Қазақстан республикасының бiлiм жәНЕ

Әрбір өлшеудің бастапқы элементі болып оның міндеті (мақсаты) жатады. Кез-келген өлшеудің міндеті таңдап алынған (өлшенетін) ФШ-ның мәнін берілген шартта қажетті дәлдікте алу болып табылады. Өлшеу есебінің қойылымын өлшеу субъектісі – адам жүзеге асырады. Есептің қойылымы кезінде өлшеу объектісі нақтыланады, онда өлшенетін ФШ белгіленіп, қажетті өлшеу қателігі анықталады (беріледі).

Өлшеу әдістерін әртүрлі белгілері бойынша жіктеуге болады.

Ең жетілген түрі болып өлшеу принциптері мен өлшеу құралдарын пайдалану жолдарының жиынтығы бойынша жіктелуі жатады. Бұл жіктеме бойынша тікелей бағалау әдісі және салыстыру әдістері болып бөлінеді.

Тікелей бағалау әдісінің мәні - өлшенетін шаманың мәнін алдын-ала өлшенетін шама бірліктері немесе басқа шамалар бірліктерінде тексеріп өлшенген бір (тура өлшеу) немесе тәуелді болатын бірнеше (жанама өлшеу) өлшеу құралдарының көрсеткіштері бойынша бағаланады. Бұл кеңінен тараған өлшеу әдісі. Оны көптеген өлшеу құралдары пайдаланады.

Тікелей бағалау әдісінің қарапайым мысалы болып кернеу-ді магнитті электрлі жүйеде электромагнитті вольтметрмен немесе импульсті тізбектегі жиілікті электрлі-санағыш жиілікөлшегіште пайдаланылатын дискретті санау әдісімен өлшеу жатады.

Екінші топты салыстыру әдістері құрайды: диффренциал-ды, нольдік, үйлесу, салыстыру. Оларға өлшенетін шама өлшем арқылы өзгертілген шамалармен салыстырылатын барлық әдістер жатады. Сәйкесінше, осы салыстыру әдістерінің ерекше айырмашылығы болып өлшемнің өлшеу процесінде тікелей қатысуы жатады.

Дифференциалды әдісте Х өлшенетін шамасы өлшем арқылы алынған Х_М шамасымен тікелей немесе жанама түрде салыстырылады. Х шамасының мәнін Х = X – X_M өлшеу аспабының аралығы және өлшем арқылы алынған Х_М белгілі шама бойынша табады. Осыдан Х = X_M + Х шығады. Дифференциалды әдісте өлшенетін шама толық теңестірілмейді. Ол өзіне бағалау әдісінің бір бөлек белгілерін үйлестіріп, өлшенетін шама мен өлшем арқылы алынған шамалар бір-бірінен азғана ерекшеленген жағдайда ғана дәл өлшеу нәтижесін бере алады.

Дифференциалды әдістің мысалы болып біріншісі орасан дәлдікпен алынған, ал екіншісі белгісіз шаманы беретін екі кернеулердің айырымын вольтметрмен өлшеу жатады.

Нөльдік әдіске мысал болып бір иығында өлшенетін жүк, ал екінші иығында – эталонды жүк болған кезде таразыдағы жүкті өлшеу жатады. Екінші мысал – кедергіні теңестірілген көпір арқылы өлшеу.

Орын басу әдісінің мысалы – жоғары электрлі активті кедергіні бақыланатын және үлгілі резисторлар арқылы ағып өтетін ток күшін кезектеп өлшеу жолы арқылы өлшеу. Өлшеу кезінде тізбектің қоректенуі тұрқты токтың сол бір ғана қорек көзі арқылы жүзеге асуы тиіс. Ток күші мен өлшеу аспабы – амперметрдің шығысындағы кернеуі өлшенетін кедергілермен салыстырғанда аз болуы тиіс.

1.Қолданушы интерфейсін жобалау алгоритмі

2.Қолданушы интерфейстерін құралдық түрде жетілдіру қалай жүзеге асады?

Ұсынылатын әдебиет:

1. Основы метрологии и электрических измерений. Учебник для вузов /Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др., под ред. Е.М. Душина. – 6-е изд. – Л.: Энергоатомиздат, 1987.

2. 
   Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. Учебное пособие для вузов. – М.: «Логос», 2002.
   

1. 
   Өлшеу аспабының жалпы құрылымдық сұлбасы
   
2. 
   Өлшеу аспаптарының жіктелуі
   
3. 
   Өлшеу жабдықтарының метрологиялық және метрологиялық емес сипаттамалары
   

7.1 Өлшеу аспабының жалпы құрылымдық сұлбасы

Кешенді өлшеу құралдары барлық өлшеу процедураларын тарату үшін арналған. Өлшеу процесіндегі ролі мен орындайтын функциялары бойынша жіктелуіне сәйкес, оларға өлшеу аспаптары мен қондырғылары, өлшеу жүйелері мен өлшеп-есептеу кешендері жатады.

Бұл дәрісте өлшеу аспаптары мен қондырғыларын қарастырамыз.



Өлшеу аспаптары - өлшенетін физикалық шаманың мәнін оның өзгеру аралығы мен бақылаушыға тікелей қабылданатын өлшеу ақпараттарының сигналын өңдеу кезінде алу үшін арналған өлшеу құралы.

Өлшеу аспабының жалпы құрылымдық сұлбасы. Өлшеу құралының берілген тобы көптеген аспаптардан тұрады, олар өлшенетін шамаларымен, пайдалану аймақтарымен, техникалық сипаттамаларымен, әрекет принциптерімен, қолданылатын элементі негізімен және басқа ерекшеліктерімен ажыратылады. Сонда да бұл аспаптардың кейбір ортақ қасиеттері бар. Өлшеу аспаптарының жалпы құрылымдық сұлбасы 1.6.1-суретте көрсетілген.

Түрлендіру құрылғысының шығысында параметрлері санағыш құрылғысының кіріс сипаттамаларына сәйкес келетін сигнал пайда болады.

 көрсетуші, өлшенетін шаманың көрсеткішін ғана санайды, мысалы тілшелі немесе сандық вольтметр;

 тіркеуші, көрсеткіштердің осы немесе басқа ақпараттарды сақтаушыда тіркелуін алдын ала қарастырады, мысалы қағаз лентасында. Тіркеме аналогты немесе санды түрде болуы мүмкін. Оларды өзінше жазатын және жазып шығарушы деп ажыратады.

Өлшенетін шаманы түрлендіру әдістеріне байланысты аспаптарды тура, компенсациялы (теңестірілген) және аралас түрлендіргіштер деп бөледі.

Тағайындалуына байланысты өлшеу аспаптары амперметрлер, вольтметрлер, омметрлер, термометрлер, гигрометрлер және т.б. болып бөлінеді.

Қолданылатын өлшеу сигналдарын түрлендіру түріне байланысты аспаптар аналогты және сандық болып жіктеледі.

Аналогты аспаптар – бұл көрсеткіштері мен шығыс сигналдары өлшенетін шаманың өзгеру функциясында үздіксіз болып келетін аспаптар. Сызықты аналогты және өлшеу аспаптарының идеалданған түрлендіру теңдеуі мына түрде болады

Y = KX,

мұндағы Х - өлшенетін шама; Y, К – аспаптың сәйкес түрлендіру көрсеткіші мен коэффициенті. Көптеген өлшеу аспаптары сызықты болатынын айта кеткен жөн.

Қандай да бір бұйымды сынауға арналған өлшеу қондыр-ғысын сынақ қабырғасы (мысалы, электрлі материалдардың үлесті кедергісін өлшеу үшін, магнитті материалдарды сынау үшін) деп атайды.

ӨЖ-ні салыстырып тексеру үшін арналған эталондармен қосылған өлшеу қондырғысын салыстырып тексеру қондыры-ғысы (мысалы, вольтметрлерді салыстырып тексеру қондырғысы) деп атайды. Негізінде машинажасауда қолданылатын кейбір үлкен өлшеу қондырғыларды өлшеу машиналары (мысалы, күш өлшейтін машина, бөлгіш машина) деп те атайды.
7.3. Өлшеу жабдықтарының метрологиялық және метрологиялық емес сипаттамалары
Өлшеу жабдықтарын бір-бірімен салыстыруға мүмкіндік беретін олардың кейбір ортақ қасиеттері метрологиялық сипаттамалары деп аталады, оларға мыналарды жатқызуға болады:

1. Сезімталдылық - сезімталдық дегеніміз, шығыс сигналы өсімшесінің кіріс сигналы өсімшесіне қатынасы яғни:

2. Өлшеу аралығы - өлшеу жабдықтарының жіберетін қателігінің шамасы мөлшерленген өлшеу жүргізу аралығы.

Метрологиялық емес сипаттамалар

Материалдық емес сипаттамаға сенімділік көрсеткіші, электрлік беріктілігі (изоляция беріктілігі), климаттық, механикалық әсерлерге беріктілігі жатады.

Қазіргі өндірістердің күрделенуі мен ғылыми зерттеулер-дің дамуы жүздеген және мыңдаған физикалық шамаларды бірмезгілде өлшеу мен бақылау қажеттілігіне алып келді. Адамның үлкен көлемдегі ақпараттарды қабылдап алу мен өңдеу мүмкіншіліктеріне табиғи физиологиялық шектеулері өлшеу жүйелері сияқты осындай ӨЖ тудырудың бір себебі болды. Өлшеу жүйелері – бұл берілген объектіге автоматты басқару жүйесінде автоматты өңдеуге, беруге және (немесе) қолдану үшін қолайлы түрдегі физикалық шамалар жөніндегі өлшеу ақпараттарының сигналын өңдеу үшін арналған байланыс каналдарымен бір-бірімен байланысқан өлшеу құралдары, есептеу техника құралдары және көмекші қондырғыларының функционалды түрде біріккен жиынтығы. Оларға мысал болып күрделі өнеркәсіптерде дамыған және қандай да бір бұйымды өндірудің технологиялқ процесін бақылауға арналған жүйелер жатады, мысалы болат, электрэнергия және т.б. өндірістері.

Ең маңызды түрі болып ақпаратты-өлшеу жүйелері (АӨЖ) болып табылады, олар өлшеу ақпараттарын тұтынушыға қажетті етіп беруге арналған. Құру алгоритмдерін ұйымдастыру бойынша жүйелер мына түрге бөлінеді:

 жұмыстың алдын ала берілген алгоритмі бойынша, олар-дың құрылу ережелері өзгермейді, сондықтан олар тек тұрақты режимде жұмыс істейтін объектілерді зерттеу үшін қолданылады;

 программалаушы, олардың жұмыс алгоритмі зерттеу объектісінің құрылу шарттарына сәйкес құрылған берілген программа бойынша өзгереді;

 адаптивті, олардың жұмыс алгоритмдері, сонымен қатар құрылымдары өлшенетін шамалар мен объектінің жұмыс шарттарының өзгеруіне бейімделе отырып өзгереді.

Агрегатталған жүйелерді құру кезінде блоктардың бір-бірімен және сыртқы құрылғылармен қосылуы және бірігуі есептері шешілуі тиіс.

Бірігудің АӨЖ-не сәйкес бес түрі бар:

 өзіне компьютерлі тораптармен тікелей қосылған перифериялы құрылғылары бар компьютер;

 әтүрлі деңгейдегі алгоритм тілдерінде жазылған, өзара байланысқан программалардың өзінше жиынтығын беретін программалы қамтамасыздану;

 ӨЕК-нің техникалық құрылғысының компьютермен байланысын ұйымдастыратын интерфейс;

 өлшеу сигналдарын алу мақсатында өлшеу объектісіне әсер ететін сынау сигналдарын құрушы. Мұндай сигналдың әрқайсысы (мысалы, сурет-7.2, бұл І-нші сигнал) тізбектей қосылған ЦАП_і мен “кернеу – сынау сигналы” түрлендіргішінің (ПНИС_і) көмегімен өңделіп шығады;

 сигналдың берілген санын (К – бірінші ӨК үшін және L – ӨК-нің N-нші үшін) сандық кодқа түрлендіру үшін арналған өлшеу каналдары (ӨК). ӨК-нің құрылымы шешілетін есепке елеулі түрде тәуелді. Дегенмен тәжірибенің кез-келген жағдайында олардың әрқайсысы аналогты өлшеу (АӨТ) және аналогты-сандық (АСТ) түрлендіргіштерінен тұрады. Бірнеше өлшеу сигналдарын бір АСТ-пен өңдеу кезінде кешеннің құрамына сигналдарды АСТ кірісіне кезектеп қосу үшін арналған коммутатор қосылады. Коммутатор АӨТ-тен кейін де (ӨК1 сурет-7.2-де) және оның алдында да (N ӨК сурет- 7.2-де) қосыла алады.

АӨТ өлшеу сигналын АСТ-нің шығыс сигналымен біртекті сигналға (яғни кернеуге) түрлендіру және оны минималды қателігі бар аналогты-сандық түрлендіру операциясын жүргізуге қажетті деңгейге дейін маштабтау (күшейтумен әлсірету) үшін арналған. Бірнеше өлшеу сигналдары (сурет 7.2 ӨК1-дегі К сигналдар) болғанда АӨТ тәуелсіз тізбектей қосылған және масштабталған күшейткіштерді компьютермен басқаратын К алғашқы түрлендіргіштерінен тұрады. Егер де өлшеу сигналдары біртекті физикалық шамалар болып табылса және кезектеп таңдап алынынған (коммутаторланған) болса, онда ӨК-де тек бір ғана АӨТ пайдаланған жөн (сурет-7.2 - ӨК N). Ол өлшеу сигналының уақыт бойынша тізбектей түрлендіреді және сәйкесінше масштабтайды.

 алуан түрдегі басқарушы сигналдарды беруге;

 сандық ақпараттарды қажетті мекен-жайлары бойынша санау және беруге (“Берілген” мен “Мекен-жайы” сигналдары 7.2-суретте). “Мекен-жайы” деп ӨЕК-нің нақты блогына немесе оның бірбөлігіне қосылған және компьютерге интерфейс арқылы берілген құрылғыны бірмәнде теңестіруге мүмкіндік беретін тамаша сандық кодын түсінеміз.

Оператордың командасы бойынша ӨЕК-нің программалы қамтамасыздануында таралған сол немесе басқа жұмыс режимі таңдап алынады. Компьютер әрбір М сынау сигналдарының уақыт бойынша берілген өзгерісін беретін сандық кодты есептейді және сынау сигналдарын құрушының оперативті есте сақтау құрылғысына екілік санды код түрінде жазады (7.2-суретте көрсетілген). Одан бұл кодтар уақыт бойынша тізбектей САТ-тың әрқайсысының кірісіне циклді түрде түседі.

7.2 сурет. Өлшеп-есептеу түрлендіргішінің құрылымдық сұлбасы

Олардың шығысында пайда болған кернеулер ПНИС_i көмегімен өлшеу объектісіне әсер ететін қажетті физикалық шамаларға түрленеді.

Өзінше сынау әсерінің өлшеу бағасы болып табылатын өлшеу сигналдары өлшеу каналдарында екілік кодқа түрленеді де, компьютермен есептеледі. Алынған кодтар берілген алгоритмдер бойынша өңделеді де, нәтижеде ізделіп жатқан өлшеу ақпараты алынды.

1. 
   Басқарушы нысан деген не?
   
2. 
   Басқару контурын қалай анықтайды?
   
3. 
   Бастапқы мәндерді қалай дайындайды?
   

1. Основы метрологии и электрических измерений. Учебник для вузов /Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др., под ред. Е.М. Душина. – 6-е изд. – Л.: Энергоатомиздат, 1987.

2. 
   Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология. Учебное пособие для вузов. – М.: «Логос», 2002.
   

8.1. Электрлік шамаларды өлшегіш түрлендіргіштер

8.2. Өлшегіш аспаптардың өлшеу шектерін кеңейту

8.3. Айнымалы ток бойынша өлшеу шекті кеңейту

8.4 Айнымалы ток кернеуінің өлшеу шегін кеңейту
8.1. Электрлік шамаларды өлшегіш түрлендіргіштер
Барлық физикалық шамаларды өлшеу өлшегіш аспаптар көмегімен жүргізіледі.

Өлшеу жабдығы – өлшеу экспериментін жүргізуге қолданылатын техникалық сипаттамалары мөлшерленген техникалық құрылғы.

Функционалдық арналуына байланысты барлық өлшегіш аспаптар төмендегіше жіктеледі:

- өлшем – физикалық шаманың белгілі бір мәнін көрсетуге арналған өлшеу жабдығы;

- өлшеу түрлендіргіші – бақылаушы тікелей қабылдай ал-майтын, бірақ әрі қарай тсымалдауға, өңдеуге және сақтауға қолай-лы өлшеу ақпараты сигналын өңдіруге арналған өлшеу жабдығы;

- өлшегіш аспап – бақылаушы тікелей қабылдай алатын өлшеу информациясының сигналын өңдіретін өлшеу жабдығы;

- өлшеу ақпарат жүйелері және өлшеу құрылғылары - бақылауға, өңдеуге және объектілерді басқару үшін қолдануға ыңғайлы өлшеу информациясын өңдіру үшін бір-бірімен көмекші құрылғылар, байланыс каналдары арқылы жалғанған өлшеу жабдықтарының жиынтығы.
8.2. Өлшегіш аспаптардың өлшеу шектерін кеңейту
Тұрақты ток бойынша өлшеуді кеңейту

Шекті кеңейту магнитэлектрлік жүйенің өлшеу аспабына параллель қосылған мәні кіші кедергі (шунт) арқыры жүзеге асырады.

Шунт нақтылы ток және шунттағы нақтылы кернеу құлау -дермен сипатталады. Шунттар әр түрлі токтарға және кернеу құлауға шығарылады. Нақтылы ток (1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,5)-10ⁿ сандар қатарынан тандалыну керек (и - бірден үшке дейін бүтін сан). Шунттың нақтылы кернеу құлаулары = 10; 15; 30; 45; 50; 75; 100; 150 және 300 мВ (олардың ішінде ең кең тарағаны ишн =45; 75; 100 мВ). Шунттар аспаптардың ішіне (жекеменшікті) және сыртына (өзара алмастырылатын) құрастырылады. Шунттар мына теңдеу бойынша белгіленетін дәлдік кластарға бөлінеді:

(8.2.1)

мұнда: - дайындау кезінде болған шунттың нақты кедергісінің мәні.

Шунттарға белгіленген мынандай дәлдік кластар бар: 0,2; 0,05; 0,1: 0,2және О,5.

Сыртқы шунттарды калибрленген мәні Rc=0,035 Омға тең өлшеу аспапқа көмекші өткізгіш арқылы қосады.

Шунттардың түзілісі 1.7.2.1-суреттен түсінікті.



а- сыртқы өзара алмастырылатын; ә - ішкі және меншікті

8.2.1 сурет. Шунттар
Кедергі элементтің материалы ретінде мыс аяқтарға қысымдалған таспалық немесе сымдық манганин қолданады.

Құжаттарда шунттар мысалы, мынадай болып белгіленеді: 75ШП-0.3/0.75-0.2 (шунт тасымалды, 0,3 және 0,75 А екі шекке, класс дәлдігі - 0,2).

Ток I-ді өлшеуге берілген шектің шунттың кедергісі мына көрініс бойынша есептеледі:

(8.2.2)

мүнда: n - шунттау коэффициенті.

Мысалы, I_а = 0,2 мА және R_а = 900 Омға тең М260 амперметрдің өлшеу шегін I=200 мА дейін кеңейту үшін кедергісі R_ш =0,9 Ом-ға тең шунтты қолдану керек.

Бұл жағдайда аспаптың шкаласы - өлшеу шегі 200 мА бөліктенулі болу керек (яғни, бұл жағдайда шкалаға х10 деген таңба қойылу керек).

Шунттарды дайындауға қолданатын сымның диаметрі мына жағдайдан таңдалады:

(8.2.3)

мұнда: I- амперметр тізбегіндегі ток, d- сымның диаметрі, мм.

Мысалы. тоғы I= 200 мА = 0.2 А тең миллиамперметрдің шунты диаметрі мм тең сымнан жасалу керек.

Шунтты дайындалуға керекті сымның ұзындығы шамамен мына көріністен табылады:

мұнда: l - сымның ұзындығы, м, R_ш - шунттың кедергісі, Ом.

Кедергінің аяққы тыксырулы аспаптың бөліктенудігі кезінде жасалады. Ток өлшеуінің диапазонының кеңдігін қамтамасыздандыру үшін аспап бірнеше шекті болу керек.

Бұл шекті токтың әр түрлі мәндеріне есептелген бірнеше жұмылдыру шунттарды қолдану арқылы қамтамасыз етіледі.

Шкаланың ауыспалы коэффициенті N деп екі қатар тұрған өлшеу шектерінің шекті мәндерінің қатынасын атайды.

N = 10 кезде мысалы, шектері 1,10,100 және 1000 мА-ге тең бір шекке (1 мА) орындалған аспаптьң шкаласы, қалған шектерде басқа токтарды өлшеуге жеңіл ауыстыруға болады, ал ол үшін санауды 10, 100 және 1000-ға көбейту керек.

Өлшеудің дәлдігін жоғарылату үшін кейбір аспаптарда өлшеніп жатқан токтардың шекті мәндерін 1:5:20:100:500 сан қатарынан таңдайды.

Токты өлшеу үшін аспапты зерттеліп жатқан тізбекке тізбектеп қосады. Бұл тізбектің жалпы кедергісін үлкейтеді және ондағы токтың мәнін азайтады. Тізбектің жұмыс ережесіне аспаптың әсерін кеміту үшін аспаптың қосылатын нүктелер 1 және 2 (8.2-сурет) арасындағы сыртқы тізбектің R, кедергісіне қарай аспаптың ішкі кедергісі R_а аз болу керек.