6 Дәріс. Өлшеу құралдарының негізгі метрологиялық сипаттамалары

Дәрістің мазмұны: дәлдік класы, өлшеу құралдары мен өлшеу түрлендіргіштері қателіктерінің классификациясы.

Дәрістің мақсаты: ӨҚ- ның негізгі метрологиялық сипаттамалары: дәлдік класы, ӨҚ қателіктерінің есептеулері мен түсінігін меңгеру.

6.1 Дәлдік класы мен жіберілетін қателіктер

Метрологиялық сипаттамалар (МС) – өлшеу қателіктері мен нәтижелеріне әсер ететін ӨҚ қасиеттерінің сипаттамасы.

Дәлдік класы – негізгі және қосымша жіберілетін қателіктер шегімен, басқа да дәлдікке әсер ететін өлшеу құралдарының қасиеттерімен анықталатын жалпыланған метрологиялық сипаттама (МС). Дәлдік класы – мөлшерсіз көлем.

Негізгі және қосымша жіберілетін қателіктердің шегі жеке өлшеу құралдарының (ӨҚ) стандартына сәйкес белгіленеді.

Өлшеу құралдарына (МЕСТ 136-68) (1; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0; 5.0; 6.0) ; n = 1; 0; -1; -2;… қатарынан алынатын дәлдік класы беріледі. Дәлдіктің нақты кластары ӨҚ-ның жеке түрлеріне қатысты стандарттармен белгіленеді. Дәлдік класын көрсететін сан аз болған сайын жіберілетін негізгі қателік шегі азаяды.

Келтірілген қателіктер бойынша нормаланатын дәлдік кластары қателік шегінің нақты мәнімен байланысады, яғни дәлдік класы келтірілген қателіктер мәнінің пайызбен көрсетілген санына тең.

Екі немесе одан да көп ауқымы (немесе шәкілі) бар ӨҚ-да екі немесе одан да көп дәлдік класы болуы мүмкін.

2. Өлшеу құрылғыларының қателіктері

Д.1 суретінде ӨҚ қателіктер классификациясы берілген (Д қосымшасы):

а) көріну сипатына қарай: ӨҚ- жүйелікк және кездейсоқтық қателіктер құраушылары өлшеулердің жүйелікк және кездейсоқтық қателері сияқты мағынаға ие болады. (3 дәріс);

б) колдану жағдайына қарай:

1) ӨҚ негізгі қателігі – қалыпты жағдайларда қолданылатын ӨҚ қателігі (Қ.Ж.). Қ.Ж.-да ӨҚ қолдану үшін әсер ететін шамалардың (қоршаған ортаның температурасы, барометрлік қысым, ылғалдылық, қөректендіру кернеуі, ток жиілігі және т.т.) қалыпты мәндері болады немесе мәндердің қалыпты шеңберінде болады, сондай-ақ олардың белгілі бір кеңістікте орналасуы, жердің магниттік өрісінен басқа сыртқы электромагниттік өрістің, дірілдің болмау шарттары түсіндіріледі. Н.У. әдетте ӨҚ қолданудың жағдайлары болмайды;

2) жіберілуі мүмкін қосымша қателік шегіне ең үлкен қосымша қателік ұғылады, бұл өлшеу құралдары жарамды және қолдануға болады деген жағдайдағы әсер ететін шаманың кеңейтілген мәндерінің шегінде туады. ӨҚ әр түрі үшін стандарттарда немесе техникалық шарттарда қосымша қателіктің мәні тағайындалған шектерден аспайтын деңгейде әсер ететін шамалардың мәндерінің кеңейтілген шеңберін белгілейді. Негізгі және қосымша қателіктер атауларына берілген жғдайларда орын алатын ӨҚ нақты қателігі сәйкес келеді:

в) қолдану режіміне орай:

1) статикалық қателік – тұрақты шаманы өлшеу үшін ӨҚ пайдалануда туындайтын ӨҚ қателігі;

2) динамикалық қателік – шаманың уақытында айнымалыны өлшеу үшін ӨҚ –ны пайдалануда туатын ӨҚ қателігі;

г) ұсыну формасына орай.

Өлшеу аспабы және өлшеу түрлендіргіші үшін абсолют салыстырмалы және келтірілген қателіктерді анықтау ерекшелігі. Өлшеу аспабында кіріс шамасы бірлігіне өлшемделген шәкіл немесе белгілі көбейткіштің шартты бірліктерінде өлшемделген шәкілі бар, сондықтан өлшеу нәтижесі кіріс шаманың бірліктерінде ұсынылады. Бұл өлшеу аспабының қателігін анықтаудың қарапайымдылығын шарттайды. Өлшеу түрлендіргішінде өлшеу нәтижелері шығыс шама бірліктерінде көрсетіледі. Сондықтан, өлшеу түрлендіргішінің кірісі және шығысы бойынша қателіктерді ажыратады.

Өлшеу аспабының абсолют қателігі – аспаптың көрсетуі мен өлшенетін шаманың нақты мәнінің арасындағы айырым

, (6.1)

үлгілі аспап көмегімен анықталады немесе қайта өлшеумен шығарылады.

Өлшеу аспабының салыстырмалы қателігі – өлшеу аспабының абсолют қателігінің өлшенетін шамасының нақты мәніне қатынасы

(6.2)

Өлшеу аспабының келтірілген қателігі - өлшеу аспабының абсолют қателігінің өлшенетін шамасының нормаланған мәніне қатынасы . (6.3)

Нормалайтын мән сапасында өлшеудің жоғарғы шегі немесе өлшеу аспабының өлшеулер ауқымы пайдаланылады.

Өлшеу түрлендіргішінің (ӨТ) қателіктерін анықтауда келесі шамалар белгілі: - ӨТ кірісіндегі шаманың нақты мәні, ол кірісінде өлшеуішпен шығарылады немесе үлгілі СИ көмегімен анықталады. - Ипр шығысындағы шамасының мәні, ол шығуында үлгілі құрал көмегімен анықталады; - өлшеуіш түрлендіргіштің түрлендіру функциясы; - өлшеуіш түрлендіргіштің түрлендіруінің кері функциясы.

Шығысы бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің абсолют қателігі - өлшенетін шаманы көрсетеін өлшеуіш түрлендіргіштің шығысындағы шаманың нақты мәнінің өлшеуіш түрлендіргішке берілген өлшемделген сипаттаманың көмегі арқылы кірістегі шаманың нақты мәні бойынша анықталатын арасындағы айырым

, (6.4)

, кіріс шаманың бір мәнінде анықталады.

Кірісі бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің абсолют қателігі: өлшеуіш түрлендіргіштің кірісінде түрлендіргішке қоса оның шығысындағы түрлендіргішке жазылған өлшемдердің сипаттамасының көмегі арқылы нақты шамасының мәні бойынша анықталатын және түрленушінің кірісіндегі нақты мән шамасының арасындағы айырым

=. (6.5)

Кірісі бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің салыстырмалы қателігі

(6.6)

Шығысы бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің салыстырмалы қателігі

(6.7)

Кірісі бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің келтірілген қателігі

. (6.8)

Шығысы бойынша өлшеуіш түрлендіргіштің келтірілген қателігі

. (6.9)

Нормаланған мән сапасында , түрлендіргіш өлшеудің ауқымы немесе осы ауқымға сәйкесті шығыс сигнал өлшеуі () пайдаланылады;

д) өлшенетін шаманың мәнінен.

Осы тәуелділікті қарастыру үшін түрлендірудің номинал және шынайы функциялары ұғымын пайдалану ыңғайлы. Түрлендірудің номинал функциясы ӨҚ паспортында көрсетілген. Түрлендірудің шынайы функциясы – ӨҚ осы типінің нақты меңгеретін функциясы. Түрлендірудің шынайы функциясының номиналдан ауытқуы әртүрлі және өлшенетін шаманың мәніне тәуелді болады.Осы ауытқулар және осы ӨҚ қателігін анықтайды.

Аддитивтік қателіктер немесе ӨҚ нөл қателігі – бұл өлшенетін шаманың барлық мәндерінде тұрақты болып қалатын қателік (Д қосымшасы, Д.2 суретті қара).

Егер аддитивті қателік жүйелік болатын болса, онда ол алынып тасталынуы мүмкін ( мысалы, нөлді түзету). Егер аддитивті қателік кездейсоқ шама болса, онда оны алып тастауға болмайды және түрлендірудің шынайы функциясы уақыт бойынша номиналға ерікті қатынас бойынша ауысады. Шынайы функция үшін өлшенетін шаманың барлық мәндерінде ені тұрақты болып қалатын жолақты бөліп алуға болады.

Кездейсоқ аддитивті қателіктердің көздері – СИ тіреуіштердегі үйкеліс, нөлдің жылжуы, шу.

Мультипликативтік қателік немесе СИ сезімталдығының қателігі - өлшенетін шаманың артуы мен сызықтық өсетін (немесе кемитін) қателік (Д қосымшасы, Д.3 суретті қара).

Мультипликативтік қателік көздері – СИ тораптарының және жекелеген элементтердің түрлену коэффициентінің өзгеруі

Сызықтық қателік – түрленудің шынайы функциясының номиналдан өзгешелігі сызықтық емес эффектілермен болатын қателік (Д қосымшасы, Д.4 суретті қара).

Сызықтық қателік көздері – СИ конструкциясы (сұлбасы), сұлбалар жасау технологиясының жетімсіздігімен байланысқан түрлендірудің сызықтық емес бұрмалану функциялары.

Гистерезис қателігі – кері жүріс қателігі (кешігу қателігі) (Д қосымшасы, Д.5 суретті қара). Бұл СИ-дің ең елеулі және болдырмауы қиын қателігі. Ол өлшенетін шаманың артуында (тура жүріс) немесе кемуінде (кері жүріс) шынайы түрлену функциясының дәл келмеуін көрсетеді.

Гистерезистің себептері – механикалық берілетін элементтердің люфті, құрғақ үйкелісі, ферромагниттік материалдардағы гистерезистік эффект, серіппе материалдарындағы ішкі тіреліс, элементтердегі, пьезоэлементтердегі, электрохимиялық элементтердегі поляризация құбылысы.

СИ теқ қана оның метрологиялық сипаттамалары белгіленген жағдайда ғана қолдануға жіберіледі. Нормаланған метрологиялық сипаттамалар туралы мәліметтер өлшеу құралдарының техникалық құжаттамасында келтірілген.

Тақырып бойынша қосымша ақпаратты [5-9] әдебиеттен алуға болады.