2 Ґлшеудіѕ дјлдік класы жјне ґќ ќателіктерініѕ тїрлері.

Өлшеу құралдарының дәлдік класы.

Дәлдік класс деп есептегіш құрылғылардың көрсеткішіне қатысты өлшеуші физикалық көлемнің мәні болатын шектерді бекітетін берілген типтегі өлшеу құралдарының жалпылама сипаттамасы болып табылады.

Дәлдік класы – өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамасы. Метрологиялық деп өлшеу нәтижесі мен оның сапасына әсер ететін өлшеу құралдарының техникалық сипаттамасын айтады. Әрине, мұндай сипаттамалар белгілі (қалыпты) мәнге ие болуы тиіс, әйтпесе өлшеу нәтижелері дұрыс емес болады. Нормалардың метрологиялық сипаттамаларға сәйкестігін тексеру тексеріс деп аталады.

Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамасы деп өлшеудің нәтижесі мен дәлдігіне әсер ететін олардың техникалық сипаттамаларын айтады.

Өлшеу сапасына әсер ететін факторлар.

Есепке алу (немесе шешім қабылдау) – негізгі өлшеу процедурасы. Сонымен қатар күрделі есептерді есепке алатын көптеген факторларға назар аудару қажет. Метрологиялық тәжірибеде жоғары дәлдіктегі өлшеулерді дайындау мен жүргізу кезінде мынадай әсерлер ескеріледі:

Өлшеу объектісі

Субъект (сарапшы)

Өлшеу тәсілі

Өлшеу құралы

Өлшеу шарты

Өлшеу объектісі жеткілікті түрде оқылған болуы тиіс. Өлшер алдында

міндетті түрде болашақта өлшеу ақпараттары түскен жағдайда өзгеріп нақтылана алатын зерттеуші объектінің моделін елестету қажет. Модель неғұрлым өлшеуші объектіге сәйкес келсе, соғұрлым өлшеуші эксперимент дәл болып табылады.

Спорт саласындағы өлшеулер үшін өлшеу объектісі – ең күрделі сәттердің бірі, себебі көптеген өзарабайланысты параметрлердің өлшеуші шамалардың үлкен жеке «шашумен» қайта жүзеге асыруын (оған биологиялық, «сыртқы» және «ішкі» географиялық, генетикалық, психологиялық, социалды экономикалық және басқа факторлар әсер етеді) көрсетеді.

Эксперт немесе экспериментатор өлшеу процесіне мүмкін болған жағдайда кішірейтілген субъективизм элементін енгізеді. Ол өлшеушінің біліктілігіне, оның психофизиологиялық жағдайына, өлшеу кезінде эгономикалық талаптарды сақтау және т.б. Өлшеуді жүргізуге арнайы дайындықтан өткен, сәйкес білімі практикалық тәжірибесі бар жақтар қатысады. Жауапты жағдайда олардың әс-әрекеті қатаң регламенттелген болуы тиіс.

Өлшеуші шамаларға өлшеу құралдарының әсерінен көптеген жағдайда әсерлі факторлар пайда болады. Электроөлшеуіш аспаптардың қосылуы электрлік шынжырларда ток пен кернеудің қайта бөлінуіне әкеп соғады, соған байланысты өлшеуші шамаларға әсерін тигізеді.

Әсер етуші факторлар қатарына өлшеу шарты да жатады. Мұнда қоршаған ортаның температурасы, ылғалдылық, атмосфералық қысым, электрлік және магниттік өріс, қоректенуші желідегі кернеу, діріл және т.б. жатады.

Әсер етуші факторлардың жалпы сипаттамасы әртүрлі көзқарас бойынша берілуі мүмкін: сыртқы және ішкі, кездейсоқ және кездейсоқ емес, соңғы; уақыт бойынша тұрақты және өзгермелі. Әсер етуші факторлар классификациясының нұсқаларының бірі төменде келтірілген.

Әсер етуші факторлар классификациясы:

Априорлы ақпарат сапасы мен саны

Объект моделінің адекватсіздігі

Өлшеу тәсілінің жетілмегендігі

Өлшеу құралдарының жетілмегендігі

Өлшеу құралдарының дұрыс бекітілмегендігі

Өлшеу құралының объектіге әсері

Климаттық

Электрлік және магниттік

Механикалық және акустикалық

Иондайтын сәулелену және т.б.

Кездейсоқ сыртқы жаңғырықтар мен ішкі сулар

Квалификация және тұлғаның психофизикалық жағдайы

Деректерді өңдеу алгоритмінің сапасы

Деректерді өңдеу құралдарының жетілмегендігі

Квалификация және тұлғаның психофизикалық жағдайы

Априорлы факторларға:

- Өлшеуші объект туралы ақпараттың өлшеу нәтижесінің сапасы мен санына әсері. Ол көп болған сайын, сапасы жоғары болған сайын – өлшеу нәтижесі де дәлірек болады. Априорлы ақпараттың жинақталуы – өлшеу нәтижесінің дәлдігін жоғарылататын жолдарының бірі;

- Белгілі фактілер әсері, модель объектіге дәлме дәл сәйкес келмейді;

- Өлшеу әдісінің негізінде жатқан теориялық қателердің әсері;

- Сапасыз дайындалған жетілмеген аспап немесе құралдарының әсері, сонымен қатар ұзақ эксплуатация нәтижесі. Аспаптарды көрсететін шкалалардың белгіленуі, мысалы өлшеуші мәнге дәлме дәл сәйкес келеді. Эксплуатация процесі кезінде материалдардың ескіруі, механизм және бұйымдардың тозуы, люфталар дамиды, саңылаулар, жабық метрологиялық бас тартулар болады (метрологиялық сипаттамалардың оларға бекітілген нормалар шегінен шығуы). Әрине, өлшеу нәтижесі осы факторларға тікелей байланысты.

Қателіктердің жіктелуі

Өлшеу құралдары мен нәтижелерінің сапасын, қателіктерін көрсете отырып, сипаттау қажет. “Қателік” деген ұғымды енгізу мыналар сияқты үш ұғымдарды анықтау және нақты шектеуді қажет етеді: өлшенетін физикалық шаманың шын және нақты мәні мен өлшеу нәтижесі. Физикалық шаманың шын мәні – берілген объектінің мөлшерлі түрдегі және сапасы жағынан қасиетін бейнелейтін идеалды мәні. Ол біздің сана сезімімізге тәуелді емес, идеалды шама болып табылады. Тәжірибеде бұл абстракталы ұғымды “ақиқат шама” деген шамамен алмастырған жөн. Физикалық шаманың нақты мәні – бұл тәжірибеден алынған және мақсатқа сай сол бір керекті шын мәнге жақын шама болып табылады.Өлшеу нәтижесі - өлшеу жолымен алынған шаманың шын мәнін өзінше жуықтап бағалау.

“Қателік” деген ұғым “өлшеу нәтижесінің қателігі” және “өлшеу құралдарының қателігі” деген түсініктемелерден тұратын метрологияның ең маңызды мәселесі. Өлшеу нәтижесінің қателігі – ол өлшеу нәтижесі Х пен өлшенетін шаманың ақиқат (немесе нақты) мәні Q арасындағы айырымы:

= X – Q (4.1)

Ол өлшенетін шама мәнінің анықталмау шегін көрсетеді.

Өлшем құралдарының түрлері

Метрологияның бірінші аксиомасы анық емес және терең ойлануды қажет етеді. Әдебиеттерде келтірілген сандық пікірлер дәлел бола алмайды, себебі кездейсоқ модельдерді қолданудан құралған, бірақ ақпарат теориясына негізделген ғылыми қадамның нақтылығы мен тереңдігін көрсетеді.

Априорлы ақпараттар негізі.

Өлшеу алды тәжірибесі – априорлы ақпараттың бірден-бір негізі. Ол нақты аспап көмегімен немесе осы типті аспаптарды сынау кезінде алынған өлшеулер нәтижелерінің сипаттамалары туралы жалпыланған мәліметтер болуы мүмкін. Соңғы жағайда априорлы ақпарат негізі өлшеу құралдарының дәлдік класы болып табылады.

Өлшеу құралдарының қателіктері – ол ӨЖ көрсеткіштері мен өлшенетін ФШ-ның айғақты (немесе нақты) мәндері арасындағы аралықты көрсетеді. Ол берілген құралдар арқылы жүргізілген өлшеу нәтижелерінің дәлділігін сипаттайды.

Бұл екі түсініктемелер бір-біріне едәуір жақын және бірдей белгілермен жіктеледі.

Әсер ету сипаты бойынша қателіктер кездейсоқ, жүйелі, прогрестенуші және дөрекі (қате жіберу) болып бөлінеді.

Қателіктердің жоғарыда келтірілген анықтамаларынан олар қандай-да бір құраушылардан тұратыны тиіс екенін байқалмайды. Қателіктерді құраушыларға бөлу олардың көрсетілу сипатына қарай өлшеу нәтижелерін өңдеу қолайлығы үшін енгізілген. Метрологияның құрылу процесінде қателік тұрақты шама емес екені байқалды. Қарапайым талдау жолымен оның бір бөлігі тұрақты шама ретінде көрсетілетіні, ал екіншісі – алдын ала болжанбай өзгереді. Бұл бөліктерді жүйелі және кездейсоқ қателіктер деп атайды.

Кездейсоқ қателік – қандай да бір ФШ-ны бірдей жағдайларда ұқыпты түрде қайталап өлшеу кезінде кездейсоқ түрде (таңбасы мен мәні бойынша) өзгеретінөлшеу нәтижелерінің бір құрамы болып табылады. Мұндай қателіктер пайда болған кезде ешқандай заңдылыққа жүгінбейді, ол бірдей шамаларды қайталап өлшеу нәтижесінің кейбір шашырандысы түрінде алынады. Кездейсоқ қателіктерден біз құтыла да, жоя да алмаймыз, олар әрқашан да өлшеу нәтижелерінде болады. Кездейсоқ қателіктер кездейсоқ процесстер мен математикалық статистика теориясы негізінде ғана бейнеленуі мүмкін.

Кездейсоқ қателіктердә жүйелі қателіктен айырмашылығы, оны өлшеу нәтижесінен түзету жолы арқылы жоя алмаймыз, бірақ оларды бақылау санын жоғарлату жолымен азайтуға болады. Сондықтан да нәтижені өлшенетін шаманың шын мәнінен минималды аз ғана ерекшеленетін түрде алу үшін, қажетті шаманы тәжірибеде берілген мәндерді математикалық тізбекті өңдеу арқылы көп ретті өлшеу керек.

Жүйелі қателік – бірдей ФШ-ны кайталап өлшеу кезінде тұрақты түрде қалатын немесе ережелерге сәйкес өзгеретін өлшеу нәтижелерінің құрамы болып табылады. Оның ерекшелігі - олар алдын ала болжанып, табылады және осыған байланысты құраушы түзетпелерді енгізе отырып, толығымен жойыла алады.

Прогрестенуші (дрейфтік) қателік – бұл уақыт бойынша жәй өзгеретін, алдын ала болжанылмайтын қателік. Прогрестенуші қателіктердің ерекше қасиеттері:

олар тек берілген уақытта ғана түзету арқылы көшіріле алады да, кейін алдын–ала болжанбай өзгере береді;•

прогрестенуші қателіктердің уақыт бойынша өзгеруі - тұрақсыз кездейсоқ прогресс, сондықтан да тұрақты кездейсоқ процесстердің жақсы өңделген терия негізінде тек белгілі ескертпелер арқылы беріледі.•

Прогрестенуші қателік – бұл қателіктердің уақыт бойынша өзгеруінің тұрақсыз кездейсоқ процессі үшін спецификалық ұғым, ол кездейсоқ және жүйелі қателік ұғымдарына келтіріле алмайды. Бұлар тек тұрақты кездейсоқ процесстер үшін ғана сипатты. Прогрестенуші қателік тұрақсыз кездейсоқ процесстің ағынды математикалық күтілуінің уақыт бойынша тұрақсыздығымен қатар, оның түрі мен дисперсиясының таралу заңдылығында уақыт бойынша өзгеруі салдарынан туу мүмкін.

Дөрекі қателік (қате жіберу) – бұл өлшеу қатарына кіретін жеке бақылау нәтижесінде алынатын кездейсоқ қателік, ол берілген шарттарда осы қатардың басқа нәтижелерінен лезде ерекшелене алады. Олар, ереже бойынша, оператордың қателігі немесе дұрыс емес әрекеттерінен (оның психофизиологиялық жағдайы, дұрыс есептемеуі, жазба немесе есептеуде кеткен қателіктер, аспаптарды дұрыс қоспауы немесе олардың жұмыс кезіндегі бөгеттер және т. б.) пайда болады. Қателіктің пайда болуының себебі өлшеу жүргізу жағдайының аз уақытта лезде өзгеруі болып табылады. Егер қателіктер өлшеу процесінде пайда болса, олардан тұратын нәтижелер алып тасталады.

Қателіктерді өрнектеу тәсілдері бойынша оларды абсолютті, қатысты және келтірілген деп бөледі.

Абсолютті қателік = 0,05 өлшеудің жоғарғы дәлдігіне сәйкес, Х = 1 мм кезінде – төменгіге сәйкес келеді. Сондықтан да қатысты қателік деген түсініктеме енгізілген.(3.1) формуласы бойынша жазылады және өлшенетін шаманың бірлігімен беріледі. Дегенмен, ол өлшеу дәлдігінің көрсеткіші ретінде бола алмайды, өйткені, мысалы, Х = 100 болған кезде Салыстырмалы қателік – абсолютті өлшеу қателігінің өлшенетін шаманың шын мәніне қатысы болып табылады:

/Q = (X - Q)/Q. (4.2) = 

Бұл өлшеу нәтижесінің берілген дәлділік сипаты ӨЖ қателіктерін мөлшерлеу үшін жарамайды, өйткені Q мәнін өзгерткен кезде Q = 0 кезіндегі шегіне шейін әртүрлі мәндерді қабылдайды. Осыған байланысты ӨЖ қателіктерін көрсету және мөлшерлеу үшін қателіктің тағы бір түрі – келтірілген қателік қолданылады.

Келтірілген қателік - ӨЖ-нің абсолютті қателігі барлық өлшеу аралығында немесе оның бір бөлігінде тұрақты болатын шартты түрде алынған QN мәніне жататын қатысты қателік:

/Q = N = (X - Q)/QN. (4.3)

Шартты түрде алынған QN мәнін мөлшерлеуші деп атайды. Көбінесе оның орнына берілген ӨЖ-нің жоғарғы өлшеу шегін алады, ол негізгі жағдайда “келтірілген қателік” ұғымының орнына пайдаланылады.

Пайда болу орнына байланысты қателіктерді аспапты, әдістемелі және субъективті деп ажыратады.

Аспапты қателік қолданылатын ӨЖ-нен туған. Кейде бұл қателікті аппаратты деп те атайды.

Өлшеудің әдістемелік қателігі мына жағдайлардан туады:

өлшеу объектісінің алынған моделі оның өлшеу жолымен анық-талған қасиетін барабар көрсететін модельден ерекшеленгенінен;•

ӨЖ-ні қолдану тәсілдерінің әсерінен. Бұл мысалы, кернеуді ішкі кедергінің соңғы мәні арқылы вольтметрмен өлшеу кезінде байқалады. Бұл жағдайда вольтметрді кернеу өлшейтін тізбек аймағына шунтирлейді, және ол вольтметр қосылғанға дейінгі мәнінен аз болады;•

өлшеу нәтижелерін есептейтін алгоритмдер (формулалар) әсері-нен;•

қолданатын өлшеу құралдарының қасиеттерімен байланысы жоқ басқа факторлар әсерінен.•

Әдістемелік қателіктің ерекше қасиеті, ол ӨЖ-де қолданылатын нормативті-техникалық құжаттамаларда көрсетілмейді, өйткені оларға тәуелді емес, олар әрбір нақты жағдайларда оператормен анықталады. Осыған байланысты оператор өзінің өлшейтін шамасын өлшеуге жататын шамалардан ажырата алуы тиіс.

Өлшеу міндеттері

Өлшеу – құрылымдық элементтердің толық тізбектерінің өзара әрекеттерінен тұратын күрделі процесс. Оларға: өлшеу есептері, өлшеу объектісі, өлшеу принциптері, әдістері, құрылғылары мен олардың модельдері, өлшеу шарттары, өлшеу субъектілері, өлшеу нәтижелері мен қателіктері кіреді.

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 объектісі – нақты физикалық объект, онық қасиеті бір немесе бірнеше өлшенетін физикалық шамалармен сипатталады. Оның көптеген қасиеттері бар және басқа объектілермен көпжақты және күрделі байланыста болады. Өлшеу субъектісі – адам объектіні толығымен, оның қасиеттері мен байланыстарын барлық жағынан өзіне елестете алмайды. Осыған орай субъектінің объектімен өзара байланысы объектінің математикалық моделі негізінде ғана бола алады.

1.5.3. Өлшеу принциптері мен әдістері

Өлшеу ақпараттары, яғни өлшенетін ФШ-ның мәндері жөніндегі ақпараттар, өлшеу сигналдарында болады. Өлшеу сигналы – ол өлшенетін ФШ туралы мөлшерлі ақпараттардан тұратын сигнал. Ол шығыс ӨЖ-нің кірісіне кіреді де, адамның (өлшеу субъектісі) тікелей қабылдап алуына қолайлы, не тізбекті өңделу мен берілуге қолайлы сигналға түрленеді. Өлшеу субъектісі өлшеу принциптерін, әдістерін және өлшеу құралдарын таңдап алуды жүзеге асырады.

Өлшеу принципі - өлшеу негізделген физикалық принциптердің жиынтығы, мысалы электрлік кернеуді өлшеу үшін Джозефсон эффектісін, жылдамдықты өлшеу үшін Доплер эффектісін пайдалану керек.