№1 – дәріс. Өлшеу процестері және өлшеуіш құралдар

Дәрістің мазмұны:

1.    Энергетиканың маңызы және энергетикалық есептеудің мәселелері.

2.    Ақпараттық өлшеуіш техника деген не? Оның қамтитын бағыттары.

3.    Өлшеу процестері: өлшейтін электрлік шама, өлшеу әдістері, қателігі және өлшеу нәтижесі.

4.    Өлшеуіш құралдар, аспаптар және түрленгіш датчиктер.

Дәрістің мақсаты: ақпараттық өлшеуіш техникасының қамтитын бағыттарын игеру және меңгеру.

Энергетика шаруашылығы көп өндірістік кәсіпорындарының негізгі жүйесі болып саналады. Себебі, энергетиканың арқасында энергетикалық күрделі процестер және өндірістік технологиялық түрлендірулер жасалады. Энергетиканың басты және негізгі міндеті - кәсіпорындарды, түрлі шаруашылықтарды және мекемелерді, жеке тұрғындарды, оқу және ғылыми институттарын электр энергиясымен қамтамасыздандыру болып саналады. Сондықтан да энергетикалық есептеудің келесі мәселелерге мәні зор:

-         энергоресурстарды шығындау мен өзіндік нарқын анықтау;

-         кәсіпорын ішінде шаруашылық есеп жүргізу;

-         шығындалған энергия үшін сыртқы мекемелермен есеп айырысу;

-         энергетикалық бақылау мен энергетикалық баланс құру.

Энергоресурстарды есептеуге және санауға қажетті ақпараттарды алу үшін түрлі–түрлі әдістер мен тәсілдер, түрленгіштер мен құрылғылар қолданылады.Соның ішінде басты тәсіл болып электр параметрлерінің шамасын өлшеу болып саналады. Тек қана соларды өлшеу нәтижесінде энергоресурстарды есептеу, не бақылау және басқару үшін керекті ақпараттарды аламыз.

Өлшеу – физикалық құбылыстар мен процестердің шамалары туралы сандық ақпарат алудағы негізгі тәсіл. Жаңа машина және апаратты жасағанда, не қиын технологиялық өндірістік процестерді жүргізгенде көп физикалық шаманы өлшеуге тура келеді. Бұған көбісіне бейэлектрлік шамалар жатады, олар механикалық, жылулық, химиялық, оптикалық және акустикалық болып бөлінеді. Кәзіргі кезде бейэлектрлік шамаларды түрлендіру және өлшеу үшін электрлік әдістер мен тәсілдер, аспаптар мен құралдар көп қолданады. Себебі, олардың қолдануда келесі ерекшеліктері және оңтайлықтары бар:

1.     Олардың сезімталдығын (чуствительность), не өлшеу ауқымын (диапазон) оңай өзгертуге болады.

2.     Жиілік ауқымы кең болғандықтан олардың инерциясы аз болады.

3.     Алыстан өлшеу, бірден көп не әртүрлі шамаларды өлшеу, топтастыру не орталықтан оңай басқару.

«Ақпарат» деп, мағынасы адамға түсінікті және қабылдайтын құрылғы оқи алатын бағыттағы нақты хабарды айтады. Автоматтандыру техникасында бұл шамалардың нақты мәні туралы әрі жеке процестердің сипаттамалары туралы хабар болады. Ақпарат жүйе ішінде дереу өңделу немесе есте сақтау құрылғысына алдын ала ендірілу қажеттілігіне қарай әртүрлі тасығыштар мен ақпаратты бейнелеу құралдары пайданылады. Ақпаратты беру және өңдеу үшін электр сигналдары қолданылады. Әртүрлі басқару құрылғылары мен есептеу техникасында ақпаратты сигналды түрлендіру арқылы өңдейді.

Ақпараттық өлшеу жүйелерінің (система) құрамына келесі блоктар мен құрылғылар жатады:

-         ақпаратты алу мақсатында түрлендіргіш (датчиктер);

-         күшейту, түрлендіру (преобразование) мен кодтау үшін күшейткіштер мен түрленгіштер, өлшеу құрылғылары мен құралдары;

-         бағдарламалық немесе алгоритмдік математикалық және  логикалық (қисындық) құрылғылар;

-         автоматтық басқару, өзіндік бақылау, диагностика, коммутация құрылғылары.

Сонымен, ақпараттық өлшеу жүйелеріне (АӨЖ) тұтынушыға керекті ақпаратын қамтамасыз етіп отыратын, функционалды түрде ақпараттық арнаға біріктірілген, метрологиялық параметрлері алдын–ала анықталған өлшеу құралдары мен қосымша техникалық құралдар жатады. Демек, энергообъектілердің жұмыстық параметрлері әр уақытта бақыланып және керекті шамада сақталынып отыру керек. Сонымен, бақылау және энергообъектілерді басқару процестерін орындау тек қана ақпараттық өлшеу жүйелерінің негізгі міндеті болып саналады.

Өлшеуіш ақпарат – өлшейтін объект және өлшеу процесстері туралы өлшеу арқылы алынған дербес хабар. Алғашқы ақпараттың негізінде өлшеу процесі орын алады.

Өлшеу – зерттейтін параметрдің мөлшерін табудағы метрологиялық оператордың жұмысы. Бұл параметрлерді физикалық шама (ФШ) деп атайды.

Өлшейтін шама бір – біріне сәйкес келетін әдістер мен өлшеуіш құралдардың арқасында өлшем бірлігімен (ӨБ) салыстырылады. Өлшем бірлігі халықаралық келісіммен әр физикалық шамаға тұрақты өлшемде белгіленген және оның сандық мәні бірге тең. Физикалық шаманы өлшегенде соған сәйкес өлшем бірлігімен салыстырамыз. Өлшенген ФШ ның өлшем бірлігіндегі үлесін, не одан қанша есе аз не көп екенін білу үшін милли, микро, кило, мега және т.б. деген қосымша жұрнақ қолданылады.

Өлшеу процесінің ғылыми негізі болып метрология саналады. Метрология – өлшеу туралы ғылым, оның техникасы және өлшеуіш құралдарды қолдану, онан кейін, өлшемдердің біркелкілігін ұйымдастырып, заң жүзінде сақтау.

ҚР «Өлшемдердің біркелкілігі туралы» заңы өлшеу процестердің сапалылығын көздейді: оның тұрақтылығын және әр өлшеу нәтижесі бір біріне сәйкес келуін сақтайды. Сонымен, өлшеу процестердің басқы әдістері және тәсілдері. метрологиялық жұмыстың іргесін қалайды. Әдетте, метрологиялық жұмыс халықаралық түрде стандартталған. Ол үшін мынандай ұйымдар бар:

МКТИ – техникалық өлшеуден халықаралық конференция; МОЗМ – заңды метрологиядан халықаралық ұйым. Осы ұйымдардың кепілдемелерінің қоятын басты мақсаты: өлшеу нәтижелері өлшем бірлігімен белгілену керек және өлшеу қателіктерінің мәні де көрсетілуі керек.

Ақпараттық өлшеу техникасы метрологияның тәжірибелік және қолданбалы түріне жатады. Ақпараттық өлшеу техникасының (АӨТ) басты міндеті болып өлшеуді жүргізу және оны бағалау, өлшеудің тәсілдері мен құралдарын практикалық қолдану болып саналады. АӨТ екі топқа бөлінеді: бірінші, жұмыстық (өндірістік) өлшеу техникасы, екінші, үлгілі (нақты, лабораториялық) өлшеу техникасы. Сөйтіп, ақпараттық өлшеу техникасы өлшеу процесіне қатысты барлық теориялық және тәжірибелік мәселелерді тегіс қамтиды.

Өлшеу процессі оператормен (бақылаушымен) келесі функциялық сұлбамен жүгізіледі.

1.1 Сурет. Өлшеу процессінің функциялық сұлбасы

Көрсетілген әрекеттердің (операциялардың) неге керек екенін және неге жататынын көрсетейік.

Өлшейтін объект – электростанция, қосалқы станция, таралу құралғылары, генераторлар (өндіргіш), қозғалтқыштар (двигательдер).

Өлшенетін физикалық шама – электр тоғы, кернеу, қуат, электр энергиясының шығыны, жиілік.

Өлшеудің әдісі – белгілі кепілдеме жүзінде, қолдану тәжірибесіне және оператордың тәжірибесіне сәйкес алынады.

Өлшеу құралы – қолданылатын әдіске байланысты, құралдың табылуына және өлшеу жағдайына сәйкес алынады.

Өлшеу қателігі – теориялық және тәжірибелік есептеу әдістеріне байланысты.

1.2 Сурет – Өлшеу әдістері сұлбасы

Тікелей өлшеу әдісін қолданғанда физикалық шама бірден өлшеуіш құралдың көрсеткішінен өлшенеді. Салыстырмалы әдісте: физикалық шаманың мәні белгілі өлшеммен салыстырылады. Көпке белгілі салыстырмалы әдіс – нөлдік әдіс.

Өлшеу құралдары мына түрлерге бөлінеді:

1.     Өлшемдік құралдар – бұл физикалық шаманы бірден табатын құралдар.

2.     Өлшеу құралдар, аспаптар – олар аналогтік, цифрлық, өзі жазатын, интегралдық болады. Бұлар өлшеу нәтижесін бірден береді, оны, оператор бірден байқайды.

3.     Өлшеуіш түрлендіргіштер – масштабтық, бір ФШ екіншіге айландырады. Бұл құралдар ФШ-лардың шығыс параметрін кіріс параметрлеріне пропорционал жасайды.

4.     Өлшеуіш қондырғылар – алдынала белгіленген өлшеу әдістерімен өлшеу құралдарының жинағы.

Басқарылатын не өлшейтін объекті мен өлшеуіш жүйелердің шығыстық құрылғылары арасында әрқашан физикалық шама – электр сигналы тектес өлшеуіш түрлендіргіштер болады. Осындай түрленгіштерді түрлендіргіш датчиктер деп атайды.

Электрондық есептеу машинасын пайдаланатын автоматтық жүйелерде ақпаратты беру және өңдеу негізінен «1» және «0» электр сигналдарының комбинациясының дискретті жиынтығы түрінде өтеді. Бұл жағдайда алдымен физикалық шама электр кернеуіне, содан кейінгі кезеңде сигналдардың дискретті жыйынтығына түрленеді. Сонымен, түрлендіргіш датчиктер физикалық шаманы бір мәнді байланысқан электр (не басқа) сигналына түрлендіреді.Олардың мынандай түрлері болады: механикалық (күштік, сығу-созу); электрлік;  магниттік; электромагниттік (сәулелену); гравитациялық; жылулық.

Барлық түрлендіргіш датчиктер қызмет принципы бойынша параметрлік не генераторлық деп екі топқа бөлуге болады. Бірінші топқа өлшенетін шаманың мәні электр тізбегінің параметрлеріне, яғни кедергіге, индуктивтікке, сыйымдылыққа түрленетін түрлендіргіш датчиктер жатады. Бұл жағдайда қосымша қоректендіру көзі қажет. Генераторлық түрлендіргіш датчиктерде әртүрлі энергия тікелей электр энергиясына түрленеді.

Түрлендіргіш датчиктердің статикалық сипаттамасы деп, өлшенетін (х) шамамен түрлендіргіш датчиктің шығысындағы сигналдың (у) арасындағы у=f(x) функционалдық тәуелділікті айтады. F(x) функциясын түрлендіру функциясы деп те атайды. Шығыстық у шамасының аз өсімшесінің кірістік х шамасының аз өсімшесіне қатынасын түрлендіргіш датчиктің сезімталдығы деп атайды: S=Δу/Δх. Түрлендіргіш датчиктің сезгіштік деңгейі деп, оның шығысында сигналдың өзгерісі (Δу) пайда болуына сәйкес келетін түрлендіргіш датчиктің, кірісіндегі шаманың (Δх) аздаған өзгерісін айтады. Сигналдың деңгейлік өзгерісі деп (Δу), шығыстық сигналдың керекті аспаптар арқылы тіркеуге жарайтын ең кіші мәнін айтады. Түрлендіргіш датчиктің деңгейлік сезімталдығы сигналды өңдейтін электр түрленгіштердің не тіркеуіш аппараттардың техникалық сипаттамаларына сәйкес болуы керек.

2 №2-дәріс. Өлшеудің қателіктері

1.    Өлшеудің қателіктерін метрологиялық түрде топтау үлгісі.

2.    Қателіктердің түрлеріне берілген анықтамалар.

3.    Статистикалық қателіктерді Гаусс заңын табуда қолдану.

Дәрістің мақсаты: өлшеудің қателіктерін бір-бірінен айыра білу және оларды табудың жолдарын игеру.

Өлшеу еш уақытта дәл болмайды. өлшеудің дәлдігінің ықтималдығы нөлге тең. Метрология өлшеу қателіктерінің келесі топтау үлгісін береді.

2.1 Сурет – Өлшеу қателіктерін топтау үлгісі

Жалпы айтқанда өлшеудің қателігі – алған өлшемнің нәтижесінің дұрыс болмауы. Өлшеу қателігі физикалық шаманы өлшегенде болатын қателіктердің барлық құрамын қамтиды, сонан кейін алынған нәтиженің шын не нақты мәндерден аутқуын көрсетеді. Мысалы, физикалық шаманың өлшенген мәні Х десек, ал оның шындық мәнін Х_ш деп белгілесек, сонда ауытқу (отклонение) мынаған тең.

.                                           (2.1)

Физикалық шаманың шындық мәні дегеніміз, өлшеу қателігі жоқ деген сөз. Бұл сөз идеалдық түрде айтылған сөз. Тәжірибе жүзінде ФШ шындық мәнін алуға болмайды. Сондықтан практикада ФШ шын мәнінің Хш орнына оның нақты Хн мәнін қолданады. ФШ-ның нақты мәнін табу үшін ерекше әдістерді және үлгілі өлшеуіш құралдарды қолданады.Сонда былай жазуға болады.

Бұл алгебралық айырмашылық таңбасын өзгерту мүмкіндігінен мұны өлшеудің абсолюттік қателігі деп атайды. Сондықтан өлшеудің дұрыс нәтижесі.

Кей кезде түзелу коэффициентін қолданады.

Сонда өлшеудің дұрыс мәні былайша жазылады.

Белгілі ғылыми деректерге негізделе отырып өлшеу қателіктерін үш топқа бөлуге болады: тұрпайы, жүйелілік және кездейсоқтық қателіктер. Тұрпайы қателіктерге электрөлшеуіш аспаптың көрсеткішін дұрыс бағаламау жатады. Оған аспаптың шкаласының бөліктерін қате бағалау, немесе көпшкалалы аспаптың еселеу коэффициенттерін дұрыс қолданбау жатады. Немесе, көрсеткішті қарағанда тіл мен шкаланың арасында болатын параллаксты елемеу. Сыртқы ортаның өлшеуіш аспапқа күшті әсері, оның бұзылуымен және кездейсоқ кедергілер өлшеудің тұрпайы қателіктеріне әкеліп соғады.

Абсолюттік мәні және таңбасы белгілі қателіктерді жүйелі қателіктер деп атайды. Егер өлшеу процесі тұрақты жағдайда өткізілсе, оларда тұрақты мәнде болады. Егер өлшеу жағдайы заңды түрде өзгерсе, жиелі қателіктер не өзгермейді, не өзгерсе заңды түрде өзгереді.

Жүйелі қателіктерге қандай өлшеу қателіктері жатады? Олар: электрөлшеуіш аспаптың қателігі, қолданылған өлшеу әдістемесінің қателігі, өлшеуіш құралдың қателігі, аз мәнді елемегендіктің қатесі және сыртқы ортаның әсерінен қателік. Осы қателіктерді жеке-жеке қарастырайық.

Электрөлшеуіш аспаптың жүйелі қателігіне үш топ қателіктер жатады: аддитивті, пропорционалды және шкаланы бөлу қателіктері. Егер өлшеуіш аспаптың тілі бастапқы кезде шкаланың нолінде тұрмаса аддитивтік  қателік пайда болады. Бұл қателікті, егер аспаптың шкаласы бірқалыпты болса, алгебралық қосумен түзетуге болады.  Пропорционалдық қателіктер көрсетуші аспаптарда қолданатын қосымша кедергілер мен шунттардың өз мәнінен ауытқуына байланысты.Егер бұл ауытқулардың мәндері белгілі болса, алынған өлшеудің нәтижесін түзеу коэффициентіне көбейтіп, пропорционалдық қателіктерді түзеуге болады. Шкаланы бөлу қателіктерін әр өлшеуіш аспапқа қосымша түзету таблицасын жасап жоюға болады. Ол таблицаларды жасағанда өлшеуіш аспаптарға қарағанда өлшеу дәлдігі жоғары өлшеуіш құралдар қолданылуы қерек. Қолданылған өлшеу әдістемесі мен өлшеуіш құралдың қателіктері кернеу көзінің электр қозғалыс күшін (э.қ.к.-эдс) өлшейтін вольтметрдің ішкі кедергісінің әсерінен пайда болады. Аз мәнді елемегендіктің қатесі өлшеу әдістемесі мен өлшеуіш құралдың қателіктеріне жақын. Ол қатені өлшеу кезінде де, өлшегеннен кейінде табуға болмайды. Себебі, оның неден пайда болатын факторларды да табу не білу қиын.

Егер сыртқы ортаның әсеріне келсек, ол температураның, атмосфералық қысымдықтың және ауаның ылғалдылығына байланысты. Осы жағдайлар өлшеуіш аспаптың көрсетуінің туралығына әсерін тигізеді. Және сыртқы электр не магнит өрістерінің өзгеруі де өлшеу нәтижесіне қосымша қателік кіргізеді.

Практикалық өлшеулерде жүйелі қателіктерді құрал-сайманмен және әдістемелік қателіктердің алгебралық қосындысы деп санайды

.                                         (2.6)

Әр уақытта жүйелік қателікпен бірге кездейсоқтық қателіктер болады. Сондықтан өлшеудің абсолюттік қателігі мынаған тең

Мұнда Δ_қ.с. – кездейсоқтық қателік. Осы қателіктің екі құраушылардың әсерімен бір физикалық шама көп рет қайталап өлшегенде, мысалы n рет, статистикалық қатар пайда болады

Мұндай қатарға орташа арифметикалық мән (значение) аламыз

Әр өлшемнің орташа арифметикалық мәннен ауытқуы орташа квадраттық ауытқумен (ОКА) табылады

Орташа арифметикалық мән мен орташа квадраттық ауытқу келесі көрсетілетін үлестірімнің қалыпты (нормальное) заңының (Гаусс заңы) сипаттамалары болып есептеледі

Мұнда Р(х)-әр физикалық шаманың болу ықтималдығының тығыздығы. Бұл аналитикалық мағынаны ықтималдық тығыздықтың қисығымен көрсетуге болады:

 

2.2 Сурет – Ықтималдық тығыздықтың қисығы

                                                         (2.12)

мұнда Р_с=0.997.

Электроэнергетикада сенімділік ықтимал Р_с=0.95 мәнінде алынған, сонда  екі ара кішіреді

P_c=0.95.

Бұл мағынаны жалпы түрде былайша жазуға болады

                                                (2.14)

мұнда t = 1,2,3…

Практикалық кезде өлшеу процесін көп уақытқа созуға болмайды. Ең көп болғанда өлшеуді 5 не 8 реттен қайталауға болады. Бұл жағдайда орташа арифметикалық мәннің растылығы артады.

Сондықтан аз рет өлшегенде орташа арифметикалық мәннің орташа квадраттық ауытқымасы былайша табылады

Сонда орташа арифметикалық мәннің сенімділік арасы мынаған тең

мұнда P_c=0.95, t_p,n – Стьюденттің коэффициенті, оны әдетте келесі кестеден табады:

2.1 Кесте

n	3	4	5	6	8	10	20	50	200
t0,95,n	4,3	3,2	2,8	2,6	2,4	2,3	2,1	2	1,96

Кейбір кезде физикалық шаманы тура табуға болмайды, ол басқа шамалармен математикалық тәуелділік формулалармен байланысты болады. Мысалы бұл функционалдық байланысты жалпы түрде былай жазуға болады

A=f(x)                                                        (2.17)

егер х өлшегенде dx орташа абсолюттік қате жіберсек, онда

A+dA=f(х+dх).                                          (2.18)

Дифференциалдың қасиетіне сәйкес

.                                           (2.19)

Сонда салыстырмалы қателік

Мұны натурал логарифмнің дифференциалы ретінде жазуға болады

3 №3 – дәріс. Аналогтық өлшеуіш аспаптардың жалпы сипаттамалары

1.  Электрөлшеуіш аспаптардың шкалаларының түрлері және оларды баптау.

2.  Өлшеуіш аспаптардың дәлдік кластары және оларды табу.

Дәрістің мақсаты: электрөлшеуіш аспаптардың шкалаларын бір-бірінен ажырата алу және дәлдік кластарды таба білу.

Электрөлшеу аспаптарына (ЭӨА) электр шамаларын өлшейтін қүралғылар жатады. 3.1 суретте ЭӨА жұмыс әрекетінің сұлбасы келтірілген.

өлшенетін                              ток             айналу бұрышы α        

3.1 Сурет – ЭӨА-ның функционалдық сұлбасы

Өлшеуіш сұлба жалпы айтқанда масштабтық түрлендіргіш болып саналады. Оның құрамына шунттар,қосымша кедергілер, кернеуді күшейткіштер не физикалық шаманы тұрақты токқа түрленгіштер кіреді.

Өлшеуіш механизм тұрақты токты ЭӨАның жылжымалы тетігінің (тілі) айналу бұрышына түрлендіру міндетін атқарады.

Әр ЭӨАтың төменде келтірілген метрологиялық сипаттамалары болады:

1.     Өлшеу ауқымы, α ө (физикалық шаманың (ФШ) өлшем бірлігі).

2.     Көрсету ауқымы, α к (ФШ өлшем бірлігі).

3.     Бөліс саны; α (бөліс).

4.     Бөлістің шамасы, С (ФШ өлшем бірлігі / бөліс) не сезімталдығы

S=1/С (бөліс / ФШ өлшем бірлігі).

5.     Кіріс кедергісі, Rк (Ом).

6.     Дәлдік класы, γ (%).

Физикалық және техникалық шамаларды өлшеу үшін халықаралық өлшеу жүйесімен сәйкестендірілген пропорционалдық шкалалар қолданылады. Өлшеу құрылғысының бір тетігі болып шкала саналады, оның арқасында өлшейтін шаманың мәні табылады. Өлшеу кезінде өлшейтін шаманың мәні шкаладағы индикаторлық белгілер арқылы саналады. Шкалада өлшем белгілері де болу керек. Өлшеу аспабын өлшемдеу (градуировка) кезінде шкалаға штрихтер, нүктелер не болмаса басқа таңбалар қойылады. Шкаланың бөлісінің шамасы (таңбалардың бір-бірінен алшақтығы) өлшемдеу кезінде анықталады. Шкаладағы басты өлшем белгілері тағы да майда бөлімдерге бөлінуі мүмкін. Өлшем белгілерін қою әдісіне қарай аспаптың шкаласы аналогтық, цифрлық және құрамалық болып бөлінеді. Шкалалар аспапта көруге оңтайлы жерде орналасу керек. Оларды алыстан қарап анықтауға не жақыннан дәл санауға оңтайлы болу керек. Шкалада өлшем бөлістерінен басқа қандай аспап екендігі және оның не үшін қолданылатындығы туралы таңбалар болу керек.

Аналогтық шкала – мұндай шкалада өлшем белгілері штрихпен не нүктемен көрсетіледі. Бұл шкала аналогтық мәндерді бірдей көрсетеді. Өлшемдік белгілер шкаланың бетінде басты сызықтың үстіне орналасады. Өлшем белгілері шкаланың басқы және соңғы мәнін, нольдік таңбаны, не өлшеудің басқы және аяққы ауқымын көрсетеді. Шкалалардың басты түрлері стандартталған.  Аспаптың шкаласының өлшемдік белгілері біркелкі орналасуы мүмкін, не олар біркелкі орналаспайды. Кей кезде аналогтық шкалада тек қана өлшемдік белгі беріледі, не нақтылық мән, не шеткі мән, не нольдік мәндер көрсетіледі.

Ең көп тараған шкалалар осы түрлі болады.

Шкаланың бір бөлінісі деп аналогтық шкаладағы екі өлшемдік белгілердің арасын айтады. Сонда, шкаланың бір бөлісі өлшейтін шаманың бір бірлігі болып саналады. Өлшенген шама бірден табылады, не шкаланың бір бөлісін көрсетілген бөліс санына көбейту керек.

Мысалы. Өлшенген шама

А = α с                                                      (3.1)

мұнда α – шкаланың бөліс саны;

с – шкаланың тұрақты коэффициенті;

ол С = Ан / α н тең;

мұнда Ан – аспаптың нақты мәні;

α н – шкаланың нақты бөліс саны.

Шкалалардың мынандай түрлері бар:

1.     Өлшемсіз шкала – бұл аналогтық шкалада бөлістердің мәні қатар сандар ретінде беріледі, не тіпті берілмейді. Бұл жағдайда біз тек бөлістің санын білеміз, не оған сәйкес қатар сандардың мәнін білеміз.Өлшенетін шама әр бөлістің мәні арқылы, не шкаланың тұрақты коэффициентін білу арқылы табылады. Мұндай шкалалар әдетте құрамалық аспаптарда (тестер) қолда-нылады. Өлшемсіз шкалада қатар сандық мәндер болмаса өлшенетін шаманы табу қиын. Бұл шкалалар номиналды не шеткі мәні көрсетілген сынаушы аспаптарда, не индикаторда қолданылады.

2.     Жанама мәндер шкаласы. Мұндай өлшеуіш аспаптардың шкалалары

жанама әдіспен өлшенген мәндердің шамасына сәйкес өлшемдік белгілермен көрсетілген. Бұл жағдайда өлшеуіш аспаптың кірісіне өлшейтін шама белгілі тәуелділікпен түрлендірген соң сигнал ретінде беріледі. Бірақ оның шкаласы өлшейтін шаманың мәндерімен белгіленген.

3.     Құрамалық шкала – бұл шкалалар аналогтық және сандық көрсеткіштерімен жабдықталған. Құрамалық шкалаларда, сандық шкалада жоғарғы разрядтық сандар сатылы өзгерсе, ал кіші разрядты сандар аналогтық шкаладағыдан жай біркелкі өзгереді. 3.4 суретте көрсетілгендей, үйде қолданатын индукциялық электр санағыштары осылай жұмыс істейді.

3.4 Сурет – Құрамалық шкала 

3.5 суретте өлшеу аумағы көрсетілген біркелкі емес шкалалар көрсетілген.

3.5 Сурет – Біркелкі емес шкалалар

Мұнда өлшемдік белгілердің орналасуы шкаланың сызықтық емес теңдеуіне сәйкес болады, және шкалада оның атын жазады, мысалы, квадраттық не логарифмдік шкала деп. Шкаланың басқы бөлістері белгілі математикалық функциямен не эмпирикалық заңмен белгіленеді және олардың сандық мәндері біркелкі не біркелкі емес сандық қатардан алынады. Көбінесе шкаланың бөлінісі және олардың сандық мәндері біркелкі сызық шкалаға жақындатуға тырысады. Біргелкі емес шкалалардың өлшеу ауқымы өлшеу көрсеткішінің ауқымынан көбіне өзгеше болады, сондықтан шкалада нүкте көрсетіледі. Егер шкаланың үлкен біркелкі еместігі болса, оны 1,2 және 5 еселік өлшемдіктермен белгілейді. Әр шкаланың өзіндік өлшемдік қасиеттері бар:

Әр электрөлшегіш аспаптың басқы метрологиялық сипаттамасы болып оның дәлдік класы  болып саналады, оны келтірілген қателік арқылы табуға болады

γ_х=Δ_х / Х_N*100%                                     (3.2)

мұнда Δ_х – абсолюттік қателіктің максималдық өзгеріс ауқымы Х_N – шкаланың түріне байланысты мөлшерлеу мәні (нормир) γ_х – келтірілген қателік.

Егер нөлдік белгі шкаланың сол жағында болса (3,3 а сурет) мөлшерлеу мән аспаптың номиналдық қатесінің мәніне тең

Х_N=Δ_H.                                                      (3.3)

Егер нөлдік белгі шкаланың ортасында болса

Х_N=2Δ_H.                                                    (3.4)

Барлық мемлекеттер үшін аспаптардың дәлдік класы бір мәнде бекітілген және олар аспаптың шкаласында, құжаттарда көрсетілген.

 

3.1 кесте – Дәлдік класының халықаралық мәндері

Электрөлшеуіш аспаптарды не өлшеуіш құралғыларды қолданғанда олардың уақыты өтпеген таңбалары болу керек.

Таңбалау.Әр өлшеуіш құралғыға арнайы таңба салынады. Ол өлшеуіш аспаптың тексеруден өткендігінің және оны қолдануға болатындығының әйгегі.

Арнайы таңба салу мемлекеттік тексеру зертханасының жұмысы, аспапты тексергеннен кейін таңба салынады не арнайы құжат беріледі. Бұл таңбалы аспаптың өлшеу қателігі бекіткен шекарадан аспайды, оның құрылыс тетіктерінің ақауы жоқ және оны қолдана беруге болады деген сөз. Арнайы таңбаның күші тек бекітілген уақытқа ғана жарайды, одан кейін аспапты тағыда тексеруден өткізу керек.

4 №4 – дәріс. Аналогтық аспаптардың өлшеуіш механизмдері

1.    Электр шамаларын өлшеу үшін қолданатын әртүрлі жүйелерде істейтін өлшеуіш механизмдердің жұмыс істеу принциптері және шартты белгілері.

2.    Өлшеуіш механизмдердің бір-бірінен айырмашылықтары, артықшылықтары және кемістіктері.

Дәрістің мақсаты: әртүрлі жүйелерде істейтін өлшеуіш механизмдерді бір-бірінен ажырата білу, жұмыс істеу принципін және олардың метрологиялық сипаттамаларын игеру.

     а)           б)               в)                г)                         д)

4.1 Сурет – Өлшеуіш механизм жүйелерінің шартты белгілері

Бұл суретте солдан оңға қарай: магнитоэлектрлік (а), электромагниттік (б), электродинамикалық (в), ферродинамикалық( г) және электростатикалық (д) жүйелер.

Өлшейтін ток қарсылық серппе арқылы орауыш арқылы өткен кезде аспаптың тілі мына заңмен шкаланың бірер шама бөлістерін көрсетеді

мұнда В – индукция;

W – серппенің меншікті қарсылық моменты;

S – ӨМ-ның сезімталдығы;

w – оралым саны.

Айнымалы токты өлшегенде айнымалы токты тұрақты токқа айналдыратын түрленгіштер қолданады. Магнитэлектрлік аспаптың артықшылықтары: сезімталдығы, аз мөлшерлі токты өлшегенде айналым моменттің жеткіліктігі, сыртқы магнит өрістердің әсері аздығы, энергияны аз пайдалану және өлшейтін объектіге әсері аздығы.

Оның кемшіліктері: конструкциясының қиындығы, сондықтан қымбаттығы, өлшейтін токтың мөлшерінің аздығы, ең көп болғанда 500мА.

Магнитоэлектрлік аспаптар тұрақты токты өлшейтін амперметр не вольтметр ретінде көп қолданылады. Оларды дәлдік кластары  0.1; 0.2; 0.5 шамада.

Электромагниттік жүйенің өлшеуіш механизмінің жұмысы өлшейтін ток тұрақты орауыштан өткенде пайда болатын магниттік өрістің жылжымалы феррамагниттік тіліктің (пластина) арасындағы электрмагниттік әсерге негізделген. Аспапты ток тізбегіне қосқанда өзек орауыштың ішкі кеңістігіне тартылады. Теңбе теңдікті сақтауға серппе қолданылады.

.                               (4.2)

Аспаптың шкаласының тәуелділік теңдеуі: Мұндағы L – орауыштың индуктивтігі. Электромагниттік аспаптардың шкалалары біркелкі болып орналаспаған. Олар тұрақты токты да өлшейді. Көбінесе олар айнымалы токті өлшеуіш амперметрлер мен вольтметрлер болып саналады.

Электромагниттік аспаптың артықшылықтары: тұрақты және айнымалы токтарды өлшеуге болатындығы, өлшеу аумағының кеңдігі, токтар 200А дейін, кернеулерді 600В өлшейді. Дәлдік класы 1,0; 1,5 дейін.

Оның кемшіліктері: шкаласы біркелкі емес, сезімталдығы төмен (әсіресе шкаланың басында), энергияны көп пайдалануы (сондықтан, электромагниттік милливольтметрлер жоқ), сыртқы магниттік өрістердің әсері бар.

Электродинамикалық өлшеуіш механизмның жұмыс істеу принципі магнитоэлектрлік механизммен бірдей, бірақ бір айырмашылығы бар, ол егер магнитоэлектрлік механизмде магнит өрісі тұрақты магнит арқылы пайда болса, ал электродинамикалық механизмде өлшейтін ток тұрақты орауышты өткенде пайда болады. Бұл механизмде магниттік материалдар қолданылмайды, сондықтан қалдық, магниттелудің, гистерезистің, не құйын токтың, өлшеу қателіктеріне әсері жоқ. Конструкцияның тетіктері және бекіту ұйықтары (узел) күйіктастан (керамика) жасалады. Тұрақты жалпақ жұмысшы орауыштың ішіне жылжымалы орауыш орналастырылған. Екеуіненде ток жүргенде айландыру моменті пайда болады, сол арқылы көрсету мәнін білеміз. Шиыршықты серппе арқылы жылжымалы орауышқа ток әкелінеді және оның арқасында механикалық тепе – теңдік (қайтару) моменті пайда болады. Аспаптың көрсеткіш тілшігі ауакамералық демпфер арқылы тыныштандырылады.

Аспаптың шкаласының теңдеуі мына түрде берілген

мұнда I_m,I_ж – тұрақты және жылжымалы орауыштардағы токтар;

4.7. Сурет – Электродинамикалық амперметр мен вольтметрлердің өлшеу тізбектерінің сұлбасы

Миллиамперметрдің өлшеу тізбегі (4.7 а) орауыштарды бірінен кейін біреуін қосқандықтан тұрады, сондықтан