Қазіргі заманғы элеткрондық өлшеуіш техникалар

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 37 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министрлігі

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы:
Қазіргі заманғы элеткрондық өлшеуіш техникалар

Орындаған:
Тексерген:

Орал, 2015
Мазмұны

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3

1 МЕТРОЛОГИЯ МЕН ЭЛЕКТРЛІК ӨЛШЕУДІҢ НЕГІЗГІ ҰҒЫМДАРЫ

1.1 Физикалық шамалардың
эталондары ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4

1.2. Үлгілік және жұмыстық өлшеу
құралдары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ..8
1.3 Өлшеу құралдарының
сипаттамалары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...9

2 ЭЛЕКТР МЕХАНИКАЛЫҚ АНАЛОГТЫ АСПАПТАР
2.1. Аспаптың құрылымдық
сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...12
2.2. Электр механикалық аспаптардың бөлшектері мен
тораптары ... ... ... ... .14

2.3. Магнит электрлік жүйедегі
аспаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .16

2.4. Электр динамикалық (ферродинамикалық) жүйедегі
аспаптар ... ... ... ...19

2.5. Электр магниттік жүйедегі
аспаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21

2.6. Электр статикалық жүйедегі
аспаптар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..23

3 Қазіргі замандағы электрондық өлшеуіш аспаптар

3.1. Негізгі түсініктер мен анықтамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..25

3.2. Сандық аспаптардың
тораптары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
26

3.3 Уақыт-импульстік және интегралдаушы вольтметрлер
... ... ... ... ... ... ... 35

Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... .40

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... 41

Кіріспе
Өлшемдік деп физикалық шаманың қабылданған мәнін сақтайтын, оны
қайталайтын, немесе оның орнына қолданылатын өлшеу құралын айтады. Мысалы,
кедергінің өлшемдігі, сыйымдылықтың өлшемдігі және т.б. Өлшеу дәлдігіне
және қолданылу аймағына қарай өлшемдіктер эталондық, үлгілік және жұмысшы
болып бөлінеді.
Екінші реттік өлшемдіктерге өзара байланысқан көп бөлшектердің (өлшеуіш
конденсатордың қалыпты элементі, стандартты сигналдар генераторы) жиынтығын
береді. Бірақ бұл өлшемдіктер олардың атқаратын міндетіне және өлшеу
сипатына жатпайды. Бұл үшін кез келген өлшеу үрдісін көз алдымызға
елестетейік. Мәні 1 тең өлшенетін шаманың өлшемдікпен өте сирек
салыстырады. Рычагты таразыларда өлшенетін дененің массасын (салмағын) 0,1;
0,2; 0,5; 1,0; 2,0; 5,0 килограммдық гирьдің массасымен (салмағымен)
салыстырады. Міне, сондықтан өлшеу үрдісінде осы гирьлердің кез келгені
немесе олардың берілгені болуы мүмкін. Осы физикалық шаманың қабылданған
бірлігінде берілген жағдайда шаманың мәні белгілі болып, өлшенетін шаманың
мәнін анықтауға мүмкіндік береді. Сондықтан өлшемдік осы шамалардың белгілі
бір қатынасында қабылданған бірлігімен байланысқан шамалардың мәндерін
туындатады.
Өлшемдік – бұл өлшеудің негізі болып табылады.
Көп жағдайда өлшеуді өлшеуіш аспаптарымен немесе басқа да құрылғылармен
жүргізгенде ештеңе де өзгермейді, өйткені олардың көбісі өлшемденіп, ал
кейбіреуі өлшемдік арқылы градуирленеді, және олардың шкалаларын сақтаушы
құрылғы ретінде қарауға болады.
“Өлшемдіктер мен өлшеу аспаптары” деген сөз физикалық мәндердің
өлшемдік бірліктерін тасымалдаушы ролін атқарушы ретінде қарап, оған ерекше
көңіл бөледі.
Физикалық шамалардың бірлік эталондары – бұл берілген шамалардың
бірліктерін сақтауға және туындатуға (кейбір жағдайларда тек қана
туындатуға немесе тек қана сақтауға) арналған өлшеу құралдары (немесе өлшеу
құралдарының кешені).
Физикалық шамалардың бірлік эталондарының қолданылуы - бұл жалпы
мемлекеттік немесе халықаралық масштабта өлшеу құралының дәлдігі бойынша
оның мөлшерін беру.
Өлшеуіш құрал-саймандар (орыс. измерительные инструменты) — тетіктерді
жан-жақты дәл өлшеуге арналған құрал-саймандар. Бүларға штангенциркуль,
сызғыштар, рулеткалар, кронциркульдер, нутромерлер, микрометрлер,
индикаторлар, тереңдік өлшеуіштер, бүрама өлшеуіштер және т.б. өлшеуішті
құрал-саймандар жатады.

1 МЕТРОЛОГИЯ МЕН ЭЛЕКТРЛІК ӨЛШЕУДІҢ НЕГІЗГІ ҰҒЫМДАРЫ

1.1 Физикалық шамалардың эталондары

Эталон деп бір нәрсенің ең жоғары үлгілік жетістіктерімен теңесетін
үлгіні айтады.
Метрологияда және өлшеу техникасында “эталон” деген сөзді тек
жоғарыда айтылған ұғым бойынша қолданады. Өнеркәсіпте салыстыруға эталондар
өлшеу құралдарының эталондарға арналған қолданылатын өлшеу құралдарын ең
жоғары дәл деп айту дұрыс емес.
Біртұтас өлшеуді қамтамасыз ету үшін бір мағынадағы физикалық
шамалардың барлық өлшеу құралдарын теңестіру қажет.
Физикалық шамалардың эталондары деп төменгі сатыдағы өлшеу
құралдарының салыстыру сұлбаларына физикалық шаманың мөлшерін беру үшін,
оны туындатып, өлшем бірліктерді сақтауды жабдықтайтын өлшеу құралдарын
(немесе өлшеу құралдарының кешенін) айтады.
Мемлекеттік эталондардың түрлері: ең жоғарғы дәлдікпен анықталатын
бірінші реттік, арнайы және екінші реттік болып бөлінеді.
Бірінші реттік эталон - ғылым мен техниканың дамыған деңгейінде өте
жоғарғы дәлдікпен өлшем бірліктерді туындатуды және оны сақтауды
жабдықтайтын эталон. Ол ерекше жағдайда сақталады.
Арнайы эталондар бірліктерді ерекше жағдайда туындату кезінде, яғни
жоғары дәлдікті алу мүмкін емес жағдайда, бірліктің мөлшерін эталоннан
тікелей бере алатын жағдайда қолданылады (мысалы, жоғары жиіліктерді,
энергияны, қысымды, температураны, заттың ерекше күйін, өлшеу
диапозондарының ақырғы бөліктерін бере алады).
Арнайы эталон – бірліктердің туындауының ерекше жағдайын қамтамасыз
ететін және бұл жағдайлар үшін бірінші реттік эталонды алмастыратын эталон.
Арнайы эталонға 2,6-37,5 Гц жиілікте су толқындарының жолдарындағы
электр магниттік толқынның қуатының эталоны жатады.
Метрологиялық тәжірибеде мәндері бірінші реттік эталондармен
анықталатын екінші реттік эталондар кеңінен тараған.
Екінші реттік эталондар бірліктерді сақтау құрал–жабдықтарының және
олардың мөлшерін беру жиынтығының бір бөлігін құрайды.
Олар Мемлекеттік эталондарының аз тозуын және сақталуын жабдықтау және
салыстыру жұмыстарын ұйымдастыру қажет болған жағдайда ғана қолданылады.
Екінші реттілік эталонның үлгісі ретінде платина-иридийлік №26
гирьлер түріндегі килограмм бірлігінің көшірме-эталоны қызмет атқарады.
Өзінің метрологиялық қолданымы бойынша екінші реттік этолондар:
көшірме-эталондарға; салыстыру эталондарына; куәгер-эталондарына; жұмысшы
эталондарына бөлінеді.
Көшірме-эталоны – бірліктерді сақтау және оның мөлшерін жұмысшы
эталондарға беруге арналған екінші реттік эталонды көрсетеді. Онда әрдайым
Мемлекеттік эталонның физикалық көшірмесі болмауы мүмкін.
Салыстыру эталоны – бір бірімен тікелей салыстырыла алмайтын
эталондарды салыстыру үшін пайдаланылатын екінші реттік эталон.
Салыстыру эталоны ретінде вольттің Мемлекеттік эталонын өлшемдік пен
салмақтың Халықаралық бюросымен салыстыру үшін қолданылатын қалыпты элемент
топтары қызмет атқара алады.
Куәгер-эталон - Мемлекеттік эталонның бұзылмауын тексеру үшін және
жоғалған немесе құртылған жағдайда оны ауыстыру үшін қолданылатын екінші
реттік эталон болмаған жағдайда ғана қолданылады.
Жұмысшы эталон – бірліктердің сақталуын және оның мөлшерін жоғары
дәлдікпен және қажет болған ең жоғары өлшемдіктерге және өлшеу аспаптарына
беру үшін қолданылады.
Мемлекеттік эталондар әрқашан бірліктерді туындатуды және қажет
болғанда оны сақтауды, сонымен қатар екінші реттік эталонға бірліктердің
мөлшерін беруді қамтамасыз ететін өлшеу құралының кешені түрінде және
қосымша эталондар түрінде беріледі.
Екінші реттік эталондар: өлшеу құралының кешенінен; жеке эталондардан;
эталон топтарынан; бірінші реттік эталондардан тұрады.
Жеке (дара) эталон басқа құралдың көмегінсіз бірлікті туындатуды және
оны сақтауды жабдықтайтын бір ғана өлшемдіктен немесе бір ғана өлшеу
аспабынан, немесе бір ғана өлшеу қондырғысынан тұрады.
Жеке эталонның қызметін платина-иридийлі және болат гирь түріндегі
килограммның массалық бірлігі атқарады.
Топтық эталондар бірліктердің сақталуының сенімділігін арттыру үшін
қолданылатын бір типті өлшемдіктерден, өлшеу аспаптарынан және басқа
құралдардың жиынтығынан құралады.
Топтық эталондардың қызметін 20 бірқалыпты элементтерден тұратын
вольттің көшірме эталоны атқарады.
Эталон жинағы өлшенетін шаманың әр түрлі аймағына немесе мәндеріне
арналған жеке өлшемдіктер немесе өлшеу аспаптарының жинағымен бірлікті
сақтайтын немесе белгілі бір шектікте шаманы өлшей алатын өлшемдік немесе
өлшеу аспаптарының жинағы түрінде беріледі.
Эталон жинағы әр түрлі бөліктерде анықтау қызметін атқаратын
денелердің жинағы түрінде сұйықтық тығыздығы бірлігінің жұмысшы эталонына
жатады.
Топтық эталондар сияқты эталондар жинағының тұрақты және айнымалы
құраушылары болуы мүмкін.
Өлшеудің біртұтастығы физикалық шамалардың берілген бірліктерінде
дәлдікпен сақтау мен туындатудың арқасында және қолданылатын өлшеу
құралдарына олардың мөлшерін беру жолдары арқылы алынады.
Бірліктердің мөлшерлері эталондық және үлгілік өлшеу құралдарының
көмегімен туындалып, сақталады және беріледі.
Метрологиялық тізбектерде өлшеу бірліктерінің мөлшерлерін берудің
жоғарғы тобы болып эталондар саналады.
Эталон бірліктердің мөлшерін үлгілік өлшеу құралына, одан әрі қарай
реттілікпен эталон ретінде жұмысшы өлшеу құралдарына беру мақсатында,
физикалық шамалардың бірліктерін (немесе осы функцияның біреуін) туындатуды
және сақтауды қамтамасыз ететін өлшеу құралын (немесе өлшеу құралдарының
кешенін) көрсетеді.
Физикалық шамалардың Халықаралық бірлік эталонындары Халықаралық
өлшемдік пен салмақ бюросында (ХӨСБ) сақталады.
Халықаралық заттың өлшем–эталонына халықаралық өлшемдік пен салмақ
бюросында сақталатын платина–иридийлік гирьлер жатады. Бірақ уақытқа
байланысты (біраз уақыт өткеннен кейін) бұндай заттың эталондары бұзылып
қалуы немесе өзгеруі мүмкін. Сондықтан метрологияда заттың таза қасиеттерін
немесе табиғаттағы бар денелер мен құбылыстарды пайдалана отырып,
физикалық шамалардың бірліктерін туындату тәсілдерін табуға тырысады.
Жақында, мысалы, метрді платина–иридийлі прототиптің (сәйкестіктің)
штрихтарының арасындағы қашықтық ретінде туындатудың орнына, криптон–86
газының изотопының спектралды сызықтарынан сәуленуінің біреуінің толқынының
ұзындығы арқылы метр дәлірек екені анықталады.
Физикалық шамалардың бірліктерін туындатудың дәлдігін арттыру үшін
туындатудың дәлдігін арттыру осы мақсатта қолданылатын құралдардың
күрделілігіне байланысты болады. Физикалық шамалардың бірлігі қатаң түрде
арнайы қолдануға арналған эталондық қондырғылардың көмегімен қиын
операциялық жолмен туындатылады. Мұндай эталондық қондырғылар мен жиі
қолданылатын заттардың туындатылуы кез келген жерде, сонымен қатар қойылған
талаптардың арнайы шарттары орындалады. Бірақ әр жерде жүргізілген
өлшеулердің қорытындыларында кейбір алшақтықтар болатыны белгілі. Егер
эталон бірліктерді өте жоғары дәлдікпен туындатуды қамтамасыз етсе, онда
оны бірінші реттік эталон деп аталады. Негізгі бірліктердің бірінші реттік
эталондары олардың анықтамасына сәйкес бірліктерді туындатады.
Бірінші реттік эталон ретінде метрді криптон–86 жарық толқындарының
сәулеленуінің ұзындығында туындатуға арналған өлшеу құралының кешені болып
саналады.
Негізгі бірліктерді туындату эталондарынан басқа, туынды бірліктердің
де эталондары болады. Мысалы, қысым бірлігінің эталоны, электрлік
шамалардың бірліктерінің эталондары: ЭҚК; кедергілердің, сыйымдылықтардың,
индуктивтіктердің және т.б. Туынды бірліктерінің эталондарын жасау арқылы
негізгі бірліктер эталондарымен олардың байланысын жабдықтайды.
Эталондарды сақтау метрологиялық жұмыстардың күрделі кешенін құрайды.
Бұнда бір жағынан эталон берік сақталады, ал екінші жағынан эталоннан
алынған бірліктің мәндері адамдардың әр түрлі қолданымына қажетті дәлдікпен
беріледі.
Мемлекеттік эталондар Мемлекеттік метрологиялық институттарда
сақталады.
Мемлекеттік эталондармен жұмыс істеу үшін эталондарды жасаушы
ғалымдар, яғни жауапты адамдар тағайындалады.
Халықаралық бірліктер жүйелерінде негізгі бірліктердің туындалуы
Мемлекеттік эталондарының көмегімен, яғни орталықтандырылған түрде
жасалады.
Қосымша, туынды және жүйелік емес бірліктердің пайда болуы
техника–экономикалық жағынан қарастырылған екі тәсілдің біреуімен
анықталады:
1. орталықтандырылған – барлық елдер үшін жасалынған біртұтас
Мемлекеттік эталонның көмегімен.
2. орталықтандырылмаған – метрологиялық қызметтерде жанама өлшеу
арқылы үлгілік өлшеу құралдардың көмегімен.
Туындатудың орталықтандырылған тәсілі көбінесе маңызды туынды бірліктер
үшін (ньютон, джоуль, паскаль, вольт, генри, вебер және т.б.) қолданылады.
Туындатудың орталықтандырылмаған тәсілі мөлшері эталонмен тікелей
салыстырыла алмайтын туынды бірліктер үшін қолданылады, мысалы: аудан
бірлігі үшін (квадратталған метр, м2) немесе өлшемдерді эталонмен
салыстырудан гөрі жанама өлшеу жеңілірек болған жағдайда немесе қажетті
дәлдікті қамтамасыз ету керек болған жағдайда қолданылады, мысалы өлшемнің
сыйымдылығы мен көлемі үшін (кубталған метр, м3).
Бұл жағдайда, бірлікті туындату үшін осы мақсатқа қолданылатын арнайы
қондырғылар болуы талап етіледі және салыстыру қондырғысының дәлділігі өте
жоғары болуы қажет. Мұндай салыстыру қондырғыларына айналу жиілігін үлгілік
генератор жиілігімен салыстыратын тахометрлік қондырғы жатады.
Өлшемдік мен салмақ бойынша ІХ Бас конференцияның қаулысына сәйкесті
ампердің анықтамасы: “Ампер – бұл вакуумде бір бірінен 1м қашықтықта
орналасқан шексіз ұзын және өте аз дөңгелек қималы, екі параллель
орналасқан өткізгіштер бойымен өзгермейтін тоқ күші өткенде, осы
өткізгіштердің арасынан, олардың ұзындықтарының әрбір метріне -7 Н тең
болатын күш пайда болады”. Ампердің осы анықтамасының негізінде тоқтардың
өзара әсерлесуі туралы Ампер заңы қолданылады.
Бұл анықтама бірліктің мөлшерін тек теориялық түрде көрсетеді. Тоқ
күшінің бірлігін туындатуға тоқтық таразы деп аталатын құрылғы кеңінен
таралған. Себебі, бұл құрылғыда соленоид түріндегі екі өткізгіштің өзара
әсерлесуі гирьдің салмағымен теңдеседі.

1.2. Үлгілік және жұмыстық өлшеу құралдары

Өлшеу құралдары – метрологиялық қасиеттері бар өлшенетін шаманың
мөлшерін анықтайтын құралдарды көрсетеді. Өлшеу құралдарының негізгі
түрлеріне: өлшемдіктер, өлшеу аспаптары, өлшеу сайманы, өлшеу машиналары,
өлшеу қондырғылары жатады.
Сонымен қатар өлшеу диапозонын кеңейтетін, өлшеу дәлдігін жақсартатын,
алыс қашықтықтарға өлшеу қорытындысын жеткізетін және оның қауіпсіздігін
қамтамасыз ететін, тек осы өлшеу құралдарымен бірге қолданылатын өлшеуіш
түрлендіргіштер мен өлшеу кезінде қолданылатын құрал-саймандар да жатады.
Олардың метрологиялық сипаттамалары өлшеу қорытындысына тікелей әсер етеді.
Метрологиялық қолданылымы бойынша өлшеу құралдары үлгілік және
жұмыстық болып бөлінеді.
Үлгілік өлшеу құралдары өлшеу дәлдігі жоғары емес үлгілік құралдарды
тексеру үшін де қолданылады. Бұл тек метрологиялық сипаттамалық тұрғыдан
алынады, себебі тек қана әр түрлі разрядтағы үлгілік өлшеу құралдарының
тізбектеліп өлшемдіктелген қатары өлшемдіктің біртұтастығын сақтай отырып,
бірліктің мөлшерін эталондық аспаптан жұмыстық аспапқа беруді қамтамасыз
ете алады.
Адамдардың әр түрлі белсенділігінде жұмыстық өлшеу құралдары тек
көзделген мақсат үшін қолданылады.
Өлшеу құралдарының үлгілік немесе жұмыстық болып бөліну себебі,
олардың құрылымына немесе дәлділігіне қарай емес, қай мақсатта
қолданылатындығына байланысты болады.
Тәжірибе жүзінде өлшеу жүргізгенде, тек қана бір өлшеу құралын
жұмыстық құралы ретінде де, үлгілік өлшеу құралы ретінде де қолдануға
болады, басқа сөзбен айтқанда салыстыру үшін де, бөліктеу (градуирлеу) үшін
де қолданыла алады. Үлгілік өлшеу құралдарының жұмыстық өлшеу құралдарынан
құрылымымен салыстырғанда сәл айырмашылығы болады және кейбір метрологиялық
сипаттамалары өзгеше болуы мүмкін. Өлшеу құралдарын үлгілік ретінде
қолданғанда, олар айрықша тұрғыда болуы керек, яғни барлық өлшеулерге
қолданылмай, тек тексеріп салыстыру және бөліктеу (градуирлеу) мақсатында
қолданылуы керек. Өйткені көрсеткіштерді дәл көрсету үшін, жұмысшы
құралдарына қарағанда үлгілікке жоғары талап қойылады.
Үлгілік өлшеу құралдарын тәжірибеде күнделікті қолдануға тыйым
салынады және бұл метрологияның маңызды ережесі болып табылады. Өз
кезегінде жұмыстық өлшеу құралдарының, олардың қолдану шарттарына
байланысты өзінің арнайы талаптары болады.

1.3 Өлшеу құралдарының сипаттамалары

Өлшеу құралдарының метрологиялық және пайдаланымдық сипаттамалары
(сезгіштік, вариация, тез әсер етуі, дәлдік класы, тынышталу уақыты, өтпелі
үрдіс уақыты). Метрологиялық сипаттамалар деп өлшеу қорытындысына және
өлшеу қателіктеріне әсер ететін өлшеу құралының сипаттамаларын айтады.
Метрологиялық сипаттамалар нормаланады, яғни оларға белгілі бір шартта
жұмыс істейтін берілген өлшеу құрал-жабдықтарының түрі (типі) үшін белгілі
бір сандық мәндер беріледі.
Өлшеу сапасы әр түрлі факторлардан тәуелді болады. Алайда кейбір
жағдайда, өлшеу қорытындысына және олардың дәлдігіне өлшеу құралдарының
қасиеттерінің қандай ықпалы болатынын білу қажет болады. Мұндай жағдайларға
төмендегі келтірілген факторлар жатады:
- өлшеу дәлдігін априорлық бағалау. Оның орындалуы кезінде басқа
факторлармен қатар, өлшеу құралдарының дәлдігі де есепке алынуы қажет;
- белгілі жағдайда талап етілген дәлдікті жабдықтайтын өлшеу
құралдарын дұрыс таңдау, бұл талап алдындағы талапқа кері болып саналады;
- әр түрлі типтегі өлшеу құралдарын олардың мтерологиялық қасиеттері
бойынша (жобалау кезінде де, пайдалану кезінде де) салыстыру;
- күрделі өлшеу жүйелерін құру кезінде комплекті ретінде өлшеу
құралдарын пайдалану.
Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамаларын келесі топтарға бөлуге
болады:
1. Өлшеу құралдарының көрсетулерін анықтауға арналған сипаттамалар.
Оларға келесілер жатады:
- өлшеуіштік түрлендіргіштің түрлендіру функциясы, сонымен қатар атауы
белгісіз шкалалы немесе кірістік шаманың бірліктерінен басқа бірліктерде
градуирленген өлшеу аспабының түрлендіру функциясы;
- бір мәнді немесе көп мәнді өлшемдіктердің мәндері;
- өлшеу аспабының шкаласының бөлгіш бағасы немесе көп мәнді
өлшемдіктер;
- шығыстық кодтың түрі, кодтың разрядтарының саны, өлшеу құралының
өлшеу нәтижелерін сандық код ретінде беруге арналған ең аз сигнал.
2. Көрсетудің сапалық сипаттамалары - дәлдігі мен дұрыстығы.
Көрсету дәлдігі оның орташа квадраттық ауытқууымен немесе оның
аналогтарымен анықталады. Дұрыстық өлшеу құралын метрологиялық
аттестациялау кезінде анықталған түзетулер енгізумен жабдықталады.
3. Өлшеу құралының ықпал (әсер) ететін шамаларға сезгіштік
сипаттамалары. Оларға әсер ету функциясы мен белгілі шектікте әсер етуші
шамалардың өзгеруіне байланысты өлшеу құралдарының метрологиялық
сипаттамаларының өзгеруін есепке алу жатады.
4. Өлшеу құралдарының инерциялық қасиеттерін есепке алатын динамикалық
сипаттамалары.
5. Өлшеу құралының кірісінде және шығысында объектілермен немесе
құрылғылармен өзар әсерлесу сипаттамалары. Бұл топтың сипаттамаларының
мысалы ретінде сызықтық өлшеуіштік түрлендіргіштің кірістік және шығыстық
импедансы саналады.
6. Өлшеу құралына жалғанған құрылғының дұрыс (қалыпты) жұмысын
жабдықтайтын шығыстық сигналдың ақпаратталмаған параметрлері. Мысалы,
орташа жиілікті импульстердің тізілуі түрлендіргіштің шығыстық сигналына
импульстердің тізбектелуі жатады.
Метрологиялық сипаттамалар барлық өлшеу құралдарының сапалық
көрсеткіштері және техникалық деңгейі болып табылады. Алайда өлшеу
құралдарының нақты бір данасын анықтау үшін, оның метрологиялық
аттестациядан өтуі керек болады.
Метрологиялық аттестация деп өлшеу құралдарының метрологиялық
сипаттамаларын анықтау үшін мерологиялық органдардың өлшеу құралын жан
жақты зерттеуін айтады. Тексеруден кейін, өлшеу құралына алынған
мәліметтерді көрсете отырып, құжат береді. Бұл ұзақ жүргізілетін, күрделі,
әрі қымбат процедура, әрбір жеке жағдайда жөнділігі дәйектелген болуы
керек. Мертрологиялық сипаттамалардың нормаларына сәйкес екендігін
метрологиялық орган немесе осыған қатысты арнайы уәкіл тексеріп, осының
негізінде өлшеу құралының қолдануға жарамдылығын анықтау салыстырып тексеру
деп аталады.
Әдетте өлшеу құралдарының нормативті-техникалық құжаттарында
көрсетілген метрологиялық сипаттамалары жайлы мәліметтерді пайдаланады. Бұл
құжаттарда осы типте сериялы түрде шығарылатын барлық өлшеу құралдарының
метрологиялық сипаттамаларын қанағаттандыратын талаптар (нормалар)
келтіріледі. Өлшеу құралдарының әрқайсысы (әрбір жеке данасын)
метрологиялық сипаттамалардың талаптарына сәйкес тексерілуі қажет.
Метрологиялық сипаттамалар нормаланады, яғни оларға белгілі жағдайда
жұмыс істеп тұрған өлшеу құралының осы түрі (типі) үшін нақты сандық мәндер
бекітіледі (беріледі). Оларға: өлшеу шектері (аспаптың шкаласы бойынша
шектік мәндер), сезгіштік, тез әсер ету жатады.
Электр өлшеуіш аспабының өлшенетін шамаға сезгіштігі деп ауытқу
бұрышының өлшенетін шама бойынша туындысын айтады:

,

мұндағы S - сезгіштік; α - көрсеткіштің ауытқу бұрышы, бөлгішпен
өлшемденеді; х - өлшенетін шама.

Аспаптың сезгіштігінің өлшенетін шаманың сипатынан тәуелді мөлшері
болады, сондықтан сезгіштік терминін пайдалану кезінде, мысалы аспаптың
тоққа сезгіштігі, аспаптың кернеуге сезгіштігі деп айтады.
Сезгіштікке кері шаманы аспаптың тұрақтысы (бөлгіш бағасы) деп атайды.
Электр өлшеуіш аспабын электр тізбегіне қосқаннан кейін, аспаптың
көрсетуі анықталғанға дейін, қандай да бір уақыт (тынышталу уақыты) өтеді.
Көрсетуді анықтау уақыты деп өлшенетін шаманы өлшеу кезеңінен аспаптың
көрсеткіші (тілі) өлшенетін шаманың жаңа мәніне сәйкес келетін қалпына келу
кезеңіне дейінгі уақыт аралығын түсінсе болады. Алайда барлық аспаптарда
қандай да бір қателіктің болуы тән екендігін ескерсек, аспаптың мүмкін
болатын қателіктерінің шектіктерінде көрсеткіштің жылжу уақыты қызығушылық
тудырмас еді.
Электр өлшеуіш аспабының көрсетуін анықтау уақыты деп қосылу кезеңінен
бастап кеткен уақытты немесе көрсеткіштің бекітілген мәнінен шкаланың
ұзындығының 1,5% аспайтын дай болып ауытқууына дейінгі кезеңді түсінеді.
Көрсетуді анықтау уақыты көрсету аспаптарының көптеген типтері үшін 4 сек
аспайды.
Электр өлшеуіш аспаптарының сенімділігі деп аспаптардың берілген уақыт
ішінде нақты жұмыс шартында берілген сипаттамаларын сақтау қабілетін
түсінеді. Егер аспаптың бір немесе бірнеше сипаттамалары берілген шектік
мәндерінен асып кететін болса, онда оны істен шығуы деп айтады.
Сенімділіктің сандық өлшеміне берілген уақыт аралығында және жұмыс шартында
аспаптың істен шықпай жұмыс істеу ықтималдығының аздығы (минималдылығы)
жатады.
Істен шықпай жұмыс істеу ықтималдығы деп белгілі бір уақыты ішінде
бірде бір істен шықпай үзіліссіз жұмыс істеу ықтималдығын айтады. Істен
шықпай жұмыс істеу уақыты аспаптарды сипаттау жазбасында көрсетіледі.
Жиіліктер осы көрсеткіштің жуықтап алынған мәнімен пайдаланылады және істен
шықпай жұмыс істеудің белгілі уақытынан кейін де жұмыс істеуді тоқтатпайтын
аспаптардың сандарының сынақталатын аспаптардың жалпы санына қатынасымен
анықталады.
Мысалы, Э8027 типті амперметрлер мен вольтметрлер үшін 2000 сағат
ішінде істен шықпай жұмыс істеу ықтималдығының минималды мәні 0,96 тең.
Демек, бұл типті аспап өзінің сипаттамаларын 2000 сағаттан кейін де сақтап
қалса, онда 4 аспап жөндеуді талап етеді. Сонымен қатар сенімділік
көрсеткіштеріне аспаптың істен шықпай жұмыс істеуінің орташа уақытын
жатқызады. Аспаптың істен шықпай жұмыс істеуінің орташа уақыты әрбір
аспаптың жарамды жұмысының орташа арифметикалық уақытымен анықталады.
Әдетте, аспаптар сериялы түрде шығырғанда, олардың кейбір (аз бөлігі)
бөлігі сенімділікке сынау үшін іріктеліп алынады. Осы сынақтардың
қорытындыларымен анықталатын сенімділік көрсеткіштері осы аспаптардың
барлық серияларын иеленеді.

2 ЭЛЕКТР МЕХАНИКАЛЫҚ АНАЛОГТЫ АСПАПТАР

2.1. Аспаптың құрылымдық сұлбасы

Электр механикалық топтағы аспаптардың құрылымдық сұлбасы өлшеу
тізбегінен, өлшеу механизмінен және санақ құрылғысынан тұрады (2.1-сурет).

ӨТ - өлшеу тізбегі; ӨМ - өлшеу механизмі; АХ - өлшенетін шама; У -
өлшеу мехнизміне тікелей әсер ететін аралық шама; СҚ - санақ құрылғысы;
α - аспаптың бұрылу бұрышы.

2.1-сурет.

Өлшеу тізбегі өлшеу механизміне тікелей әсер ететін өлшенетін шаманы
басқа шамаға түрлендіру үшін қызмет етеді. Өлшеу тізбегі кейбір аспаптарда
ғана кездеседі, атап айтқанда шунттарда, кернеу бөлгіштерде,
түрлендіргіштерде және т.б.
Өлшеу механизмі екі бөліктен тұрады: қозғалмайтын және қозғалмалы.
Өлшеу механизмінде электр энергиясын механикалық энергияға түрлендіру
жүреді. Бұл түрлендіру өлшеу механизмінің қозғалмалы бөлігінің қозғалмайтын
бөлігіне қатысты бұрыштық бұрылуы (ауытқуы) үшін қажет. Бұрыштық бұрылу
(ауытқу) моменттер арқылы сипатталады.
Өлшеу механизмінің қозғалмалы бөлігіне келесі моменттер әсер етеді:
1) айналдырушы момент;
2) қарсы әсер моменті;
3) тыныштандырғыш момент.
Айналдырушы момент Майн аспапта өлшенетін шама әсер еткенде пайда
болып, өлшеу механизмінің қозғалмалы бөлігін өсу көрсеткішіне қарата
бұрады. Электр механикалық топтағы аспаптар үшін айналдырушы моментті
Лагранж формуласының екінші түрімен көрсетуге болады:

,

мұндағы - өлшеу механизмінде жиналған электр магниттік энергия; -
аспаптың қозғалатын бөлігіне қатысты бұрылу бұрышы.

Айналдырушы моменттің әсерінен қозғалмалы бөлік әрқашан тірелгенге
дейін бұрылады. Осы айналдырушы моментіне қарама қарсы бағытталған қарсы
әсер моменті керек. Бұндай моментті механикалық және электрлік
күштердің көмегімен алуға болады. Осы күштердің әсерінен аспаптың
қозғалмайтын және қозғалмалы бөліктеріне бекітіліп, қозғалмалы бөлік
бұрылғанда бұрылатын, жазық спираль серіппелер (пружиналар) немесе металл
жіптердің көмегімен жасалады:

,

мұндағы к - серпімді элементтің қасиеттеріне тәуелді үлестік қарсы әсер
моменті (серіппенің немесе материалдың өлшеміне байланысты). "-" таңбасының
тек қана физикалық мәні бар, яғни қарсы әрекет моменті айналдырушы моментке
қарсы бағытталған:

.

Аспаптың қозғалмалы бөлігінің жүрісі айналдырушы және қарсы әсер
моменттері бір біріне теңескенде тоқтайды.
Тыныштандырғыш момент аспаптың тепе теңдіктен шыққан қозғалмалы
бөлігін тезірек өшіру үшін қажет және келесі теңдеумен анықталады:

,

мұндағы - қозғалмалы бөліктің қозғалысының бұрыштық жылдамдығы; р-
тыныштандыру коэффициенті.

Санақ құрылғысы өлшенетін шаманың сандық мәнін көрсету үшін арналған.
Қатты көрсеткіштен (нұсқама тілден) және шкаладан тұрады. Нұсқама тіл өлшеу
механизмінің қозғалмалы бөлігіне бекем (қатты) бекітіледі. Өлшенетін шама
мен аспаптың бұрылу бұрышының арасындағы тәуелділік аспаптың шкаласының
теңдеуі деп аталады:

.

Метрологиялық сипаттама деп өлшеу қорытындысына және өлшеу қателігіне
әсер ететін өлшеу құрал-жабдықтарының сипаттамасын айтады.
Метрологиялық сипаттамалар мөлшерленеді, яғни оларға белгілі жағдайда
жұмыс істейтін өлшеу құрал-жабдықтарының түрі үшін белгілі сандық мәндері
беріледі.
Оларға: өлшеу шектігі (аспаптың шкаласы бойынша шектік мәндері),
сезгіштігі, тез әсер етуі жатады.
2.2. Электр механикалық аспаптардың бөлшектері мен тораптары

Аспаптың корпусы (қабы) өлшеу механизмін сыртқы әсерлерден (шаңнан,
дымқылдан, газдан) қорғайды. Аспаптың корпусын пластмассадан жасайды.
Олардың мөлшері мен пішіні әр түрлі болады.
Санақ құрылғысы қатты көрсеткіштен (нұсқама тілден) және шкаладан
тұрады. Алюминийден қабатталып жасалған нұсқама тіл өлшеу меха-низмінің
қозғалмалы бөлігіне мығым бекітіледі. Өлшеу қателігін азайту үшін нұсқама
тілдің салмағына қарсысалмақ болады, бұл салмақ нұсқама тілдің салмағына
тең болады. Олар ауырлық күшінің ортасын (центрін) нұсқама тілдің ортасымен
(центрімен) сәйкес келтіру қызметін атқарады. Шкала өлшем бірлікке, немесе
бөлікке байланысты градуирленеді (өлшемденеді).
Сызылу пішіні бойынша шкалалар түзу сызықты (горизонталды және
вертикалды), доғаланған (180 градусқа дейін доғаланғанда) және
дөңгелектенген (180-тан 360 градусқа дейін) болып бөлінеді. Сипаттамалық
тұрғыдан шкалалар қалыпты және қалыпты емес, бір жақты және екі жақты болып
бөлінеді. Зертханалық аспаптарда (дәлдік класы жоғары болғанда) шкалаларды
айналы етіп жасайды, шкала бойынша санақ нұсқама тілдің оның айнадағы
кескінімен сәйкес келгенде жүргізіледі.
Аспаптың қозғалмалы бөлігі оське қатты бекітіледі. Ось іші қуыс
алюминий құбырдан жасалады. Диэлектрикпен бөлінген, екі алюминий құбырдан
тұратын екі жарты осьтер де болады. Еркін қозғалысты қамтамасыз ету үшін
осьті тірек пен кермеге орналастырады (2.2-сурет).
Тірек (2.2, а-сурет) керннен 1 және өкшеліктен 4 тұрады. Керн конус
тәрізді ұшталған болат сымның кесіндісін береді. Ол қатты материалдан
(агат, корунд) жасалған конус тәрізді өкшеліктің ойығындағы жапсарға 2
кигізіледі. Керн мен өкшеліктің арасындағы саңылау стопорлы винтпен 3
реттеледі. Кемшілігі - үйкелістің әсерінен өлшеу қорытындысында қателікті
болдырады.
Кермедегі қондырғының 2.2, б-суретте көрсетілгендей етіп орналасуынан
үйкелістен болатын қателікті жояды. Керме 10 қола құймасынан жасалған екі
жіңішке тартылған ленталардан тұрады. Керменің бір ұшы қозғалмалы бөлікке
11, ал екінші ұшы өзара перпендикуляр орналасқан жазықтық серіппелер (9
және 12) арқылы аспаптың қозғалмайтын бөлшектеріне бекітіледі. Кез келген
электр өлшеуіш аспаптары талап етілген өлшеу дәлдігін жабдықтау үшін,
аспаптың қозғалу жүйесінің ауытқуы тек орауыш пен серіппенің (пружинаның) 8
қарсы әсер күшінен туындаған айналушы моментпен анықталуы қажет. Өлшеу
кезінде ауырлық күшінің әсерінен туындайтын қателіктерді жою үшін, аспаптың
қозғалмалы жүйесі (2.2, а-сурет) қарсы салмақтармен 5 теңестіріледі.
Корректорды нұсқама тілді нөлге келтіру үшін орналастырады, ол корпуста
тұратын винттен 6 және қалпына келтірушіден 7 тұрады.

2.2-сурет.

Тыныштандырғыштар. шарты болғанда толық теңесу қатысында
қозғалмалы бөлік тербеліс жасайды. Қажетті тыныштандыру дәрежесі
тыныштандырғыштардың көмегімен орындалады. Бұл тыныштандырғыштар ауалық
(2.3, а-сурет) және магнит индукциялық (2.3, б-сурет) болып бөлінеді.
Ауалық тыныштандырғыш камерадан 2 және қозғалмалы бөлікпен жалғасып тұрған
алюминий пластинадан 1 тұрады. Тыныштандыру ауаның үйкелісі арқылы болады.
Кемшілігі - құрылымының күрделілігі мен сенімділігі аздығы жатады.
Магнит индукциялық тыныштандырғыш тұрақты магниттен 3 және алюминий
пластинадан 1 тұрады, тыныштандыру моменті магнит өрісі мен алюминий
пластинада 4 туындайтын құйынды тоқтардың өзара әсерлесуінен туындайды.
Артықшылығына - сенімділігі, ал кемші-лігіне құрылымының күрделілігі
жатады.

2.3-сурет.

Аспаптың тұрақтысы және оның сезгіштігі. Аспаптың тұрақтысы (бөлгіш
бағасы) - бұл өлшенетін шаманың өзгеруінің ауытқу бұрышының өзгеруіне
қатынасы. Аспаптың тұрақтысына кері шама сезгіштік деп аталады.

Электр механикалық жүйедегі аспаптар электр магнитті энергияны
механикалық энергияға түрлендіруіне байланысты келесі негізгі топтарға
бөлінеді: магнит электрлік жүйедегі аспап, электр магниттік жүйедегі аспап,
электр динамикалық (ферродинамикалық) жүйедегі аспап, электр статикалық
жүйедегі аспап, индукциялық аспап.

2.3. Магнит электрлік жүйедегі аспаптар

Магнит электрлік аспаптың жұмыс істеу принципі тұрақты магнит (1) пен
айналып тұратын жақтауша ораманың (2) магнит өрістерінің өзара әсерлесуіне
негізделген (2.4-сурет). Орама оське (3) бекітілген, ал ось қатты тастан
жасалған ұяшықтарға (4) орнатылған. Жақтауша орамаға әсер ететін
айналдырушы момент серіппелердің (5) қарсы әсер моментімен теңестіріледі.
Аспаптың тілін (6) шкаланың (7) нөліне келтіріп қою үшін корректор (8)
қолданылады.

2.4-сурет.

Жақтаушамен тоқ жүрген кезде оның әрбір сымына әсер ететін ығыстырушы
күш

, (2.1)

мұндағы В – магнит өрісінің индукциясы; l – жақтауша сымының активті
ұзындығы; І – жақтаушаның тоғы.

Егер жақтауша ораманың орам саны w болса, онда жақтаушаны ығыстырушы
күш

. (2.2)
Жақтауша орама айналмалы оське орнатылғандықтан оның қарама қарсы
жатқан сымдарына әсер ететін қос күш айналдырушы момент тудырады:

, (2.3)

мұндағы b – жақтауша ораманың ені.

(2.2) өрнегінен күштің мәнін (2.3) өрнегіне қойса, онда айналдырушы
момент:

, (2.4)

мұндағы - жақтауша ораманың ауданы; жақтаушамен ілініскен
магнит ағыны.

Тұрақты магнит өрісі тудыратын жақтаушамен ілініскен магнит ағыны
тұрақты шама болатындықтан, (2.4) өрнегінен айналдырушы моменттің тоқтан
ғана тәуелді екендігі көрініп тұр.
Айналдырушы моменттің әсерінен жақтауша орама айналып, оған бекітілген
аспаптың тілін белгілі бір бұрышқа бұрады. Жақтаушаның бұрылуы айналдырушы
момент серіппелердің қарсы моментімен теңестірілген кезде тоқталады, яғни

, (2.5)

Серіппелердің қарсы әсер моменті олардың материалдарымен және
геометриялық өлшемдерімен анықталатын меншікті қарсы әсер моментіне (к)
және жақтаушаның бұрылу бұрышына () тәуелді болады:

. (2.6)

(2.4) және (2.6) өрнектерінен моменттердің мәндерін (2.5) теңдігіне
қойса, жақтаушаның бұрылу бұрышы

, (2.7)

мұндағы өлшеуіш аспаптың тоққа сезгіштігі деп аталатын тұрақты шама:

.
(2.7) өрнегінен магнит электрлік өлшеуіш аспаптың шкаласы бірқалыпты
болатындығы көрініп тұр.
Магнит электрлік аспаптар негізінен тұрақты тоқ тізбегінде кернеуді,
тоқты және кедергілерді өлшеу үшін қолданылады.
Магнит электрлік жүйедегі аспаптар артықшылығына: сезгіштігінің
жоғарылығын, (өздік магнит өрісі жоғары болғандықтан, аз тоқтарды өлшеудің
өзінде едәуір айналдырушы моментті алуға болады); дәлдігі жоғарылығын,
элементтердің тұрақтылығы жоғарылығын, сыртқы өрістердің әсері аз
болғандықтан дәлдік класы 0,05 дейінгі аспаптарды шығаруға мүмкіндігін;
шкаласы бір қалыптылығын; қуатты аз тұтынатындығын жатқызуға болады.
Кемшілігіне: конструкциясы қымбат, әрі күрделілігін; жүктемелік
қабілеттілігі жоғары еместігін; тек тұрақты тоқ тізбектерінде ғана
қолданылатындығын жатқызады.
Бір фазалы екі жарты периодты көпірлі түзеткішті пайдаланып, магнит
электрлік аспаппен айнымалы тоқ тізбегінің кернеуі мен тоғын да өлшеуге
болады (2.5, а-сурет). Мұндай түзеткішті өлшеуіш аспаптардың шкаласы
электрлік шамалардың әрекеттік мәндерімен өлшемденеді. Әдетте күзеткішті
магнит электрлік аспаптар мультиметрлерде қолданылады. Мультиметр деп
бірнеше электрлік шамаларды өлшеуге арналған құралды атайды.

2.5-сурет.

Термотүрлендіргіштермен жабдықталған магнит электрлік аспаптар (2.5, б-
сурет) бейсинусоидалы емес тоқтар мен жоғары жиілікті тоқтарды өлшеуге
мүмкіндік береді. Термотүрлендіргіш терможұптан және тоқ жүретін сымнан
тұрады. Терможұптың салқын ұштары магнит электрлік аспаппен жалғанған да,
ал жапсары тоқ жүретін сымға тиіп тұрады. Жапсардың қызуы Джоуль-Ленц заңы
бойынша тоқтың квадратына тура пропорционал болатындықтан, терможұпта пайда
болатын ЭҚК те тоқтың квадратына тура пропорционал болады. Ендеше
жақтаушаның бұрылуы да тоқтың ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.