Физикалық шамаларды өлшеу

№1 дәріс:.2ч

 

Дәріс жоспары

 

1. Физикалық шамаларды   өлшеу 

 

2. Өндірістік және лабораториялық өлшеу әдістері

 

3. Жанама өлшеу

 

Шаманы өлшеу деп физикалық  шаманың мәнін арнайы техникалық құралдар арқылы анықтауды айтады. Кез-келген физикалық шаманы өлшеу - оны бірлік ретінде шартты түрде қабылданған біртекті шамамен салыстыру. Демек, өлшеу нәтижесі U өлшенетін Q шама мен өлшеу бірлігі q арасындағы келесі қатынаспен анықталады:

Q = q U  (1)

(1) теңдеуге сәйкес, U шамасы  бірлік ретінде алынған q -ға  кері болып  табылады. Егер  Q шамасын өлшеу үшін басқа  бір q1 мәнді алсақ, онда

 

Q = q1 U1  (2) шығады.

 

(1) және (2)-ден алатынымыз

 

U 1 = q U/ U1    (3)

Физикалық шамаларды  өлшеу  үшін түрлі өлшеу құралдары қолданылады. Оларға жататындар: бағамдар, олар физикалық  шаманың қабылданған бірлігін бұйымдық түрде (метр, килограмм, литр, т.с.с.) көрсетуге  арналған. Өлшегіш құралдар өлшенетін  шаманы өлшем бірлігімен салыстыруға  және сол өлшеудің ақпаратын (сигнал) бақылау мүмкін болатын түрге  келтіреді (манометр, термометр, таразы және т.б.)

 

Халықаралық ғылыми-техникалық әріптестікті дамыту және жүйелеу мақсатында 1960 халықаралық бірліктер (СИ) жүйесі құрылды және оған 1971 жылы толықтырулар жасалды.

 

Физикалық шамаларды өлшеу  әдістері өндірістік және лабораториялық болып бөлінеді.

 

Өндірістік өлшеудің дәлдіктері аса жоғары емес, практикалық мақсаттарға арналған құралдармен жүргізіледі.

 

Лабораториялық өлшеулердің  дәлдіктері жоғары болып келеді, себебі онда жетілдірілген әдістер мен құралдар және қателіктер қолданылады. Бұл әдіс ғылыми-зерттеу, қалпына келтіру және құрылғыны тексеру үшін  қолданылады.

 

Өлшеу құралдарын тексеру  деген - өлшеу құралының көрсетуін  одан да дәлірек құрал көрсетуімен салыстыруды айтады.

 

Өлшетін шаманың мәнін анықтау үшін тура және жанама өлшеулер қолданылады.

 

Q = q U  (1)

 

(1) теңдікпен сипатталатын  тура өлшеу - өлшенетін шаманы  оның өлшегішпен немесе шкаласы  бірлікпен келтірілген өлшегіш құралмен өлшеу нәтижесімен салыстырады. Мысалға ұзындықты метрмен, қысымды манометрмен, темпаны термометрмен және т.б. өлшеулер тура өлшеуге жатады. Көрнекілігі және қарапайымдығына байланысты тура өлшеу техникада кеңінен таралған.

 

Жанама өлшеу - өлшенетін  шаманың мәнін жанама анықтайтын әдіс. Ол үшін өлшенетін шама функционалдық  түрде байланысқан басқа А, В, С, ... шамаларын өлшейді. Бұндай кезде өлшенетін шама

 

Q = f (A, В, С ...). (4)

 

формуласымен есептеледі.

 

Жанама өлшеуді кейде  тікелей өлшеу мүмкін емес кезде  жүргізеді. Оған мысал: сұйық шығынын  сұйық жолына бөгеу қойып қысымды  өзгерту арқылы, бактағы су мөлшерін әйнектегі шкалалар саны арқылы және т.б. өлшеулер жатады.

 

Өлшеу әдісі деп өлшеу  принциптері және өлшеу құралдарын қолдану амалдарының жиынтығын  айтады. Өлшеудің көптеген әдістері бар. Олардың ең көп қолданылатыны: тура бағамдау, бірлікпен салыстыру арқылы өлшеу және нөлдік әдіс.

 

Тура бағамдау әдісі - ізделетін  шаманы есептеу құралы арқылы өлшеу. Мысалға, манометр стрелкасының шкала  сызығына қатысты ығысуы.

 

Бірлікпен салыстыру - бұл, өлшенетін шаманы оның бірлігімен салыстыру арқылы өлшеу. Мысалға - ұзындықты алдын ала дайындалған метрлікпен салыстыра өлшеу.

 

Нөлдік әдіс бұл - бірлікпен  салыстыру әдісінің бір түрі болып табылады. Мұндай өлшеу кезінде өлшенетін шаманың және оның бірлік өлшемінің әсерлерінің қорытынды әсері өлшенеді. Мысалға заттың массасын өлшегенде таразының екінші жағына масса бірлігін - гир тасын біртіндеп, таразы басы теңелгенше, яғни айырмасы жоғалғанша сала береді.

 

 

 

 

 

 

 

№ 2 дәріс тақырыбы : .2ч

 

Дәріс жоспары (2 сағ.)

 

1. Аналогтық және цифрлық  құрылғылар

 

2. Түрлі шамаларды өлшеуге  арналған құралдар

 

3. Өндірістік және лабораториялық құрылғылар

 

Теплотехникалық құралдар қызметі, құрылымы және басқа да белгілері бойынша бірнеше топқа бөлінеді.

 

Көп таралған топтарға мыналар жатады:

 

Температураны өлшеуге арналған құралдар - термометр және пирометрлер

 

Қысымды өлшеу үшін - манометрлер, вакуумметрлер, мановакуумметрлер, тягомерлер,  напоромерлер  және барометрлер  қолданылады.

 

Шығын мен мөлшерді өлшеуге расходомер, есептеуіш және таразылар;

 

Сұйық пен қиыршық деңгейін есептеу үшін деңгей өлшегіш және деңгей Көрсеткіш;

 

Газ құрамын өлшеуге газоанализатор;

 

Су және бу сапасын өлшеуге кондуктометрлер және кислородомерлер жатады.

 

Аталған құралдарды қосымша  басқаша да топтауға болады:

 

Қызметі бойынша - өндірістік (техникалық), лабораториялық, үлгілік және эталондық;

 

Көрсету сипаты бойынша - көрсеткіш, тіркегіш (өздігінен жазатын және басып шығаратын), интеграциялағыш;

 

Қолданыланатын сигналдарының  формасы бойынша - аналогтық және цифрлық;

 

әсер ету принципі бойынша - механикалық, электрлік, сұйықтық, химиялық, радиоизотопты және т.б.;

 

қолданылу сипаттамасы бойынша - шұғыл, есептік, есептеуіштік;

 

орны бойынша - сол орындық  және көрсетулерін дистанциялық беру құралдары;

 

жұмыс жағдайы бойынша - стационар (щиттегі) және тасымалданатын;

 

көлемі бойынша - ірі, шағын және миниатюрлы.

 

Әр құрылғы жоғарыда аталған топтың бірнешеуіне жатуы мүмкін. Мысалға термометр өндірістік, өздігінен жазатын, электрлік және т.б. топтарға жатады.

 

Өндірістік құрылғылар өлшеу құралдарының кең таралған түріне жатады. Олар практикалық мақсаттарға қолданылады, құрылымы қарапайым және мықты болып келеді, жаңылыссыз жұмыс істейді. Қолайсыз ортада (шаң, ылғал, вибрация т.б.) бұл құрылғылардың жұмыс дәлдігі қолайлы жағдаймен салыстырғанда айтарлықтай төмендейді.

 

Өндірістік құрылғылардың көрсетуі қашықтықтан да көрініп тұрады.

 

Лабораториялық құрылғылар негізінен дәл өлшеулер үшін қолданылады. Оларды зерттеу және реттеу жұмыстары кезінде қолданады. Өлшеу дәлдігі жоғары болу үшін лабораториялық құрылғылар орындаулары аса дәл, схемалары толық жетілдірілген көрсеткіштерін есептеуге мүмкіндік беретін арнайы тетіктері бар болып шығарылады. Бұл құрылғыларды қолдану кезінде олардың көрсетулеріне тәжірибе немесе есептеу жолымен алынған түзетулер енгізіледі.

 

Эталондық және үлгілік құрылғылар негізінен өлшеу құралдарын тексеру үшін қолданылады. Эталондық деп бірлік өлшемдерді сақтау және оларды аса дәлдікпен көрсету үшін қолданылады. Эталондар біріншілік және екіншілік деп бөлінеді. Біріншіліктері барынша дәлірек, олар мемлекеттік эталон қызметін атқарады. Екіншілік эталондардың мәндері біріншіліктер негізінде жүргізіледі. Екіншілік эталондар өлшемдер мәнін біріншілік өлшемдер мен құрылғыларға беру үшін қолданылады.

 

Үлгілік құрылғылар, бірліктердің дұрыс мәнін өлшеу және градуирлеу арқылы эталондардан басқа құрылғыларға беру үшін қолданылады. Үлгілік құрылғылар төрт разрядты болады. Ол разрядтар ол құрылғылардың және өлшеу әдісінің дәлдігіне байланысты тағайындалады. Бірінші разрядты құрылғылар жұмысшы эталон арқылы, екінші разрядты бірінші разрядты арқылы арқылы, т.с.с тексеріледі. Біріншілік (мемлекеттік) және негізгі екіншілік эталондар метрологиялық институттарда жасалады және сақталады. Екіншілік эталондар мемстандарт институттарында, мекемелерінде қолданылуы мүмкін.

 

Өлшегіш құрылғылар өлшенетін  шаманың мәнін шкалада бірден көрсетеді. Тіркегіш құрылғылар ол мәннің өзгерісін уақыт барысында жазып отырады. Ол диаграмма түрінде болуы мүмкін. Көрсетулерін цифрлық түрде де (баспа құралдар) шығаратын құралдар болады.

 

Өздігінен жазатын құрылғылар бір (бір нүктелік немесе бір каналдық) немесе бірнеше (көпнүктелік немесе көпканалдық) шамаларды жазуы мүмкін.

 

Интегралдық құрылғылар (есептеуіш  немесе интегратор) өлшенетін шаманың  уақыттың кез-келген аралығындағы мәнін  суммалау үшін қолданылалады.

 

Өлшегіш құрылғылар біріккен, мысалға көрсеткіш және өздігінен жазғыш, көрсеткіш және интегралдағыш т. б. болуы мүмкін.

 

Аналогтық құрылғылар өлшенетін  шаманың мәнін үздіксіз функция  түрінде береді. Оған мысалға стрелкалық, көрсеткіш және өздігінен жазатын құрылғылардың көпшілігі жатады.

 

Цифрлық құрылғыларда өлшенетін  шама дискреттік сигнал түрінде көрсетіледі. Бұндай құрылғыларға цифрлық, есептеу, басып шығаратын және көптеген интегралдаушы құрылғылар жатады.

 

Есеп жүргізуге арналған, техникалық есептеу жұмыстарына  және өзара есептесуге арналған құрылғылар өздігінен жазатын және интегралдайтын болуы мүмкін.

 

Жергілікті құрылғылар өлшенетін  жердің өзінде орнатылады. Олар көбіне жауаптылығы аса жоғары емес бақылаулар жүргізуге, агрегаттарды қосу және тоқтату кезіндегі өлшеулерге арналады.

 

Көрсетулерін басқару  орталығына дистанциялық түрде беретін  құрылғылар негізгі өндірістік құрылғыларға жатады. Олардың беру қашықтығы 300-500 метр де болуы мүмкін.

 

Өндірістік өлшегіш құрылғылар негізінен стационар, яғни щитокқа, қабырғаға, бағандарға т.б. орнатылады. Басқа құралдардың басым бөлігі (лабораториялық, үлігілік т.б.) тасымалданатын түрге ие, яғни өлшеу кезінде столға, қабырғаға т. б. орнатылады.

 

 

 

№ 3 дәріс тақырыбы: .2ч

 

Дәріс жоспары (2 сағ.)

 

1. Өлшегіш және есептегіш  құрылғылар

 

2. Көрсеткіш құрылғы

 

3. Құрылғы сезімталдығы

 

Өлшегіш құралдардың негізгі  тетігі болып өлшегіш және есептегіш  құрылғылар табылады. Өлшегіш тетік  физикалық шаманы өзінің сезгіш бөлігі арқылы өлшейді, қажет жағдайда оны  күшейтеді. Өлшегіш құрылғының екінші бөлігі алынған мәнді көрсетеді, жазады, интегралдайды.

 

Өлшегіш құралдар сан түрлі  және өлшнетін шаманың тегіне (қысым, температура және т.б.) және құрылғының қызмет әдісіне (механикалық, электрлік және т.б.) байланысты болады. Көбіне құрылғы жылжымалы және жылжымайтын бөліктерден тұрады. Жылжымалы бөліктің қозғалысы өлшенетін шаманың сезімтал элементке әсерінен пайда болады.

 

Есептегіш бөлік құрылғының көрсету сипатына байланысты мынадай  болып дайындалады: шкалалы және нұсқағыш (көрсеткіш құрылғылар), жазғыш тетігі бар және диаграммалық қағазбен қамтамасыз етілген (өздігінен жазатын құрылғылар), есептік құрылғылы (интегралдаушы құралдар).

 

Көрсеткіш құрылғы шкаласы  көбіне жазық немесе цилиндрлік циферблатка таңбаланған тізбекті қатардан құралады. Циферблат деп құрылғының бет жағы айтылады. Оған шкала, шартты таңбалар, анықтамалық жазбалар, өлшенетін шаманың сандық мәніне сәйкес келетін бөліктер салынады.

 

Циферблатка сандар және таңбалар салу шкаланы градуирлеу деп аталады. Шкаланың шама бірлігін көрсететін көршілес екі таңбасының арасындағы айырма шкаланың бірлік бөліктері деп аталады.

 

Кез-келген құрылғының маңызды  көрсеткішіне оның S сезімталдығы жатады. Ол - шығыстық сигнал өсімшесінің кірістік сигнал өсімшесіне қатынасы болып табылады. Мысалға сырттан түсірілетін кернеу ∆U-ға өзгерген кезде өлшегіш стрелкасы ∆L-ға жылжыса, онда сезімталдық

 

S=∆L /∆U (5) түрінде анықталады.

 

 

 

№ 4дәріс тақырыбы: .2с

 

Дәріс жоспары (2 сағ.)

 

1. Электрлік шамалар

 

2. Электрлік өлшеу әдістері

 

3. Датчиктер түрлері

 

   

 

 

 

№5 дәріс тақырыбы: .2с

 

Дәріс жоспары (2 сағ.)

 

1.  Механикалық өлшеу  құралдарының жұмыс принципі

 

2. Бірінші және екінші типті мембраналық манометрлер

 

3. Шығынды өлшеу

 

Механикалық өлшеу құралдары  барлық көрсетулерін ондағы механикалық  қозғалыстарға негіздейді. Яғни оның көрсету индикаторы механикалық ығысулар негізінде жұмыс істейді.

 

Техникада механикалық өлшеу  құрылғыларына қысымды, шығынды, деңгейді өлшеу құралдары т.б. жатады.

 

 

 

Бурдон түтікшесі

 

Сұйықтағы қысым барлық бағытта  бірдей болады. Бүктелген түтікте қысым ол түтікті жазуға ұмтылады. Егер ол түтік спираль түрінде оралған болса, онда қысым ол түтікті түзетуге күш салады. Егер түтіктің бір ұшы бекітілген, ал екінші ұшы еркін қозғала алатын болса, осы ұштың қозғалысы қысымға тура пропорционал болады. Сипатталған құрылғы Бурдон түтікшесі болып табылады.

 

10-а суретте С-түріндегі  Бурдон түтікшесі көрсетілген. Оның бекітілген ұшына р қысым түсіріледі. Екінші ұшы тісті механизмге бекітілген және оны қозғалысқа келтіреді. Бұл қозғалыс стрелканың айналмалы қозғалысына түрленеді. Стрелка 2700-қа дейін бұрыла алады.

10-сурет

Герметикалық жүйе

 

Бұндай манометр (11-сурет) коррозиялық ағынды ортадағы қысымды өлшеуге негізделген. Ағынды орта манометрге кіре алмайды. Ол тек коррозияға төзімді мембранаға оның астындағы камера арқылы әсер етеді. Мембранаға түсірілген қысым манометрге механикалық байланыс не оның ішіне құйылған сұйық арқылы беріледі.

11-сурет

Мембраналық манометр аса  төмен қысымды өлшеуге негізделген. Ол өте жұқа металл мембранадан тұрады. Оның жұмысы қысым әсерінен мембрананың  деформацияға ұшырауына негізделген. Мұндай манометрдің екі түрі бар.

 

 

 

Бірінші типті мембраналық манометр:

 

Мембраның екі ұшы қабы пластинаға бекітілген. Қысым осы  пластина арқылы түседі. Мембрана қозғалысы стрелканы шкаланы бойлай қозғалтады немесе пневматикалық қысымы бар басқа сыртқы құрылғыны іске қосады (10-е сурет).

 

 

 

Екінші типті мембраналық  манометр:

 

Бұл манометрде мембрана қосарланып жасалған, яғни құрылғы екі мембранадан  тұрады. Құрылғы бірінші типті мембраналық манометрдегідей, тек қозғалысын күшейту үшін, екінші мембрана қосылған (10-в сурет). Мұндай құрылғы капсула деп аталады, төмен қысымдарды өлшеуге негізделген.

 

 

 

Сильфон

 

Мұндай манометрде жұқа металлдан  дайындалған сильфон қолданылады (10-б сурет). Қысым түскен кезде  сильфон іске қосылады, қысым үлкейгенде сильфон жиырылады, ал қысым азайғанда  кеңиді. Осы қозғалыс нәтижесінде стрелканы жылжытады. Жұмыс принципі бойынша сильфон мембраналық манометрге ұқсас, тек сезімталдығы жоғары, сол себепті қысымның аса аз өзгерістерін өлшеуге негізделген.