Өлшеу қателіктері. Қателіктердің жіктелуі

МАЗМҰНЫ

 

 Кіріспе…………….............................................................................................…3

 НЕГІЗГІ БӨЛІМ

Өлшеудің жіктелуі…………………………................................………………...4

Өлшеу қателіктері. Қателіктердің  жіктелуі.....................................................6

ҚЗ өлшеу объектісінің түрлері  ……………....................................................8

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі......................................................................9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КІРІСПЕ

 

Өлшеу – адамның тәжірибелік  әрекеттер теориясын біріктіретін табиғаттың адамға тағайындалған жолдарының бірі болып табылады. Ол ғылыми бөлімдердің  бірі болып саналады, материалдық  рессурстарды санау, өнімнің қажетті  сапасын қамтамасыз ету, технологияны толығымен жетілдіру, өнімді автоматтандыру үшін және адам қызметінің көптеген басқа  салалары үшін қызмет етеді. Өлшеу мен  өлшеу техникасының теориялық негізі болып жалпы метрология жатады, ол объектінің қасиеттері мен берілген дәлділігі мен сенімділігі жөніндегі  мөлшерлі ақпараттары алу үшін арналған пән болып табылады.

Метрология құралдары  – бұл өлшеу құралдары мен  метрологиялық стандарттардың рационалды түрде пайдалануын қамтамасыз ететін жиынтығы. Өлшеудің ғылыми аспектісінде олардың көмегімен ғылымда теория мен тәжірибенің байланысы жүзеге асырылады.

Өлшеу басқару немесе бақылау  объектісі жөніндегі мөлшерлі ақпараттарды алуды қамтамасыз етеді, техникалық процестің барлық берілген шарттарын  дәл көрсету, бұйымның жоғарғы сапасын  қамтамасыз ету және объектіні тиімді түрде басқару мүмкін емес.

Берілген оқу құралы өлшеу  мен құралдарын таңдап алу, әртүрлі  физикалық шамаларды өлшеуге, өлшеу  нәтижелерінің дәлдігін бағалауға  байланысты өндірістік және ғылыми есептерді  шешу үшін қажет білімдер мен дағдылық негіздерін беретін мәселелер қарастырылған.

Өлшеу техникасы метрологиялық  эксперименттер жасау, өлшеу нәтижелерін  өңдеу және метрологиялық жұмыстарды стандарттау мен сертификаттаудың жалпы ережелерін оқытатын ғылым  ретіне де көзқарас қалыптастырады.

«Өлшеу» ұғымы әртүрлі  ғылым (математика, физика, химия, психология, экономика және т.б.) салаларында  кездеседі және олардың әрқайсысында ол әртүрлі түсіндірілуі мүмкін. Бұл  курста автоматтандыру мен басқару  саласында физикалық шамаларды  өлшеуге қатысты  мәселелер ғана қарастырылады.

Кез-келген өнімді өндіру бірнеше  өлшеулер жүргізу арқылы жасалынады. Өлшеу арқылы өнімнің сапасына, өлшем  бірліктеріне басқада қасиеттеріне қойылатын талаптар анықталады.

Метрология және өлшеудің негізі ғылыми-өндірістік мәслелелерді шешу барысында қажетті өлшеу  әдістерін, жабдықтарын дұрыс, нақты  таңдауға мүмкіндік беретін білім  мен дағдылар негізін үйрету.

 

 

 

 

 

 

Өлшеудің жіктелуі

 

  Өлшеу адам өмірінде маңызды роль атқарады. Ғылым мен техниканың дамуы өлшеу жұмыстарындағы прогреспен тығыз байланысты.Өлшеудің дамуы ғылым мен техникада жаңалықтар ашуға алып келеді. Ал өз кезегінде ғылыми жаңалықтар өлшеу тәсілдерін дамытуға жетелейді.

Өлшеу – деп физикалық  шамалардың мөлшерін тәжірибе жүзінде  арнайы техникалық құралдар көмегімен  анықтау. Өлшеу нәтижесі өлшенген физикалық  шаманың мәні болып табылады. Өлшемдер өлшеу принципімен құрайтын кейбір физикалық құбылыстарға негізделген. Оларға:өлшеу есептері,өлшеу объектісі, өлшеу принциптері, әдістері, құрылғылары мен олардың модельдрі, өлшеу шарттары, өлшеу субъектілері, өлшеу нәтижелері мен қателіктері кіреді.

Өлшеу дәлдігі – деп  өлшенетін шамалардың нақты мәніне, өлшеу нәтижесінің жақындығын  айтады.

Өлшеу объектісі – нақты  физикалық объект, оның қасиеті бір  немесе бірнеше өлшенетін физикалық  шамалармен сипатталады. Оның көптеген қасиеттері бар және басқа объектілермен  көпжақты және күрделі байланыста болады.

Өлшеу принципі – өлшеуге  негізделген физикалық құбылыстардың  жиынтығы.

Олар өлшеу кезінде  қолданылатын және белгіленген метрологиялық  параметрлері бар өлшеу құралдары арқылы жүзеге асырылады. Өлшеу құралдары өлшемдерге, өлшеу түрлендіргіштеріне және жүйелік аспаптарға жіктеледі.

Өлшеу техникасы деп –  өлшеу құралдарының жиынтығын және өлшеу туралы ақпарат алу үшін оларды қолдану тәсілін айтады. Өлшеу  өлшенетін шаманың мәнін эксперименталды  түрде анықтайды. Ол өлшенетін шаманың  көптігімен, уақыт бойынша әр түрлі  заңдылықтардың өзгеруімен және өлшеу  дәлдігіне қойылатын талаптар арқылы түсіндіріледі.Өлшеудің түрлері: тура, жанама, біріккен және жиынтықты болады.

Тура өлшеу деп – ізделініп отырған щаманы тікелей өлшеулер жүргізу арқылы табуды айтамыз. Мысалы, таразы арқылы өлшенетін масса, термометрмен температураны, вольтметрмен кернеуді өлшеу жатады.

Жанама өлшеу деп - ізделініп отырған шаманы оның белгілі шамасы арқылы, яғни тура өлшеулер жүргізу арқылы табылған шамасының арасындағы тәуелділік арқылы табылатын шаманы айтамыз.

Жалпы жағдайда Y өлшенетін  шаманы тура өлшеу арқылы алынған , ... , шамаларымен байланыстыратын тәуелділікті мына түрде көрсетуге болады

 

, ... ,

Мұндағы F- функционалды тәуелділік.

Мысалы,   тығыздықты масса мен көлемді тура өлшеу нәтижесі арқылы өлшеу; активті кедергіні U кернеу мен токты тура өлшеу нәтижесі арқылы өлшеу.

Y  пен X арасындағы байланыстың түрі жанама өлшеу қателіктерінің есебін анықтап береді.

Қазіргі заманғы микропроцессорлы өлшеу аспаптарында көбінесе белгісіз өлшенетін шаманы өлшеу аспаптың ішінде жүргізіледі. Бұл жағдайда өлшеу  нәтижесі тура өлшеуге сипатты тәсілмен анықталады, және есептің әдістемелік  қателігін жеке өлшеу мүмкін емес. Ол өлшеу аспабының қателігіне жатады. Осындай өлшеу құралдарымен жүргізілген өлшеулер тура өлшеуге жатады. Жанама өлшеуге есептеу тек қолмен немесе автоматты жүргізілетін өлшеулер жатады, ол тек тура өлшеу нәтижелерін алғаннан кейін ғана орындалады. Бұл жағдайда есептің қателігі тек жеке есептеледі. Мұндай жағдайда сипатты мысал болып компоненттеріне жеке-жеке метрологиялық сипаттамалар мөлшерленген өлшеу жүйелері жатады. Барлық өлшеу қателіктері жүйенің барлық компоненттерінің мөлшерленген метрологиялық сипаттамалары бойынша есептеледі.

Жиынтық өлшеу деп – бірнеше әр текті шамалардың бірмезгілде өлшенуін айтамыз, ол кезде олардың белгісіз мәндерін осы шамаларды әртүрлі үйлесімділікте тура өлшеу кезінде алынған теңдеулер жүйесін шешумен табады.

Біріккен өлшеу деп – екі немесе бірнеше біртекті шамаларды олардың арасындағы тәуелділікті орнату үшін бірмезгілде өлшеуді айтамыз. Келтірілген анықтамалардан, бұл екі өлшеу түрлері бір-біріне ұқсас екені көрініп тұр. Айырмашылығы, бірігіп өлшеу кезінде бірнеше шамалар бірмезгілде анықталады да, ал жиынтық өлшеу кезінде – әртүрлі текті шамалар бір мезгілде анықталады.

Қолданылатын өлшеу құралдарының жұмыс режиміне байланысты статикалық және динамикалық болып бөлінеді. Осылай жіктеудің мақсаты нақты өлшеу кезінде өлшенетін шаманың өзгеру жылдамдығын ескеру қажет пе, әлде қажеті жоқ па деген шешімді қабылдау болып табылады. Өлшенетін шаманың жылдамдығының өзгеруі әсерінен туған қателіктер динамикалық деп аталады.

Статикалық режим – уақыттың өзгеру барысында нақты өлшеу есептеріне сәйкес өзгеріссіз қалатын режимді айтамыз. Динамикалық режим – физикалық шаманың өлшемі бойынша өзгеретін режимді айтамыз.

Метрологиялық белгіленуіне байланысты өлшеулер техникалық және метрологиялық болып бөлінеді. Техникалық өлшеулер жұмыс істеуші өлшеу жүйесі (ӨЖ) арқылы жүргізіледі де СИ арқылы өлшенеді. Метрологиялық өлшеулер физикалық шама бірліктерінің өлшемдерін жұмысшы ӨЖ-ге беру үшін көрсету мақсатында орындалады. Метрологиялық өлшеулер кезінде қателіктер қажетті ретпен ескеріледі, ал техникалық өлшеу кезінде алдымен берілген тәжірибелік тапсырманы шешу үшін жеткілікті берілген қателік ескеріледі.

Өлшеу қателіктері.Қателіктердің  жіктелуі

 

Өлшеу құралдары мен нәтижелерінің  сапасын, қателіктерін көрсете отырып, сипаттау қажет. “Қателік”  деген ұғымды енгізу мыналар сияқты үш ұғымдарды анықтау және нақты шектеуді қажет етеді:өлшенетін физикалық шаманың шын және нақты мәні мен өлшеу нәтижесі.

Физикалақ шаманың шын  мәні – берілген объектінің мөлшерлі түрдегі және сапасы жағынан қасиетін бейнелейтін идеалды мәні. Ол біздің сана сезімімізге тәуелді емес, ол өзімізге сандық мәнде керекті абсолютті нақты шама болып табылады. Тәжірибеде бұл абстракталы ұғымды “нақты шама” деген ұғыммен алмастырған жөн.

Физикалық шаманың нақты  мәні – бұл тәжірибеден алынған  және мақсатқа сай сол бір керекті  шын мәнге жақын шама болып  табылады.

Өлшеу нәтижесі – өлшеу  жолымен алынған шаманың шын  мәнін өзінше жуықтап бағалау.

Қателік деп – өлшеу нәтижесінің өлшенетін шаманың шын мәнінен ауытқуын айтамыз.

Қателік деген ұғым “өлшеу нәтижесінің қателігі” және “өлшеу құралдарының қателігі” деген түсініктемелерден тұратын метрологияның ең маңызды мәселесі.

Өлшеу нәтижесінің қателігі – ол өлшеу нәтижесі пен өлшенетін шаманың нақты мәні арасындағы айырымы:

 

 

Өлшеу құралдарының қателіктері – ол ӨЖ көрсеткіштері мен өлшенетін физикалық шаманың айғақты немесе нақты мәндері арасындағы аралықты көрсетеді. Ол берілген құралдар арқылы жүргізілген өлшеу нәтижелерінің дәлділігін сипаттайды.

Бұл екі түсініктемелер бір-біріне едәуір жақын және бірдей белгілермен  жіктеледі.

Кездейсоқ қателік – қандай да бір физикалық шаманы бірдей жағдайларда ұқыпты түрде қайталап өлшеу кезінде кездейсоқ түрде (таңбасы мен мәні бойынша) өзгеретін өлшеу нәтижелерінің бір құрамы болып табылады. Кездейсоқ қателіктерден біз құтыла да, жоя да алмаймыз, олар әрқашан да өлшеу нәтижелерінде болады. Кездейсоқ қателіктердің жүйелі қателіктен айырмашылығы, оны түзету жолы арқылы жоя алмаймыз, бірақ оларды бақылау санын жоғарлату жолымен азайтуға болады. Сондықтан да нәтижені өлшенетін шаманың шын мәнінен минималды аз ғана ерекшеленетін түрде алу үшін, қажетті шаманы тәжірибеде берілген мәндерді математикалық тізбекті өңдеу арқылы көп ретті қлшеу керек.

Жүйелі қателік – бірдей физикалық шаманы қайталап өлшеу кезінде тұрақты түрде қалатын немесе белгілі бір заңдылықпен өзгеретін қателіктерді айтамыз. Оның ерекшелігі – олар алдын ала болжанып, тадылады және осыған байланысты құраушы түзетпелерді енгізе отырып, толығымен жоюға болады.

Прогрестенуші (дрейфтік) қателік – бұл уақыт бойынша жәй өзгеретін, алдын ала болжанылмайтын қателік.

Дөрекі қателік – бұл өлшеу қатарына кіретін жеке бақылау нәтижесінде алынатын кездейсоқ қателік, ол берілген шарттарда осы қатардың басқа нәтижелерінен лезде ерекшелене алады. Олар ереже бойынша, оператордың қателігінен, яғни оның дұрыс емес әрекеттерінен (оның психофизиологиялық жағдайы, дұрыс есептемеуі, жазба немесе есептеуде кеткен қателіктер, аспаптарды дұрыс қоспауы немесе олардың жұмыс кезіндегі бөгеттер және т.б. ) пайда болады.

Абсолютті қателік – ол  өлшеу нәтижесі пен өлшенетін шаманың нақты мәні арасындағы айырымы және өлшенетін шаманың бірлігімен беріледі:

 

Қатысты қателік – абсолютті өлшеу қателігінің өлшенетін шаманың шын мәніне қатысы болып табылады:

 

Бұл өлшеу нәтижесінің  берілген дәлділік сипаты өлшеу жүйесінің  қателіктерін мөлшерлеу үшін жарамайды, өйткені  мәнін өзгерткен кезде кезіндегі шегіне шейін әртүрлі мәндерді қабылдайды. Осыған байланысты өлшеу жүйесінің қателіктерін көрсету және мөлшерлеу үшін қателіктің тағы бір түрі – келтірілген қателік қолданылады.

Келтірілген қателік – өлшеу жүйесінің абсолютті қателігі барлық өлшеу аралығында немесе оның бір бөлігінде тұрақты болатын шартты түрде алынған мәніне жататын қатысты қателік:

 

Шартты түрде алынған мәнін мөлшерлеуші деп атайлы. Көбінесе оның орнына берілген өлжеу жүйесінің жоғарғы өлшеу шегін алады, ол негізгі жағдайда “келтірілген қателік ” ұғымының орнына пайдаланылады.

Пайда болу орнына байланысты қателіктерді аспапты, әдістемелі және субъективті деп ажыратады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қазақстан зертханасындағы өлшеу объектісінің түрлері

 

 Қазақстан Республикасында өлшеу объектілерінің түрі бойынша өошеудің 16 түрі анықталған және бекітілген.

1. Геометриялық шамалар. Өлшеуге арналған негізгі аспаптар- штангенқұрал, соңғы өлшемдер, микрометрлер, калибрлер, нутроөлшемдер, өлшегіш басшалар, бұрыш өлшегіштер;
2. Масса. Теміржолдық, автомобильдік, медициналық, пошталық, гір және т.с.с аспаптар;
3. Қысым. Жүкпоршендік, сұйықтықтық, деформациялық манометрлер және т.б аспаптар
4. Вакуум. Вакуумметр аспаптары;
5. Қозғалыс параметрлері. Спидометр, тахометр аспаптары;
6. Шығын және орнықтылық. Шығын өлшегіштер, дифманометр, өлшегіш ыдыста.
7. Беріктілік және созымдылық. Созылғыштықты өлшейтін аспаптар.
8. Физико – химиялық. Ареометр, спиртометр, pH – өлшенгіштер, хроматографтар;
9. Температуралық және жылу физикалық. Термометр, пирометр аспаптары;
10. Оптикалық және оптикалық–физикалық. Рефрактометрлер, поляримерлер,сахаримерлер,фотоэлектроколориметрлер,спектрофотометрлер, люксметрлер, диоптриметрлер, фотометрлер;
11. Акустика. Шу өлшегіштер, діріл өлшегіштер, акселерометрлер, діріл тақталары, аудиометрлер, дыбыстық камералар жіне т.б;
12. Электрлік. Амперметрлер, вольтметрлер, омметрлер, ваттметрлер, фазометрлер, шунттар, потенциометрлер, импульстік генераторлар және т.б.;
13. Магниттік. Магнитометрлер, тесламетрлер;
14. Уақыт және жиілік. Сағаттар, секундомерлер;
15. Радиотехникалық. Тұрақты ток көпірлері, осциллографтар, кедергі дүкендер және т.б.;
16. Иондайтын сәулеленулер. Дозиметрлер, ренгенометрлер және т.б.;