Метрология және өлшеу

МЕТРОЛОГИЯ ЖӘНЕ ӨЛШЕУ

 

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

 ДҮНИЕНІ ТАНЫП  БІЛУДЕГІ ӨЛШЕУДІҢ РӨЛІ

Өлшеу техникасы мен ғылымның және өндірістің өзара байланысы

Метрологиялық қамтамасыздандыру  

Метрологиялық қамтамасыздандырудың ғылыми, техникалық және заңдық негіздері 

Физикалық шамалардың түрлері 

Өлшеу шкалалары 

Өлшеу ақпараты  

 Физикалық  шамалар мен олардың бірліктер  жүйесі  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 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.

 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.

ДҮНИЕНІ ТАНЫП  БІЛУДЕГІ ӨЛШЕУДІҢ РОЛІ

Өлшеу техникасы мен ғылымның және өндірістің өзара байланысы

Адамзат тарихы дамуының барлық кезеңдері өлшеуді қолданумен дамып келді және оны қолданумен сипатталады, өлшеусіз ғылым саласында бірде-бір жаңалық ашу мүмкін емес.

Кез-келген өнімді өндіру бірнеше өлшеулер жүргізу арқы-лы жасалынады. Өлшеу арқылы өнімнің сапасына, өлшем бірлік-теріне басқада қасиеттеріне қойылатын талаптар анықталады.

Өнімнің сапасының жетілуі  де өндіріс орнындағы өлшеу жұмыстарының қаншалықты жоғары деңгейде ұйымдастырылғанан көрсетеді.

Өлшеу техникасының дамуы  арқасында өлшеу нақтылығы жоғарлайды, ал ол өз кезегінде ғылым саласында  жаңадан жетістіктерге жетелейді. Мысалы микроскопты іс жүзіне енгізу микроорганизмдерді зерттеуге мүмкіндік берсе ол кейіннен микробиология ғылымының пайда болуына себеп болды. Көбінесе қандайда бір құбылыстарды зерттеу үшін неғұрлым жетілдірілген аппаратураның қажеттілігін туғызады. Сондай-ақ ғылымдағы жаңалықтар өлшеу техникасының жетіле түсуіне себеп болады немесе өлшеу техникасының жаңа түрінің пайда болуына себеп болады.

 Электрлік құбылыстарды  алғашқы зерттеуге деген ұмтылыстар  осы мақсатта пайдалануға қажетті  аспаптарға деген сұраныстар  туғызды. 1744 жылы М.И. Ломоносов  «электричество взвешено, быть может»  деген ой айтты және кейіннен  Г.В. Рихманмен бірігіп көрсеткіші және шкаласы бар электрөлшегіш аспап ойлап тапты.

Электр теориясының дамуына  байланысты жаңа заңдар ашылды және осы  заңдар негізінде өлшеудің жаңа әдістері ойлап табылды және өлшеу практикасы жетіле түсті.

 

 Өлшеу аспаптарының  алуан түрлілігі мен өлшеу  әдістерінің дамуы негізінде  ғылымның жаңа саласы - метрология – нақты өлшеулер туралы ғылымы пайда болды.

Негізгі анықтаулар мен түсініктер

Кез-келген ғылымдағы секілді  метрология ғылымында да қолданылатын терминдерді әркім өзінше түсіндіруге  болмайды. Метрология саласындағы терминологияны 16263-70 «ГСИ. Метрология. Термины и  определения» Мемлекеттік стандарты  белгілейді. Әрбір түсінік үшін анықтамасы берілген жалғыз стандартталған термин бекітіледі.

Метрология – өлшеу, өлшеу  әдістері мен жабдықтары, олардың  бірлігі және қажетті нақтылыққа жету жолдары туралы ғылым. Метрологиялық қамсыздандыру – өлшеудің белгілі бір нақтылығына қол жеткізуге қажетті техникалық жабдықтар мен ережелерді қолданудың ғылыми немесе ұйымдастырушылық негіздерін қалыптастыру.

Көрсетілім – есептеуге  сәйкес келетін физикалық шама.

Өлшеу принципі - өлшеу негізделген  физикалық құбылыстардың жиынтығы.

Өлшеу - белгілі бір физикалық шамамен оның өлшем бірлігі ретінде қабылданған мән арасындағы сандық қатынасты іс жүзінде анықтауға арналған ақпараттық процес.

Ақпарат - объект туралы алғашқы  белгісіз білімдерді азайтуға ықпал  жасайтын мәліметтер жиынтығы.

Өлшеу эксперименті – қандайда бір нақтылықпен өлшеу нәтижесін  анықтауға арналған, ғылыми тұрғыда  негізделген әдіс.

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

Cигнал – ақпараттың  материалдық тасымалдаушысы.

СИ – халықаралық бірліктер  жүйесі – SI (System International).

Өлшеу нақтылығы – өлшеу  нәтижесінің өлшенетін шаманың  ақиқат мәніне жуықтық дәрежесі.

 

 Бақылау – бақыланып  отырған объекті қасиеттерінің  неме-се сипатының белгілі бір  мөлшерге сәйкестігін анықтау  процессі.

 Өлшеу ақпаратын алу  үшін қолданылатын өлшеу жабдықтарын  жасау мен оларда дұрыс пайдалану  және бұл кезде пайда болатын  ғылыми сұрақтармен айналысатын  ғылым өлшеу техникасы деп  аталады. 

Өлшеу техникасының негізгі  бір бөлігі электрлік өлшеу техникасы  болып табылады. Электрлік өлшеу техникасы – электрлік өлшеу жабдықтарын (өлшеу ақпараты негізінен алғанда электр сигналдарының көмегімен тасымалданаты аспаптар) жасау, пайдалану және оларды ғылыми зерттеу мен байланысты адамдардың ғылыми - өндірістік қызметінің бір саласы.

Физикалық шамаларды электрлік  өлшеу аспаптарының көмегімен өлшеу  – электрлік өлшеу деп аталады.

 Өлшеу нәтижесі - өлшеу  жабдығы көмегімен эксперимент  арқылы алынған физикалық шаманың  өлшем бірлігі бар сан мәні.

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.