан алынған
бұйымдардың физикалық немесе физика–химиялық қасиеттерін көрсетеді. Бұл
топқа масса, тығыздық, электр кедергісі, сиымдылық, индуктивтілігі және
т.б. жатады. Кейде бұл ФШ-ды пассивті деп те атайды. Оларды өлшеу үшін
өлшеу ақпараттарының сигналы қалыптасатын көмекші энергия көзін пайдалану
қажет. Осыдан пассивті ФШ активті түрге түрленеді де, өлшенеді.
( энергетикалық; яғни өзгерту, беру және энергияны пайдалану
процестерінің энергетикалық сипаттамаларын көрсететін шамалар. Оларға ток,
кернеу, қуат, энергия жатады. Бұл шамаларды активті деп атайды. Олар өлшеу
ақпараттарының сигналына энергия көзін қоспай-ақ түрлене алады.
( сипаттаушы, процестердің жүруін уақыт бойынша сипаттайды. Бұл топқа
әртүрлі түрдегі спектралды сипаттамалар, корреляциялық функциялар және т.б.
жатады.
Физикалық процестердің әртүрлі топтарына тиістілігіне қарай ФШ
кеңістікті-уақытша, механикалық, жылулы, электрлі және магнитті,
акустикалы, жарықты, физика-химиялық, сәлеле-нуді иондаушы, атомды мен
ядерлі физикалы болып бөлінеді.
Басқа шамалардан шартты тәуелсіздігінің дәрежесіне қарай ФШ негізгі
(шартты тәуелсіз), туынды (шартты тәуелді) және қосымша шамалар болып
бөлінеді. Қазіргі уақытта ӨЖ жүйе-сінде негізгі шамалар ретінде алынған
жеті физикалық шамалар қолданылып келеді, олар: ұзындық, уақыт, масса,
температура, электр ток күші, жарық күші және заттың мөлшері. Қосымша
физикалық шамаларға жазық және денелік бұрыштар жатады.
Өлшемділігіне қарай ФШ өлшемдік, яғни өлшемділігі бар, және өлшемсіз
болып бөлінеді.
Өлшеу шкалалары
Тәжірибеде денелердің, заттардың және құбылыс пен процестердің
қасиеттерін сипаттайтын әртүрлі шамаларды өлшеу қажет. Алдыңғы тарауда
айтып өткендей, кейбір қасиеттер тек сапалы түрде, басқалары мөлшерлі түрде
көрсетіледі. Кез-келген қасиеттің әртүрлі түрде көрсетілуі (мөлшерлі және
сапалы) элементтері реттеліп алынған сандар көпмүшесін құрайды немесе жалпы
жағдайда шартты белгілері осы қасиеттердің өлшеу шкалаларын құрайды.
Көптеген қасиеттердің өлшеу шкалалары ФШ-ның шкаласы болып табылады.
Физикалық шаманың шкаласы – бұл дәл өлшеу нәтижелері негізінде келісіп
алынған физикалық шамалардың мәндерінің реттелген тізбегі.
№5-6 Дәрістер
Тақырыбы мен жоспары: Өлшеу және өлшеу түрлері. Өлшеу және оның
негізгі операциялары
Өлшеу және өлшеу түрлері
Өлшеу техникасы метрологиялық эксперименттер жасау, өлшеу нәтижелерін
өңдеу және метрологиялық жұмыстарды стандарттау мен сертификаттаудың жалпы
ережелерін оқытатын ғылым ретіне де көзқарас қалыптастырады.
Өлшеу ұғымы әртүрлі ғылым (математика, физика, химия, психология,
экономика және т.б.) салаларында кездеседі және олардың әрқайсысында ол
әртүрлі түсіндірілуі мүмкін. Бұл курста автоматтандыру мен басқару
саласында физикалық шамаларды өлшеуге қатысты мәселелер ғана
қарастырылады.
Кез-келген өнімді өндіру бірнеше өлшеулер жүргізу арқылы жасалынады.
Өлшеу арқылы өнімнің сапасына, өлшем бірліктеріне басқада қасиеттеріне
қойылатын талаптар анықталады.
Метрология және өлшеудің негізі ғылыми-өндірістік мәслелелерді шешу
барысында қажетті өлшеу әдістерін, жабдықтарын дұрыс, нақты таңдауға
мүмкіндік беретін білім мен дағдылар негізін үйрету.
Метрология - (грек. metzon өлшеуіш, logos - сөз, ілім) өлшеулер туралы,
олардың әдістері мен бірлігін қамтамасыз ету құралдары және [1,2,3,4]
қажетті дәлдікке жетудің әдістері туралы ғылым.
Сонымен қатар қолданбалы метрология өлшеулердің әдістері мен құралдарын
іс жүзінде қолдану проблемаларымен шұғылданады.
Анықтамада айтылған өлшеу бірлігін сақтаудың өте үлкен маңызы бар.
Себебі, бір өлшеу бірлігін сақтай отырып, әртүрлі жерде, әртүрлі уақытта
өлшенген өлшем мәндерін бір-бірімен салыстыруға болады.
Метрологияның техникалық ғылымды өркендету саласында алатын орны ерекше.
Дәлдікпен өлшеу материалдық дүниенің бұрын белгісіз, бірақ объективті
түрде бар заңдылықтарын ашуға зор үлесін косады. Мысалы, жоғарғы дәлдікпен
өлшенген судың тығыздығы, жаңалық ашуға жол ашты. 1932 жылы осының
салдарынан ауыр судың изотопы табылды - дейтерий. Енді осы өлшеуге қатысы
бар түсініктемелерге азғана шолу жасайық.
Физикалық объект дегеніміз - ол физикалық жүйе, оның күйі, сондағы
болып жатқан процестер, сонымен қатар физикалық өндірістерді
қолдануға болатын химиялық объектілер.
Физикалық шаманың мөлшері дегеніміз - физикалық шамаға (сапа жағынан
көптеген физикалық объектілерге жалпы бола тұрып, сан жағынан әрбір
объектілерге өзара дербес болып келеді) қатысы бар обьектінің сандық
мазмұны.
Өлшеу дегеніміз - белгілі техникалық құралдардың көмегімен физикалық
шаманың тәжірибе арқылы мәнін табу.
Өлшеу объектісі көптеген физикалық шамалармен сипатталынатын күрделі
құбылыс, не болмаса процесс.
Өлшеу үшін таңдап алынған физикалық шаманы өлшенетін шама деп атайды.
Кез-келген физикалық шаманы өлшеу төмендегі көрсетілгендей үш түрлі
кезеңнен тұрады: дайындау, өлшеуді жүргізу және нәтижені өңдеу
кезеңдерінен. Физикалық шаманың шын мәні дегеніміз объектіні сан және сапа
жағынан дәл сипаттайтын физикалық шаманың мәні болып келеді.
Бірақ күнделікті кездесетін физикалық шаманың шын мәнін анықтау өте
қиынға соғатындықтан, өлшеу әдістерін жетілдіре түсу, физикалық шаманың
мәнін үлкен дәлдікпен табуға, яғни, физикалық шаманың мәніне жақындай
түсуіне мүмкіншілік туғызады. Ал, физикалық шаманың нақты мәні көптеген
тәжірибе жүргізудің нәтижесінде анықталатын физикалық шама.
Дәлдікпен өлшеу дегеніміз - өлшенген нәтиженің өзінің шын мәніне жақын
жатқандағында.
Өлшеудің бірнеше түрлері кездеседі. Солардың ішіндегі негізгілеріне
көңіл аударайық. Уақытқа байланысты өлшеуді екі топқа бөлуге болады.
Бірінші топ – статикалық өлшеу. Өлшеу кезінде өлшеудің мәні уақытқа
қарағанда тұрақты күйінде қалады. Ал, екінші топқа – динамикалық өлшеуді
жатқызуға болады.
Динамикалық өлшеу кезінде өлшем өзінің мәнін уақытқа байланысты өзгертіп
отырады. Статикалық өлшеуге мысал ретінде, мыналарды жатқызуға болады:
заттың сызықтық өлшемдері;
тұрақты қысымның мәні т.б.
Динамикалық өлшеуге өзгеріп отыратын қысымды өлшеуді жатқызуға болады.
Өлшемнің мәнін табу үшін тура, жанама, біріге, бірге өлшеулерді қолданады.
Тура өлшеу кезінде ізделініп отырған шаманың мәні жүргізілген
тәжірибенің нәтижесінде жиналған мәліметтерінің ішінен алынады. Тура
өлшеуге мысал ретінде ұзындықты сызғыштың көмегімен табуды, таразы арқылы
заттардың салмағын табуды, шыны термометрдің көмегімен температураны
анықтауды жатқызуға болады.
Жанама өлшеу кезінде ізделініп отырған шаманың мәнін осы шамамен белгілі
бір байланыста болатын тура өлшенетін шаманың мәніне сәйкес анықталады.
Жанама өлшеу кезінде аргументтің шамасын тура өлшеу нәтижесінде анықтаса,
ал ізделініп отырған шаманың мәнін төмендегі теңдік арқылы табады:
(1.1)
мұндағы - аргументтің мәні. Жанама өлшеуге мысалы ретінде заттың
көлемі мен салмағы арқылы тығыздығын және токтың күші кернеуінің көмегімен
сымның электр кедергісін анықтауларды жатқызуға болады.
Біріге өлшеу деп – аттас шамаларды бір уақытта өлшеп, ізделініп отырған
шаманың мәнін тура өлшеу нәтижесінде табылған теңдеулер жүйесін айтады.
Теңдеулер жүйесінің жалпы түрі төмендегідей:
(1.2)
мұндағы - белгісіз шамалар; - ізделініп отырған аттас шамалар;
- тура өлшеу арқылы табылатын шамалар.
Бірге өлшеу дегеніміз - екі, не болмаса бірнеше әртүрлі шамалардың
арасындағы байланысты анықтайтын өлшеу. Жоғарыда келтірілген өлшеулердің
түрлерінің ішіндегі тура өлшеу ең көп таралған түрі болып табылады.
Сондықтан да төмендегі қарастырылатын тура өлшеу әдістері барлық өлшеулерге
ортақ. Сонымен өлшеу әдістері дегеніміз өлшеу тәсілдерін қолдану
пікірлерінің жиынтығы. Өлшөу өдістері екі негізгі топтан тұрады: өлшеммен
салыстыру әдісі және тікелей бағалау әдісі.
Тікелей бағалау әдісін қолданудың нәтижесінде ізделініп отырған шаманың
мәні өлшеу құралдарының көрсету, не болмаса, есептеу тетігінің жайына,
көрсету шамасына байланысты анықталынады.
Өлшеммен салыстыру әдісінде ізделініп отырған шаманың мәні ұдайы
өлшенетін өлшеммен салыстырылады.
Өлшеу ақпараты
Өлшеу кезінде Ақпарат ұғымы қолданылады.
Ақпарат дегеніміз – объекті туралы алғашқы анық емес ілімдерді азайтатын
мәліметтер жиынтығы болады. Ең маңызды болып саналатын мәліметтердің бірі
өлшеу жолымен алынатын объектілердің қасиеттерінің санаулы сипаттамалары
туралы болып саналады. Осындай мәліметтер біздің біліміміздің жоғарлап, ал
объектілер туралы ілімдердің анықсыздық дәрежесін азайтады, яғни өлшеу
ақпараттық процесс болып табылады. Өлшенетін физикалық шамалар мәні
ақпаратты өлшеу нәтижесі деп аталады.
Ақпараттың материалдық тасымалдаушысы болып сигнал табылады. Жалпы
мағынада, уақытта ағып жататын физикалық процесс дегеніміз сигнал екенін
түсіндік. Өлшенетін физикалық шамамен қосыла өзгеретін сигналды өлшеудің
ақпараттық сигналы деп, ал өлшенетін шамамен функционалды байланысы жоқ
сигналды ақпаратық емес параметр деп айтамыз.
Өлшеу және оның негізгі операциялары
Физикалық объектінің қасиетін сандық тану тәсілін - өлшеу деп атаймыз.
Өлшеу - өлшенетін шамалар мәндерін анықтау үшін жүргізілетін
эксперименттік процедуралардың әртүрлілігімен сипатталады. Яғни, өлшеудің
көптүрлілігін өлшенетін шамалардың көптүрлілігімен, олардың уақытқа
байланысты өзгеру сипаттамаларының әртүрлілігімен, өлшеудің дәлдігіне
қойылатын талаптардың алуан түрлілігімен және т.б. түсіндіріледі.
Өлшеу нәтижесін алу тәсілдеріне байланысты өлшеу тура, жанама, бірігіп
және тұтас өлшеу болып бөлінеді. Бұлай бөлудің мақсаты өлшеу нәтижелерін
анықтау кезінде пайда болған әдістемелік қателіктерді таңдап алу қолайлығы
болып табылады.
Тура өлшеу деп шаманың белгісіз мәнін тікелей ӨЖ көрсеткіштері бойынша
табуды айтамыз. Мысалы, таразы арқылы өлшенетін масса, термометрмен
температураны, вольтметрмен кернеуді өлшеу жатады.
Жанама өлшеу – ол шаманың мәнін бірдей жағдайда жүргізілген тура
өлшеумен алынған шамалар арасындағы белгілі тәуелділік негізінде өлшеу
болып табылады. Мұндай өлшеулердің метролгиялық тәжірибеде маңызды мәні
бар. Олардың негізінде, мысалы, алғашқы эталондармен алынған негізгі
шамалардың бірліктер эталондарымен жазылған мәндерді орнату.
Жалпы жағдайда Y өлшенетін шаманы тура өлшеу арқылы алынған Х1, Х2, ...,
Хn шамаларымен байланыстыратын тәуелділікті мына түрде беруге болады
Мысалы, ( = mV тығыздықты m масса мен V көлемді тура өлшеу нәтижесі
арқылы өлшеу; активті R = UI кедергіні U кернеу мен I токты тура өлшеу
нәтижесі арқылы өлшеу.
F функционалды тәуелділіктің түрі бойынша жанама өлшеуді мына түрлерге
бөледі:
( сызықты тәуелділікпен, мұндағы Ki – і-нші аргументтің тұрақты
коэффициенті;
( сызықты тәуелділікпен, мұндағы f(Xi) – кейбір функциялар;
( аралас типті тәуелділікпен өлшеу.
Y пен X арасындағы байланыстың түрі жанама өлшеу қателіктерінің есебін
анықтап береді.
Қазіргі заманғы микропроцессорлы өлшеу аспаптарында көбінесе белгісіз
өлшенетін шаманы өлшеу аспаптың “ішінде” жүргізіледі. Бұл жағдайда өлшеу
нәтижесі тура өлшеуге тән сипатты тәсілмен анықталады, және есептің
әдістемелік қателігін жеке өлшеу мүмкін және қажет емес. Ол өлшеу аспабының
қателігіне жатады. Осындай өлшеу құралдарымен жүргізілген өлшеулер тура
өлшеуге жатады. Жанама өлшеуге есептеу тек қолмен немесе автоматты
жүргізілетін өлшеулер жатады, ол тек тура өлшеу нәтижелерін алғаннан кейін
ғана орындалады. Бұл жағдайда есептің қателігі тек жеке есептеледі. Мұндай
жағдайға сипатты мысал болып компоненттеріне жеке-жеке метрологиялық
сипаттамалар мөлшерленген өлшеу жүйелері жатады. Барлық өлшеу қателіктері
жүйенің барлық компоненттерінің мөлшерлен-ген метрологиялық сипаттамалары
бойынша есептеледі.
Жиынтық өлшеу деп бірнеше біртекті шамалардың бірмезгілде өлшенуін
айтамыз, ол кезде олардың белгісіз мәндерін осы шамаларды әртүрлі
үйлесімділікте тура өлшеу кезінде алынған теңдеулер жүйесін шешумен табады.
Бірігіп өлшеу деп екі немесе бірнеше біртекті шамаларды олардың арасындағы
тәуелділікті орнату үшін бірмезгілде өлшеуді айтамыз. Келтірілген
анықтамалардан, бұл екі өлшеу түрлері бір-біріне ұқсас екені көрініп тұр.
Айырмашылығы, бірігіп өлшеу кезінде бірнеше біртекті шамалар бірмезгілде
анықталады да, ал жиынтық өлшеу кезінде - әртүрлі текті шамалар бір
мезгілде анықталады.
Дәлділік сипаттамасы бойынша өлшеулер тең дәлдікте және тең емес
дәлдікте деп бөлінеді.
Тең дәлдікте деп СИ дәлдігі бойынша бірдей және бірдей жағдайларда
орындалатын қандай да бір ФШ-ды өлшеуді айтады. Сәйкесінше, тең емес
дәлдікте деп СИ ділдігі бойынша әртүрлі (немесе) әртүрлі жағдайларда
орындалатын ФШ-ды өлшеуді айтады. Тең дәлдіктегі және тең емес дәлдіктегі
өлшеу нәтижелерін өңдеу әдістемелері әртүрлі болып келеді.
Өлшенетін шаманың өзгеру байланысы бойынша өлшеулер статикалық және
динамикалық болып бөлінеді. Осылай жіктеудің мақсаты нақты өлшеу кезінде
өлшенетін шаманың өзгеру жылдамдығын ескеру қажет пе, әлде қажет емес
туралы шешімді қабылдау мүмкіндігі болып табылады. Өлшенетін шаманың өзгеру
жылдамдығының әсерінен туған қателіктер динамикалық деп аталады.
Статикалыққа өзгеру уақыты барысында өзгермейтін нақты өлшеу есептеріне
сәйкес алынған ФШ-ды өлшеу жатады. Динамикалық өлшеулер – ФШ-ның өлшемі
бойынша өзгеретін өлшеуді айтамыз. Өлшеулерді статикалық пен динамикалық
түрге жатқызу белгілері болып өлшенетін шаманың берілген өзгеру жылдамдығы
немесе жиілігі кезіндегі және ӨЖ-нің берілген динамикалық қасиеті
кезіндегі динамикалық қателікті айтамыз. Оны біршама аз деп алайық
(шешілетін өлшеу есебінде). Бұл жағдайда өлшеуді статикалық деп алсақ
болады. Көрсетілген та-лаптар орындалмаған жағдайда ол динамикалық болып
саналады.
Метрологиялық белгіленуіне байланысты өлшеулер техникалық және
метрологиялық болып бөлінеді. Техникалық өлшеулер жұмыс істеуші СИ арқылы
жүргізіледі. Метрологиялық өлшеулер ФШ-дың бірліктерін олардың өлшемдерін
жұмысшы СИ-ге беру үшін көрсету мақсатында орындалады.
Метрологиялық өлшеулер кезінде қателіктер қажетті ретпен ескеріледі, ал
техникалық өлшеу кезінде алдымен берілген тәжірибелік тапсырманы шешу үшін
жеткілікті берілген қателік ескеріледі.
Өлшеу мен оның негізгі операциялары
Барлық өлшенетін физикалық шамаларды екі топқа бөлуге болады:
( тікелей өлшенетін шамаларға берілген дәлділікпен түр-лендіруші, мысалы
температура, тығыздық. Мұндай түрлендірулер өлшеп түрлендіру операциясының
көмегімен жүзеге асады.
Қарапайым тура өлшеудің мәні Q физикалық шаманың өлшемін реттелетін q[Q]
көпмәнді өлшемнің шығыс шамасымен салыстыру болып табылады. Тура өлшеу
процедурасынын тарату шарты болып келесі элементарлы операцияларды орындау
болып табылады:
( өлшенетін Х физикалық шаманы оған біртекті немесе біртекті емес басқа
Q физикалық шамаға өлшеп түрлендіру;
( QM физикалық шаманы N[Q] берілген мәнге ұдайы өзгерту. Ол Q
түрлендірілген шамасына біртекті.
( біртекті физикалық шамаларды салыстыру; түрлендіріл-ген Q-ды ұдайы
қайталанылатын QM= N[Q] өлшемімен салыстыру.
Өлшеп түрлендіру – бұл, жалпы жағдайда, біртекті емес түрленетін және
түрлендірілген ФШ-дың өлшемдері арасындағы мәнді өзара байланысын орнататын
операция. Өлшеп түрлендіру Q = FX түрдегі теңдеумен беріледі, мұндағы F –
кез-келген функция немесе функционал. Дегенмен түрлендіруді сызықты түрде
жасауға үмтылады: Q = KX мұндағы К – тұрақты шама.
Өлшеп түрлендірудің негізгі міндеті – ол қажетті жағдайда өлшенетін
шама туралы ақпаратты түрленуін алу. Ол таңдап алынған физикалық
заңдылықтар негізінде орындалады. Өлшеп түрлендіруге жалпы жағдайда келесі
операциялар кіреді:
( түрленетін шаманың физикалық түрін өзгерту;
( масштабты сызықты түрлендіру;
( масштабты-уақытша түрлендіру;
( сызықты емес немесе функционалды түрлендіру;
( сигналды модуляциялау;
( үздіксіз сигналды дискреттеу;
( кванттау.
Өлшеп түрлендірудің операциялары нақты физикалық принципте құрылған және
бір жеке өлшеп түрлендіруді орындайтын техникалық құрылғы – өлшеп
түрлендіргішпен тікелей жүзеге асады.
Берілген өлшемі бар N[Q]-ның физикалық шамасын көрсету – бұл келісілген
дәлдікте белгілі берілген мәндегі қажетті ФШ-ны құру операциясы болып
табылады. Нақты өлшемдегі шаманы көрсету операциясын N кодында берілген [Q]
физикалық шаманың бірлігіне негізделген QМ физикалық шамаға түрлендіру
түрінде алуға болады.
ФШ-ны берілген өлшемде көрсету үшін арналған өлшеу құралдары өлшемдер
деп аталады.
Өлшенетін ФШ-ны QM өлшемімен көрсетілген шамамен салыстыру – бұл осы екі
шамалардың байланысын орнататын операция; QQM; QQM немесе Q=QM.
Салыстырылатын шамалардың дәл үйлесімі, ереже бойынша, өлшеу практикасында
кездеспейді.
Өлшем арқылы көрсетілген шама квантталған және [Q] бірлігіне қысқа
мәндерді қабылдай алатынымен түсіндіріледі. Жақын немесе бірдей Q мен QM
шамаларды салыстыру нәтижесінде Q–QM[Q] екені шығады.
Салыстыру әдісі деп біртекті шамалардың байланысын анықтау үшін
физикалық құбылыстар мен процестерді пайдалануды айтамыз. Бұл байланыс
көбінесе салыстырылатын шамалардың айырымдарының таңбасы бойынша құрылады.
Әрбір ФШ-ды аралық сигналдарды құру мүмкіндігіне байланысты үш топқа
бөледі. Бірінші топқа есептеуге және алдын-ала түрлендірмей, тікелей
салыстыруға болатын ФШ жатады. Бұлар – электрлі, магнитті және механикалық
шамалар. Екінші топқа есептеуге қолайсыз, бірақ коммутациялау үшін қолайлы
ФШ жатады, оларға: жарық ағыны, иондалатын сәулелену, сұйықтар мен газ
ағындары. Үшінші топты физикалы түрде есептеуге мүмкін емес объектілердің
күйі мен олардың қасиеттерін сипаттайтын ФШ құрайды. Мұндай ФШ ылғалдылық,
заттың сиымдылығы, жарық, иіс және т.б.
Бірінші топтың сигнал параметрлері салыстыру үшін қолайлы, екіншісі –
аздап қолайлы, ал үшіншісі – тікелей салыстыру мүмкін емес. Дегенмен,
соңғысын салыстыру және өлшеу қажет, сондықтан да оларды салыстыруға
болатын басқа шамаларға түрлендіру керек.
№7-8 дәрістер
Өлшеу түрлері. Физикалық шамаларды көрсету және оларға өлшем беру
негіздері.
Өлшеу түрлері.
Физикалық шамаларды көрсету және оларға өлшем беру негіздері.
Қоршаған әлемдегі барлық объектілер өзінің қасиеттерімен сипатталады.
Қасиет – бұл философиялық ұғым, ол объектінің (құбылыстың, процестің) басқа
объектілерден (құбылыстардан, процестерден) айырмашылығы мен ортақтығын
байланыстырып, оларға деген қатынасын тауып береді.
Қасиет – бұл сапалық дәреже. Процестер мен физикалық денелердің әртүрлі
қасиеттерін толығымен көрсету үшін шама деген ұғым енгізілген.
Шама – бұл қандай да бір нәрсенің басқа қасиеттері ішінен бөлініп
шығатын және толығымен қандай да бір жолмен бағаланатын қасиеті болып
табылады. Шама өздігінен берілмейді, ол осы берілген шамада көрсетілген
қасиеті бар объектінің ішінен орын алады.
Шамалар екі түрге бөлінеді: нақты және идеалды болып.
Идеалды шамалар нақты ұғымдардың талдамасы (моделі) болып табылады. Олар
әртүрлі жолдармен есептеледі.
Нақты шамалар физикалық және физикалық емес болып екіге бөлінеді.
Физикалық шама, жалпы жағдайда, табиғи (физика, химия) және техника
ғылымында оқытылатын өзіне тән қасиеті бар материалдық объект (процесс,
құбылыс) түрінде анықталуы мүмкін. Физикалық емес шамаларға қоғамдық
(физикалық емес) ғылымға жататын – философия, социология, экономика және
т.б. ғылымдарға тән шамаларды жатқызамыз.
МЕСТ 16263-70 стандарты физикалық шаманы сапасы жағынан көптеген
физикалық объектілерге ортақ, ал мөлшері тұрғысынан – олардың әрбірінің
жеке физикалық объектісінің бір қасиеті ретінде дәлелдейді. Мөлшері
тұрғыдан дегенді бір объектінің қасиеті нақты шамада басқа объектіден
жоғары немесе төмен болуы мүмкін деген мағынада түсінеміз. Сонда, физикалық
шамалар – бұл физикалық объектілер мен процестердің өлшеп алынған
қасиеттері, біз олардың көмегі арқылы сол объектіні оқып біле аламыз.
Физикалық шамаларды өлшенетін және бағаланатын деп бөлген жөн. Өлшенетін
физикалық шамалар бекітілген өлшем бірлігінің мөлшерлі түрде анықталған
саны түрінде берілуі мүмкін. Оларды енгізу мен пайдалану мүмкіндігі
өлшенетін ФШ-ның ерекше белгісі болып табылады. Қандай да бір себептермен
өлшем бірліктерін енгізуге болмайтын физикалық шамалар тек бағалана алады.
Бұл жағдайда бағалану деген ұғым ретінде бекітілген ережелер бойынша
алынған нақты сандарды берілген шамаға қою операциясын түсінеміз. Шамаларды
бағалау шкалалар көмегімен жүзеге асады. Шаманың шкаласы – бұл дәл өлшеу
нәтижелері негізінде келісіп алынған мәндердің реттеліп алынған тізбегі.
Өлшем бірлігі енгізілмейтін физикалық емес шамалар тек қана бағалана
алады. Физикалық емес шамаларды бағалау теориялық метрология есептеріне
жатпайтынын айта кеткен жөн.
Физикалық шамаларды аса талдап білу үшін оны топтап, олардың жеке
топтарының жалпы метрологиялық ерекшеліктерін айқындау қажет.
Құбылыстың түрлеріне қарай ФШ келесі топтарға бөлінеді:
( айғақты; яғни заттардың, материалдардың және олардан алынған
бұйымдардың физикалық немесе физика–химиялық қасиеттерін көрсетеді. Бұл
топқа масса, тығыздық, электр кедергісі, сиымдылық, индуктивтілігі және
т.б. жатады. Кейде бұл ФШ-ды пассивті деп те атайды. Оларды өлшеу үшін
өлшеу ақпараттарының сигналы қалыптасатын көмекші энергия көзін пайдалану
қажет. Осыдан пассивті ФШ активті түрге түрленеді де, өлшенеді.
( энергетикалық; яғни өзгерту, беру және энергияны пайдалану
процестерінің энергетикалық сипаттамаларын көрсететін шамалар. Оларға ток,
кернеу, қуат, энергия жатады. Бұл шамаларды активті деп атайды. Олар өлшеу
ақпараттарының сигналына энергия көзін қоспай-ақ түрлене алады.
( сипаттаушы, процестердің жүруін уақыт бойынша сипаттайды. Бұл топқа
әртүрлі түрдегі спектралды сипаттамалар, корреляциялық функциялар және т.б.
жатады.
Физикалық процестердің әртүрлі топтарына тиістілігіне қарай ФШ
кеңістікті-уақытша, механикалық, жылулы, электрлі және магнитті,
акустикалы, жарықты, физика-химиялық, сәлеле-нуді иондаушы, атомды мен
ядерлі физикалы болып бөлінеді.
Басқа шамалардан шартты тәуелсіздігінің дәрежесіне қарай ФШ негізгі
(шартты тәуелсіз), туынды (шартты тәуелді) және қосымша шамалар болып
бөлінеді. Қазіргі уақытта ӨЖ жүйе-сінде негізгі шамалар ретінде алынған
жеті физикалық шамалар қолданылып келеді, олар: ұзындық, уақыт, масса,
температура, электр ток күші, жарық күші және заттың мөлшері. Қосымша
физикалық шамаларға жазық және денелік бұрыштар жатады.
Өлшемділігіне қарай ФШ өлшемдік, яғни өлшемділігі бар, және өлшемсіз
болып бөлінеді.
Физикалық шамалар мен олардың бірліктер жүйесі
Ғылымда, техникада және күнделікті өмірде адам бізді қоршаған физикалық
объектілердің әртүрлі қасиеттерімен кездеседі. Бұл қасиеттерге
объектілердің бір-бірі арасындағы өзара әсерлесу процестері жатады. Олар
тікелей физикалық шамалармен беріледі. Әрбір объект үшін физикалық шамамен
берілген қасиеттерін мөлшерлі көлемде орнату үшін метрологияда олардың
өлшемдері мен мәндері деген ұғым енгізілген.
Физикалық шаманың өлшемі – берілген объектінің “физикалық шама” деген
ұғымға сәйкес алынған қасиетінің мөлшерлі мәні. Мысалы, әрбір дененің нақты
бір массасы болады, осыдан денелерді массасы бойынша ажыратуға болады,
яғни бізді қызықтыратын ФШ-ның өлшемі бойынша.
Физикалық шаманың мәні – ол оның бірлігі түрінде алынған қандай да бір
сан түрінде берілген өлшемін бағалау. Оны өлшеу нәтижесін немесе ФШ-ның Q
мәнін q санды мән мен өлшем бірлігі таңдап алынған [Q] араларын
байланыстыратын Q = q[Q] негізгі өлшеу теңдеуіне сәйкес есепті шешу
нәтижесінен аламыз. Өлшем бірлігіне байланысты ФШ-дың сандық мәні өзгереді
де, өлшемі сол күйінде қалады.
Физикалық шамалардың бірліктері – бұл белгілі өлшемдегі ФШ, оның өлшемі
бірге тең, ол біртекті ФШ-ды мөлшерлі түрде беру үшін қолданылады. ФШ
бірліктерінің өлшемдері мемлекеттік метрологиялық басқармалардың заңға
сәйкес бекітілген жолдарымен қойылады.
Жалпы еркін түрде негізгі деп аталатын бірнеше ФШ дә-лелденген, қалған
туынды деп аталатын шамалар негізгі бірліктер-мен арасындағы белгілі бір
байланыс теңдеуі негізінде анықтала-ды. Туынды шамаларға мысал болып:
заттың тығыздығы, ол көлем бірлігі болып табылады және заттың массасы
ретінде анықталған, уақыт бойынша жылдамдықтың өзгеруінің үдеуі және т.б.
жатады.
Физикалық шамалар жүйесінде негізгі шамалардың символдары қолданылады.
Мысалы, негізгі шамалар болып ұзындық (L), масса (М) және уақыт (Т)
алынатын механикалық шамалар жүйесі LMT жүйе деп аталады.
№9-10 дәрістер
Физикалық шамалардың бірліктер жүйесін құру принциптері. Өлшем бірліктері
жөніндегі түсініктемелер. Физикалық шамалардың бірлік эталондары.
Физикалық шамалардың бірліктер жүйесін құру принциптері
ФШ-дың ережелерге сәйкес алынған негізгі және туынды бірліктер жиынтығы
физикалық шамалардың бірліктер жүйесі деп аталады. Негізгі ФШ-дың бірлігі
жүйенің негізгі өлшем бірліктері болып табылады.
Қазіргі уақытта дүние жүзінің көптеген мемлекеттері халықаралық
бірліктер жүйесі – SI жүйесіне біріккен. Бұл жүйенің негізгі өлшем
бірліктері 3.1-кесте көрсетілген.
1-кесте
Физикалық шама Өлшем Қысқаша өрнектелуі
бірлігі
Ұзындық метр Орысша Халық-
аралық
м m
Масса килограмм кг kg
Уақыт секунда с s
Электр тогының күші ампер А A
Термодинамика-лық кельвин К K
температура
Жарық күші кандела кд cd
Зат мөлшері моль моль mol
Қазіргі уақытта қолданылып жүрген мемлекеттік өлшеу жүйесіні негізгі
шамаларға сәйкес LMTIQNJ белгілерімен белгіленуі тиіс, олар: ұзындық (L),
масса (М), уақыт (Т), электр ток күші (І), температура (Q), заттың мөлшері
(N) мен жарық күші (J).
Халықаралық бірліктер жүйесі құрамына екі қосымша бірліктерде кіреді,
олар:
Жазықтықтағы бұрыштың (плоский угол) бірлігі – радиан (рад) - доғасы
радиус ұзындығына тең болатын шеңбердің екі радиустері арасындағы бұрыш,
оның мәні 57°17'48" бұрышына тең.
Екінші қосымша бірлік кеңістіктегі бұрыштың (телесный угол) өлшем
бірлігі - стерадиан (ср) – төбесі сфера центріне орналасқан және осы
сфераның биіктігінен қабырғалары сфера радусының ұзындығына тең квадраттың
ауданына тең болатын аудан қиятын кеңістіктегі бұрыштың мәні.
Кеңістіктегі бұрышты жазықтықтағы бұрышты анықтау және қосымша есептеу
жүргізулер арқылы төмендегі формуламен анықтайды:
мұндағы Q – кеңістіктегі бұрыш; -сфера ішінде осы кеңістіктегі
бұрыш арқылы түзілген конус төбесіндегі жазық бұрыш.
1ср кеңістік бұрышына 65°32' мәніне тең жазықтықтағы бұрыш сәйкес
келеді.
Қосымша бірліктер бұрыштық жылдамдық, үдеу және де басқа шамаларды өлшеу
үшін қолданылады.
Негізгі өлшем бірліктерінен басқа да осы негізгі өлшем бірліктерінің
арақатынасы арқылы қосымша есептеулер негізінде анықталатын туынды өлшем
бірліктерде қазіргі уақытта кеңінен қолданылады, олардың кейбір түрлері 3.2-
кестеде көрсетілген.
2-кесте
Герц Гц Hz c-1
Ньютон Н N м*кг*с-2
Паскаль Па Pa м-1*кг*с-2
Джоуль Дж J м2*кг*с-2
Ватт Вт W м2*кг*с-3
Кулон Кл C с*А
Вольт В V м2*кг*с3*А-1
Фарада Ф F м-2*кг*с-3*А-2
Ом Ом Ω м2*кг*с-2*А-2
Сименс См S м-2*кг-1*с3*А2
Вебер Вб Wb м2*кг*с-2*А-1
Тесла Тл T кг*с-2*А-1
Генри Гн H м2*кг*с-2*А-2
Люмен лм lm кд*ср
Люкс лк lx м-2* кд*ср
Беккерель Бк Bq с-1
Зиверт Зв Gy м2*с-2
Грэй Гр Sv м2*с-2
Физикалық шамаларды өлшеу диапозоны өте кең аралықта жүргізіледі,
сондықтан өлшеулер кезінде есептеулерді қолайлы ету үшін өлшем
бірліктерінің еселік мәндерін пайдалану қабылданған. Өлшем бірліктерінің
еселік мәндері 3.3- кестеде көрсетілген
3-кесте
Еселік аталуы Қысқаша өрнектелуі
көрсеткіш
орысша халықаралық
1018 экса Э Е
1015 пета П Р
1012 тера Т Т
109 гига Г G
106 мега М М
103 кило к k
102 гекто г h
101 дека да da
10-1 деци д d
10-2 санти с c
10-3 милли м m
10-6 микро мк
10-9 нано н n
10-12 пико п p
10-15 фемто ф f
10-18 атто а a
Негізгі бірліктер саны физикалық заңдылықтар мен анықтамалардың
өрнектерінде тұрған коэффициенттер санымен тығыз байланыста. Негізгі
бірліктерді таңдап алуға тәуелді және теңдеулерді анықтайтын пропорционалды
коэффициенттер фундаментті немесе өмірлік тұрақты деп аталады. СИ жүйесінде
оларға гравитациялық тұрақты, Планка тұрақтысы, Больцман тұрақтысы және
жарық әсері жатады. Оларды жеке заттардың әртүрлі қасиеттерін сипаттайтын
ерекше деп аталатын тұрақтылардан ажырату қажет, мысалы электрон массасы,
оның заряды және т. б.
Фундаментті тұрақтылар физикалық заңдылықтардың өрнектерінде болатынын
ұмытпаған жөн, бірақ бірліктерді сәйкесінше таңдап алу кезінде олардың
нақты саны қандай да бір тұрақты сандарға, әсіресе бірге тең. Осыдан жүйені
құру кезінде негізгі бірліктер көп алынған сайын, формулада сонша көп
фундаментті тұрақтылар көрсетіледі.
Жаңа бірліктер жүйесін құру немесе енгізу кезінде ғалымдар тек бір ғана
принципке ортақтасады, ол – тәжірибелі мақсатка сәйкестік, яғни бірлікті
адам қызметіне қолайлы етіп таңдап алу. Принципке келесі басты критериялар
қойылған:
( туынды ФШ мен олардың бірліктерін тудыру қарапайымдылығы, яғни
байланыс теңдеулеріндегі пропорционалды коэффициенттерді бірге теңестіру;
( негізгі мен туынды бірліктерді пайдалану және төменгі эталондармен
оларға өлшем берудің жоғары дәлділігі;
( негізгі бірлік эталондарының жойылмауы, яғни жоғалтқан жағдайда
оларады жаңадан қайта жасау мүмкіндігі;
( бірліктің орнын басу, олардың өлшемдерін сақтау және жаңа бірліктер
жүйесін енгізген кезде оларға ат беру, бұл материалдық пен психологиялық
шығындарды жоюға байланысты болады;
( негізгі мен туынды бірліктер өлшемінің тәжірибеде өте жиі кездесетін
ФШ-дың өлшемдеріне жақындығы;
( негізгі мен туынды бірліктердің эталондармен бірге сақталуынның ұзақ
уақыттылығы;
( материаның ең ортақ қасиетін бейнелейтін ФШ-дың негізгі минималды саны
ретінде таңдап алу;
Өлшеулердің бірлігін қамтамасыздандырушы мемлекеттік жүйе
Өлшеу жүргізген кезде олардың бірлігін қамтамасыз ету қажет. Өлшем
бірлігі деп - өлшеу сапасының сипаттамасы түсіндіріледі, ол кезде өлшеу
нәтижелері заңдылықтармен алынған бірліктермен өрнектеледі, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
№1,2 Дәрістер
Тақырыбы мен жоспары: Кіріспе. Пән және метрология міндеті.
Метрологияның негізгі түсінігі - өлшеу. Метрологияның тығыз байланысы
басқада барлық ғылымдармен өлшеу ғылымы сияқты. Философиялық, ғылыми және
техникалық аспектілерді өлшеу. Метрологияның даму тарихы қысқаша очерк.
Кіріспе. Ақпаратты–өлшеу жүйелері пәнінің мақсаты мен маңызы.
Метрология туралы жалпы түсініктеме
Өлшеу – адамның тәжірибелік әрекеттер теориясын біріктіретін
табиғаттың адамға тағайындалған жолдарының бірі болып табылады. Ол ғылыми
бөлімдердің бірі болып саналады, материалдық рессурстарды санау, өнімнің
қажетті сапасын қамтамасыз ету, технологияны толығымен жетілдіру, өнімді
автоматтандыру үшін және адам қызметінің көптеген басқа салалары үшін
қызмет етеді. Өлшеу мен өлшеу техникасының теориялық негізі болып жалпы
метрология жатады, ол объектінің қасиеттері мен берілген дәлділігі мен
сенімділігі жөніндегі мөлшерлі ақпараттары алу үшін арналған пән болып
табылады.
Метрология құралдары – бұл өлшеу құралдары мен метрологиялық
стандарттардың рационалды түрде пайдалануын қамтамасыз ететін жиынтығы.
Өлшеудің ғылыми аспектісінде олардың көмегімен ғылымда теория мен
тәжірибенің байланысы жүзеге асырылады.
Өлшеу басқару немесе бақылау объектісі жөніндегі мөлшерлі ақпараттарды
алуды қамтамасыз етеді, техникалық процестің барлық берілген шарттарын дәл
көрсету, бұйымның жоғарғы сапасын қамтамасыз ету және объектіні тиімді
түрде басқару мүмкін емес.
Берілген оқу құралы өлшеу мен құралдарын таңдап алу, әртүрлі физикалық
шамаларды өлшеуге, өлшеу нәтижелерінің дәлдігін бағалауға байланысты
өндірістік және ғылыми есептерді шешу үшін қажет білімдер мен дағдылық
негіздерін беретін мәселелер қарастырылған.
Сезгіш элементтердің өндірістерді бақылау мен басқаруда алатын орны
Сезгіш элемент өлшенетін шаманы белгілі бір дәлдікпен өзгертетін,
қабылдайтын өлшеу құралдарына жатады. Технологиялық процестерді [1-4]
автоматтандырудың мәні артқан сайын сезгіш элементтерге қойылатын талаптар
да күнен-күнге арта түсуде.
Сезгіш элементтерге қойылатын негізгі талаптар:
экономикалық тұрғыдан қарағанда, арзан болуы қажет;
пайдалануға ыңғайлы болуы қажет;
төзімді болғаны жөн.
Автоматтандырылған қондырғылардың құрылымы жағынан биологиялық жүйеге
ұқсастығын байқауға болады. 2.1.суретте автоматты жүйе мен адамның
арасындағы ұқсастықтың схемасы келтірілген. Осы ұқсастыққа сәйкес екі
жүйенің де мәліметтерді қабылдау, оларды өңдеу, жинау және оларды өзгерту
процестерінің бірдей екендігіне көз жеткізуге болады.
Өлшеу процестері үш звенодан (бөліктен) тұратынын байқауға болады.
Яғни, сезгіш элементтен, салыстырғыш және нәтижені көрсететін кұралдардан
тұрады.
Екінші звено сигналды көрсеткіш құралға жеткізеді. Кейбір кездерде бұл
звено әрі күшейткіштің, әрі өңдейтін тетіктің рөлін атқарады. Ал, үшінші
звено болса, сезгіш элементтен салыстырғыш звено арқылы келетін
мәліметтерді қағаз бетіне жазып, не болмаса, көрсеткіш тетік арқылы
көрсетеді.
Бұл мәліметтер, мүмкіндігінше сигналдың басқа бір ыңғайлы түрлеріне,
мысалы, электр тоғына айналдырылып, реттегіш немесе басқару, есептеу
машиналарына енгізіледі.
Кез-келген өлшеу құралдарының, негізгі бөліктерінің біріне сезгіш
элементтер жатады. Оның ең басты себебінің бірі объектіде болып жатқан
процестер туралы нақтылы мәліметтер жинау.
Мысалыға, техникада сезгіш элементтер қатарына аз қуатты энергияны
өзгертетін тетіктерді жатқызады.
Сезгіш элементтің жұмыс істеуін толығырақ түсіну үшін 2.1.суретке
жүгінейік. Бағдарламалық жүйенің қандай белгілерден тұратынын 2.1. суреттен
көруге болады.
1.1.сурет. Биологиялық пен технологиялық жүйелердің арасындағы
ұқсастық.
Енді сезгіш элементтің істеуін терең түсіну үшін 2.1.суреттегі
биологиялық жүйеге толығырақ түсініктеме берейік. Биологиялық жүйеде сезгіш
элементтердің ролін көз, құлақ, тіс, мұрын, тері атқарады. Біз бір нәрседен
тітіркенсек, осы сезгіш элементтердің арқасында сигнал адамның миына барып
жетеді. Сол сигналға байланысты адамда әртүрлі сезім пайда болады. Мысалы,
егер маса адамның денесіне қонып, шаға бастады дейік, тітіркену сезіміне
байланысты, адамның миы керекті мүшелерге белгілі бір бұйрық береді. Яғни,
біз масаны қолымызбен ұшырып жібереміз.
Осыған ұқсас қимылдарды техникалық жүйеден де байқауға болады. Орталық
есептеу (процессор) мен басқару мүшелері адамның басының рөлін атқарса,
сезімнің рөлін сезгіш элементтер атқарады.
Осы кездегі машина жасау, мұнай өңдөу минералды тыңайтқыш өндіретін
зауыттарында , құрылыс заттар жасайтын комбинаттарда кездесетін
технологиялық процестерді байыпты түрде жүргізу үшін көптеген сезгіш
элементтерді керек етеді. Мысалыға, автомобиль жүргізіп келе жатқанымызда
көз алдымыздағы өлшеу құралдарына қарап, бактағы жанар майдың мөлшерін,
козғалтқышты суытып тұратын сұйықтың температурасын, қандай жылдамдықпен
қозғалып бара жатқанын байқай аламыз. Неғұрлым машинаның құрылысы қиын
болған сайын, соғұрлым сезгіш элементтердің саны арта түседі.
Сонымен кез - келген процестерді басқару үшін сол процестер туралы
мәліметтер жинау, өңдеу, не болмаса сақтау керек.
Алғашқы кезде, өте үлкен емес, болмаса формалары қиын сезгіш
элементтер, автоматты машиналардың, басқару жүйелерінің сапалы жұмыс
істеулеріне әсерін тигізеді.
Сонымен қорыта келгенде, сезгіш элементтер дегеніміз өлшеу құралдарының
маңызды бір тетігі болып саналады. Объектіде болып жатқан процестер туралы
мәліметтер жинауға мүмкіншілік береді.
Сезгіш элементтерден келіп түсетін мәліметтер электронды басқару
(контроллерлерге) және есептеу машинасына келіп түседі де басқару
объектінің математикалық моделіне сәйкес технологиялық процестер белгілі
деңгейде басқарылады.
№3,4 Дәрістер
Тақырыбы мен жоспары: Метрологияның негізгі түсініктемелері. Өлшеу
процесінің элементтері. Өлшеу шкалалары.
Метрологиялық қамтамасыздандыру. Метрологиялық қамтамасыздандырудың
ғылыми, техникалық және заңдық негіздері
Өлшеу жабдықтары мен оның түрлері барған сайын көбейе түсуде және
олардың сандық немесе сапалық дамуы өлшеудің біртектілігін қамтамасыз ету
аясында болуы керек, яғни өлшеу нәтижесі заңдастырылған өлшем бірліктері
мен сипатталуы тиіс.
Осыған байланысты – метрологиялық қамтамасыздандыру түсінігі пайда
болды, яғни өлшеудің біртектілігі мен қажетті нақтылығына жету үшін
техникалық жабдықтарды, ережелер мен үлгілерді қолданудың ғылыми және
ұйымдастырушылық негіздерін қалыптастыру.
Метрологиялық қамтамасыздандырудың ғылыми негізі метрология - өлшеу,
өлшеу әдістері мен жабдықтары, олардың бірлігі және өлшеу кезінде қажетті
нақтылыққа жету жолдары туралы ғылымы болып табылады.
Метрологиялық қамтамасыздандырудың техникалық негізін: физикалық
шамалардың мемлекеттік эталондар жүйесі; физикалық шамалардың өлшем
бірліктерін эталондардан барлық өлшеу жабдықтарына үлгі ретіндегі немесе
тексеру жабдықтары жүйесі арқылы тасымалдау жүйесі; өлшеу жабдықтарын жасау
мен оларды қолданысқа енгізу кезінде олардың біртектілігін қамтамасыз
ететін өлшеу жабдықтарын сынақтан өткізудің мемлекттік жүйесі; өлшеу
жабдықтарын метрологиялық аттестациялаудың немесе міндетті түрде тексерудің
жүйесі; материалдар мен заттардың қасиеттері мен құрылымының стандарттық
үлгі жүйесі сондай-ақ физикалық константалар, материалдар мен заттардың
қасиеттері мен құрылымы туралы стандартты анықтамалар жүйесі құрайды.
Метрологиялық қамтамасыздандырудың заңдық негізін өлшеудің біртектілігін
қамтамасыздандырудың мемлекеттік жүйесі - өлшеудің нақтылыған
қамтамасыздандыру, ұйымдастыру және бағалаудың методикасына қатынасы бар
ережелердің, шарттардың және нормалардың өзара байланыстылығын бекітетін
нормативті- техникалық құжаттардың жиынтығы болып табылады.
Өлшеулердің бірлігін қамтамасыздандырушы мемлекеттік жүйе
Өлшеу жүргізген кезде олардың бірлігін қамтамасыз ету қажет. Өлшем
бірлігі деп - өлшеу сапасының сипаттамасы түсіндіріледі, ол кезде өлшеу
нәтижелері заңдылықтармен алынған бірліктермен өрнектеледі, өлшемдері
шартты шегі бойынша көрсетілген шама өлшемдеріне тең, ал өлшеу нәтижесінің
қателіктері берілген ықтималдықта ғана белгілі және шартты шегінен аспайды.
“Өлшем бірлігі” деген ұғым аса маңызды түсініктеме. Ол метрологияның
маңызды мәселелерінен тұрады: ФШ-ның бірліктерін үлестіру, шамаларды ұдайы
қайталау жүйесін өңдеу және олардың өлшемдерін тұрақты дәлдіктегі жұмысшы
құралдарға беру, т.б. мәселелер қатары. Бірлік ғылым мен техникаға қажетті
кез-келген дәлділікті қамтамасыз етуі тиіс. Өлшеу құралдарын тиісті
деңгейге жеткізу мен сол деңгейде ұстау бекітілген ережелер, талаптар және
нормаларға сәйкес жүргізілетін мемлекеттік, ведомствалық қызметтерге
бағытталған. Өлшем бірлігін қамтамасыз етудің мемлекеттік деңгейдегі
қызметкершілі-гі Мемлекеттік өлшем бірлігін қамтамасыз ету жүйесінің (МӨЖ)
стандарттары мен немесе метрологиялық қызмет органдарының нормативті
құжаттарымен белгіленеді.
Өлшем бірлігін қамтамасыз ету үшін кез-келген шаманың барлық СИ-де
градуирленген бірліктердің үйлесімділігі қажет. Бұл ФШ-дың бекітілген
бірліктерін арнайы мекемелерде дәл көрсету және сақтау мен олардың
өлшемдерін қолданылатын СИ-ге беру жолымен орындалады.
Физикалық шаманың бірліктерін көрсету – бұл мемлекеттік эталондарға және
үлгілі СИ-ге байланысты дәлдігі ең жоғары елдердің ФШ-ның бірліктерін
материалдау операциялары-ның жиынтығы. Олар негізгі және туынды бірліктерді
көрсету болып бөлінеді.
Негізгі бірліктерді көрсету – ол бірліктердің анықталуына байланысты ФШ-
ды белгіленген өлшем бойынша құру жолдары арқылы көрсету болып табылады. Ол
мемлекеттік алдыңғы эта-лондар арқылы іске асады. Мысалы, масса бірлігі –
1килограмм (дәл), ол Халықаралық өлшемдер мен салмақтар бюросында сақталған
платинді иридиялы таразы тасы түрінде көрсетілген, оның халықаралық мәні –
1кг. РФ-ның Мемлекеттік эталонының құрамына кіретін платинді иридиялы
таразы тасының соңғы халықаралық салыстыру (1979) негізіндегі массасы
1,000000087кг болды.
Туынды бірлікті көрсету – бұл ФШ-дың көрсетілген бір-ліктеріндегі мәнін
өлшенетін шамаға функционалды байланыстағы басқа шамаларды жанама өлшеу
және анықтау. Сонда Ньютонның – күшін көрсету - механикада белгілі F = mg
теңдеуімен жүзеге асады, мұндағы m – дененің массасы, g – еркін құлау
үдеуі.
Өлшем бірлігін беру – тексеріп өлшеу құралдарында сақ-талған ФШ
бірліктерінің өлшемін оларды тексеру немесе калибр-леу кезінде көрсетілетін
немесе эталонмен сақталатын бірліктер өлшеміне келтіру. Өлшем бірліктері
“жоғарыдан төменге” қарай беріледі - СИ-дің жоғарғы дәлдігінен төменгі
дәлдікке қарай.
Бірліктерді сақтау – берілген СИ-ге тән өлшем бірліктерінің уақыт
бойынша өзгермеуін қамтамасыз ететін операциялардық жиынтығы. ФШ-ның бірлік
эталондарын сақтау кезінде эталонның метрологиялық сипаттамаларын орнықты
шектулерде ұсталуына мүмкіндік жасайтын өзара байланысқан операциялардың
жүргізілуін алдын-ала береді. Алғашқы эталондарды сақтау кезінде
бірліктерді көрсету дәлдіктерін жоғарлату мен өлшем беру әдістерін
жетілдіру мақсатында басқа елдердің ұлттық эталондарымен қосыла отырып,
олардың жүйелі түрде зерттелуі орындалады.
Стандарттаудың мәні және оның мақсаттары
Стандарттау адамның белгілі саладағы әрекетін жүзеге асыру ретін
белгілейді және тәжірибедегі ережелерді анықтайды. Стандарттау бойынша
жұмыстардың негізгі түрі - стандартты өңдеу және бекіту. Стандарт -
стандарттау объектіге қойылатын талаптарды, ережелерді белгілейтін
бекітілген ережелік – техникалық құжат.
Ол мына түрде болуы мүмкін:
- орындалуға жататын бірқатар талаптарды және ережелер-ді құрайтын
құжат;
- негізгі физикалық бірліктер немесе тұрақтылар (констан-талар) түрінде
мысалы, ампер, абсолюттік ноль (Кельвин);
- физикалық салыстыру үшін қолданылатын кейбір заттар немесе құбылыстар.
Стандарттар категориялар мен түрлерге бөлінеді.
Қазақстан Республикасының мемлекеттік стандарты (МС) республиканың
барлық аймақтарында барлық кәсіпорындармен, мекемелермен және ұйымдармен
орындалуға міндетті.
Салалық стандарт дәл осы саладағы кәсіпорындармен және мекемелермен
орындалуға міндетті.
Кәсіпорынның стандарты бұл кәсіпорынның немесе кәсіп-орын бірлестікке
біріктірген кәсіпорын топқа жататын стандарти-зациялық ережелерді,
талаптарды және әдістерді енгізеді.
Стандарттаудың негізгі шешетін негізгі мақсаттары мыналар:
- өнім мен эксперименттің сапасына қойылатын талаптар-ды белгілеу;
- сапа көрстекіштерінің бірыңғай жүйесін белгілеу;
- өлшеудің бірлігін және күмәнсіздігін қамтамасыз ету;
- мемлекеттік эталондарды құру және мүлде жетілдіру немесе басқа
мемлекеттердің эталондарын қолдану ережелерін өңдеу;
- физикалық мәндердің бірліктерін қолдану;
Физикалық шамалардың түрлері
Қоршаған әлемдегі барлық объектілер өзінің қасиеттерімен сипатталады.
Қасиет – бұл философиялық ұғым, ол объектінің (құбылыстың, процестің) басқа
объектілерден (құбылыстардан, процестерден) айырмашылығы мен ортақтығын
байланыстырып, оларға деген қатынасын тауып береді.
Қасиет – бұл сапалық дәреже. Процестер мен физикалық денелердің әртүрлі
қасиеттерін толығымен көрсету үшін шама деген ұғым енгізілген.
Шама – бұл қандай да бір нәрсенің басқа қасиеттері ішінен бөлініп
шығатын және толығымен қандай да бір жолмен бағаланатын қасиеті болып
табылады. Шама өздігінен берілмейді, ол осы берілген шамада көрсетілген
қасиеті бар объектінің ішінен орын алады.
Шамалар екі түрге бөлінеді: нақты және идеалды болып.
Идеалды шамалар нақты ұғымдардың талдамасы (моделі) болып табылады. Олар
әртүрлі жолдармен есептеледі.
Нақты шамалар физикалық және физикалық емес болып екіге бөлінеді.
Физикалық шама, жалпы жағдайда, табиғи (физика, химия) және техника
ғылымында оқытылатын өзіне тән қасиеті бар материалдық объект (процесс,
құбылыс) түрінде анықталуы мүмкін. Физикалық емес шамаларға қоғамдық
(физикалық емес) ғылымға жататын – философия, социология, экономика және
т.б. ғылымдарға тән шамаларды жатқызамыз.
МЕСТ 16263-70 стандарты физикалық шаманы сапасы жағынан көптеген
физикалық объектілерге ортақ, ал мөлшері тұрғысынан – олардың әрбірінің
жеке физикалық объектісінің бір қасиеті ретінде дәлелдейді. Мөлшері
тұрғыдан дегенді бір объектінің қасиеті нақты шамада басқа объектіден
жоғары немесе төмен болуы мүмкін деген мағынада түсінеміз. Сонда, физикалық
шамалар – бұл физикалық объектілер мен процестердің өлшеп алынған
қасиеттері, біз олардың көмегі арқылы сол объектіні оқып біле аламыз.
Физикалық шамаларды өлшенетін және бағаланатын деп бөлген жөн. Өлшенетін
физикалық шамалар бекітілген өлшем бірлігінің мөлшерлі түрде анықталған
саны түрінде берілуі мүмкін. Оларды енгізу мен пайдалану мүмкіндігі
өлшенетін ФШ-ның ерекше белгісі болып табылады. Қандай да бір себептермен
өлшем бірліктерін енгізуге болмайтын физикалық шамалар тек бағалана алады.
Бұл жағдайда бағалану деген ұғым ретінде бекітілген ережелер бойынша
алынған нақты сандарды берілген шамаға қою операциясын түсінеміз. Шамаларды
бағалау шкалалар көмегімен жүзеге асады. Шаманың шкаласы – бұл дәл өлшеу
нәтижелері негізінде келісіп алынған мәндердің реттеліп алынған тізбегі.
Өлшем бірлігі енгізілмейтін физикалық емес шамалар тек қана бағалана
алады. Физикалық емес шамаларды бағалау теориялық метрология есептеріне
жатпайтынын айта кеткен жөн.
Физикалық шамаларды аса талдап білу үшін оны топтап, олардың жеке
топтарының жалпы метрологиялық ерекшеліктерін айқындау қажет.
Құбылыстың түрлеріне қарай ФШ келесі топтарға бөлінеді:
( айғақты; яғни заттардың, материалдардың және олардан алынған
бұйымдардың физикалық немесе физика–химиялық қасиеттерін көрсетеді. Бұл
топқа масса, тығыздық, электр кедергісі, сиымдылық, индуктивтілігі және
т.б. жатады. Кейде бұл ФШ-ды пассивті деп те атайды. Оларды өлшеу үшін
өлшеу ақпараттарының сигналы қалыптасатын көмекші энергия көзін пайдалану
қажет. Осыдан пассивті ФШ активті түрге түрленеді де, өлшенеді.
( энергетикалық; яғни өзгерту, беру және энергияны пайдалану
процестерінің энергетикалық сипаттамаларын көрсететін шамалар. Оларға ток,
кернеу, қуат, энергия жатады. Бұл шамаларды активті деп атайды. Олар өлшеу
ақпараттарының сигналына энергия көзін қоспай-ақ түрлене алады.
( сипаттаушы, процестердің жүруін уақыт бойынша сипаттайды. Бұл топқа
әртүрлі түрдегі спектралды сипаттамалар, корреляциялық функциялар және т.б.
жатады.
Физикалық процестердің әртүрлі топтарына тиістілігіне қарай ФШ
кеңістікті-уақытша, механикалық, жылулы, электрлі және магнитті,
акустикалы, жарықты, физика-химиялық, сәлеле-нуді иондаушы, атомды мен
ядерлі физикалы болып бөлінеді.
Басқа шамалардан шартты тәуелсіздігінің дәрежесіне қарай ФШ негізгі
(шартты тәуелсіз), туынды (шартты тәуелді) және қосымша шамалар болып
бөлінеді. Қазіргі уақытта ӨЖ жүйе-сінде негізгі шамалар ретінде алынған
жеті физикалық шамалар қолданылып келеді, олар: ұзындық, уақыт, масса,
температура, электр ток күші, жарық күші және заттың мөлшері. Қосымша
физикалық шамаларға жазық және денелік бұрыштар жатады.
Өлшемділігіне қарай ФШ өлшемдік, яғни өлшемділігі бар, және өлшемсіз
болып бөлінеді.
Өлшеу шкалалары
Тәжірибеде денелердің, заттардың және құбылыс пен процестердің
қасиеттерін сипаттайтын әртүрлі шамаларды өлшеу қажет. Алдыңғы тарауда
айтып өткендей, кейбір қасиеттер тек сапалы түрде, басқалары мөлшерлі түрде
көрсетіледі. Кез-келген қасиеттің әртүрлі түрде көрсетілуі (мөлшерлі және
сапалы) элементтері реттеліп алынған сандар көпмүшесін құрайды немесе жалпы
жағдайда шартты белгілері осы қасиеттердің өлшеу шкалаларын құрайды.
Көптеген қасиеттердің өлшеу шкалалары ФШ-ның шкаласы болып табылады.
Физикалық шаманың шкаласы – бұл дәл өлшеу нәтижелері негізінде келісіп
алынған физикалық шамалардың мәндерінің реттелген тізбегі.
№5-6 Дәрістер
Тақырыбы мен жоспары: Өлшеу және өлшеу түрлері. Өлшеу және оның
негізгі операциялары
Өлшеу және өлшеу түрлері
Өлшеу техникасы метрологиялық эксперименттер жасау, өлшеу нәтижелерін
өңдеу және метрологиялық жұмыстарды стандарттау мен сертификаттаудың жалпы
ережелерін оқытатын ғылым ретіне де көзқарас қалыптастырады.
Өлшеу ұғымы әртүрлі ғылым (математика, физика, химия, психология,
экономика және т.б.) салаларында кездеседі және олардың әрқайсысында ол
әртүрлі түсіндірілуі мүмкін. Бұл курста автоматтандыру мен басқару
саласында физикалық шамаларды өлшеуге қатысты мәселелер ғана
қарастырылады.
Кез-келген өнімді өндіру бірнеше өлшеулер жүргізу арқылы жасалынады.
Өлшеу арқылы өнімнің сапасына, өлшем бірліктеріне басқада қасиеттеріне
қойылатын талаптар анықталады.
Метрология және өлшеудің негізі ғылыми-өндірістік мәслелелерді шешу
барысында қажетті өлшеу әдістерін, жабдықтарын дұрыс, нақты таңдауға
мүмкіндік беретін білім мен дағдылар негізін үйрету.
Метрология - (грек. metzon өлшеуіш, logos - сөз, ілім) өлшеулер туралы,
олардың әдістері мен бірлігін қамтамасыз ету құралдары және [1,2,3,4]
қажетті дәлдікке жетудің әдістері туралы ғылым.
Сонымен қатар қолданбалы метрология өлшеулердің әдістері мен құралдарын
іс жүзінде қолдану проблемаларымен шұғылданады.
Анықтамада айтылған өлшеу бірлігін сақтаудың өте үлкен маңызы бар.
Себебі, бір өлшеу бірлігін сақтай отырып, әртүрлі жерде, әртүрлі уақытта
өлшенген өлшем мәндерін бір-бірімен салыстыруға болады.
Метрологияның техникалық ғылымды өркендету саласында алатын орны ерекше.
Дәлдікпен өлшеу материалдық дүниенің бұрын белгісіз, бірақ объективті
түрде бар заңдылықтарын ашуға зор үлесін косады. Мысалы, жоғарғы дәлдікпен
өлшенген судың тығыздығы, жаңалық ашуға жол ашты. 1932 жылы осының
салдарынан ауыр судың изотопы табылды - дейтерий. Енді осы өлшеуге қатысы
бар түсініктемелерге азғана шолу жасайық.
Физикалық объект дегеніміз - ол физикалық жүйе, оның күйі, сондағы
болып жатқан процестер, сонымен қатар физикалық өндірістерді
қолдануға болатын химиялық объектілер.
Физикалық шаманың мөлшері дегеніміз - физикалық шамаға (сапа жағынан
көптеген физикалық объектілерге жалпы бола тұрып, сан жағынан әрбір
объектілерге өзара дербес болып келеді) қатысы бар обьектінің сандық
мазмұны.
Өлшеу дегеніміз - белгілі техникалық құралдардың көмегімен физикалық
шаманың тәжірибе арқылы мәнін табу.
Өлшеу объектісі көптеген физикалық шамалармен сипатталынатын күрделі
құбылыс, не болмаса процесс.
Өлшеу үшін таңдап алынған физикалық шаманы өлшенетін шама деп атайды.
Кез-келген физикалық шаманы өлшеу төмендегі көрсетілгендей үш түрлі
кезеңнен тұрады: дайындау, өлшеуді жүргізу және нәтижені өңдеу
кезеңдерінен. Физикалық шаманың шын мәні дегеніміз объектіні сан және сапа
жағынан дәл сипаттайтын физикалық шаманың мәні болып келеді.
Бірақ күнделікті кездесетін физикалық шаманың шын мәнін анықтау өте
қиынға соғатындықтан, өлшеу әдістерін жетілдіре түсу, физикалық шаманың
мәнін үлкен дәлдікпен табуға, яғни, физикалық шаманың мәніне жақындай
түсуіне мүмкіншілік туғызады. Ал, физикалық шаманың нақты мәні көптеген
тәжірибе жүргізудің нәтижесінде анықталатын физикалық шама.
Дәлдікпен өлшеу дегеніміз - өлшенген нәтиженің өзінің шын мәніне жақын
жатқандағында.
Өлшеудің бірнеше түрлері кездеседі. Солардың ішіндегі негізгілеріне
көңіл аударайық. Уақытқа байланысты өлшеуді екі топқа бөлуге болады.
Бірінші топ – статикалық өлшеу. Өлшеу кезінде өлшеудің мәні уақытқа
қарағанда тұрақты күйінде қалады. Ал, екінші топқа – динамикалық өлшеуді
жатқызуға болады.
Динамикалық өлшеу кезінде өлшем өзінің мәнін уақытқа байланысты өзгертіп
отырады. Статикалық өлшеуге мысал ретінде, мыналарды жатқызуға болады:
заттың сызықтық өлшемдері;
тұрақты қысымның мәні т.б.
Динамикалық өлшеуге өзгеріп отыратын қысымды өлшеуді жатқызуға болады.
Өлшемнің мәнін табу үшін тура, жанама, біріге, бірге өлшеулерді қолданады.
Тура өлшеу кезінде ізделініп отырған шаманың мәні жүргізілген
тәжірибенің нәтижесінде жиналған мәліметтерінің ішінен алынады. Тура
өлшеуге мысал ретінде ұзындықты сызғыштың көмегімен табуды, таразы арқылы
заттардың салмағын табуды, шыны термометрдің көмегімен температураны
анықтауды жатқызуға болады.
Жанама өлшеу кезінде ізделініп отырған шаманың мәнін осы шамамен белгілі
бір байланыста болатын тура өлшенетін шаманың мәніне сәйкес анықталады.
Жанама өлшеу кезінде аргументтің шамасын тура өлшеу нәтижесінде анықтаса,
ал ізделініп отырған шаманың мәнін төмендегі теңдік арқылы табады:
(1.1)
мұндағы - аргументтің мәні. Жанама өлшеуге мысалы ретінде заттың
көлемі мен салмағы арқылы тығыздығын және токтың күші кернеуінің көмегімен
сымның электр кедергісін анықтауларды жатқызуға болады.
Біріге өлшеу деп – аттас шамаларды бір уақытта өлшеп, ізделініп отырған
шаманың мәнін тура өлшеу нәтижесінде табылған теңдеулер жүйесін айтады.
Теңдеулер жүйесінің жалпы түрі төмендегідей:
(1.2)
мұндағы - белгісіз шамалар; - ізделініп отырған аттас шамалар;
- тура өлшеу арқылы табылатын шамалар.
Бірге өлшеу дегеніміз - екі, не болмаса бірнеше әртүрлі шамалардың
арасындағы байланысты анықтайтын өлшеу. Жоғарыда келтірілген өлшеулердің
түрлерінің ішіндегі тура өлшеу ең көп таралған түрі болып табылады.
Сондықтан да төмендегі қарастырылатын тура өлшеу әдістері барлық өлшеулерге
ортақ. Сонымен өлшеу әдістері дегеніміз өлшеу тәсілдерін қолдану
пікірлерінің жиынтығы. Өлшөу өдістері екі негізгі топтан тұрады: өлшеммен
салыстыру әдісі және тікелей бағалау әдісі.
Тікелей бағалау әдісін қолданудың нәтижесінде ізделініп отырған шаманың
мәні өлшеу құралдарының көрсету, не болмаса, есептеу тетігінің жайына,
көрсету шамасына байланысты анықталынады.
Өлшеммен салыстыру әдісінде ізделініп отырған шаманың мәні ұдайы
өлшенетін өлшеммен салыстырылады.
Өлшеу ақпараты
Өлшеу кезінде Ақпарат ұғымы қолданылады.
Ақпарат дегеніміз – объекті туралы алғашқы анық емес ілімдерді азайтатын
мәліметтер жиынтығы болады. Ең маңызды болып саналатын мәліметтердің бірі
өлшеу жолымен алынатын объектілердің қасиеттерінің санаулы сипаттамалары
туралы болып саналады. Осындай мәліметтер біздің біліміміздің жоғарлап, ал
объектілер туралы ілімдердің анықсыздық дәрежесін азайтады, яғни өлшеу
ақпараттық процесс болып табылады. Өлшенетін физикалық шамалар мәні
ақпаратты өлшеу нәтижесі деп аталады.
Ақпараттың материалдық тасымалдаушысы болып сигнал табылады. Жалпы
мағынада, уақытта ағып жататын физикалық процесс дегеніміз сигнал екенін
түсіндік. Өлшенетін физикалық шамамен қосыла өзгеретін сигналды өлшеудің
ақпараттық сигналы деп, ал өлшенетін шамамен функционалды байланысы жоқ
сигналды ақпаратық емес параметр деп айтамыз.
Өлшеу және оның негізгі операциялары
Физикалық объектінің қасиетін сандық тану тәсілін - өлшеу деп атаймыз.
Өлшеу - өлшенетін шамалар мәндерін анықтау үшін жүргізілетін
эксперименттік процедуралардың әртүрлілігімен сипатталады. Яғни, өлшеудің
көптүрлілігін өлшенетін шамалардың көптүрлілігімен, олардың уақытқа
байланысты өзгеру сипаттамаларының әртүрлілігімен, өлшеудің дәлдігіне
қойылатын талаптардың алуан түрлілігімен және т.б. түсіндіріледі.
Өлшеу нәтижесін алу тәсілдеріне байланысты өлшеу тура, жанама, бірігіп
және тұтас өлшеу болып бөлінеді. Бұлай бөлудің мақсаты өлшеу нәтижелерін
анықтау кезінде пайда болған әдістемелік қателіктерді таңдап алу қолайлығы
болып табылады.
Тура өлшеу деп шаманың белгісіз мәнін тікелей ӨЖ көрсеткіштері бойынша
табуды айтамыз. Мысалы, таразы арқылы өлшенетін масса, термометрмен
температураны, вольтметрмен кернеуді өлшеу жатады.
Жанама өлшеу – ол шаманың мәнін бірдей жағдайда жүргізілген тура
өлшеумен алынған шамалар арасындағы белгілі тәуелділік негізінде өлшеу
болып табылады. Мұндай өлшеулердің метролгиялық тәжірибеде маңызды мәні
бар. Олардың негізінде, мысалы, алғашқы эталондармен алынған негізгі
шамалардың бірліктер эталондарымен жазылған мәндерді орнату.
Жалпы жағдайда Y өлшенетін шаманы тура өлшеу арқылы алынған Х1, Х2, ...,
Хn шамаларымен байланыстыратын тәуелділікті мына түрде беруге болады
Мысалы, ( = mV тығыздықты m масса мен V көлемді тура өлшеу нәтижесі
арқылы өлшеу; активті R = UI кедергіні U кернеу мен I токты тура өлшеу
нәтижесі арқылы өлшеу.
F функционалды тәуелділіктің түрі бойынша жанама өлшеуді мына түрлерге
бөледі:
( сызықты тәуелділікпен, мұндағы Ki – і-нші аргументтің тұрақты
коэффициенті;
( сызықты тәуелділікпен, мұндағы f(Xi) – кейбір функциялар;
( аралас типті тәуелділікпен өлшеу.
Y пен X арасындағы байланыстың түрі жанама өлшеу қателіктерінің есебін
анықтап береді.
Қазіргі заманғы микропроцессорлы өлшеу аспаптарында көбінесе белгісіз
өлшенетін шаманы өлшеу аспаптың “ішінде” жүргізіледі. Бұл жағдайда өлшеу
нәтижесі тура өлшеуге тән сипатты тәсілмен анықталады, және есептің
әдістемелік қателігін жеке өлшеу мүмкін және қажет емес. Ол өлшеу аспабының
қателігіне жатады. Осындай өлшеу құралдарымен жүргізілген өлшеулер тура
өлшеуге жатады. Жанама өлшеуге есептеу тек қолмен немесе автоматты
жүргізілетін өлшеулер жатады, ол тек тура өлшеу нәтижелерін алғаннан кейін
ғана орындалады. Бұл жағдайда есептің қателігі тек жеке есептеледі. Мұндай
жағдайға сипатты мысал болып компоненттеріне жеке-жеке метрологиялық
сипаттамалар мөлшерленген өлшеу жүйелері жатады. Барлық өлшеу қателіктері
жүйенің барлық компоненттерінің мөлшерлен-ген метрологиялық сипаттамалары
бойынша есептеледі.
Жиынтық өлшеу деп бірнеше біртекті шамалардың бірмезгілде өлшенуін
айтамыз, ол кезде олардың белгісіз мәндерін осы шамаларды әртүрлі
үйлесімділікте тура өлшеу кезінде алынған теңдеулер жүйесін шешумен табады.
Бірігіп өлшеу деп екі немесе бірнеше біртекті шамаларды олардың арасындағы
тәуелділікті орнату үшін бірмезгілде өлшеуді айтамыз. Келтірілген
анықтамалардан, бұл екі өлшеу түрлері бір-біріне ұқсас екені көрініп тұр.
Айырмашылығы, бірігіп өлшеу кезінде бірнеше біртекті шамалар бірмезгілде
анықталады да, ал жиынтық өлшеу кезінде - әртүрлі текті шамалар бір
мезгілде анықталады.
Дәлділік сипаттамасы бойынша өлшеулер тең дәлдікте және тең емес
дәлдікте деп бөлінеді.
Тең дәлдікте деп СИ дәлдігі бойынша бірдей және бірдей жағдайларда
орындалатын қандай да бір ФШ-ды өлшеуді айтады. Сәйкесінше, тең емес
дәлдікте деп СИ ділдігі бойынша әртүрлі (немесе) әртүрлі жағдайларда
орындалатын ФШ-ды өлшеуді айтады. Тең дәлдіктегі және тең емес дәлдіктегі
өлшеу нәтижелерін өңдеу әдістемелері әртүрлі болып келеді.
Өлшенетін шаманың өзгеру байланысы бойынша өлшеулер статикалық және
динамикалық болып бөлінеді. Осылай жіктеудің мақсаты нақты өлшеу кезінде
өлшенетін шаманың өзгеру жылдамдығын ескеру қажет пе, әлде қажет емес
туралы шешімді қабылдау мүмкіндігі болып табылады. Өлшенетін шаманың өзгеру
жылдамдығының әсерінен туған қателіктер динамикалық деп аталады.
Статикалыққа өзгеру уақыты барысында өзгермейтін нақты өлшеу есептеріне
сәйкес алынған ФШ-ды өлшеу жатады. Динамикалық өлшеулер – ФШ-ның өлшемі
бойынша өзгеретін өлшеуді айтамыз. Өлшеулерді статикалық пен динамикалық
түрге жатқызу белгілері болып өлшенетін шаманың берілген өзгеру жылдамдығы
немесе жиілігі кезіндегі және ӨЖ-нің берілген динамикалық қасиеті
кезіндегі динамикалық қателікті айтамыз. Оны біршама аз деп алайық
(шешілетін өлшеу есебінде). Бұл жағдайда өлшеуді статикалық деп алсақ
болады. Көрсетілген та-лаптар орындалмаған жағдайда ол динамикалық болып
саналады.
Метрологиялық белгіленуіне байланысты өлшеулер техникалық және
метрологиялық болып бөлінеді. Техникалық өлшеулер жұмыс істеуші СИ арқылы
жүргізіледі. Метрологиялық өлшеулер ФШ-дың бірліктерін олардың өлшемдерін
жұмысшы СИ-ге беру үшін көрсету мақсатында орындалады.
Метрологиялық өлшеулер кезінде қателіктер қажетті ретпен ескеріледі, ал
техникалық өлшеу кезінде алдымен берілген тәжірибелік тапсырманы шешу үшін
жеткілікті берілген қателік ескеріледі.
Өлшеу мен оның негізгі операциялары
Барлық өлшенетін физикалық шамаларды екі топқа бөлуге болады:
( тікелей өлшенетін шамаларға берілген дәлділікпен түр-лендіруші, мысалы
температура, тығыздық. Мұндай түрлендірулер өлшеп түрлендіру операциясының
көмегімен жүзеге асады.
Қарапайым тура өлшеудің мәні Q физикалық шаманың өлшемін реттелетін q[Q]
көпмәнді өлшемнің шығыс шамасымен салыстыру болып табылады. Тура өлшеу
процедурасынын тарату шарты болып келесі элементарлы операцияларды орындау
болып табылады:
( өлшенетін Х физикалық шаманы оған біртекті немесе біртекті емес басқа
Q физикалық шамаға өлшеп түрлендіру;
( QM физикалық шаманы N[Q] берілген мәнге ұдайы өзгерту. Ол Q
түрлендірілген шамасына біртекті.
( біртекті физикалық шамаларды салыстыру; түрлендіріл-ген Q-ды ұдайы
қайталанылатын QM= N[Q] өлшемімен салыстыру.
Өлшеп түрлендіру – бұл, жалпы жағдайда, біртекті емес түрленетін және
түрлендірілген ФШ-дың өлшемдері арасындағы мәнді өзара байланысын орнататын
операция. Өлшеп түрлендіру Q = FX түрдегі теңдеумен беріледі, мұндағы F –
кез-келген функция немесе функционал. Дегенмен түрлендіруді сызықты түрде
жасауға үмтылады: Q = KX мұндағы К – тұрақты шама.
Өлшеп түрлендірудің негізгі міндеті – ол қажетті жағдайда өлшенетін
шама туралы ақпаратты түрленуін алу. Ол таңдап алынған физикалық
заңдылықтар негізінде орындалады. Өлшеп түрлендіруге жалпы жағдайда келесі
операциялар кіреді:
( түрленетін шаманың физикалық түрін өзгерту;
( масштабты сызықты түрлендіру;
( масштабты-уақытша түрлендіру;
( сызықты емес немесе функционалды түрлендіру;
( сигналды модуляциялау;
( үздіксіз сигналды дискреттеу;
( кванттау.
Өлшеп түрлендірудің операциялары нақты физикалық принципте құрылған және
бір жеке өлшеп түрлендіруді орындайтын техникалық құрылғы – өлшеп
түрлендіргішпен тікелей жүзеге асады.
Берілген өлшемі бар N[Q]-ның физикалық шамасын көрсету – бұл келісілген
дәлдікте белгілі берілген мәндегі қажетті ФШ-ны құру операциясы болып
табылады. Нақты өлшемдегі шаманы көрсету операциясын N кодында берілген [Q]
физикалық шаманың бірлігіне негізделген QМ физикалық шамаға түрлендіру
түрінде алуға болады.
ФШ-ны берілген өлшемде көрсету үшін арналған өлшеу құралдары өлшемдер
деп аталады.
Өлшенетін ФШ-ны QM өлшемімен көрсетілген шамамен салыстыру – бұл осы екі
шамалардың байланысын орнататын операция; QQM; QQM немесе Q=QM.
Салыстырылатын шамалардың дәл үйлесімі, ереже бойынша, өлшеу практикасында
кездеспейді.
Өлшем арқылы көрсетілген шама квантталған және [Q] бірлігіне қысқа
мәндерді қабылдай алатынымен түсіндіріледі. Жақын немесе бірдей Q мен QM
шамаларды салыстыру нәтижесінде Q–QM[Q] екені шығады.
Салыстыру әдісі деп біртекті шамалардың байланысын анықтау үшін
физикалық құбылыстар мен процестерді пайдалануды айтамыз. Бұл байланыс
көбінесе салыстырылатын шамалардың айырымдарының таңбасы бойынша құрылады.
Әрбір ФШ-ды аралық сигналдарды құру мүмкіндігіне байланысты үш топқа
бөледі. Бірінші топқа есептеуге және алдын-ала түрлендірмей, тікелей
салыстыруға болатын ФШ жатады. Бұлар – электрлі, магнитті және механикалық
шамалар. Екінші топқа есептеуге қолайсыз, бірақ коммутациялау үшін қолайлы
ФШ жатады, оларға: жарық ағыны, иондалатын сәулелену, сұйықтар мен газ
ағындары. Үшінші топты физикалы түрде есептеуге мүмкін емес объектілердің
күйі мен олардың қасиеттерін сипаттайтын ФШ құрайды. Мұндай ФШ ылғалдылық,
заттың сиымдылығы, жарық, иіс және т.б.
Бірінші топтың сигнал параметрлері салыстыру үшін қолайлы, екіншісі –
аздап қолайлы, ал үшіншісі – тікелей салыстыру мүмкін емес. Дегенмен,
соңғысын салыстыру және өлшеу қажет, сондықтан да оларды салыстыруға
болатын басқа шамаларға түрлендіру керек.
№7-8 дәрістер
Өлшеу түрлері. Физикалық шамаларды көрсету және оларға өлшем беру
негіздері.
Өлшеу түрлері.
Физикалық шамаларды көрсету және оларға өлшем беру негіздері.
Қоршаған әлемдегі барлық объектілер өзінің қасиеттерімен сипатталады.
Қасиет – бұл философиялық ұғым, ол объектінің (құбылыстың, процестің) басқа
объектілерден (құбылыстардан, процестерден) айырмашылығы мен ортақтығын
байланыстырып, оларға деген қатынасын тауып береді.
Қасиет – бұл сапалық дәреже. Процестер мен физикалық денелердің әртүрлі
қасиеттерін толығымен көрсету үшін шама деген ұғым енгізілген.
Шама – бұл қандай да бір нәрсенің басқа қасиеттері ішінен бөлініп
шығатын және толығымен қандай да бір жолмен бағаланатын қасиеті болып
табылады. Шама өздігінен берілмейді, ол осы берілген шамада көрсетілген
қасиеті бар объектінің ішінен орын алады.
Шамалар екі түрге бөлінеді: нақты және идеалды болып.
Идеалды шамалар нақты ұғымдардың талдамасы (моделі) болып табылады. Олар
әртүрлі жолдармен есептеледі.
Нақты шамалар физикалық және физикалық емес болып екіге бөлінеді.
Физикалық шама, жалпы жағдайда, табиғи (физика, химия) және техника
ғылымында оқытылатын өзіне тән қасиеті бар материалдық объект (процесс,
құбылыс) түрінде анықталуы мүмкін. Физикалық емес шамаларға қоғамдық
(физикалық емес) ғылымға жататын – философия, социология, экономика және
т.б. ғылымдарға тән шамаларды жатқызамыз.
МЕСТ 16263-70 стандарты физикалық шаманы сапасы жағынан көптеген
физикалық объектілерге ортақ, ал мөлшері тұрғысынан – олардың әрбірінің
жеке физикалық объектісінің бір қасиеті ретінде дәлелдейді. Мөлшері
тұрғыдан дегенді бір объектінің қасиеті нақты шамада басқа объектіден
жоғары немесе төмен болуы мүмкін деген мағынада түсінеміз. Сонда, физикалық
шамалар – бұл физикалық объектілер мен процестердің өлшеп алынған
қасиеттері, біз олардың көмегі арқылы сол объектіні оқып біле аламыз.
Физикалық шамаларды өлшенетін және бағаланатын деп бөлген жөн. Өлшенетін
физикалық шамалар бекітілген өлшем бірлігінің мөлшерлі түрде анықталған
саны түрінде берілуі мүмкін. Оларды енгізу мен пайдалану мүмкіндігі
өлшенетін ФШ-ның ерекше белгісі болып табылады. Қандай да бір себептермен
өлшем бірліктерін енгізуге болмайтын физикалық шамалар тек бағалана алады.
Бұл жағдайда бағалану деген ұғым ретінде бекітілген ережелер бойынша
алынған нақты сандарды берілген шамаға қою операциясын түсінеміз. Шамаларды
бағалау шкалалар көмегімен жүзеге асады. Шаманың шкаласы – бұл дәл өлшеу
нәтижелері негізінде келісіп алынған мәндердің реттеліп алынған тізбегі.
Өлшем бірлігі енгізілмейтін физикалық емес шамалар тек қана бағалана
алады. Физикалық емес шамаларды бағалау теориялық метрология есептеріне
жатпайтынын айта кеткен жөн.
Физикалық шамаларды аса талдап білу үшін оны топтап, олардың жеке
топтарының жалпы метрологиялық ерекшеліктерін айқындау қажет.
Құбылыстың түрлеріне қарай ФШ келесі топтарға бөлінеді:
( айғақты; яғни заттардың, материалдардың және олардан алынған
бұйымдардың физикалық немесе физика–химиялық қасиеттерін көрсетеді. Бұл
топқа масса, тығыздық, электр кедергісі, сиымдылық, индуктивтілігі және
т.б. жатады. Кейде бұл ФШ-ды пассивті деп те атайды. Оларды өлшеу үшін
өлшеу ақпараттарының сигналы қалыптасатын көмекші энергия көзін пайдалану
қажет. Осыдан пассивті ФШ активті түрге түрленеді де, өлшенеді.
( энергетикалық; яғни өзгерту, беру және энергияны пайдалану
процестерінің энергетикалық сипаттамаларын көрсететін шамалар. Оларға ток,
кернеу, қуат, энергия жатады. Бұл шамаларды активті деп атайды. Олар өлшеу
ақпараттарының сигналына энергия көзін қоспай-ақ түрлене алады.
( сипаттаушы, процестердің жүруін уақыт бойынша сипаттайды. Бұл топқа
әртүрлі түрдегі спектралды сипаттамалар, корреляциялық функциялар және т.б.
жатады.
Физикалық процестердің әртүрлі топтарына тиістілігіне қарай ФШ
кеңістікті-уақытша, механикалық, жылулы, электрлі және магнитті,
акустикалы, жарықты, физика-химиялық, сәлеле-нуді иондаушы, атомды мен
ядерлі физикалы болып бөлінеді.
Басқа шамалардан шартты тәуелсіздігінің дәрежесіне қарай ФШ негізгі
(шартты тәуелсіз), туынды (шартты тәуелді) және қосымша шамалар болып
бөлінеді. Қазіргі уақытта ӨЖ жүйе-сінде негізгі шамалар ретінде алынған
жеті физикалық шамалар қолданылып келеді, олар: ұзындық, уақыт, масса,
температура, электр ток күші, жарық күші және заттың мөлшері. Қосымша
физикалық шамаларға жазық және денелік бұрыштар жатады.
Өлшемділігіне қарай ФШ өлшемдік, яғни өлшемділігі бар, және өлшемсіз
болып бөлінеді.
Физикалық шамалар мен олардың бірліктер жүйесі
Ғылымда, техникада және күнделікті өмірде адам бізді қоршаған физикалық
объектілердің әртүрлі қасиеттерімен кездеседі. Бұл қасиеттерге
объектілердің бір-бірі арасындағы өзара әсерлесу процестері жатады. Олар
тікелей физикалық шамалармен беріледі. Әрбір объект үшін физикалық шамамен
берілген қасиеттерін мөлшерлі көлемде орнату үшін метрологияда олардың
өлшемдері мен мәндері деген ұғым енгізілген.
Физикалық шаманың өлшемі – берілген объектінің “физикалық шама” деген
ұғымға сәйкес алынған қасиетінің мөлшерлі мәні. Мысалы, әрбір дененің нақты
бір массасы болады, осыдан денелерді массасы бойынша ажыратуға болады,
яғни бізді қызықтыратын ФШ-ның өлшемі бойынша.
Физикалық шаманың мәні – ол оның бірлігі түрінде алынған қандай да бір
сан түрінде берілген өлшемін бағалау. Оны өлшеу нәтижесін немесе ФШ-ның Q
мәнін q санды мән мен өлшем бірлігі таңдап алынған [Q] араларын
байланыстыратын Q = q[Q] негізгі өлшеу теңдеуіне сәйкес есепті шешу
нәтижесінен аламыз. Өлшем бірлігіне байланысты ФШ-дың сандық мәні өзгереді
де, өлшемі сол күйінде қалады.
Физикалық шамалардың бірліктері – бұл белгілі өлшемдегі ФШ, оның өлшемі
бірге тең, ол біртекті ФШ-ды мөлшерлі түрде беру үшін қолданылады. ФШ
бірліктерінің өлшемдері мемлекеттік метрологиялық басқармалардың заңға
сәйкес бекітілген жолдарымен қойылады.
Жалпы еркін түрде негізгі деп аталатын бірнеше ФШ дә-лелденген, қалған
туынды деп аталатын шамалар негізгі бірліктер-мен арасындағы белгілі бір
байланыс теңдеуі негізінде анықтала-ды. Туынды шамаларға мысал болып:
заттың тығыздығы, ол көлем бірлігі болып табылады және заттың массасы
ретінде анықталған, уақыт бойынша жылдамдықтың өзгеруінің үдеуі және т.б.
жатады.
Физикалық шамалар жүйесінде негізгі шамалардың символдары қолданылады.
Мысалы, негізгі шамалар болып ұзындық (L), масса (М) және уақыт (Т)
алынатын механикалық шамалар жүйесі LMT жүйе деп аталады.
№9-10 дәрістер
Физикалық шамалардың бірліктер жүйесін құру принциптері. Өлшем бірліктері
жөніндегі түсініктемелер. Физикалық шамалардың бірлік эталондары.
Физикалық шамалардың бірліктер жүйесін құру принциптері
ФШ-дың ережелерге сәйкес алынған негізгі және туынды бірліктер жиынтығы
физикалық шамалардың бірліктер жүйесі деп аталады. Негізгі ФШ-дың бірлігі
жүйенің негізгі өлшем бірліктері болып табылады.
Қазіргі уақытта дүние жүзінің көптеген мемлекеттері халықаралық
бірліктер жүйесі – SI жүйесіне біріккен. Бұл жүйенің негізгі өлшем
бірліктері 3.1-кесте көрсетілген.
1-кесте
Физикалық шама Өлшем Қысқаша өрнектелуі
бірлігі
Ұзындық метр Орысша Халық-
аралық
м m
Масса килограмм кг kg
Уақыт секунда с s
Электр тогының күші ампер А A
Термодинамика-лық кельвин К K
температура
Жарық күші кандела кд cd
Зат мөлшері моль моль mol
Қазіргі уақытта қолданылып жүрген мемлекеттік өлшеу жүйесіні негізгі
шамаларға сәйкес LMTIQNJ белгілерімен белгіленуі тиіс, олар: ұзындық (L),
масса (М), уақыт (Т), электр ток күші (І), температура (Q), заттың мөлшері
(N) мен жарық күші (J).
Халықаралық бірліктер жүйесі құрамына екі қосымша бірліктерде кіреді,
олар:
Жазықтықтағы бұрыштың (плоский угол) бірлігі – радиан (рад) - доғасы
радиус ұзындығына тең болатын шеңбердің екі радиустері арасындағы бұрыш,
оның мәні 57°17'48" бұрышына тең.
Екінші қосымша бірлік кеңістіктегі бұрыштың (телесный угол) өлшем
бірлігі - стерадиан (ср) – төбесі сфера центріне орналасқан және осы
сфераның биіктігінен қабырғалары сфера радусының ұзындығына тең квадраттың
ауданына тең болатын аудан қиятын кеңістіктегі бұрыштың мәні.
Кеңістіктегі бұрышты жазықтықтағы бұрышты анықтау және қосымша есептеу
жүргізулер арқылы төмендегі формуламен анықтайды:
мұндағы Q – кеңістіктегі бұрыш; -сфера ішінде осы кеңістіктегі
бұрыш арқылы түзілген конус төбесіндегі жазық бұрыш.
1ср кеңістік бұрышына 65°32' мәніне тең жазықтықтағы бұрыш сәйкес
келеді.
Қосымша бірліктер бұрыштық жылдамдық, үдеу және де басқа шамаларды өлшеу
үшін қолданылады.
Негізгі өлшем бірліктерінен басқа да осы негізгі өлшем бірліктерінің
арақатынасы арқылы қосымша есептеулер негізінде анықталатын туынды өлшем
бірліктерде қазіргі уақытта кеңінен қолданылады, олардың кейбір түрлері 3.2-
кестеде көрсетілген.
2-кесте
Герц Гц Hz c-1
Ньютон Н N м*кг*с-2
Паскаль Па Pa м-1*кг*с-2
Джоуль Дж J м2*кг*с-2
Ватт Вт W м2*кг*с-3
Кулон Кл C с*А
Вольт В V м2*кг*с3*А-1
Фарада Ф F м-2*кг*с-3*А-2
Ом Ом Ω м2*кг*с-2*А-2
Сименс См S м-2*кг-1*с3*А2
Вебер Вб Wb м2*кг*с-2*А-1
Тесла Тл T кг*с-2*А-1
Генри Гн H м2*кг*с-2*А-2
Люмен лм lm кд*ср
Люкс лк lx м-2* кд*ср
Беккерель Бк Bq с-1
Зиверт Зв Gy м2*с-2
Грэй Гр Sv м2*с-2
Физикалық шамаларды өлшеу диапозоны өте кең аралықта жүргізіледі,
сондықтан өлшеулер кезінде есептеулерді қолайлы ету үшін өлшем
бірліктерінің еселік мәндерін пайдалану қабылданған. Өлшем бірліктерінің
еселік мәндері 3.3- кестеде көрсетілген
3-кесте
Еселік аталуы Қысқаша өрнектелуі
көрсеткіш
орысша халықаралық
1018 экса Э Е
1015 пета П Р
1012 тера Т Т
109 гига Г G
106 мега М М
103 кило к k
102 гекто г h
101 дека да da
10-1 деци д d
10-2 санти с c
10-3 милли м m
10-6 микро мк
10-9 нано н n
10-12 пико п p
10-15 фемто ф f
10-18 атто а a
Негізгі бірліктер саны физикалық заңдылықтар мен анықтамалардың
өрнектерінде тұрған коэффициенттер санымен тығыз байланыста. Негізгі
бірліктерді таңдап алуға тәуелді және теңдеулерді анықтайтын пропорционалды
коэффициенттер фундаментті немесе өмірлік тұрақты деп аталады. СИ жүйесінде
оларға гравитациялық тұрақты, Планка тұрақтысы, Больцман тұрақтысы және
жарық әсері жатады. Оларды жеке заттардың әртүрлі қасиеттерін сипаттайтын
ерекше деп аталатын тұрақтылардан ажырату қажет, мысалы электрон массасы,
оның заряды және т. б.
Фундаментті тұрақтылар физикалық заңдылықтардың өрнектерінде болатынын
ұмытпаған жөн, бірақ бірліктерді сәйкесінше таңдап алу кезінде олардың
нақты саны қандай да бір тұрақты сандарға, әсіресе бірге тең. Осыдан жүйені
құру кезінде негізгі бірліктер көп алынған сайын, формулада сонша көп
фундаментті тұрақтылар көрсетіледі.
Жаңа бірліктер жүйесін құру немесе енгізу кезінде ғалымдар тек бір ғана
принципке ортақтасады, ол – тәжірибелі мақсатка сәйкестік, яғни бірлікті
адам қызметіне қолайлы етіп таңдап алу. Принципке келесі басты критериялар
қойылған:
( туынды ФШ мен олардың бірліктерін тудыру қарапайымдылығы, яғни
байланыс теңдеулеріндегі пропорционалды коэффициенттерді бірге теңестіру;
( негізгі мен туынды бірліктерді пайдалану және төменгі эталондармен
оларға өлшем берудің жоғары дәлділігі;
( негізгі бірлік эталондарының жойылмауы, яғни жоғалтқан жағдайда
оларады жаңадан қайта жасау мүмкіндігі;
( бірліктің орнын басу, олардың өлшемдерін сақтау және жаңа бірліктер
жүйесін енгізген кезде оларға ат беру, бұл материалдық пен психологиялық
шығындарды жоюға байланысты болады;
( негізгі мен туынды бірліктер өлшемінің тәжірибеде өте жиі кездесетін
ФШ-дың өлшемдеріне жақындығы;
( негізгі мен туынды бірліктердің эталондармен бірге сақталуынның ұзақ
уақыттылығы;
( материаның ең ортақ қасиетін бейнелейтін ФШ-дың негізгі минималды саны
ретінде таңдап алу;
Өлшеулердің бірлігін қамтамасыздандырушы мемлекеттік жүйе
Өлшеу жүргізген кезде олардың бірлігін қамтамасыз ету қажет. Өлшем
бірлігі деп - өлшеу сапасының сипаттамасы түсіндіріледі, ол кезде өлшеу
нәтижелері заңдылықтармен алынған бірліктермен өрнектеледі, ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz