1 тақырып Өлшеулер теориясының негізгі түсініктері

Туынды бірлікті анықтау үшін:

- оның бірліктері негізгіге қабылданатын, физикалық шаманы таңдау керек;

- осы бірліктердің өлшемін анықтау керек;

- шамаларды байланыстыратын теңдеуді таңдау керек;

- пропорционалдылық коэффициентін бірге (немесе басқа тұрақты санға) теңестіру керек.

Туынды бірліктер когерентті және когерентті емес болуы мүмкін.

Когерентті деп жүйенің басқа бірліктерімен онда сандық көбейткіш бірге тең болып қабылданған теңдеумен байланысқан, физикалық шаманың туынды бірлігі аталады.

Физикалық шама бірліктері жүйелік және жүйеден тыс деп бөлінеді. Жүйелік – қабылданған жүйелердің біреуіне кіретін, физикалық шама бірлігі. Барлық негізгі, туынды, еселік және үлестік бірліктер жүйелік болып табылады. Жүйеден тыс бірлік – қабылданған бірліктер жүйелерінің бір де біріне кірмейтін, физикалық шама бірлігі.

ӨЖ бірліктеріне қатысты жүйеден тыс бірліктерді 4 түрге бөледі:

- ӨЖ бірліктерімен тең рауалы (мысалы: масса бірлігі – тонна; жазық бұрыш – градус, минута, секунда; көлем – литр; уақыт – минута, сағат, тәулік; аудан – гектар және т.б.);

- арнайы облыстарда қолдануға рауалы (астрономиялық бірлік – парсек, жарықтық жыл; оптикалық күш бірлігі – диоптрия; физикадағы энергия бірлігі – электрон-вольт және т.б.);

- ӨЖ бірліктерімен тең қолданылуға уақытша рауалы (теңіз навигациясында – теңіздік миля; зергерлік істегі масса бірлігі - карат);

- қолданудан алынған (қысым бірлігі – сынап бағанының мм; қуат бірлігі – ат күші және т.б.).

Көбейткіш	Қосымша	Қосымшаның белгіленуі		Көбейткіш	Қосымша	Қосымшаның белгіленуі
		халықаралық	орысша			халықаралық	орысша
	экса	E	Э		деци	d	д
	пета	P	П		санти	c	с
	тера	T	Т		милли	m	м
	гига	G	Г		микро		мк
	мега	M	М		нано	n	н
	кило	k	к		пико	p	п
	гекто	h	г		фемто	f	ф
	дека	da	да		атто	a	а

ӨЖ бірліктері жүйесінің басқалардың алдында артықшылықтары:

- әмбебаптылығы, яғни ғылым мен техниканың барлық облыстарын қамтуы;

- өлшеудің барлық облыстары мен түрлерін бірыңғайлауы;

- шамалардың когеренттігі;

- бірліктерді жоғары дәлдікпен ұдайы өсіру мүмкіндігі;

- ауысымдық коэффициенттердің жоқтығына байланысты формулалар-дың жазылуын ықшамдауы;

- еселік және үлестік бірліктерді құрудың бірыңғай жүйесі;

- рауалы бірліктердің санын азайтуы.
Физикалық шама бірліктерін ұдайы өсіру және олардың мөлшерлерін беру. Өлшеулер бірлігі туралы ұғым

Өлшеулер жүргізу кезінде олардың бірлігін қамтамасыз ету қажет. Өлшеулер бірлігі - өлшеулер сапасының сипаттамасы, оның нәтижелері заңдастырылған бірліктермен өрнектеледі, олардың мөлшерлері белгіленген шекте ұдайы өсірілген шамалардың мөлшерлеріне тең, ал өлшеулер нәтижелерінің қателіктері берілген ықтималдықпен белгілі болады және белгіленген шектен шықпайды. Бірлік ғылым мен техникаға қажет, кез-келген дәлдік кезінде қамтамасыз етілу керек. Мемлекеттік деңгейде өлшеулер бірлігін қамтамасыз ету бойынша қызмет өлшеулер бірлігін қамтамасыз етудің Мемлекеттік жүйесінің стандарттарымен немесе метрологиялық қызмет органдарының нормативтік құжаттарымен регламенттеледі.

Бірлікті қамтамасыз ету үшін бірліктердің тепе-теңдігі қажет, оларда өлшеу құралдары градуирленген, оған физикалық шаманың белгіленген бірліктерін дәл ұдайы өсірумен және олардың мөлшерлерін қолданылатын өлшеу құралдарына берумен қол жеткізіледі.

Физикалық шаманың бірлігін ұдайы өсіру – мемлекеттік эталон немесе өлшеудің алғашқы үлгілік құралы арқылы ең жоғары дәлдікпен физикалық шама бірлігін материалдандыру бойынша операциялар жиынтығы.

Негізгі бірлікті ұдайы өсіру – бірліктің анықталуына сәйкес өлшемі бойынша белгіленген физикалық шама бірлігін ұдайы өсіру. Мемлекеттік бірінші реттік эталондардың көмегімен жүзеге асырылады.

Туынды бірлікті ұдайы өсіру – өлшенетін шамамен функционалды байланысқан, басқа шамаларды жанама өлшеу негізінде көрсетілген бірліктер-дегі физикалық шаманың мәндерін анықтау. (Мысалы: F=m*g механика теңдеуі негізінде Ньютон күші бірлігін ұдайы өсіру).

Бірлік өлшемін беру – бұл тексерілетін өлшеу құралымен сақталатын, физикалық шаманың өлшемін, оларды тексеру және калибрлеу кезінде жүзеге асырылатын, эталонмен ұдайы өсірілетін немесе сақталатын бірлік өлшеміне келтіру. Бірлік өлшемі “жоғарыдан – төмен қарай” – аса дәл өлшеу құралдарынан кемірек дәл өлшеу құралдарына беріледі.

Бірлікті сақтау – берілген өлшеу құралына тән, бірлік өлшемі уақытындағы өзгеріссіздікті қамтамасыз ететін, операциялар жиынтығы.

Физикалық шама бірліктерінің эталондары

Эталон – тексеру сұлбасы бойынша төменде тұрған оның өлшемін беру және бірлікті ұдайы өсіру және сақтау үшін тағайындалған, өлшеулер құралы (немесе ӨЖ кешені). Эталондардың жіктелуі, тағайындалуы және оларды құруға, сақтауға және қолдануға қойылатын жалпы талаптарды МСТ 8.057-80 «МӨЖ. Физикалық шама бірліктерінің эталондары. Негізгі ережелер» анықтайды.

Эталон өзара байланысқан үш қасиетті иелену керек: тұрақтылық, ұдайы өсушілік және салыстырмалылық.

Тұрақтылық – эталонның ұзақ уақыт бойында ұдайы өсіретін бірлігінің өлшемін тұрақты етіп ұстап тұратын қасиеті, бұл кезде сыртқы шарттарға тәуелді болатын барлық өзгерістер, дәл өлшеуге қол жетерлік шамалардың функциялары болу керек.

Ұдайы өсушілік – өлшеу техникасын дамытудың қолданылып жүрген деңгейі үшін ең аз қателігі бар физикалық шаманың бірліктерін ұдайы өсіру мүмкіндігі.

Салыстырмалылық – өлшеу техникасын дамыту деңгейі үшін ең жоғары дәлдікпен тексеру сұлбасы бойынша төмен тұрған басқа өлшеу құралдарының эталонымен салыстыруды қамтамасыз ету мүмкіндігі.

Эталондардың келесі түрлерін ажыратады:

- алғашқы реттік – бірлікті ең жоғары дәлдікпен ұдайы өсіруді және сақтауды қамтамасыз етеді. Бұл теңдессіз күрделі өлшеу кешендері, олар өлшеулер бірлігін қамтамасыз етудің мемлекеттік жүйесінің негізін құрайды;

- арнайы – бірлікті ерекше жағдайларда ұдайы өсіруді қамтамасыз етеді, оларда бірлік өлшемін алғашқы реттік эталоннан талап етілетін дәлдікпен тура беру жүзеге асырылмайды, және осы шарттар үшін алғашқы реттік эталон болып табылады;

- мемлекеттік – бұл ел үшін бастапқы ретінде басты метрологиялық органмен ресми бекітілген, алғашқы реттік немесе арнайы эталон. Оларды орталық ғылыми институттар құрайды, сақтайды және қолданады, оларды басқа елдердің мемлекеттік эталондарымен кезең сайын салыстырады;

- екінші реттік – сәйкес физикалық шаманың алғашқы реттік эталонымен салыстырумен алынған бірлік өлшемін сақтайды. Екінші реттік эталондар тексеру жұмыстарының қажеттілігі кезінде және мемлекеттік эталонның сақталуын және аз тозуын қамтамасыз ету үшін құрылады.

Метрологиялық тағайындалуы бойынша екінші реттік эталондар мына түрде бөлінеді:

- эталон-көшірме – бірлік өлшемін жұмыстық эталонмен беру үшін тағайындалған.

- эталон-салыстыру – қандай да бір себептер бойынша бір-бірімен тікелей салыстырыла алмайтын, эталондарды салыстыру үшін қолданылады;

- эталон-куәгер – мемлекеттік эталонның сақталғандығы мен тұрақтылы-ғын тексеру және бүлінген немесе жоғалған жағдайда оны ауыстыру үшін тағайындалған. Қазіргі уақытта тек килограмм эталонының ғана эталон-куәгері бар. Ол негізгі эталонның тұрақтылығын бақылау мүмкіндігін қамтамасыз етеді;

- жұмыстық эталон – бірлік өлшемін жұмыстық өлшеулер құралдарына беру үшін қолданылады. Ведомстволардың, министрліктердің зертханаларында және территориялық метрологиялық органдарда ең көп таралған.

Мемлекеттік алғашқы реттік және арнайы эталондардың қателіктері жоққа шығарылмаған жүйелі қателікпен, кездейсоқ қателікпен және тұрақсыздықпен сипатталады. Жоққа шығарылмаған жүйелі қателік оның шекараларымен сипатталады. Кездейсоқ қателік тәуелсіз өлшеулер санын көрсетіп, бірлікті ұдайы өсіру кезінде өлшеулер нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуымен (ОКА) анықталады. Тұрақсыздық белгілі уақыт аралығында эталонмен ұдайы өсірілетін немесе сақталатын, бірлік өлшемінің өзгерісімен беріледі. Эталондар қателіктерін өрнектеу тәсілдерін МСТ 8.381-80 «МӨЖ. Эталондар. Қателіктерді өрнектеу тәсілдері» анықтайды.

Екінші реттік эталондар қателіктерін бағалау олармен сақталатын бірліктер өлшемдерінің алғашқы реттік эталонмен ұдайы өсірілетін бірлік өлшемінен ауытқуымен сипатталады. Екінші реттік эталон үшін жиынтық қателік көрсетіледі.

Өлшемдерді эталондардан жұмыстық өлшемдер мен аспаптарға беру жұмыстық эталондардың көмегімен жүзеге асырылады, оларды үлгілі өлшеу құралдары деп атайды.

Жұмыстық эталондар тексеру сұлбасына сәйкес олардың қосымша бағыну тәртібін анықтайтын, 1, 2 және т.б. разрядтарға бөлінеді. Өлшеулердің әр түрлері үшін өлшеулердің берілген түрі үшін тексеру сұлбаларына арналған стандарттармен анықталатын, жұмыстық эталондар разрядтарының әр түрлі саны анықталады.

Физикалық шамалар бірліктерінің өлшемін дұрыс беруді қамтамасыз ету тексеру сұлбаларының көмегімен жүзеге асырылады. Тексеру сұлбасы – нормативтік құжат, ол бірлік өлшемін эталоннан әдістер мен қателіктерді көрсету арқылы жұмыстық өлшеу құралдарына беруге қатысатын, өлшеу құралдарының қосымша бағынуын анықтайтын, нормативтік құжат және МСТ 8.061-80 «МӨЖ. Тексеру сұлбалары. Мазмұны мен салынуы» стандартында анықталған тәртіпте бекітілген.

Тексеру сұлбалары қолданылу саласына байланысты мемлекеттік, мемлекет аралық және жергілікті болып бөлінеді.

Мемлекет аралық тексеру сұлбаларын өлшеулер бірлігін қамтамасыз етумен байланысты қызметте «Стандарттау, метрология және сертификаттау саласындағы келісілген саясатты жүргізу туралы» Келісімге қатысушы мемлекеттер, мемлекет аралық тексеру сұлбасына арналған құжатқа қайшы келмейтін елдің нормативтік құжатын әзірлеу жолымен қолданылады.

Мемлекеттік тексеру сұлбасы метрологиялық қызметтермен тексеруге жататын, барлық өлшеу құралдарына таралады.

Жергілікті тексеру сұлбасы метрологиялық қызметтің жеке органында тексеруге жататын, берілген физикалық шаманың өлшеу құралдарына таралады.

Жергілікті тексеру сұлбасын сызба түрінде ресімдейді, онда тексеру әдісін - овалдармен, ал эталондар мен өлшеу құралдарын тікбұрышты рамкаларда бейнелейді (3.1-сурет).

а) б) в) г)

өлшемді беру: а) 1-эталоннан 5-объектіге 3-әдіспен; б) 1-эталоннан 5 және 6-тексеру объектілеріне 3-әдіспен; в) 1-эталоннан 5-тексеру объектісіне 3 немесе 4-әдіспен; г) 1-эталоннан 5-тексеру объектісіне 3-әдіспен және 6-тексеру объектісіне 4-әдіспен.

Тексеру сұлбасы бір немесе бірнеше өзара байланысқан шамалар бірліктерінің өлшемін беруді анықтайды. Өлшеу ауқымдарымен, тексеру әдістерімен ерекшеленетін, сол және бір шаманы өлшеу құралдарына арналған, сондай-ақ бірнеше физикалық шамаларды өлшеу құралдарына арналған сұлбаны бөліктерге бөлуге рұқсат беріледі.

Тексеру сұлбасының сызбаларында мыналар көрсетілу керек:

- өлшеу құралдарының және тексеру әдістерінің атаулары;

- физикалық шамалардың номинал мәндері немесе олардың ауқымдары;

- өлшеу құралдары қателіктерінің рұқсат етілетін мәндері;

- тексеру әдістері қателіктерінің рұқсат етілетін мәндері.

Мемлекеттік тексеру сұлбасы сызбадан және мәтіндік бөліктен тұрады. Сызба бірінің астына бірі орналасқан және штрих сызықтармен бөлінген жолдардан тұру керек. Жолдардың атаулары болу керек:

«Мемлекеттік эталон» (егер екінші реттік жоқ болса);

«Мемлекеттік эталондар» (екінші реттік бар болғанда);

«Басқа тексеру сұлбаларынан алынған, жұмыстық эталондар»;

«i-ші разрядты жұмыстық эталондар»;

«Жұмыстық өлшеу құралдары».

Алғашқы реттік эталонның атауын олардың қосымша бағынуы тәртібінде көрсету керек.

Алғашқы реттік эталонның атауын қосарлы сызықпен жасалған, тікбұрышты рамкаға алады. Екінші реттік, жұмыстық эталондардың және өлшеу құралдарының атауларын жалғыз сызықты тікбұрышты рамкаға алады. Тексеру әдістерінің атауларын овалдарға алады, оларды жолдарды бөлетін штриз сызықтардың қиылысуында орналастырады.

Жұмыстық өлшеу құралдарын мүмкіндігінше қателіктердің өсу тәртібінде солдан оңға қарай орналастырады.

Элементтер өлшемдері бір жол шамасында бірдей болу керек.

Мәтіндік бөлік кіріспе бөлімнен және қосымша ақпараты бар тексеру сұлбасының элементтеріне түсіндірмелерден тұрады.

Тексеру – метрологиялық сипаттамаларды және олардың қойылған талаптарға сәйкестігін анықтау негізінде, өлшеу құралдарының қолдануға жарамдылығын анықтау операциясынегізгі .

Негізгі метрологиялық сипаттама – тексерілетін өлшеу құралын аса дәл жұмыстық эталонмен салыстырумен анықталатын қателік.

Мына тексерістерді ажыратады: мемлекеттік және ведомстволық; периодтық және тәуелсіз; кезектен тыс және инспекциялық; кешенді және басқа. Тексеру жүргізудің негізгі талаптары мен тәртібі ПР 50.2.006-96 «МӨЖ. Өлшеу құралдарын тексеру. Ұйымдастыру және жүргізу тәртібі» ережелерінде келтірілген.

Тексеруді метрологиялық қызметтер орындайды; қолдануға жарамды деп танылған өлшеу құралы, тексеру туралы куәлікпен, тексеру таңбасын салумен немесе нормативтік-техникалық құжаттарға сәйкес басқа тәсілдермен ресімделеді.

Шаралар мына жолмен тексерілуі мүмкін:

- компаратордың (салыстыратын өлшеу құралы) көмегімен аса дәл өлшеммен салыстыру, бұл қарама-қарсы қою немесе орын ауыстыру әдісімен жүзеге асырылады;

- өлшеммен ұдайы өсірілетін шаманы дәлдік класы сәйкес аспаптармен өлшеу. Бұл жағдайда тексеру көбінесе градуирлеу деп аталады. Градуирлеу –өлшеудің үлгілік құралының көрсеткіштеріне сәйкес келетін шкалаға белгілер салу; жинақтың тек бір ғана өлшемі аса дәл өлшеммен салыстырылғанда, ал басқа өлшемдердің мөлшерлері олардың аспаптарда өзара салыстырылуымен анықталғанда, калибрлеу.

Өлшеу аспаптарын тексеру мына әдістермен жүргізіледі:

- өлшенетін шамаларды және өлшемдермен ұдайы өсірілетін шамаларды тікелей салыстыру. Нәтижелердің ең үлкен айырмашылығы аспаптың негізгі қателігі болып табылады;

- сол және бір шаманы өлшеу кезінде тексерілетін және үлгілік аспаптың көрсеткіштерін тікелей салыстыру. Көрсеткіштер айырымы – тексерілетін өлшеу құралының абсолюттік қателігі.

Тексеру кезінде үлгілік және тексерілетін өлшеу құралдарының рауалы қателіктері арасындағы оңтайлы ара қатынасты таңдау болып табылады.

Бірқатар өлшеу облыстары үшін стандарттық үлгілерді қолдану перспективалы болып табылады.

Заттар мен материалдардың құрамы мен қасиеттерінің стандарттық үлгісі – бұл зат (материал) түріндегі өлшеулер құралы, оның құрамы немесе қасиеті аттестациямен анықталған. Стандарттық үлгілермен жұмыс істеу ережелерін МСТ 8.315-97 «МӨЖ. Заттар мен материалдардың құрамы мен қасиеттерінің стандарттық үлгілері. Негізгі ережелер» анықтайды.

Стандарттық үлгілер өлшеулердің бірлігін және талап етілетін дәлдігін қамтамасыз ету үшін тағайындалған:

- градуирлеу, өлшеу құралын метрологиялық аттестаттау және тексеру;

- өлшеуді орындау әдістемелерін метрологиялық аттестаттау;

- өлшеу дәлдігінің көрсеткіштерін бақылау;

- заттар мен материалдардың құрамын немесе қасиеттерін сипаттайтын, физикалық шамаларды салыстыру әдістерімен өлшеу.

Аттестатталатын сипаттаманың түріне байланысты стандарттық үлгілер (СҮ) ажыратады:

- құрамның стандарттық үлгілері – белгілі құрауыштардың (химиялық элементтер, олардың изотоптары және т.б.) құрамын сипаттайтын шамалардың мәндерін ұдайы өсіреді.

- қасиеттердің стандарттық үлгілері – құрамын сипаттайтын шамаларды қоспағанда, заттың физикалық, химиялық, техникалық немесе басқа қасиеттерін сипаттайтын шамалардың мәндерін ұдайы өсіреді.

Әрекет ету және қолдану саласына байланысты стандарттық үлгілер кәсіпорындардың мемлекеттік, салалық және стандарттық үлгілеріне бөлінеді.

Стандарттық үлгілер типтерге біріктіріледі. Тип – бұл үлгілерді біліктілік топтастыру, олардың анықтаушы белгілері одан олар жасалған, сол және бір зат және ол бойынша олар орындалған, бірыңғай құжаттама болып табылады.

Әрбір тип үшін оларды аттестаттау кезінде әрекет ету мерзімі белгіленеді (10 жылдан артық емес) және метрологиялық сипаттамалар анықталады.

Оларға мыналар жатады:

- аттестатталған мән – үлгімен ұдайы өсірілетін, оны аттестаттау кезінде белгіленген және қателігі көрсетіліп куәлікте келтірілген үлгінің аттестатталған сипаттамасының мәні;

- аттестатталған мәннің қателігі – үлгінің өлшеу кезінде пайдаланылатын бөлігімен ұдайы өсірілетін шаманың аттестатталған және ақиқат мәндері арасындағы айырым;

- біртектілік сипаттамасы – өлшеулер кезінде пайдаланылатын, оның әр түрлі бөліктерімен ұдайы өсірілетін шама мәнінің тұрақтылығымен өрнектелетін үлгі қасиетінің сипаттамасы;

- тұрақтылық сипаттамасы – сақтау мен қолданудың берілген шарттарын сақтау кезінде жарамдылық мерзімінің куәлігінде көрсетілген мәнді сақтау үлгісі қасиеттерінің сипаттамасы;

- әсер ету функциялары – үлгінің метрологиялық сипаттамаларының берілген қолдану шарттарындағы сыртқы әсер етуші шамалардың өзгеруіне тәуелділігі.

Стандарттық үлгілерді қолдану: өлшеу құралдарын өлшеу, сынау, бақылау, тексеру және градуирлеу әдістеріне арналған нормативтік-техникалық құжаттардың; өлшеулерді орындаудың аттестатталған әдістемелерінің; мемлекеттік және жергілікті тексеру сұлбаларының талаптарына сәйкес жүзеге асырылу керек.
СДЖ арналған бақылау тапсырмалары (3-тақырып) [7, 9]

1. СИ-дің қай негізгі бірлігіне алғашқы эталон жок?

2. СИ-дің негізгі бірлестіктерінің қай мемлекеттік алғашқы эталоны анықтауымен емес жасалынды, бұл тәжірбиеде жасалуы мүмкін емес?

3. Қай бірлік жүйесінде негізгі бірліктер болып килограмм, секунда, ампер табылады?

4. Не арқылы өлшеу бірлікті және қажетті дәлдікті қамтамасыз ету үшін стандартты үлгілер арналған?
Негізгі әдебиеттер тізімі
1. Шишкин И.Ф. Основы метрологии, стандартизации и контроля качества 1988 г.

2. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. М.: Изд-во стандартов, 1991.

3. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. 2002 г.

4. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. М.: Наука, 1988г.

5. Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц. М.: Изд-во стандартов, 1977г.

6. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978

7. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. М.: Изд-во стандартов, 1984.

8. Маркин Н.С. Основы теории обработки результатов измерений. М.: Изд-во стандартов,1991