3 Дәрістердің қысқаша жазбасы

1-тақырып Кіріспе. Өлшеулердің ақпараттық негіздері. Объекттен өлшеу ақпаратты алу әдістері. Электрлік және электрлік емес өлшеуіш шамалар. Электрлік емес шамаларды электрлік шамаларға түрлендіру қажеттілігі. (2 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Жалпы мәліметтер

2. Объекттен өлшеу ақпаратты алу әдістері

3. Электрлік және электрлік емес өлшеуіш шамалар. Электрлік емес шамаларды электрлік шамаларға түрлендіру қажеттілігі

1. Жалпы мәліметтер.

Қоршаған ортаның объектілері мен құбылыстары біз үшін тану заттары болып табылады. Тану әрекеті өзінің заңдарына ие, мысалы: “тірідей көрмелуден абстракттік ой-өріске, одан іс жүзіне” нәтижесінде біз зерттелетін объект бойынша сандық ақпарат аламыз. Ол абстракттік ойлаудың нақтылығын және іс жүзіне оқып нәтижелерін шығуын қамтамасыз етеді. Сандық ақпаратты өлшеу құралдары арқылы алады. Сонымен, өлшеулер тану үдерісіне кіреді, ал өлшеуіш ақпаратты алу процедурасы танымдық процедура болып табылады.

2. Объекттен өлшеу ақпаратты алу әдістері

Өлшеулерді сапалы өткізу үшін, өлшеулердің негізгі әдістерін, принциптерін білу керек. Егер өлшеу нәтиже мен жоспарланған дәлдік қарапайым әдістер және стратегия арқылы алынса, өлшеу үйлесімді өтуде. Өлшеу әдістерін әр түрлі нышандар бойынша жіктеуге болады. Метрологиялық талдау үшін келесі нышандарында негізделген жіктелуі маңызды болып табылады. Біріншісі – өлшеу негізіне салынған физикалық принципі. Ол бойынша барлық өлшеу әдістері электрлік, магнитті, акустикалық, оптикалық, механикалық ж. т. б. түрлерге бөлінеді. Екіншісі - өлшеу құрал мен объекттің әрекеттестігі болып табылады. Осы жағдайда барлық өлшеу әдістері статикалық және динамикалық түрлерге бөлінеді. Үшіншісі - өлшеу құралда пайдаланатын өлшеуіш сигналының түрі болып табылады. Оған сәйкес өлшеу әдістері аналогтық және санды түрлерге бөлінеді..

1 сүретте өлшеу құралдар мен принциптердің пайдалану приемдарының жиынтығы бойынша өлшеу әдістерінің жіктелуі ұсынылған. Осы жіктелуі бойынша тікелей және салыстыру әдістері болады. Сонымен бірге тікелей және салыстыру өлшеулер уақытында және өлшенетін шамалардың физикалық табиғатының жөнінде де өту мүмкін.

Сүрет 1 – Өлшеу әдістерінің жіктелуі

Тікелей бағалау әдісінде өлшенетін шаманың мәні туралы бір (тікелей өлшеулер) немесе бірнеше (жанама өлшеулер) өлшеу құралдарының көрсеткіштерінен жормалдауға болады, олар өлшенетін шаманың бірлігінде алдын ала градусталынған, өлшенетін шама олардан тәуелді.

Салыстыру әдісінде өлшенетін шама көшірме мөлшермен салыстырылынады. Демек, осы әдістердің ерекшілігі өлшеу үрдісінде мөлшерлердің қатысуы болып табылады.

Дифференциалды әдісінде өлшенетін Х шама тікелей немесе жанама көшіретін мөлшермен Х_м шамамен салыстырылынады. Х шаманың мәні туралы өлшейтін аспаптың айырмашылығы Х = Х_м – Х бойынша және көшіретін мөлшер Х_м бойынша айтуға болады. Осы әдістің мысалы, екі кернеудің айырмашылығын вольтметрмен өлшеу, солардан біреуі жоғары дәлдігімен белгілі, ал басқасы ізделіп отырған шама.

Нөлдік әдісі дифференциалды әдістің бір түрі. Оның ерекшілігі келесіде тұрады – салыстыру нәтижесі нөлге дейін жеткізіледі. Бұл жоғары дәлдігімен арнайы аспаппен нөл-индикатормен бақыланады. Нөлдік әдістің мысалы - таразыда өлшеу, бірінші иінінда – өлшенетін жүк, ал басқасында - эталонды жүктердің жиынтығы, немесе теңгеру көпірмен кедергіні өлшеу.

Орнын баса тұру әдісінде ізделіп отырған шама және мөлшердің шығу сигналы, өлшенетін сигналымен біртекті кезектеп өлшенеді. Мысалы, үлкен электр белсенді кедергіні, бақылайтын және үлгілі резистор арқылы өтетін токтың күшін кезектеп өлшеу.

Үйлесу әдісінде өлшенетін шаманың және көшірме шаманың арасындағы айырмашылығы шкаланың немесе периодтық сигналдардың белгілері үйелсу арқылы анықталады. Мысалы, ұзындықты нониуспен штангенциркуль арқылы өлшегенде.

3. Электрлік және электрлік емес өлшеуіш шамалар. Электрлік емес шамаларды электрлік шамаларға түрлендіру қажеттілігі

Өлшенетін шамаларының мәндері пайдаланатын өлшеу бірліктерден байланысты, сондықтан соңғылардың ролі маңызды. Егер бірліктерді таңдағанда жөнсіздікті рақсат етсек, сонда өлшеу нәтижелері бір бірімен үйлесімсіз болады, яғни өлшеу бірлігі бұзылады. Ол болмау үшін, өлшеу бірліктері нақты ережелермен тағайындалып және заң арқылы бекітіледі.

Негізгі және туынды өлшеу бірліктерінің жиынтығы бірліктердің жүйесі деп аталады. Халықаралық жүйенің негізгі бірліктері келесі бірліктер болып табыдлады:

метр (халықаралық белгісі m; орысшасы – м) – ұзындықтын бірлігі, ол 1/299792458 секунданың үлесі үшін вакуумдағы жарықтың өтетін жолы;

килограмм (халықаралық белгісі kg; орысшасы - кг) – массаның бірлігі, халықаралық килограмм прототипының массасына тең;

секунда (халықаралық белгісі s; орысшасы – с) – уақыт бірлігі, 9192631770 сәулелену периодына тең, ол цезийдің – 133 атомның негізгі қалпының екі өте жіңішке деңгейлердің аралығынан өтуіне сәйкес;

ампер (халықаралық белгісі А; орысшасы – А) – электр ток күшінің бірлігі. Ампер өзгермейтін токтың күшіне тең, ол шексіз ұзындығымен, вакуумда бірі бірінен 1 м аралығымен орналасқан параллельді сымдар арқылы өтетін ток;

кельвин (халықаралық белгісі К; орысшасы – К) – термодинамикалық температураның бірлігі, ол судың үшінші нүктесінің 1/273,16 бөлшектің термодинамикалық температурасына тең;

кандела (халықаралық белгісі cd; орысшасы – кд) – жарық күшінің бірлігі. Кандела көздің берілген бағытындағы 540*10¹² Гц жиілгімен монохроматикалық сәулеленуді беретін жарық күшіне тең, осы бағытындағы жарықтын энергетикалық күші 1/683 Вт/ср құрастырады;

моль (халықаралық белгісі mol; орысшасы - моль) заттың сан бірлігі. Моль көміртектің С – 12 0,012 кг атомдардың орналасу санына тең;

радиан (халықаралық белгісі rad; орысшасы – рад) – жазық бұрышының бірлігі, ол шеңбердің радиустарының арасындағы бұрышына тең, олардың арасындағы иіннің ұзындығы радиусқа тең;

стерадиан ((халықаралық белгісі sr; орысшасы – ср) – денелі бұрышының бірлігі. Стерадиан сфераның ортасында орналасқан шыңымен денелі бұрышына тең.

Өлшеу жүйенің туынды шамалары негізгі және қосымша шамалардан пайда болады, мысалы, жылдамдық, үдеу, тығыздық, кедергі ж. т. б.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Учебное пособие. Москва: Постмаркет, 2000 г.

3 Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов.- М.: Логос, 2001, 408 с.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Тану әрекетін қандай заңдар бойынша жүзеге асырады?

2. Өлшеу әдістері қандай белгілерден жіктеленеді?

3. Физикалық принципінен өлшеу әдістері қандай түрлерге бөлінеді?

4. Тікелей бағалау әдісі деген не?

5. Сылыстыру әдістері қандай түрлерге бөлінеді?

2-тақырып Сигналдардың ақпараттылығы. Сигналдарды бейнелеу әдістері. Пайдалы сигналдар мен бөгеттер. Сигналдар көмегімен ақпаратты тасымалдау міндеттері. Ақпаратты тасымалдау (беру) әдістері мен құралдары. (2 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Жалпы мәліметтер

2. Сигналдарды бейнелеу әдістері

3. Пайдалы сигналдар мен бөгеттер. Сигналдар көмегімен ақпаратты тасымалдау міндеттері

1. Жалпы мәліметтер

«Сигнал» түсінігі кең болып табылады. Жалпы жағдайда сигнал ретінде физикалық үрдісті тұспалдайды – мәліметтердің тасулығы.. Сигнал әр түрлі параметрлер мен сипаттамаларға ие болады және математикалық моделімен ұсынылады..

Өлшеу техникада пайдаланатын сигналдар, мәліметтердің өзгешілігінен байланысты өлшеуіш және үлгілі сигналдарға бөлуге болады (сүрет 1).

Өлшеуіш сигналында бізге белгісіз мәліметтер болады, яғни өлшеу ақпарат, ол оның параметрлерінің мөлшерлерінде, немесе басқа сипаттамаларында болу мүмкін.

Үлгілі сигналында бізге белгілі мәліметтер болады, ол ол оның параметрлерінің мөлшерлерінде, немесе басқа сипаттамаларында болу мүмкін. Үлгілі сигналдарының белгілі сипаттамалары өлшеуіш сигналында болатын ақпаратты алуға көмектеседі.

Сүрет 1 - Өлшеу техникада пайдаланатын сигналдар

Аналогтық сигналдар өлшем бойынша үздіксіз. Оларға өлшеуіш сигналдардың көбісі жатады. Олардағы ақпараттың саны теориялы шексіз. Үлгілі аналогтық сигналдар мөлшерлердің және код-аналог түрлендіргіштердің шығу сигналдары болып табылады.

Кодті сигналда белгілі және белгісіз мәліметтер немесе сипаттамалары санның ішінде болады, және оның элеметтері уақытта немесе кеңістікте орналасқан. Осы сигналдағы ақпараттың саны шектелінген. Кодті сигналдардың элементтері ретінде электр импульстар немесе потенциалдар пайдаланады.

Өлшеу құралдарының (ӨҚ) бір бірімен, өлшеу, басқару объектпен әрекеттесуі өлшеу құралдарының кіруінде және шығуында жұмыс істейтін кіру және шығу сигналдар арқылы жүзеге асырылынады.

Кіру өлшеуіш сигнал өлшеу қүралдардың (масштабты түрлендіргіштер, салыстыру құралдар, өлшеу аспаптар және жүйелер) кіруіне әсер ететін сигнал деп аталады . Кіру өлшеуіш сигнал екі параметрге бөлінеді: ақпараттылық және ақпараттылықсыз.

Кіру сигналдың ақпараттылық параметрі өлшенетін шамамен байланысты үрдістің параметрі деп аталады.

Кіру сигналдың ақпараттылықсыз параметрі өлшенетін шамамен байланысты емес параметрі деп аталады.

Шығу аналогтық сигнал мөлшерлердің, өлшеуіш түрлендіргіштердің шығуында пайда болады.

2. Сигналдарды бейнелеу әдістері

Әр түрлі физикалық сигналдар жалпы математикалық модельдермен бейнеленеді. Онан арғы сигнал ретінде оның математикалық моделін – функциясын түсінеміз

х = f (t, а, б, в),

мұнда х – сигналдың негізгі параметрі; t – сигналдың негізі тәуелсіз аргументі, осы жағдайда уақыт; а, б, в – сигналдың параметрлері.

Сигналдардың модельдері негізі тәуелсіз аргументінен байланысты уақыттылық және жиілікті болу мүмкін. Одан басқа векторлық модельдері пайдаланады (сүрет 2).

3. Пайдалы сигналдар мен бөгеттер. Сигналдар көмегімен ақпаратты тасымалдау міндеттері

Пайалы сигналдармен қатар өлшеу құралға бөгеттер әсер етеді. Ақпараттық-өлшеу техникада бөгеттерді кіру немесе аралық сигналымен біртекті физикалық үрдістерді атайды, олар қателікті тудырады. Бөгеттер кездейсоқ үрдістер ретінде қарастырылады және сигналдар сияқты модельдермен бейнеленеді.

Бөгеттің әрекет нәтижесі өлшеу құралдың қателігі болып табылады. Пайда болған қателіктің түрі бөгеттің түрімен анықталады: кездейсоқ бөгет кездейсоқ қателікті тудырады. Бөгеттер ішкі және сыртқы түрлерге бөлінеді.

Сыртқы бөгеттер әр түрлі табиғи электр-магнитті үрдістерден пайда болады және әр түрлі қондырғылармен жаратылады (индустриалды бөгеттер).

Ішкі бөгеттер – электр- и радиоөлшеуіш құрылғылардың шулары, олар элеткр тізбектеріндегі зарядталған бөлшектердің жылу қимылысымен пайда болады.

Негізгі қасиеттері бойынша бөгеттерді үш топқа бөлуге болады: флюктуациялы, шоғырланған және импульстік.

Флюктуациялы бөгет жалпы жағдайда электр тізбектегі кернеудің немесе токтың уақытында былыққан, ретсіз өзгерісін көрсетеді. Оны жиі шу бөгеті немесе шу деп атайды. Осы бөгеттің өлшеу нәтижесіне әсерін максималды кемітуге болады, егер бөгеттің спектралды тығыздығы өлшеуіш түрлендіргіштің өткізу алқаптың шегінде тұрақты болса, яғни бөгет ақ шу өзгешілігіне ие болады. Сонымен қатар RC- немесе LC-сүзгілер қолданады, олардың резонанс жиілігі зерттелінетін гармоника сигналының жиілігіне тең болып таңдалады.

Шоғырланған бөгеттер, олардың негізі құаты ӨҚ жиілік диапазонынан кем жиілік диапазонның жеке бөлшектерінде шоғырланған. Мысалы, кернеудің өндірістік жиілігімен бөгет (немесе осы жиілікке еселі). Шоғырланған бөгеттерді басу тиімділігі олардың жиіліктті спектрі туралы априорлы ақпараттың анығымен анықталады. Осы жағдайда төмен жиіліктің көп түйінді сүзгілері пайдаланады.

Импульстік бөгет импульстердің уақтылы немесе былыққан жүйелілігі аталады. Осындай бөгеттің көзі ретінде санды түйіндер немесе ӨҚ коммутациялайтын элементтері немесе жақында жұмыс істеп тұрған ӨҚ болу мүмкін.

Бөгеттердің әсерін кеміту мақсатымен өлшенетін шаманы ортақтайды, ол аналогтық түйіндерімен (жолақты сүзгілермен, интеграторлармен, төмен жиіліктің сүзгілерімен), сондай ақ санды түіндерімен (есептеугішпен, код сумматорымен) жүзеге асырылынады.

Өлшеуіш сигналдар өлшеу тізбектерінің әр түрлі физикалық түйіндерінде түрлендіру мүмкін. Сонымен бірге түрлендіру өзгешілігі түйіндердің қасиеттерімен анықталады, олар кез келген математикалық операцияны көрсету мүмкін: интегралдау, дифференциалдау, көбейту ж. т. б. Түйіннің шығу у(t) және кіру х(t) сигналдарының байланыстығы келесі теңдеумен бейнеленеді

у (t) = f [х(t)],

мұнда f – функцияның символы.

Физикалық түйіндер олардың параметрлерінен байланысты сызықты және сызықсыз, инерциясыз немесе статикалық және инерциялы немесе динамикалық, стационарлы тұрақты және стационарлы емес кездейсоқ параметрлерімен түрлерге бөлінеді. Кез келген түрлендіргішті ең күрделі моделі ретінде ұсынуға болады.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Учебное пособие. Москва: Постмаркет, 2000 г.

3 Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов.- М.: Логос, 2001, 408 с.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Сигнал деген не?

2. Сигналдар қандай түрлерге бөлінеді?

3. Сигналдарды бейнелеу әдістері қандай болады?

4. Бөгеттердің түрлері қандай болады?

5. Флюктуациялы бөгет деген не?

6. Шоғырланған бөгет деген не?

7. Физикалық түйіндердің параметрлерінен байланысты олардың түрлерін атап шығыңдар.

3-тақырып Өлшеуіш арналар. Негізгі анықтамалар. Өлшеуіш арналардың статикалық және динамикалық сипаттамалары. (1 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Өлшеуіш арналар. Негізгі анықтамалар

2. Өлшеуіш арналардың статикалық және динамикалық сипаттамалары

1. Өлшеуіш арналар. Негізгі анықтамалар

Өлшеу құралының математикалық үлгісін құрастыру үшін өлшеу құралының құрылымын және өлшеуіш сигналдардың түрлендіруін білу қажет, яғни өлшеу құралының толық құрылымын білу керек.

Өлшеуіш арна – бұл бір шаманы өлшеуге арналған және нормаланған метрологиялық сипаттамаларға ие құрастырылған жүйелі өлшеу құралдарының және басқа техникалық әдістердің өлшеуіш тізбегі.

Өлшеуіш тракт – нақты шаманы өлшеуге арналған өлшеуіш арналарының жиынтығы, олардың метрологиялық сипаттамалары бірдей.

Құрылымдық элементінің негізгі сипаттамасы оның түрлендіру функциясы (теңдігі) У = f[X, K_j, Z_i] болып табылады – бұл элементтің кіру X және шығу У сигналдарын байланыстырады, оның параметрлері K_j және жағдайлардың қатарында әсер ететін шамалар Z_i. Құрылымдық блогінің түрлендіру функциясы математикалық моделі (ММ) болып табылады. Оның түрі элементті қаншалықты толық бейнелеу қажеттігнен тәуелді, және оның қандай қасиеттері зерттеу үшін маңызды. Мысалы, идеалды күшйеткіштің ММ келесі түрде жазылу мүмкін

U_шығ = k*U_кр(t),

мұнда k – күшейту коэффициенті, күшейткіштің тұрақты параметрі;

U_вх(t) – күшейткіштің кіру кернеуі.

Егер күшейткіштің шығуында жылжыту кернеуді U₀ есепке алу керек болса, математикалық моделі келесі түрде жазылынады

U_шығ = k*U_кр(t)+U_0.

Динамикалық қасиеттерінен байланысты құрылымдық блоктары статикалық және динамикалық түрлерге бөлінеді. Статикалық блоктарында кіру мен шығу шамалардың бір бірімен байланыстығы кіру сигналдың жылдамдығынан және оның тым жоғары дәреженің туындыларынан тәуелсіз. Егер осындай тәуелдікті есепке алу қажет болса, онда құрылымдық блогі динамикалық ретінде есептелінеді.

2. Өлшеуіш арналардың статикалық және динамикалық сипаттамалары

Өлшеуіш түрлендіргіштің (ӨТ) негізгі сипаттамаларына төрт сипаттама (ӨТ) жатады:

1) теориялы сипаттама қателіктерді есепке алмағанда

У_т1 = f_ид (х, а₁, а₂, … а_n),

мұнда а₁, а₂, … а_n – ӨТ ішкі параметрлері;

2) теориялы сипаттама негізі және қосымша жүйелі қателіктерді есепке алғанда

У_т2 = f_рас (х, а₁+_а1, а₂+_а2, … а_n).

Айырмашылық У = У_т1 - У_т2 ӨТ жиынтық жүйелі қателіктің теңдігі болып табылады;

3) номиналды статикалық сипаттама, МСТ сәйкес нормаланатын өлшеуіш түрлендіргішке номиналды жазылатын, графикпен, кестемен немесе формуламен көрсетіледі

У_н = f_н (х);

4) шынайы сипаттама, негізі мен қосымша жүйелі және кездейсоқ қателіктерді есепке алғанда, ол үлгілі ӨҚ жәрдемімен жұмыс шарттарында тәжірибелі анықталынған,

У_экс = f_экс (х).

Х шама берілгенде айырмашылық _у = У_н – У_экс = f_н (х) - f_экс (х) ӨТ жұмыс шарттарында шығу бойынша қателіктің теңдігі болып табылады.

Динамикалық қателіктерді бейнелеу үшін келесі сипаттамалар пайдаланады:

1) аналогтық ӨҚ толық динамикалық сипаттамасы, ол ретінде: өтпелі, импульстік өтпелі, амплитудалық-фазалық, амплитудалық-жиілікті, амплитудалық-фазалық және фазалық-жиілікті сипаттамаларын бірін қолданады. Толық динамикалық сипаттамасын номиналды сипаттамасын және одан шекті ауытқыларын тағайыдау арқылы нормалайды;

2) аналогтық ӨҚ меншікті динамикалық сипаттамасы, олармен сызықты ретінде пайдалануға болады. Оларға реакция уақыты, демпфирлеу коэффициенті, уақыттың тұрақтылығы жатады. АСТ және санды аспаптарының меншікті динамикалық сипаттамалары ретінде реакция уақыты, , есептеудің даталау қателігі, өлшеулердің максималды жиілігі.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Учебное пособие. Москва: Постмаркет, 2000 г.

3Вашны Е. Динамика измерительных цепей. – Москва: Энергия, 1979 г.

4Новицкий П.В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Ленинград: Энергоатомиздат, 1985 г.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Өлшеуіш арна деген не?

2. Өлшеуіш тракт деген не?

3. Днамикалық қасиеттерінен байланысты өлшеуіш арналарының құрылымдық түйіндері қандай түрлерге бөлінеді?

4. ӨТ негізгі сипаттамаларын атап шығыңдар.

5. Динамикалық қателіктің сипаттамаларын атап шығыңдар

4-тақырып Өлшеуіш сигналдар. Өлшеуіш сигналдардың жіктелуі. Өлшеуіш сигналдарды түрлендіру әдістері. (2 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Өлшеуіш сигналдар. Өлшеуіш сигналдардың жіктелуі

2. Өлшеуіш сигналдарды түрлендіру әдістері

1. Өлшеуіш сигналдар. Өлшеуіш сигналдардың жіктелуі

1. Измерительные сигналы. Классификация измерительных сигналов

Сигналдарды ең алдымен физикалық үрдістердің негізгі түрлеріне жататыны бойынша, сонымен қатар олардың өзгеру өзгешілігі бойынша жүйелендіреді. Сигналдарды олардың уақытыныда өзгеру өзгешілігінен тәуелді детерминилденген, квазидетерминилденген және кездейсоқ түрлерге бөледі.

Детерминилденген сигналдың өзгеру заңы белгілі, ал оның моделінде белгісіз параметрлер жоқ. Детерминилденген сигналдар ретінде мөлшерлердің шығуындағы үлгілі сигналдарды санайды.

Квазидетерминилденген сигналдарда уақытында өгеру өзгешілігі жарым-жартылай белгілі, яғни бір немесе бірнеше белгісіз параметрлерімен. Оларға, мысалы, белгісіз өлшемімен тұрақты сигнал, белгілі және тұрақты жиілігімен, бірақ белгісіз амплитудасымен синусоидалды сигнал жатады.

Кездейсоқ сигналдың уақытында өзгеру өзгешілігі кездейсоқ. Осындай сигналдарды тек олардың статикалық сипаттамаларымен (қуат тығыздықтың спектрі, үлестріру заңы) бейелеуге болады, бірақ уақыттың детерминилденеген функциясымен ұсынуға болмайды.

Физикалық сигналдар уақытында және кеңістікте өзгеру өзгешілігінен байланысты үздіксіз және үздік болады, немесе уақытында және кеңістікте дискреттелінген.

Үздіксіз сигналды физикалық үрдіс деп атайды, оның параметрлері үздіксіз өзгеріп отырады. Сигналдардың көбісі үздіксіз болып табылады.

Дискреттелінген сигналдың бір параметрдің ғана мөлшері уақыттың нақты мерзімдерінде немесе кеңістіктің нақты нүктелерінде нөльге тең емес болу мүмкін.

Өлшеу құралдарының шығуында пайда болатын физикалық сигналдарды келесі түрлерге бөлуге болады (сүрет 1)

Х(t) Х_кв(t) Х_q(t)

4q_k 4q_k

Х(t)

1q_k 1q_k

t t iT_ц t

а б в

а – үздіксіз, б – квантталынған, в – дискреттелінген

Сүрет 1 – Сигналдардың түрлері

2. Өлшеуіш сигналдарды түрлендіру әдістері

Физикалық үрдістердің жәрдемімен ақпаратты беруі олардың параметрлерінің мәндерін нақты өзгеру арқылы жүзеге асырылынады. Ұқсас опрециялары модуляция деп аталады. Модуляцияда алғашқы өлшеуіш сигналдың нақты мәні қосымша сигналдың бір немесе бірнеше (күрделі модуляция) параметрлерін басқарады. Өлшеу техникада негізгі сигнал ретінде келесі сигналдармен пайдаланады:

- тұрақты сигнал z(t) = x_m;

- гармоникалық сигнал z(t) = x_m cos(₀t + );

- импульсов периодтық жүйесі.

Масштабты сызықты түрлендіруімен шығу сигналды алу операциясын атайды, оның ақпараттық параметрі кіру сигналдың біртекті ақпаратты праметріне пропорционалды. Оларда өлшемдер пайдаланады. Өлшемдер бір мәнді және көп мәнді болуы мүмкін, сондықтан бір өзгеріссіз өлшем шамасын көштетеін бір каналды реттелінбейтін өлшемді (сурет 2 а); берілген уақытта өзгеруі мүмкін белгілі бір өлшем шамасын көштететін бір каналды реттелінетін өлшемді, мысалы, ауыстырылатын сыйымдылық жинағы түріндегі айнымалы сыйымдылығы бар конденсатор (сурет 2 б). Бұл өлшемде мөлшер шығу шамаларының уақыттық бөлінуі болады, олардың өзгеру заңы детерминді немесе берілген сипаттамаларымен кездейсоқ болуы мүмкін, оның теңдеуі мынадай болады:

X_N = N_xq_k; N_x – var, q_k – const;

белгілі өзгеріссіз өлшемдермен бір уақытта бірнеше аттас шамаларды көштететін көп каналды реттелінбейтін өлшемге, мысалы, сызғыш немесе қозғалыссыз дәнекерлейтін U₀ қоректенетін кернеу бөлгіші (сурет 2 в). Бұл өлшемде шығу шамаларының кеңістік бөлінуі болады. Оның теңдеуі

X_N = N_iq_k=const;

өлшемдері өзгеруі мүмкін бір уақытта бірнеше шамаларды көштететін көп каналды реттелінетін өлшемдерге (сурет 2 г) бөледі. Бұл өлшемде кеңістік те, уақыттық та бөліну болады, оның теңдеуі

X_N = N_iq_kр= var при N_i= var, q_kр= var.

X_N

Бұл өлшем әр түрлі белгілі мәнді параметрлері бар бір типті X_N(t) байланыстар жинағын параллель көштету үшін қолданылуы мүмкін. Өлшемнің мүлтіксіз дәрежесі өлшемді кванттау әрбір дәрежесінің q_kр өлшем тұрақтылығымен және өлшемнің көп мәнді дәрежесімен анықталады, яғни белгілі мәннің шығу сигналын көштететін N_iн саны. Ең жоғары дәлдігі мен көштетілетін негізгі физикалық шамалар: ұзындық, масса, уақыт, жиілік, кернеу және ток.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Учебное пособие. Москва: Постмаркет, 2000 г.

3 Иванов А. И. Основы теории точности измерительных устройств. Издательство стандартов, 1972 г.

4 Вашны Е. Динамика измерительных цепей. – Москва: Энергия, 1979 г.

5 Новицкий П.В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Ленинград: Энергоатомиздат, 1985 г.

6 Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника. Учебное пособие. Москва: Высшая школа, 1991 г.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Сигналдарды олардың уақытыныда өзгеру өзгешілігінен қандай түрлерге бөледі?

2. Детерминилденген сигнал деген не?

3. Квазидетерминилденген сигнал деген не?

4. Тасымалдау сигналдың қандай түрелін білесіңдер?

5. Өлшемдер қандай түрлі болады?

6. Бір каналды реттелінбейтін өлшем теңдеуі?

7. Көп каналды реттелінетін өлшем теңдеуі?

5-тақырып Өлшеуіш каналдардың синтезінде және талдауында ықтималдық әдістері. Өлшеуіш каналдарда сигналдарды үлестіру заңдары. (1 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Өлшеуіш каналдардың синтезінде және талдауында ықтималдық әдістері

2. Өлшеуіш каналдарда сигналдарды үлестіру заңдары

1. Өлшеуіш каналдардың синтезінде және талдауында ықтималдық әдістері

Математикалық моделіне кіретін элементтерінің метрологиялық сипаттамаларын мүмкіндігіне қарай анықтауға ұмтылады. Анықталатын сипаттамаларына түрлендіру теңдеуі, оның шектерінде жүйелі қателік оранласқан, кезедейсоқ қателігінің ықтималдықтың үлестріру функциясы немесе оның математикалық үміті және орташа квадратталған ауытқысы жатады.

ӨҚ түрлендіру теңдеуінің түрі

У = F(X, a_j, z_j),

мұндаХ, У – кіру және шығу сигналдарының ақпараттық параметрлері;

a_j = (а₁, а₂, а_L) – ӨҚ блоктарының параметрлері;

z_j = (z₁, z₂, z_k) – әсер ету факторлар (бөгеттер, шулар).

Әрбір a_j параметрі номиналды мәніне ие болады, онда осы блокпен енгізетін қателік нөльге тең болады. Элементтердің шынайы қасиеттерінің номиналды қисеттерінен ауытқысы қателікті туғызады. Осы ауытқыларын блоктарының қателкітері деп атайды және келесі түрде бейнелейді

_j = (a_jд - a_j)/a_j =  a_j/ a_j,

мұнда a_jд – блоктың параметрінің нақты мәні,

a_j – оның номиналды мәні.

Жанама өлшеулердің нәтижелерін өңдеу әдістемесіне сәйкес, У өлшеу нәтижеге еңгізілетін қателік

.

Салыстырмалы түрде j блоктың қателігінің әсер ету коэффициенті

.

Практикада жиі түрлендіру теңдеудің түрі

У = ,

мұнда Sj – оң және теріс заттай сандар. Осы жағдайда түрде j блоктың әсер ету коэффициенті V_j = S_j.

Аддитивті қателіктер үшін әсер ету коэффициентті номиналды мәнінен ауытқу түрінде көрсетуге болмайды. Сондықтан олар әдеттегі формада ұсынылады: W_i = F/z_i.

Өлшеу құралдың абсолютттік қателігі У көрсеткішінде мультипликативті және аддитивті құрастырғыштарының қосындысына тең :

. (1)

Осы теңдеуде барлық қателіктер ӨҚ шығуына келтірілген.

Есептегенде қателік интервалдың талап ететін нүктелерінде бағланады. Егер максималды қателігімен нүкте белгілі болса, онда кейбір жағдайларда осы нүктеде қателікті есептеуге жеткілікті. Көбінесе жағдайларда осы нүкте өлшеу диапазонның соңғы нүктесі У_к болып табылады, сондықтан ӨҚ мультипликативті қателігі максимальды болады. Осы нүктедегі ӨҚ салыстырмалы қателігі тең

. (2)

(1) және (2) формулаларының оң жағына кіретін барлық қателіктер жүйелі және кездейсоқ түрлерге бөлінеді.

Берілген сенімді шекті ықтималдығында Р шекті кездейсоқ қателікті есептеу үшін оның үлестіру заңын білу қажет.

2. Өлшеуіш каналдарда сигналдарды үлестіру заңдары

Практикада қателіктерді бағалағанда ықтималдық ыңғайымен пайдалану ең алдымен қарастырылатын модельдің үлестіру заңының аналитикалық модельдің білуін жорамалдайды. Метрологияда пайдаланатын кездейсоқ шамаларының көптеген үлестіру заңдарын келесі түрде жіутелу тиімді:

- трапецеидалды (жазық шыңды) үлестірулер;

- тығызданған (шамамен жазық шыңды) үлестірулер;

- экспоненциалды үлестірулер;

- Стьюденттің үлестірулері;

- екі модалды үлестірулер.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов.- М.: Логос, 2001, 408 с.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Өлшенетін арналардың түйіндерінің анықтайтын сипаттамаларын атап шығыңдар.

2. Блоктардың қателігі қандай формуламен анықталады?

3. Шығу сигналдың көрсеткішінде ӨҚ абсолюттік қателігі қандай формуламен анықталады?

4. Өлшеу диапазонның соңғы нүктесінде ӨҚ салыстырмалы қателігі қандай формуламен?

5. Кездейсоқ шамаларының үлестіру заңдарын атап шығыңдар?

6-тақырып Өлшеу теориялары. Ақпараттық, алгоритмдік және басқа өлшеу теориялары. Өзара қатынас, реттеу шкаласы бойынша өлшеулер. Метрологияның негізгі постулаты. (2 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Жалпы мәліметтер

2. Өзара қатынас, реттеу шкаласы бойынша өлшеулер. Метрологияның негізгі постулаты

1. Жалпы мәліметтер

Қоршаған ортаның объектілері мен құбылыстары біз үшін тану заттары болып табылады. Тану әрекеті өзінің заңдарына ие, мысалы: “тірідей көрмелеуден абстракттік ой-өріске, одан іс жүзіне” нәтижесінде біз зерттелетін объект бойынша сандық ақпарат аламыз. Ол абстракттік ойлаудың нақтылығын және іс жүзіне оқып нәтижелерін шығуын қамтамасыз етеді. Сандық ақпаратты өлшеу құралдары арқылы алады. Сонымен, өлшеулер тану үдерісіне кіреді, ал өлшеуіш ақпаратты алу процедурасы танымдық процедура болып табылады.

Өлшеу теориясында өлшеулер бастапқы эмпириялы көптеген элементтерін көрсететінін есептейді, олар нақты түрлендіру ереже бойынша абстракты көптеген елестейін элементтеріне бөлінеді, және осы онан арғы өлшеу анықтама ретінде қабылданады. Мысалы, электр өлшеулерді өткізгенде біз токтың шамасын анықтаймыз (көптеген бастапқы), бірақ мәндердің нақты диапазонында (олар көптеген элементтері болады)..

Өлшеу техникада өлшеудің екі теориясы пайдаланады - өзара қатынас шкаласы бойынша өлшеулер, реттеу шкаласы бойынша өлшеулер.

2. Өзара қатынас, реттеу шкаласы бойынша өлшеулер. Метрологияның негізгі постулаты

Өзара қатынас шкаласы бойынша кез келген белгісіз шаманың белгілімен салыстыруды және бірінші шаманы екінші шама арқылы қысқа немесе бөлшектік қатынаста көрсетуін болжайды. ФШ-ны өлшеу кезінде белгілі шама ретінде СИ жүйесінің бірлігін таңдайды. Онды белгісіз шаманы белгілі шамамен салыстыру процедурасы және бірінші шаманы екінші шама арқылы қысқа және бөлшектік қатынас туралы айтылу келесі түрде жазылады:

Іс жүзінде тура белгісіз өлшем бірлікпен салыстыру үшін әрқашан көрсетілуі мүмкін емес. Мысалы, сұйық және ұнтақ заттарды ыдыста өлшеуге көрсетіледі. Сонда салыстыру процедурасы мынадай түрде болады

,

мұндағы  - ыдыс салмағы.

Өте кішкентай сызықтық өлшемдерді микроскоппен немесе басқа аспаппен үлкейткенде ғана өлшенуі мүмкін, Сонда салыстыру процедурасы мынадай түрде болады

,

мұндағы  - үлкейту коөффициенті.

Салыстырудың өзі тура есепке алулары мүмкін емес, ал біріккен әсер нәтижесі болжанбайтын көптеген кездейсоқ және кездейсоқ емес, аддитивті (латын тілінен additives – қосамын) және мультипликативті ( латын тілінен multipliko – көбейтемін) факторлары әсерінен болады. Біріккен әсерін кездейсоқ қосылғышты  есепке алуға болатын аддитивті әсерлердің оңайлығы үшін шектеу арқылы қатыстық шкала бойынша келесі өлшеу теңдігін аламыз:

(1)

Ол формула шынайы шарттарда өлшеу болып табылатын салыстыру процедурасының кейбір әрекетін білдіреді. Өлшеуіш процедурасының негізгі ерекшелігі - оның қайталануында кездейсоқ сипаты  үшін қатыстық шкала бойынша х есептеу әр уақытта әр түрлі болып келеді. Сонымен, метрологияның негізгі постулаты аталатын келесі қабылдау тұжырымдалуы мүмкін: есептеу кездейсоқ сан болып табылады. (1) теңдігі қатыстық шкала бойынша өлшеудің математикалық үлгісі болады. Онда есептеу бір санмен берілуі мүмкін емес.

Іс жүзінде жуықталған шешіммен қанағаттандырылады. Интервалды өлшеу теңдігі (1) теңдігіне ұқсас жазылады

,

мұнда Q – екі ФВ өлшемдері арасындағы айырма мәні.

Реттеу шкала бойынша өлшеудің математикалық үлгісі ретінде бір өлшенетін шаманың екі өлшемдерін салыстыру процедурасын суреттейтін теңсіздік

,

қызмет етеді. Бұл жағдайда салыстыру нәтижесі есептеу болып табылмайды, ал өлшемдердің қайсысы үлкен не бірдей екендігін көрсететін шешім болып табылады. Сондықтан реттік шкала бойынша екі өлшемді салыстыру нәтижесі метрологияның негізгі постулатына сәйкес келетін кездейсоқ шама болып келеді.

Реттеук шкала бойынша өлшеулер кездейсоқ кейіс шартында Q₁ тексерілетін өлшем Q₂ бақылау өлшемімен салыстырған бақылау кезінде кең қолданылады.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Учебное пособие. Москва: Постмаркет, 2000 г.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Тану әрекетін қандай заңдар бойынша жүзеге асырады?

2. Өзара қатынас шкаласы бойынша өлшеулердің математикалық моделі қандай?

3. Өзара қатынас шкаласы бойынша өлшеулердің ерекшілігі неде?

4. Реттеу шкаласы бойынша өлшеулердің математикалық моделі қандай?

5. Қандай сипаттамасын өзара қатынас шкаласы бойынша өлшеулердің математикалық моделі береді?

6. Қандай сипаттамасын реттеу шкаласы бойынша өлшеулердің математикалық моделі береді?

7. Метрология постулаті деген не?

7-тақырып Мәліметтерді өңдеу мен болжау. Өлшеу нәтижелерін өңдеудің нүктелік бағалары. Көп реттік теңнүктелік және теңнүктелік емес өлшеулер. (1 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Жалпы мәліметтер

2. Көп реттік теңнүктелік және теңнүктелік емес өлшеулер

1. Жалпы мәліметтер

Қателіктер теориясы (қате) – өлшеулердегі қателіктерді бағалау мен зерделеу. Тәжірибеден көрініп тұр, бір де бір өлшеу қалай да мұқият өткізілсе де қателіксіз болмайды.

Ғылымда «кате» дұрыс емес мәнінен тәуелсіз. «Қате» ғылыми өлшеуде болмай қалмайтын қателікті көрсетеді, ол барлық өлшеулерде серік болады. Қателіктерді тәжірибешінің жаңсақтығына жатқызуға болмайды, өлшеуді қалайда мұқият өткізсе де олар болмай қалмайтын нәрселер. Оларды тек кемітуге болады және олардың шамаларын жақсы есептеп.

Жүйелі қателіктерді есепке алу және жою әрбір дәл өлшеудің маңызды мақсаты. Шынында жұйелі қателіктерді жоюға мүмкін емес, әр қашан шығарылмаған қалдықтар қала береді. Осы қалдықтарды есепке алу керек, өлшеу нәтиженің шығарылмаған жүйелі қателіктің шектерін бағалау үшін, ол жүйелі қателікті анықтайды.

2. Көп реттік теңнүктелік және теңнүктелік емес өлшеулер

Теңнүктелік өлшеулер өзгермейтін сыртқы шарттарында, өлшеу құралдарының бірдей дәлдігімен, өлшеу әдісімен өтетін өлшеулер. Теңнүктелік өлшеулерде барлық өлшеу реттердің нәтижелерінің орташа квадратталған ауытқылары (ОКА) бір біріне тең болады.

Тұрақты мөлшерімен бір шаманың көп реттік өлшеуі өлшеу дәлдігіне жоғары қойылған талаптарында өтеді. Көп реттік өлшеулердің нәтижелерін өңдеу масқаты өлшеу шаманың бағасын және сенімді интервалын табуда жатады, оның ақиқат мәні сол шектерде орналасады.

Кездейсоқ сандарының немесе шамаларының ықитмалдықтың үлестіру заңдарының санды сипаттамалардың бағалары санды осінде нүктемен белгіленеді және нүктелік деп аталады. Бағалар үш талаптарға қанағаттандыру керек: дәлелді болкерек, жылжытылмаған және тиімді болу керек. Дәлелді баға нақты ықтималдықпен бағаланатын санды сипаттамамен үйлеседі.Жылжытылмаған баға, оның математикалықүміті бағаланатын санды сипаттамасына тең. Тиімді баға бірнеше жылжытылған емес бағалардан ең аз шашырауға ие болған баға болады.

Тұрақты мөлшерімен бір шаманың көп реттік өлшеу нәтижесі келесі формуламен бейнеленеді:

(1)

мұндаQ_i–i-лік өлшеу нәтижесі;

n–өлшеу саны.

Тұрақты мөлшерімен физикалық шаманы өлшеу барысында алынған Q_i-дің n тәуелсіз мәнін қарастырамыз. Олардың әр қайсысы орташа мәннен _Iкездейсоқ ауытқумен ерекшеленілетін болсын:

;

;

…

;

.

Бұл теңдеудің оң және сол жақ бөліктерін өз ара қосып және n-ға бөліп мынаны аламыз:

.

n  аралықта

.

Мұнда

,

Сонымен, өлшеу нәтижесінің орташа арифметикалық мәні

,

өлшеу нәтиженің үлестірудің кез келген заңында нақты ықтималдықпен -ға сәйкес келетін мән, ол орташа мәннің дәлелді нүктелік бағасы, сонымен қатар орташа мәннің жылжытылмаған бағасы болу мүмкін, мұнымен көп ретті өлшеу нәтижесінің дұрыстығы қамтамасыз етіледі.

Дисперсияның жылжытылған емес бағасының түрі:

өлшеу нәтиженің ықтималдығының кез келген үлестіру заңында дәлелді қала береді.

Орташа квадратталған ауытқустандартті ауытқу деп аталады және тең:

.

Өлшеу нәтиженің орташа мәнін және орташа квадратталған ауытқусын _Q бағалап, «үшсигма» ереже бойынша кейбір күмән тұғызатын Q_iмәндерін қателікке тексеруге болады. Егер олар орташа мәннен 3_Q артық болса, оларды тізімнен шығару керек.Одан соң соңғыи_Q(S_Q) мәндер есептелінеді.

Теңнүктелік емес өлшеулер әр түрлі сыртқы шарттарында, өлшеу құралдарының бірдей емес дәлдігімен өтетін өлшеулер. Көп реттік өлшеуде, ықтималдықтың нормалы заңына бағынатын теңнүктелік емес мәндерімен келесі сипаттамларды анықтайды:

1) орташа өлшенген мән:

,

мұнда-жеке өлшеу құралдың өлшеу нәтижелерінің дисперсиясы;

Q_i–өлшеу нәтижесі.

2) Жеке өлшеу нәтиженің нормаланған салмағы:

Барлық салмақтарының қосындысы

.

3) Орташа өлшенген шаманы дисперсиясы:

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов.- М.: Логос, 2001, 408 с.

3 Рабинович С. Г. Погрешность измерений. Москва: Энергия, 1978 г.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Қателіктердің теориясы деген не ?

2. Қателіктер қандай болады?

3. Көп реттік теңнүктелік өлшеулер деген не?

4. Теңнүктелік өлшеулердің бағалары қандай болады?

5. Көп реттік теңнүктелік емес өлшеулер деген не?

8-тақырып Тікелей, жанама, жиынтық өлшеулерде тәжірибелік мәліметтерді өңдеу. Өлшеу нәтижелерінің қателіктерін болжау. Мәліметтерді автоматты өңдеу. (1 сағат)

Дәрістер жоспары

1. Тікелей, жанама, жиынтық өлшеулердегі қателіктер

2. Мәліметтерді автоматты өңдеу

1. Тікелей, жанама, жиынтық өлшеулердегі қателіктер

Әдеттегідей өлшеулерде өлшеу құралдарының статистикалық қателіктерден көрі кездейсоқ қателіктер өлшеу барысында айқындалмайды, және оларды өлшеу нәтиженің қателігін есептегенде есепке алу керек. Қателіктерді дәл бағалау өлшеулер. Сондықтан өлшеу нәтиженің қателігі үшін оның шектерін бағалайды. Ізделіп отырған байланысты алайық

.

Біз түзетуді еңгізу үшін С тұрақты жүйелі қателіктерінің косындысына ие болып отырмыз:

С = - _. (_ = _м+ _и+_л).

Ең алдымен бастапқы мәліметтерді реттеу қажет, яғни оларды келесі түрде ұсынамыз, жүйелі қателктер үшін _j шектерге ие болу, ал кездейсоқ қателіктер үшін – орташа квадратталған ауытқыға _q. Қателіктерді дәл бағалағанда көп құрастырғыштарды белгілейді. Сонымен бірге олардың қосындысын нормалы үлестіруге ие болатынын есептейді, және сенімді қателігін есептейді

, (1)

мұнда - ықтималдығына сәйкес келетін нормалы үлестірудің квантилі, .

Осы жағдайда біз шартты тұрақты жүйелі қателіктерді (элементарлы жүйелі қателіктер – нормалы үлестіруімен кездейсоқ шамалар) қарастырып отырмыз. Сонда _j қателіктерге нақты сенімді  ықтималдық сәйкес екенін қабылдаймыз, мысалы =0,95 немесе =0,99. Одан соң таңдалынған сенімді ықтималдықтың мәні үшін кездейсоқ қателіктің сенімді шегін есептейді

.

Сонда суммарлық сенімді қателік келесі формуламен анықталады

. (2)

Әдеттегі өлшеулер өлшеудің үрдісі дұрыс өтіп жатқанын тексеру үшін өткізіледі. Егер m+r5, онда нәтижелі қателік (1) формуламен анықталады, егер m+r  5, онда

.

Сызықты жанама өлшеулерде А өлшенетін шама мен А_i өлшенетін аргумент арасындағы сызықты функционалды тәуелділік жалпы түрде мына формуламен сипатталады

.

Егер, X_i кездейсоқ шамасымен сызықты байланыстағы Y кездейсоқ шаманы алатын болсақ

,

Онда

.

Сондықтан, А_i аргументінің бағасымен орналастыра отырып, өлшенетін шаманың А бағасы деп мынаны қабылдаймыз:

, (3)

бағаларының дәлелдігінде және жылжытылмағандығында осы жағдайда шаманың жылжытылмаған және дәлелді бағасын аламыз.

.

Әрбір алынған баға нақты қателіккеие болады, сонымен бірге, мұнда- қателіктің жүйелі және кездейсоқ құрастырғыштары. А_i аргументінің өлшеу қателіктің кездейсоқ құрастырғышы бір топтың бақылауларынан екінші топқа келгенде өзгеріп отырады, егер өлшеу көп реттік бақылаулармен (оның орташа мәні нөльге тең) орындалса. Жұйелі құрастырғышы тұрақты қала береді.

Агрументтердің қателіктерінен жанама өлшеу нәтиженің қателігі пайда болады, (3) формулаға А_i бағаларын қойғанда

.

Осыдан жанама өлшеудің қателігін анықтаймыз

,

яғни

.

2. Мәліметтерді автоматты өңдеу

Көп реттік өлшеулерде мәліметтерді өңдеу үшін ең алдымен қатенің барын анықтайды, одан соң нәтиженің орташа мәнін, дисперсиясын, орташа квадратталған ауытқысын анықтайды. Үлестіру заңы салынады, онда нақты ауытқумен шектердің мәндері беріледі.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов.- М.: Логос, 2001, 408 с.

3 Рабинович С. Г. Погрешность измерений. Москва: Энергия, 1978 г.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Тікелей өлшеулерде қандай құрастырғыштарынан қателіктің шектері беріледі?

2. Қателіктің түзетуі неге тең?

3. Тікелей өлшеулерде сенімді қателігі қалай анықталады?

4. Жанама өлшеулерде өлшенетін А шаманың және өлшенетін А_i аргументтердің арасындағы функционалды тәуелдігі неге тең?

5. Жанама өлшеудің қателігі қалай анықталады?

9-тақырып Электр шамалардың өлшеуіш түрлендіргіштері. Кернеу түрлендіргіштері. Жиілік түрлендіргіштері. Уақыт интервалының түрлендіргіштері. Күрделі түріндегі сигналдардың түрлендіргіштері. (1 сағат)

Дәрістер жоспары

1.Жалпы мәліметтер

2. Кернеу түрлендіргіштері

1.Жалпы мәліметтер.

Алайда өлшеу жүйесінде өлшенетін физикалық шама бірінші мүмкіндікте электр сигналға түрлендіріледі, өйткені электр сигналды кез келген қалаған формаға түрлендіру, алыс қашықтықтарға жіберу оңай. Бар электрондық операциялардың түрлілігі бізге керекті сигналды өңдеуді тез әрі арзанға орындауға мүмкіндік береді.

2. Кернеу түрлендіргіштері

Өлшеу нәтижесінде алынған сигнал, тіркеуге немесе басқаруға сонымен қатар, бақылауға қолайлыландырмас бұрын ейбір өңдеуге ұсынылуы керек. Ол үшін, әр түрлі түрлендіргіштер қолданылады, мысалы: аттенюаторлар, кернеу бөлгіштер, өлшеу трансформаторлары, күшейткіштер т.б.

Аттенюатор өлшеу синалы өте көлемді болған жағдайда міндетті өлшеу үшін қолданылады. Бұл операция ақпаратты жоғалтумен байланысты сигналды бұрмалауға жол бермеу керек. Жиі өлшенетін сигналды өлшеу аспабының кірісіндегі оның Z_i импедансын қолана отыра азайту оңай.

Егер сигнал кернеу көзінен түсетін болса, онда оны кірісіндегі имподанспен тізбектей байланысқан Z_s тізбекті имподансінің көмегімен азайтуға болады. Егер сигнал көзі ток генераторы болып табылса, онда кірістер аралығында параллель немесе шунттаушы импеданс Z_р қосылады.

Тізбекті импедансты сұлбадағы кернеудің беріліс коэфиценті мынаған

Z_р шунттаушы импеданс көмегімен тоқтық сигалды азайту кезінде тоқты беру коэфиценті мынаған тең:

Анықтама бойынша азайту коэфиценті кері беріліс коэфицентінің мәніне тең. Кернеуді өлшеу барысында үлкен шама қажет / Z_i / сондықтан өлшеу жүйесінің R_i мәні үлкен. Осыған байланысты о (паразитті) кіріс көлемі C_i ( R_i -ға параллель қосылған) / Z_i / мәнді түрде азайтуы мүмкін, әсіресе, үлкен жиілікте. Бізге кіріс сигналдың жиілігіне тәуелсіз, азайтуды орындау керек. Бұл үшін, R_sC_s = R_iC_i теңдігі алынатындай R_i тізбектей қосылатын кедергіні C_s көлемді конденсаторымен шунттаймыз. Сонда азайту коэфиценті тең және жиілікке тәуелсіз болады.

C_s конденсаторын қосу аттенюатордың жиілік коррекциясы деп аталады (осцилографтарда қолданылатын). Токты өлшеу үшін Z_i мәні аз болу керек. R_i кедергісінің аз шамасында азайту коэфицентінің жиілікке тәуелділігі R_i резисторымен тізбектей қосылған паразит L_i индуктивтілігінң болу нәтижесінен пайда болады. Бұл жиілік тәуелділікті L_р/R_р = L_i/ R_i теңдігі орындалатындай R_р –мен тізбектей L_р индуктивтілігін қосу арқылы шеттете аламыз. Енді азайту тұрақты түрде барлық жиіліктерге мынаған тең:

Шунттаушы резистор (құралғыш жиілік корекциясымен) токты өлшеуге арналған приборларды динамикалық кеңейту үшін қолданылады.

Кіріс импедансты қолдана отырып, сиганлдарды азайтудың пайдасы кернеуді азайту барысында кіріс импеданстың көбеюі, тоқты азайту кезінде азаюы, сонымен бірге өлшенетін обьектіге жүктеменің азаюы болып табылады. Кемшілігі болып Z_i кіріс импеданстың әрқашан белгілі емес мәні өлшеу нақтылығының азюына әкеледі. Сондықтан нақты және жоғары азайтулар үшін әр түрлі аттенюатор сұлбалары қолданылады.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Учебное пособие. Москва: Постмаркет, 2000 г.

3 Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника. Учебное пособие. Москва: Высшая школа, 1991 г.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Электр сигналдардың пайдасы неде?

2. Аттенюатор қандай функцияны атқарады?

3. Кернеу бойынша беру коэфиценті неге тең?

4. Шунттаушы резистор не үшін қолданылады?

10-тақырып Электр емес шамалардың өлшеуіш түрлендіргіштері. Деформация түрлендіргіштері. Температура түрлендіргіштері. Бұрыштық орын ауыстыру түр-лендіргіштері. (2 сағат)

Дәрістер жоспары

1.Жалпы мәліметтер.

2. Деформацияның, бұрыш ауыспалылығының түрлендіргіштері.

1.Жалпы мәліметтер.

Электрлі емес шамалардың өлшеу түрлендіргіштері физикалық құбылысқа байланысты. Физикалық шамалардың түрлендіргіштерінде тетіктерді құруда негізгі классификациялық белгі физикалық принцип болып табылады.

Негізі өлшенетін физикалық шаманы омдық кедергіге түрлендіру болып табылатын датчиктер резистивті деп аталады, мұнда өлшенетін механикалық шама алдын – ала деформацияға түрленеді.

Негізі пьезоэффекті қолдану болып табылатын датчиктер пьезоэлектрлі деп аталады, мұнда динамикалық қарқыны электрлік зарядқа түрлендіру жүзеге асырылады.

2. Деформацияның, бұрыш ауыспалылығының түрлендіргіштері.

Пьезоэлектр түрлендіргіштер тура пьезоэлектр әсерінде негізделген, механикалық кернеулерде кристаллдардың бетінде электр зарядтар пайда болады (сүрет 1).

Металдық прокладкалар -2 арасында қысылған кварцтық пластиналарға -3 металл мембрана -1 арқылы қысым беріледі. Шарик – 4 кварц пластинкалардың бетімен қысым біркелкі таралуына жағдай жасайды. Жақсы изоляционды (айырушы) материалдан жасалған төлке (втулка) арқылы өтетін шығыспен – 5 ортаңғы прокладка қосылған. Қысым әсер еткенде шығыспен – 5 түрлендіргіштің корпусы арасында потенциалдар айырымы пайда болады. Потенциалдар айырымы бойынша қысымның мәнін зерттейді.

Сүрет 1-Пьезоэлектр түрлендіргіштің құрылымы

Реостатты түрлендіргіш - өлшенетін шама әсерінен движок орын ауыстыратын призиондық реостат. Түрлендіргіштің кіріс шамасы движоктың бұрыштық немесе сызықтық орын ауыстыруы, ал шығысы – оның кедергісінің өзгеруі болып табылады (сүрет 2).

Сүрет 1-Реостатты түрлендіргіштің құрылымы

Түрлендіргіштің құрылғысы 1 – суретте көрсетілген. Ол сыммен -2 оралған , жоғарғы кедергілі материалдан жасалған және оське бекітілген токосъемного движокты - 3 каркастан тұрады. Движок сымға тиеді. Электрлік контакты қамтамасыз ету үшін жанасу орнында орам изоляциядан қорғалады. Конструкцияда көрсетілгендей жылжымалы движокты контакт жылжымайтын токосъемды сақина – 5 көмегімен жүзеге асады.

Ұсынылатын әдебиеттер

1 Орнатский П. П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983 г.

2 Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. Учебное пособие. Москва: Постмаркет, 2000 г.

3 Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника. Учебное пособие. Москва: Высшая школа, 1991 г.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары

Келесі сұрақтарға жауап беру:

1. Электрлік емес шамалардың негізі болып не табылады?

2. Техникада қандай эффектер қолданады?

3. Пьезоэлектрлік түрлендіргіштерді өлшеу үшін қандай шамалар қолданады?

4. Реостатты түрлендіргіштерді өлшеу үшін қандай шамалар қолданады?