Файл: 1 дріс. Метрология лшеулер бірлігін амтамасыз етуді Мемлекеттік жйесіні ылыми негізі (МЖ).docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 83
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
физикалық шаманың нағыз мәні – эксперименталды жолымен табылған және нағыз мәніне сонша жақын болғанынан – берілген мақсат үшін оның орнына қолдануға болады, тәжиребелік жолымен және үлгілі өлшеу құралымен анықталады.
Жасалған немесе жасайтын өлшеу жөнінде елес құрастыру үшін оның негізгі сипаттамаларын (өлшеу принципін, өлшеу әдісін және өлшеу қателігін, кейде дәлдігін) білу қажет.
Өлшеу принципі – өлшеудің негізі болатын физикалық құбылыстардың жинағы.
Өлшеу әдісі – өлшеу құралдарын және принциптерін қолдану тәсілдерінің жинағы.
ӨҚ жасалу кемелсіздігі, олардың дәл бөліктенген шкаласының дәлсіздігі, ӨФШ әсері, адамның субъектівтік қателігі және бірқатар басқа факторлар өлшеу қателігінің себептері болып табылады.
Өлшеу қателігі – өлшеу нәтижесінің өлшенетін шаманың нағыз (шындық) мәнінен ауытқуы
. (2.2)
Өлшеу дәлдігі өлшеу қателігінің нөлге жақындаған деңгейін немесе өлшеу кезіндегі алынған мәннің өлшенетін шаманың шындық мәніне жақындығын сипаттайды.
Дәлдік мөлшерін былай жазуға болады
. (2.3)
Қателікті және дәлдікті анықтаған кезде физикалық шаманың шындық мәнінің орнына оның нағыз мәнін қолдануға болады.
Өлшеу классификациясы Б қосымшасында келтірілген (Б.1 суретті қара). Бесінші классификациялық белгісі бойынша, өлшеу нәтижесін алу тәсілі бойынша келесі өлшеу түрлерін ажыратады.
Тура өлшеулер - өлшеу кезінде шаманың ізделген мәні тікелей тәжірибелік мәліметтерден табылады
У = Х,
мұндағы: У – ізделген мәні, Х – тікелей тәжірибелік мәліметтерден алынған мәні. Бұл өлшеулер орнатылған бірліктерде дәл бөліктенген аспаптар көмегімен жасалынады. Мысалы: токты амперметрмен, температураны термометрмен өлшеу.
Жанама өлшеулер – бұл өлшеулер кезінде шаманың ізделген мәнін табу сол шаманың және тура өлшеулерге жататын шамалар арасындағы белгілі тәуелділікке негізделген
У = f (х1, х2, .. , хm),
мұнда хm – тура өлшеулер барысында анықталады.
Мысалы: тығыздық – дененің массасы және көлемі арқылы, кедергі – кернеу және ток арқылы анықталады.
Біріккен (бірлесе) өлшеулер – бұл өлшеулер кезінде әртүрлі аталған шамалардың ізделген мәндері сол шамалардың ізделген мәндерінің тікелей өлшенген шамаларымен байланысатын теңдеулер жүйесін шешу жолымен анықталады. Келесі теңдеулер жүйесін шешу жолымен
F1 (Y1, Y2, . . ,X11, X21, . . , Xm1) = 0;
F2 (Y1, Y2, . . ,X12, X22, . . , Xm2) = 0;
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Fm (Y1, Y2, . . ,X1m, X2m, . . , Xmm) = 0.
Y1, Y2, Y3 – ізделген шамалар,
Х1, Х2, Х3 – тікелей өлшеулер.
Өлшеулер тағайындалуына және оларға қойылатын дәлдікке байланысты екі түрге бөлінеді – зертханалық (дәлдік) және техникалық.
Зертханалық (дәлдік) өлшеулер – дәлдігі жоғарылатылған өлшеу құралдар көмегімен және бірнеше рет қайта жасалынатын өлшеулер.
Техникалық өлшеулер – сәйкес келетін бірліктерде дәл бөліктенген жұмыстық (техникалық) өлшеу құралдар көмегімен бір реттік жасалынатын өлшеулер.
Жылутехникалық өлшеулер жасалған кезде Б қосымшасында (Б.2 суретті қара) келтірілген классификациядағы өлшеу әдістері жиі қолданылады.
Өлшеуіш – физикалық шаманың берілген өлшемін жаңғырту үшін тағайындалған ӨҚ. Өлшеу кезінде классификациялық белгісі өлшеуіштің бары немесе жоғы болып табылады.
Тікелей баға беру әдісі (ТББӘ) – өлшеуіштің жоғы – шама мәнін тура әсер ететін өлшеу аспабының санауыш құрылғысы арқылы тікелей анықтайтын өлшеу әдісі.
Мысалы: серпінді таразысында салмақты өлшеу, t0 – термометрмен.
Сызықтық өлшеулердің дәлдігін көтеру үшін шкала және нониус (қосымша шкала) арқылы санау әдісі қолданылады. Бұл әдіс шкалалардың (негізгі және қосымша) белгілерінің түйіскенін қолдануымен сипатталынады.
Өлшеуішпен салыстыру әдісі (ӨСӘ) – бұл өлшеу әдісі өлшенетін шаманы өлшеуішті жаңғырту шамасымен салыстыруына негізделген.
Өлшенетін шама және өлшеуішті жаңғырту шамасы арасында айырмашылығы бар немесе жоқ болуына қарай нөлдік және дифференциалдық әдістерін айырады.
Нөлдік әдіс – бұл ӨСӘ, мұнда салыстыру аспабына әсер етуші нәтижелік эффектін нөлге дейін жеткізеді. Мысалы, иықтары тепе-тең таразымен салмақты өлшеу, бұл кезде салмақ массасы салмақты теңестіретін гир массасымен анықталады.
Дифференциалды әдіс – бұл ӨСӘ, мұнда өлшеу аспабына өлшенетін және белгілі өлшеуішпен жаңғыртатын шамалардың айырымы әсер етеді. Айырым өлшенеді. Мысалы, иықтары тепе-тең меңзерлік таразымен салмақты өлшеу, бұл кезде салмақтың және гирдің таразы серіппесіне әсерлері толық емес, қарама-қарсы қойылады, айырымы аспап шкаласында меңзермен белгіленеді:
а) қарама-қарсы қою әдісі - бұл ӨСӘ, мұнда өлшенетін және өлшеуішпен жаңғыртатын шамалар бір мезгілде салыстыру аспабына әсер етеді, соның көмегімен осы шамалардың арақатынасы жойылады;
б) ауыстыру әдісі - бұл ӨСӘ, мұнда өлшенетін шама белгілі өлшеуішпен жаңғыртатын шамамен ауыстырылады;
в) түйісу әдісі – бұл ӨСӘ, мұнда өлшенетін және өлшеуішпен жаңғыртатын шамалардың айырымын өлшеу үшін шкала белгілерінің немесе периодикалық сигналдардың түйісуі қолданылады.
Дифференциалды әдісін қолдану үшін өлшенетін шамаға жақын жоғары дәлдік өлшеуіш болуы керек.
Тақырып бойынша қосымша ақпаратты [1-6,8,9] әдебиеттен алуға болады.
3 дәріс. Өлшеулер қателігі
Дәрістің мазмұны: өлшеулер қателігінің классификациясы; кездейсоқ және жүйелік қателігі; кездейсоқ шаманың таралу заңдары.
Дәрістің мақсаты: әртүрлі өлшеулер қателіктердің негізгі анықтамаларын оқу, кездейсоқ шаманың таралу заңдарының негізгі мінездемелері, байқау қатарының негізгі мінездемелерін бағалау.
Пайда болу себептеріне, өзгеру мінезіне және көрініс жағдайына байланысты өлшеулер қателіктерінің классификациясы В қосымшасында В.1 суретте келтірілген.
Олардың көрініс мінезіне тәуелді қателіктерді кездейсоқ және жүйелік деп ажыратады.
Кездейсоқ қателіктері – бұл қателіктер бір шаманы қайталап өлшеген кезде кездейсоқ түрде өзгереді.
Кездейсоқ қателіктерінің мәнін және таңбасын анықтау мүмкін емес. Кездейсоқ қателіктерін есептеу үшін қат-қабат (статистикалық) өлшеулер жасалынады. Кездейсоқ қателіктерін бағалағанда күтетін қателікті айтады. Өрескел қателік – бұл кездейсоқ қателік. Мүлт жіберу – бұл қателік өлшеу нәтижесін ашықтан-ашық бұрмалайды. Эксперимент жасайтын адамның кездейсоқ субъективті қателігі мүлт жіберу деп алынады. Өрескел қателіктер және мүлт жіберу, әдетте, байқау нәтижелерінің статистикалық өңдеуі басталғанша экспериментальдік деректерден жойылады.
Жүйелік қателік – бір және сол шаманы қайталап өлшеулерде тұрақты немесе заңды өзгеретін болып қалатын қателік өлшеуі.
Егер жүйелік қателік белгілі болса, яғни белгілі мәні және таңбасы болса, онда ол өлшеудің аяқталуы бойынша түзету енгізу жолымен алынып тасталуы мүмкін. Егер жүйелік қателіктің себебі (көзі) белгілі болса, онда оны өлшеуге дейін шығарып тастау қажет.
Жүйелік қателіктердің туу салдарына байланысты өлшеу әдісі қателігі, құралдық қателік, орнату қателігі, субьективті қателік, әдістемелік қателік болып бөлінеді.
Өлшеу әдісі қателігі (теориялық қателік) – бұл өлшеу әдісінің жетімсіздік қателігі. Негізінде бұл өлшеу принципінің жетімсіздігі өлшеу негізіне алынған құбылыстың жеткілікті зерттелмеуі.
Құралдық қателік (құралдың қателігі) - қолданылатын өлшеу құралдарының қателіктеріне байланысты туатын қателіктер (конструкцияның, өлшеу құралдарының жасалу технологиясының жетімсіздігі, олардың бірте-бірте тозуы, материалдардың ескіруі).
Орнату қателігі - өлшеу құралдарын дұрыс орнатпау қателіктері. Әдістемелік қателік – шаманы өлшеу әдістемесінде жіберілетін қателік және бұл өлшеу құралдарын қолдану дәлдігіне тәуелді емес.
Субьективтік қателік – байқаушының жеке ерекшеліктерімен шартталған қателіктер.
Байқалу сипаты бойынша қателіктер тұрақты және айнымалы болып бөлінеді.
Тұрақты жүйелік қателіктер өзінің мәнін қайта өлшеулерде өзгертпейді. Мысалы, өлшеу құралының дұрыс емес дәлдеуі, есептеудің басталуының дұрыс қойылмауы және т.б.
Айнымалы жүйелік қателіктер қайталап өлшеулерде әртүрлі мәндерді белгілі заңдылықтармен қабылдау. Егер қателіктер қайта өлшеулерде көбейсе, не болмаса азайса, онда бұл прогрестік жүйелік қателік. Периодтық жүйелік қателік периодтық немесе күрделі заң бойынша өзгере алады. Периодтық жүйелік қателіктің пайда болу себебі - сыртқы факторлардың әрекеті және өлшеу құралының құрылымының ерекшеліктері.
Өлшеу нәтижесі әрқашан жүйелік ( ) және кездейсоқ ( ) қателіктерден тұрады
. (3.1)
Сондықтан өлшеу нәтижесінің ( ) қателігі жалпы жағдайда кездейсоқ шама ретінде қарастырылуы керек, сонда жүйелік қателік осы шаманың МО болады, ал кездейсоқ қателік – орталықтанған кездейсоқ шама.
3.1 Кездейсоқ шаманың таралу заңдары
Кездейсоқ шаманың толық жазбасы оның таралу заңы болып табылады, демек кездейсоқ қателік және қателіктер
Таралудың әртүрлі заңдары бар. Өлшеу тәжірибесінде қателіктерді таралудің кеңінен таралған заңы қалыпты заң (Гаустың) болып табылады.
Таралудың қалыпты заңының тығыздығының формуласы
= , (3.2)
мұнда орташа квадраттық ауытқу;
кездейсоқ қателік.
Кездейсоқ шаманы таралудың қалыпты заңының сызбасы 3.1. суретінде көрсетілген.
3.1 сурет – Таралудың қалыпты заңының сызбасы
Жасалған немесе жасайтын өлшеу жөнінде елес құрастыру үшін оның негізгі сипаттамаларын (өлшеу принципін, өлшеу әдісін және өлшеу қателігін, кейде дәлдігін) білу қажет.
Өлшеу принципі – өлшеудің негізі болатын физикалық құбылыстардың жинағы.
Өлшеу әдісі – өлшеу құралдарын және принциптерін қолдану тәсілдерінің жинағы.
ӨҚ жасалу кемелсіздігі, олардың дәл бөліктенген шкаласының дәлсіздігі, ӨФШ әсері, адамның субъектівтік қателігі және бірқатар басқа факторлар өлшеу қателігінің себептері болып табылады.
Өлшеу қателігі – өлшеу нәтижесінің өлшенетін шаманың нағыз (шындық) мәнінен ауытқуы
. (2.2)
Өлшеу дәлдігі өлшеу қателігінің нөлге жақындаған деңгейін немесе өлшеу кезіндегі алынған мәннің өлшенетін шаманың шындық мәніне жақындығын сипаттайды.
Дәлдік мөлшерін былай жазуға болады
. (2.3)
Қателікті және дәлдікті анықтаған кезде физикалық шаманың шындық мәнінің орнына оның нағыз мәнін қолдануға болады.
Өлшеу классификациясы Б қосымшасында келтірілген (Б.1 суретті қара). Бесінші классификациялық белгісі бойынша, өлшеу нәтижесін алу тәсілі бойынша келесі өлшеу түрлерін ажыратады.
Тура өлшеулер - өлшеу кезінде шаманың ізделген мәні тікелей тәжірибелік мәліметтерден табылады
У = Х,
мұндағы: У – ізделген мәні, Х – тікелей тәжірибелік мәліметтерден алынған мәні. Бұл өлшеулер орнатылған бірліктерде дәл бөліктенген аспаптар көмегімен жасалынады. Мысалы: токты амперметрмен, температураны термометрмен өлшеу.
Жанама өлшеулер – бұл өлшеулер кезінде шаманың ізделген мәнін табу сол шаманың және тура өлшеулерге жататын шамалар арасындағы белгілі тәуелділікке негізделген
У = f (х1, х2, .. , хm),
мұнда хm – тура өлшеулер барысында анықталады.
Мысалы: тығыздық – дененің массасы және көлемі арқылы, кедергі – кернеу және ток арқылы анықталады.
Біріккен (бірлесе) өлшеулер – бұл өлшеулер кезінде әртүрлі аталған шамалардың ізделген мәндері сол шамалардың ізделген мәндерінің тікелей өлшенген шамаларымен байланысатын теңдеулер жүйесін шешу жолымен анықталады. Келесі теңдеулер жүйесін шешу жолымен
F1 (Y1, Y2, . . ,X11, X21, . . , Xm1) = 0;
F2 (Y1, Y2, . . ,X12, X22, . . , Xm2) = 0;
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Fm (Y1, Y2, . . ,X1m, X2m, . . , Xmm) = 0.
Y1, Y2, Y3 – ізделген шамалар,
Х1, Х2, Х3 – тікелей өлшеулер.
Өлшеулер тағайындалуына және оларға қойылатын дәлдікке байланысты екі түрге бөлінеді – зертханалық (дәлдік) және техникалық.
Зертханалық (дәлдік) өлшеулер – дәлдігі жоғарылатылған өлшеу құралдар көмегімен және бірнеше рет қайта жасалынатын өлшеулер.
Техникалық өлшеулер – сәйкес келетін бірліктерде дәл бөліктенген жұмыстық (техникалық) өлшеу құралдар көмегімен бір реттік жасалынатын өлшеулер.
Жылутехникалық өлшеулер жасалған кезде Б қосымшасында (Б.2 суретті қара) келтірілген классификациядағы өлшеу әдістері жиі қолданылады.
Өлшеуіш – физикалық шаманың берілген өлшемін жаңғырту үшін тағайындалған ӨҚ. Өлшеу кезінде классификациялық белгісі өлшеуіштің бары немесе жоғы болып табылады.
Тікелей баға беру әдісі (ТББӘ) – өлшеуіштің жоғы – шама мәнін тура әсер ететін өлшеу аспабының санауыш құрылғысы арқылы тікелей анықтайтын өлшеу әдісі.
Мысалы: серпінді таразысында салмақты өлшеу, t0 – термометрмен.
Сызықтық өлшеулердің дәлдігін көтеру үшін шкала және нониус (қосымша шкала) арқылы санау әдісі қолданылады. Бұл әдіс шкалалардың (негізгі және қосымша) белгілерінің түйіскенін қолдануымен сипатталынады.
Өлшеуішпен салыстыру әдісі (ӨСӘ) – бұл өлшеу әдісі өлшенетін шаманы өлшеуішті жаңғырту шамасымен салыстыруына негізделген.
Өлшенетін шама және өлшеуішті жаңғырту шамасы арасында айырмашылығы бар немесе жоқ болуына қарай нөлдік және дифференциалдық әдістерін айырады.
Нөлдік әдіс – бұл ӨСӘ, мұнда салыстыру аспабына әсер етуші нәтижелік эффектін нөлге дейін жеткізеді. Мысалы, иықтары тепе-тең таразымен салмақты өлшеу, бұл кезде салмақ массасы салмақты теңестіретін гир массасымен анықталады.
Дифференциалды әдіс – бұл ӨСӘ, мұнда өлшеу аспабына өлшенетін және белгілі өлшеуішпен жаңғыртатын шамалардың айырымы әсер етеді. Айырым өлшенеді. Мысалы, иықтары тепе-тең меңзерлік таразымен салмақты өлшеу, бұл кезде салмақтың және гирдің таразы серіппесіне әсерлері толық емес, қарама-қарсы қойылады, айырымы аспап шкаласында меңзермен белгіленеді:
а) қарама-қарсы қою әдісі - бұл ӨСӘ, мұнда өлшенетін және өлшеуішпен жаңғыртатын шамалар бір мезгілде салыстыру аспабына әсер етеді, соның көмегімен осы шамалардың арақатынасы жойылады;
б) ауыстыру әдісі - бұл ӨСӘ, мұнда өлшенетін шама белгілі өлшеуішпен жаңғыртатын шамамен ауыстырылады;
в) түйісу әдісі – бұл ӨСӘ, мұнда өлшенетін және өлшеуішпен жаңғыртатын шамалардың айырымын өлшеу үшін шкала белгілерінің немесе периодикалық сигналдардың түйісуі қолданылады.
Дифференциалды әдісін қолдану үшін өлшенетін шамаға жақын жоғары дәлдік өлшеуіш болуы керек.
Тақырып бойынша қосымша ақпаратты [1-6,8,9] әдебиеттен алуға болады.
3 дәріс. Өлшеулер қателігі
Дәрістің мазмұны: өлшеулер қателігінің классификациясы; кездейсоқ және жүйелік қателігі; кездейсоқ шаманың таралу заңдары.
Дәрістің мақсаты: әртүрлі өлшеулер қателіктердің негізгі анықтамаларын оқу, кездейсоқ шаманың таралу заңдарының негізгі мінездемелері, байқау қатарының негізгі мінездемелерін бағалау.
Пайда болу себептеріне, өзгеру мінезіне және көрініс жағдайына байланысты өлшеулер қателіктерінің классификациясы В қосымшасында В.1 суретте келтірілген.
Олардың көрініс мінезіне тәуелді қателіктерді кездейсоқ және жүйелік деп ажыратады.
Кездейсоқ қателіктері – бұл қателіктер бір шаманы қайталап өлшеген кезде кездейсоқ түрде өзгереді.
Кездейсоқ қателіктерінің мәнін және таңбасын анықтау мүмкін емес. Кездейсоқ қателіктерін есептеу үшін қат-қабат (статистикалық) өлшеулер жасалынады. Кездейсоқ қателіктерін бағалағанда күтетін қателікті айтады. Өрескел қателік – бұл кездейсоқ қателік. Мүлт жіберу – бұл қателік өлшеу нәтижесін ашықтан-ашық бұрмалайды. Эксперимент жасайтын адамның кездейсоқ субъективті қателігі мүлт жіберу деп алынады. Өрескел қателіктер және мүлт жіберу, әдетте, байқау нәтижелерінің статистикалық өңдеуі басталғанша экспериментальдік деректерден жойылады.
Жүйелік қателік – бір және сол шаманы қайталап өлшеулерде тұрақты немесе заңды өзгеретін болып қалатын қателік өлшеуі.
Егер жүйелік қателік белгілі болса, яғни белгілі мәні және таңбасы болса, онда ол өлшеудің аяқталуы бойынша түзету енгізу жолымен алынып тасталуы мүмкін. Егер жүйелік қателіктің себебі (көзі) белгілі болса, онда оны өлшеуге дейін шығарып тастау қажет.
Жүйелік қателіктердің туу салдарына байланысты өлшеу әдісі қателігі, құралдық қателік, орнату қателігі, субьективті қателік, әдістемелік қателік болып бөлінеді.
Өлшеу әдісі қателігі (теориялық қателік) – бұл өлшеу әдісінің жетімсіздік қателігі. Негізінде бұл өлшеу принципінің жетімсіздігі өлшеу негізіне алынған құбылыстың жеткілікті зерттелмеуі.
Құралдық қателік (құралдың қателігі) - қолданылатын өлшеу құралдарының қателіктеріне байланысты туатын қателіктер (конструкцияның, өлшеу құралдарының жасалу технологиясының жетімсіздігі, олардың бірте-бірте тозуы, материалдардың ескіруі).
Орнату қателігі - өлшеу құралдарын дұрыс орнатпау қателіктері. Әдістемелік қателік – шаманы өлшеу әдістемесінде жіберілетін қателік және бұл өлшеу құралдарын қолдану дәлдігіне тәуелді емес.
Субьективтік қателік – байқаушының жеке ерекшеліктерімен шартталған қателіктер.
Байқалу сипаты бойынша қателіктер тұрақты және айнымалы болып бөлінеді.
Тұрақты жүйелік қателіктер өзінің мәнін қайта өлшеулерде өзгертпейді. Мысалы, өлшеу құралының дұрыс емес дәлдеуі, есептеудің басталуының дұрыс қойылмауы және т.б.
Айнымалы жүйелік қателіктер қайталап өлшеулерде әртүрлі мәндерді белгілі заңдылықтармен қабылдау. Егер қателіктер қайта өлшеулерде көбейсе, не болмаса азайса, онда бұл прогрестік жүйелік қателік. Периодтық жүйелік қателік периодтық немесе күрделі заң бойынша өзгере алады. Периодтық жүйелік қателіктің пайда болу себебі - сыртқы факторлардың әрекеті және өлшеу құралының құрылымының ерекшеліктері.
Өлшеу нәтижесі әрқашан жүйелік ( ) және кездейсоқ ( ) қателіктерден тұрады
. (3.1)
Сондықтан өлшеу нәтижесінің ( ) қателігі жалпы жағдайда кездейсоқ шама ретінде қарастырылуы керек, сонда жүйелік қателік осы шаманың МО болады, ал кездейсоқ қателік – орталықтанған кездейсоқ шама.
3.1 Кездейсоқ шаманың таралу заңдары
Кездейсоқ шаманың толық жазбасы оның таралу заңы болып табылады, демек кездейсоқ қателік және қателіктер
Таралудың әртүрлі заңдары бар. Өлшеу тәжірибесінде қателіктерді таралудің кеңінен таралған заңы қалыпты заң (Гаустың) болып табылады.
Таралудың қалыпты заңының тығыздығының формуласы
= , (3.2)
мұнда орташа квадраттық ауытқу;
кездейсоқ қателік.
Кездейсоқ шаманы таралудың қалыпты заңының сызбасы 3.1. суретінде көрсетілген.
 W () = 0.01 = 0.02 |
3.1 сурет – Таралудың қалыпты заңының сызбасы
| қаншалықты аз болса, өлшеулер соншалықты дәлірек орындалады (көбіне шағын кездейсоқ қателіктер кездеседі). |