Метрология

Метрологияның негізгі  міндеттерінің бірі - өлшеудің біртұтастығын қамтасыз ету негізі деп санауға болатын келесі екі шарт сақталған кезде ғана шешілуі мүмкін:

• бірыңғай заңдастырылған өлшеу нәтижелерін білдіру;
• берілген ықтимал шектен шықпайтын, рұқсат етілетін (соған дейін жол беруге болатын) қате жіберушілігін белгілеу.

Өлшенетін шаманың нақты  мәнін өлшеу нәтижеснің ауытқуы қате жіберушілік деп аталады. Өлшеудегі қате жіберушілік әдетте өлшеу құралдарындағы немесе нормативтік құжамттардағы техникалық құжамтамаларда келтіріледі.

Алайда, өлшеу бірлігі  қате жіберушіліктің сәйкес келуімен ғана қамтамасыз етілмейді. Сонымен бірге қате жіберушілік алға қойылған өлшеу мақсаттарына сәйкес берілген ауытқу шегінен аспайтындығы туралы айтылатын өлшеу сенімділігін де талап етеді.

Өлшеу дәлдігі қате жіберушіліктің нөлге жақындау дәрежесін, яғни өлшенетін шаманың нақты мәніне жақындау дәрежесін сипаттайды.

Өлшеудің бірлігі –  бұл рете олардың нәтижеелрі заңдастырылған бірліктермен  білдірілген, ал қате жіберушілік берілген ықтималдылықпен  белгілі және белгіленген шектерден шықпайтын өлшеудің жай-күйі.[2,78б.]

2.    ӨЛШЕУЛЕР ТЕОРИЯСЫНЫҢ НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕРІ

 

2.1 Өлшеу құралдарының түрлері

 

 

Өлшеу ақпараттар алу тәсілі бойынша  , өлшенетін шаманы өлшеу сипаты бойынша, өлшеу ақпараттарының саны бойынша, негізгі бірліктерге қатынасы бойынша ажыратылады.

Өлшеу ақпараттарын алу  тәсілі бойынша тікелей, жанама, жиынтық  және бірлескен болып бөлінеді.

Тікелей өлшеу – бұл  физикалық шаманы оның өлшемімен  тікелей салыстыру. Мысалы,, салмақты таразыда өлшеу, ұзындықты сызғыштың  көмегімен өлшеу.

Жанама өлшеу –  бұл ретте ізделіп отырған  шама мәні тікелей өлшеуге жататын  осы шама мен шамалар арасындағы белгілі негізінде табылатын  өлшем. Мысалы, салмақ және геометриялық өлшем бойынша дене тығыздығын табу.

Жиынтық өлшем

У бірнеше бірыңғай шамаларды бір мезгілде өлшеу нәтижелері бойынша құрылатын теңдеу жүйелерін шешумен байланысты кездеседі. Теңдеу жүйелерін шешу ізделіп отырған шаманы  есептеп шығаруға мүмкіндік береді.

Бірге өлшеу – бұл  олардың арасындағы тәуелдікті (қатыстылықты) анықтау үшін екі немесе одан да көп бірыңғай емес физикалық шамаларды өлшеу.

Жиынтық және бірге өлшеу  электротехникада жиі қолданылады.

Сипаты бойынша  өлшеу  процесіндегі өлшенетін  шаманы өлшеу  статистикалық , динамикалық және статистикалық  өлшеу болып бөлінеді.

Статистикалық өлшеу – өлшенетін шама іс жүзінде тұрақты болғанда  орын алады.

Динамикалық өлшеу - өлшеу процесінде қандай да бір өзгерісті бастан кешетін шамалармен  байланысты.

Статистикалық өлшеу – кездейсоқ процестердің, дыбыс белгілерінің , шу деңгейлерінің сипаттамаларын анықтаумен байланысты.

Бір реттік өлшеу – бұл бір шаманы бір рет өлшеу. Мұндай өлшеу түрін тәжірибеде қолдану әрқашанда үлкен қателіктер жіберумен байланысты кездеседі, сондфқтан да кем дегенде үш бір реттік өлшеу жүргізіп, орта арифметикалық мәні ретінде түпкі нәтижесін табу көзделеді.

Көп реттік өлшеу өлшенетін шамалардың өлшенетін көлемінің санын арттырумен сипатталады. Әдетте аталмыш жағдайдағы өлшейтін ең аз сан үшеуден асады.

Көп реттік өлшеудің артықшылығы - өлшеудегі қателіктер жіберуге кездейсоқ факторлар әсерінің маңызды түрде төмендеуінен тұрады.

Негізгі өлшем бірліктеріне қатынасы бойынша абсолютті және салыстырмалыға бөләнеді.

Бұл ретте бір негізгі  шаманы (кейде бірнеше) және физикалық константаны тікелей өлшеуді пайдалану абсолютті өлшеу деп аталады. Мәселен, Е=мс² формуласында масса (м) – тікелей өлшенуі мүмкін негізгі физикалық шама, ал жарық жылдамдығы (м) – физикалық константа.

Салыстырмалы өлшеу  өлшенетін шаманың бірыңғай, бірлік түрінде қолданылатын шамаға қатынасын белгілеуге негізделген.[3,139б.]

 

Түрлі шамаларды өлшеуге  арналған құралдар

Теплотехникалық құралдар қызметі, құрылымы және басқа да белгілері бойынша  бірнеше топқа бөлінеді. Көп таралған топтарға мыналар жатады:

- температураны өлшеуге арналған құралдар - термометр және пирометрлер

- қысымды өлшеу үшін - манометрлер, вакуумметрлер, мановакуумметрлер, тягомерлер,  напоромерлер  және барометрлер қолданылады.

- шығын мен мөлшерді өлшеуге расходомер, есептеуіш және таразылар;

- сұйық пен қиыршық деңгейін есептеу үшін деңгей өлшегіш және деңгей көрсеткіш;

- газ құрамын өлшеуге газоанализатор;

- су және бу сапасын өлшеуге кондуктометрлер және кислородомерлер  жатады.

 

Аталған құралдарды қосымша  басқаша да топтауға болады:

- қызметі бойынша - өндірістік (техникалық), лабораториялық, үлгілік және эталондық;

- көрсету сипаты бойынша - көрсеткіш, тіркегіш (өздігінен жазатын және басып шығаратын), интеграциялағыш;

- қолданыланатын сигналдарының формасы бойынша - аналогтық және цифрлық;

- әсер ету принципі бойынша - механикалық, электрлік, сұйықтық, химиялық, радиоизотопты және т.б.;

-   қолданылу сипаттамасы бойынша - шұғыл, есептік, есептеуіштік;

- орны бойынша - сол орындық және көрсетулерін дистанциялық беру құралдары;

- жұмыс жағдайы бойынша - стационар (щиттегі) және тасымалданатын;

- көлемі бойынша - ірі, шағын және миниатюрлы.

Әр құрылғы жоғарыда аталған  топтың бірнешеуіне жатуы мүмкін. Мысалға термометр өндірістік, өздігінен жазатын, электрлік және т.б. топтарға жатады.Өндірістік құрылғылар өлшеу құралдарының кең таралған түріне жатады. Олар практикалық мақсаттарға қолданылады, құрылымы қарапайым және мықты болып келеді, жаңылыссыз жұмыс істейді. Қолайсыз ортада (шаң, ылғал, вибрация т.б.) бұл құрылғылардың жұмыс дәлдігі қолайлы жағдаймен салыстырғанда айтарлықтай төмендейді.Өндірістік құрылғылардың көрсетуі қашықтықтан да көрініп тұрады. Лабораториялық құрылғылар негізінен дәл өлшеулер үшін қолданылады. Оларды зерттеу және реттеу жұмыстары кезінде қолданады. Өлшеу дәлдігі жоғары болу үшін лабораториялық құрылғылар орындаулары аса дәл, схемалары толық жетілдірілген көрсеткіштерін есептеуге мүмкіндік беретін арнайы тетіктері бар болып шығарылады. Бұл құрылғыларды қолдану кезінде олардың көрсетулеріне тәжірибе немесе есептеу жолымен алынған түзетулер енгізіледі. [14]

Эталондық және үлгілік құрылғылар негізінен өлшеу құралдарын тексеру  үшін қолданылады. Эталондық деп бірлік өлшемдерді сақтау және оларды аса дәлдікпен көрсету үшін қолданылады. Эталондар біріншілік және екіншілік деп бөлінеді. Біріншіліктері барынша дәлірек, олар мемлекеттік эталон қызметін атқарады. Екіншілік эталондардың мәндері біріншіліктер негізінде жүргізіледі. Екіншілік эталондар өлшемдер мәнін біріншілік өлшемдер мен құрылғыларға беру үшін қолданылады.

Үлгілік құрылғылар, бірліктердің дұрыс  мәнін өлшеу және градуирлеу арқылы эталондардан басқа құрылғыларға беру үшін қолданылады. Үлгілік құрылғылар төрт разрядты болады. Ол разрядтар ол құрылғылардың және өлшеу әдісінің дәлдігіне байланысты тағайындалады. Бірінші разрядты құрылғылар жұмысшы эталон арқылы, екінші разрядты бірінші разрядты арқылы арқылы, т.с.с тексеріледі. Біріншілік (мемлекеттік) және негізгі екіншілік эталондар метрологиялық институттарда жасалады және сақталады. Екіншілік эталондар мемстандарт институттарында, мекемелерінде қолданылуы мүмкін.

Өлшегіш құрылғылар өлшенетін шаманың  мәнін шкалада бірден көрсетеді. Тіркегіш құрылғылар ол мәннің өзгерісін  уақыт барысында жазып отырады. Ол диаграмма түрінде болуы мүмкін. Көрсетулерін цифрлық түрде де (баспа құралдар) шығаратын құралдар болады.

Өздігінен жазатын құрылғылар бір (бір нүктелік немесе бір каналдық) немесе бірнеше (көпнүктелік немесе көпканалдық) шамаларды жазуы мүмкін.

Интегралдық құрылғылар (есептеуіш немесе интегратор) өлшенетін шаманың уақыттың кез-келген аралығындағы мәнін суммалау үшін қолданылалады.

Өлшегіш құрылғылар біріккен, мысалға  көрсеткіш және өздігінен жазғыш, көрсеткіш және интегралдағыш т. б. болуы мүмкін.

Аналогтық құрылғылар өлшенетін шаманың мәнін үздіксіз функция түрінде береді. Оған мысалға стрелкалық, көрсеткіш және өздігінен жазатын құрылғылардың көпшілігі жатады.

Цифрлық құрылғыларда өлшенетін шама дискреттік сигнал түрінде көрсетіледі. Бұндай құрылғыларға цифрлық, есептеу, басып шығаратын және көптеген интегралдаушы құрылғылар жатады.

Есеп жүргізуге арналған, техникалық есептеу жұмыстарына және өзара  есептесуге арналған құрылғылар өздігінен  жазатын және интегралдайтын болуы  мүмкін.

Жергілікті құрылғылар өлшенетін жердің өзінде орнатылады. Олар көбіне жауаптылығы аса жоғары емес бақылаулар жүргізуге, агрегаттарды қосу және тоқтату кезіндегі өлшеулерге арналады.

Көрсетулерін басқару орталығына дистанциялық түрде беретін құрылғылар негізгі өндірістік құрылғыларға жатады. Олардың беру қашықтығы 300-500 метр де болуы мүмкін.

Өндірістік өлшегіш құрылғылар негізінен стационар, яғни щитокқа, қабырғаға, бағандарға т.б. орнатылады. Басқа құралдардың басым бөлігі (лабораториялық, үлігілік т.б.) тасымалданатын түрге ие, яғни өлшеу кезінде столға, қабырғаға т. б. орнатылады.

Өлшегіш құралдардың негізгі тетігі болып өлшегіш және есептегіш  құрылғылар табылады. Өлшегіш тетік  физикалық шаманы өзінің сезгіш бөлігі арқылы өлшейді, қажет жағдайда оны  күшейтеді. Өлшегіш құрылғының екінші бөлігі алынған мәнді көрсетеді, жазады, интегралдайды.

Өлшегіш құралдар сан түрлі және өлшенетін шаманың тегіне (қысым, температура және т.б.) және құрылғының қызмет әдісіне (механикалық, электрлік  және т.б.) байланысты болады. Көбіне құрылғы жылжымалы және жылжымайтын бөліктерден тұрады. Жылжымалы бөліктің қозғалысы өлшенетін шаманың сезімтал элементке әсерінен пайда болады.

Есептегіш бөлік құрылғының көрсету  сипатына байланысты мынадай болып  дайындалады: шкалалы және нұсқағыш (көрсеткіш құрылғылар), жазғыш тетігі бар және диаграммалық қағазбен қамтамасыз етілген (өздігінен жазатын құрылғылар), есептік құрылғылы (интегралдаушы құралдар).

Көрсеткіш құрылғы шкаласы көбіне жазық немесе цилиндрлік циферблатка  таңбаланған тізбекті қатардан құралады. Циферблат деп құрылғының бет жағы айтылады. Оған шкала, шартты таңбалар, анықтамалық жазбалар, өлшенетін шаманың сандық мәніне сәйкес келетін бөліктер салынады.

Циферблатка сандар және таңбалар салу шкаланы градуирлеу деп аталады. Шкаланың шама бірлігін көрсететін көршілес екі таңбасының арасындағы айырма шкаланың бірлік бөліктері деп аталады.

Кез-келген құрылғының маңызды көрсеткішіне оның S сезімталдығы жатады. Ол - шығыстық сигнал өсімшесінің кірістік сигнал өсімшесіне қатынасы болып табылады. Мысалға сырттан түсірілетін кернеу ∆U-ға өзгерген кезде өлшегіш стрелкасы ∆L-ға жылжыса, онда сезімталдық мына түрде анықталады. [11]

 S=∆L /∆U     (1)

 

 

2.2 Өлшеу құралдарын калибрлеу және тексеру

 

 

Өлшеу құралдарын тексеру – бұл белгіленген техникалық талаптарға өлшеу құралдарының сәйкестігін анықтау және бекіту мақсатында  Мемлекеттік метрологиялық қызмет органдары немесе соған өкілетті өзге органдар немесе ұйымдар орындайтын операциялардың жиынтығы. Мемлекеттік метрологиялық бақылауға және қадағалауға жататын өлшеу құралы өндірісте жасап шығарғанда немесе жөндеу өткізілген кезде, импорт бойынша әкелінген кезде және пайдаланган кезде тексеруге тартылады.[7]  Тексерілген өлшеу құралдарын ған жалдауға, сатуға және беруге рұқсат етіледі.

Мемлекеттік метрологиялық орагндарда қолданылатын; кәсіпорындар үлгі ретінде қолданатын; өндірістен үлгі нұсқаулық өлшеу құралы түрінде шығарылатын өлшеу құралдары; нәтижелері материалық құндылықтардың, отын және энергиялардың есебі үшін пайдаланылатын өлшеу құралдары; саудада өзара есеп айырысу кезінде қолданылатын өлшеу құралдары; табиғи ортаны қорғау, еңбек қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін қолданатын өлшеу құралдары; ұлттық және халықаралық спорт рекордтарын тіркеу үшін қолданатын өлшеу құралдары міндетті мемлекеттік тексеруден өтуге жатады.

Бұл тізбеге кірмеген өлшеу құралдарын ведомствалық метрологиялық  қызмет салалары тексеруі мүмкін. Егер кәсіпорынның өз тексеру қызметі болмаса, тексеруден өткізу құқығына  ие мемлекеттік метрологиялық қызмет органдарына  немесе ведомстваға қарайтын кәсіпорныға  өтініш білдіре алады.

Өлшек құралдары бастапқы, мерімді, кезектен тыс, инспекциялық және сараптамалық тексеруден өткізуге тартылады.

Бастапқы тексеру өлшеу  құралдарын өндірістен жасап шығарғанда немесе жөндеп шығарғанда, сондай-ақ импорттайтын өлшеу құралдары үшін  жүргізіледі. Бастапқы тексеруден өткізу орыны туралы мәселені елдің Мемстандарт органдары шешіді. Мемлекеттік бастапқы тексеруді өлшеу құралдарын шығаратын және жөндейтін кәсіпорныдардың бақылау-тексеру пунктерінде, оларды техникалық бақылау бөлімі қабылдап болғаннан кейін, мемлекеттік  метрологиялық қызмет органдары жүргізеді.