2.2. Дәрістік сабақ конспектілері

Дәріс №1.

Өлшеу теориясының негіздері және техникалық бақылау

Өлшеу ақпараты деп өлшенген физикалық шамалардың мәндері жөніндегі ақпаратты айтады. Өлшеу кезінде қолданылатын әдістер мен техникалық құралдар да, тәжірибе жүргізушінің қабылдау органдары да мүлтіксіз емес. Сондықтан бұл процестерде қателіктер жіберіледі. Яғни физикалық шамалардың нақты мәндерін алу мүмкін болмайды.

Өлшеу нәтижесіндегі қателік немесе жай ғана қателік деп өлшеу кезіндегі өлшенетін физикалық шамалардың нақты мәнінің ауытқуын айтады.

Δ = Х - Х

Мұнда, Х - өлшеу нәтижесі Х - физикалық шамалардың нақты мәні.

Бірақ тәжірибе жүзінен қарағанда физикалық шамалардың нақты мәні де, қателігі де белгісіз. Сондықтан іс жүзіндегі мәні қабылданады.

Физикалық шаманың іс жүзіндегі мәні деп тәжірибе жолымен анықталатын, оның нақты мәніне өте жақын, берілген мақсат үшін оның орнына пайдалануы мүмкін шаманы айтады. Сонымен:

Δ = Х - Q

Мұнда, Q - физикалық шаманың іс жүзіндегі шамасы

Өлшеу қателіктерінің негізгі төрт тобын көрсетуге болады. Олар:

1. Өлшеу әдісінің қателігі;

2. Өлшеу құралдарының қателігі;

3. Бақылаушының сезім мүшелерінің қателігі;

4. Өлшеу шартының әсерінен болатын қателіктер.

Бұл қателіктер жиынтық қателікті береді, оны екі құраушыға бөлеміз- кездейсоқ және жүйелік қателіктер.

Кездейсоқ қателік – бір ғана өзгермейтін физикалық шамасы бірдей мұқияттықпен қайталап бақылағанда белгісі де, мәні де кездейсоқтық бойынша өзгеретін қателіктің құраушысы.

Жүйелік қателік- бір ғана физикалық шаманы қайталап бақылағанда тұрақты болып қалатын немесе бір заңдылықпен өзгеретін қателіктің құраушысы.

Жалпы жағдайда өлшеу нәтижесінде екі құраушы да қатысып отырады. Бірақ тәжірибе кезінде бірі екіншісінен айтарлықтай үлкен болуы мүмкін. Бұл кезде кішісін есепке алмайды.

Жүйелік қателік өлшеуді орындау әдісінің жетімсіздігінен, СИ қателіктерінен, өлшеудің математикалық моделінің мәнінің дәл еместігінен, шарттардың әсерінен, СИ бағалау және тексеру қателіктерінен пайда болады.

Кездейсоқ қателік өлшеу дәлдігінің, ал жүйелік қателік өлшеу дұрыстығының сапасын сипаттайды.

Қателіктерді абсолюттік және салыстырмалық деп бөледі.

Абсолюттік қателік- өлшенетін шаманың өлшем бірліктерімен өрнектелген қателік. Мысалы, массаны өлшеу 5 кг 0,0001 кг. Оның белгіленуі Δ.

Салыстырмалы қателік- абсолюттік өлшем бірліксіз шама, физикалық шаманың іс жүзіндегі шама мәніне қатынасымен анықталады. Ол пайызбен (%) өрнектелуі мүмкін. Мысалы, 5 кг массаны өлшеудің салыстырмалы қателігі = 0,00002 немесе 0,002%.

Кейде абсолюттік қателіктің физикалық шама ең үлкен мәніне қатынасын да қабылдайды. Бұл кезде ол келтірілген қателік деп аталады.

Салыстырмалы қателіктің белгіленуі δ:

көбіне боғандықтан:

Бұлардан басқа дөрекі қателік деген де бар, күтілген қателіктін айтарлықтай асып кететін қателік.

Жиынтық қателік Δ (кейде деп те белгіленеді).

Δ= + θ

Мұнда, - кездейсоқ қателік,

θ - жүйелік қателік.

Өлшеу түрлері төмендегі белгілері бойынша сыныпталады:

- дәлдік сипаттамасы – бірдей дәлдіктегі және бірдей емес дәлдіктегі;

- өлшеу саны – бір реттік және көп реттік;

- өлшенетін шаманың өзгеруіне қатысты – статикалық және динамикалық;

- метрологиялық маңызы- метрологиялық және техникалық;

- өлшеу нәтижесінің өрнектелуі - абсолюттік және салыстырмалық;

- өлшеу нәтижесін алудың жалпы тәсілдері бойынша – тікелей, жанама, бірлескен, жиынтық.

Бірдей дәлдіктегі өлшеу – СИ дәлдігі бойынша бірдей, бірдей шарттарда орындалған қандайда бір шаманы өлшеу қатары.

Бірдей емес дәлдіктегі өлшеу - СИ дәлдігі бойынша әртүрлі, әртүрлі шарттарда қандайда бір шаманы өлшеу қатары.

Бір реттік өлшеу – бір рет ғана орындалған өлшеу.

Көп реттік өлшеу – бірінен соң бірі орындалған бақылаулар нәтижесінде алынған физикалық шама бір өлшемі.

Тікелей өлшеу - тікелей әдіспен жүргізілетін, физикалық шама ізделінетін мәні тікелей тәжірибе нәтижесінен алынатын физикалық шама өлшемі.

Жанама өлшеу - физикалық шама ізделінетін мәнін онымен функциялық байланысқан басқа бір физикалық шама тікелей өлшеу негізінде, жанама әдіспен жүргізілетін өлшеу.

Жиынтық өлшеу – ізделінетін шамалар олардың түрлі байланыстарында өлшеулер кезінде алынатын теңдеулер жүйесін шешу жолымен анықталатын бір текті шамаларды бір уақытта өлшеу.

Физикалық шаманы өлшеудің төмендегідей әдістері бар:

Тікелей бағалау әдісі – шаманың мәні тікелей өлшеу аспабымен анықталатын әдіс.

Өлшеммен салыстыру әдісі- өлшегішпен алынған шамамен өлшенетін шаманы салыстыру әдісі.

Қарсы қою әдісі - өлшенетін шама мен өлшегішпен алынған шама олардың қатынастарын анықтайтын салыстыру аспабына бір уақытта әсер ететін өлшегішпен салыстыру әдісі.

Дифференциальдық әдіс - өлшеуші аспапқа өлшенетін шама мен өлшегішпен алынған белгілі шаманың айырмашылығы әсер ететін өлшегішпен салыстыру әдісі.

Нөлдік әдіс – салыстыру аспабында шамалардың нәтижелік әсері нөльге келтірілетін, өлшегішпен салыстыру әдісі.

Ауыстыру әдісі - өлшенетін шаманы өлшегіштен алынған белгілі шамамен ауыстыратын, өлшегішпен салыстыру әдісі.

Беттестіру әдісі - өлшенетін шамамен өлшегіштен алынған шамалар айырмашылығын шкалалар белгілерінің немесе кезеңнің сигналдың беттестірулерін пайдалана өлшейтін өлшегішпен салыстыру әдісі.

Өлшеу нәтижелерін өңдеу. Өлшеу нәтижелері негізінде нақты мәннің бағасы мен өзгеру диапазоны анықталады. Басқаша айтқанда егер сенімді ықтималдығы 0,95 болса, онда өлшенетін физикалық шаманың нақты мәні 95% ықтималдықпен өлшеу нәтижесінде алынған интервалда болады. Сонымен өлшеу нәтижесінде алынған сырықтың ұзындығы 21,00см, серпімділік интервалы ±0,02см, серпімділік ықтималдығы Р= 0,95 болса, сырықтың нақты шамасы 0,95 ықтималдықпен 21,00 ± 0,02 см диапазонында жатады. Сонымен өлшеу нәтижелерін өңдеудегі ақырғы мақсат өлшенетін физикалық шаманың нақты мәнінің бағасын алу болып табылады.

Бірдей емес дәлдіктегі өлшеу нәтижелері үшін бұл баға арифметикалық орташасы болып табылады:

,

Мұнда, - өлшеу нәтижелері

n - өлшеу саны

Өңдеудің бірінші кезеңінеде дөрекі қателіктер барлығын бағалайды. Ол үшін орташа квадраттық ауытқуы анықтайды:

Сонан соң орташа мәнінен 3s үлкен немесе кіші мәндерді анықтайды да, оларды қатардан шығарып тастап және δ анықтайды. Сонан соң өлшеу , , .... қатарындағы жүйелік қате барлығына талдау жасайды. Айқындалуы бойынша жүйелік қате тұрақты және айналмалы болып бөлінеді:

Тұрақты жүйелік қате– есептеуді бастау шкаласын дұрыс қоймаудан, дұрыс емес бағалаудан пайда болады. Қайта бақылаулар кезінде олар өзгермейді.

Айнымалы жүйелік қате - өспелі, кемімелі және кезеңдік болады.

Нәтижелерді өңдеуде жуықтап есептеу ережелерін пайдаланады, ал дөңгелектеуді келесі ережелермен жүргізеді:

1) өлшеу нәтижесі қателіктегі қатар санымен аяқталуы керек. ( Δ = ±0,005 м болса, =9,842366ж.ж с.с);

2) егер нөлмен ауыстырылатын немесе алып тасталынатын сан 5 кіші болса, онда қалған цифрлар өзгермейді.( Δ = 0,06; = 2,3641 ≈ 2,36);

3) егер нөлмен ауыстырылатын немесе алынып тасталынатын цифр 5-ке тең болса, ал одан кейін ешқандай цифр немесе нөлдер жоқ болса, онда дөңгелектеу жақын жұп санға дейін жүргізіледі.(Δ = ±0,25, = 1,385 ≈ 1,38; = 1,355 ≈ 1,36);

4) егер нөлмен ауыстырылатын немесе алынып тасталатын цифр 5 үлкен немесе тең болса, сонан кейін нөлден өзгеше цифр келетін болса, онда соңғы қалдырылатын цифр бірлікке үлкейтіледі. (Δ = ±0,12, = 236,517 ≈ 236,52);

Техникалық бақылау (ТБ) - объектінің белгіленген техникалық талаптарға сәйкестігін тексеру. Ғылым мен техниканың дамуы, өнімнің сапасына қойылатын талаптардың жоғарылауы техникалық бақылауға кететін шығындар да көбейтеді. Техникалық бақылаудың анықтамасына байланысты тексерілетін объектіге техникалық құжаттар қоятын талаптарға сәйкестігі жөнінде тұжырымдама беріледі. Бұл тұжырымдама өлшеу нәтижесінде немесе өлшеусіз де рәсімделуі мүмкін. Мысалы, шектік калибрлермен тексеру кезінде тексерілетін бұйымның бір немесе бірнеше параметрлері бойынша «жарамды» немесе «жарамсыз» деген тұжырым жасалады.

Егер бақылау өлшеу құралдарының көрсетуі бойынша орындалса, онда ол көрсетулер бақылауы деп аталады. Мысалы, жарамды бұйымның параметрлері жату керек аралықтар көрсетілген шектік жалғаушылары (белгілері) бар шкалалық аспаптармен өлшеу.

Бақылау құралдарының элементтерінің жайласу орындарына тәуелді жергілікті және ара қашықтықтан бақылау деп бөлінеді. Жергілікті бақылау элементтері бұйым жасалатын және тексерілетін жұмыс орында жайғасқанда орындалады. Ара қашықтықтан бақылау кезінде бүкіл бақылау орындарын бір орынға жайғастыруға мүмкіндік жоқ.

Техникалық диагностикалау – белгіленген дәлдікпен (МЕмСТ бойынша) диагностикаланушы объектінің техникалық күйін анықтау процесі. Қажет болса, ақаулардың орны, түрі, себептері көрсетілетін объектінің техникалық күйі жөніндегі тұжырым техникалық диагностикалаудың нәтижесі болып табылады.

Сынау- сыналатын объектінің жұмысы кезінде, немесе объектінің модельдеу кезінде әсер ету нәтижесінде оның сандық және сапалық қасиеттерін тәжірибе жүзінде анықтау. Өнімді және оның бөліктерін сынаудың өнімді өндіру кезінде сапаны басқаруда алатын орны маңызды. Бұйымның сапалық көрсеткіштерін де, қоршаған ортаға тұтынушының өмірі мен денсаулығына көрсететін сертификациялау жүйесінің дамуы өнімді өндіру кезіндегі ғана емес, оның жобалауынан бастап қолданыстан шыққанға дейінгі уақытта да сынаудың маңызды орнын анықтайды.

«Өлшеу», «техникалық бақылау», «сынау» ұғымдары өзара байланыста.Техникалық бақылау негізгі элементтері объект, құрал, әдіс, түр, орындаушы, шарттар болып келетін жүйе.

Техникалық бақылау объектісі – бұл тексерілетін өнім, оны жасау, қолдану, тасымалдау, сақтах, техникалық қүту және жөндеу, сондай-ақ сәйкес техникалық құжаттар. Еңбекпен жасалатын нәрсе ( бұйым, материал және т.с.с. негізгі және көмекші өндіріс өнімдері), еңбек құралдары ( станоктар, аспаптар, т.с.с.) және технологиялық процестер техникалық бақылау объектілері болып табылады.

Техникалық бақылау құралы – бақылауды жүргізуге арналған техникалық құрлым, зат және (немесе) материал. Өлшеу құралдарынан техникалық бақылаудың айырмашылығы бұл кезде бақылаудың мақсатына жету үшін әртүрлі заттар немесе материалдар қолданылуы мүмкін.

Техникалық бақылау әдісі – белгіленген принциптер мен бақылау құралдарын қолдану ережесі. Техникалық бақылау әдісіне бақылау объектісі жөнінде алғашқы мәліметтер алу үшін қолданылатын негізгі физикалық, биологиялық, химиялық және басқа құбылыстар мен тәуелділіктер (заңдар, принциптер)кіреді. Бұл әдістерді бұзушы және бұзбайтын бақылау деп бөледі.

Бұзушы бақылау әдісі – бақылау кезінде объектіні қолдануға жарамдылығы сақталмайтын әдіс.

Бұзбайтын бақылау әдісі – бақылау кезінде объектінің қолдануға жарамдылығы сақталады.

Техникалық бақылау түрі – белгілі белгілері бойынша бақылауды сыныптау топтары (механикалық шамаларды бақылау, жылулық шамаларды бақылау, сапалық шамаларды бақылау, автоматтандырылған бақылау және т.с.с. ).

Техникалық бақылау шарты - техникалық бақылау кезінде объектінің жұмыс істеуіне әсер ететін факторлардың және режимдердің жиынтығы.

Берілген өнім түріне нормативтік – техникалық құжаттармен белгіленетін бақылау шарты нормативтік шарттар деп аталады.

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 5

Бақылау сұрақтары:

1. Өлшеу қателігі дегеніміз не?

2. Қателіктің қандай құраушылары бар?

3. Кездейсоқ және жүйелік өлшеу қателіктерінің пайда болуының негізгі себептері қандай?

4. Өндірісте өлшеудің қандай әдістері қолданылады?

5. Техникалық бақылау, техникалық диагностикалау, сынау дегеніміз не? Бұл ұғымдардың өзара байланысы қандай?

6. Машина жасауда техникалық бақылаудың қандай түрлері қолданылады?

7. Бақылаудың нормативтік шартары дегеніміз не және оның параметрлері қандай?

Дәріс №2. Өлшеу және бақылау құралдары

Анықтаушы белгілері бойынша өлшеу және бақылау құралдарының сыныптамасы. Машина жасауда қолданылатын өлшеу және бақылау құралдары әртүрлі белгілері бойынша сыныпталады:

- бақыланатын физикалық шамалар типтері мен түрлері бойынша;

- атқаратын қызыметі бойынша: әмбебап және арнайы;

- өлшеу объектісінің бір қойылымында тексерілетін параметрлерінің саны бойынша: бір өлшемді және көп өлшемді;

Ө лшеу және бақылау құралдары

Салмақтық шамаларды		Жылулық шамаларды

Геометриялық шамаларды		Электрлік және магниттік шамаларды

Механикалық шамаларды		Радиоэлектрлік шамаларды

Заттың қысымын, мөлшерін, шығынын, деңгейін		Оптикалық сәулеленуді

Уақыт пен жиілікті		Иондық сәулеленуді

Заттың физика- химиялық құрамын		Акустикалық шамаларды

2.1-сурет - Физикалық шамалардың типі бойынша өлшеу және бақылау

құралдарының сыныптамасы

- өлшеу процесінің механикаландырылуы және автоматтандыру дәрежесі бойынша: қолмен әрекетке келетін, механикаландырылған, жартылай автоматтандырылған, автоматтандырылған.

Өлшеу және бақылау құралдарының бақыланатын физикалық шаманың типі бойынша сыныптамасы 2.1-суретте, ал физикалық шамалардың түрі бойынша – 2.2-суретте көрсетілген.

Әмбебап өлшеу құралдары мен аспаптары жекеленген және аз топтамалы өндірісте, сондай-ақ станоктарды жөге келтіру кезінде, аса жауапты өлшеулерді керек ететін өндірістің барлық түрлерінде (жалпы көпшілік және ірі топтамалыларды қоса есептегенде) сандық шамалар мен ауытқуларды, дұрыс геометриялық пішіннен және беттердің өзара жайласуынан ауытқуларды анықтау үшін кеңінен қолданылады (1.5-сурет, ).

Геометриялық шамаларды өлшеу және бақылау құралдары

Үлкен ұзындықтар мен диаметрлерді

Сызықтық өлшемдерді

Бұрыштар мен конустарды

Тісті дөңгелектерді

Б еттердің жайласу пішіндерін

Бұрандаларды

Ш понкалы және шлицелі бірігулерді

Бүркемелер қалыңдығын

Кедір-бұдырлық пен бұйралықты

2.2-сурет Өлшенетін геометриялық шамалардың түрі бойынша өлшеу

және бақылау құралдарының сипаттамасы

Машиналардың бөлшектерін өндеуде түйіндерімен агрегаттарын жинауды, оларды жасауға, технологиялық процесінде автоматтандыру қолданылуы кеңейген шарттарда және олардың дәлдігі мен сапасына қойылатын талаптар жоғарылағанда автоматтық өлшеу құралдардың маңызы өседі. Олар тексеретін параметрлерінің саны, автоматтандырылу дәрежесі, өлшеуші импульстарды өзгерту тәсілі, технологиялық процестегі жайласу орны, технологиялық процеске әсері бойынша сыныпталады(1.6-сурет, ).

Бақылау операцияларды қолмен орындау уақытының жалпы бақылауды орындауға кеткен уақытқа қатынасы бойынша олар қолмен, жартылай автоматты, автоматты орындалатын болып бөлінеді. Егер >0,5 болса, бақылау қолмен орындалған, 0,2< <0,5 – жартылай автоматты, < 0.2 – автоматты орындалған деп есептеледі.

Оператордың қатысу дәрежесінен басқа, техникалық бақылау уақыт бөлінуі бойынша (үздіксіз, кезеңдік), технологиялық процестегі кезеңі бойынша( кіру, операциялық, қабылдау), бақылау обьектісін таңдау бойынша(жалпы, таңдаулы), орындаушылар бойынша (жұмыс орнында оператормен, шебердің(мастердің) орындалуымен, ТББ бақылауы) болып бөлінеді.

Өлшеу және бақылау құралдарының жалпы құрлымдық сұлбасы. Бұл құралдарды оқып – үйрену үшін өлшеу бақылау құралдарының жалпы құрлымдық сұлбасы дегенді қолданады. Символикалық блок түрінде көрсетіліп, олар физикалық шама көрсететін сигналдармен қосылған.

МЕМСТ 16263–70 өлшеу құралдарының келесідей жалпы құрлымдық элементтерін анықтайды: сезімтал, өзгерткіш элементтері, өлшеуші тізбегі, өлшеуші механизм, есептеу құрлымы, шкала, көрсеткіш, тірекуші құрылым.

Кез – келген құрлымның алғашқы мақсаты физикалық шаманы қабылдау. Бұл жұмысты сезімтал элемент орындайды.

Өлшеу құралдарының сезімтал элементі - өлшенетін шаманың тікелей әсерінде болатын өзгерту элементтің өлшеу тізбегіндегі бірінші бөлігі. Осы элемент қана өлшеу құралының өлшенетін шаманың өзгеруіне сезілу қабілетін анықтайды. Сезімтал элементтердің құрлымдары әртүрліліктен ерекшеленеді. Бұл элементтің негізгі міндеті алынған сигналды әрі қарай өңдеуге қолайлы ету. Бұл сигнал механикалық, электрлік және басқа болуы мүмкін.

Кейбір жекелеген құбылыстарды өлшегенде сезімтал элементтен алынған сигналды басқа физикалық шамаларға (мысалы қысылуы электрлік сигналға және т.б.) өзгерту қажеттігі туындайды. Бұл жұмысты өзгерту элементі орындайды. өлшеу құралының өзгерту элементі – шаманың қатар тізбегіндегі бір өзгерту өтетін элементі. Ол өлшеуші ақпарат сигналын әрі қарай беруге, әрі қарай өзгертуге, өңдеуге және сақтауға қолайлы түрге өзгертуге арналған. Бұл ақпарат байқаушының тікелей қабылдауына келмейді. Бұл элемент жеке құрлымда, бір немесе бірнеше өзгерткіштерден тұруы мүмкін. өзгерту тізбегінде бірінші тұрған элеметтті алғашқы өзгертуші деп атайды. (мысалы плерможұп).

Өлшеу құралдарының өлшеуші тізбегі – бұл өлшеуш ақпараты сигналының барлық өзгерулерін қамтамасыз ететін өлшеу құралының өзгерткіш элементінің жиынтығы.

Өлшеуші механизм - өзара әсерлері олардың өзара жылжуларына келтіретін элементтерден тұратын өлшеу құралының бір бөлігі. Мысалы, сағат типіндегі индикатордың өлшеуші механизмі (2.3-сурет, а) тісті дөңгелектер 1, 2, 3 және тісті рейкадан 4 тұрады. Милливольметрдің өлшеуші механизмі (2.3-сурет, б) магнитөткізгіш бөлшектерімен тұрақты магниттен және серіппелермен оған жақындатылатын жылжымалы рамкадан тұрады.

2.3-сурет - Өлшеуші механизмдердің құрылымдары: а – сағат типіндегі индикатор (1, 2, 3 – тісті дөңгелек; 4 – тісті рейка);

б – магнитэлектрлік өлшеуіш аспап (1 – тұрақты магнит; 2 – полюстік ұшы; 3 –жылжымалы рама; 4 –серіппе; 5 - өзекше; 6 – жебе)

Өлшеу құралының есептеу құрлымы - өлшенетін шаманың мәндерін есептеуге арналған өлшеу құралының бір бөлігі. Оған жиі шкала мен көрсеткіш кіреді. өздігінен жазатын аспаптарда есептеу құрлымы диаграмма түріндегі жазбалар жасайды, интегралдаушы аспаптарда көбіне есептеу механизімі қолданылады.

Шкала шаманың мәндерінің қатарлық тізбегіне сәйкес белгілердің немесе басқа символдардың жиынтығы (2.4-сурет). Ол бір жақтық, екі жақтық және нөлсіз болады. Бір жақты шкалада өлшеудің бір жақ шегі нөлге тең. Екі жақтықта нөл шкала ортасында жайласқан, нөлсізде – нөлдік мәні жоқ.

2.4-сурет – Шкалалар түрлері: а – бір жақты; б – екі жақты; в – нөлсіз

МЕМСТ 8.401-80 сәйкес іс жүзінде бірқалыпты шкаланың бөліктік құндарының ұзындықтарының бір бірінен айырмашылықтары 30% аспайды. Айтарлықтай бір қалыпты емес шкалаларда бөліктік құндары бірте – бірте өседі.

Көрсеткіш – шкала белгісіне қатысты қалпы өлшеу құралының көрсетуін анықтайтын есептеу құрлымының бөлігі. Көрсеткіш жебелік түрінде немесе жарық сәулесі түрінде болуы мүмкін.

Көрсетуші аспаптарда шкаласы мен көресткіші бар кезде есептеу құрылымы екі түрде болуы мүмкін; көрсеткіш шкалаға қатысты қозғалады немесе шкала көрсеткішке қатысты қозғалады. Цифрлы есептеу құрлымы механикалық немесе жарықтық болады. Механикалық есептеу құрлымын цифрлы аспаптарда қолданады. Бұл кезде өлшенетін шама біліктің сәйкес бұрылу бұрышына айналдырылады.Сұйық кристалдарға негізінен индикаторлар жүйесінен тұратын жарықтық табло электронды цифрлы өлшеу құралдарында пайдаланылады. Онда өлшенетін шама импулиьстік сигналдардың белгілі тізбегіне айналады.

Сұйық кристалды индикаторлар белгіленген температурадан төмендесе кристалға, жоғарласа сұйыққа айналатын көміртегі мен оттегі бірігуі болып келеді. Оның құрлымы 1-суретте көрсетілген. Оның қорапшасы аралағында сұйық кристалды қоспа 3 орналасқан, екі параллель шыны тілікшелерден 1 және ток әкелетін сымдардан 4 тұрады. Қорғасын тотығынан жасалған үлпершектің 2 ішкі бетінде кернеу жоқ кезінде ол мөлдір. Тұрақты кернеу болған кезде қорапша мөлдір емес айнала бастайды. Нәтижесінде цифрлар пайда бола бастайды.

Проекциялық цифрлы көрсеткіштерде (2.2-сурет) диапозитивке салынған 0-ден 9-ға дейінге цифрлар әрқайсысы өзінің лампасымен 1 және линза жүйесі 2 көмегімен арнайы әйнекке проекцияланады.

Өлшеу құралының – көрсетулерді тіркеуге арналған өлшеу құралының бөлігі. Тіркеуші құрлым ретінде өздігінен жазатын және басып шығаратын аспаптар қолданылады. Өздігінен жазатын аспаптарда көрсетулер диаграмма түрінде, ал басып шығаратында цифрлар түрінде бейленеді.

Басып шығаратын аспаптар соққылы және соққысыз болып бөлінеді. Соққылы басып шығаушы аспапта литерлі немесе символды, немесе инелі иінтіректің бояушы таспаға соққысы нәтижесінде басып шығару процесі іске асырады. Басып шығару жылдамдығы минутына 10 белгіде 20 000 жолға дейін.

Соққысыз басып шығарушы аспапта арнайы дайындалған қағазға физикалық немесе химиялық әсер ету нәтижесінде басып шығару процесі іске асырады. Басып шығару жылдамдығы 300-ден 45 000 жолға дейін. Қазіргі кезде басып шығарушы аспаптарда инелі басып шығарушы механизмді немесе сия (бояу) ағынын бағыттайтын құрлымдар қолданылыды.

Өлшеу жүйесінің көмекші элементтері реттінде өлшемді орындау кезінде сырттан қажетті шарттарды қамтамасыз етуге арналған құрлымдар қолданылады. Оларға мысалы: барокамер, магниттік өрістен қорғайтын құрлымдар, өлшеуші күшейткіштер, арнайы дірілге қарсы тіректер (фундаменттер) жатады. Бұл элементтер өлшеуші құрлымдардың сезімталдығын арттырады немесе өлшенетін шаманы бұзатын әсерлерден қорғайды.

Өлшеуші жүйенің күрделі сұлбасына ақпаратты - өлшеуші жүйенің (АӨЖ) сұлбасы жатады. Оның құрамына мынадай құрлымдар кіреді: аналогты, аналогты – цифрлі, цифрлі типтегі өзгерткіштер, ақпататты көрсетуге арналған цифрлі құрылымдар, стандартталған интерфейстер, басқару құрлымы, орындаушы құрлымдар және т.б.

Өлшеу және бақылау құралдарының метрологиялық сипаттамасы. Өлшеу және бақылау құралдарының қажеттерінің ішіндегі ең маңыздылары, олардың көмегімен алынатын ақпараттың сапасы тәуелді болатындары. Өлшеу сапасы оның дәлдігімен, нақтылығымен, дұрыстығымен, бір─біріне қарағанға жатықтығымен, қайта жасалуымен, сондай – ақ рауалы қателіктерінің шамасымен сипатталады. Өлшеу және бақылау құралдарының метрологиялық сипаттамалары (қасиеттері) – бұл өлшеу құралдарының техникалық деңгейімен сапасын бақылауға арналған, өлшеу нәтижелерін айқындауға және өлшеу қателігінің құралдық құраушысының есептік бағасының сипаттамаларын есептік бағалауға арналған сипаттамалар.

МЕМСТ 8.009–84 келтірілген тізімнен алынатын өлшеу құралдарының нормаланатын метрологиялық сипаттамаларының келетін белгілейді.

Өлшеу нәтижелерін (қателігін дұрыстамай) анықтауға арналған сипаттамалар:

- өлшеуші өзгеткіштің өзгерту функциясы;

- бір мәнді немесе көп мәнді өлшемдер шамалары;

- өлшеуші аспаптың немесе көп мәнді өлшемдердің шкалаларының құны;

- шығу кодының түрі, код разряттарының саны.

Өлшеу аспаптарының қателіктерінің сипаттамалары – қателіктердің жүйелік және кездейсоқ құраушыларының сипаттамалары, өлшеу құралдарының шығу сигналдарының өзгеруі немесе өлшеу құралдарының қателіктерінің сипаттамасы.

Өлшеу құралдарының динамикалық сипаттамалары толық және жеке болып бөлінеді. Толық динамикалық сипаииамаларға кіретіндер: өтпелік, амплитуда – фазалық және импульстік сипаттамалар, беріліс функциясы, ал жекеге – реакция уақыты, коэффсцент, тұрақты уақыт, резонастық меншікті айналу жиілігінің шамасы.

Өлшеу құралдарының шығу сигналдарының ақпараттық емес параметрлері – берілуге немесе көрсетуге пайдаланатын өлшеуіштік өзгертшкішке енгізілетін сигналдың ақпараттық параметрінің мәнінің немесе өлшемдердің шығу шамаларына жатпайтын шығу сигналдарының парамерлері.

Жиі кездесетін өлшеу құралдарының метрологиялық көрсеткіштері:

Шкаланың бөлектік құны- шкаланың көрші екі белгісіне сәйкес шамалар мәнінің айырмашылығы. (1,13 сурет а).

Бөліктің құнды 1,2,5,10,20,50,100,200,500 қатарынан таңдайды. Көбіне 1 мен 2 арасынан еселік және үлестік мәндерді атап айтканда 0,01; 0,02; 0,1; 0,2; 1; 2; 10 және т.с.с. пайдаланады. Шкаланың бөлектік құны әрқашан өлшеу құралының шкалаларында көрсетіледі.

Шкала бөлігінің интервалы – шкаланың екі орталары арасындағы қашықтық. (1,13сурет б). Іс жүзінде оператордың көзі айыру үшін шкала бөлігінің кіші интервалы 1мм, ал ең үлкен интервалын 2,5 мм етіп алады. Интервалдың ең көп тараған шамасы 1мм. Су манометрлі аспаптардың шкала бөлінінің интервалдары 5мм жуық.

Шкаланың басқы және соңғы мәні – шкалада көрсетілген өлшенетін шаманың сәйкес ең кіші және ең үлкен мәні ( 1,13- сурет в). Ол өлшеу құралының шкаласының мүмкіндігін сипаттайды және көрсету диапазонын анықтайды.

Көрсету диапазоны – шкаланың басқы және соңғы мәндерімен шектелген оның мәндерінің обылысы ( 1,13 – сурет в). Бұл сипаттаманы жиі шкала бойынша өлшеу шегі деп атайды.

Өлшеу диапазоны, бұны жиі өлшеу құралдарының өлшеу шегі деп те атайды. Бұл берілген өлшеу құралымен өлшенуі мүмкін және бұл үшін өлшеу құралының рауалылық қателігі нормаланатын өлшенетін шаманың диапазонының мәндері.

Өлшеу құралдарымен сызықтық және бұрыштық шамаларды өлшеу кезіндегі негізгі сипаттамаларының бірі өлшеу күші. Ол өлшеу құралының ұшы мен өлшенетін беттің түйісуі аймағында өлшеу сызығы бағытында пайда болады. Ол өлшеу тізбегінің тұрақты тұйықталуын қамтамасыз ету үшін қажет.

Өлшеу құралының өлшететін шаманың өзгеруіне жауаптық әсер қабілетін сезімталдығы деп атайды.

Егер өлшенетін шама ұзындық немесе бұрыш және сезімталдық мәні өлшемсіз шама болса, онда соңғыны берілістік қатынас деп атайды.

мұнда, а – шкала бөлігінің интервалы;

с - шкала бөлігінің құны;

Өлшеу құралының сезімталдық табалдырығы – бақылаудың қалапты тәсілінде байқалатын, көрсетудың ең аз өзгерісін туындататын өлшенетін шамалардың өзгеруі.

Көрсету вариациялары – сыртқы шарттар өзгергенде өлшенетін шаманың іс жүзіндегі бір ғана мәніне сәйкес келетін тәжірибе жүзінде анықталатын өлшеу құралымен қайталап өлшеудегі көрсетулері арасындағы айырмашылық.

Өлшеу қателігі – бұл өлшеу нәтижесінің (Х₁) өлшенетін шаманың шынайы мәнінен (Q_шын) ауытқуы().

Өлшеу құралының қателігі _А, аспаптың көрсетуі Х_А мен өлшенетін шаманың шынайы мәні Q_шын арасындағы айырмашылық:

_А = Х_А - Q_шын

Өлшеу қателігі олардың пайда болу себептері мен қателіктер түрі бойынша сипатталады. Құралдың қателік өлшеу және бақылау құралының элементтерінің сапасының жеткіліксіз жоғарлығынан пайда болады. Бұдан өлшеу құралы (ӨҚ) дайындау және жинау, өлшеу құралы механизімдеріндегі үйкеліс себебі пайда болатын, оның бөлшектерінің қатаңдығының жеткіліксіздігінен болатын қателіктерді жатқызуға болады. Әрбір өлшеу құралы құралдық қателігі өзіне тән.

Әдістемелік қателік өлшеу әдісінің жетілмегендігінен пайда болады, яғни әдей іс жүзінде өлшеу құралының шығымында бізге қажетті шаманы емес, оған жуықтап шамаласатын басқа шаманы өлшейміз, өзгертеміз және пайдаланамыз.

Негізгі және қосымша қателіктер. Негізгі қаттелік ретінде нормативтік – техникалық құжаттарда көрсетілген қалыпты жағдайда пайдаланылатын өлшеу құралдарының қателіктерін жатқызады. Бұрыннан белгілі болғандай, өлшеу құралдарының өлшенетін шамаға сезімталдығымен бірге өлшенбейтін, бірақ өлшенетін шамаларға әсер ететін басқа шамаларға да сезімталдығы бар. Сондықтан кез –келген өлшеу құралы нормативтік – техникалық құжаттарда көрсететін негізгі қателіктері болады.

Өндірістік жағыдайында өлшеу және бақылау құралдарын пайдалану кезінде нормативтік шартын маңызды ауытқулар болады. Ол қосымша қателіктерді туындатады. Бұл қателіктер жекелеген әсер ететін шамалардың сәйкес әсер коэффицентімен нормаланады.

Өлшеу құралдарының қателіктері рауалық қателік шегін белгілеумен нормаланады.

Өлшеу құралының рауалық қателігінің шегі - өлшеу құралдары мойындалған және қолданылуға жіберілген ең үлкен қателіктің ( таңбасы ескертілмеген ) мәні.

Өлшеу құралдарының қателіктері өрнектеледі:

- абсолюттік қателік Δ түрінде;

а) өлшем үшін:

Δ = Х_н- Х_ш

мұнда, Х_н - номинальдық мәні;

Х_ш- шын мәні;

б) аспап үшін:

Δ = Х_А - Х_ш

мұнда, Х_А - аспаптың көрсетуі;

- салыстырмалы қателік (%) түрінде:

δ = /Х_ш·100;

- келтірілген қателік (%) түрінде:

γ =/Х_N 100;

мұнда, Х_N - өлшенетін физикалық шаманың нормаланатын мәні;

Егер сыртқы шарттар өзгермегенде барлық өлшеу диапазонында өлшеу құралдарының қателігі тұрақты болса, онда:

Δ = ±a

Егер көрсетілген диапазонда қателік өзгеретін болса, онда:

Δ = ± ( a + bx)

Δ = ±a кезінде қателік аудитивтік, Δ = ± ( a + bx) – мультиликативтік деп аталады.

Рауалы қателік шегімен, сондай – ақ басқа да өлшеу қателігіне әсерін тигізетін қасиеттерімен анықталатын өлшеу құралының дәлдігін жалпылама сипаттау үшін «өлшеу құралының дәлдік сыныбы» деген ұғым енгізіледі. Өлшеу құралдарының дәлдік сыныбы бойынша көрсетулердің рауалы қателіктерінің шектерінің біріңғай ережесін МЕМСТ 8.401-80 белгілейді. Дәлдік сыныбы өлшеу құралының сапасын салыстырмалы бағалау үшін, оларды таңдауға, халықаралық саудада өте ыңғайлы. Дәлдік сыныбы стандарттармен және өлшеу құралдарына техникалық талаптар қоятын техникалық шарттармен анықталады. Өлшеу құралдарының нақты типінің әрбір дәлдік сыныбы үшін оның дәлдік деңгейін көрсететін метрологиялық сипаттамаларына нақты талаптар қойылады. Дәлдік сыныбы өлшеу құралдарына оларды жасау кезінде тағайындалады. Пайдалану процесінде өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамалары нашарлайды. Сондықтан метрологиялық аттестациялау нәтижесі бойынша олардың сыныптары төмендеуі мүмкін.

Барлық өлшеу құралдары дәлдәгіне тәуелді эталондық, үлгілік, жұмыстық болып бөлінеді. Эталон және бастапқы үлгілік өлшеу құралдарымен олардан төмен сыныпты – бағынышты үлгілік және жұмыстық өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамаларын тексереді немесе калибрлейді.

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. В чем отличие средства измерения от измерительного преобразо­вателя?

2. Как классифицируются средства измерения и контроля по приз­накам?

3. Какова область применения универсальных и автоматических средств измерения и контроля в машиностроении?

4. Какие виды регистрирующих устройств применяют в средствах измерения?

5. Какие требования предъявляются к СИ?

Дәріс №3. Салмақтық шамаларды өлшеу және бақылау

Атқаратын қызыметтеріне қарай салмақ өлшеуші және салмақ мөлшерлеуші құрылым төмендеудегі топтарға бөледі (3.1-сурет).

3.1-сурет – Салмақ өлшегіш және салмақ мөлшерлегіш құрылымдардың сыныптамасы

Әрекет принциптеріне тәуелдң таразылар механикалық, электромеханикалық, оптико-механикалық және радиоизотоптық болып бөлінеді (3.2-сурет).

3.2-сурет - Әрекет принциптері бойынша таразылардың сыныптамасы

Бұлардың ішінде тензорезисторлық және өзекті өзгерткіштер күш өлшегіш ретінде қолданылатын салмақ өлшеу тәсілінің алатын орны ерекше. Бұл өзгерткіштерді пайдалану иінтіректі жүйеге тән кемшіліктерден құтылуға үмкіндік береді, демек өлшеу дәлдігі артады, дайындауға металл шығыны азаяды, салмақ өлшеу уақыты азаяды. Тензорезисторлы өзгерткіштерді әртүрлі көтергіш және тасымалдаушы құрлымдарда қолдану көтеру (жылжыту) мен салмақ өлшеу операцияларын қатар жасаудың арқасында өндірістік цикілді қысқартуға мүмкіндік береді.

Масса бірлігінің еселік немесе үлестік мәні ретінде біртекті өлшем ретінде гирьлер қолданылады. Мемлекеттік бастапқы эталон ретінде халқаралық өлшемлер және салмақтар бюросында сақталатын киллограмның халқаралық прототипінің №12 көшірмесі қабылданған.

Мемлекеттік бастапқы этолоны масса бірлігінің өлшемін өндіруге, сақтауға және туынды этолонға беруге арналған.

Массаның жұмыс этолоны 1 мг 10 кг дейінгі және жекеленген гирьлер түрінде жасалады. Гирьдің материалы ретінде платина, алтын, никель, қола немесе аварц қолданылады.

Атцартын қызыметіне тәуелді гирьлер жалпы мақсаттағы үлгілік, шарттық, караттық, сондай–ақ әртүрлі типтегі таразылардың иінтіректік механизіміне қойылатын болып бөлінеді.

Жалпыға тағайындалған гирьлердің МЕМСТ 7328-73 сәйкес 1 мг 20 кг массада дайындайды. Гирьлерді масса дәлдігімен ерекшеленетін бес сыныпта шығарады. 1-сыныпты дәлдіктегі гирьлерді микрохимиялық, химиялық және басқа анализдер кезінде жоғары дәлдікте өлшеу үшін қолданады. Гирьлердің бұл классының шектік массасы 1 мг–нан 1 кг–ға дейін, ал массасына байланысты рауалық ауытқуы [Δ] = ±(0,002 ÷ 0,64) пішіндері 3.3- суретте а, б, в, г көрсетілген.

3.3-сурет – Жалпыға тағайындалған гирьлердің пішіндері

2- сыныпты дәлдіктегі гирьлерді химиялық және басқа анализдерде жоғарғы дәлдікте салмақ өлшеуде қолданылады. Бұлардың массалары 1 мг-ден 20 кг- ға дейінгі аралықта, ауытқулары [Δ] = ±(0,01 ÷ 50,0)мг етіп жасалады. Гирьлердің пішіндері 2,3- суретте д,е көрсетілген.

3- сыныпты дәлдіктегі гирьлерді қолданылу аймағы – жоғары дәлдіктегі техникалық анализдер мен қымбат бағалы металдарды өлшеу. Гирьлердің полиналдық массасы – 1 мг нан 20 кг –ға дейін, [Δ] = ±(0,05 ÷ 250,0)мг. Гирьлердің пішіндері 2,3- суретте ж,з көрсетілген.

4-сыныпты дәлдіктегі гирьлерді қолданылу аймағы – техникалық анализдер мен дәрі – дәрмектерді өлшеу. = 5 · ÷ 20 кг, [Δ] = 0,5 ÷ 1250мг. Гирьлердің пішіндері 2,3- суретте д, е, ж, з, и, к, л, м көрсетілген.

5-сыныпты дәлдіктегі гирьлердің саудада және шаруашылықта салмақ өлшеуге қолданылады. = ÷ 10 кг, [Δ] = 40 ÷ 3250мг. Гирьлердің пішіндері 2,3- суретте н,о көрсетілген.

Барлық гирьлердің рауалық ауытқулары МЕмСТ 7328-73 қарастырыгған. Бұл стандартқа сәйкес гирь дараланып, жекелеген жиынтықтармен немесе кешендермен шығарылуы мүмкін.

Гирьлердің белгіленуі өлшем бірлігін көрсететін әріптен және сандардан тұрады. Мысалы: «Гиря КГ – 4 – 5 ГОСТ 7328-73» - ші сыныпты дәлдіктегі массасы 5 кг килограмдық гирь.

«Гиря МГ–2–1100-1 ГОСТ 7328-73» - ең кіші гирьдің массасы 1 мг жалпы 2-ші сыныпты дәлдіктігі массасы 1100 мг милиграмдық гирьлер жиынтығы.

Арнайы мақсаттағы гирьлерге (МЕМСТ 12656–67 ) үлгілік, шарттық және таразы ішінде орналастырылған және т.с.с. гирьлер жатады. Үлгілік гирьлерді – гирьлер мен таразыларды тексеруге қолданады.

МЕМСТ 12656 – 67 үлгілік гирьлердің разрядтарын (1,2,3,4) және қолдану аймағын белгілейді. Мысалы 3-разрядты гирьлер 4-ші разрядты массасы 10мг ÷ 2000 кг үлгілік гирьлерді, 4- сыныпты дәлдіктегі гирьлерді жүкпоршенді және квадранттық гирьлерді тексеруге қолданылады.

Үлгілік гирьлердің пішіндері, негізгі өлшемдері және материалдары МЕМСТ 7328-73 анықталған.

Шарттық гирьлердің иінтіректік жүйесінің иықтарының қатанасы 1: 100 жалпы мақсаттағы платформалық иінтіректік гирьлі таразыларды толықтырып жинауға арналған.

Шарттық гирьлер ТУ 25,06,1400 -7д сәйкес 1 ÷ 500 кг массамен шығарылады. (2,5-сурет), Оларды сұр шойынан жасайды. Гирьдің ішінде келтіруші қуыс қарастырылған. Оны жөндеу кезінде номиналдық массаның 0,8% кем емес тарифтау массасын салуға пайдаланады. Келтіруші материал ретінде шойын бытыра немесе қара металдар жоңқасын пайдаланыды. Гирьдің жоғарғы бетінде килограммен шарттық салмағы және номиналь массаның шартты салмаққа қатынасы көрсетіледі. Мысалы, гирьдің шарттық массасы 500 кг, номиналдық массасы – 5 кг, қатынасы 1 :100.

Гирьдің комплектісінің шарттық белгісінде: «гири» сөзі, гирдің салмағы шарттық екенін көрсететін «ГУ» әріптері, комплект номері, жинақ жасалған және жіткізіліп берілетін техникалық шарттың нөмері көрсетіледі. Мысалы «Гири ГУ – 3 ТУ 25.06. 1400 – 78».

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. Таразы деген не?

2. Әрекет принциптеріне тәуелді таразылар қалай бөлінеді?

3. Гирь деген не?

4. Тағайындалуына тәуелді гирьлер қалай бөлінеді?

5. Гирьлердің шартты белгіленулеріне не кіреді?

Дәріс №4. Геометриялық шамаларды өлшеу және бақылау

Механикалық өзгерткішті өлшеу және бақылау құралдары. Бұл құралдар өлшеу сырығының азғана жылжуын көрсеткіштердің (жебелердің, шкалалардың, жарық сәулелерінің және т.б.) үлкен жылжуларына түрлендіруге негізделген. Механизмдерінің типтеріне тәуелді олар иінтіректі-механикалық, тісті, иінтіректі-тісті, серіппелі, серіппелі-оптикалық болып бөлінеді.

Иінтіректі-механикалық аспаптар салыстырмалы өлшеулерге, радиальдық және маңдайлық соғуларды тексеруге, сондай-ақ бөлшек пішінінің ауытқуларын бақылауға қолданылады.

Бұл типтегі аспаптарға құрылымы тең емес иықты иінтіректі қолдануға негізделген миниметрлер жатады (4.1-сурет, а). Миниметрлердің құрылымдарының түрлері өте көп. Ең көп тарағаны пышақтық тіректі миниметрлер (4.1-сурет, б). Өлшеуші сырық 4 шарикті бағыттағышпен жылжиды. Көрсеткіш жебенің 1 тіректік шеті шанышқы тәрізді. Ол өзінің шетімен – аяқтарымен миниметр корпусына бекітілген призма төсемдерге тіреледі. Тіректік пышақ 5 сырық шетіне бекітілген жалпақ төсеммен түйіседі. Реттегіш винт 2 берілістік қатынасты реттеуге, яғни кіші иық а-ны (4.1-сурет, а) – тіректік аяқтар арасындағы қашықтықты қоюға арналған. Миниметрдегі өлшеу күшін серіппе 3 жасайды.

Миниметрдің кемшіліктері (аяқтары мен призмаларының тез тозуы, шкала бойынша өлшеу аралығының аздығы, өлшеу күшінің айтарлықтай шамада болуы, инерттілігі) машина жасауда қолдану аймағын шектейді.

Иінтіректі-механикалық аспаптарға индикаторлы ішінөлшегіштер жатады (4.2-сурет). Олар 3 мм-ден 1000 мм-ге дейінгі тесіктерді салыстырмалы өлшеуге арналған. Олар корпустан 11, есептеуші құрылымнан (индикатордан) 5, қозғалатын (өлшеуші) 13 және қозғалмайтын (реттелетін) 9 өзектерден, тең иықты (Г-тәрізді) иінтіректен 8, орталықтандырушы көпіршеден 15, жылжымалы штоктен 2 тұрады. Өлшеулер кезінде өзекше 13 тесік өсіне перпендикуляр бағытта жылжып, Г-тәрізді иінтіректі 8 өз өсінен айналдырады және сондай шамаға шток 2 пен өлшеуші индикатор ұшын 5 да жылжиды. Индикатор жебесі тесіктің іс жүзіндегі өлшемінің ішін өлшегіште қойылған шамадан ауытқуын көрсетеді. Индикатор нөлге қойғыш сақина немесе қысқышпен қысылатын шет өлшегіштер бүйірліктермен қойылады.

Өндіріс жағдайында және өлшеу зертханаларында абсолюттік өлшеулер үшін тісті берілісті индикаторлар немесе индикаторлы өлшеу бастары кең қолданыс тапты.

Сағат типт индикаторлар (МемСТ577-68) (4.3-сурет) тісті берілісті аспаптардың өкілі болып табылады.

4.1-сурет – Миниметрдің иінтірегінің (а) және құрылымының сұлбасы: 1-жебе; 2-реттеуші винт; 3-серіппе; 4-өлшеуші өзек; 5-тіректік пышақ.

Құрылымы тіс салынған рейкалы 6 өзектен 4, тісті дөңгелектерден 2, 3, 5, 7 ирек серіппеден 1, жебеден 8 тұрады. Бұнда сырықтың 4 ілгерілі–кейінді қозғалысы жебенің 8 айналма қозғалысына айналдырылады. Жебенің бір айналымы сырықтың 1 мм жылжуына сәйкес келеді. Бүтін милиметрлер жебенің 9 көмегімен есептелінеді. Аспаптың шкаласында 100 бөлік бар, индикатордың бөлік құны 0,01 мм.

МЕМСТ 577-88 бойынша сағат типті индикаторлар құрылымы негізінде жасалған, өлшеу нәтижелерін статистикалық өңдейтін сызықтық өлшемдер индикаторларын жасауды МЕМСТ 16497-80 қарастырады. Олар өлшеу және бақылау операциялары кезіндегі есептеулерді механикаландыруға арналған.

4 .2-сурет – Индикаторлы іштен өлшегіштің құрылымы: 1-иінтіректің айналу өсі; 2-шток; 3-түтік; 4 -серіппе; 5-есептеуші құрылым (индикатор); 6-сақтандырушы қабат; 7-жылуоқшаулы тұтқа; 8-Г-тәрізді иінтірек; 9- қозғалмайтын (реттелетін) өзек; 10-контргайка; 11-корпус; 12-шарик; 13- қозғалатын (өлшеуші) өзек; 14-белгі; 15-орталықтандырушы көпірше

4.3-сурет – Сағат типті индикатор (а) және оның құрылымы (б): 1-ирек серіппе; 2, 3, 5, 7-тісті дөңгелек; 4-өзек; 6-тісті рейка; 8, 9-жебелер.

4.4-сурет – Иінтіректі-тісті өлшеу басы (а) және оның сұлбасы (б): 1-ирек серіппе; 2-серіппе; 3-бағыттаушы төлкелер; 4-өлшеуші өзек; 5-арретир; 6, 8-иінтіректер; 7-тісті дөңгелек (триб).

Иінтіректі-тісті берілісті аспаптарға тісті өлшеу бастары, иінтіректі жақтар, иінтіректі микрометрлер және т.б. жатады. Бұл аспаптар сыртқы беттерді салыстырмалы өлшеуге арналған.

Иінтіректі-тісті өлшеу бастардың (4.4-сурет) сағат типті индикаторлардан айырмашылыығы оларды тісті берілістермен қатар иінтіректер жүйесі де бар. Ол беріліс санын үлкейтіп, өлшеу дәлдігін арттыруға мүмкіндік береді. Екі дәл бағыттаушы төлкелерде 3 өлшеу өзегі 4 жылжығанда иінтірек 6 бұрылып, үлкен иығындағы тістік секторларымен тісті дөңгелекпен (трибпен) 7 ілінісетін иінтірекке 8 әсер етеді. Трибтің осінде саңылау таңдаушы ирек серіппемен 1 байланысқан төлкелі жебе орналасқан. Өлшеулік әсер күші серіппемен 2 жасалады. Өлшеу сызығын дұрыстауды арретир 5 көмегімен іске асырады.

Калибрлермен бақылау. Массалық және ірісериялық өндірістерде техникалық бақылау операцияларын орындау үшін калибр типіндегі бақылау құралдары қолданылады. Калибрлер – бұйымдардың өлшемдерінің немесе олардың пішіндерінің белгіленген шамаға сәйкестігін тексеретін денелер немесе құрылымдар. Олар бөлшектердің жарамдылығын 6 ÷ 17 квалитетке дейінгі дәлдікте анықтауға сондай-ақ «түсіп кететін калибр» принципі бойынша жұмыс істейтін белсенді бақылау құрпымдарда қолданылады. Шектік калибрлердің көмегімен бақыланатын параметрдің сандық шамасын емес, ал бұл параметр шектік шамалардан асып кете ме әлде екі рауалы шамалар арасында бола ма соны анықтайды. Бақылау кезінде бөлшек жарамды деп есептеледі, егер каблибрдің өтіп кететін басы (ПР) шамамен калибр массасындай күшпен өтіп кетсе, ал өтпейтін басы (НЕ) - өтпесе. Егер НЕ өтіп кетсе, бөлшекті брактайды. -

Цилиндрлік тесіктер мен біліктерге арналған тегіс бетті калибрлер түрін МЕМСТ 24851-81 белгілейді. ИСО жүйесінде калибрлер ИСО-Р1938-1971 стандартталған.

Тесіктерді бақылауға арналған калибр-тығындар. Әртүрлі құрылымды шектік калибр- тығындар қолданады (МЕМСТ 14807-69 – МЕМСТ 14827-69). Оларға жататындар: цилиндр қосымшалы(4.5-сурет, а) және конустық құрықты қосымшалы (4.5-сурет, б,в) екіжақты тығындар, цилиндр ауыстырмалы тығындар (4.5-сурет, г), толық тығындар (4.5-сурет, д,е), толық емес тығындар (4.5-сурет, г), бір жақты парақ тығындар (4.5-сурет, ж), толық емес шайбалар және толық шайбалар (4.5-сурет, з).Көбіне бір жақты шектік калибрлерге басымдық береді. Олар бұйымды бақылау уақытын қысқартады және матертериал шағынын азайтады.

Стандарт бойынша келеседей біліктерге арналған тегіс калибрлер және оларға қатысты бақылау калибрлері қарастырылған:

ПР— өтіп кететін калибр-жақша;

НЕ— өтпейтін калибр-жақша;

К-ПР— жаңа калибр-жақшаға арналған өтіп кететін бақылау калибрі;

К-НЕ — жаңа калибр-жақшаға арналған өтпейтін бақылау калибрі;

К-И — өтіп кететін тегіс калибр-жақшаның тозуын бақылауға калибр.

Тесіктерді бақылауға арналған:

ПР— проходной калибр-тығын;

НЕ— өтпейтін калибр-тығын.

Біліктерді бақылауға арналған калибр-жақшалар. Шектік және реттелетіе калибр-жақшаларды қоладанады (МЕМСТ 18358-73 – МЕМСТ 18369-73). Шектік калибр-жақшаларға жататындар: біржақты (4.6-сурет, а) және екіжақты парақтық жақшалар; біржақты штапмталған (4.6-сурет, б), тұтқалы біржақты (4.6-сурет, г) және екжақты (4.6-сурет, в) жақшалар. Ретелетін қалибр-жақшалар (4.7-сурет) тозуға қайтарым жасауға және шектік интервалдарға жататын әртүрлі өлшемдерге келтіруге мүмкіндік береді. Бірақ реттелмейтін жақшаларға қарағанда олардың дәлдіктері және сенімділіктері төмен, сондықтан дәлдігі 8 квалитетті рауалы өлшемдерді бақылауға арналған.

Тағайындалуы бойынша шектік калибрлер жұмыстық, қабылдау және бақылау болып бөлінеді.

4.5-сурет – Калибр-тығындар

4.6-сурет – Калибр-жақшалар

Жұмыстық калибрлер бөлшектерді жасау үдерісі кезінде бақылауға арналған. Оларды жабдықтың операторлары мен баптаушылары, сондай-ақ жасаушы заводтардың ТББ бақылаушылары қолда-нады.

Қабылдау калибрін тапсырыс берушінің өкілі қабылдап алу кезінде қолданады. Реттелетін калибр-жақшаларды реттеуге және ретелмей-тін калибр-жақшаларды бақылауға, сондай-ақ

4.7-сурет – Реттелетін калибр-жақша

оларды тозуы себебінен пайдаланудан шығарып тастау үшін, пішіндері шайба тәрізді, бақылау калибрлері (К-И) қолданылады. Рауалы шамалардың аздығына қарамастан бақылау калибрлері жұмыстық калибрлерді жасаудың және бақылаудың рауалы өрісінен шығып кетеді. Сондықтан олардың орнына мүмкіндігінше шеттік ұзындық өлшегіштерді немесе әмбебап өлшеуші аспаптарды қолданған жөн.

Тегіс калибрлерге техникалық талаптарды МЕМСТ 2015-84 белгілейді. Калибрлерді белгілеуде калибр тағайындалған бөлшектің номиналь өлшемі, бұйымның рауалық өрісінің әріптік белгіленуі, бұйымның шектік ауытқуының миллиметрмен алынған сандық мәні (жұмыстық калибрлерде), калибр типі (мысалы, ПР, НЕ, К-И) жасаушы заводтың тауарлық белгісі жазылады.

Шығыңқылықтың тереңдігі мен биіктігін бақылауға арналған калибрлер негізгі топты құрайды.Құрылымы бойынша олар әртүрлі пішінді сатылы пластиналар болып келеді. МЕМСТ 2534-77 өлшем ауқымы 1 – 500 мм дәлдік квалитеті 11 – 17 қамтитын калибрлердың түрлерін қарастырады. Калибрлермен калибр мен бұйымның сәйкес жазықтықтары арасындағы саңылаудың болуы бойынша бұйымның жарамдылығын анықтайды. Өтетін және өтпейтін жақтарының орнына бұл калибрлерде бұйымның ең үлкен (Б) және ең кіші (М) шектік өлшемдеріне сәйкес жақтары бар. Бұндай бақылаудың негізгі әдістері мыналар: жарық түсуі немесе жарықтануы, қозғалуы, белгілер бойынша.

Таңдалған әдіске сәйкес құралдар таңдалады:

- жарықтануды бақылауға арналған калибрлер;

- қозғау әдісімен бақылауға арналған калибрлер;

- белгілер бойынша бақылауға арналған калибрлер.

Жарықтану әдісі бойынша калибрлермен 0,04 – 0,06 мм рауалы шамалар бақыланады. Сатылы-өзекті калибрлермен бақыланатын бұйымдардың ең аз рауалық шамасы 0,03 мм,

ИСО жүйесінде тереңдік пен биіктіктің калибрлері стандартталмаған.

Конустық калибрлер. Сыртқы конустарды бақылау конустық калибр-төлкелермен, ал ішкі конустарды – конустық калибр-тығындармен орындалады. МЕМСТ 24932-81 берілген қимадағы диаметрлері 200 мм дейін, конустылығы 1:3-тен 1:50-ге дейін, диаметрлер рауалылығы 6 ... 12 квалитетті, конустық бұрыш рауалылығы 4 ... 9 дәлдік дәрежедегі әртүрлі түрдегі рауалылықты жеке нормалайтын тегіс конустарға арналған калибрлердің түрлері мен орындалуын белгілейді.

Белгілеу мысалдыры:

- 4-ші және 5-ші дәлдік дәрежелі 40калибр-төлке – «Втулка 40 АТ4, ГОСТ 20305-80»;

- 6-шы және 7-ші дәлдік дәрежелі 60бақылау калибр-тығыны - «Пробка 60-К АТ6, ГОСТ 20305-80».

Беттердің орналасуын бақылауға арналған калибрлар. Рауалылығы, орындау өлшемдерін есептеу әдістемесі және беттердің орналасуын бақылауға арналған калибрлерді қолдануға жалпы нұсқаулар МЕМСТ 16085-80 белгіленген. Ол орналасу рауалылығы тәуелді беттерді (олардың өстерін немесе симметрия жазықтығын) сондай-ақ тәуелді рауалық түр кезіндегі өстердің түзулігін бақылауға арналған, бөлінбейтін құрылымның калибрлерін қарастырады. Калибрлердің өлшеу беттерінің орналасуы бөлшектің жанасатын беттерінің жиынтығын көрсететін элементтер композициясы болып табылады. Бұл кезде жеклеген өлшеу беттерінің өлшемдерін ең қолайсыз жинау өлшемдеріне жасайды (өтіп кету шегі бойынша), ал олардың салыстырмалы орналасуын немесе базалық элементпен салыстырмалы орналасуын бұйымның сызбада көрсетілген номиналь өлшемдері бойынша жоғары дәлдікті сақтай орындайды.

Цилиндрлік бұрандалардың дәлдігін бақылау калибрлері. Калибрлердің көмегімен кешендік және дифференциальдық әдістерді қолданады. Кешендік әдісті орта диаметрінің рауалылығы жинақтық болып келетін бұрандаларға қолданады. Ол бір мезгілде орта диаметрін (d₂,D₂), қадамын (P), пішіндік бұрышының жартысын (a/2), сондай-ақ бұранданың ішкі (d₁,D₁) және (d, D) сыртқы диаметрлерін бұрандалы бөлшектің іс жүзіндегі контурын шектігімен салыстыруға негізделген.

Дифференциальдық әдісте жекелеп ішкі D₁ және сыртқы d диаметрлері, қадамы P, және пішіндік бұрышының жартысы (a/2) кәдімгі тегіс калибрлер мен шаблондармен бақыланады. Цилиндрлік бұрандаларға (метрлік, трапециялық, құбырлық және тіреулік) арналған калибрлер мен контркалибрлердің барлық түрлерін МЕМСТ 24939-81 белгілейді. Бұрандалық калибрлер мен олардың элементтерінің құрылымдық өлшемлерін МЕМСТ 18465-73 және МЕМСТ 18466-73 регламенттейді. Бұрандалық калибрлердің комплектісіне жұмыстық бұрандалы сақиналар мен жақшаларды тексеруге және реттеуге арналған жұмыстық тегіс және бұрандалық өтып кететін және өтпейтін калибрлер, калибрлер мен контркалибрлер кіреді.

Кешендік өтіп кететін калибрлер. Тік бүйірлі шлицелі бөлшектердің өлшемдерінің дәлдігін, пішіндерін және беттерінің орналасуын кешендік өтіп кететін калибрлермен бақылайды (МЕМСТ 24959-81, МЕМСТ 24960-81): шлицелік төлкелерді калибр-тығындармен, ал шлицелік біліктерді калибр-сақиналармен тексереді. Қажет болған жағдайларда центрленетін және центрленбейтін диаметрлерді, ойықтарының енін және шлицелерді арнайы тегіс калибрлермен МЕМСТ 24961-81 – МЕМСТ 24968-81 бойынша элементтік бақылау жүргізеді.

Шартты белгілеуінде калибрдің атауы («тығын» немесе «сақина»), калибр түрінің нөмірі, берілген калибр тағайындалған біліктің шлицелік төлкесінің шартты белгіленуі, калибрдің дәлдік дәрежесі, стандарттың белгіленуі көрсетіледі.

Мысалы:

- МЕМСТ 6033-80 бойынша 50х2х9g білігіне арналған 1-түрдегі дәлдік дәрежесі 4 калибр-сақина – «Кольцо 1-50x2x9 g /4, ГОСТ 24969-81»;

- МЕМСТ 6033-80 бойынша 50х2х9Ншлицелік төлкеге арналған 5-түрдегі дәлдік дәрежесі 4 кешендік калибр-тығын - «Пробка 5-50х2х9Н/4 ГОСТ 24969-81».

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. Механикалық түрлендіргішті өлшеу және бақылау құралдарының әрекет принциптері неге негізделген?

2. Сағат типіндегі индикатордың құрылымы мен әрекет принципі қандай?

3. Индикаторлық іштен өлшегіштің құрылымы мен әрекет принципі қандай?

Дәріс №5. Механикалық шамаларды өлшеу және бақылау

Кинематикалық шамаларды өлшеу және бақылау әдістері мен құралдары. Механикалық қозғалыстың өлшеуге болатын шамалары орын ауыстыру, жылдамдық, үдеу болып табылады. Бұл кинематикалық параметрлер бір-бірімен өзара байланыста.

Қозғалыс параметрлерін уақыт бойынша өзгеруінің сипатына қарай ілгерілмелі, айнала, тербелмелі қозғалатын деп бөлуге болады.

Сызықтық жылдамдықты өлшеуге және бақылауға арналған құралдарды жылдамдық өлшегіштер, бұрыштық жылдамдықты өлшеуге және бақылауға арналғандарды – тахометрлер, үдеуді өлшеуге арналғандарды – акселерометрлер деп атайды. Егер машиналардың, құрылымдардың, ғимараттардың дірілдерін өлшейтін болса, онда діріл өлшегіштерді (виброметрлерді) қолданады. Жер қыртысының қозғалысын сейсмографтармен өлшейді.

Сызықтық жылдамдықты өлшеу және бақылау әдістері мен құралдары. Қозғалатын қатты денелердің сызықтық жылдамдықтарын өлшеудің кең тараған әдістері: аэрометрлік, қайтарымдық, термодинамикалық, корреляциялық, доплерлік, электромагниттік, инерциялық және т.б.

5.1-сурет - Сызықтық жылдамдықты өлшеу және бақылау әдістері: а – аэрометрлік (1-ститикалық қысымды қабылдағыш; 2-корпус; 3-манометрлік қорапша; 4-жебе; 5-түтіктер; 6-толық қысым қабылдағышы); б- қайтарымдық (1-ауа компрессоры; 2-манометрлік реле; 3-қозғалтқыш); в – термодинамикалық (1-ашық терможұп; 2-қосындылағыш; 3-бөлгіш); г – турбиналық (1-тангенциальдық турбина; 2-аксиальдық турбина).

Аэрометрлік әдіс (5.1-сурет, а) – ауада қозғалатын, дене жылдамдығымен функциялық байланысқан жылдамдақтық (динамикалық) қарқынды өлшеуге негізделген. Жылдамдықтық қарқын ауа статикалық қысым қабылдағышта 1 және толық қысым қабылдағышта 6 қозғалғанда пайда болатын статикалқ қысымды салыстыру жолымен манометрлік қорапшамен 3 анықталады. Салыстыру нәтижесі жебемен 4 есептеу құрылымында көрсетіледі. Бұл кездегі жылдамдықты өлшеу қателігі 2-3% аспайды.

Қайтарымдық әдіс (5.1-сурет, б) толық қысымды р_п және компрессор жасайтын қысымды р_к автоматты түрде теңгермелеуге негізделген. Манометрлік реленің 2 екі қуысының біріне толық қысым р_п, екіншісіне сығымдағыштан қысым р_к енгізіледі және р_п мен р_к теңгеріледі. р_п шамасы р_к –ден асып кетсе, қозғалтқыш 3 тізбегі тұйықталып, компрессор іске қосылады. Бұл кезде манометрлік реленің 2 мембранасы солға қарай жылжиды. Контактлер тұйықталғанда және ажырағанда электр қозғалтқышының айналу жиілігі р_п мен р_к теңдігін қамтамасыз ететіндей күйде ұсталады.

Термодинамикалық әдіс (5.1-сурет, в) – тежелетін ауа ағынының температурасын ашық терможұппен 1 және экрандалған терможұппен 4 өлшеуге негізделген. Бұл терможұптардың кедергілерінің айырмашылығы қосындылағышпен 2 және бөлгішпен 3 қабылданады. Бұл әдісті іске асыру үшін аз инерциялы температура өлшегіштер керек. Бұл кездегі өлшеу қателіктері температура өзгерткіштердің (1 және 4) параметрлерінің тұрақты еместігімен байланысты.

Турбиналық әдіс (5.1-сурет, г) – ауа немесе су ағынының кинетикалық энергиясы тангенциальдық 1 және аксиальдық 2 турбиналарды айнадыруға пайдаланылады. Турбиналардың айналу жиіліктері қозғалыс жылдамдығына пропорционал. Аксиальды турбиналар теңіз көліктерінің жылдамдығын өлшеуге көптеп қолданылады.

Айналу жылдамдығын өлшеу және бақылау әдістері мен құралдары. Ортадан тепкіштік әдіс – бұл кезде сезімтал элементтің айналатын біліктің теңгерілмеген массалары дамытатын ортадан тепкіш күшпен әрекеттесуімен сипатталады.

5.2-сурет – Ортадан тепкіш тахометрлер: а –конустық (1-жалғастырғыш; 2-серіппе; б – сақиналық (1- жалғастырғыш;2-айналмайтын өс).

Конустық тахометрде (5.2-сурет, а) топсада, өсімен бірге айналатын жүктер m орнатылған. Ортадан тепкіш күштер әсерінен жүктер серіппені 2 сығымдай жалғастырғыш 1 өсі бойымен жылжып, бір-бірінен алыстайды. Жалғастырғыштың 1 қалпының өзгеруі тахометрдің көрсетуші элементі – жебемен тіркеледі. Сақиналық тахометрде (5.2-сурет, б) өс 2 айналмайтын кезде ( =0) сақина жазықтығы өске қатысты белгі бұрышқа көлбеуленген. Өс айналғанда сақина жазықтығы оған перпендикуляр қалыпқа ұмтылады. Бұл жалғастырғышты 1 жылжытып, жебе көрсетуін өзгертеді.

Бұл құрылымның кемшілігі: қашықтықтан басқарылмауы, қателігінің көптігі, дайындау мен реттеудегі технологиялық қиындықтар.

5.3-сурет – Магнитиндукциялық тахометрлер: а –қуыс роторлы; б –дискілі; 1-тұрақты магнит; 2-сезімтал элемент; 3-термомагниттік шунт; 4-магнитөткізгіш.

Магнитиндукциялық әдіс металл денеге берілетін құйындық токтың дененің айналу жиілігіне тәуелділігіне негізделген. Бұл әдіске негізделген тахометрлер екі нұсқада орындалады: цилиндр сезімтал элементпен (5.3-сурет, а) және дискілік сезімтал элементпен (5.3-сурет, б). Магнитиндукциялық тахометрдің негізгі бөлігі өлшеу түйіні. Ол тұрақты магниттен 1 және қуыс цилиндр немесе дискі түрін жасалған сезімтал элементтен тұрады. Әдетте тұрақты магнит өлшенуі қажет жиілікпен айналады, өзіндік кедергісі үлкен металдан жасалған сезімтал элемент айналудан ирек серіппе көмегімен ұсталып тұрады. Магниттік индукцияның тұрақсыздығынан температуралық қателікті азайту үшін саңылауда термомагниттік шунт 3 қолданылады. Бұл тахометрлердің шкалалары с^-1 (тип ТЭ) немесе пайызға (тип ИТЭ) бөліктелген.

ИТЭ типтегі тахометр тахометрдің өзінен (өлшеу түйінінен) және айнымалы жиілікті айнымалы токты синхронды берілістен тұрады. Беріліс үш фазалы синхронды генераторды және синхронды қосылатын синхронды қозғалтқышты іске қосады.

Құрылымы бойынша тахометр түрлендіргіш және көрсеткіш түрінде орындалған.

Электрлік әдіс өндірілетін кернеудің айналу жиілігіне (тұрақты, айнымалы, импульстік токтар үшін) тәуелділігіне, ал айнымалы және импульстік токтар үшін – ток жиілігінің айналу жиілігіне тәуелділігіне негізделген. Тұрақты ток электрлік тахометрінің құрамына тұрақты тоқ тахогенераторы және гальванометр кіреді. Тахогенераторлар екі типте болады: ротордың бұрылу бұрышы шектелген және шектелмеген.

Айнымалы ток тахометрінде тахогенератор айналатын тұрақты магниттен және статорлық орамдардан тұрады. Бұрыштық жылдамдықты өлшеу айналу жиілігіне тең айнымалы ток жиілігін өлшеуге немесе кернеу амплитудасының өзгеруін өлшеуге келтірілген.

Стробоскоптік әдіс көздің көрінетін кескінді ол жоғалып кеткеннен кейінде де секундтың ондық бөлігіндей уақыт болса да сақтап қалу қасиетіне негізделген. Бұл әдіс басқа әдістерге қарағанда дәлірек. Сондықтан лаборатория жағдайында, сондай-ақ үлгілік өлшеу құралдарын дайындауда қолданыс тапқан.

Үдеуді өлшеу әдістері мен құралдары. Сызықтық үдеуді анықтау үшін инерциялық әдіс, дифференциялық әдіс және жылжымайтын базаға дейінгі қашықтықты екі реттік дифференициялау әдісі қолданылады.

Инерциялық әдіс үдеумен қозғалған кезде инерциялы масса жасайтын күшті өлшеуге арналған. Бұл әдісті іске асыратын құралдардың әрекеттік принципі келесідей (5.4-сурет, а). Серіппе 2 және демпфер 5 көмегімен аспап корпусымен 4 байланысқан инерциялы масса 1 сезімталдық өсі деп аталатын өс 7 бойымен жылжи алады. Өлшенетін үдеуге пропорционал инерциалы массаның жылжуы резисторлық, индуктивтңк немесе сыйымдылықты түрлендіргіш 6 көмегімен электр сигналына айландырып, күшейткіште у күшейтілгеннен кейін электромагнитке 3 беріледі. Электромагнитте инерциялық күшті ma_x теңгеретін күш F жасалады:

F= ma_x ,

мұнда a_x – үдеу.

5.4-сурет – Үдеуді өлшеу құралдары: а – акселерометрдің сұлбасы (1-инерциялы масса; 2-серіппе; 3-электромагнит; 4-аспаптың корпусы; 5-демпфер; 6-түрлендіргіш; 7-өс; у-күшейткіш); б – маятникті акселерометрдің сұлбасы (1-аспа; 2-сұйық; 3-корпус; 4-сезімтал элемент); в –шекті акселерометрдің сұлбасы (1, 5-шекті түрлендіргіш, 2, 4-шек; 3-серпімді аспа; 6-генератор; 7-шекті керу механизмі; 8-реттеуші құрылым); г – талшықтық-оптикалық түрлендіргішті акселерометрдің сұлбасы (1-жарық бастауы; 2-акселерометр; 3, 8-линза; 4-полярлаушы; 5-фотосерпімді материал; 6-ширекталшықты пластина; 7-анализдаушы; 9-талшықты жарықөткізгіш; 10-сәуле қабылдаушы – фотодиод).

Бір немесе екі реттік дифференциялау әдісі сәйкес өлшенетін жылдамдықты немесе қозғалмайтын базаға дейінгі қашықтықты дифференциялауға тіреледі.

Акселерометрдің кейбір сұлбаларын қарастырамыз. Инерциялық массалар, сигналдарды түрлендіргіштер, моменттік (күштік) құрылымдар, сигналдарды күшейткіштер және дұрыстаушы элементтер (демпферлер) акселерометрлердің негізгі элементтері болып табылады.

Маятникті акселерометрлерде (5.4-сурет, б) сезімтал элемент 4 корпусқа 3 құйылған сұйықтың 2 ішіне орналасады. Сұйықтың температурасы 0,01^оС дейінгі дәлдікте ұсталады. Бұл кезде сұйықта конвективті қозғалысты болдырмауға мүмкіндік бар. Сезімтал элементтен сигнал түрлендіргішпен 5 алынып, күшейткішке у беріледі. Күшейткіштен шыққан сигнал моменттік қозғалтқышқа беріліп, үдеуге тәуелді момент дамытылады.

Шекті түрлендіргішті 1 және 5 акселерометрде (5.4-сурет, в) массаның т жылжуы сезімталдық өсі бағытында тартылған шектердің 2 және 4 серпімділік қасиеттерін өзгертеді. Серпімді ілгіш 3 масса m-нің көлденең бағытта жылжуын болдырмайды. Шектердің 2 және 4 тербеліс жиіліктерінің қосындысы (f₁+f₂) реттегіш құрылымның 8 көмегімен тұрақты шамада ұсталады. Сол үшін ол генератормен 6 жасалатын эталондық жиілікпен f_о салыстырылып отырады. Жиіліктер айырмашылығын шектер керу механизмін 7 басқаруға пайдаланылады. (f₁+f₂) шамасын тұрақты қылып ұстағанда өлшенетін үдеу a_x пен жиіліктер айырмашылығы арасында сызықтық тәуелділік орнайды. Бұндай акселерометрлер инерциялы басқару жүйесінде қолданылады. 20g дейінгі үдеуді өлшегенде бұлардың қателіктері аспайды.

Өлшегіштік өзгерткішті талшықты – оптикалық акселерометр фотосерпімділік әсеріне негізделген. Кейбір материалдар (эпоксидтік қарамай, литий нитраты және т.б.) деформацмяланған кезде өздерінің оптикалық қасиеттерін өзгертеді. Осының негізінде, күшті деформацияға айналдыратын, өлшеу құралдарының бірқатары жасалған. 5.4-сурет, г жарық 1 (мысалы, жартылай өткізгіштік лазер) линза 3, полярлаушы 4 арқылы акселерометр жүгінің үдеуіне байланысты кернеулік күйі өзгеретін фотосерпімді материалдан жасалған өзекке 5 беріледі. Ширектолқындық тілікше 6, анализдаушы 7 және линза 8 көмегімен алынған сигнал өзгертіліп, талшықты жарық өткізгіш 9 бойымен ол сәуле қабылдағышқа (фотодиодқа) 10 беріледі. Нәтижесінде үдеудің шамасы жеткілікте дәлдікте анықталады. Мысалы, жүктің массасы 25 г кезінде қарастырылған акселерометрдің сезімталдығы 0,01g құрайды.

Дірілді өлшеу әдістері мен құралдары. Әрқашанда дірілді өлшеген кезде үш элемент қатысады: дірілдеуші звено, бастапқы (дірілдемейтін) звено және дірілдеуші звеноның дірілдемейтінге қатысты қозғалысын өлшеуге арналған құрылым. Дірілді өлшеуге арналған құралдар виброметрлер (5.5-сурет, а) деп аталады. Әдетте бастапқы (дірілдемейтін) звено діріл өсі бойымен (немесе өсті айнала) қозғала алатын массаның көмегімен жасалады. Масса1 аспаптың табанымен 4 серіппе 2 және демпфер 3 көмегімен байланысады. Түрлендіргіш 5 массаның 1, серіппенің 2 және демпфердің 3 параметрлеріне тәуелді, корпустың массаға 1 қатысты жылжу сигналын береді. Сигнал массаның 1 және аспап табанының 4 салыстырмалы жылжуына, салыстырмалы жылдамдыққа немесе үдеуге пропорционал болуы мүмкін. Виброметр массасын 1 сейсмикалық элемент деп атайды, ал масса 1, серіппе 2 және демпферден құралған жүйе сейсмикалық жүйе деп аталады. Жылжуды электр сигналына айландыру үшін резисторлық, индуктивтік, сыйымдылықты, электромагниттік, микросиндық және басқа түрлендіргіштерді пайдаланады. 5.5-суретте, б сейсмикалық элементке арналған бағыттаушы тіректі электромагниттік сызықтық виброметрдің құрылымы көрсетілген. Сейсмикалық элемент 8 тұтқыр сұйық ортада 3 тіректік өзекке 4 орнатылған. Төлкенің 5 бағыттаушы дискісі 1 сейсмикалық элементке сезімталдық өсі 2 бойымен аз үйкеліспен жылжуға мүмкіндік береді. Дірілдің шамасы сейсмикалық элементте 8 орналасқан тұрақты магнитпен 6 орамда 7 жасалатын ток шамасымен анықталады.

Бұл типтегі көлемі 90 см³ және салмағы 450 г виброметр 10 Гц меншікті жиілікке, 0,03 В/(см^.с²) сезімталдыққа, енгізу жылжуының диапазонына ие.

Индуктивтік көпірлі виброметр (5.5-сурет, в). Аз гисьерезисті магниттік материалдан жасалған цилиндр түріндегі сейсмикалық элемент 7 якорь 12 қызметін атқарады және екі орамдар 5 арасында тұтқыр сұйықпен 11 толтырылған қуыста жылжып тұрады. Сейсмикалық элемент 7 магниттелмейтін төлкелерлі 3 және 9 тіректік өзекке 1 орнатылған және аспаптың кораусымен 13 серіппелер 4 және 8 арқылы байланысқан. Виброметрдің сигналы осцилографпен тіркеледі. Көлемі 45 см³ виброметрдің салмағы 200г. Қоректік кернеуі 10 В жиілігі 400 Гц кезінде оның сезімталдығы 0,01 В/(см^.с²). Аспаппен 10g дейінгі диапазонда үдеуді өлшеуге болады.

5.5-сурет – Дірілді өлшеу құралдары

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. Механикалық қозғалыстың параметрлерін өлшейтін және бақылайтын аспаптар қалай аталады?

2. Сызықтық жылдамдықты, айналу жылдамдығын өлшеуге қандай әдістер қолданылады?

3. Акселерометрлердің әрекет принципі және құрылысы қандай?

4. Виброметрлердің әрекет принципі неге негізделген?

Дәріс №6. Температураны өлшеу және бақылау әдістері мен құралдары

Температураны өлшеудің төмендегі әдістері кеңінен таралған:

- сұйық, газ тәрізді және қатты денелердің жылулық ұлғаюына (термомеханикалық әсерге) негізделген;

- жабық көлемде температура өзгерген кезде қысымның өзгеруіне (манометрлік) негізделген;

- температурасы өзгерген кезде дененің электрлік кедергісінің өзгеруіне (терморезисторға) негізделген;

- термоэлектрлік әсерге негізделген;

- қыздырылған дененің электромагниттік сәуле шығаруына негізделген.

Температураны өлшеуге арналған аспаптар термометрлер деп аталады. Оларды контактілік және контактілік емес деп екі топқа бөледі.

Температураны контактілі өлшеу. Сұйықты әйнек термометрлердің әрекет принципі әйнек түтікке құйылған термометрлік сұйықтың температурасы мен көлемі арасындағы тәуелділікке негізделген. Термометрлік сұйық ретінде толуол, этил спирті, керосин, пентан пайдаланылады. Бұлардан басқа сынап толтырылған термометрлер де көп тараған.

Әйнек термометрлер атқаратын қызметтеріне және қолданылу обылыстарына тәуелді үлгілік, зертханалық, техникалық, тұрмыстық, метрологиялық болып бөлінеді.

Биметалл және дилатометрлік термометрлер әртүрлі қатты денелердің температуралары өзгерген кезде әртүрлі дәрежеде сызықтық ұлғаюларына негізделген.

2.77-суретте (а) термосезімтал элементі ретінде сызықтық ұлғаюлары әртүрлі металдардан – латун 1 мен инвардан 2 – жасалған екі қабатты тілікше қолданылған биметалл термометрдің құрылымы көрсетілген.Температура өскен кезде тілікшенің бос басы ұлғаю коэффициенті аз металл жағына қарай қисаяды және сол қисаю шамасы бойынша температура жөнінде мағлұмат алынады. Құрылымның бұндай типі сигналдау және автоматты реттеу жүйесінің терморелесі ретінде, сондай-ақ температуралық компенсатор ретінде қолданылады.

Дәріс №7. Электрлік және магниттік шамаларды өлшеу және бақылау

Тұрақты және айнымалы кернеулерді өлшеу. Тұрақта да, айнымалы да кернеулерді өлшеу сәйкес типтегі кернеулермен жұмыс істеуге арналып есептелген вольтметрлермен тікелей жүргізіледі. Вольтметр тағайындалғаннан артық кернеуді өлшеу керек болса, онда вольтметрге тізбектей қосымша резисторды жалғайды. Сонда өлшенетін кернеудің бір бөлігі қосымша резисторге, ал екінші бөлігі – аспапқа түсіріледі. Қосымша резисторды таңдап ала отырып, үлкен кернеулерді өлшеу шегін кеңейтуге болады.

Егер вольтметрдің кедергісі R_пр белгілі болса және ұлғайту шегін мына формуламен анықтап алынса:

(7.1)

мұнда U_х — өлшенуі керек сұлба кірісіндегі ең үлкен кернеу; U_np — вольтметрмен өлшенетін ең жоғарғы кернеу шегі.

Қосымша резистордың кедергісінің шамасы:

(7.2)

Әдетте есептеуді жүргізуге ыңғайлы болуы үшін коэффициентті п 2; 5 немес 10 еселік етіп алады.

Үлкен айнымалы кернеулерді өлшеу үшін кернеудің өлшеулік трансформаторы дегендер пайдаланылады. Олар төмендеткіш трансформаторлар болып табылады, яғни, вольтметр жалғанатын екінші орауыштың орам саны W₂ бірінші орауыштың орам санынан W₁ аз. Өлшеу шегін кеңейту коэффициенті п = W₁/W₂ . Кернеуді өлшеу үшін вольтметрді жалғау сұлбасы 2.1-суретте көрсетілген.

Электрқозғаушы күшін (Э.Қ.К.) Е өлшеудің өз ерекшеліктері бар. Вольтметрді Э.Қ.Қ. көзіне қосқан кезде ол арқылы үнемі ток өтеді, ал енді егер кез-келген Э.Қ.Қ. көзінде ішкі кедергі R_вн бар болғандықтан, ондағы кернеу мынаған тең:

U= Е- IR_вн (7.3)

және вольтметр Э.Қ.Қ. Е-ден төмен шаманы көрсетеді.

Егер де өлшеудің жоғары дәлдігі қажет болмаған жағдайда, онда токты азайту үшін жоғары ішкі кедергісі бар вольтметрді қолдануға болады. Мысалы: электронды вольтметрлерді. Бұл жағдайда кернеуді U = Е деп алуға да болады.

Ток күшін өлшеуді амперметрдің көмегімен жүргізуге болады. Егер де амперметрдің өлшеу мүмкіндігін кеңейту керек болса, онда амперметрге параллель резисторды жалғау керек. Оны көбіне шунт деп атайды. Сол кезде амперметр арқылы токтың тек бір бөлігі ғана өтеді, ал қалған бөлігі шунт арқылы өтеді. Әдетте амперметрдің кедергісі төмен болатындықтан, өлшеу мүмкіндігін кеңейту үшін шунттың кедергісі де аз болуы керек. Әдетте ол Ом-ның бөлігі. Шунттың кедергісін есептейтін формулалар да бар, бірақ тәжірибеде ток күшін эталонды амперметрмен бақылап, кедергісін қолымен келтіруге тура келеді.

Жоғары айнымалы токтарды өлшеу үшін токтардың өлшеу трансформаторлары қолданылады.

Әлбетте электрондық сұлбалардағы, дәнекерленген, баспа платаларында дайындалған токтарды өлшеу мүлде басқаша: бұларда қандайда бір үзік жасау мүмкін емес. Әджетте бұндай жағдайларда токтарды өлшеу үшін вольтметрлерді (әлбетте, аспаптың электронды сұлбасының жұмысына әсерін болдырмау үшін үлкен ішкі кедергілі электрондыларды) қолданады. Оларды кедергісі белгілі немесе алдын-ала өлшенген сұлба резисторіне жалғайды. Сонан соң Ом заңын пайдаланып, ток күшін анықтауға болады:

I = U/R.. (7.4)

Кедергілерді өлшеу. Жиі электр қондырғыларымен жұмыс істегенде немесе электрондық сұлбаларды баптағанда әртүрлі кедергілерді өлшеу қажет. Кедергілерді өлшеудің ең қарапайым түрң екі өлшеуші аспапты – амперметр мен вольтметрді – пайдалану тәсілі. Олардың көмегімен қоректендіру көзіне жалғанған кедергінің R кернеуі мен тоғын өлшеп, Ом заңын пайдаланып керекті кедергіні табады:

R = U/ I. (7.5)

Бірақ бұл тәсіл кедергіні өлшеу нәтижесінің жоғарғы дәлдігін қамтамасыз ете алмайды, өйткені нәтижеге амперметр мен вольтметрдің ішкі кедергілері әсер етеді. 7.1-суретте (а) көрсетілген сұлбада амперметр тек кедергі арқылы өтетін ток өлшеп қана қоймай, сонымен қатар вольтметр арқылы өтетін токты да өлшейді, содан өлшеуге әдістемелік қателік енгізіледі. Бұл тәсілді арнайы кедергі өлшейтін аспап – омметр – жоқ кезде пайдаланады. Мүмкін болатын сұлбалардың бірі – тізбектік (7.1-сурет, б), ол дербес қорек көзінен Е, айнымалы резисторден R және магнитоэлектрлік типтегі миллиамперметрдер РА тұрады.

7.1-сурет – Амперметр және вольтметр әдісімен кедергіні өлшеу (а) және омметрдің (б) сұлбалары.

Қорек көзі ретінде әдетте құрғақ элементтер немесе кернеуі 1,4...4,5 В батареялар пайдаланылады. Егер аспаптың шығысына анықталуы қажет кедергі R_x жалғанса, онда тізбекпен шамасы кедергі шамасына тәуелді ток жүреді. Миллиамперметр токты өлшейтін болғандықтан, оның шкаласын тікелей оммен көрсететіндей етіп бөліктерге бөлуге болады. Бұндай омметрлердің шкалалары кереі, яғни нөлі шкаланың оң жағында орналасқан, өйткені кірісінде кедергі нөлге тең кезде (қысқаша тұйықталу режимінде), амперметр арқылы ең үлкен ток өтеді. Егер сыртқы тізбек үзілген болса, бұл кезде кірісінде кедергі шексіқ үлкен, онда миллиамперметрдің жебесі шкаланың белгісі салынған сол жақ шетінде болады. Бұндай омметрдің шкаласы сызықтық емес, ол кейде нәтижені оқуды қиындатады. Омметрдің айнымалы резисторы жұмысты бастар алдында аспаптың жебесін нөлге қоюға арналған. Ол үшін омметрдің шығысын қысқаша тұйықтап, айнымалы резистордың тұтқасын айналдыра, аспаптың нөлін көрсетуіне қол жеткізеді. Қоректендіру элементінің ЭҚК уақыт өткен сайын азаятындықтан бұндай нөлге қойылуды мезгіл-мезгіл бақылап отыру керек. Осындай омметрлердің көмегімен бір омнан жүздеген Омға дейінгі кедергілерді өлшеуге болады.

100 МОм-ға дейінгі үлкен кедергілерді әдетте мегомметрлердің көмегімен жүргізеді (7.2-сурет, а). Оның классикалық түрі дербес қорек көзі мен өлщеуші аспаптан тұратын – логометр. Логометр – бір рамканың орнына өзара бұрыш жасай орналасқан, қатты байланыстағы екі рамкадан тұратын магнитоэлектрлік аспаптың бір түрі.

7.2-сурет – Мегомметрдің (а) және электр көпірдің (б) сұлбалары

Кіші кедергілерді (1 ОМ-нан аз), сондай-ақ басқа да кедергілерді кең диапазонда жоғарғы дәлдікпен өлшеу электр көпірлердің көмегімен іске асырылуы мүмкін.

Тұрақты ток көпірінің көмегімен өлшеу дәлдігі өте жоғары. Кедергінің нәтижелік мәні бес орынды санға дейін жетуі мүмкін.Сонымен қатар көпір өлшеуді тез жүргізуге мүмкіндік бермейді, өйткені теңдестіру процесі белгілі уақыт пен оператор дағдысын талап етеді.

Сыйымдылықты өлшеу. Конденсатордың немесе сыйымдылық сипаттағы басқа құрылымдардың сыйымдылықтарының шамасын анықтау әр-түрлі әдістер арқылы жүзеге асады. Солардың ішіндегі ең қарапайымы – амперметр-вольтметр әдісі (7.3-сурет, а). Бұл әдіс схемасының генератордан шыққан төменгі жоғары жиілікті айнымалы синусоидалық кернеуді пайдалануы болмаса, кедергіні өлшеу әдісінен еш айырмашылығы жоқ. Конденсатордың сыйымдылық кедергісі келесі формуламен анықталады:

(7.6)

мұнда f — айнымалы кернеу жиілігі.

Аспаптардың көрсетуі бойынша Ом заңы арқылы сыйымдылық кедергісі былай табылады:

x_C= U/1 (7.7)

Шамасы аз сыйымдылықтарды өлшеу резонанс әдісі арқылы жүзеге асады (7.3-сурет, б). Тербеліс контурын құра отырып, өлшенетін конденсатор С_х белгілі индуктивтілікке L қосылады. Контурға генератордың синусоидалдық кернеуі беріледі. Электронды вольтметрдің көмегімен контурдағы кернеу өлшенеді. Резонанс кезінде ол максимум мәніне жетеді. Контурдың резонанстық жиілігі былай табылады:

(7.8)

Осылайша, контурдағы белгілі индуктивтілік шамасы және вольтметрдің максимальдық көрсетулерімен анықталған резонанс арқылы ізденілетін С_х сыйымдылық мәнін табуға болады.

Үлкен сыйымдылықтарды (мысалы, электролиттік конденсаторлар) конденсаторларды белгілі кедергіге R разрядтау арқылы өлшеу ең қалайлы әдіс болып табылады. Конденсатор тізбегінің разрядының тұрақты уақытына тең уақыт ішінде оның кернеуі е есе төмендейтіні белгілі. Мұндағы е=2,71...- натураль логарифмнің негізі. Конденсатор тізбегінің разрядының тұрақты уақыты резисторға мына қатынаспен табылады:

= RC. (7.9)

Бұл әдіс арқылы сыйымдылықты өлшеу сұлбасы тұрақты кернеулі қорек көзінен,шамасы белгілі резистор кедергісінен R, электронды вольтметрден PV, ажыратып-қосқыштан S және конденсаторды қосуға арналған клеммалардан тұрады. Ажыратып-қосқыш S арқылы конденсатор С_х қорек көзінің кернеуіне дейін зарядталады, ал конденсаторды разрядқа қойғаннан кейін секундометрдің көмегімен уақыт t өлшенеді, сол уақыт біткен кезде конденсатор U_пит/е кернеуіне дейін разрядталады. Сонда конденсатор сыйымдылығы былай анықталады:

С= . (7.10)

Конденсатордың сыйымдылығын сондай-ақ айнымалы ток көпірі көмегімен де өлшеуге болады.

Қуатты өлшеу. Электрлік тізбектерде қуатты өлшеуді тұрақты және айнымалы ток тізбектері үшін жекелей анықтағын қолайлы.

Тұрақты токтағы қуатты анықтайтын формулалар:

Р = UI;

P=U²/R;

Р = RI².

Осы формулаларға сәйкес белгілі бір кедергі – шамасына сай қуатты үш әдіспен анықтауға болады: вольтметр және амперметрдің көмегімен (7.4-сурет, а), тек вольтметрмен (7.4-сурет, б) және тек амперметрмен (7.4-сурет, в). Барлық жағдайларда аспаптың көрсетулерін анықтағаннан кейін, қуатты табу үшін математикалық есептеулерді жүргізу қажет. Ал енді егер біз мұны ваттметрмен өлшейтін болсақ, онда жаңағы айтқандарды істемеуге де блолады. Өндіріс орындарында шығарылатын ваттметрлер ферродинамикалық аспаптың негізінде жасалынады. Ол ваттметрлерде екі орам және төрт шығысы бар. Бірінші орам токтық, ол арқылы шығындалатын қуаты өлшенетін, ток қосымша күшке өтеді. Ал екінші орам – кернеулік орам. Ол тікелей ток көзінде жалғанады.

7.4-сурет – Тұрақты ток тізбегіндегі қуатты өлшеу сұлбасы

Айнымалы токтағы қуатты өлшеудің өз ерекшеліктері бар. Біріншіден, мұнда үш түрлі қуат болады:

- толық қуат: S= UI;

- активті қуат: Р = UI cos ;

- реактивті қуат: Q= UI sin ;

мұнда – ток пен кернеу арасындағы бұрыш.

Жиі толық және активті қуаттарды анықтайды. Күшсалмақтық токты есептеу, өткізгіштердің көлденең қимасын және сақтандырғыштарды таңдау үшін толық қуатты білу қажет. Күшсалмақта жылуға, жарыққа, дыбысқа және т.б. түрлендірілетін құатты сипаттауда активті қуаттың маңызы зор.

Толық қуатты табу үшін алдымен вольтметр және амперметрдің көмегімен кернеу мен ток күшін өлшеп алып, алынған нәтижелерді бір-біріне көбейтеді. Активті қуат ферродинамикалық ваттметрлермен өлшенеді. Бұл кезде кернеу мен токтан басқа қуат коэффициенті cos де ескеріледі. Ваттметрдің орауышын күшсалмаққа жалғағанда тұрақты токтікі сияқты ваттметр активті қуатты тікелей өлшейді.

Магниттік шамаларды өлшеу әдістемесі. Магниттік шамаларды электрліктермен салыстырғанда сирек өлшейді. Әртүрлі бұйымдарды , бірінші кезекте электрліктерді, жасауда тап болатын таза магниттік шамаларға магнит индукциясы В, магнит ағыны Ф және магнит өрісінің кернеуі Н_т жатады. Бұл шамалар бір-бірімен функциялық тәуелділікпен байланысқан. Вакуум үшін және тәжірибе кезінде ауа үшін олардың арасындағы қатынас келесідей:

Ф= s В,

мұнда Гн/м — магниттік тұрақты; s— магнит ағыны өтетін көлденең қима (магнитөткізгіштің).

Функциялық байланыстың арқасында тәжірибемен бір магниттік шаманы анықтау ғана жеткілікті, ал қалғандары есептеу тәсілімен табылады. Оларды өлшеудің әдістерінің түрі көп және бұл мақсатта қолданылатын күрделі аспаптардың түрлері де көп. Іс жүзінде олардың бәрі магниттік шамаларды электрлікке айналдырады, ал сонан кейін электр аспаптарының көмегімен оларды өлшейді.

Магнит индукциясын өлшеуге арналған қарапайым құрал – теслометр болып табылады (7.5-сурет). Ол қатаң тұрақты жылдамдықпен айналдыратын электрқоз-ғалтқышының білігіне 3 бекітілген магниттелмейтін материалдан жасалған рамкаға 1 оралған орауыш болып табылады.

7.5-сурет – индукцияны өлшеуге арналған аспаптың сұлбасы: 1-магниттелмейтін материалдан жасалған рамка; 2-түйіспелік сақина; 3-электрқозғалтқышының білігі; 4-түзеткіш.

Егер айналып тұрған катушка арқылы магнит ағыны өтсе, онда магнит ағыны қаншама үлкен болса, соншама үлкен Э.Қ.Қ. пайда болады (осы принциппен барлық электрогенераторлар жұмыс істейді). Осылайша, біз Э.Қ.Қ.-нің шамасына қарап орауыштың магнит индукциясының В шамасын біле аламыз. Оны өлшеу үшін қозғалтқыштың біліктік өсіне түйіспелік сақиналарды 2 орналастырады. Қозғалмайтын щеткалардың көмегімен айнымалы кернеу орауыштан түзеткішке 4 барады. Ал түзеткіштен магнитоэлектрлік жүйедегі өлшеу аспабына барады. Бұл аспап тікелей магнит индукциясының шамаларына градуирленген болады. Өлшеу орауыштарының диаметрлері 1,5...25 мм болады. Кіүші диаметрлі орауыштарды магнитөткізгіштің тар ауа саңылауларына орналастыруға болады. Осы аспаптың жеткілікті қарапайым қарамай бір ірі кемшілігі бар – қозғалатын бөліктерінің болуы. Бұл кемшілік Холл эффектісін пайдаланатын аспаптарда болмайды.

Холл эффектісі арқылы жұмыс істейтін прибордың қарапайым сұлбасын қарастырамыз (7.6-сурет, а). Егер п типті жартылай өткізгіштен жасалған (яғни, электронды өткізгішті) телікшені алып, а және b жақтарына тұрақты кернеуді келтірсек, онда тізбекте бос электрондардың қозғалысы есебінен ток I туындайды. Егер бұл кезде жартылай өткізгіштік тілікше жазықтығымен магнит ағыны өтетін болса, онда ол электрондар ағынын бір жаққа (магнит ағынының таңбасына тәуелді с немесе d) ығыстыруға тырысады. Бұл с және d жақтарында эқк пайда болуына әкеледі. Бұл эқк шамасы магнит индукциясымен В былай байланысқан:

,

мұнда R_x – жартылай өткізгіштің материалына тәуелді; I – тізбектің a және b жақтарының арасындағы ток; В – магнит индукциясы; h – жартылай өткізгіш тілікшенің қалыңдығы.

7.6-сурет – Холл әсері (а) және Холл әсеріне негізделген магнит индукциясын өлшеуіш (б).

Ол схеманың құрамында айнымалы кернеумен қоректендіру көзі 5 (көбіне жиілігі 1000Гц шамасында), Холл бергіші 1, айнымалы кернеуді күшейткіш 4, түзеткіш 3, магнитоэлектрлік индикатор 2 кіреді (7.6-сурет, б). Жартылай өткізгішті пластинаның қалындығы 1мм-ден аспайтындықтан, осы прибордың көмегімен электрлік машиналардағы тар саңылаудағы магнит индукциясын анықтауға болады.

Электр машиналары, трансформаторлар, электромагниттік реле сияқты жаңа электротехникалық бұйымдарды жасағанда осы бұйымдарды жасауға пайдаланылатын материалдардың ферромагниттік негізгі сипаттамаларын анықтау қажет болады. Бұндай мәселелер жаға қасиетті және сипаттамалары сапалырақ жаңа ферромагниттік қорытпаларды жасауда да туындайды. Бұндай сипаттамаларды анықтау күрделі және қымбат аспаптарды талап ететін қиын процесс. Айнымалы магнит өрісінде қолданылатын ферромагниттік материалдардың ерекше маңызды сипаттамаларын анықтаудың жеткілікті әдісі – индукцияның негізгі қисығы. Оны анықтау үшін зерттелетін материалдан тороидальдық сақина жасап, оған екі орауыш орау керек. Олардың бірі – алғашқы – сақина түріндегі өзекшеде магнит өрісін жасауға арналған (7.7-сурет). Егер бұл орауыштағы токты I өлшеп, орам санын W₁ білсек, онда формула бойынша магнит ағынының кернеулігінің амплитудасын анықтауға болады:

мұнда I – алғашқы орауыштағы айнымалы синусоидальдық токтың әрекеттік мәні; l_ср – магнитөткізгіштің магниттік желісінің орташа ұзындығы.

7.7-сурет – Магниттелудің динамикалық қисығын алуға арналған сұлба

Дәлірек нәтижелерді алу үшін алғашқы орауыш тороидальдық магнитөткізгіштің барлық ұзындығына біркелкі оралады. Орам саны W₂ екінші орауыш магнитөткізгіштің кез-келген жеріне компактілі орналасады. Бұл орауыштағы кернеуді U₂ өлшеу тороидальдық өзекшедегі магнит индукциясының амплитудасының ең үлкен мәнін анықтауға мүмкіндік туғызады:

мұнда U_2ср – екінші орауыштағы кернеудің орташа мәні; f – айнымалы кернеудің жиілігі; W₂ – екінші орауыштың орам саны; S – тороидальдық магнитөткізгіштің көлденең қимасы.

Жоғарыда жазылған магниттелудің динамикалық қисығын салу сұлбасы 7.7-суретте келтірілген. Онда синусоидальдық кернеу көзі, алғашқы орауышта токты реттеуге арналған автотрансформатор, екі орауышты тороидальдығ өзекше және екі өлшеуіш аспаптар – амперметр мен вольтметр қарасиырылғын. Соңғыларды амперметр ток күшінің іс жүзіндегі мәнін, ал вольтметр – айнымалы кернеудің орташа мәнін өлшейтіндей етіп таңдайды. Сұлбады екі аспап қолданылатын болғандықтан, ол амперметр және вольтметр әдісі деп аталады. Айнымалы кернеу генераторының жиілігі сыналатын материалдан жасалған бұйымдыкіндей етіп таңдалады. Егер бұйым өндірістік жиілікте жұмыс істейтін болса, онда қорек көзі ретінде жиілігі 50 Гц өндірістік (қалалық) желі пайдаланылады. Сипаттаманы салу процесінің мағынасы алғашқы орауышты токты біртіндеп қсіріп,амперметр мен вольтметрдің көрсетулерін жазып алу болып табылады. Бұл шамалардың көмегімен магнит өрісінің кернеулігі мен магнит индукциясын есептегеннен кейін сәйкес В_т=f(H_m) тәуелділігін салады. Ол 7.8-суретте көрсетілген. Алынған мәндер сонымен қатар амплитудалық магниттік өткіштіктің абсолюттік мәнін анықтауға да мүмкіндік береді:

Магниттік материалдарды зерттеу кейде басқа параметрлерді де өлшеуді қажет етеді. Бірақ олар көпшілік жағдайларда күрделі, арнайы зертханаларда, тіпті бір дана етіп қана жасалған бірегей аппаратуралардың көмегімен жүргізіледі, сондықтан да бұл әдістердің сипатын физикалық профильдегі әдебиеттерден табуға болады.

7.8-сурет - Магниттелудің динамикалық қисығы

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 5

Бақылау сұрақтары:

1. Электрөлшеуіш аспаптардың қандай негізгі жүйелері бар?

2. Кернеуді өлшеу әдістемесінің электр қозғаушы күштікінен айырмашылығы не?

3. Өлшеу шектерін кеңейту үшін вольтметрге қосымша резистор, ал амперметрге шунт қалай жалғанады?

4. ауадағы магнит индукіиясын өлшеуге арналған өлшеу аспабы қандай принциппен жұмыс істейді?

5. Компенсациялық әдістің мағынасы неде және ол қайда қолданылады?

Дәріс №8. Оптикалық сәуле шығаруды өлшеу

Оптикалық сәуле шығару шамаларын өлшеу мен бақылаудың сандаған құралдарын өлшеуі мен жасалуының негізіне қаланған, жарықтехникалық өлшеулердің негізгі принципі ретінде физиололгиялық және физикалық принциптер қарастырылады.

Жарықтехникалық өлшеулердің физиололгиялық принциптері. Толқын ұзындықтары 370-770 нм диапазонындағы электромагниттік сәуле шығару фотометрлік, яғни адам көзінің сезімталдығының физиологиялық таралуымен сәйкес бағаланады.

Көз сезімталдығынан басқа жарықтехникалық өлшеулердің физиололгиялық принциптері ретінде мыналар қабылданады: бейімделу, айқындық сезімталдығы, көрулік қабылдаудың инерциясы, жарықты сезіну, түсті сезіну, бір мезгілдегі түс айқындығы және басқалар.

Көз бейімделуі құбылысының мағынасы, көз түсіне бірдей жарықтық бейімделгенднй болып көрінетін, әртүрлі боялған беттердің жарықтыбойынша бөлінуі. Егер ол 3 кд/м² аз шама болса, онда түсті қабылдау болмайды.

Жарық-қараңғыны ажыратудың сыни шамасы айқындық сезімталдығы болып табылады. Жарықтануы әртүрлі қатар орналасқан өрістер бақылағанда, олар жарықтану айырмашылығы белгілі бір табалдырықтық шамаға жеткеде ғана қабылданады.

Көрулік қабылдаудың инерциясы жарық ұсынуларды қысқа уақытқа, мерзімдік және ұзақ уақыт интервалын өткізіп қабылдайтын көздеге тән. Жарық ұсынулары кезектескен кезде жыпылықтау туындайды.

Жарықты сезіну. Көз торының екі көршілес телімдеріне түсетін екі бірдей шоқ әртүрлі жарық сезінуін тудырады. Бұл субъективтік жарықтану шоқтын орталықтық қалпында ең үлкен және шоқтан көз өсіне дейінгі қашықтық өскен сайын төмендейді.

Түсті сезіну. Көз торының екі көршілес телімдеріне түсетін екі бірдей монохраматикалық шоқтар, егер жарық шоқтары қарашықтың ортасы немесе жиегі арқылы өткенде әртүрлі түсті сезінулерін тудырады. Бұдан басқа түсті сезінудің айырмашылығы бақылау ұзақтығына да тәуелді.

Бір мезгілдегі түс айқындығы – жарықты объект қараңғы көмкеруде жарықтануы жоғарырақ болып көрінуімен, ал бір ғана түс оны қоршаған көмкеруге тәуелді әртүлі түсті болып көрінуімен байқалатын көру айқындығы.

Фотометрлік өлшеулердің физикалық принциптері. Фотометрлік өлшеулер мен фотоэлектрондық түрлендіргіштерді жасаудың негізгі физикалық принциптері болып табылатындар: ішкі фотоәсер, сыртқы фотоәсер, жабушы қабатты фотоэлементтердегі фотоәсер, терморезисторлық әсер, термоэлектрлік әсер және басқалар қатары.

Сыртқы фотоәсер (8.1-сурет, а) фотондар эмиссиясына негізделеді. Жекелеген фотондардан тұратын жарық жарықсезгіш металл қабатына (фотокатодқа) түседі. Әрбір фотонның энергиясы:

Е = hv,

мұнда - Планк тұрақтысы; v – сәуле шығару жиілігі.

8.1-сурет – Фотометрлік өлшеулердің физикалық принциптерінің сұлбасы

Ол энегиясы бастаушы кинетикалық энергия болып табылатын электрондар шығуын тудырады. Бос электрондар кернеу көзінің 2 көмегімен оң анод кернеуімен анодқа қарай шапшаңдатылады және сыртқы тізбекте амперметрмен 7 бағаланатын ток тудырады. Бұл тізбектегі токтың шамасы жарықтехникалық енгізу шамасының өлшемі болып табылады. Сыртқы фотоәсер фотоэлементтер мен фотокөбейткіштерде қолданылады.

Ішкі фотоәсер немесе жартылайөткізгіштердегі әсер жартылайөткізгіштер мен оқшаулағыштардағы фотоөткізу құбылысына негізделген (8.1-сурет, б). Жарық жұтылғанда босатылатын фотоэлектрондар (х₁, х₂) жартылайөткізгіште қалып, алғашқы ток қалыптастырады. Олар меншікті қозғалғыштығы фотоэлектрондардан аз оң кеңістіктік зарядты «тесіктерді» тастап кетеді. Оң кеңістіктік зарядты толтыру кезінде электрондар электродтармен 1 және 4 «сіңіріледі». «Тісектер» саны бегілі бір шамаға жеткенде амперметрмен 3 көрсетілетін екінші кезектік фотоағын пайда болады.

Электрондардың берілу саны жеткіліксіз болғанда фотоөткізгіштік төмендейді және фотоэлектрлік шаршау пайда болады. Ол Түсетін сәуленің қарқынының өсуімен және сәуле шығарі толқынының ұзындығына тәуелді күшейеді.

Ішкі фотоәсер фотоэлемент-терде, фотодиодтарда, фототранзис-торларда және фоторезисторларда пайдаланылады.

Жабушы қабатты фотоэлементтердегі фотоәсер металл-жартылай-өткізгіш жүйесінде пайда болады (8.1-сурет, в). Материал мен жартылайөткізгіш арасында бірполяр-лы зарядталған жабушы қабат бар. Металл жартылайөткізгішпен жанасқанда электрондар металдың өткізгіш қабатынан жартылайөткізгішке өтеді және акцепторда жиналады. Металдың жанасқан қабатында оң зарядтардың , ал жартылайөткізгіштің қабатында – теріс зарядтың көбейуі байқалады. Бұл электр өрісі электрондар мен «тесіктердің» әрі қарай жылжуына кедергі жасайды.

Теріс жабушы қабатқа жарық түскен кезде бос фотоэлектрондар пайда болады. Олар жартылайөткізгіштің өткізгіш қабаты арқылы металға өтеді және оң кеңістіктік зарядты толықтырады. Сол кезде пайда болатын «тесіктер» жартылайөткізгіштегі теріс зарядты толықтырады.

Жартылайөткізгіш басқа жағынан металл қабатымен шектеледі. Бұл жақтағы жабушы қабатқа сәуле түспейді және бұзылмаған күйінде қалады. Бұзылған және бұзылмаған жабушы қабаттар арасында фотокернеу пайда болады. Егер пластина-негіз және бүркеме қабат бір-бірімен жалғанған болса, онда сыртқы тізбекте электр тоғы пайда болады. Ток күші жүйенің енуіндегі жарық ағынының өлшемі болып табылады.

Жабушы қабатты фотоэлемент-тердегі фотоәсерөлшеу шегі 10-нан 10⁸ лм дейін, сезімталдығы 10^-4 А/лм фотоэлементтерді жасауда пайдаланылады. Олардың инерттілігі жоғары (10^-2 с дейін).

Термоэлектрқозғаушы күш әсері. Термоэлектрлік фототүрлендіргіштерде түйісі 2 орны қараға боялған, ол түсетін сәулені жұтады (8.1-сурет, г). Соның нәтижесінде болатын дәнекердің температурасының өзгеруі түсетін сәуле энергиясына пропорционал. Бір контурға біріктірілген өткізгіштіктері әртүрлі екі өткізгіштен жасалған біріктіру орнының температурасының теңсіздігі, температуралар айырмашылығының өлшемі қызметін атқаратын, демек сәуле шығару шамасы болып табыдатын, потенциалдар айырмасын тудырады.

Терморезисторлық әсердің мағынасы түсетін сәуленің жіңінке металл сымды немесе жұқа металл жолағын қыздыру болып табылады (8.1-сурет, д). Нәтижесінде бастаушы өлшегіш түрлендіргіштің – болометрдің электрлік кедергісі өзгереді, ол вольтметрмен өлшенеді. Кедергінің өзгеоуі түсетін сәуленің сипаттамасы болып табылады. Бұл әсер фотоболометрлерде қолданылады.

Жарық энергиясы фотографиялық қабықша (пленка) мен пластиналардың оптикалық тығыздықтарын (қараюын) өзгерту үшін пайдаланылуы мүмкін. Қабықшалармен пластиналардың фотографиялық эмульсиясы бромдв күміс және желатин негізінде орындалады. Жарық сәулесі түскенде бромдв күміс түйіршіктері күміс пен бромға жіктеледі. Фотографиялық айқындаудан кейін күміс бөлшектер қараяды. Осындай жолмен алынған негативтің оптикалық тығыздық дәрежесі немесе қараюы, кинофотоаппаратурамен суретке түсіру негізделген, жарық экспозиясының өлшемі болып табылады.

Фотометрияның көзбен тексеру (визуальдық) әдістері мен құралдары. Барлық көзбен тексеру фотометриялық өлшеулері жарық күшін, жарықтығын, жарық ағынын, жарықтануын, және жарық энергиясын көрінетін жарықтығын көзбен салыстыруға негізделген. Жарықтықтың абсолюттік мәнін көзбен бағалау мүмкін емес. Көзбен екі беттің жарықтануын жуықтап анықтауға болады. Жалпы көзбен тексеру әдістерінің екі түрі бар: тікелей әдіс және алмастыру әдісі. Көзбен фотометрлеуде тікелей әдісті іске асырудың екі фотометрлік өрісі бар (8.2-сурет, а). Фотометр өрісінің жарықтығы сәуле шығару көзінің өлшенетін параметрінің Х функциясы болып табылады. Фотометрдің басқа өрісі жарықтехникалық параметрлері белгілі үлгілік сәуле шығару көзімен N жарықтандырылады. Сәуле шығару көзінен Х келген жарықты қайтарымдық элементтің көмегімен екі өрістің жарықтығы көзбен қарағанда теңескенше өзгертеді.

Алмастыру әдісін іске асыруда зерттелетін сәуле шығару көзі Х мен үлгілік сәуле N көзінен басқа қосымша салыстырушы сәуле шығарушы V енгізіледі (8.2-сурет, б). Алдымен Х және V сәуле шығару көздерінің ағындары фотометрлік салыстырады. Сонан соң сәуле шығару көзі Х сәуле шығару көзі N алмастырылып, N және V сәуле шығару көздерінің ағындары фотометрлік салыстырады. Ізделіп жатқан сәуле шығару көзінің Х параметрлерінің мәндері белгілі сәуле шығару көзі N параметрлерінің мәнінен және сәуле шығару ағындарын салыстыру нәтижесінде анықталады.

8.2-сурет – Фотометрияның көзбен тексері әдістерінің сұлбалары: а – тікелей әдіс; б – алмастыру әдісі

Жарықтехникалық параметрлерді бақылау мен өлшеудің физикалық фотометрлік әдістері мен құралдары. Жарық күшін, жарықтығын, жарық ағынын, жарықтануын, және жарық энергиясын өлшеулердің барлық физикалық фотометрлік әдістері бастаушы өлшегіш түрлендіргіштің жазықтықтағы жарықтануын анықтауға негізделген. Бұл кезде физикалық фотометрлерде жарық энергиясы энергияның басқа түрлеріне немесе химиялық реакциялар энергиясына түрлендіріледі.

Бұл әдістер тікелей есептеу және қайтарымдық болып бөлінеді.

Тікелей есептеу әдісіне (8.3-сурет, а) сәуле шығару көздерінің Х және N фотоэлектрлік түрлендіргіштен бірдей қашықтықта орналасуы керектігімен сипатталады. Бұл кезде қабылдағыш кезек-кезек өлшеу ағынына және салыстыру ағынына бағытталады. Жарық қатынастарының алынған мәндері және сәуле шығару көзі N белгілі жарықтехникалық параметрлерінің мәндері бойынша сәуле шығару көзі Х параметрлерінің мәндерін табады. Егер жарықтану амперметрмен 2 анықталатын сәйкес ток күшіне пропорционал болса, онда жарықтану қатынастарының орнына ток күштерінің қатынасын пайдалануға болады.

8.3-сурет – Жарықтехникалық параметрлерді өлшеу мен бақылаудың физикалық фотометрлік әдістерінің сұлбалары: а – тікелей есептеу (1-фотоэлектрлік түрлендіргіш; 2-амперметр); б – қайтарымдық (1- қайтарымдық элемент; 2-бастаушы түрлендіргіш; 3-амперметр)

Қайтарымдық әдісті (8.3-сурет, б) іске асырғанда сәуле шығару көздері Х және N кезектесіп бастаушы түрлендіргіштің 2 алдына қойылады. Бұл кезде өлшенетін ағын және салыстырылатын ағын қайтарымдық элементтің 1 көмегімен қалыптастыпылатын ток бірдей мәнде болатындай етіпі, өзгертіледі. Сәуле шығару көзі Х жарықтехникалық параметрлерінің ізделініп жатқан мәндері сәуле шығыру көзі N параметрлерінің белгілі мәндерін сәйкес коэффициентке көбейту жолымен анықталады. Жарықтехникалық параметрлерді өлшеудің физикалық фотометрлік құралдарына мыналар жатады: кремний фотоэлементті «фотометрлік орындық» (жарық күшін өлшеуге арналған), фотокөбейткішті фотометр (жарықтығын өлшеуге арналған), жарық күшінің таралуын өлшеуге арналған кремний элементті аспап, фотоэлементті фотометрлік шар (жарық ағынын өлшеуге арналған), кремний фотоэлементті люксометр (жарықтануын өлшеуге арналған), Льемта және Врен аспабы (жарық энергиясын өлшеуге арналған) және т.б.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. Электромагниттік сәуле шығарудың оптикалық спектрі немен сипатталады және оның өлшем бірліктері қандай?

2. Жарықтехникалық өлшеулердің негізгі принциптері және олардың мағыналары қандай?

3. Машинажасауда фотометрияның қандай көзбен бақылау әдістері мен құралдары қолданылады?

4. Өндірісте жарықтехникалық параметрлерді өлшеу мен бақылаудың қандай физикалық фотометрлік әдістері мен құралдары қолданылады?

№9 лекция. Акустикалық шамаларды өлшеу

Өлшеу құралы. Газдалған ортада (ауада) акустикалық параметрлерді өлшеу, негізінен микрофондар көмегімен жүргізіледі. Әсер ету принцпі бойынша оларды бірнеше топтарға бөлуге болады. Олардың ішіндегі ең қарапайымы көміртекті микрофон (9.1-сурет, а). Микрофонның негізгін оның капсуласында орналасқан көмір ұнтақтары құрайды. Ұнтаққа жіңішке металл пластинасы – мембрана тығыз қыспақталған. Ол ұнтақпен тікелей жанасады және микрофонның шығуларының бірімен байланысқан, ал капсуланың артқы бөлігінде екінші шығуы орналасқан. Микрофонның ішкі кедергісі көмір ұнтағының мембрана мен артқы шығуы арасындағы кеңістіктегі кедергісімен анықталады. Дауыс толқындары, түйіршіктері бір-біріне әртүрлі қысылған, көмір ұнтақтарна әсер ететін, мембрананың тербелісіне әкеледі. Бұл кезде түсірілетін дыбыс әсерінің тактысына сәйкес микрофонның ішкі кедергісі өзгереді. Көмірткті микрофон 10...12 кГц аралығындағы жиіліктерде жұмыс істей алады, бірақ көмір ұнтақтарының түйіршіктерінің өзара бейберекет жанасуы есебінен, оның кедергісі де дәл солай бейберекет өзгереді. Бұл пайдалы сигналмен қабаттасып, микрофонның сезімталдығын шектейтін, «шудың» пайда болуына әкеледі.

Электродинамикалық типті микрофон қасиеттері жағынан ең жақсысы болып саналады (9.1-сурет, б). Ол негізінен мембранамен 5 механиклық байланысқан, қуысына дыбыс катушкасы 4 орналасқан тұрақты магнит 7 болып табылады. Дыбыс толқындарының әсерінен мембрананың 5 тербелісі дауыс катушкасына 4 беріледі.

9.1-сурет. Көміртекті (а) және электродинамикалық (б) микрофондар: 1 және 5-мембрана; 2-көміртек ұнтағы; 3-киізден жасалған сақина; 4-дыбыс катушкасы; 6-қорғаныс торы; 7-магнит.

Дауыс катушкасының тұрақты магниттің магнит өрісінде жылжуы есебінен ЭҚК пайда болады. жиілігінің әсері мен арқылы ЭҚК-нің шамасы және жиілігі дыбыс әрекетінің амплитудасымен және жиілігімен анықталады. Көміртекті микрофонға қарағанда электродина-микалық микрофон қайтымды болып келеді. Яғни ол, дыбыс толқындарын қабылдап қана қоймай, сонымен қатар дыбыс толқындарының көзі де бола алады. Ол үшін дыбыс катушкасына 4 кернеу беру керек, сол кезде мембрана 5 берілген кернеудің жиілігімен тербеліп, дыбыс толқындарын тудырады.

Осы принцппен іс жүзінде барлық радиоаппаратура және теледидарлардағы динамикалық бастиектер (дауыс зорайтқыштар) жұмыс істейді. Бірақ олардың ішінде мембрананың орнына қатты картоннан жасалған катушкамен байланысқан диффузорлар қолданылады.

Конденсоторлы үналғы негізінен бір пластинасы қозғалыссыз 1 үналғының тұрқысына бекітілген, ал екінші пластинасы жиі алюминиден дайындалған 3 мембраналы конденсатордан тұрады. Мембранаға 3 әсер ететін дауыс толқындары оны толқуға әкелеіп, соның әсерінен пластиналар арасындағы арақашықтықты өзгертеді.

Конденсаторлы микрофон (9.2-сурет, а) бір пластинасы қозғалмайтын және микрофон корпусына 1 бекітілген, ал көбіне алюменийден жасалатын екіншісі мембрана 3 болып табылатын конденсатор болып келеді. Мембранаға 3 әсер ететін дыбыс толқындары, оны пластиналар арасындағы қашықтықты өзгерте тербелуге мәжбүрлейді. Соның салдарынан конденсатордың сыйымдылығы мембранаға 3 әсер ететін дыбыс қысымының тактісіне сай өзгеріп отырады. Пьезоэлектрлік микрофон (9.2-сурет, б) пьезоэффектіге негізделген.

9.2-сурет. Конденсаторлы (а) және пьезоэлектрлік (б) микрофондар: 1-корпус; 2-оқшаулаушы тығырық; 3 және 5-мембраналар; 4-оқшаулаушы материалдан жасалған корпус; 6-пьезоэлемент.

Пьезоэлектрлік эффектіге сәйкес, мысалы, кварцтан немесе сегнет тұзы кристалынан жасалған жұқа пластинаның дефформациялауынан (майысуынан), оның жақтарында потенциалдар айырмасы пайда болады. Пластинаға айнымалы механикалық әсер еткенде, пластинадан айнымалы кернеу алуға болады. Бұл кернеу механикалық әрекеттің амплитудасы мен жиілігіне тәуелді болады. Мұндай микрофон мембрананың тербелісі майысуын тудыратындай етіп квац пластинамен байланысқан, дыбыс толқындарын қабылдаушы жұқа мембрана болып табылады. Пьезометрлік микрофондар ең арзан, сонымен қатар жеткілікті жақсы сипаттамаларға ие микрофондар қатарына жатады. Олар ультрадыбыстық диапазонда жақсы жұмыс істейді және де электродинамикалық микрофондар сияқты қайтымды, демек ол дыбыс көзі ретінде қолданылуы да мүмкін.

Дыбыс толқындарын сұйық ортада (мысалы, суда) өлшеу үшін гидрофондар қолданылады, оның құрлымы 9.3-суретте бейнеленген.Ол басқа да гидрофондар секілді пьезоэффектіні пайдаланумен жұмыс істейді. Оның ішіндегі пьезоэлемент 4 жартысфера пішімінде орындалған. Ішкі және сыртқы беттері металмен тозаңдатылған бүркеме пьезокерамикадан ЭҚК-ін алу элементтерін жасайды.

9.3-сурет. Гидрофонның құрылымы: 1-корпус; 2-костор майы; 3-резеңке; 4-пьезоэлемент.

Пьезоэлементтің жұмыс істеуіне сұйықтықтың (судың) әсерін болдырмау үшін гидрофонның сыртқы жағы жұқа резенке қабығымен 3 қапталған. Гидрофондардың кейбір типтерінде өзі жұмыс істейтін статикалық қысымының әсерінен пьезоэлементтің деформациясын болдырмау үшін оның ішкі қуысына кастор майын 2 толтырады. Қарастырылған конструкция іс жүзінде барлық жақтан дыбыс қысымын қабылдай алатын жан-жақты болып табылады.

Гидролокацияда пьезоэффектіні пайдаланумен жұмыс істейтін, бірақ ол суасты объектілеріне (суасты және су үсті кемелеріне, балықтар шоғырына, тау-тастарға) бағытты анықтау үшін, белгілі бағыттағы диаграммасы бар, дыбыс қабылдағыштар пайдаланылады.

Ультрадыбыс аймағында магнитострикция принцпте жұмыс істейтін, дыбыс толқындарын қабылдағыштар мен таратушылар кең қолданыс табуда. Магнитострикция – магнит өрісінің әсерінен кейбір металдардан (негізінен никельден) жасалған бұйымдардың геометриялық өлшемдерінің өзгеруімен байланысты құбылыс.

Егер де никельден жасаған өзекшеге катушканы орап, ол арқылы ток жіберсе, магнит өрісі әсерінен өзекшенің ұзындығы өзгереді. Егер катушка арқылы айналмалы токты жіберетін болсақ, онда өзекшенің ұзындығы катушкаға берілген кернеудің жиілігімен, бойлық тербелістер жасайды. Соның әсерінен өзекше өзінің ұштарымен дыбыстық немесе ультрадыбыстық толқындарды жасайды. Негізінде бұндай жүйе қайтымды, яғни, егер өзекшеге дыбыс толқыны түсетін болса, айнымалы дыбыс қысымы әрекетінен өзекше (бір созылып, бір сығылып) тербеле бастайды, бұл өзекшеге оралған катушкада дыбыс толқындарының жиілігіне тең жиіліктегі ЭҚК-ін тудырады. мен Магнитострикциялық генераторлар мен ультрадыбыстық сигналдарды қабылдауыштар гидролокацияда, эхолоттарда, сондай-ақ радиоэлектроникада ультрадыбыстық сызықтарды кідірту үшін (түсті телидидарларда пайдаланылады) және басқа да құрылғыларда қолданылады.

Акустикалық өлшемдерді жасау методикасы. Ең маңызды және ең негізгі акустикада өлшенетін параметрлердің бірі дыбыстық қысым болып табылады, өлшем бірлігі – Паскаль (Па). Техникалық өлшеулер кезінде бұл мақсат үшін микрофон қызмет етеді. Дыбыс қысымының сандық көрсеткіштерін алу үшін микрофон калибрленген болуы керек, яғни оның шығу кернеуінің шамасы дыбыс қысымының шамаларымен қатаң байланысуы керек. Мұндай калибрлеу жеткілікті қиын болғандықтан, арнайы зертханаларда жасалады. Микрофонның шығысында кернеудің шамасы вольтметрмен тікелей өлшеу үшін өте кішкентай болғандықтан, бұл жағдайда микрофонның шығуынан кернеу күшейту коэффиценті қатаң белгіленген электрондық күшейткішке беріледі.

Кез-келген ортада дыбыстың таралу жылдамдығы дыбыс импульсінің (қысқа мерзімдік берілістердің) шығарылатын көзден қабылдағыш-микрофонға дейінгі жүру уақытмен анықталады. Дыбыстың таралу жылдамдығына кеткен уақытты өлшеу, радиоэлектроникада кең пайдаланылатын, электрондық әдістермен іске асырылыады.

Егер дыбысты шығарған көзден қабылдаушы микрофонға дейінгі арақашықтықты біле отырып, дыбыс толқындарының таралу жылдамдығын анықтауға болады.

Дыбыс толқынының шағылысу коэффицентін анықтау. Ортаға қарай бағыттап, шағылысуы өлшенуі керек, қысқа мерзімді дыбыс импульсын өлшейді және дыбыс көзімен қатар орналасқан қабылдағышпен, шағылыстырушы беттен қайтқан, шағылысқан сигналдың деңгейін тіркейді (9.4-сурет). Егер де қабылдаушы құрылғы жіберілген импульстің қайтуын тіркемесе, онда шағылу коэффиценті нөлге тең болады. Шағылысқан сигналдың күші бойынша зерттелініп отырылған шағыстырушы материалдың, ортаның және т.с.с. шағылыстыру қасиеттері жөнінде айтуға болады. Теория бойынша мұндай өлшеулер қатты қиындықтарға әкелмесе де, іс жүзінде шағылысу коэффиценті анықталатын ортадан кейін орналасқан нәрселерден сигналдардың шағылысуын болдырмайтын арнайы шаралар қабылданылуы қажет. Бұдан басқа дыбыс толқыны өлшенетін ортаға қарай және кері жүру телімдерінде қозғалғанда және басқа көптеген жағдайларда сигналдың әлсірейтіні ескерілуі қажет.

9.4-сурет. Шағылысу коэффицентін анықтау: 1-дыбыс көзі; 2-шағылыстырушы материал; 3-микрофон.

Шағылысқан дыбыс толқындарын пайдалану техникада кең қолданыс тапты. Тығыздықтары әр түрлі екі ортаның шекарасынан дыбыстық шағылуы болатыны да ескеріледі.

Егер ультрадыбысты ішінде қуыстары бар (мысалы, құймада ақау кеткен) металл бұйымға жіберсек, онда сол қуыстың шекарасынан шағылысуды байқауға блады. Осы принципте ультрадыбыстық дефектоскоптар жұмыс істейді. Олардың көмегімен авиация мен ғарыш техникасында жауапты бөлшектердің сапасы тексеріледі. Ультрадыбыстың шағылысуы, сонымен қатар диагностикаланатын, металл бұйымдардың жарықтарынан да болады.

Негізгі әдебиет: 1 .

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. Қандай негізгі дыбыс сигналдарын қабылдағыштар акутикалық өлшеулерде қолданылады?

2. Дыбысты қабылдау бойынша адамның есту ерекшеліктері қандай?

3. Дыбыс толқынының таралу жылдамдығы қалай өлшенеді?

4. Акустиканың техникада қолданылуына мысалдар келтіріңіздер.

5. Акустикада логарифмдік бірліктерді қолдану немен байланысты?

Лекция №10. Қысымды бақылау мен өлшеу құралдары және әдістері

Қысымның, оның өзгеруі мен сиреуін кең қолдануы технологиялық процестерде қысымды бақылау мен өлшеудің әр түрлі құралдарын және әдістерін қолдануға қажеттілік тудырады.

Қысымды өлшеу әдістері өлшенетін қысымның күшін келесідей күштермен салыстыруға негізделген:

- сәйкес биіктікті сұйықтықтң (сынаптың, судың) бағанасының қысым;

- серімді элементтердің (серіппе, мембрана, монометрлік және анероидты қорабтар, сильфондар, манометрлік түтіктер) деформациясында дамитын;

- жүктердің ауырлығы;

- кейбір материалдардың деформациясында туындайтын және электрлік эффектті туғызатын серпімді күштермен.

Көрсетілген әдістерге сәйкес қысымның параметрлерін өлшеу құралдарын сұйықтықты, деформациялы, жүкпоршенді және электрлік деп бөлуге болады.

Қысымды өлшеу құралдары келесідей болып бөлінеді: барометрлер (атмосфералық қысымды өлшеу үшін), манометрлер (асқын қысымды өлшеу үшін), вакуумметрлер (вакуумметрлік қысымды өлшеу үшін), мановакуумметрлер (асқын және вакуумметрлік қысымдарды өлшеу үшін), абсолюттік қысым манометрлері (абсолютті нөлден басталатын қысымды өлшеу үшін), дифференциалдық манометрлер (қысымдар-дың айырмашылықтарын (өзгерістерін) өлшеу үшін).

Қысымды өлшеудің сұйықтықты құралдары. Өлшеудің сұйықтықты құралдарының әрекеті гидростатикалық принцип-ке негізделген, яғни өлшенетін қысым қамалған (жұмыстық) сұйықтың бағанасының қысымымен теңгеріледі. Сұйықтың тығыздығына тәуелді деңгейлер айырмашылығы қысым мөлшері болып табылады.

Қысымды немесе қысымның айырмашылығын өлшеудің қарапайым құралы болып екі түтікті (немесе U-тәрізді) манометр табылады (10.1-сурет, а). Ол жұмыс сұйығымен (сынаппен немесе сумен) толтырылған және шкаласы бар панелге бекітілген иілген шыны құбыр болып келеді.

10.1-сурет. Сұйықты манометрлер: а - U-тәрізді; б-кеселі; в-микроманометр.

Құбырдың бір шеті атмосфералымен байланысады, ал басқасы қысым өзгеретін нысанға қосылады. Оның мәнін келесідей теңдеуден анықтаймыз:

,

мұнда p - өлшенетін қысым, Па; h - сұйық деңгейлерінің айырмашылығы,м; -сұйықтың тығыздығы, кг/м³; g-ауырлық күшінің үдеуі,м/с².

Екітүтікті манометрлердің келтірілген өлшеу қателігі 0,2..2% кезінде өлшеулерінің жоғарғы шегі 1..10 кПа құрайды. Бұл құралмен қысымды өлшеу дәлдігі h мәнін есептеу дәлділігімен, жұмыс сұйықтығының тығыздығын анықтау дәлділігімен анықталады және құбырдың қимасына тәуелді емес.

Қысымды өлшеу құралдарының ыңғайлысы болып біртүтікті манометр (кеселі) табылады (10.1-сурет, б). Онда бір түтік ыдыспен алмастырылған, оның диаметрі әдетте түтік диаметрінен 20 есе үлкен. Манометрдің жұмыс істеу принципі жоғарыда қарастырылғанға ұқсас, бірақ қысым немесе сиреу келесі формуламен анықталады:

,

мұнда d,D - сәйкес түтік пен кең ыдыс диаметрлері, м; f,F - түтік пен кең ыдыс қимасы, м².

Түтіктің және ыдыстың диаметрлерінің немесе қималарының қатынасы айтарлықтай маңызды болғандықтан, қысым өзгергенде h₂ деңгейінің төмендеуін ескермесек, оны тек шыны түтік, яғни h₁ бойынша есептеуге болады.

Бір түтікті манометрлердің өлшеуінің жоғарғы шегі 1,6...10 кПа, өлшеудің келтірілген қателігі 0,25...0,4% құрайды.

10.1-суретте (в) сол принципке негізделген біртүтікті микроманометр көрсетілген. Ол қысымның аз мәндерін (2 кПа-ға дейін) өлшеуге арналған. Бұл манометрде шыны түтік горизонтқа бұрышын жасай көлденең орналасқан. Осылайша өлшеу дәлдігі бірнеше есе өседі.

ескеріп және мәнінің аздығынан ескермесек, өлшенетін қысымды келесі теңдеуден алуға болады:

.

Түтіктің көлбеу бұрышының азаюынан манометр өлшеу шегі кемиді және өлшеу дәлдігі артады.

Қысымды өлшеуінің деформациялық құралдары бақыланатын ортаның қысымының немесе вакуумының сезімтал элементке түсіретін күшін, әртүрлі типтегі серпімді элементтердің серіппелік деформацияның күшімен теңгеруге негізделген. Бұл деформация сызықты немесе бұрыштық орын ауысу түрінде тіркеуші құрылғыға беріледі (көрсететін немесе өзі жазатын) немесе қашықтан беруге арналған электрлік (пневматикалық) сигналға түрлендіріледі.

Сезімтал элемент ретінде бір орамдық түтіктік серіппелерді (10.2-сурет, а), көп орамдық түтіктік серіппелерді (10.2-сурет, б), серпімді мембраналарды (10.2-сурет, в), серпімді мембраналы қораптарды (10.2-сурет, г,д), қосарланған серпімді мембраналы қораптарды (10.2-сурет, е,ж), иілгіш мембраналы серіппе-мембраналарды (10.2-сурет, з), сильфондарды (10.2-сурет, и) және серіппелі-сильфондарды (10.2-сурет, к) қолданады.

Мембрананы, сильфондарды және түтіктік серіппелерді дайындау үшін жеткілікті жоғары серіппелікпен, антикоррозиялықпен, температураның өзгеруіне параметрлері аз тәуелді қола, латунь, хромды-никельдік қоспалар қолданады.

10.2-сурет. Қысымды өлшеу құралдарының деформациялық сезімтал элементтері

Мембраналы аспаптар бейтарап газды орталардың азғантай қысымдарын (40 кПа-ға дейін) өлшеу үшін қолданылады. Бұл аспаптардың мәліметтерінің дәлдігі 2,5. 10.3-суретте профильдік шкаласы 250-ден 25000 Па-ға дейінгі мембраналы вакуумметрдің құрылымы көрсетілген. Сезімтал элемент болып түтік 12 арқылы өлшенетін ортамен байланысқан мембраналы қорап 6 табылады. Мембрана аспаптың корпусына штуцер 13 арқылы бекітілген. Өлшенетін ортаның қысымының өзгеруі мембраналы қораптың 6 сәйкес иілуінің өзгеруін туғызады. Сонымен қатар мембраналы қораптың 6 жоғарғы бөлігіне бекітілген жетек 9 өсте 8 орналастырылған иінтіректі 7 бұрады. Серіппелі жүйенің қаттылығын

10.3-сурет. Профилдік шкалалы мембраналы вакуумметрдің құрылымы

ұлғайту үшін өс 8 жалпақ серіппеге 10 бекітілген. Иінтіректің 7 бұрылуы тартпаның 14 және өсте 4 орналастырылған иінтіректің 1 орынауыстыруын тудырады. Осы өсте стопорлы винт 2 арқылы қарсысалмақты 3 көрсеткіш жебе 5 бекіттілген. Көрсеткіш жебенің 5 ұшы горизонталь профильдік шкала бойымен жылжиды. Спираль серіппе 15 жалғастырылған иінтіректі механизмінің бөлшектерінде саңылауларды болдырмауға арналған. Жебені шкаланың басталу белгісіне қою үшін нөлдік түзетушінің винті 11 қолданылады.

Сильфонды аспап агрессивтік емес газдың асқын және вакуумметрлік қысымын 40 кПа-ға дейін, 400 кПа-ға дейін (манометрлер секілді), 100 кПа-ға дейін (вакуумметрлер секілді),

-100...+300 кПа аралығында (мановакуумметр секілді) өлшеуге арналған.

Диаметрлері 8...150 мм қабырғасының қалыңдығы 0,1..0,3 мм, толқын саны 4; 6; 10 және 16 сильфондар қолданылады.

Түтікті-серіппелі аспаптар кең таралған манометрлердің, вакуумметрдің және мановакуумметрдің қатарына жатады.

Түтіктік серіппе шеңбердің доғасымен иілген жұқа қабырғалы бір шеті дәнекерленген, қалайы қоспасынан немесе даттанбайтын болаттан жасалатын түтік (бір- немесе көп орамды) болып табылады. Түтіктің ішінде қысымының ұлғаюынан немесе азаюынан серіппе белгілі бір бұрышқа жиырылады немесе жазылады.

10.4-суретте қарапайым серіппелі манометрдің құрылығысы көрсетілген.

10.4-сурет –Серіппелі манометрдің құрылымы

Ол корпустан 1 және көлденең сопақ қималы, 270⁰ бұрышқа шеңбер бойынша иілген, бір жағы бос және қатаң тығындалған, ал екінші жағынан штуцер 8 арқылы өлшенетін қысым көзіне жалғанған ұстағышқа дәнекерленген қуыс түтіктен 2 тұрады. Түтіктің жабық ұшы жетектің 7 көмегімен көрсетуші жебемен 4 бір өсте орналасқан, тістегершікті 5 ілініскен, тісті сектормен 6 жалғасқан. Асқын қысым әсерінен түтік жазылады, оның бос ұшы орнын ауыстырып және жетекті 7 тартып, онымен байланысқан 6 тісті секторды бұрады. Соңғысы тістегершікті 5 және өлшенетін қысымның шамасын көрсететін шкала 3 бойымен жебені 4 айналдырады. Сектор тістерінің және тістегершік арасындағы өлі қадамды болдырмау үшін спираль серіппе 9 қолданылған.

Қарастырылған манометрлердің түрлері жоғарғы шегі 60...160 кПа қысымды өлшеу үшін шығарылады. Вакуумметрлер 0..100 кПа шкаласымен шығарылады. Мановакууметрлердің өлшеудің шегі: -100 кПа-дан +(60кПа...2,4) МПа дейін. Жұмыстық манометрлерінің дәлдігінің сыныбы 0,6...4, үлгіліктердікі - 0,16; 0,25; 0,4.

Электрлік манометрлері мен вакуумметрлер. Жартылай өткізгіштер техникасының және микроэлектрониканың дамуы қысымды мәндерінің үлкен диапазонында өлшеудің жаңа құралдарын жасап шығаруға мүмкіндік берді.

10.5-сурет – Пьезоэлектрлік манометрдің түрлендіргішінің құрылымы

Бұл топтарғы аспаптардың жұмысы кейбір материалдарының қысымның әсерінен электрлік параметрлерін өзгертетін қасиеттеріне негізделген.

Пьезоэлектрлік манометрлер сезімтал элементке рауалы күшсалмақ 8*10³ ГПа-ға дейін механизмдерде жоғары жиілікте лүпілдейтін қысымды өлшеуде қолданылады. Пьезоэлектрлік манометрлерде механикалық кернеуді электр тоғының тербелістеріне түрлендіретін сезімтал элемент болып кварцтан, барий титанатынан немесе ҚЦТ (қорғасынның цирконат-титанаты) типті керамикадан жасалған қалыңдығы бірнеше миллиметр цилиндр немесе тік бұрышты түріндегі пластиналар табылады. Пьезоэлектрлік манометрдің түрлендіргішінің құрылымы 10.5-суретте көрсетілген.

Өлшенетін қысым мембраналы 7 арқылы пьезоэлементтерге 8 және 9 әсер етеді. Олар металл аралық төсеммен 4 жанасатын ішкі жақтарында бір аттас зарядтар пайда болатындай етіліп орналастырылады. Пластиналардың ішкі жақтарындағы потенциалы аралық төсемге 4 жалғасқан оқшауланған өткізгішпен 3 алынады, ал пьезоэлементтердің сыртық жақтарынан – корпуспен және металл аралық төсемдер 2, 5, мембрана 7, шарик 10, қақпағы 1 арқылы алынады. Мембраны 7 қысатын штуцер 6 сезімтал элементті өлшеу объектісіне жалғастыруға арналған.

Тензометрлік манометрлердің габариттері кіші өлшемі, құрылғысы қарапайым, жоғарғы дәлдікті мен жұмысы сенімді болып келеді. Көрсетуінің жоғарғы шегі 0,1..40 МПа, дәлділік сыныбы 0,6, 1 және 1,5. Олар күрделі өндірістік жағдайларда қолданылады.

Сезімтал элемент ретінде тензометрлік манометрлерде, жұмыс істеу принципі деформация әсерінен кедергінің өзгеруіне негізделген, тензорезисторлар қолданылады.

Жылулық вакуумметрлердің (10.6-сурет) жұмыс істеу принципі газды ортаның жылуөткізгіштігіің оның сиреу дәрежесіне тәуелділігіне негізделген.

10.6-сурет - Жылулық вакууметрлер: а-кедергілер; б-терможұп: 1- электрлік кірістер,2-вакуумдық баллон, 3-платина жіп, 4-жалғастыру түтігі, 5-терможұп

Дифференциалды манометрлер сұйықтар мен газдардың қысымдардың айырмашылығын өлшеу үшін қолданылады. Олар газ бен сұйықтар шығынын, сұйықтың деңгейін өлшеу үшін, сонымен қатар азғантай асқын және вакуумметрлік қысымдарды өлшеуге пайдаланылуы мүмкін.

Соңғы кездері өндірісте мембраналы және сильфонды дифференциалдық манометрлер көп қолданылып келеді.

Мембраналы дифференциалдық манометрлер агрессивті емес орта қысымын өлшеуге арналған, өлшенетін шаманы 0..5 мА тұрақты токтың бірегейленген аналогтық сигналына, 0..10 мГн өзара индукцияның айнымалы тоғына немесе қысымы 20..100 кПа пневматикалық сигналға түрлендіретін шкаласыз алғаш өлшеу аспабы болып табылады. Дифференциалды-трансформаторлы түрлендіргішті ДМ типті мембраналы дифференциалдық манометрдің сұлбасы 10.7-суретінде, (а) көрсетілген. Бұл манометрдің сезімтал элемент болып, корпуста 2 бекітілген екі мембраналы қораптардан 1 және 3 тұратын, мембраналы блок табылады.

Мембраналы қорап магниттелмейтін хромникельдік қорытпадан жасалған горфирленген мембранадан жасалады. Қораптың ішкі жағы дистилденген сумен толтырылған және аралық қабырғадағы тесік арқылы бір бірімен байланысады. Жоғарғы мембрананың ортасымен дифференциальдық-трансформаторлық түрлендіргіштің 5 өзекшесі 4 байланысқан. Өзекше 4 магниттелмейтін болаттан жасалған бөлетін құбырдың 6 ішінде жылжиды. р₁ мен р₂ қысымдары дифференциалды манометрдің камерасында тығындайтын вентиль арқылы түтіктермен беріледі, бұл жерде р₁ қысымы р₂ қысымынан үлкен. Өлшенетін қысымдар айырмашылығы (р₁-р₂) әсерінен төменгі мембраналы қорап 1 сығылады және оның ішіндегі сұйық жоғарғы мембраналы қорапқа 3 құйылады. Бұл жоғарғы қораптың мембранасының ортасының, сонымен бірге түрлендіргіштің өзекшесінің 4 мембраналы блокқа түсірілген қысымның айырмашылығы мембраналы қораптың серпімділік күшімен теңескенше жылжуына әкеледі. Өзекшенің 4 жылжуы өлшенетін қысым өзгерісіне пропорционал шығу сигналының кернеуінің өзгеруіне әкеледі.

ДМ типті дифференциалдық манометрлер 1,6..630кПа қысымның шектік өзгерісін өлшеуге арналған.

10.7-сурет - Дифференциалдық манометрлер.

Сильфонды дифференциалдық манометрлер. 10.7-суретінде (б) магнитті түрлендіргішті сильфонды дифференциалдық манометрдің құрылымы көрсетілген. Дифференциалдық манометрдің өлшеу блогы қатаңдығы өлшенетін қысымның өзгеру диапазонымен анықталатын серіппе 2 бекітілген сильфоннан 1 тұрады. Сильфон 1 магниттік өзекшемен байланысқан 4 жалпақ серіппелі аспамен 3 қатаң жалғасқан. Магниттік өзекше магниттік компенсациялы түрлендіргіш 6 орналасқан магниттелмейтін болаттан жасалған бөлетін түтіктің 5 ішінде орналасқан. Түрлендіргішпен 6 қатар транзисторлы күшейткіш 7 орналастырылған. Дифференциалды манометрдің камерасындағы р₁ мен р₂ қысымдарын келтіру импульсті түтіктер арқылы іске асырылады. Қысымдар айырмасы (р₁-р₂) әсерінен сильфон өзінің түбін жылжыта, сығылады. Бұл кезде шығу сигналдары қосымша күшейтілетін және 1...5 мА бірегей сигнал түрінде екіншілікті аспапқа берілетін магниттік күшейткішке әсер ететін түрлендіргіштің 6 магниттік өзекшесі 4 жылжиды.

Сильфонды дифференциальдық манометрлер 1...4 кПа шектік қысым өзгерісіне арнап шығарылған. Олар 25 кПа шектік рауалы жұмыстық асқын қысымға есептелген.

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. Сұйықтың, газдың және будың шығыны мен мөлшері қандай шамалармен анықталады?

2. Қысым шамасын өлшеу әдістері неге негізделген?

3. Қысым параметрлерін өлшеудің қандай құралдары өндірісте қолданыс тапты?

4. Қысымды өлшеудің деформациялық құралдарының әрекет принципі мен құрылымы қандай?

5. Электрлік манометрлер мен вакуумметрлердің әрекет принципі мен құрылымы қандай?

6. Дифференциальдық манометрлер деген не және олардың әрекет принциптері қандай?

Дәріс №11. Газдың және сұйықтың шығыны мен мөлшерін өлшеу және бақылау құралдары

Белгілі уақыт ішінде құбырөткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін заттың мөлшерін анықтайтын өлшеу құралдарын мөлшер есептеуіштер деп атайды.

Уақыт бірлігі ішінде құбырөткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін заттың мөлшерін анықтайтын өлшеу құралдарын шығынөлшеуіштер деп атайды.

Құрылымдарды көлемді және массаны өлшеуге арналған есептеуіштер мен шығынөлшеуіштерге бөлуден басқа, осы құрылымдардың жұмыс принциптері негізделген,физика заңдары бойынша олардың өлшеу әдістері де сыныпталады. Өлшеу әдістерінің мышадай түрлері бар:

- көлемдік;

- айнымалы және тұрақты қысым өзгерісті (дросселдеуші құрылымдар және айналып өту шығынөлшеуіштері);

- жылдамдық қарқынды (қарқындық түтіктер);

- айнымалы деңгейлік (саңылаулық шығынөлшеуіштер);

- жылулық, ультрадыбыстық, электромагниттік, тахометрлік, инерциялық, оптикалық, маркерлік және т.б.

Көлемдік әдісті пайдаланғанда қайтымды сораптар – тістегершікті, қалақшалы және басқа – қолданылады. Сорапқа қысым айырмашылығы әсер еткенде ротор айналып, әр айналымда сұйықтың белгілі мөлшерін беріп отырады. Шығынды өлшеу уақыт бірлігі ішінде өтнтін сұйық мөлшерлерінің санын есептеуге, яғни сораптың роторының айналу жиілігін өлшеуге саяды. Сұйықтың тұтқырлығы бұл кезде аспаптың көрсетуіне әсер етпейді, бұл көлемдік әдістің артықшылығы болып табылады. Бірақ сұйықтың температурасының өзгеруі айтарлықтай әсер етеді.

Қысымның айнымалы өзгерістері әдісі дросселдеуге, яғни құбырөткізгіш арқылы өтетін сұйық ағынын тарылтуға негізделген. Ағынды тарылту оның орташы жылдамдығының артуына, демек, энергияның сақталу заңы бойынша, кинетикалық энергияның артуына және потенциялық энергияның кемуіне әкеледі. Соған сәйкес тарылту жерлерінде статикалық қысым кемиді және тарылғынға дейінгі және тарылған жерлердегі қысым айырмашылығы (өзгерісі) пайда болады. Шығынды өлшеу сұйықтың немесе газдың ағынының жылдамдығыме байланысқан қысым өзгерісін өлшеуге саяды. Ағын жылдамдығына пропорционал айнымалы қысым өзгерісін жасау үшін қарқындық түтікті, Вентури түтігін, сопло мен диафрагманы қолданады. Қарқындық түтік (11.1-сурет, а) құбырөткізгіштің ішінде ағынға қарсы орналастырылады. Нәтижесінде түтіктің шығымындағы қысым статикалық қысым мен қарқындық жылдамдық қосындысы болып табылады.

Сығылмайтын сұйық жағдайында қарқындық түтік үшін мынадай тәуелділіктерді алуға болады:

- көлемдік шығында

- массалық шығында

мұнда р₁ – жылдамдығы жоқ кездегі қысым; - сұйықтың тығыздығы.

11.1-сурет – айнымалы қысым өзгерісі әдісінің шығынөлшегіштерінің құрылымдары

Вентури түтігі (11.1-сурет, б) тарылған бөлігі арқылы жалғасқан екі конустық түтіктерден тұрады. Кеңейтілген бөліктерінің диаметрлері газ немесе сұйық ағатын құбырөткізгіштің диамерлеріне тең.

Сопло (11.1-сурет, в) дросселдік элемент ретінде ауаның немесе газдың шығынын өлшеуде қолданылады. Соплолардың параметрлері стандартталған.

Диафрагма (11.1-сурет, г) тесігінің центрңі құбырөткізгіштің центрімен беттесетін жұқа домалақ диск. Сұйықтың кіретін жағындағы жиегі сүйір, ал әрі қарай 45⁰ бұрыш жасайтын конус болып келеді.

Дросселдеуші құрылымдар үшін сығылмайтын сұйықтардың көлемдік және массалық шығындарының қысым айырмашылығына тәуелділіктері келесі өрнектермен анықталады:

,

мұнда - сұйықтың тұтқырлығына, дросселдің типі мен өлшемдеріне, ағынның сипатына және т.б. тәуелділіктегі шығын коэффициенті; g — еркін түсу үдеуі.

Егер сұйық немесе газ сығылатын болса, әдетте жиі кедесетін, онда тағы {р₁/р₂) қатынасына да тәуелді.Қысымның тұрақты өзгерістері әдісінде бағаланатын ағын жылдамдығы тұрақты. Қысым өзгерісі орта тарылған қима арқылы өткенде жасалады, ол кезде өту қимасының ауданы шығын өзгерісіне тәуелді өзгереді.тарылу жерлеріндегі тұрақты қысым ағында өзінің қалпын өзгертіп тұратын жылжымалы сезімтал элеменпен, негізінен осы элементтің массасымен анықталатын, жасалады. Шығынды өлшеу шегі 0,00025 ... 10000 м³/сағ аралығында. Тәжірибеде қысымның тұрақты өзгерісі шығынөлшеуіштерінің қалытқылық, поршенді және ротаметрлік түрлері қолданылады. Қарқын жылдамдығы әдісі. Сұйық мөлшерінің жылдамдығын есептеуіштер ағын ортасына орналастырылған айналатын элементтің белгілі уақыт аралығындағы айналым санын қосындылауға негізделген. Айналатын элемент ағынның өзінің кинетикалық энергиясы есебінен айналады. Айналу жылдамдығы ағып өтетін сұйықтың орташа жылдамдығына, демек шығынға пропорционал. Сезімтал элементтің құрылымының орындалуына тәуелді есептеуіштер аксиальдық және тангенсиальдық болып бөлінеді. Біріншілерін жиі турбиналы, ал екіншілерін – қалақшалы есептеуіштер деп атайды. Аксиальдық жұмысшы орган горизонталь, тангенсиальдық – вертикаль орналасады. Бұндай аспаптар сұйық мөлшерінің шығынын 3...13000 м³/сағ аралығында өлшеуге мүмкіндік береді.

Жылдамдықты (турбиналы) шығынөлшеуіш (11.2-сурет, а) көпжүрісті (4..6) ену винті болып келетін турбинадан (айналғыштан) 1, иректік берілістен 2 және ағындағы турбинаның айналу жыодамдығын өлшеуші аспапқа немесе түрлендіргішке жеткізуші білікшеден 3 тұрады. Мысал ретінде ВСТ типіндегі су есептеуішінің құрылымы көрсетілген.

Турбина типті су есептеуіші үш негігі бөліктен: корпустан, өлшеу блогынан 21, есептеуші құрылымнан 4 тұрады. Өлшеу блогі өлшеу камера-кронштейні 10 орантылатын кронштейн фланецінен 19, реттеуіштен, айналысты жеткізу механизмінен 28 тұрады. Өлшеу камера-кронштейні су ағынының жылдамдығын турбина 14 айналысына түрлендіруге арналған. Ол есептеуіш құрылыммен бір уақытта орнатылады және бекітіледі және ағынтүзеткіштен 15, өлшеу камера-кронштейінінен 10, өсті 11 турбинадан 14 тұрады. Ағынтүзеткіш ағынды түзетуге және оны турбина қалақшаларына бағыттауға арналған. Винтті қалақшалы аксиальдық турбина 14 сығанау мойынтіректерінде 32 айналатын өспен 11 қатаң байланысқан.

11.2-сурет – Турбина типті шығынөлшеуіш: а – принциптік сұлбасы; б – ВСТ типті су есептеуішінің құрылымы

Айналысты жеткізу механизмі турбина білігіне қатаң орнатылған пласмасса иректік дөңгелектен 31, шетінде магниттік жартыжалғастырғыш 8 қатаң орнатылған иректік дөңгелектің 29 вертикаль білігінен тұрады.

Есептеуіш құрылым 4 қаптамадан 3, магнит экраннан 35, магниттік жартыжалғастырғыштан 8, төмендеткіштен, алты цифрлық роликтен, екі төртжебелі индикатордан, магниттен 41 және бергіштер түйінінен 1 тұрады.

Вертикаль біліктің 29 айналу жылдамдығы магниттік жартыжалғас-тырғыштарға және төмендет-кіштің тісті дөңгелегіне беріледі. Төмендеткіштің тісті дөңгелегң цифрлы роликтерді, цифрлы жебелерді және орындаушы органдарға берілетін сигнал-дарды қалыптастыратын магнитті басқарылулы түйіспелі магниткі 41 қозғалысқа келтіреді.

Қарастырылған есептеуіштер ашық және жабық жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің кері және тура беруші құбырөткізгіштерінде, қысымы 1,6 МПа дейінгі, температурасы 5...150⁰С, су шығыны 0,03...1200 м³/сағ, сезімталдық табалдырығы 0,01...8 м³/сағ суық және ыстық сумен қамтамасыз ету жүйелеріндегі шығындардың көлемдерін, желілік суды СНиП 2.04.07-86 бойынша және ауыз суды МЕМСТ 2874-82 бойынша, арналған.

Жылулық әдіс негізінен екі нұсқада іске асырылады. Егер шығынөлшеуіштің сезімтал элементін температуралық кедергілік коэффициенті үлкен материалдан жіңішке жіп түрінде жасап, сол жібін токпен қыздырса, онда жіптің температурасы, демек, кедергісі де ағын жылдамдығына тәуелді болады. Жылдамдық (шығын) өлшемі ток күші немесе жіп кедергісінде кернеудің төмендеуі болады.

Егер жіптің кедергісін температуралық коэффициенті нөлге тең материалдан жасап, жіпті токпен қыздырса, ағын жылдамдығына тәуелді жіптің температурасын терможұптың көмегімен өлшеуге болады.

Ультрадыбыстық әдісті іске асыруда шығынды өлшеуді ағынның бағыты бойымен және қарсы бағытта ультрадыбыстық толқындардың (жиілігі 15 кГц жоғары) өтуі кезіндегі сигналдарды тарату мен қабылдау уақытының айырмашылығын, фазалар айырмашылығын және жиіліктер айырмашылығын анықтауға келтіруге болады.

Ультрадыбыстық шығынөлшеуіштер қозғалыс жылдамдығы 10 м/с дейін және құбырөткізгіштің диаметрі 2 м дейін кезде өлшеу қателігінің өлшенетін мәннен қателігін 0,5% асырмайды.

Шығынды өлшеудің электромагниттік әдіс -40...+180⁰С температурасы кезінде өзіндік электрлік кедергісі аспайтын агрессивті, улы, тұтанғыш және басқа қауіпті сұйықтар үшін қолайлы. Магниттік өрісті кесіп өтетін электрөткізгіш сұйықтың қозғалысы кезіндегі электромагниттік индукция принципіне негізделген шығынөлшеуіштердің артықшылығы құрылымында, ағынға енгізілетін және жылдамдығына әсер етуге қабілетті, қысым төмендеуін жасайтын, қандайда бір жылжитын немесе жылжымайтын элементтердің болмауы және көрсетулерінің сұйықтың тұтқырлығы мен тығыздығына тәуелсіздігі болып табылады.

Индукциялық шығынөлшеуіштің функционалдық құрылымына (11.3-сурет) ағын ішінде айнымалы магнит өрісін жасайтын электромагнит 1, сигналы симметриялық қайталаушы катодқа КП, күшейіткішке У және одан әрі есептеуіш құрылымға ОУ берілетін, құбырөткізгіш 2 ішінде орналасқан алмалы-салмалы электродтар кіреді.

11.3-сурет – Шығын өлшеудің электромагниттік әдісінің сұлбасы

Бұл типтегі шығынөлшеуіштер 2,5 МПа дейінгі асқын қысымға есептелген және дәлдік сыныбы 0,6-дан 1,6-ға дейін. Олар қозғалысының орташа жылдамдығы 10 м/с аспайтын диаметрі 3...1000 мм құбырөткізгіштердің шығынын 1...25000 м³/сағ диапазонында өлшеуді қамтамасыз етеді.

Оптикалық шығынөлшеуіштер Доплер эффектісін пайдалану негізінде мөлдір газдар мен сұйықтардың ағынын өлшеуіштерді жасауға мүмкіндік беретін квантық генераторлардың (лазерлердің) жасалуымен пайда болды. Олардың артықшылықтары жоғарғы сезімталдығы, инертілігінің аздығы, жанаспай өлшеу тәсілі, өтетін ортаның (лазер тарататын толқындар диапазонында оның мөлдірлігіне талаптардан басқа) физикалық қасиеттеріне тәуелсіз өлшенетін жылдамдықтың диапазонының шектемейтіндігі, ағын бағытына қатыстылығы бойынша инварианттылығы.Шығынды өлшеудің оптикалық әдісі іске асырылатын құрылымның сұлбасы 11.4-суретте көрсетілген. Лазер айналар 1, 5 және 11 жасайтын тұйықталған оптикалық жолмен біріне-бірі қарсы жүретін екі қарсы толқындарды жасайды.

11.4-сурет – Шығын өлшеудің оптикалық әдісінің сұлбасы

Мөлдір терезелері 2, 4, 12 және 13 бар құбырөткізгіштің 3 бір бөлігінде қозғалатын сұйықтың немесе газдың ағыны ұлғаю эффектісінің салдарынан (мөлдір қозғалатын ортада жарық жылдамдығының өзгеруінен) сәулелер тербелісінің әртүрлі жиіліктерін жасайды. Олар қосылып айналарда 6 және 9 интерференциялық суретті жасайды. Оның кескіні сигналы өлшеуіш аспаппен тіркелетін фотоқабылдағышқа бағытталады. Бұл сигнал сәуле ұзындығы бойынша интегралданатын ағын жылдамдығына пропорционал және сызықтық сипатта. Лазерлік шығынөлшеуіштердің қателіктері 0,5%-тен аспайды.

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. Сұйықтар мен газдардың шығыны қандай өлшеу және бақылау әдістері мен құралдарымен анықталады?

2. Ротаметрдің әрекет принципі мен құрылымы қандай?

3. Сұйықтың мөлшерін жылдамдықты есептеуіштердің әрекет принципі мен құрылымы қандай?

Дәріс №12. Сұйықтың деңгейін өлшеу және сигнализациялау құралдары

Техникада сұйықты үздіксіз сорып, қажет орнына жіберу жүйесіне техникалық қызмет көрсеткенде, сұйық деңгейін өлшеу және сигнализациялау үлкен мәнге ие. Сұйық ортаның деңгейін өлшеу құралы деңгейөлшегіш (уровномер) деп аталады. Бұл өлшеу құралы қазіргі кезде барлық көлік түрлерінің – ұшу аппараттарының, автомобилдердің, кемелердің – бактеріндегі отынның мөлшерін өлшеу үшін (олар отынөлшеуіштер деп аталады); кеңінен қолданыс тапқан. отын қоймаларындағы отынның деңгейін, қазандық агрегаттардағы, су қысымын жасау жүйелеріндегі сұйықтың (судың) өлшеу үшін қолданылады. Сұйықтың деңгейін өлшеудің әдістері: қалтқылы (поплавковый), монометрлік, сыйымдылық (емкостный), ультраакустикалық, радиациалық, радиожиіліктік (радиочастотный) және т.б.

Қалтқылық әдіс. Құтыдағы атмосфералық қысымдағы сұйықтық деңгейін бақылайтын қарапайым деңгейөлшегішке – қалтқылық деңгейөлшеуіш жатады. Төменде,12.1-суретте, (а) сұйықтың 4 бетінде қалқып тұратын, қалтқылы 1 механикалы деңгейөлшеуіштің құрылымы берілген. Қалтқының 1, демек онымен байланысқан теңгергіштің 2 қалпы шкалаға 3 қатысты сұйықтың деңгейін анықтайды.

12.1-сурет – Сұйықтың деңгейін өлшеудің қалтқылық әдістері

Резервуардағы сұйықтың көбейіп-азаюына байланысты қалтқы және онымен бірге теңгергіш те жоғары-төмен жылжиды. Тәжірибеде сұйыққа жартылай батырылған қалтқы-буектер көп қолданылады (12.1-сурет, б). Буек (қалтқы) 6, иінтірек 2 пен серіппеге1 ілініп тұрады. Сұйықтың деңгейі өзгерген кезде, буектің де сұйыққа бату деңгейі, сонымен бірге буектің массасы әсерінен серіппенің 1 де созылу күші өзгереді. Соның арқасында әрбір деңгейге буектің белгілі бір қалпы сай келеді. Буектің жылжуы иінтірек 2 арқылы шкала 3 бойынша сұйықтың деңгейін көрсететін жебе 4 орналасқан өске 5 беріледі. Сызықтық немесе бұрыштық жылжуға түрлендірілетін буектің немесе қалтқының қалпы көрсетуші аспапқа берілуі немесе қашықтыққа берілу үшін электр сигналына айналдырылуы мүмкін. 12.1-суретте (в) қалтқылы электрлік деңгейөлшеуіштің сұлбасы көрсетілген. Онда сұйықтың белгілі бір деңгейі Х қалтқының және өлшеуші көпірдің R₁...R₄ түрлендіргіш потенциометрінің көмегімен кедергілері R_к1 и R_k2 магнитоэлектрлік логометрде көрсетіліп қалады. Деңгейөлшеуіштің түрлендіргіші көпірлік сұлбаға бір уақытта көпірдің екі көрші иықтары өзгеретіндей етіп қосылады. Бұндай сұлбада температуралық қайтарымға (компенсацияға) қол жеткізіледі.

Деңгейді өлшеудің манометрлік әдісін пайдаланғанда резервуардағы сұйық қысымының бағанасы анықталады. Бу генерторларының барабандарындағы, қазандық-қайтаөңдеушілеріндегі және буландырып суыту жүйелеріндегі сұйықтың деңгейін өлшеу үшін деңгей бірлігінде көрсететін мембраналы дифманометрлерді кеңінен қолданады. 12.2-суретте сигналды түрлендірудің электрлік сұлбасы қолданылған манометрлік деңгейөлшеуіштің сұлбасы көрсетілген.

12.2-сурет – манометрлік деңгейөлшеуіштің сұлбасы: R₀... R₃ – көпір иықтарының кедергілері.

Манометрдің қатты ортасы шар арқылы көпір иығына қосылатын тензорезисторды R_x басып тұрады. Сұйықтың деңгейі өзгергенде тензокедергі де өзгереді, ол көпірдің теңдігінің бұзылуына келтіреді. Көпірден алынатын теңсіздену сигналы күшейткішпен У күшейтіліп, қозғалтқышқа Д беріледі. Соңғысы көпірді теңдестіріп, төмендеткіш арқылы көрсетуші жебені немесе сигналдаушы құрылымды жылжытады.

Деңгейді өлшеудің сыйымдылық әдісі сұйығы бар резервуардың ішіне орналастырылған арнайы конденсатордың электр сыйымдылығын өлшеуге негізделген, оның деңгейіне тәуелді. Деңгейі сыйымдылық әдісімен өлшенетін сұйықтардың электрлік сипаттамаларына тәуелді, оларды электр өткізбейтін және электр өткізетін деп бөледі.

12.3-суретте (а) электр өткізбейтін сұйықтың деңгейін өлшеуге арналған сыйымдылықты түрлендіргіштің құрылымы көрсетілген.

12.3-сурет – электр өткізбейтін сұйықтың деңгейін өлшеуге арналған сыйымдылықты түрлендіргіштің құрылымы (а) және оның электрлік сұлбасы (б).

Өлшенетін ортаға корпустан төлкемен 3 оқшауланған электрод 1 түсірілген. Екінші электрод болып, жерге қосылған түрлендіргіштің корпусы 2 қарастырылған. Сонда, түрлендіргіш екі параллель жалғанған конденсаторлардан тұратын болады: конденсатор С_ж – электродтың бір бөлігінен және деңгейі өлшенетін диэлектрик-сұйықтан жасалынған; конденсатор С_в – электродтың қалған бөлігі мен диэлектрик-ауамен жасалған. Электр сыйымдылығын С_д өлшеу индуктивті-сыйымдылықты көпірмен іске асырылады (12.3-сурет, б). Бұл көпір трансформатордың екі екіншілікті орауыштарынан Тр, конденсаторлардан С₁, С₂ және сыйымдылықтан С_д тұрады. Өлшеуші көпір жиілігі 100 Гц генератордан Г қоректенеді. Сұйықтың деңгейінің өзгеруімен бірге электродтың бату тереңдігі де өзгереді, бұл С_д сыйымдылығының өзгерісіне келтіріп, көпір теңдігін бұзады. Сұйықтың деңгейіне пропорционал теңдік бұзылу сигналы шығу кернеуі екіншілікті аспаппен ВП (потенциометрмен немесе амперметрмен) өлшенетін күшейткіштің кірісіне беріледі. Өлшеу диапазоны электродтың типіне, оның ұзындығына, өлшенетін сұйықтың сипаттамаларына тәуелді.

Ультраакустикалық әдіс. Ультраакустикалық деңгейөлшеуіштер (12.4-сурет) улы және жарылысқауіпті орталармен байланысты, сондай-ақ жоғарға температура мен қысым жағдайында болатын технологиялық процестерде қолданыс тапты.

2.4-сурет – Ультраакустикалық деңгейөлшеуіштің принциптік сұлбасы.

Бұл типтегі өлшеу және бақылау құралдарының әрекеті ультрадыбыстық тербелістердің іс жүзінде кез-келген қалыңдықтағы металл қабырғалардын өтіп, орталардың шекарасынан шағылысу қасиетіне негізделген. Бұл қасиет екі нұақада іске асырылады. Екі әдісті де іске асыру үшін түрлендіргіш 1' немесе 1 резервуардың жоғарғы немесе төменгі жағына орналастырылады. Түрлендіргіш сұйықтың үстіндегі кеңістікке (немесе сұйыққа) импульстер шоғын жібереді. Сұйықтың (газдың) шекарасынан шағылысқан сигнал сол түрлендіргіштің өзімен қабылданады. Түрлендіргіш 1' немесе 1 жіберетін электрлік сигналдар жоғарғы жиіліктегі импульстер генераторымен 2 жасалады. Қысқа уақыттық импульстер шоғын жасау үшін , сонымен бірге импульстер генераторы 2 мен өлшеу сұлбасын 4 басқаруға, пакеттер генраторы 3 қызмет етеді. Көрсеткішке ОУ берілетін сигнал t — шоқтың таратушыдан бөлу бетіне дейінгі және кері қайтқанға кететін уақытты автоматты қадағалау жолымен қалыптастырылады. Пьезоэлектрлік түрлендіргіштер 1' және 1 тарату-қабылдау режимінде жұмыс істейтін болғандықтан, импульстер шағын жіберген соң өздері соның шағылысқан сигналдарын қабылдайды. Дыбыс жылдамдығы температураға тәуелді болғандықтан, деңгейді өлшеу кезіндегі температуралық қателікті түзету үшін температуралық қайтарымдарды қолданады. Ультраакустикалық өлшеуіштердің қателігі 1-ден 15 м дейінгі өлшеу диапазонында 2,5%-дан аспайды.

Сұйықтың деңгейін өлшеудің радиациялық әдісі 12.5-суретте көрсетілген.

12.5-сурет – Радиациялық деңгейөлшеуіштің принциптік сұлбасы

Радиоизотоптық бастау Из, мысалы кобальттық ⁸⁰Со, резервуардың жоғарғы жағына, ал бірнеше пласмасса сцинтилляторлардан, жарық коллекторынан және жалпы көрсетіп тұрушы құрылымнан тұратын детектор Дет – төменгі жағына орналастырылады. Детектордан сигналдар күшейткішке У және есептеуші құрылымға ОУ беріледі. Сұйықтың деңгейі Х өзгергенде детектор секундына қабылдайтын импульстерсаны да өзгереді. Бұл әдіспен жұмыс істейтін деңгейөлшеііштердің қателіктері азғана (2...3%-дан аспайды), бірақ сәуле шығарудан қорғануды талап етеді. Олар сұйықтың, еріген металдар мен пласмассалардың да, деңгейлерін жанаспай арақашықтықтан жанаспай өлшеуге арналған.

Негізгі әдебиет: 1[286-291], 5[119-123]

Қосымша әдебиет: 8[218-233]

Бақылау сұрақтары:

1. Машина жасау өнеркәсібінде сұйық деңгейін сигналдауының қандай тәсілдері мен құралдары қолданылады?

2. Қалтқылы деңгейөлшегіштің қандай кемшіліктері мен артықшылықтары бар?

3. Монометрлік деңгей өлшеу құралының жұмыс істеу принципі қандай?

4. Сыйымдылықтық, ультраакустикалық және радиациалық деңгей өлшегіштердің жұмыс істеу принципі қандай?

Дәріс №13. Газдар мен сұйықтардың талдауыштары

Газдар мен сұйықтардың автоматты талдауыштарының сыныптамасы. Газдар мен сұйықтардың автоматты талдауыштарына қойылатын талаптарға сәйкес, олар өлшеу шектері мен диапазондары, дәлдік сыныптары, рауалық көлбеу бұрышы, тұрақтылығы, динамикалық қасиеттері және қыздырылу уақыты бойынша сыныпталады.

Газталдауыштардың өлшеу шегі регламенттелмеген, өлшеудің жоғарғы шегі бойынша олар келесідей болып бөлінеді: макроконцентрациялар (көлемі бойынша жоғарғы шегі 10^-2-нен 100% дейін), микроконцентрациялар (көлемі бойынша 10^-4-нен 10^-2% дейін) және ультрамикроконцентрациялар (көлемі бойынша 10^-4% аз) үшін.

Сұйықтардың талдауыштары үшін өлшеудің төменгі және жоғарғы шектерін басымдылықтағы сандардың R10 қалыпты қатарынан таңдайды.

Автоматты талдауыштардың дәлдік сыныбы келесі қатарда жатуы керек:

- газталдауыштар үшін – 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0; 10,0; 15,0; 20,0;

- сұйықтар талдауыштары үшін – 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 15,0.

Рауалық аспаптың қалыпты жағдайынан көлбеу бұрышының мәніне байланысты анализаторлар тәуелсіз (рауалық бұрышы 5⁰ жоғары, газталдауыштар үшін – 20⁰ дейін), тәуелді (бұрышы 5⁰ дейін) және көлбеуі болмайтын (деңгей дәлдігі шегінде) болып бөлінеді.

Тұрақтылы бойынша автоматты талдауыштар рауалық негізгі келтірілген қателігі кезінде көрсету тұрақтылығын сақтау уақыты бойынша бес топқа бөлінеді. Мысалы, СП-1 тобы үшін көрсетуді сақтау уақыты 30 тәуліктен жоғары, СП-2 – 15…30 тәулік, СП-5 – 1…3 тәулік.

Динамикалық қасиеттері бойынша автоматты талдауыштар шапшаң әрекетті (өтпелі процесінің уақыты 10 с көп емес), аз инерциялы (10…30 с), инерциялы (газталдауыштан үшін 30…60 с, сұйық талдауыштары үшін – 30…80 с), улкен инерциялы (газталдауыштан үшін 60…120 с), баяу әрекетті (газталдауыштан үшін 120 с жоғары, сұйық талдауыштары үшін – 180 с жоғары) болып бөлінеді.

Талдауыштар үшін маңызды динамикалық көрсеткіштердің бірі қыздырылу уақыты, сондай-ақ аспаптың жылулық тепе-теңдігінің орнау уақыты болып табылады. Бұл көрсеткіші бойынша газталдауыштар үш топқа бөлінеді: іс жүзінде алдын-ала қыздыруды қажет етпейтін аспаптар (қыздырылу уақыты – 10 мин көп емес), алдын-ала қыздырылатын аспаптар (60 мин дейін), ұзақ қыздырылатын аспаптар (180 мин дейін).

Газдар талдауыштары. Механикалық газталдауыштар талданатын қоспаның молекулалық-механикалық параметрлерінің күйінің немесе қасиеттерінің өзгеруіне негізделген. Бұндай аспаптардағы белгілі компоненттердің концентрациясын сипаттаушы шамалар болып табылатындар:

- белгілі компонентке химиялық әсер ету нәтижесінде газ қоспасы сынамасының көлемінің немесе қысымының өзгеруі (тұрақты көлем немесе қысым кездерінде);

- газ қоспасының тұтқырлығы;

- газ қоспасының тығыздығы және тығыздыққа тәуелді кейбір қасиеттері, мысалы, дыбыстың және ультрадыбыстың таралу жылдамдығы, диффузия жылдамдығы.

Механикалықтарға, мысалы газ қоспасындағы құрамында компоненттері жоқ, күкірт қышқылымен әрекеттесуге қабілетті аммиактың, концентрациясын циклдік өлшеуге арналған, көлемдік-жұтқыштық газталдауыштар (13.1-сурет) жатады.

13.1-сурет – Көлемдік-жұтқыштық газталдауыштың сұлбасы

Талданатын газ реперлік құрылғы 1 арқылы, тұрақты көлемдегі сынаманы дискретті таңдап және оны анықталатын компонент жұтқышпен реакцияға түсетін және онымен жұтылатын, реакторға 3 белгілі жылдамдықпен айдайтын мөлшерлегішке (дозаторға) беріледі. Жұтылмаған газ реактордың шығуында сүзгімен 4 жұтқыш буларынан тазартылып, сынаманың жұтылмаған бөлігі көлемі белгілі сыйымдылыққа жұтылмаған газды ығыстыру жолымен қысымға айналдырылатын түрлендіргішке 5 беріледі.

Шығу сигналдарын масштабтау және сақтау түйінінде 6 үрлендіргіштен шығатын сынама газдың бір бөлігі таңдалып алынады. Ол талдаудың кезекті циклінде сақталып,белгілі коэффициентпен қысымның шығу сигналына түрлендіріледі.

Барлық түйіндердің синхронды жұмысы дискреттік басқарушы сигналдар қалыптастыратын әмірлік (командалық) құрылыммен 7 қамтамасыз етіледі. Газталдауыштың жұмыс істеуіне қажетті тіректік қысым тіректік қысымдарды тұрақтадырғышпен 8 қойылады.

Көлемдік-химиялық газталдауыштар тобынан ең көп тарағаныгаздарды үш компонентке – СО₂, О₂ Со – талдау кезінде қолданылатын тасымалданатын газталдауыштар. Олардың жұмыстары химиялық реакциялардың жүруі кезінде талдауға алынған газ сынамасынан талданатын компоненттерді біртіндеп алып тастауға негізделген.

Термокондуктометрлік газталдауыштардың әрекет принципі талданатын газ қоспасының жылуөткізгіштігін өлшеуге негізделген. Ол қоспадағы анықталатын компоненттің концентрациясына тәуелді. Газдардың абсолюттік жылуөткізгіштігінің мәні өте аз болатындықтан, оны тікелей өлшеу қиындықтар туғызады, сондықтан термокондуктометрлік газталдауыштарды салыстырмалы өлшеулер жүргізіледі.

Талдаудың термохимиялық әдісі талданатын қоспаның анықталатын компоненті қатысатын катализдік тотығу реакциясының жылулық әсеін өлшеуге негізделген. Бұл әдіс оттегі асқындығында жанғыш газдардың (сутегінің, метанның және т.б.) концентрациясын өлшеу кезінде, сондай-ақ оттегінің қатысуымен көміртек тотығының концентрациясын және жанғыш газдар асқындығында оттегі концентрациясын өлшеу кездерінде кең қолданыс тапты.

Термохимиялық талдауыштар екі негізгі типте шығарылады:

- бірінші типке катализдік тотығу реакциялары қатты түйіршіктелген катализаторларда өтетін аспаптар жатады. Бұл кезде реакцияның жылулық пайдалы әсері катализатор қабатында температураның өзгеруі бойынша кедергі термометрлерімен немесе басқа жылусезгіш элементтермен өлшенеді;

- екінші типтегі аспаптарға компоненттің катализдік тотығу реакциясы қыздырылған катализдік белсенді жіптің бетінде жүретін, сонымен қатар бұл жіп реакцияның пайдалы жылулық әсерін өлшеуге арналған жылусезгіш элементі болып табылатындар жатады. Термомагниттік газталдауыштар магнитті қабылдағыштық шамасымен бағаланатын, әртүрлі газдардың магниттік қасиеттеріне негізделген. Парамагниттік газдар (О₂, NO, ауа) үшін олардың магнитті қабылдағыштығы - оң шама (газ магнитке тартылуға қабілетті), ал диамагниттік газдар (N₂, H₂, CH₄, CO₂) үшін магнитті қабылдағыштығы – теріс шама (газ магниттен тебіледі).Термомагнитті газталдауыштың негізгі түйіні - өлшеуіш ұяшық. Жылуалмасу тәсіліне тәуелді өлшеуіш ұяшықтарды сыртқы және ішкі конвекциялы деп бөледі.

13.2-суретте өлшеуші тізбек пен ішкі конвекциялы сақиналық камераның (термомагнитті газталдауыштың) сұлбасы кескінделген. Камера 2 жұқа қабырға түріндегі диаметрлік арналы 1 қуыс металл сақина болып табылады. Оның ішінде көпірлік өлшеу сұлбасына кіретін және электр тоғымен қыздырылатын жіңішке платина сымдардан жасалған термоэлементтер R_x және R₂ орналасқан. Термоэлемент R₁ тұрақты магнит 3 өрісінде орналасқан. Сақиналық камера арқылы талданатын газ айдалады, оның шығыны ротаметрмен 4 тұрақты етіп ұсталады. Талданатын газ қоспасындағы оттегінің парамагниттік қасиеттерінің

13.2-сурет – Термомагнитті газталдауыштың өлшеуші тізбегінің сұлбасы

арқасында, газ магнит өрісінің әсерінен көлденең түтіктерге тартылады. Оттегі сол жақтағы қыздырылатын термоэлемент аймағына түсіп, қызады және оның магниттік қасиеттері кемиді. Бұның нәтижесінде қыздырылған газдың бөліктері магнит өрісінен суық газбен ығыстырылады және көлденең түтңкте солдан оңға қарай газ ағыны түзіледі. Термомагниттік конвекция деген пайда болады. Талданатын газ қоспасындағы оттегінің мөлшеріне тәуелді көлденең түтіктегі газ қозғалысының жылдамдығы өзгереді, демек, термоэлементтер мен газ арасындағы жылуалмасу да өзгереді. Сол жақтағы термоэлемент R₁ суйды, ал оң жақтағы термоэлемент R₂ қызады.

Термоэлементердің температураларының өзгеруі, дәрежесі талданатын газ қоспасындаңы оттегінің концентрациясына тәуелді болатын, көпірдің тепе-теңдігінің бұзылуына әкеледі. Теңсіздік шамасын өлшеуші аспап тіркейді. Талданатын газда оттегі жоқ кезде көлденең түтікте газ ағыны болмайды және термоэлементтер кедергісінен R₁ және R₂, тұрақты кедергілерден R₃ және R₄, ток шамасын қою кедергісінен R₀ ж»не нөлге қою кедергісінен R тұратын көпір тепе-теңдікте болады.

Инфрақызыл жұтылу газталдауыштары абсорбциялық оптикалық талдауыштар тобына жатады. Олардың әрекет принциптері талданатын зат қабаты арқылы өтетін электромагниттік сәулелердің энергияларының жұтылу дірежесін өлшеуге негізделген. Әрбір газ белгілі, өзіне тән спектр аймағында инфрақызыл сәулелерді жұтады. Мысалы, көміртек тотығы спектрдің инфрақызыл аймағындағы толқын ұзындығы 4,7 мкм, көміртек қостотығы – 2,7 және 4,3 мкм, метан – 3,3 және 7,6 мкм және т.с.с. сәуле энергияларын жұтады.

Гигрометрлер – су буының құрамын өлшеуге арналған газ талдауыштары. Қазіргі кезде келесі типтердегі гигрометрлерді пайдаланады: шықтану нүктесінің (конденсациялық), кулонометрлік, қыздырылатыг электролиттік сезімтал элементті (гигрометрлік тепе-теңдікті), электролиттік сезімтал элементті, психометрлік.

Шықтаны нүктесінің гигрометрлері. Бұл типтегі гигрометрлердің әрекет принциптері қанықпаған газды тұрақты қысымда қанығу күйіне дейін суыту,а және қанығу күйіне жеткізілетін (ылғал тамшылары таматын) температураны өлшеуге негізделген. Тәжірибеде, шықтану нүктесінің температурасының анықтамасындағыдай, конденсация су бетінде емес, ал талданатын ылғалды газ атмосферасында суытылатын, жазық металл бетінде жүреді.

Кулонометрлік гигрометрлердің (ылғалөлшегіштердің) әрекет принципі талданатын газдың ылғалын дәл мөлшерленген газ көлемінің гидрофильдік затының (фосфор бестотығының) пленкасымен үздіксіз жұтылуына және бір мезгілде айналыстағы фосфор қышқылының ерітіндісін электролиздеуге негізделген. Екіншілікті аспаппен тіркелетін электролиздің ток күші ылғалдық өлшеуіші қызметін атқарады.

Психометрлік гигрометрдің жұмысы біреуі ылғал матамен оралған екі термометрмен газ ортасының температурасын өлшеуге негізделген. Бқл екі термометрлердің көрсетулері әртүрлі болады. Ылғылдағы термлометрдің температурасының төмендеуі қоршаған ортаға сұйықтың булануына жылу шығындалуы нәтижесінде жүреді. Қоршаған ортаның ылғалдылығы неғұрлым төмен болса, соғұрлым ылғалданған термометр бетінен ылғалдың булануы қарқынды жүреді. Демек, құрғақ және ылғалданған термометрлердің көрсетулерінің айырмашылыңы соғұрлым үлкен, неғұрлым өлшеу нүктесіндегі ылғалдылық төмен болса. Психометрлік айырмашылық деп аталатын температуралар айырмашылығы (t_с - t_m) және құрғақ термометр температурасы t_с бойынша кестелердің (қолдан ылғалдылықты анықтау тәсілінде) немесе сәйкес электрондық сұлбалардың (автоматты анықтау) көмегімен талданатын газдың ылғалдылығы жөнінде біледі.

Хроматографтар газ қоспаларының, булардың және буланатын сұйықтардың сандық құрамын анықтауға арналған. Хроматографтардың басқа талдауыштардан ерекшелігі құрамында екі түрлендіргішінің болуы: біреуі күрделі қоспаларды жеклеген компоненттерге жіктеуді (хроматографтық тізбек), ал екіншісі - әрбір компоненттәі құрамын анықтауды (детекторлық жүйе) қамтамасыз етеді. Әрбір түрлендіргіштердің қасиеттерін таңдап, көптеген өндірістік қоспаларды жіктеуге және құрамын анықтауға болады.

Төрт компонент-тен А, В, С және D тұратын талданатын газды хроматограф-тық бөлу принципі 13.3-суретте көрсе-тілген. Талданатын газдың сынамасы хроматографтық тізбекке 1 енгізіліп, тізбек толтырушысы (сорбенті) қабаты арқылы газтасымалдағышпен жылжытылады. Егер газ

13.3-сурет – Хроматографтың сұлбасы

компоненттерінің А, В, С және D тізбек толтырушысына қатысты жұтылғыштығы әртүрлі болса, онда бұл компоненттердің жылжу жылдамдықтары да әртүрлі болады. Ең төмен жылдамдықпен ең жұтылғыш компонент жылжиды. Біршама уақыттан соң аз жұтылғыштығы арқасында компонент В алға кетеді, одан кейін D, соңында жұтылғыштықтары жоғары, сондықтан жылдамдықтары төмен А және С жылжиды. Әрі қарай жылжығанда компоненттер түпкілікті ажырайды, нәтижесінде хроматографтық тізбектен газ қоспасының компонеттері жекелеп, әлде газ-тасымалдағыш, әлде бинарлық қоспа газ-тасымалдағыш-компонент шығады.

Газ-тасымалдағыш ретінде сорбентке қатысты алғанда инертті газ (ауа, азот, сутегі, аргон, гелий) қолданылады. Сорбент ретінде газсорбенттік хроматографтарда кеуекті заттар. Активтелген көмір, силикагель, алюмений тотығы және т.б. қолданылады. Тізбектің шығуында жіктелген компоненттерді шығу реті бойынша анықтайтын детектор 2 орналасады. Тіркеуші аспап 3 детектор сигналын диаграммаға (хроматограммаға) 4 жазады. Өлшеуші тізбек ішкі диаметрі 4...8 мм, ұзындығы 1...3 м болып, иректік немесе U-тәрізді түрлерде жасалады.

Сұйықтарды талдауыштар. Сұйық қоспасының сандық құрамын анықтау үшін технологиялық қондырғыларда, әрекет принциптерінің газ хроматографтарынан айырмашылығы жоқ, автоматты хроматографтар кеңінен қоданыс тапты. Талданатын сұйықтың сынамасы булану температурасына дейін қыздырылып, өзгерген агрегаттық күйде (газ күйінде( газтасымалдағыш ағынымен хроматографтық тізбекке енгізіледі.

Кондуктометрлер электролит ерітінділерінің (талданатын сұйықтардың) электр өткізгіштігін өлшеуге негізделген. Олар агрессивтік және агрессивтік емес сұйық орталарының (тұзсызданған және дистилденген судың, тұз ерітінділерінің, қышқылдар мен негіздердің, контрацияланған және ластанған электролиттердің және т.б.) концентрациясын және өзіндік электр өткізгіштігін өлшеу үшін қолданылады.

Сезімтал элементінің (өлшеуші ұяшығының) типі бойынша өзіндік электр өткізгіштікті өлшеу әдістері жанасулы және жанасусыз болып бөлінеді. Қарапайым сезімтал элемент болып екі электродты ұяшық табылады. Ол өлшенетін параметрді – ерітіндінің өзіндік электр өткізгіштігін – кедергіге айналдырады:

,

мұнда R – кедергі, Ом; - өзіндік электр өткізгіштік, См/м; к- өлшеуші ұяшығының тұрақтысы, м; U – электродтар түсіретін кернеу, В; I – тізбектегі электродтардың ток күші, А.

Потенциометрлік талдауыштар электролиттер ерітіндісіндегі иондардың активтілігін анықтау, сондай-ақ әртүрлі орталардың қышқылдық-қалпына келтірулік потенциалын өлшеу принциптеріне негізделген. Олар жиі сулы ерітінділердің қышқылдығын немесе негіздік қасиеттерін анықтауға, сондай-ақ шайынды сулардың тазалығын бақылауға қоданылады.

Фотометрлік талдауыштар сәуле шығару спектрінің кейбір аймақтарында ерітілген затпен анықталатын, салдарлық таңдау жұтылуының сәуле шығаруының әлсіреуін өлшеуге негізделген. Мұндай талдау әдісі тағы абсорбтік спектрлік талдау деп те аталады. Оларды спектрофотометрлік (монохроматикалық сәуле шығаруда) және фотометрлік (сәуле шығару кейбір спектрлік интервалмен шектелгенде) иалдау әдістеріне бөледі.

Сұйықтың құрамын анықтауда кең қолданыс тапқандары спектрдің ультракүлгін (200...400 нм) және көрінетін (400...800 нм) аймақтары. 13.4-суретте коммунальдық шаруашылық , мұнайхимиясы, химиялық және басқа қндіріс салаларының кәсіпорындарында шайынды суды биологиялық тазалау станцияларында микробиологиялық сузпензияның (активті тұнбаның) оптикалық тығыздығын өлшеуге арналған фотометрдің функциялық сұлбасы көрсетілген.

13.4-сурет – Фотометрдің функциялық сұлбасы

Жұмысшы арнаның жарықтандыру лампасының жарық ағыны линзалардың 2 көмегімен параллель шоқтарға фокустеледі.Жалпы спектрден түсті сүзгілердің 3 көмегімен қажетті 700..800 нм спектрлік аймақ бөлінеді. Әрі қарай жарық ағыны оптикалық сынаны 7, қлшеуші камераны 8 өтіп, жарыққабылдаушы 10 орнатылған интегральдаушы фотометрлік шарға 9 беріледі.

Салыстыру арнасының ұқсас жарық ағыны лампадан 1 линза 2 және сүзгілер 3 арқылы өтіп, айнадан 4 шағылысып, бейтарап жарықсүзгісі 5 және оптикалық сына 6 арқылы өтіп, жарыққабылдағышқа 11 жетеді. Бастапқы қал-пында жұмысшы және салыстырушы арналар-дың жарыққабылда-ғыштарына 10 және 11 түсетін жарық ағында-ры теңдестірілген.

Өлшенетін ортаның оптикалық тығыздығы өзгерген кезде өлшеуші камерадағы 8 жарық ағындарының теңдестігі бұзылады, ол жұмысшы арнаның жарыққабыл-дағышының 10 жарық-тануын өзгертеді.нәтижесінде аспатың өлшеу сұлбасының балансы бұзылып, электр сигналы пайда болады. Ол жоғарғы омдық өлшеу сұлбасын төменгі омдық реверсивтік күшейткіш 13 енуімен келістіретін, келістіруші күшейткішке 12 түседі. Реверсивтік күшейткіш білігінде қлшеуші оптикалық сына 7, аспап шкаласы 18 және калибрлік сигнал көзінің реостаты 15 бекітілген қозғалтқышты 17 айналымға келтіреді.

Электрқозғалтқыш жұмысшы және салыстырушы арналардың жарық ағындары теңдескенше оптикалық сынаны 7 айналдырады.оптикалық сынаның 7 бұрылу бұрышы аспап шкаласында 18 оптикалық тығыздық бірлігімен көрсетіледі.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. талдауыш деген не және ол қандай көрсеткіштерді бағалайды?

2. Газдар мен сұйықтардың құрамы жіне физика-химиялық қасиеттері немен сипатталады?

3. Автоматты талдаушылардың құрамына қандай блоктар кіреді?

4. Өндірісте газдың қандай талдауыштары қолданыс тапты?

Дәріс №14. Мұнай және мұнай өнімдерінің құрамын және физика-химиялық қасиеттерін талдаушылар

Талдаушылар – талданатын заттың құрамы немесе физика-химиялық құрамы жөнінде ақпарат алуға арналған құрылым. Талдау жасалатын заттардың агрегаттық күйлеріне тәуелді талдаушылар газ талдаушылар, сұйық талдаушылар және қатты заттарды талдаушылар болып бөлінеді.

Жалпы өндірістік мақсаттағы автоматтандырылған талдаушылармен қатар мұнай өнімдері және мұнай химиясы өндірісінде мұнайдың және мұнай өнімдерінің құрамы мен физика-химиялық қасиеттерін талдауға арналған арнайы аспаптарды қолданады.

Тұтану температурасын талдаушылар. Тұтану температурасы деп жалын көзі бар кезде мұнай өнімдері мен ауаның қоспасы бастайтын немесе сұйықтың буы мен ауа қоспасы тұтанбай-ақ қопарылыс жасайтын температураны айтады. Бұл талдаушылар тұтану температурасын тіркейді және оны бәрыңғай электр немесе пневматикалық сигналға айналдырады. Талдаушылыр құрамына бастаушы өзгерткіштер, сынақты дайындау және қалыптандырушы өзгерткіштер, потенциометр мен кернеуді тұрақтандырушы кіреді.

Талдаушының негізгі блоктарының әрекет прин-циптерін қарастырайық.

Талданатын өнім алдын ала механикалық қоспалардан тазартылып, сынақталушыны дайындау блогінің кірісіне беріледі. Сынақталушыны дайындау блогі талданатын өнімді суытуға немесе қыздыруға және ауа мен мұнай өнімінің шығынының шамасын қолдан қоюға арналған. 14.1-суретте тұтқырлығы 4 сСт өнімнің температурасы 20⁰С кезінде тұтану темпера-турасын 24-100⁰С аралы-ғында өлщеуге арналған бастаушы өзгерткіштің тех-нологиялық блогінің құры-лымы көрсетілген. Талда-натын өнім көмекші қыздырғыш элемент 3, негізгі қыздырғыш элемент 20, тұтандырушы камера 14, тізбегінен өтіп, ағызу түтігімен 23 атмосфералық қысымдағы жинау ыдысына ағып келеді. Электр қоректендіруін қосқан кезде қыздырғыш элементер 3 және 20 өнімді жылытуды бастайды. Тұтандыру камерасындағы 14 шамға 11 мезгілімен генератор жасайтын ұшқын беріліп тұрады. Көмекші қыздырғыш элемент 3 өнімді шығымда сынапты термоконтактор 6 белгілеген температураға жеткенше қыздырады. Алдын ала қыздырылған өнімге штуцер 21 арқылы қажетті ауа мөлшері қосылады. Қоспа негізгі қыздырғыш элементке 20 еніп, қыздырылып, тұтандыру камерасына 14 беріледі. Егер камераға

14.1-сурет – Жарқылдау температурасынөлшеуге арналған АВН-70 талдауышының технологиялық блогінің құрылымы

кіргізілген өнімнің температурасы тұтану температурасына жеткен болса, онда электр ұшқынынан бу-ауа қоспасы тұтанады. Жалын жарқылын терможұп 9 қабылдайды. Терможұптан 9 сигнал негізгі қыздыруды реттегіштің кірісіне беріліп, ол негізгі қыздырғыш элементті электрмен қоректендіруден ажыратады. Егер бірнеше тұтану қатарынан жүретін болса, онда бұл кезде негізгі қыздырғыш элемент ажыратулы болады. Қайтадан қосылу тұтану болмайтын бірінші ұшқыннан кейін жалғасады. Осылай тұтандыру камерасы арқылы өтетін талданатын мұнай өнімінің тұтану температурасының ең төменгі деңгейі реттеледі. Өнімнің тұтандыру камерасындағы температурасы терможұппен 7 өлшеніп, электрондық потенциометр – тұтану температурасын тіркеуші кірісіне беріледі.

Қышқылдық санын автоматты талдаушылар. Қышқылдық саны деп 1 г сыналатын мұнай өнімін бейтараптандыру үшін қажетті мг өрнектелген улы калий (КОН) шамасын айтады.

АК4 типтегі автоматты талдаушы синтетикалық май қышқылдарын өндіру процесінде тотыққан парафиннің (оксидаттың) қышқылдық санын анықтауға арналған. Аспаптың әрекет приципі май қышқылдарын негіз ерітіндісімен бейтараптандырудығ экзотермиялық реакциясын пайдалануға және реакция нәтижесінде бөлінетін, шамасы қышқылдық санына пропорционал жылуды анықтауға негізделген.

Булар серпімділігін талдаушылар. Булар серпімділігі (булардың қанығу қысымы) түсті мұнай өнімдерінің сапасының сипаттамасы болып табылады. Әсіресе, ең жоғары талаптар бензиндік фракцияларға қойылады, өйткені, бұл параметр өнімде төменгі қайнау фракцияларының барын көрсете, бензиндердің тұрақтылық сапасын сипаттайды.

Құрам индикатор (ИС типіндегі) ректификациялық процестерді автоматты реттеу жүйесіндегі бинарлық қоапалар құрамын анықтауға арналған. Ол эталондық сұйық серпімділігі мен ректификациялық колонкадағы абсолюттік қысым арасындағы айырмашылықты өлшеуді қамтамасыз етеді. Серпімділік бергіші (ДУ типіндегі) бензин буларының серпімділігін өлшеуге және оны 0,2-1 МПа бірыңғай пневматикалық сигналға айналдыруға арналған.

Аспап әрекетік принципі талданатын бензин өтетін ағымдық сораптың сопло аралық қуысында пайда болатын вакуум мен оның 38⁰С термостаттау температурасы кезінде қысымның динамикалық тепе-теңдігін өлшеуге негізделген. Зертелетін бензин булурымен вакуумды компенсациялау дәрежесі оның буларының серпімділігіне тәуелді.

Аспаптың бастаушы өзгерткішінде (14.2-сурет) технологиялық құрылымнан талдауға алынатын бензин дөрекі тазалау сүзгісіне беріледі.

14.2-сурет – Бензин буларының серпімділігін бастаушы түрлендіргіш ДУ-1М құрылымы

Бензиннің бір бөлігі сүзгі арқылы өтіп, механикалық қоспалардан тазаланып, алдын ала салқындатылып, тоңазытқышқа 6 түседі. Бензиннің қалған (негізгі) бөлігі түтікпен 4 технологиялық желіге қайтарылады. Ағынды суда тұратын тоңазытқыш ирегі арұылы өтіп, бензин 25-35⁰С температураға дейңн салқындатылып, мұқият тазалау сүзгісінен 7 өтіп, термостатқа 15 беріледі. Термостаттық сұйықтағы (антифриздегі) ирекпен 13 өтіп, талданатын бензин термостаттау температурасы +38⁰С дейін қыздырылады және ағындық сорапқа 14 түседі. Бензин ағыны ағындық сорап соплосы арқылы өтіп, сопло жанында бензин буларымен толтырылатын сирету (вакуум) жасайды. Сирету вакуумметрмен 19 өлшеніп, өзгерткіштің пневматикалық шығымдық сигналына айналдырылады. Ағындық сораптан 14 бензин сифондық түтік 12 арқылы өздігіне ағып, қабылдау багіне беріледі. Талданатын бензиннің қажетті температурасын қамтамасыз ететін термостаттау жүйесі термостаттан 15, сынаптық түйістіру термометрінен 17, кесуші пневматикалық клапаннан 22, реле блогынан 21 және электрмен қоректендіру блогынан 18 тұрады. Термостаттық сұйықтың температурасы өзгергенде түйістіру термометрі ауа соплосының қалқасы ретінде пайдаланылатын реле блогының якорының қоректендіруінің электрлік желісін тұйықтайды немесе ажыратады. Осылай термоконтакторден келетін электрлік сигнал пневматикалыққа айналдырылады. Күшейтілген пневмосигнал реле блогынан жылытушы ирекке жылутасығышты беруді ашатын немесе жабатын орындаушы пневмоклапанға беріледі. Бензиннің мұқият тазалау сүзгісінен кейінгі және термостаттағы температуралары сәйкес термометр-лерімен 8 және 16 өлшенеді.

Мұнай өңдеуде және мұнай химия-сында сұйық орта-ларының ылғал-дылығын талдау-шылар ацетонда, метил, этил, бутил спирттерінде, изо-пренде, толуолде және басқа да мұнай өнімдерін өңдеу заттарындағы ылғал шамасын өлшеуге арналған. Бұл тал-даушылардағы өл-шеуіш өзгерткіш-тердің әрекет прин-ципі спектрдің мак-симумдары 1,89; 1,91; 2,7 мкм белгілі сипаттық жолақтағы инфрақызыл айма-ғында сәуле энер-гиясының сұйык ылғалмен жұтылу дәрежесін өлшеуге негізделген. Аспаптың өлшеу шегі мұнай қңдеуде пайдаланылатын сұ-йық материалдар-дың ылғалдылығы-ның өзгеру диапазо-нына сәйкес келеді (көлемі бойынша 0-10%).

Мұнай өнім-дері түсінің индикаторы технологиялық процесте мұнай өнімдерінің және басқа сұйықтардың қалыпты түстен ауытқуы жөнінде сигнал беруге арналған. Ең көп тараған тұс индикаторларынығ әрекет приципі спектрдің көрінетін аймағында 450-700 нм диапазонында жарық жұтуын анықтау жолымен өнімнің оптикалық тығыздығын (түсін) өлшеуге негізделген. АФИТ типті индикаторларда бастаушы өзгерткіш ретінде сәулелерді бір шығару көзі және бір қабылдағышы бар бір сәулелі фотометр қолданылады.

Фракциялық құрамын талдаушылар. Фракциялық құрам – мұнай өңдеу өнімдерінің сапасының негізгі параметрі. Мұнай химиялық құрамы әртүрлі көмірсутектердің күрделі қоспасы болып табылады. Мұнай өнімдерін аудау жолымен әрқайсысы кұрделілігі жөнінен оңайлау болып келетін жекелеген бөліктерге бөледі. Бұл бөліктерді фракциялар немесе дистиляттар деп атайды. Мұнай өнімдерінің тұрақты қайнау температурасы болмайды. Олар фракцияның химиялық құрамына тәуелді белгілі температура интервалында қайнайды, яғни қаунаудың басталу және аяқталу температуралары болады.

Мұнай өнімдерінің фракциялық құрамы зертхана жағдайында айдау жолымен анықталады. Қайнау немесе тұтану температурасы бойынша түсті мұнай өнімдерінің жекелеген фракцияларының құрамын анықтау үшін мұнай өнімдерінің фракциялық құрамын талдаушының агрегатталған кешені АКТК қолданылады. Агрегатталған кешен АКТК-ға талданатын өнім талдау үшін сынақталушыны таңдау және дайындау жұмыстарын (сүзу, сусыздандыру, қысымын тұрақтандыру, мөлшерлеу және суыту) орындайтын кешеннің технологиялық кірісіне беріледі (2.189-сурет). Технологиялық кешеннің жұмыстық блоктары арқылы өтіп сынақталушы қайнау немесе тұтану температурасы бойынша таодау автоматты түрде үздіксіз орындалатын өлшегіш өзгерткішке 2 беріледі. Бұл кезде өлшенетін шама өлшегіш өзгерткіштің шығымдық сигналы болып табылатын терможұптың эқк айналдырылады. Бұл сигнал екінші кезектік аспаптарға – электрондық потенциометрге 3 немесе қалыптаушы өзгерткіш 4 арқылы электрондық миллиамперметрге 5 беріледі.

Негізгі әдебиет:

Қосымша әдебиет:

Бақылау сұрақтары:

1. Талдаушы деген не және ол қандай көрсеткіштерді бағалайды?

2. Мұнай өнімдерінің құрамы қалай анықталады?

3. Мұнай өнімдерін талдайтын қандай талдаушыларды білесіздер және олардың жұмыс істеу прициптерін түсіндіріңіздер?

Дәріс №15. Өлшеу және бақылау құралдарын таңдау

Бақылау және өлшеу құралдарын дұрыс таңдау – бір жағынан өлшенетін объектілер туралы ақпаратты дәл берсе, екінші жағынан өлшеу операциясы жұмыстарына кеткен шығындарды ықшамдайды. Бұл жасалатын бұйымдардың сапа кепілі.

Өлшеу және бақылау құралдарын таңдау көптеген факторларға тәуелді, атап айтқанда: өндіріс масштабына, өндірісте қабылданған бақылаудың техникалық-ұйымдастыру формасына, объектінің құрылымдық ерекшелігіне, экономикалық және басқа да факторларға, сондай-ақ МЕМСТ 14.306-73-те қабылданған міндетті және қосымша көрсеткіштеріне байланысты.

Өндіріс көлемі масштабы бақылау және өлшеу құралдарының түрлерін, және де керекті бақылау және өлшеу процессінің өнімділігін, оның автоматтандыру және механикаландыру деңгейін анықтайды.

Сонымен, бұйымдарды жекелей және аз сериялармен шығарған кезде, олардың номенклатуралық түрлері көп болады да, көлемі шағын және өзгермелі болады. Ол бұйымдардың сапасы операторлардың кәсіптік шеберлігіне және тәжірибесіне байланысты. Бұйым сапасы технологиялық процесс кезінде толық сақталмауы мүмкін. Сондықтан, бұл жағдайда бұйым сапасын әр операциялар арасында қадағалау қажет және әмбебап өлшеу-қадағалау құралдарының, кәсіби деңгейі жоғары бақылаушылардың болуы шарт.

Әдетте, бұйымдарды жекелеген аз мөлшерде шығарғанда арнайы өлшеу-бақылау құралдар қарастырылмайды. Өйткені ондай бұйымдардың өзіндік құны өлшеу-бақылау құралдарын пайдаланғанда көбейіп кетеді. Сериялық өндіріспен жасалған кезде бөлшектер, тетіктер, тораптар өзара ауысымды болады да, олардың атауларының тізімі ұзақ уақытқа сақталып, өзгертілмейді. Бұндай бұйымдардың сапасы және біркелкілігі арнайы құрал-саймандарды пайдаланғандықтан және арнайы станокта жасалғандықтан жоғары болады. Жұмыс белгілі технологиямен жасалатындықтан бұйымдардың сапасын анықтау, өлшеу-бақылау процесстері өңдеу операциясының ең соңында ғана іске асырылады. Бұл үшін бақылау аспаптарымен қатар арнайы калибрлер, шаблондар және айлабұйымдар пайдаланылады.

Жалпы өндіріс кезінде бұымдардың атауларының тізімі бірқалыпты болады: ұзақ уақыттар бойы өзара ауысымды тетіктер көп мөлшерде жасалынады. Тетіктердің сапасы белгілі технологиямен жасалғандықтан жоғары болады.

Бұндай технологиялық өндірісте жоғары өнімді механикаландырылған және автоматтандырылған өлшеу-бақылау құралдары кеңінен пайдаланылады. Автоматтандырылған өлшеу-бақылау құралдарын қолдану экономикаға тиімді негізделуі қажет. Себебі бұл құралдардың құны өте жоғары және оларды баптап, жөндеу үшін білікті мамандар қажет. Бұл автоматтар қарапайым геометриялық формадағы, әсіресе көлемі мен өлшенетін параметрлері аз тетіктерді бақылап өлшегенде өте тиімді.

Бақылау-өлшеуіш құралдары активті және әмбебап болып бөлінеді. Активті бақылау құралдарын жалпы өндірісте де және сериялық өндірісте де қолдану тиімді. Әмбебап бақылау-өлшеу құралдары жалпы өндірісте өте аз

қолданылады. Оларды технологиялық аспаптарды баптағанда(наладка) ғана қолданады.

Техникалық-ұйымдастыру деңгейі бойынша бақылау формалары келесіге бөлінеді:

- 100 %-дық бақылау. Бұндай бақылау түрі тетіктерді өлшемдік топтарға бөліп сұрыптағанда, оларға іріктемелі жинау түрін қолданғанда, немесе тетіктердің пайдалану көрсеткіштерін анықтағанда қолданылады. Бұл жағдайда, жалпы өндіріс кезінде арнайы бақылау-сұрыптау автоматтары мен қондырғылар қолданылады да, ал жекелеген немесе аз сериялық өндірісте әмбебап, өлшеу дәлдігі жоғары құралдар пайдаланылады.

-пайыздық таңдамалы (іріктемелі) бақылау. Бұл бақылау түрі технологиялық процесстердің тұрақтылығын іріктеу кезінде бақылау операциясын жүзеге асырғанда қолданылады. Пайдаланғанда белгілі дәрежедегі қателік шегі бар арнайы немесе әмбебап өлшеу құралдарын пайдаланады.

-іріктемелік бақылаудың статистикалық әдісі. Бұл әдісті екі жағдайда-дайын бұйымдарды қабылдау кезінде (қабылдау бақылауы) және өндірістік процестер дәлдігін басқару кезінде (басқарушы бақылау) қолданады. Бірінші жағдайда өлшеу құралдарын таңдау өндіріс көлеміне, өлшеу процестерінің дәлдік көрсеткіштеріне, өлшеу нысандарының конструкциялық ерекшеліктеріне, экономикалық факторларға байланысты болса, екінші жағдайда, жалпы өндіріс кезінде өлшеу процессі автоматтандырылған кезде іске асырылады.

Өлшеу және бақылау объектілерінің құрылымдық ерекшеліктері (объектілерінің пішіні, бақылау параметрлерінің сандары, өлшемдері және салмағы). Бұл ерекшеліктер де өлшеу және бақылау құралдарының түрлерін таңдауға әсер етеді. Егер өлшенетін тетіктердің салмағы мен пішіні үлкен болса, онда жылжымалы өлшеу және бақылау құралдары қажет етіледі. Ал егер тетіктердің өлшеу параметрлерінің саны көп болған жағдайда, оларды өлшеу үшін көпөлшемді бақылау құралдары пайдаланылады.

Өлшеу-бақылау құралдарын таңдаған кезде өлшенетін нысандардың қандай материалдан жасалғандығына, өлшенетін беттерінің түзулігіне және олардың құрылымдық ерекшеліктеріне аса басты назар аударған жөн. Егер өлшенетін бөлшектер өте жұқа материалдан немесе жеңіл қоспалардан жасалса, оларды өлшеу үшін өлшейтін беттерге түйіспейтін немесе салмақ түсірмейтін өлшегіш құралдары қолданылады.

МЕМСТ 14.306-73 талаптарына сәйкес өлшеу-бақылау процестерінің міндетті көрсеткіштері айқындалған. Олар: өлшемнің дәлдігі, толықтығы, еңбексыйымдылығы және құны. Қосымша көрсеткіштер ретінде өлшемнің көлемі, мерзімділігі, ұзақтығы т.б. анықталған.

Өлшеу-бақылау құралдарын таңдағанда ең қажетті көрсеткіштің бірі- өлшем дәлдігін қарастырайық.

Өлшем дәлдігі - МЕМСТ 16263-70 талаптарына ең жақын көрсеткіш. Оның нәтижесінің толықтығы бөлшектердің сапасының жоғарылығын көрсетеді. Өлшем дәлдігі жиынтық әсер беретін өлшемдегі ауытқу, қателік, т.б. себептермен байланысты. Жалпы алғанда, өлшеу құралдарының (ӨҚ) көрсеткіштерінің дәлдігіне келесідей факторлар әсер етеді:

-өлшеу нысандарын Ө.Қ.-на немесе Ө.Қ.-ын өлшеу нысандарына орналастыру;

-өлшеу құралдарының түрлерінен және беріліс элементтерінің мөлшерлену;

- өлшеу құралдарын реттеу және орналастыру тәртібі;

- темературалық режимдер;

-өлшеу құралдарын орналастырып бекіту кезінде пайда болатын серпімді деформациялар;

-өлшеу құралдарын алғаш орналастырған, баптаған кездегі қателіктер;

-өлшенетін беттердің кедір-бұдырлығы;

-өлшеу құралдарының конструктивтік ерекшеліктері;

-өлшеуші операторлардың жұмысы.

Өлшеу нысандарын өлшеу құралдарына орналастыру базалық қателіктер СИ_к, нысандардың орналасу қалпы сияқты қателіктерден жинақталады.

Өлшеу құралдарының қателігі А_и.у өлшемнің жинақталған қателігіне әсер етеді. Жоғарыда көрсетілгендей өлшеу құралдарының қателігі жүйелі, яғни тұрақты түрде қайталанып тұратын немесе кездейсоқ болып бөлінеді.

Жүйелік қателік көп өлшемнің салдарынан - есеге азаюы мүмкін.

Жәй шкалалы өлшеу құралдарының көрсету есебін алған кезде бағдар мен

шкаланың арасындағы саңлаудың және бақылаушының көру бұрышының әртүрлі деңгейінің салдарынан қателік кетуі мүмкін.

Бұл көрініс параллакс көрінісі деп аталады. Жалпы алғанда бұл «болжамдық» көрініс өлшеу нысандарының және бақылау нүктесінің бастапқы орнынан жылжуынан туындайды.

Қателіктердің бірнеше түрі болады:

1. Өлшеу құралдарын орналастыру кезіндегі кететін қателік- Δ_м. Орналастыру шарасы ретінде әмбебап және арнайы өлшем қабылданады. Егер өлшем өлшенетін нысанның ұзындығына сай келсе немесе жақын болса, онда өлшеу қателгі аз болады.

2. Эталондық бөлшектерді жасағанда кететін қателік екі түрге – жүйелік (Δ_м¹) және кездейсоқ (Δ_м¹¹) болып бөлінеді. Біріншісі бөлшектің шын мәніндегі өлшемі мен номиналды өлшемінің арасындағы айырмашылықтан туындайды. Ал екіншісі өстік, параллельдік, перпендикулярлық және т.б. ауытқулардан туындайды. Бұл жағдайда оналастыру қателігі (Δ_м¹+Δ_м¹¹) қосындысын береді. Қателік температуралық деформациядан (Δ_т) болуы мүмкін. Бұл үшін өлшеу құралдарының қандай материалдан жасалғанын, оның физикалық қасиетін білу керек. Дегенмен, температуралық қателікті есептеу қиын. Сондықтан температуралық режим арқылы оңайлатылған есептеуді қолданады.

3. Температуралық режим – ⁰С өлшенеді. Ол өлшеу объектілері мен өлшеу құралдарының арасындағы температура айырмашылығын көрсетеді. Температуралық деформацияланудан кететін қателікті азайтудың тиімді жолы - өлшеу жұмысы кезінде қалыпты температураны пайдалану. Яғни өленетін тетіктермен өлшеу құралдарын (ӨҚ) температурасының бірдей болуы. Ол үшін қалыпты температураны сақтайтын термооқшаулаушы қалпақты қорғауыштар пайдалынылады.

4. Өлшеу құралдарының немесе өлшенетін нысандардың деформациялануынан болатын қателік. Бұл қателікті азайту үшін өлшеу құралдарымен өлшенетін нысандарға орналастыру кезінде түсетін күш бірдей болуы керек. Бұл өлшеу құралдарымен өлшенетін нысандардың арасындағы түйісуді қамтамасыз етеді де, бір-біріне түсіретін салмақтары бірдей болады. Үйкеліс деформациясын есептегенде ең көп одан туындаған күш Δ_кк символымен белгіленеді.

5. Өлшеу құралдарын баптау кезіндегі кететін қателік Δ_н. Бұл қателік баптау процесінің қателігінен немесе қондырғылардың тозуынан болады. Сондықтан баптау қондырғысын үнемі түзеп отыру қажет.

6. Өлшенетін нысандардың кедір-бұдыр болуынан кететін қателік-Δ_ш. Әсіресе бұл қателік тетіктердің ішкі қабырғаларын өлшегенде кетеді. Мысалы, 35 мм болатын тесікті ішөлшеуішпен өлшегенде оның бөлім құны 0,01 мм болса, өлшем қателігі келесідей: егер ішкі бет тегістелген болса, қателік 4 мкм, ал егер ішкі бет жай жонылған болса, онда қателік 8 мкм болады. Сондықтан беттің кедір бұдыры мейлінше аз болса, соғұрлым қателік аз болады. Кедір-бұдыр беттерді өлшегенде кететін қателікті азайтудың бір жолы- өлшенетін бетті майлап қою.

7. Өлшеу құралдарының құрылымдық ерекшеліктерінен болатын қателік-Δ_иу. Бұл қателік өлшеу құралдарын жасаған кезде кетуі мүмкін. Сондықтан өлшеу құралдарын үнемі мемлекеттік тексеруден өткізіп отыру қажет.

9. Оператордан болатын қателік (субъективтік қателік). Субъективтік қателіктің төрт түрі болады:

- оператордың өлшеуге қатынасынан туындайтын субъективтік қателік.

- өлшеу құралдарынының көрсетілудің есептегенде кететін субъективті қателік.

- оператордың іс қимылынан туындайтын субъективті қателік.

- кәсіби субъективті қателік.

Оператордың өлшеуге қатынасынан туындайтын қателік оператордың айналадағы жылуды бойына сіңіруінен туындайды.

Өлшеу құралдарының көрсетілімін есептегенде кететін қателік жоғарыда көрсетілгендей шкала мен бағдардың арасында болатын саңылаудан немесе бақылаушының тура көрмеуінен туындайды (Параллакс көрсеткіші).

Оператордың іс-қимылынан туындайтын қателік оның өлшеу құралдарын баптаған кезде немесе құрған кезде кететін қателігі.

Кәсіби субъективті қателік оператордың кәсіби шеберлігінің деңгейіне байланысты болады.

Қателіктерді толық есептегенде жоғарыда келтірілген қателіктердің бәрін қосып есептейді. Бұны өлшеудің қосынды қателігі деп атайды.

Өлшеу құралдарын таңдау процедурасында маңызды орынды экономикалық көрсеткіштер алады. Оларға - өлшеу құралдарының құны, жөндеуге дейінгі жұмыс істеу уақытының ұзақтығы, құнының қайту мерзімі, өлшеу құралдарының күйін келтіру уақыты және өлшеуге шығындалған уақыт, оператордың қажетті біліктілігі және т.б. жатады.

Экономикалық тиімділігі бойынша өлшеу құралдарын таңдауды экономикалық негіздеу МЕМСТ 14.306-73 бойынша анықталады

Негізгі әдебиет: 1[440-451]

Қосымша әдебиет: 8[9-55]

Бақылау сұрақтары:

1. Өлшеу-бақылау құралдарын таңдау қандай факторларға байланысты?

2. Өлшеу-бақылау құралдарын таңдауға өндіріс көлемі қандай әсер етеді?

3. Бақылаудың ұйымдастыру-техникалық түрлері қалай бөлінеді?

4. Өлшеу және бақылау құралдарының дәлдігіне қандай факторлар мен қателіктер әсер етеді?

5. Өлшеу-бақылау құралдарын таңдауда экономикалық көрсеткіштер неге байланысты болады?

2.3. Тәжірибелік сабақтарының жоспары

Тақырып №1. «Температура өлшеудің әдісі мен құралдарын оқып-үйрену»-2 сағ.

Тапсырма:

1. Температура өлшеудің өндірісте қолданатын әдістері және құралдарымен танысу.

2. Температура өлшеудің техникалық құралдарының құрылымын оқып үйрену.

3. Температура өлшеудің қолдану обылыстарының жетістіктері мен кемшіліктерін бағалау.

Әдістемелік нұсқаулар:

1. Жұмысты бастамас бұрын өлшеу қателігін азайту үшін берілген әдебиеттер бойынша температура өлшеудің әдістерін термометр құрылымын және оларды қолданудың әдістерін ықыласпен оқып шығу керек.

2. Термоэлектрлік термометрлерді қолдану кезінде олардың электродтарының полярлығына және суық дәнекердің қайтарылымына басты назар аудару керек.

3. Өлшеу-бақылау жұмысын тек дәріс берушінің рұқсатымен ғана кірісу керек.

Негізгі әдебиет: 1[159-186]

Қосымша әдебиет 5[59-86]

Бақылау сұрақтары:

1. Техникада қолданыста болатын барлық температура өлшегіш құралдарының түрлерін атаңыз.

2. Термоэлектрлік термостаттарының қандай түрлерін және оның қолдану аясын білесіздер?

Тақырып №2. «Терможұпты және термокедергіні тексеру және тарифтеу»-2 сағ.

Тапсырма:

1. Термоэлектрлік термометрдің және кедергі термометрлерінің құрылымымен танысу.

2. Өлшеу сұлбасын жинау және оны аспапқа қосу.

3. Өлшеуді жүргізу және оның градирлік мінездемесін салу.

Әдістемелік нұсқаулар:

1. Жұмысты бастар алдында берілген әдебиеттер бойынша температура өлшеу әдістерімен және термометр құрылысымен танысу. Қателіктің болмауы үшін оларды қосу схемаларымен танысу.

2. Термоэлектрлік термометрді қолданған кезде электродтардың полярлығына және суық дәнекердің қайтарылымына басты назар аудару керек.

3. Өлшеу-бақылау жұмыстарын дәріс берушінің рұқсатымен ғана кірісу керек.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет 5

Бақылау сұрақтары:

1. Термокедергілердің қандай түрлерін білесіздер және олар қайда қолданылады?

2. Өлшеу тізбегіне терможұптар мен термокедергілер қалай қосылады?

3. температураны терможұппен және термокедергімен өлшеу принципі неге негізделген?

Тақырып №3. «Қысымды өлшеу құралдарының құрылымын оқып-үйрену» - 2 сағ.

Тапсырма:

1. Манометрлердің, вакуумметрлердің, қысымның электрлік сапаптарының құрылымдарымен танысу.

2. Солардың көмегімен қысымды өлшеу ідңстерң жөніндегі мағлұматтарды оқып-үйрену.

3. Тексеру және тарифтау сұлбасын жинау, өлшеулерді жүргізу. Шкалалау қисығын салу, қателігін бағалау.

Әдістемелік нұсқаулар:

1. Жұмысты жасау үшін ұсынылатын әдебиеттерден қысымды өлшеу әдістері мен құралдары, оларды қолдану ерекшеліктері, дұрыс монтаждау және пайдалану бойынша танысу.

2. Қысымды өлшеуге сәйкес емес аспаптарды пайдаланбау.

3. Өлшеулерді жүргізгенді қауіпсіздік ережелерін сақтау. Сабақ жетекшісінің рұқсатынсыз жұмысты бастамау.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет 5

Бақылау сұрақтары:

1. Қысымды өлшеу құралдарын және олардың қолданылу обылыстарын атаңыздар.

2. Қысымды өлшеу принципі неге негізделген?

3. Қысымдар айырмашылықтары қандай аспаптармен өлшенеді?

4. Серпімді сезімтал элементті қысым аспабының құрылымын түсіндіріңіз.

5. Құбырөткізгіштегі сұйық пен газдардыңқысымдарын өлшеуге арналған манометрлік құрылымдардың сұлбасын келтіріңіз.

Тақырып №4. «Сұйықтың шығынын өлшеу құрылымдары мен құралдарын оқып-үйрену» - 2 сағ.

Тапсырма:

1. Сұйықтардың шығынөлшеуіштерінің құрылымымен танысу.

2. Сұйықтың шығынын өлшеу әдістемесін оқып-үйрену.

3. Өлшеу сұлбасын жинау.

4. Өлшеуді жүргізу және шкалалау сипаттамасын салу.

Әдістемелік нұсқаулар:

1. Жұмысты жасау үшін ұсынылатын әдебиеттерден сұйықтың шығынын өлшеу әдістері мен құралдары, оларды қолдану ерекшеліктері, дұрыс монтаждау және пайдалану бойынша танысу.

2. Тарылатын құрылымда қысымның өзгеруі бойынша сұйықтың шығынын және мөлшерін өлшеу теориясын, тарылатын құрылымдарды есептеу әдістері және өлшеу қателіктері жөнінде оқып-үйрену.

3. Өлшеулерге тек қана сабақ жетекшісінің рұқсатымен кірісу.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет 5

Бақылау сұрақтары:

1. Тарылатын құрылымдармен сұйықтың шығынын өлшеу неге негізделген?

2. Шығын коэффициенті деген не?

3. Тахометрлік шығынөлшеуіштер, олардың жұмыс принциптері.

4. Шығынды ротаметрлермен өлшеу теориясы және олардың құрылымдары.

5. Индукциялық және электромагниттік шығынөлшеуіштер, олардың әрекет принциптері?

Тақырып №5. «Газдың шығынын өлшеу құрылымдары мен құралдарын оқып-үйрену» - 2 сағ.

Тапсырма:

1. Газдардың шығынөлшеуіштерінің құрылымымен танысу.

2. Газдың шығынын өлшеу әдістемесін оқып-үйрену.

3. Өлшеу сұлбасын жинау.

4. Өлшеуді жүргізу және шкалалау сипаттамасын салу.

Әдістемелік нұсқаулар:

1. Жұмысты жасау үшін ұсынылатын әдебиеттерден газдың шығынын өлшеу әдістері мен құралдары, оларды қолдану ерекшеліктері, дұрыс монтаждау және пайдалану бойынша танысу.

2. Тарылатын құрылымда қысымның өзгеруі бойынша газдың шығынын және мөлшерін өлшеу теориясын, тарылатын құрылымдарды есептеу әдістері және өлшеу қателіктері жөнінде оқып-үйрену.

3. Өлшеулерге тек қана сабақ жетекшісінің рұқсатымен кірісу.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет 5

Бақылау сұрақтары:

1. Тарылатын құрылымдармен газдың шығынын өлшеу неге негізделген?

2. Газ шығын коэффициенті деген не?

3. Тахометрлік газ шығынөлшеуіштері, олардың жұмыс принциптері.

4. Шығынды ротаметрлермен өлшеу теориясы және олардың құрылымдары.

5. Индукциялық және электромагниттік газ шығынөлшеуіштері, олардың әрекет принциптері?

Тақырып №6. «Электрлік шамаларды өлшеу әдістері мен құралдарын оқып-үйрену» - 2 сағ.

Тапсырма:

1. Токтың, кернеудің және кедергінің шамаларын өлшеуге арналған аспаптардың құрылымдарын оқып-үйрену.

2. Олармен тұрақты және айнымалы токтарды өлшеу кезінде оларды жалғастыру сұлбаларын оқып-үйрену.

3. Өлшеу сұлбасын жинау.

4. Өлшеуді жүргізу және жорналды толтыру.

Әдістемелік нұсқаулар:

1. Жұмысты жүргізу үшін қсынылатын әдебиеттермен танысу. Электр кернеуімен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік ережелеріне ерекше көңіл аудару керек.

2. Вольтметрдің, амперметрдің және омметрдің құрылымдарын, оларды жалғау сұлбаларын, оларды пайдалану ережелерін оқып-үйрену.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет 5

Бақылау сұрақтары:

1. Айнымалы және тұрақта токтарға вольтметрді жалғаудың сұлбаларының айырмашылықтары бар ма?

2. Токөлшеуіш қысқыштармен және шунттармен токтың шамасын өлшеу принципі неге негізделген?

3. Электрқұрылғыларының оқшаулау кедергісін немен және қалай анықтайды?

Тақырып №7. «Тәжірибелік мәліметтерді өңдеу» - 3 сағ.

Тапсырма: алынған мәліметтерді жүйелеу және сәйкес графиктерін салу.

Әдістемелік нұсқаулар: жұмысты жүргізу үшін «Өлшеу теориясының негіздері» тақырыбымен танысу керек.

Негізгі әдебиет: 1

Қосымша әдебиет 5

Бақылау сұрақтары:

1. Өлшеу қателіктерінің қандай топтарын білесіздер?

2. Кездейсоқ және жүйелік қателіктердің пайда болуының себептері неде?

3. Есептеу нәтижесін дөңгелектеу ережесі қандай?

2.4. Оқытушының жетекшілігімен орындалатын студенттердің өзіндік жұмыстары бойынша өткізілетін сабақтардың (СОӨЖ) жоспары

№	Тапсырма	Әдістемелік нұсқаулар	Жүргізу түрі	Әдебиет
1	Аспаптың қателігі және аспаппен өлшеудің қателігі.	Жүйелік және кездейсоқ қателер. Өлшеу қателігін анықтау үшін өлшеу нәтижелерін өңдеу. Өлшеу қателігін құраушылар.	Баяндама және талқылау	Нег 2[24-36]
2	Жазықпараллель шеттік ұзындық өлшемдері	Ұзындықтың шеттік өлшемдеріне негізгі техникалық талаптар. Ұзындықтың шеттік өлшемдерінің қолданылу обылысы. Ұзындықтың шеттік өлшемдерін тексеру әдістері мен құралдары.	Баяндама және талқылау	Нег 2[37-45]
3	Қысымның тұрақты өзгеруін пневматикалық өлшеуші құралдар.	Ротаметрдің сұлбасы. Жоғарғы қысым өлшегішінің құрылымы. Өлшеу қателігі.	Дискус-сия	Нег 2[158-165]
4	Қысымның айнымалы өзгеруін пневматикалық өлшеуші құралдар.	Солекстің сұлбасы. Негізгі техникалық сипаттамалары. Өлшеу қателігі.	Дискус-сия	Нег 2[158-165]
5	Оптико-механикалық түрлендіргішті өлшеуші құралдар.	Оптиметрлер. Ұзындық өлшеуіштер. Интерферометрлер.	Дискус-сия	Нег 2[174-194]
6	Қоскоординаталық өлшеуші құралдар.	Өлшеуші микроскоптар: құрылымы, өлшеу қателігі, даму болашағы.	Дискус-сия	Нег 2[144-205]
7	Талдаудың зертханалық әдістері негізінде мұнай өнімдерінің сапасын бақылау.	Мұнай өнімдерінің бір партиясының сапасын тексеру кезіндегі қателіктер. Мұнай өнімдерінің көпшілік партиясының сапасын тексеру кезіндегі қателіктер.	Дискус-сия	Қос 6[13-28]
8	Автоматты өндірістік талдауыштар көмегімен сапаны бақылау.	Автоматты өндірістік талдауыштың күйінің ықтималдылығын бағалау.Өлшеу ақпараттарының жетімсіздігінің сандық бағасы. Технологиялық ағынды автоматты өндірістік талдауыштарға қойылатын талаптар.	Баяндама және талқылау	Қос 6[47-81]
9	Тығыздықөлшегіш-тер.	Қалтқылық тығыздық өлшеуіштер. Салмақтық тығыздық өлшеуіштер. Гидростатикалық тығыздық өлшеуіштер. Ультрадыбыстық тығыздық өлшеуіштер.. Радиоизотоптық тығыздық өлшеуіштер.	Тренинг	Қос 6[120-130]
10	Вискозиметрлер (тұтқырлық өлшеуіштер).	Капиллярлық вискозиметрлер. Шарикті вискозиметрлер. Ротациялық вискозиметрлер. Дірілдік вискозиметрлер.	Тренинг	Қос 6[133-144]
11	Оптикалық талдауыштар.	Колориметрлер. Рефактометрлер.	Дискус-сия	Қос 6[144-151]
12	Мұнай өнімдерінің шартты сипаттамаларын талдауыштар.	Фракциялық құрамды талдауыштар. Булар қысымын анықтауға арналған талдауыштар. Анализаторы определения Температура жарқылын талдауыштар. Қату температурасын анықтайтын талдауыштар	Тренинг	Қос 6[152-162]
13	Хроматографтар	Тағайындалуы. түрлері. Құрылымы. Детекторлардың сипаттамасы.	Тренинг	Қос 6[162-168]
14	Шайынды суды талдауыштар.	Өндірістік шайынды сулардағы мұнай өнімдерін анықтау. Определение нефтепродуктов ИК-спектрофотометрлермен мұнай өнімдерін анықтау. Өндірістік шайынды сулардағы фенолды анықтау.	Тренинг	Қос 6[168-176]
15	Мұнай өнімдерінің талдауыштардың пайдаланулық сенімділігі.	Талдауыштардың сенімділігі жөнінде ақпараттар жинау. Пайдалану және жөндеу кезеңдерінде мұнай өнімдерін талдауыштардың сенімділігін қамтамасыз ету бағдарламасы.	Тренинг	Қос 6[182-192]