ДӘРІС САБАҚТАРЫНЫҢ ЖОСПАРЫ Тақырып: Өлшеу құрал - жабдықтарының жалпы сипаттамалары. Оларды классификациялау

ДӘРІС САБАҚТАРЫНЫҢ ЖОСПАРЫ

Тақырып: Өлшеу құрал - жабдықтарының жалпы сипаттамалары. Оларды классификациялау

Құралдардың анықтамасы. Оларды классификациялау принциптері: атқаратын міндеттері, жұмыс принципі, көркемдік ерекшеліктері (информациялық жүйе, қондырғы, өлшеу құралы) бойынша жіктелуі

Құралдардың сипаттамаларының бірі - олардың шектік өлшеу шамасы немесе өлшеу шегі болып табылады. Құралдың шектік өлшеу шамасы немесе өлшеу шегі деп, оның стрелка шкаланы бойлай торлып ауытқыған кездегі көрсететін шамасын айтады. Егер өлшенетін шама өлшеу шегінен артық болса, онда құралдың стрелкасы шкаладан шығып кетеді де, құрал істен шығады, сондықтан электр шамаларды өлшеу үшін құралды таңдап ала білу керек. Әуелі өлшенетін шаманың мәні шамамен анықтап, сонан кейін өлшеу шегі өлшенетін шаманың мәнінен артық болатын құралды пайдалану керек.

Құралдардың келесі сипаттамасы- құралдың шкала бөлігінің құны. Құралдың шкала бөлігінін құны дегеніміз стерлканың бір бөлікке ауытқуына сәкес келетін шама. Шкала бөлігінің құны мен өлшеу шегі өзара байланысты. Егер құралдың өлшеу шегі А₀, ал шкаланың бөліктер саны N₀ болса, онда шкала бөлігінің құны: . Құралдардың шкала бөлігінің құны өлшенетін шаманың мәнің анықтау қажет. Мысалы, егер өлшеу кезінгде құралдың стрелкасы n бөлікке ауытқыса онда өлшенген шама: А= Сn (1). Сондықтан құралдың көрсетуін алардан бұрын құнын анықтап, сосын барып құралдың көрсетуін (1) формуламен анықтау керек. Құралдың бөлігінің құнына кері шама құралдың сезгіштігі деп аталады. . Құралдың бөлігінің құны неғұрлым үлкен ,болса оның сезгішітігі соғұрлым аз болады. Олай болса, құралдың өлшеу шегі неғұрлым үлкен болса, оның өлшеу дәлдігі соғұрлым аз, сондықтан оны аз шамаларды өлшеуге пайдалануға болмайды.

Негізгі электр өлшеуіш құралдарының бірнеше өлшеу шегі болады. Құралдың қорабында, әрбір қосағы белгілі бір шектік өлшеуге сәйкес келетін бірнеше клеммалар немесе шектік өлшеулер шамасын ауыстырып отыратын арнайы жылжығыш болатын. 7 - суретте көп клеммалар вольтметрдің алдыңғы панелі көрсетілген.

№1- ортақ клемма, №2- клемма 3 В- қа, №3 клемма- 7,5 В- қа дейінгі және т.с.с. өлшеу шектеріне сәйкес келеді. Әрбір клеммада оның қандай шектік өлшеу шамасына сәйкес келетіні көрсетілген. 8 - суретте өлшеу шегі 0,25 А; 0,5 А және 1А- ге ауыстырылып қойылатын жылжығышы бар амперметр көрсетілген.

Электр өлшеуіш құралдардың келесі сипаттамасы – олардың дәлдік класы. Мемлекеттік стандарт бойынша электр өлшеуіш құралдар 7 класқа бөлінеді: 0,1; 0,2;0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0.

Құралдардың дәлдік класы оның процентпен алынған келтірілген салыстырмалы қатесін көрсетеді. Мысалы, дәлдік класы 0,1 болатын құралдың келтірілген салыстырмалы қатесін 0,1 %- ке тең. Келтірілген салыстырмалы қате деп-

құралдың абсалют қатесін оңай табуға болады. Егер құралдың дәлдік класы k, ал шектік өлшеу шамасы А₀ болса, онда шкаланың бас нүктесі ноль болып келетін құралдар үшін дәлдік класының анықтамасы бойынша * 100%.

Осыдан оның абсолют қатесі мынаған тең: ;Шкаланың түгел бойында абсолют қате бірдей болады. Өлшеудің салыстырмалы қатесі: . Ол шкаланың әр түрлі бөлігі үшін бірдей болмайды және әрқашан құралдың дәлдік класынан үлкен болады, себебі А< A₀,

k= ;

С=, құралдың сезгіштігінің кері шамасы оның бөлік құны деп аталады.

Құралдың бөлік бағасы құралдың төменгі және жоғарғы өлшеу шегіне және бөлік санына байланысты болады.Суретте шаласы 60 бөліктен, 0 ден 300 мА дейінгі ток күшін өлшеуге арналған амперметр көрсетілген.Осы құралдың бөлік құны =5А/бөлікл, сезгіштігі 0,2 бөлік/мА.

Әдетте өлшеу дәлдігі абсолюттік қаталіктің өлшенетін шаманың нақты мәніне қатынасымен анықталатын = салыстырмалы қателікпен сипатталады.

Электрөлшеуіш құралдарды, өлшеудің нақтылық дәрежесіне қарай,мемлекеттік стандарт бойынша жеті класқа бөлуге ұйғарған.Сонда әрбір нақтылы класс, құрал бетіндегі дөңгелек белгі ішінде көрсетілген санмен анықталады.

Сол нақтылы класс бойынша, өлшеуде болатын абсолюттік және салыстырмалы қаталардәң мәнін табуға болады.

Салыстырмалы қате нақтылығын құрал көрсеткен класс бойынша шама мен оның шекті мәнінің көбейтіндісін, құрал көрсетуіне бөлу арқылы анықталады.

Егер өлшем шегі 10А және нақтылы класс 1,5 амперметр ток шамасы 8А деп көрсетсе, онда осындағы өлшеудің салыстырмалы қатесі: = 1.5*10/8=1.9%.

Тақырып: Өлшеу құралдары, өлшеу әдістері. Сызықтық шамаларды өлшеу.

Негізгі сұрақтар: Эталондар, жұмыс- өлшеу құралдары. Нониуспен жабдықталған құралдар.Сызықтық және дөңгелек нониус. Нониус теориясы.

Тақырып: Өлшеу нәтижелерін өңдеу, эксперимент нәтижелірін өрнектеу. Тікелей өлшеу қаталіктерін анықтау ( есептеуіш техникаларымен)

Негізгі сұрақтар:Өлшеудің түрлері: тікелей және жанама өлшеулер.Стьюдент коэффициенті.Шамаларды өлшеудегі қателіктер. Қателіктерді классификациялау: жүйелік, кездейсоқ және дөрекі қателіктер.

Кез келген физикалық шаманы өлшеу дегеніміз оны өлшеу бірлігі ретінде қабылданған эталонмен салыстыру. Мысалы, ұзындық бірлігіне метр алынады. Ал екз келген бір кесіндінің ұзындығын өлшеу үшін біз сол кесіндінің бойына метр неше рет орналасатынын анықтаймыз.

Осындай таңдап алынған эталонмен салыстыру арқылы өлшеуді тікелей өлшеу дейді.

Өлшеуіш құралдар жеткілікті дәлдікпен жасалғанмен өлшеу кезінде қате кетуі мүмкін. Содықтан барлық өлшенген шамалардың абсолют дәл мәнін таптық деуге болмайды. Жүргізілген өлшеулердің мақсаты іздеп отырған шамалардың жуық мәндерін табумен қатар өлшеулер екзінде кеткен қателердің шамасын анықтап, оны есептей білу болып табылады.

Өлшеулердің қатесі негізінен систематикалық және кездейсоқтық болып бөлінеді. Систематикалық қателер бірдей өлшеулерді бірнеше рет қайталау кезінде бірқатар себептерден пайда болады.Систематикалық қате өлшеулер нәтижесіне сәйкес түзетулер енгізу арқылы есепке алынады. Ол үшін құралдарды мұқиат зерттеу керек.

Кездейсоқ қателер – пайда болуын алдын – ала ескеруге болмайтын қателер. Олар әр түрлі себептерден кетеді; Кездейсоқ қателердің әсерінен шаманың өлшенген мәні оның дәл мәнінен артық та, кем де болуы мүмкін. Өлшеуді бірнеше рет қайталау арқылы қателердің қорытынды өлшеу нәтижелеріне тигізетін әсерін азайтуға болады.

Кездейсоқ қатені анықтау үшін өлшеуді бірнеше рет қайталайды.Егер өлшеулер нәтижесі бірдей болмаса, онда кездейсоқ қателерді есептеу керек. Кездейсоқ қатені есептеу төмендегідей жолмен жүргізіледі. Біз Х шаманы n рет өлшеп, оның төмендегідей мәндерін таптық дейік

Х_{1, Х2,,}
Тақырып: Физикалық шамаларды өлшеу нәтижелерін өңдеуде ықтималдықтар теориясы және математикалық статистика әдістерін қолдану

Негізгі сұрақтар:Орташа мән,дисперсия.Ықтималдық.

Тақырып: Жанама өлшеулердің қаталіктері

Негізгі сұрақтар:

Тақырып: Датчиктер. Аз ығысуларды өлшеу құралдары

Негізгі сұрақтар:Датчиктердің түрлері

Тақырып: Акустикалық құралдар

Негізгі сұрақтар:Дыбыс көздері (крмертон, дыбыс зорайтқыштелефон) және дыбыс қабылдағыштар.

Тақырып: Периодты процестердің параметрлерін анықтау

Негізгі сұрақтар:

Тақырып: Молекулалық физиканың құралдары

Негізгі сұрақтар:Манометрлер, Насостар жұмыс принципі.Қыздырғыштыр мен суытқыштар, олардың сипаттамалары.

Вакуумдық техникадағы толық шағын қысымдарды өлшеу аспабы манометр деп аталады. Әдебиетте және практикада вакуумметр деген термин де қолданылады.

Көптеген манометрлер екі элементтен тұрады: датчик – сигналды түрлендіруші және өлшегіш блок.

Жұмыс істеу принципі бойынша манометрлерді мынадай кластарға бөлуге болады:

1. Сұйықтық манометрлер, онда өлшенетін қысым немесе қысымның әртүрлілігі сұйықтың бағанымен теңестіріледі (U – бейнелі манометрлер және олардың модификациясы).

2. Компрессиялық манометрлер, олардың әрекеті идеал газды изотермиялық сығымдау заңына негізделген (Мак-Леод манометрі).

3. Деформациялық манометрлер, сильфон, мембрана және с.с. сезімтал элементтер ретінде пайдаланылады. Сезімтал элементтің деформациялану шамасы қысым шамасы болады.

4. Жылу манометрлері, газдың қысымының жылу өткізгіштікке тәуелділігін пайдаланады. Олар термобулық және қарсыласу манометрлері деп бөлінеді.

5. Иондаушы манометрлер, онда қысым иондық ток мәні бойынша анықталады. Осы класс аспаптарының ірі тобы өз кезегінде мыналарға бөлінеді:

а) электроразрядтық, олардың қызмет ету принципі сұйытылған газдағы электр дәрежесінің өлшемі қысымға тәуелділігіне негізделген.

б) электронды иондаушы, онда газды иондау электр өрісімен жылдамдатылатын электрондар ағынымен жүзеге асырылады.

Манометрлердің бүкіл тобын сондай-ақ тікелей және жанама әсер ету аспаптарына да бөледі.

Тікелей әсер ету манометрі газ қысымын тікелей өлшейтін аспаптар болып табылады. Осы манометрлердің манометрлік қасиетін динамометрикалық аспаптармен градуировка арқылы алдын ала есептеуге немесе алуға болады. Тікелей әсер ету манометрлері қысымын есептеу газ құрамына және оның температурасына тәуелді емес. Бұл аспаптар 1Х10⁵–1,33 * 10^-3 Па диапазонын жабады, оның үстіне олардың салыстырмалы қате жіберушілігі қысымға қарағанда аз. Тікелей әсер ету манометрлеріне сұйықтықтық, компрессиялық және деформациялық манометрлер жатады.

Жанама әсер ету манометрі қысымның өзін емес, оның бірқатар функцияларын өлшейді, және әдетте, датчиктен (манометрлік түрлендіргіш) және радиотехникалық өлшеу блогынан тұрады. Жанама әсер ету манометрінде қысымды есептеу (шығыс сигналы) газ тегі мен оның температурасына байланысты.

Жанама әсер ету манометрлерінің шкалалары қысым бірлігінде немесе электр бірліктерінде калибрленген. Соңғы жағдайда аспапқа өткізбелі сатылы қисық қоса тіркеледі немесе оның сезімталдылығы келтіріледі. Сатылы қисық жанама әсер ету аспабын сатылау кезінде тікелей әсер ету манометрі бойынша құралады және турасын айтқанда, сатылаудың ұлғаймалы жағдайындағы шар үшін дұрыс.

1,33 * 10^-3 Па төмен қысымды өлшеу іс жүзінде жанама әсер ету аспаптарымен ғана мүмкін, өйткені осы қысым кезінде күш болмашы ғана. Сөйтіп күш түсіру ретінде қысым өз мәнін жояды. 1,33 * 10^-3 Па қысымынан төмен кезінде басқа параметр – N₁ молекулярлық концентрациясы нақтырақ көрінеді, көлем бірлігінде газ бөлшектерінің тығыздығы жанама әсер ету манометрімен өлшенеді.

Әртүрлі қысым бірліктері мен молекулярлық концентрация арасындағы қарым-қатынас 1-1 кестеде берілген.

Манометрлердің бірқатар типтерінің оқшаулау құрылғылары бар және қысымды өлшеуден басқа қандай да бір қысым бойынша технологиялық процестерді басқару үшін автоматтандырылған ваакумдық құрылғылар пайдаланылуы мүмкін.

Кең диапазонда және оқшаулауда қысымды өлшеуден басқа манометрлердің жекелеген типтері қысым сигналдарын өздігінен жазатын аспаптардың диаграммалық таспасында қысым сигналын жазуға мүмкіндік береді.

Жанама әсер ету манометрлерімен қысымды өлшеу кезінде есептелуі қиын факторларының әсері көп болғандықтан (газ құрамы мен оның температурасының өзгеруі, датчиктегі сорбциялау-десорбциялау процесстор және с.с.) есептеу нақтылығы жоғары емес. Қысымды өлшеудегі қателік өлшенетін шаманың 10-нан 60%-ке дейін тербеледі.

Сұйықтық U тәрізді манометрлер атомосфералықтан 1 Па-ға дейінгі диапазондағы абсолюттік қысымды өлшеуге қызмет етеді. Сұйықтық манометрлердің жұмыс істеу принципі жұмыс сұйықтық деңгейін U тәрізді трубканың сол және оң буынына ауыстыруға негізделген.

U тәрізді трубканың бір буыны вакуумдық жүйеге қосылады, оның қысымы басқа буындағы Р_В-ға тең, өлшеу процесінде басқа буында тұрақты Р_К салыстырмалы қысым сақталады. Сұйықтық бетінде әрекет ететін қысымның түсіп кетуі (Р_К – Р_В) манометр буындарындағы сұйықтық бағандарының әртүрлі биіктігінде гидростатикалық қысыммен теңестіріледі. Сұйықтық бағанының қысымы алаң бірлігіне жатқызылған оның салмағымен анықталады және баған биігтігіне және сұйықтық тығыздығына ғана тәуелді. Егер манометрдің бір ұшы атмосфералық ауамен жалғасса (ашық манометр), ал қысым әртүрлілігінің шамасы мынаған тең болады:

∆p = p_атм – pв = gph

мұндағы p_атм - атмосфералық қысым;

Сөйтіп, біз манометрдің көрсеткіші атмосфералық қысымға байланысты екендігін көреміз. Белгілі өлшеу сәтіндегі p_атм атмосфералық қысымы кезінде вакуумдық ортадағы абсолюттік қысымды өлшеуге болады

Егер манометрдің жұмыс сұйықтығы ретінде сынап алынса, онда

Мұндағы p_атм - атмосфералық қысым, мм рт. ст.,

Һ – сұйықтық деңгейінің әртүрлілігі, мм.

Немесе

Мұндағы p_атм – Па;

Һ – м-да.

Сөйтіп, вакуумдық жүйедегі қысымды ашық манометрмен өлшеу үшін атмосфералық қысымды (өлшеу кезінде) білу керек және одан сынап деңгейінің айырмашылығын алып тастау керек.

Дәнекерленген буынды манометрлер (жабық манометрлер 9-2 сурет) р_В вакуммдық жүйедегі және р_К манометрдің дәнекерленген буынындағы қысымды өлшейді.

U тәрізді жабық манометрлерде жұмыс сұйықтығы ретінде әдетте сынап пайдаланылады, ол манометрге құйылады. Сондықтан дәнекерленген буындағы р_К қысым деңгейінің биіктігіне қарамастан нөлге тең деп болжауға болады.

Айдау басталғанға дейін қысым құрылғыда атмосфералық р_В = p_атм тең болғанда мысалы, 10⁵Па (760 мм сынап ст.), сынап жабық буында А₁ және құрылғы тарапынан Б₁ жағдайды иемденеді. А₁ – Б₁ деңгейінің айырымы тік бағытта 760 мм құрауы тиіс, өйткені осылайша ғана қысымдағы айырма сынаптың екі деңгейі тарапынан теңестіріледі.

Вакуумдық көлемді айдау шамасына қарай Р_В қысымы онда азаяды және сынап деңгейінен қысым айырмасын теңестіру үшін шамалы деңгейлі айырма қажет етіледі, мысалы А₂ – Б₂.

Ақыр соңында, жеткілікті деңгейде төмен қысымға қол жеткізілгенде екі буындағы сынап деңгейі бірдей биіктікте болады, өйткені вакуумдық көлем тарапынан қысымға қол жеткізілген, іс жүзінде (манометрлердің осы типі үшін) жабық буындағы сынап деңгейінен қысымға тең.

Осылайша, U тәрізді манометрдің көмегімен Р_В қысымы вакуумдық жүйеде сынап деңгейінің айырмасын тікелей есептеу арқылы өлшенеді:

P = A – Б = h, мм сынап, ст.,

Немесе p = 1,33 * 10²һ, Па

Ток көзінің ролі өткізгіштерде электр өрісін тудыру және оның болып тұруын қамтамасыз ету болып табылады, оның әсерінен зарядталған бөлшектер орын ауыстырады, яғни электр тогы жүреді.

Студенттерге ең жалпы түрде ток көзінде болатын процестер жайында түсінік беру әбден мүмкін, сонда ғана оның ролі айқынырақ бола түседі. Кез- келген ток көзінде араларында тарту күштері әсер ететін оң және теріс зарядталған бөлшектерді бөлуге сәйкес жұмыс атқарылады. Бұл жұмысты табиғаты электрлік емес, тосын күштер (бұл терминді енгізу керек) деп аталатын күштер атқарады.

Ток көздерінің полюстері арасында электр өрісі туады. Полюстерді өзара металл өткізгішпен қосқанда, онда электр өрісі өткізгіште де пайда болады. Осы өрістің әсерінен өткізгіште бар еркін зарядталған бөлшектер — электрондар ток көзінің теріс полюсінен оң полюсіне қарай козғала бастайды, нәтижесінде өткізгіште электр тогы пайда болады.

Әрі қарай түрлі ток көздерін оқып үйренуге көшеді. Электрофор машинасы, термоэлемент және фотоэлемент жөнінде мағлұмат беру үшін айтылады да, олардың құрылысына тоқталмайды, бірақ демонстрациялап көрсетіледі. Фотоэлемент ретінде ең дұрысы жартылай өткізгішті фотоэлементті пайдаланған жөн. Термоэлементті темір мен константан сымнан данындауға болады. Қарастырылатын мәселеге оқушыларды қызықтыра түсу үшін фотоэлементтер ток көздері ретінде Жердің жасанды спутниктерінде радиостанциялардың жұмысын қамтамасыз етеді. Термоэлементтердің тағы да бір қолданылуымен олар электр термометрмен температураны өлшеу кезінде танысады, ал келешекте термоэлементтердің өндірістік энергия көздері ретінде қолданылуы ықтимал.

Химиялық энергия көздері анағүрлым толығырақ қарастырылады. Гальвани элементін демонстрациялау үшін әлдеқашан қолданудан калған Вольт элементін емес, мүсәтір немесе ас тұзының судағы ерітіндісіне батырылған мырыш пластинасы мен көмір таяқшасын қолданған ыңғайлырақ. Кернеуі 1 В осындай элементтен жанған лампы, Вольт элементінен жанғандағыға қарағанда жаман жанбайды. Егер мұғалімнің колында 1 В лампы болмаса, ал 3,5 В лампы нашар кызатын болса, онда екі элементті тізбектеп қосуға болады. Оқушыларға тек арнайы реактивтерді ғана емес, кәдімгі ас тұзын пайдалануға да болатындығы әсер қалдырады. Тәжірибені көрсете отырып, гальвани элементінде құрамы әр түрлі химиялық электродтардың болатынын, оның біреуі ерітіндімен әрекеттесе алатынын міндетті түрде айтып өту керек.

Әрі қарай аккумуляторды оқып үйренуге көшеді. Күкірт қышқылының 10 проценттік ерітіндісіне батырылған екі қорғасын пластинасынан жасалған «аккумуляторды» көрсетеді. Пластина қысқыштарына төменгі вольтты (1 В-қа арналған) лампыны қосып, оның жанбай тұрғандығына, ендеше, әзірге кұрастырылған аккумулятор ток көзі бола қоймағандығына көз жеткіземіз. Оны зарядтау керек. Зарядтаудың мәнісі аккумулятор арқылы электр тогын өткізу болып келеді, бұл жағдайда пластинканың химиялық құрамы өзгеріске түсетінін және уақытша болса да, оның химиялық элемент болып табылатынын түсіндіреді. Пластина кысқыштарын (реостат арқылы) тұрақты ток көзіне (мысалы, түзеткішке) шамалы уақытқа (2—3 мин) қосып кояды. Электродтарды ерітіндіден шығарып алып, олардың бірінің қоңыр түсті болғандығын көрсетеді де, қайтадан лампының ұштарына қосқанда, ол жанады. Әрі қарай аккумуляторды ток тізбегіне қосқанда пластинканың құрамы қайта орнына келеді де, аккумулятордың ток көзі болудан қалып, оны қайта зарядтау керектігін айтады. Химиялық құрамы басқаша.І жұмыс істеу принципі жағынан осындай аккумулятордың барын айтады. Оқушыларға сілтілі және қышқылды аккумуляторларды] демонстрациялап көрсетеді. Мектепте токқа байланысты жұмыс істелетін лабораториялық жұмыс жағдайы аккумулятормен істелсе, онда бұл жерде міндетті түрде аккумуляторды пайдаланудың ережелері жөнінде айта кету керек.

Аккумулятордың жұмыс істеу принципін электролизге арналған жиынтығының көмегімен көрсетуге болады.

Студенттер ток көзінің өткізгіштерде электр өрісін туғызатындығын, оның әсерінен өткізгіштердегі зарядталған еркін бөлшектердің (мысалы, металдардағы электрондардың) қозғалысқа келетіндігін айқын түрде елестете алу керек. Ток көздері әр түрлі болады, олардың қай-қайсысында болмасын энергияның әйтеуір бір түрі электр энергиясына айналады.

Электр тогының күшін амперметрмен (миллиампермен, микроампермен) арқылы өлшейді, оны тізбекке R кедергілі резистормен тізбектей жалғайды. Амперметр кедергісі тізбек кедергісінен көп есе кем болуға тиіс. Прибор өзі өлшейтін шамадан артық тоқ күшін өлшеу үшін, яғни боның өлшеу шегін арттыру үшін, амперметрге шунт R _ш қосады , суретте ол пунктирмен көрсетілген.

Кедергілердің параллель жалғауын өлшеу аспаптарында (20.1-сурет) шунт ретінде қолданады.

мұндағы - амперметрдің ішкі кедергісі.

Белгілі , және кедергілерінің мәндерін өзгерте отырып, гальванометр арқылы өтетін токтың мәні нольге тең болуына қол жеткізеді (). Сонда

Шунт деген – сым резистор, оны приборға параллель жалғайды. Сонда өлшенетін ток күштерінің қосынды сына тең болад ы. I_өлш шунт R _ш пен прибор арқы лы өтетін ток күштерінің қосынды сына тең болады

I= I_a + I_ш