Лекция Метрология. Метрология және өлшеу лекция интернет. 1. Кіріспе. Метрология негіздері. Терминдер мен анытамалар

• Название: 1. Кіріспе. Метрология негіздері. Терминдер мен анытамалар
• Анкор: Лекция Метрология
• Дата: 20.01.2020
• Размер: 423 Kb.
• Имя файла: Метрология және өлшеу лекция интернет.doc
• Тип: Документы; #105043
• страница: 1 из 4

1. Кіріспе. Метрология негіздері. Терминдер мен анықтамалар.

Қазіргі кездегі машина жасау саласы жоғары өнімділікпен және бөлшек, жиналмалы бірліктер, механизмдермен машиналарды жасау дәлдігімен сиппатталады. Бұйымды жасаудың барлық циклында маңызды роль өлшеу орталарын оңтайлы таңдау әдістеріне және бұйым көрсеткіштерін бақылау дәлдігіне, олардың физика-механикалық және сапалық көрсеткіштеріне, жасаудың технологиялық үрдістерінің параметрлеріне және сынауға бөлінеді. Бұйымды жасау кезінде бақылау операциялырының еңбек сиымдылығы жекелеген жағдайда жалпы көлемнің 35 %-на жетеді.

Бақылап-өлшеу аспаптары мен құралдары тек өндіріс саласында емес, сондай-ақ пайдалануда техникалық жүйелерді болжарлауда, олардың экологиялық қауіпсіздігін қамтамасыз етуде кең қолданыстар тапты.

Өлшеу және бақылау әдістерімен құралдарының, олардың әсер принциптерінің, байыптаудың, тексерумен күтудің алуан түрлілігі, оларды жүйелеуді аса сипатты бақылап-өлшеу аспаптарымен құралдарын қарастыруды жеке өте кең тараған конструкцияларымен өлшеу әдістерінің негізгі артықшылықтары мен кемшіліктеріне сараптама жүргізуді қажет етеді.

Метрология -өлшеу, олардың әдісі және құралдары, олардың бірлігін қамтамасыз ету және қажетті дәлдікке қол жеткізу тәсілдері туралы ғылым. Ол өте ертеде адамға, масса, ұзындық, уақыт т.с.с. өлшеу қажет болғанда пайда болады. Бұл ретте өлшеу бірлігі ретінде «қоластындағы» бірліктер пайдаланылды.

Метрологияның ролі – соңғы 10-жылдықта аса зор өсті.

Метрологиялық қызмет –мемлекеттік және салалық органдармен, олардың әрекеттерінің желісі, ол еліміздегі өлшеу бірлігімен, өлшеу жүйелерінің біртектілігін қамтамасыз етуге бағытталған. Метрология адам әрекетінің іс-жүзіндегі барлық салаларына таралуына байланысты, метрологиялық терминология әр «кәсіптік» салалардың терминологияларымен жанасып жатады. Бұл ретте сәйкессіздік құбылысын еске алатын құбылыс пайда болады. Ғылым немесе техниканың саласына тән кейбір терминдер басқа салаға сәйкес келмейді. Себебі, әдеттегі терминологияда басқа салада ол сөзбен тіпті басқа түсінік белгіленеді. Мысалы: киімге қатысты өлшем «үлкен», «орташа», «кіші» деп белгіленуі мүмкін.

Бұл сұрақтарды тәртіпке келтіру мақсатында метрологиялық терминдарға арналған мемлекееттік стандарт әзірленіп бекітілген МЕСТ-16263 «Государственная система обеспечения единства измерения. Метрология. Термины и определения» (өлшеу біртектілігін қамтамасыз ететін мемелекеттік жүйе. Метрология. Терминдер мен анықтамалар.)

Терминднрге қысқашалық талаптары қойылатындықтан оларға белгілі-бір қабылдаулар тән. Бұл туралы ұмытуға болмайды: олардың анықтамаларына сәйкес бекітілген терминдерді қолдану қажет, ал бұл анықтамада берілген түсініктерді басқа терминдермен алмастыруға болмайды.

Мемелекеттік МЕСТ-пен заңдастырылған негізгі терминдермен анықтамаларды қарастырамыз.

Физикалық мән (ФМ)- салалық тұрғыдан көптеген физикалық нысандарға ортақ (физикалық жүйеге, олардың күйлеріне және оларда өтетін үрдістерге), бірақ сандық тұрғыдан әр нысанға дара қасиет (мысалы: ұзындық, масса, уақыт, тоқ күші т.с.с.)

ФМ өлшемі – «физикалық мән» түсінігіне сәйкес келетін берілген нысан қасиеттерінің сандық құрамы. (мысалы: ұзындық, масса, тоқ күш өлшемі т.с.с.).

Фм мәні – физикалық мәнді оның өлшем бірлігі ретінде қабылданған небір санмен бағалау, бұл ретте өлшем бірліксіз физикалық мәнге кіретін сан сандық мән деп аталады. (мысалы: 1м, 5г, 10А т.с.с.).

ФМ шынайы мәні – салалық және сандық тұрғыдан нысанның сәйкес қасиетін мінсіз көрсететін ФМ мәні. Мысалы, дистирлирленген судың тығыздығы 4⁰С қызуда белгілі мәнге ие.

ФМ нақты мәні – тәжірибелік жолмен табылған және шынайы мәнге өту таяу ФМ-ң мәні, оны берілген мақсат үшін шынайы мәннің орнына пайдалануға болдаы. Мысалы, дистирлирленген судың нақтылық тығыздығы 4⁰С қызуда 1г/см³-ты құрайды.

ФМ жүйесі- өзара тәуелділікпен байланыстағы ФМ жиынтығы.

Негізгі ФМ- жүйеге кіретін және ол жүйенің басқа мәндеріне тәуелсіз түрде қабылданған физикалық мән. Мысалы, LMT- жүйесінде негізгі мәндер ұзындық, масса, уақыт.

ФМ туындысы –жүйеге кіретін және сол жүйенің негізгі мәндері арқылы белгілі физикалық байланыстар бойынша анықталатын физикалық мән.

ФМ өлшемдері- мәннің жүйенің негізгі мәндерімен байланысын көрсететін қатнас, онда пропорциялық коэффициенті бірге тең. Мәннің өлшемділігі сәйкес дәрежедегі негізгі мәндердің көбейтіндісі түрінде болып келеді.

ФМ өлшем бірлігі- анықтау бойынша бірге тей сандық мән тағайындалған физикалық мән. Бірдей ФМ-ң өлшем бірліктері өздерінің өлшемі бойынша әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, метр, фут және дюйм ұзындықтың өлшем бірлігі бола тұра әртүрлі сандық мәндерге ие 1фут=0,3048м, 1 дюйм=0,0254м.

ФМ-ң негізгі өлшем бірлігі- негізгі ФМ-ң өлшем бірлігі, өлшем бірлік жүйесін тұрғызған кезде еркін таңдалған. Мысалы, халықаралық өлшем бірліктер жүйесі бірлігі (СИ) негізгі өлшем бірлігі: метр, кг, сек, ампер, келивин, моль, канделла.

ФМ туынды өлшем бірлігі- туынды ФМ-ң өлшем бірлігі, бұл өлшем бірлігті анықтайтын теңдеу бойынша, осы өлшем бірлік жүйесінің негізгі өлшем бірліктерімен алынады.

ФМ өлшем бірліктерінің жүйесі-кейбір мәндер жүйесіне қатысты және қабылданған принциптерге сәйкес құралған негзгі және туынды өлшем бірліктердің жиынтығы. Мысалы, СГС жүйесі, МКСА жүйесі және халықаралық СИ жүйесі.

Өлшеу- арнайы техникалық құралдардың көмегімен ФМ мәнін тәжірибелік жолмен табу. өлшеу тікелей, жанаспа, жиынтықты және біріктіре болуы мүмкін. Тікелей өлшеу ФМ-ң ізденістегі мәні тікелей тәжірибелік берілгендерден табылатын өлшеу.

Өлшеуді қадағалау- өлшеу үрдісі кезінде орындалатын тәжірибелік операция, нәтижесінде бірге өңделуге жататын өлшеу нәтижесін алатын мән өлшемдері тобының 1 мәні.

Өлшеу әдісі - өлшеу принциптері мен құралдарын пайдалану әрекеттерінің жиынтығы.

Өлшеу құралдары- (СИ)- өлшеу кезінде пайдаланылатын және қасиеттерге (сипаттамаларға) ие техникалық құрал.

Өлшем шегі (мера) – берілген өлшем бірлікті ФМ-ді тудыруға арналған өлшеу жүйесі. (Мысалы: гир, қызу лампасы).

Өлшеу аспабы- бақылаушы тікелей қабылдай алатын түрде өлшеу ақпаратының белгісін тудыруға арналған өлшеу жүйесі (мысалы, сызғыш, штангенциркуль).

Өлшейтін түрлендіргіш- беруге одан әрі түрлендіруге, өңдеуге және сақтауға ыңғайлы, бірақ бақылаушы тікелей қабылдай алмайтын, өлшеу ақпарат белгісін тудыруға арналған өлшеу жүйесі.

Өлшеу жүйесі- өзара байланыс арналарымен жалғасқан, өлшеу ақпараттарын, автоматтарды өңдеуге, беруге және автоматты басқару жүйелерінде пайдалануға ыңғайлы етіп тудыруға арналған өлшеу жүйесімен көмекші құрылғылар жиынтығы (мысалы, жер серіктерін бақылауға арналған жүйелер).

Өлшеу қателіктері- өлшеу нәтижесінің өлшенетін мәнінің шынайы мәнінен ауытқуы.

Өлшеудің абсолютті қателігі- абсолютті өлшеу қателігінің шынайы мәнге қатнасы.

Өлшеудің кездейсоқ қателігі- бір өзгеріссіз мәнді (детерлинированный) қайталап өлшеген кезде, міні және белгісі бойынша кездейсоқ өзгеретін, өлшеу қателігінің құрамы.

Өлшеудің жүйелі қателігі- бір өзгекріссіз мәнді қайталап өлшеген кезде, тұрақты болып қалатын немесе заңдылықпен өзгеретін өлшеу қателігінің құрамы.

Өлшеудің дөрекі қателігі- қателіктің берілген шартындағы күтілетін мәннен едәуір ауытқитын өлшеу қателігі.

Өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуы δ- өлшеу нәтижелерін бөлу функциясының параметрі, өлшеу нәтижелерінің квадратты түбіріне тең олардың шашырауын сипаттайды. Мұны келесідей түсіндіруге болады: егер винтовканы кез келген бір нүктеге бағыттап, оны қатты бекітіп, бірнеше рет атса, онда барлық оқ ол нүктеге тимейді, олар оқталған көздеген нүктенің айналасында жақынырақ орналасады, олардың аталған нүктеден шашырау дәрежесі орташа квадраттық ауытқумен сипатталады.

Өлшеу дәлдігі- өлшеу сапасы; олардың олардың нәтижелерінің шынайы мәніне жақындығын көрсетеді. Сан жағынан олар өлшеу қателігіне кері, мысалы, егер өлшеу қателігі 0,0001 тең болса, онда дәлдігі 10 000 ға тең.

Өлшем бірлік эталоны- бұл өлшеу жүйесі немесе (өлшеу жүйелер кешені), ол өлшем бірлігігн тудыруды және сақтауды, оның өлшемін тексеру схемасы бойынша төмен орналасқан өлшеу құралдарына беруді қамтамасыз ететін, ерекше арнаша бойынша орындалған және эталон ретінде белгіленген тәртіпте ресми бекітілген.

Біріншілік эталоны- өлшем бірлігін елдегі ең жоғары дәлдікпен қамтамасыз ететін эталон (осы өлшем бірлігінің басқа эталондарымен салыстырғанда).

Екіншілікті эталоны- мәні біріншілікті эталон бойынша тағайындалатын эталон.

Арнайы эталон- өлшем бірлігін ерекше жағдайларда тудыруды қамтамасыз ететін және сол жағдайлар үшін біріншілікті алмастыратын эталон.

Мемелекеттік эталон- еліміз үшін бастапқы саласында ресми бекітілген біріншілікті немесе арнайы эталон.

Эталон куәгер- бұл екіншілікті эталон. Мемлекеттік эталонның сақталуын тексеруге арналған және оны бүлдірген немесе жоғалтқан жағдайда алмастыруға арналған.

Эталон көшірме- екіншілікті эталон, өлшем бірлігін жұмыстық эталондарға беруге арналған.

Стандартты үлгі- заттар мен материалдардың қасиетін немесе құрамын сипаттайтын мән өлшем бірліктерін тудыруға арналған өлшем.

Өлшеудің біртектілігі- өлшеу күйі. Бұл жағдайда олардың нәтижелері заңдастырылған өлшем бірліктермен және берілген ықтималдық қателікпен көрсетеді.

Бақылау сұрақтары:

1. Метрология немен айналысады?

2. Өлшеу және өлшеу құралдары деген не?

3. Кездейсоқ және жүйелі өлшеу қателіктері деп нені түсінесіз?

4. Өлшеу нәтижелерінің шашырауы немен сипатталады?

5. ФМ өлшеу бірліктерінің эталоны деген не?

6. Қандай өлшеу түрлері болады?

Дәріс 2. Өлшеу теориясының негіздері.

Өлшеу ақпараты деп- өлшенген ФМ мәндері туралы ақпараттарды айтады.өлшеу кезінде қолданылатын әдістер мен техникалық құралдар мінсіз емес, ал тәжірибешінің қабылдау органдары аспаптар көрсетуін мінсіз қабылдай алмайды. Сондықтанда өлшеу үрдісі аяқталғаннан кейін біздің өлшенетін нысан туралы білімімізде небір белгісіздіктер қалады, демек ФМ-ң шынайы мәнін алу мүмкін емес. өлшенетін нысан туралы біздің біліміміздің қалдықты белгісіздігі белгісіздіктің әртүрлі мәндерімен сипатталуы мүмкін.

Өлшеу нәтижесінің қателігі немесе құр өлшеу қателігі деп, өлшеу нәтижесінің өлшенетін функциялық мәннің шынайы мәнінен ауытқуын түсінеді.

Ол келесідей жазылады:



Мұндағы Х_изм-өлшеу нәтижесі; Х-ФМ-нің шынайы мәні.

Бірақ ФМ-ң шынайы мәні белгісіз болып қалатындықтан, өлшеу қателігі де белгісіз. Сондықтанда тәжірибеде қателіктің жуық мәндерімен немесе олардың бағасымен жұмыс істейді. Қателікті бағалауға арналған формуладағы ФМ-ң шынайы мәнінің орнына оның нақты мәнін қояды. ФМ-ң нақты мәні деп, оның тәжірибелік жолмен алынған мәнін түсінеді және ол шынайы мәнге соншалықты жуық болғандықтан, оны берілген мақсат үшін шынайы мәннің орынына пайдалануға болады.

Сонымен, қателікті бағалауға арналған формула келесі түрде болады:

,

Мұндағы Q_g-ФМ-нің нақты мәні.

Абсолютті және салыстырмалы қателік деп бөледі.

Абсолюттік қателік- өлшенетін мәннің өлшем бірлігімен көрсетілген қателік. Мысалы, массаны өлшеу қателігі 5 кг-ға-0,0001кг.

Ол -мен белгіленеді.

Салыстырмалы қателік- бұл өлшем бірліксіз мән, абсолютті қателіктің өлшенетін ФМ-ң нақтылы мәніне қатынасымен анықталады, ол пайызбен көрсетілуі мүмкін. Мысалы, өлшенетін массаның салыстырмалы қателігі. 5кг-0,0001/5=0,00002 немесе 0,002%. Кейде абсолютті қателіктің ФМ-ң максимальды мәніне қатнасы алынады, оны берілген өлшеу құралымен өлшеуге болады (аспап шкаласының жоғарғы шектері). Бұл жағдайда салыстырмалы қателік -мен белгіленеді және келесідей анықталады:



Х_Д=Х_изм болғандықтан, әдетте -деп қабылданады.

Кезедейсоқ және жүйелі қателіктерден басқа өлшеудің «дөрекі қателігі» деп аталатын өлшем қателігі болады. Кейде әдебиетте бұл қателікті мүлт кету (промах) деп атайды. өлшеу нәтижесінің дөрекі қателігі- ол күтулі мәннен едәуір артық қателік.

Бір рет өлшеу- бір рет орындалатын өлшеу.

Көпқайтара өлшеу- бірнеше бір рет өлшеулерден тұратын бір-бірінің артынан өткізілген өлшеулер нәтижесінде алынған ФМ-ң мәні.

Тікелей өлшеу- тікелей әдіспен жүргізілетін ФМ-ді өлшеу, бұл ретте ФМ-ді ізденісті мәнін тікелей тәжірибелік мәндерден алады. Тікелей өлшеу өлшенетін ФМ-ді сол мәннің өлшемімен тәжірибелік салыстыру жолымен атқарылады.

Жанама өлшеу- жанама әдіспен жүргізілетін өлшеу, бұл ретте ФМ-ң ізденістегі мәнінен басқа ФМ-ді тікелей өлшеу нәтижесінде табады, ол ізденістегі мәнмен белгілі байланыспен функционалдық байланыста болады.

Өлшеу нәтижелерін өңдеу. Физикалық мәннің шынайы мөлшерін оны өлшеу нәтижелері бойынша анықтау принципте мүмкін емес. өлшеу нәтижелері негізінде ол шынайы мөлшердің бағасын және ізденістегі мөлшер ішінде жататын диапазонды алуға болады (оның орташа мөлшерін).

Егер қабылданған сенімді ықтималдық 0,95-ке тең болса, онда өлшенетін физикалық мәннің 95 %-ға ықтимал нақты мәні барлық өлшеу нәтижелерінің ішіндегі белгілі аралықта жатады. Мысалы, сырық ұзындығын көпқайтара өлшеу нәтижесінде оның ұзындығы 21,00см-ге тең деген бағалау алынады, ал сенімді ықтималдық Р=0,95 болғанда сенімді аралық 0,02см шекпен болады.

Бұл 0,95 ықтималдықтаол сырық ұзындығының шынайы мөлшері (21,00 0,02) см диапозоны ішінде жатады дегенді білдіреді.

Осылайша кез келген өлшеу нәтижелерін өңдеудің ақырғы міндеті өлшенетін физикалық мәннің шынайы мөлшерінің бағасын және мөлшерлер диапазонын қабылданған сенімділік ықтималдығымен алу болып табылады. Теңдәлдікті (теңшашыраған) өлшеу нәтижелері үшін бұл баға Х көп қайтара өлшеу нәтижелерінің бөліну заңына тәуелсіз орташа арифметикалығы болып табылады:



Мұндағы X_i—өлшеулер нәтижелері; n-өлшеулер саны.

өлшеулер нәтижелерін өңдеудің бірінші кезеңінде дөрекі қателіктердің бар-жоқтығын бағалайды. Ол үшін өлшеулер нәтижелерінің орташа квадраттық ауытқуларын анықтайды.



Содан кейін өлшеу нәтижелері ішінде орташадан 3 жоғары немесе төмен мөлшерлерді анықтайды. Егер ондай нәтижелер табылса, оларды одан әрі қарастырудан алып тастайды және орташа квадратты ауытқуын анықтайды.

Бақылаудың «түзетілген нәтижесі»- бұл құрамынан жүйелі қателік алынып тасталған бақылау. Бақылау-бұл бірінші жағынан, өлшеудегі операциялар жиынтығы, оның мақсаты мезгілімен және дұрыс көрсеткіштерді тіркеу. Екінші жағынан бақылау- бұл өлшеу үрдісі кезінде орындалатын тәжірибелік операция, оның нәтижесінде өлшем мәндері тобынан бір мәнді алады, ол өлшеу нәтижесін алу үшін өңдеуге жатады. Мысалы, егер үш немесе бес бақылау бойынша бір өлшеу алынса, ал өлшеу- нәтижесі бақылау нәтижелерін өңдеу жолымен табылады.

Нәтижелерді өңдеген кезде шамалас есептеулер ережелерін пайдалану керек, ал дөңгелектеу келесі ережелермен орындалады:

1. Өлшеу нәтижесін дөңгелектегенде, ол қателіктегі сандағыдай реттегі санмен аяқталуға тиісті. Егер өлшеу нәтижелері жолмен аяқталса, онда нөлдер қателіктегі разрядқа дейін қысқартылады.

Мысалы: қателік м. Есептеуден кейін алынған өлшеу нәтижелері: ;

м;

м.

2. Егер бірінші нөлмен алмастырылатын немесе алынып тасталынатын сан (солдан оңға қарай) 5-тен кем болса, онда қалатын сан өзгермейді.

Мысал: ; .

3. Егер бірінші нөлмен алмастырылатын немесе алынып тасталынатын сан 5-ке тең болса, ал одан кейін ешқандай сан немесе нөлдер болмаса, онда дөңгелектеу жуық жұп санға дейін атқарылады, демек соңғы қалдырылған жұп санды немесе нөлді өзгеріссіз қалдырады, тақ санды бірге өсіреді.

Мысал: ; ; .

4. Егер бірінші нөлмен алмастырылатын немесе алынып тасталынатын сан 5-тен үлкен немесе тең болса, бірақ одан кейін нөлден басқа сан тұрса, онда соңғы қалдырылған санды бірге өсіреді.

Мысалы: ; .

өлшеу нәтижелерін өңдеу стандарттарға сәйкес атқарылады. Мысалы, тікелей басқа бақылаулар үшін өңдеу МЕСТ. 8.207-80 ГСИ «Прямые измерения с многократными наблюдениями» бойынша жүргізіледі.