2. Өқ түрлері және өқ метрологиялық қасиеттреі, қр өлшеу объектілері түрлері бойынша өқ жіктелуі.

Мөлшерленген метрологиялық қасиеттері бар қолданбалы техникалық құралдарды өлшеу құралдары дейміз. Техникалық өлшеу құралдары 3 негізгі топтарға бөлінеді:

1. Мөлшер – бұл берілген мөлшерлі физикалық шаманы қайталау жаңғырту үшін арналған өлшеу құралы (ӨҚ). Бірмәнді мөлшер – бір мөлшердің (кіртас) физикалық шамасын жаңғыртады. Көпмәнді мөлшер - әртүрлі мөлшерлі (сызғыш) біраттас шамалар қатарын жаңғыртады.

Стандарттық үлгі – бұл заттың қасиетін немесе құрамын сипаттаушы шама бірліктерін жаңғыртуға арналған мөлшер.

Үлгілі зат – бұл бекітілген арнайы құжатта көрсетілген дайындаудың шарттарын сақтау кезінде жаңғыртылатын белгілі қасиеттері бар зат.

2. Калибрлер - өздерімен өлшемдердің берілген шекараларында тетіктердің беттері мен формаларының өзара орналасуын бақылау мен табуға арналған құрылғыларды ұсынады.

3. Әмбебап ӨҚ кейбір диапазонда нақты өлшемді анықтайды, мұнымен олар өлшемнің берілген диапазонда жатуын ғана анықтай алатын калибрлерден ажыратылады, олар мына түрде болады:

- өлшегіш аспап - бұл өлшегіш ақпарат белгісін бақылаушымен тікелей қабылдауға қолайлы күйде өндіруші құрылғы;

- өлшегіш аспап – бұл өз араларында байланыс арналарымен біріккен мөлшерлер, өлшегіш аспаптар, өлшегіш түрлендіргіш және қосалқы құрылғылар - ӨҚ жиынтығы, автоматтандырылған өңдеу үшін ыңғайлы күйде өлшегіш ақпарат белгілерін өндіруге, оны автоматтық басқару жүйелерінде пайдалануға беруге арналған.

Кез келген әмбебап өлшегіш құрал тағайындалуымен, әрекет ету принципімен, құрылымының ерекшелігімен және метрологиялық сипаттамаларымен сипатталады.

Өлшеу және бақылау құралдарын таңдау (МЕСТ 14.306-73) стандартына сәйкес жүргізіледі.

Таңдау техникалық бақылау (ТБ) процесінің берілген көрсеткіштерін және бақылау процесін жүзеге асыруға кеткен шығындарын талдауды қамтамасыз етуде негізделеді. Міндетті тәртіпте өлшеудің дәлдігі, нақтылығы, еңбек сыйымдылығы, бақылау құны, қосымша қажетті параметрлер – көлем, толықтық, периодтық, бақылау ұзақтығы ескеріледі.

Өлшеу құралын таңдау кезінде бастапқы деректер - өнімділік, шақтамалы қателік, өлшеу шегі, өлшенетін тетіктің механикалық сипаттамалары (габариттер, салмақ, беттің қаттылығы, құрылымның қатаңдылығы, беттің кедір-бұдырлығы, бақыланатын беттің қолайлығы), пайдалану шарттары болып табылады. бақыланатын бұйымның үлкен партиялары кезінде автоматтық өлшеу құралдарын қолдану қажет. Бұл компьютермен бірлескен бақылау-өлшегіш аспаптары (БӨА).

Өлшеу және бақылау құралдарын жобалау принциптері

1. Тэйлор принципі. Пішін мөлшерлерінің алдын-ала жазылған шекті мәндерге сәйкестігін сенімді анықтау, өтпелі және өтпейтін шектерді (МЕСТ 45346-82) анықтау кезінде мүмкін. Кез келген бұйым шақтамалы ең үлкен және ең кіші өлшемдер бойынша кем дегенде 2 рет бақылануы керек.

2.Аббе принципі. Егер бақыланатын геометриялық элемент және салыстыру элементі бір сызықта - өлшеу сызығында сурет 1 жататын болса, өлшеудің ең кіші қателіктері туындайды. (А) сұлбасы (Б) сұлбасына қарағанда, өлшеудің кіші қателігіне ие.

Сурет 1. Аббе принципі

3.Инверсия принципі. Тетік - өңдеуге, бақылауға және пайдалануға қатысатын 3 процестер арасындағы мирасқорлыққа негізделген. Инверсия (айналдыру) принципі қателіктерді анықтау үшін өлшеу сұлбасы түрқалыптастырудың кинематикалық сұлбасына және бұйымның қызмет етуінің сұлбасына сәйкес келу керектігін жөн етеді, осыдан дұрыс өшеудің шарттары:

- өлшеу кезінде қозғалыс траекториясы түрқалыптастыру кезіндегі қозғалыс траекториясына сәйкес келеді;

- өлшеу кезінде әрекет ету сызықтары механизмнің жұмысы кезіндегі әрекет сызығымен дәл келеді (Аббе принципі);

- өлшеу базалары құрылымдық және технологиялық базалармен сай келеді (базалар бірліктерінің ережесі).

Инверсия принципі әдетте өлшеу құралдың өлшегіш ұштығының үздіксіз қозғалысы кезінде қолданылады.

Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамалары. Өлшеу құралы - өлшеу үшін арналған, нормаландырылған метрологиялық сипаттамалары бар, белгілі уақыт аралығының ішінде мөлшері өзгерісіз қабылданатын (орнатылған қателік шектерінде) шама бірлігін қайталаушы және (немесе) сақтаушы техникалық құрал.

Өлшеу құралы, біріншіден, нормаланған метрологиялық сипаттамаларға - өлшеу құралына нормативтік құжаттармен орнатылатын, өлшеу құралының берілген типінің метрологиялық сипаттарының жиынтығына ие болуы керек.

Өлшеу құралының метрологиялық сипаттамасы – бұл өлшеу нәтижесіне және оның қателігіне әсер етуші өлшеу құрал қасиеттерінің біреуінің сипаттамасы.

Өлшеу құралдардың нормаланатын метрологиялық сипаттамалары – бұл нормативтік құжаттармен орнатылатын метрологиялық сипаттамалар.

Тәжірибелі анықталатын метрологиялық сипаттамалар өлшеу құралдарының нақты метрологиялық сипаттамалары деп аталады.

Әдетте өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамалары өлшеу құралдарын қолданудың қалыпты және жұмысшы жағдайлары үшін нормаланады.

Өлшеудің қалыптыжағдайлары – бұл мәндердің немесе әсер етуші шама мәндері аймақтарының жиынтығымен сипатталатын өлшеудің жағдайлары, өлшеу нәтижелерінің өзгеруін (өлшеу қателігін) оның аздығынан елемеуге болды.

МЕСТ 8.009 сәйкес өлшеу құралдары мынандай мөлшерленетін метрологиялық сипаттамалармен мінезделеді:

1) шкала ұзындығы; 2) шкаланың бөлу бағасы; 3) өлшегіш аспап көрсеткіштерінің вариациясы; 4) өлшеулер диапазоны; 5) мөлшердің номиналды мәні; 6) өлшеу құралының сезгіштігі; 7) өлшеу құралының сезгіштігінің шеті; 8) өлшеу құралдарының қателігі; 9) өлшеу құралының тұрақтылығы.

Шкала ұзындығы өлшеу құралының шкаласының барлық ең қысқа белгілеулерінің орталықтары және шектеулі бастапқы мен соңғы белгілеулер арқылы өтетін сызықтың ұзындығымен анықталады. Шкала ұзындығын шкалада көрсетілген бірліктерден тәуелсіз ұзындық бірліктерінде көрсетеді.

Шкаланың бөлу бағасы - бұл өлшеу құралының шкаласының екі көршілес белгілеулеріне сәйкес келуші шама мәндерінің айырмасы.

i= X_i+1 - X_i

X_i+1 , X_i – шкаланың екі көршілес белгілеулеріне сәйкес келуші өлшенетін шаманың мәндері

Көрсеткіштер вариациясыөлшеу диапазонының бір ғана нүктесіне өлшенетін шаманың кіші және үлкен мәндері жағынан баппен жақындауы кезінде аспап көрсеткіштерінің айырмашылығымен сипатталады.

Өлшеу құралдарының диапазоны– шама мәндерінің аймағы, оның шектерінде өлшеу құралдарының шақтамалы қателік шектері мөлшерленген.

Мөлшердің номиналды мәні – дайындау кезінде мөлшерге немесе мөлшерлер партиясына жазылған шама мәні. Көбінесе номиналды мән мөлшерде көрсетіледі. Өлшегіш аспаптың Х_{max ,} X_min шкала шектері

R = Х_max - X_min

Өлшеу құралының сезгіштігі (S) осы құралдың шыға беріс белгі өзгерісінің, оны тудырған өлшенетін шама өзгерісіне қатынасымен сипатталады, яғни:

мұнда∆L – шығыстағы белгінің өзгерісі;∆х- өлшенетін шаманың өзгерісі.

Өлшеу құралының сезгіштік шегі – бұл физикалық шама өзгерісінің ең кіші мәні, бұдан бастап берілген құралмен оның өлшенуі жүзеге асырылуы мүмкін.

Өлшеу құралдарының қателігі. Өлшеу құралдарының қателігі – бұл маңызды метрологиялық сипаттамаларының бірі. Ол өлшеу құралдырының жетілмегендігін кескіндейді және дайындаудың құрылымы мен (немесе) технологиясының жетілмегендігі салдарынан, өлшеу құралы жасалған материалдардың ескіруі мен тозуынан туындайды.

Материалдардың ескіруі мен тозуыөлшеу құралдыры қателігінің себебі болуы мүмкін.

Ескіру процесімен белгілі-бір уақыт ішінде немесе қолдану мен сақтаудың жағдайларына байланысты материалдар қасиеттерінің өзгеруі түсіндіріледі. Ескіру процесі өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамаларында білінетін қандай-да бір қасиеттерінің жойылуына, әлде осы қасиеттердің екі-үш жыл ішінде бірте-бірте тұрақтылығына әкелуі мүмкін.

Материалдың тозуысонымен бірге қателіктің пайда болуының себебі бола алады. Бұл процес, уақыт өтуімен аспаптың сапасы мен сенімділігі жақсаратын, ескіру процесімен салыстырғанда үздіксіз жүреді және тозудың жылдамдығы өлшеу құралдырының пайдалану қарқындылығына байланысты. Дегенмен тозу бәрі бірде баяу өтеді және уақыт аралығында қателіктерді тұрақты қабылдауға және сәйкестендіруші түзетулермен қолдануға болады. Тозумен келтірілген қателіктер орнатылған шегіне жеткен кезде, өлшеу құралы қолдануға жіберілмейді. Оларды жөндеуге жібереді (кіртастар, ұзындықтың шеткі мөлерлері және т.б.).

Аспап көрсетуінің дұрыстығы жиі оның жылжымалы бөліктерінің жылжымайтындарға қатынасы бойынша орналасуына байланысты. Бұл әрекет ету принципі механикалық тепе-теңдікпен байланысқан өлшеу құралдырына (таразыларға), құрылымдарына маятник немесе ілінген жылжымалы бөлігі кіретін өлшеу құралдырына (маятникті күшөлшегіші бар сынау машинасына, гальванометрге және т.б.) қатысты. Мұндай өлшеу құралдыры деңгейлермен, тік таразылармен жабдықталады.

Жоғарыда айтылғанның барлығы мөлшерлердің номиналды мәндері мен аспаптардың көрсеткіштері олармен өлшенетін шамалардың шынайы мәндерінен ерекшеленетіндігі туралы күәландырады. Оссы ауытқулар өлшеу құралдырының қателіктерін сипаттайды.

Өлшеу құралдыры мыналар секілді қателіктермен сипатталады:

1) абсолюттік; 2) салыстырмалы; 3) келтірілген; 4) негізгі; 5) қосымша; 6) статикалық; 7) динамикалық.

Өлшеу құралдырының абсолюттік қателігі өлшенетін физикалық шаманың бірліктерінде білдіріледі:

мұндаX_n– аспаптың көрсетуі;X_Д- өлшенетін шаманың нақты мәні.

Өлшеу құралдырының салыстырмалы қателігі өлшеу құралының абсолюттік қателігінің өлшенетін физикалық шаманың нақты мәніне қатынасымен айқындалады:

Келтірілген қателік өлшеу құралдарының абсолюттік қателігінің өлшеудің барлық диапазонында немесе диапазон бөлігінде тұрақты шаманың шартты алынған мәніне (мөлшерлеуші мәніне) қатынасымен айқындалады. Мөлшерлеуші мән ретінде не өлшеудің үстіңгі шегін, не өлшеу диапазонын қабылдайды:

мұндаX_N– нормалаушы мән.

Өлшеу құралдарының негізгі қателігі қалыпты жағдайларда қолданылатын өлшеу құралының қателігін сипаттайды.

Өлшеу құралдарының қосымша қателігі өлшеу құралдары қателігінің құраушысы болып табылады және қандай-да бір әсер етуші шамалардың қалыпты оның мәнінен ауытқуы салдарынан негізгі қателікке қосымша туындайды.

Өлшеу құралдарының шақтамалық қателігінің шегі әлі қолдануға жарамдылығы мойындалатын нормативтік құжатпен орнатылатын өлшеу құралының қателігінің ең үлкен мәнімен сипатталады.

Өлшеу құралдарының дәлдік класы – мәндерін өлшеу құралдырының жеке стандарттарда орнататын дәлдікке әсер етуші шақтамалық негізгі және қосымша қателіктердің шектерімен, сондай-ақ өлшеу құралдарының басқа да сипаттамаларымен анықталатын өлшеу құралдырының жинақтап қорытылған сипаттамасы.

Өлшеу құралдарының бірыңғай қалыптасуы мына жолдармен жетіледі:

1) мемлекеттік сынаулармен;

2) салыстырып тексерулермен;

3) метрологиялық аттестаттаумен;

4) өлшеу құралдырын калибрлеумен.

Эталон – бұл ерекше арнайыландыру бойынша орындалған және орнатылған тәртіпте ресми бекітілген, салыстырып тексерудің сұлбасы бойынша төменде тұрған өлшеу құралына (ӨҚ) бірлік мөлшерін беру мақсатында оның қайталануы мен сақталуын қамтамасыз етуші өлшеу құралы. Шама бірлігі эталоннан әр тізбекті эталондарға беріледі.

Эталондар алғашқы, екінші және жұмыс эталондарына жіктеледі. Алғашқы эталон – физикалық шаманың бірлігін, осы салада ғылыми-техниканың соңғы жетістіктерінің мүмкіндігі бойынша ең жоғарғы дәлдікпен қайталаған эталон. Алғашқы эталон ұлттық (мемлекеттік) және халықаралық болады. Эталондар жіктелуі 3 суретте көрсетілген. Алғашқы және арнайы алғашқы эталондар ел үшін бастапқы болады және оларды мемлекеттік эталон ретінде бекітеді. Алғашқы эталонға екінші және жұмыс эталоны бағынады. Екінші эталон көрсететін бірлік өлшемін мемлекеттік эталонмен салыстырады. Екінші эталондар алғашқы эталонды алдын-ала тозудан сақтау үшін, салыстыру жұмыстарын ұтымды жүргізу үшін, эталондарды салыстыруды қамтамасыз ету үшін, бастапқы эталон көрсететін бірлік өлшемінің өзгермеуін бақылау үшін жасалынады. Екінші эталон қайталайтын бірлік өлшемін мемлекеттік эталонмен салыстырады. Оларға салыстыру эталоны (СЭ) және көшірме эталондар (КЭ) жатады. СЭ эталондарды өзара салыстыру үшін қажет. КЭ – бірлік өлшемін жұмыс эталондарына беруге арналған. Екінші эталондарды (көшірме эталондар) қолдану ерекшеліктеріне байланысты Мемлекеттік стандарт немесе мемлекеттік ғылыми метрологиялық орталықтар тағайындайды. Жұмыс эталондары реттерге бөлінеді, олар екінші эталондардан алған өлшем бірліктерін , өзінен реті төмен жұмыс эталондарына, немесе өлшеу жұмыс құралдарына береді. Бірлік өлшемдерін эталондардан жұмыс өлшегіштері мен өлшеу құралдарына үлгі өлшеу құралдары арқылы, салыстыру сұлбасына сәйкес береді (2-сурет).

Ұлттық эталонды бастапқы ӨҚ санатында елімізде қолдану үшін, метрологиялық ұлттық орган тағайындайды. Қазақстанда ұлттық (мемлекеттік) эталонды ҚР Мемлекеттік стандарты бекітеді. Халықаралық және ұлттық тиістілігіне қарай эталондар - халықаралық, мемлекетаралық және ұлттық эталондарға бөлінеді. Халықаралық эталон – халықаралық негізі сапасында қабылдаған эталон ретінде ұлттық эталондардың бірлік өлшемдерін салыстыруға алынған эталон. Халықаралық эталонды өлшем мен салмақ бойынша халықаралық бюро (МБМВ) қолдайды және сақтайды. МБМВ – маңызды бір атқаратын жұмысы әр елдің үлкен метрологиялық зертханаларының эталондарын халықаралық эталондармен халықаралық жүйелі салыстыру ақиқаттығын, дәлдігін және халықаралық экономикалық байланыстың бір шарты болып келетін өлшеу бірыңғайлығын өзара салыстыру. Салыстыруға СИ жүйесінің негізгі шамаларының эталондары ғана емес, көмекші шамалардың эталондары да жатады. Мысалы, метр және килограмм

Тиістілігі бойынша

Дәлдігі бойынша

Пайдалану түрі бойынша

Алғашқы эталондар (МАЭ)

Мемлекеттік эталон

Бастапқы эталондар

Екінші эталондар (МЕЭ)

Метрологиялық қызметтің эталондары

Жұмыс эталондары

Бағынатын эталондар

1-ші реттегі

0 реттегі

Жұмыс ӨҚ

2-ші реттегі

Сурет 2. Шама бірліктерінің эталондары. Эталондардың жіктелуі.

эталондары әр 25 жыл сайын, ал электр мен сәуле эталондары 3 жылда бір рет салыстырылуы қажет.

Мемлекетаралықэталон деп ТМД елдерінің қажеттілігін қанағаттандыратын, мүдделі Достық елдерінің эталондарына өлшем бірліктерін беретін эталонды айтамыз. Бұл эталондарды стандарттау, метрология және сертификаттау Мемлекетаралық Кеңесі, НТК Метр көрсетуімен бекітеді. Эталондар Ресейде сақталуда болады. Ресей эталондар базасының негізін, негізгі физикалық шамалардың мемлекеттік алғашқы эталондар бірліктері: метр, кг, с, ампер, кельвин, канделла құрайды. ҚР СТ 2.3-2001 «ҚР МӨЖ. Физикалық шамалар бірліктерінің эталондары» ресми шешімімен мойындаған мемлекет үшін бастапқы эталон санатында жүретін эталонды- ұлттық эталон деп атаймыз. Мемлекеттік эталондар еліміздің ғылыми-техникалық және мәдени дамуының деңгейін көрсетеді. Мысалы, жоғарғы және өте жоғары жиілік, үлкен энергия, қысым және температура, заттың ерекше жағдайы және т. б.

Үлгі өлшеу құралдары белгіленген рет бойынша үлгі санатында бекітілген өлшем, өлшеу құрылғысы немесе өлшеу түрлендіргіштері ретінде, басқа өлшеу құралдарын салыстыру және соларға қарап межелеу үшін қажет. Үлгі өлшеу құралдарын мемлекеттік метрологиялық қызмет органдары және салалық метрологиялық қызмет органдары қолданады және сақтайды. Үлгі өлшеу құралдары ретінде метрологиялық аттестациядан өткен және үлгі ретінде қолдануға болады деп табылған өлшем, өлшеу аспаптары және өлшеу құрылғылары пайдаланылады. Үлгі өлшеу құралдары арасында рет бойынша бағынушылық бар. Үлгі өлшеу құралдары метрологиялық институттарда немесе мемлекеттік метрологиялық қызмет зертханаларында, сондай-ақ тағайындалған рет бойынша өлшеу құралдарын салыстыру құқұғы берілген салалық метрологиялық қызмет органдарының салыстырма зертханаларында тұрады.

3. Ұлттық эталондардан басқа, Халықаралық өлшем және салмақ бюросында (ХӨТБ) сақталатын халықаралық эталондар бар, ол Парижге таман Севре қ. (Франция) орналасқан