Olweu adisteri

Өлшеу әдістері

Өлшеу – бірқатар құрылымдық элементтердің өзара қарым-қатынасын қамтитын күрделі процесс. Оларға жататындар: өлшеу міндеті, өлшеу объектісі, қағидасы, әдісі, өлшем құралы және үлгісі, өлшеу жағдайлары, өлшеу субъектісі, өлшеу қателіктері мен нәтижелері.

Өлшеу әдістері дегеніміз - нақты бір өлшеуіш міндет үшін таңдалған өлшеу қағидалары мен құралдарын пайдалану іс-әрекеттерінің жиынтығы. Өлшеу әдісі түсінігіне өлшеу қағидаларын теориялық негіздеумен қатар, өлшеу құралдарын қолдану іс-әрекеттерін әзірлеу де кіреді.

Өлшеу әдістері классификациясының ішінен өлшеу қағидалары мен құралдарын пайдалану іс-әрекеттерінің жиынтығы бойынша классификация кеңінен  қолданылады. Бұл классификация бойынша тікелей бағалау әдісі және салыстыру әдісі ажыратылады (22-сурет)

Тікелей багалау әдісі арқылы өлшеген кезде шаманың ізделетін мәні сәйкес бірліктерде градуирленген өлшем құралының есептеуіш құрылғысы бойынша анықтайды. Мысалы, циферблатты таразыда өлшеу, бұйым мөлшерін микрометр көмегімен анықтау немесе қысымды серіппелі манометрмен өлшеу.

Шамамен салыстыру әдісі - өлшенетін шаманы өлшемнің жаңғыртатын шамасымен (мысалы, рычагтық таразыда массаны салыстыру) салыстыратын әдіс. Салыстыру әдістерінің ерекше белгісі өлшемнің өлшеу процедурасына тікелей қатысуында. Ал тікелей бағалау әдісінде өлшем өлшеу процесіне қатыспайды, оның мөлшері градуирлеу кезінде өлшем құралына алдын ала өлшеуіш құрылғысына беріліп қояды. Салыстыру әдісі кезінде салыстыру құрылғысы міндетті болуы қажет.

Өлшеммен салыстыру әдісінің бірнеше түрі бар:

Нөлдік әдіс

Дифференциалды әдіс

Алмастыру әдісі

Сәйкес келу әдісі

Нөлдік эдіс - салыстыратын құрылғыға өлшенетін шаманың нәтижелі әсер етуі эффектісі мен шаманың қарама-қарсы әсері нөлге келтірілетін өлшеммен салыстыру әдісі.

Мысал. Иықтары тең таразыда массаны өлшеу, мұнда таразыға тх массаның әсері токір массасымен толық теңестіріледі (23, а-сурет).

Дифференциалды әдіс кезінде толық теңестіру жасалмайды, ал өлшенетін шама мен өлшемнің жаңғыртатын шамасының арасындағы айырма аспап шкаласы бойынша есептеледі. Дифференциалды әдіс дене температурасы мен қаттылығы сияқты шамаларды өлшеуде пайдаланылмайды.  Мысал. Иықтары тең таразыда массаны өлшеу, мұнда таразыға тх массаның әсері токір массасымен біршама ғана теңестіріледі, ал массалардың айырмасы масса бірліктерінде градуирленген таразы шкаласы бойынша есептеледі (23, б-сурет). Бұл жағдайда өлшенетін шаманың мәні, mx = m0 + Δm, мұнда Δm - таразы көрсеткіші.

23-сурет. Салыстыру әдістері

Алмастыру әдісі — өлшенетін шаманы өлшемнің жаңғыртатын белгілі шамасымен алмастыру арқылы өлшеммен салыстыру әдісі. Мысалы; бұйымның мөлшерін рычагты микрометрмен өлшеу немесе электрлік шамаларды айнымалы ток көпірлері көмегімен өлшеу. Мысал. Серіппелі таразыда өлшеу. Өлшеу екі іс-өрекетпен жасалады. Алдымен таразыға өлшенетін массаны салады және таразы көрсеткішінің жағдайын белгілейді. Сонан соң тх массасы то кір массасымен алмастырылады. Мұнда таразының көрсеткіші алғашқы жағдайдағы орынға келуі керек. Сонымен қатар mx = m0 (23, в-сурет).

Сәйкес келу әдісінде өлшенетін шама мен өлшеммен жаңғыртылатын шама арасындағы айырма шкала белгілерінің немесе периодты белгілердің сәйкес келуін пайдалану арқылы өлшейді.    Мысал. Стробоскоп көмегімен валдың айналым санын өлшеу – вал периодты түрде жарық көзімен жарықтандырылады, ал жарық көзінің жиілігі валда жасалған ен баңылаушыға қозғалмайтындай болып көрінетіндей етіп орнатылады. Шкалалардың негізгі және нониусты белгілерінің сәйкес келуін пайдаланатын сәйкес келу әдісі сызықты мөлшерлерді өлшеу үшін қолданылатын штапгенприборларда жүзеге асырылады.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Физикалық шама деп «сапа жағынан көптеген физикалық объектілерге (физикалық жүйелер,

жүйелерде өтетін процестер, т.с.с.) ортақ, сан жағынан әр объект үшін әр түрлі  мәні бар қасиетті» айтады. Мысалы, материалдық денелердің бәрінің массасы мен температурасы болады, бірақ денелердің әрқайсысы үшін бұл қасиеттердің сандық мәндері әр түрлі болатыны белгілі. Егер физикалық шаманың белгілі бір объектідегі сандық мөлшерін көрсету қажет болатын болса, онда «размер» дейтін термин қолданылады. Размерлік деп туынды шамалардың негізгі шамаларға байланыстылығын символмен белгілеуді айтады. Егер санның біреуінің дәрежесі нөлге тең болса, оны размерсіз физикалық шама деп атайды. Ал физикалық шаманың мәні деп шаманың бірлік бойынша есептелінген сандық мәнін айтады.

           Шаманың мәні дерексіз сан, ал оның размері деректі.

Шаманың мәні мен размерінің арасында айырмашылық бар. Шаманың размері – шаманың нақты, объективті мөлшері болса, ол санамыздан тыс ұғым. Шама размерін шама бірліктерімен, басқаша айтқанда шаманың сандық мәнімен сипаттап көрсетуге болады.

Шаманың сандық мәні шама бірлігінің түріне байланысты өзгеріп отырады, ал размері өзгермейді.

Физикалық шаманың бірлігі – ол да физикалық шама, оның сандық мәні 1 – ге тең. Шама бірлігі физикалық шамалардың сандық мәндерін бір – бірімен салыстыру үшін қажет.

1832 жылы Гаусс бірліктердің абсолютті  жүйесі деп аталатын жүйені  жасады.

1960 жылы Өлшем мен Таразы туралы  өткізілген халықаралық конференцияда  бірліктердің жаңа жүйесі қабылданды. Бұл жүйе Халықаралық бірлік жүйесі, қысқаша СИ жүйесі деп аталынады. 1963 жылы ССРО – да «Халықаралық бірлі жүйесі» деп аталатын ГОСТ енгізілді (ГОСТ 9867 – 61), бұл ГОСТ бойынша СИ жүйесі халықаралық қатынастар үшін өте қолайлы практикалық жүйе деп танылды.

Физикалық шама бірліктерінің мемлекеттік  стандарты бес бөлімнен тұрады:

1) Жалпы ережелер;

2) Хлықаралық бірлік жүйесі –  СИ жүйесінің негізгі, қосымша  және туынды бірліктері;

3) СИ жүйесіне кірмейтін бірліктер; 

4) Еселік және үлестік бірліктер,  олардың атаулары және

белгіленулері;

5) Бірліктерді белгілеудің ережелері.  Және бұл стандартта төрт қосымшалар  бар, олар:

        ) СИ бірліктерінің когеренттік туындыларының жасалу ережесі;

        ) жүйеден тыс кейбір бірліктердің СИ бірліктерімен арақатынасы;

        ) еселік және үлестік бірліктерді қолдану туралы нұсқау.

 

СИ жүйесінің 7 негізгі бірліктері бар, олар: ұзындық – метр (м), масса – килограмм (кг),  уақыт – секунд (с), ток

 күші – ампер  (А), термодинамикалық температура  – кельвин (К), жарық күші – кандела (кд), зат мөлшері – моль (моль).

СИ жүйесінің екі қосымша  бірлігі бар, олар: жазық және кеңістік бұрыштарының өлшемдері.

Жазық бұрыш бірлігі – радиан (рад), кеңістік бұрыштікі – стерадиан (ср).

СИ жүйесінің туынды бірліктері. Туынды бірліктер негізгі бірліктерден туындайды. Туынды бірліктер негізгі бірліктермен функционалды байланыста болады. Функционалдық байланысты бейнелейтін математикалық теңдеулерден туынды бірліктер анықталады. Мысалы, жылдамдықтың бірлігі V = S/T теңдеуінен шығады, мұнда

V – жылдамдық, S – жүрілетін жолдың ұзындығы (метр), Т – уақыт (секунд), сөйтіп жылдамдық бір секундта қанша метр жол жүргендігімен өлшенеді (м/с); сол сияқты, аудан бірлігі – м2, көлем бірлігі – м3, үдеу – м/с2, т.с.с. Туынды бірліктердің 17 – не белгілі ғалымдардың есімі берілген, олар: джоуль (Дж) – энергия, жұмыс; герц (Гц) – периодтық процесс жиілігі; ватт (Вт) – қуат; ньютон (Н) – күш, масса; паскаль (Па) – қысым, механикалық кернеу; кулон (Кл) – электр мөлшері, электр заряды; вольт (В) – электр кернеуі, электр потенциалы; фарад (Ф) – электр сыйымдылығы; ом (Ом) – электр кедергісі; сименс (См) – электр өтізгіштік; вебер (Вб) – магнит ағыны; тесла (Тл) – магнит индукциясы; генри (Гн) – индуктивтік; беккерель (Бк) және грэй (Гр) – радиоактивтік сәйлелену бірлігі. Еселік және үлестік бірліктер. Еселік бірліктер деп жүйелік және жүйеден тыс бірліктерден ондаған, жүздеген т.с.с. есе көп бірлікті айтады. Мысалы, километр (103 м), киловат (103 Вт), минут (60 с), тәулік (86400 с), мегапаскаль (106 Па), т.с.с. Үлестік бірлік деп жүйелік немесе жүйеден тыс бірліктерден ондаған, жүздеген т.с.с. есе аз

болатын бірлікті айтады. Мысалы, миллиметр (10-3 м), нанометр (10-9 м), микросекунда (10-6 с), т.с.с. (Қосымша В. 1 - кесте).

 

Физикалық шама бірліктерінің жүйесінде "размерлік" деген ұғым маңызды  рөл

атқарады. "Размерлік" деп туынды шамалардың негізгі шамаларға байланыстылығын  символмен

(әріппен) белгілеуді айтады. Мысалы, жылдамдық V физикалық шама ретінде  ұзындықпен L және

уақытпен Т анықталсын (V = L / T).

Өлшем дегеніміз физикалық шаманың  сандық мәнін тәжірибе жолымен арнаулы  техникалық

құралдардың көмегімен анықтау.

Физикалық шаманың сандық мәнін  анықтаудың тәсіліне байланысты өлшем  төрт түрге

бөлінеді: тікелей өлшем, жанама өлшем, біріктірілген өлшем және қатар  өлшем.

Тікелей өлшем деп шаманың сандық мәнін тікелей өлшеп табуды айтады. Мысалы,

температураны термометрмен, электр кернеуін вольтметрмен, т.с.с.

Жанама өлшем деп өлшенетін  шаманың мәнін тікелей өлшеніп  алынған шамалар арқылы

табуды айтады. Демек, жанама өлшемде  керекті шама тікелей өлшенбей, онымен функционалды

байланыста болатын шамалар  өлшенеді. Кейбір шамалардың сандық мәндерін тікелей өлшем

емес жанама өлшем арқылы табу жеңіл  және оңай. Кейде тіпті тікелей  өлшемді жүргізу мүмкін

болмайды, мысалы, заттың тығыздығын заттың көлемі мен массасын өлшеу  арқылы ғана

анықтайды (d = m/v).

Біріктірілген өлшем деп біртекті шамалардың біріктірілген бірнеше  топтарын жеке – жеке

өлшеп, іздеп отырған шаманы өлшенген топтардың негізінде құрылған математикалық  теңдеулер

жүйесін шешіп табуды айтады.

Қатар өлшем деп әртекті шамалардың екеуін немесе одан да көбін бір  мезгілде қатар тікелей

немесе жанама өлшеуді айтады. Қатар  өлшемнің мақсаты әртекті шамалардың арасындағы

функционалды байланысты табу. Мысалы, дене ұзындығының температураға  тәуелділігін, т.с.с.

Өлшем құралдары деп өлшем жұмыстары  үшін қолданылатын, нормаланған метрологиялық

қасиеттері бар техникалық құралдарды айтады. Өлшенетін шаманың мәнін  дұрыс табу өлшем

құралдарына байланысты.

Өлшем құралдарын дәлдеу деп метрологиялық  органдар арқылы өлшем құралдарының

қатесін, олардың дәлдігі жағынан  қолдануға жарамдылығын тексеруді  айтады.

Өлшем дәлдігі деп өлшеніп отырған  шаманың шын мәніне жақын болу дәрежесін айтады.

Өлшемнің дұрыстығы деп өлшем  нәтижелерінің жүйелі қатесінің  нөлге жақын болуын, яғни

өлшем жұмысының сапасын айтады. Берілген шаманы бірнеше рет қайталап өлшегенде жүйелі

қатенің мәні әр өлшеуде тұрақты  болады немесе белгілі бір заңдылықпен  өзгеріп отырады. Өлшем

 

дұрыстығы қолданылатын өлшем құралдарының дұрыстығымен байланысты болады.

Өлшем анықтығы. Өлшем нәтижелерінің  сенімділігін көрсетеді. Өлшем нәтижелерін

олардың шын мәндерінен ауытқуына  қарап анық және анық емес нәтижелер  деп екі топқа бөледі.

Анықтығы белгісіз нәтижелердің ешқандай құндылығы жоқ, олар көбінесе жалған деректерді

беруі мүмкін.

Өлшем ұқсастығы (бірдейлігі). Өлшем  нәтижелерінің ұқсастығы деп  бірдей жағдайда

орындалған өлшем нәтижелерінің  бір – біріне жақындығын (теңдігін) айтады. Бірдей жағдайларда

алынған нәтижелердің бір – бірінен  айырмашылығы тек кездейсоқ қатенің  әсерінен болуы тиіс.

Өлшем қайталанғыштығы. Қайталанымдылық  дейтін ұғым әр уақытта, әртүрлі әдіс және

әртүрлі құралмен өлшенген физикалық  шаманың мәндерінің бір – біріне жақындығын көрсетеді.

Қайталанымдылық сақталмаса өлшем  нәтижелерінің сенімділігі төмендейді.

Өлшем қатесі. Физикалық шаманың  шын мәні және оның өлшенген мәні дейтін екі ұғымды

бір – бірінен ажырата білу керек. Шаманың шын мәні деп берілген объектінің қасиетін сапалық

және сандық жағынан өте дәл  бейнелейтін мәнді айтады, ол біздің танып білу қабілетімізге, өлшем

құралдарына тәуелсіз, шаманың абсолют  шын мәні.

Керісінше, шаманың өлшеніп алынған  мәндері біздің танып білу, сезу қабілетіміздің

нәтижесі. Өлшем нәтижелері өлшем  әдістеріне, өлшемнің техникалық құралдарына  және өлшемді

жүргізетін адамның сезім мүшелерінің  қасиетіне байланысты болады.

Өлшем қатесі өлшенетін шаманың  шын мәні мен өлшенген мәнінің  алгебралық айырмасына тең:

 

мұнда - қате, Х – шаманың өлшенген мәні, Q – шын мәні.

Бірақ, шаманың шын мәні белгісіз болатындықтан қатенің мәні де белгісіз, сондықтан қатені

жуықтап болса да анықтау үшін шаманың  шын мәнінің орнына оның нақты  мәнін қоюға тура

келеді.

Физикалық шаманың нақты мәні деп  тәжірибе жолымен табылған, шаманың  шын мәніне

өте жақын мәнін айтады. Шаманың  нақты мәні оның өлшеп алынған  бірнеше мәндерінің