Метрология негіздері, ақпараттың жүйелер АСУ ТП сияқты жылу физикалық өлшеулер

№1 Тақырып. Метрология негіздері, ақпараттың жүйелер АСУ ТП сияқты жылу физикалық өлшеулер.

Өлшеулердің маңызы мен негізгі ерекшеліктері

 Метрология (грекшеден Metron – өлшем және Logos - ғылымы) – өлшеу туралы ғылым, оның әдістерімен құралдардың бірлігін қамтамасыз ету және олардың дәлдігіне қойылатын талаптарды қарастырады.

Физикалық шаманың қасиеті деп  көптеген физикалық обьектімен жалпы  сапалық қатынасын айтамыз. Бірақ, оның сандық қатынасына келгенде әрбір  физикалық обьектілерін жатқызуға  болады.

Физикалық обьект олардың айналасындағы физикалық жүйелер, оның күй – жағдайы және оларда болатын гразистер деп ьүсінуге болады. Сонымен қатар физикалық әдістерді қолданатын химия және басқа ғылымдардың обьектілерін жатқызуға болады.

Арнайы техникалық құралдар арқасында тәжірибелік жолмен физикалық шамалардың мөлшерін табу.

Өлшеу объектісі –  бұл күрделі құбылыс немесе процесс. Көптеген физикалық шамаларды жеке-жеке сипаттайды. Әрқайсысын жеке-жеке өлшеуге  болады, бірақ нақты жағдайда басқа  параметрлермен бірге жұмыс істейді.

Өлшеуге таңдап алынған  физикалық шаманы өлшенетін шама дейді.

Өлшеу нәтижесінде алынған  физикалық шама мәні бірліктерінің  өлшеуіне арналып қабылданған бағалауын  ұсынады.

Объектінің идеалды  түрде сапалық және сандақ қатынастарының сәйкес келуші қасиетін көрсететін физикалық шаманың мынайы және нақты мәндеоінің айырмашылығын айтамыз.

Физикалық шаманың нақты  мәні – эксперименталдық жолмен табылған және шындық мәнге жақындаған көрсететін физикалық шама мәнін айтамыз.

Орындалған немесе шамаланған өлшеулерді біріктіру үшін негізгі сипаттамасын білуі керек.

Өлшеу принципі деп –  Физикалдық құбылыстардың жиынтығына негізделген өлшеулерді айтамыз.

Өлшеу әдістері деп –  өлшеуду қолданған принциптер мен  құралдар жиынтығын айтамыз.

Өлшеу қателіктері деп – өлшеу нәтижесінде алынған мәндердің Х шындық мәнінен ауытқу Хө шамасын айтамыз

Q = X – X_ө.

Осындай формамен анықталған қателік – өлшеніп табылған шама бірлігі немесе абсолюттік қателік  деп атайды.

Салыстырмалы қателік  деп абсолюттік қателіктің шындық мәнге қатынасын айтамыз.

Абсолют және салыстырмалық  қателіктерді дәлдігін анықтауда –  физикалық шаманың шындық  Хш мәнінің орнына нақты Хн мәнін қолдануымызға болады

Өлшеу әдістері:

Өлшеу әдісі деп –  өлшеу құралдары мен қолданылған  принциптердің жиынтығын айтамыз. Өлшеулер жүргізудің 2 әдісі бар :

Бағалау және өлшеммен салыстыру  әдісі. Бағалау әдісі есп беру құрылысының іс-әрекет кезіндегі  анықтап берген мәнің айтамыз.

Өлшеммен салыстыру  әдісі деп өлшенген шаманың мәнін  бағалау кезәнде алынған шама мәнімен салыстыруды айтамыз.

Нөлдік әдіс – бұл  өлшеммен салыстыру әдісімен прибордағы жауаптың әрекет ету шамасымен салыстырғандағы  айырмашылығы нөлге дейін жетуі  мүмкін.

Дифферециалдық әдіс- бұл өлшеуіш прибордағы шама мен  анықталған шамаларының арасындағы айырымға әсер ететін өлшеммен салыстыру әдісі.

Орын басу әдісі –  бұл өлшенетін шаманың ұдайы  өлшенетін шамасы, яғни анықталған шамамен орнын ауыстырып өлшеммен салыстыру әдісін айтамыз.

Сәйкестендіру әдісі  – бұл периодтық сигналдың  немесе шкала белгілерінің сәйкестігін қолдана отырып өлшенетін шамамен шаманың арасындағы айырмашылығының өлшеммен салыстыру арқылы өлшеуді айтамыз.

Физикалық шаманы өлшеу  – өдшеу бірлігінің артынан қабылданған  шаманы басқа бір келкі физикалық  шамамен салыстыру олар төмендегілердің көмегімен туындылануы мүмкін:

1 - өлшем, өлшеу бірліктерінің ұсынушы үлгілері

2 - өлшеуші құрылғы (амперметр, манометр және т.б)

3 - өлшеуші құрылғылар мен қосалқы элементердің жиынтығын өлшейтін өлшегіш құрылғы.

Тура және жанама өлшеулер болады. Тура өлшеу дегеніміз физикалық шамаларды тікелей өлшейді. Тура өлшеулерде мысалы: ұзындықты сызғышпен, тоқ күшін амперметрмен, уақытты секундомермен өлшейді

Жанама өлшеулерде тікелей  өлшеулер жүргізілмейді. Мұнда қажет  мәнді білу үшін басқа шамалармен байланысты математикалық өрнектеулер арқылы табамыз. Мысалы: Дене тығыздығын оның масса мен көлемінің қатынасы арқылы табамыз, ал кедергіні тоқ пен кернеудің қатынасы арқылы табамыз.

Өлшеу құралдарының классификациясы. Метрологиялық өлшеу құралдарында метрологиялық тағайындаулар және әрекет ету принципі классификациясы енгізілген.

Өлшеу құралдары келесі түрге бөлінеді. Мөлшерлер, өлшеуші  құрылғы; өлшеу құралдары және өлшеу  жүйелері.

Өлшеу құрылғыларының қолдану  шарттының тәуелділігіне байланысты. Негізгі және қосымша қателіктер деп бөлеміз.

Негізгі әдебиеттер [1 – 4, 11] (бет 7 - 52)

Қосымша әдебиеттер [4 – 16, 8] (бет 4 -10. бет 7 - 30)

 

      №2. Тақырып. Қысымды өлшеу.

Қысым деп – пен  сол күш перпендикуляр әсер ететін жазықтықтың қатынасын айтамыз. Қысымның келесі түрлері бар:

Атмосфералық, абсолюттік, вакуумдік және артық қысым.

Атмосфералық қысым (барометрлік) – жер атмосферасының ауа салмағы  арқылы жасалынушы қысым.

Абсолюттік қысым –  абсолют нөлден бастап саналатын қысым.

Артық қысым – Барометрлік және абсолют қысымдардың арасындағы айырмашылығы.

Вакуум – Барометрлік  және абсолют қысымдардың арасындағы айырмашылығы.

Қысымды өлшеуді құрылыларды  өлшеуші қысымдар және әрекет етуші  қысымдар бойынша классификациялауға болады.

Өлшегіш құралдардың өлшенетін қысымын төмендегідей бөлуге болады:

• Манометрлік артық қысым – артық қысымдарды өлшеу үшін
• Манометрлік абсолют қысым – абсолют нөлден бастап саналатын қысым
• Барометрлер – атмосфералық қысымды өлшеу үшін
• Вакуумметрлер – вакуумдағы қысымды өлшеу үшін
• Мановакуумметрлер – артық және вакуумдық қысымды өлшеу үшін

Сұйықтықты приборлар:

Бұл топтағы құрылғылар қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Оларды лабораториялық, техникалық сияқты қолданылады. Оларды толтыру үшін әр-түрлі тиекті сұйықтықтар қоданылады. Олар: сынап, су және спирт.

Қос трубалы құралдар. Қос трубалы манометрлер және мановакуумметрлер кең таралан. Олар шыны трубкаданжасалады. Артық  қысым өлшенетін көлемі һ шкалалы  нығыздалған платаға бекітіледі. Гидростатикалық қысым бағанасындағы сұйықтықтар қысымының деңгейлері теңескенде жүйеде тепе-теңдік орнайды.

                            Р_абсF = Р_атмF + hFrg,

Мұндағы Рабс –  қысымның абсолюттік өлшемі ; Па

Ратм – атмосфералық қысым

Ғ – трубаның ауданы ; м2

Һ – сұйықтық деңгейлерінің айырымы ; м

r - сұйықтықтың тығыздығы ; кг/м3

g – еркін  түсу үдеуі ; м/с2

 

Осы өрнектен:

Р_{абс  =}  Р_атм  +hpg немесе Рартық  = Рабс – Ратм = hpg

 

Деңгейлердің айырымы  оң және солқуыстардың суммарлық  қосындысымен анықталады. Һ =  һ1 + һ2

Дифферциалдық қос трубаның сұйықтығының қысымының айырымының манометрмен өлшеу кезінде екі трубаның біреуіне көп қысым беріледі, ал екіншісіне азырақ беріледі.

Сұйық айырымының деңгейі плюстік және минустік қуыстардың қысымы қайта құлау қысымының  өлшеміне пропорционал.

           ΔР=Р1-Р2= hrg.

Бір трубалы құрылғылар: бір трубалы құрылғылар қос трубалы  манометрлердің модификацияланған  түрі болып табылады. Оның бір колонасыкеңыдыспен ауыстырвлады. Артық қысым әсерінен сұйық қысымының деңгейі ыдыста көбейеді, ал трубкада азаяды.

Р_изб=(h+H)rg.      

Осыдан:

Р_изб=h(1+f/F)rg.

f/F қатынасы 1/400 – ден артық  болмайды. Н-ті ескермеуге де болады.

Манометрлердің сұйықтықты өлшеудегі жоғарғы шегі қабылдауға болатын габаритті мөлшермен  шеутеледі. Практикада қысымды өлшеу  үшін 20кПа – дан аспайтын құрылғылар қоданылады.

МАНОМЕТРЛЕР. өте аз қысымды  өлшеу үшін қысық трубкалы микронанометрлер қолданылады.

Ол құрылғылардың өлшеу  мүмкіндігі 160 Па-дан 2 кПа-ға дейінгі  аралықта.

Колокольді дифмонометрлер. Мұндай дифмонометрлер колокол мәріздес болып келеді. Олар жұмысшы сұйықтықта қысым айырымының әсерінен орын ауыстырады. Қарсы әсер етуші күшколколды көтергенде салмағы келуінің нәтижесінде пайда болады. Бұл Архимед заңына байланыстысты колоколға әсер ететін гидростатикалық көтергіш күштің есебінен өзгереді.

Колоколді дифмонометрді  әрекет ету принципі 2,1 а,б суреттері.

Егер өлшенетін қысым 2 – және камерраларда өзара тең  болса, онда 1 – колокол 2,1 б суретінде  көрсетілдегідей жағдайда болады

 

  2.1 сурет Колоколбді дифмонометрдің әрекет ету принципі.

 

Егер колоколдағы қысым  төмендеуі аздап ауытқысы d(P1 – P2), онда колокол су бетіне қалқып щығады. Қысым құлауынан көтеретін күш  өзгергенге дейін колоколдың қалқып шығуы жалғаса береді. Гидростатикалық  көтергіш күштердің өзгерісі теңгерілмейді. 2,1 Б суретінде көрсетілгендей тепе-теңдік жағдайы үшін төмендегідегі теңдіктер орындалады:

d(Р₁ – Р₂)F = (dH + dy)D¦g(r_ж – r_с);          (2.6)

dh = dy + dx;              (2.7)

d(Р₁ – Р₂) = dh(r_ж – r_с)g;            (2.8)

¦dy = D¦dH + (Ф – F)dx,            (2.9)

 

Мұндағы Ғ –  колоколдың көлденең қимасының ауданы

dh – колоколдың  орын ауыстырды

dy – сұйықтықтың  орын ауыстырады

D¦ - колокол қабырғасының көлденең қимасының ауданы

Рсұйықтық, Рорта  – жұмыстық сұйықтықтың және өлшенетін  ортаның тыыздығы

dh – колоколдың  ішіндігі және сыртындағы сұйықтықтың деңгейлерінің айырымы.

dx – кең ыдыстағы  сұйықтықтың орын ауыстыруы.

Ф – кең ыдыстың  көлденең қимасының ауданы

¦ - колоколдың көлденең қимасының ішкі ауданы.

2,5 және 2,9 теңдеулерін  шеше отырып біз төмендегі тетеңдеуді аламыз.

,

 

Осыдан (P1 – P2) мынадай  түрге түрленеді.

 

 

Колокольді дифронометрдің статистикалық сипаттамасын гидростатикалық меңгеру арқылы 2,10 теңдеуде көрсетіледі. Қысым құлауының кең диапазондағы мәнін қамтамасыз етуге қатынасы мына теңдікке дейін ¦/D¦ төменделуі мүмкін

 

Негізгі әдебиеттер:[1-3.5.6.11] (бет 397-431)

Қосымша әдебиеттер: [14-16.18.19] (бет 4-15)

 

№3 Тақырып. Температураны  өлшеу

3.1. Температура және  температураның шкаласы туралы жалпы мағлұмат. Температураны өошеу әдістерінің классификациясы.

Температура деп денесінің  қызу дәресежін сипттайтын физикалық  шаманы айтамыз

Температуралық шкалалар.

Температуралық шкала  деп температураның өлшемнін жатқан термометрлік шамамен нақты сандық байланысын айтады.

Бірінші шкалалар ХVІІІ  ғ. пайда болды. Оларды құрастыру  үшін заттың фазалық тепе-теңдігін сақтайтын екі тірестік t₁  және t₂ нүктелері таңдалады. Температуралар айырымын _, t₂ - t₁  негізгі температуралық интервал деп атайды. Фаренгейт (1715ж.), Реомюр (1776ж.) және Цельсий (1742ж.) шкала құрастырғанда, температура мен термометрлік қасиеттер арасындағы сызықтық байланысты негізге алып отырған. Мұнда сұйықтықтың көлемінің өзгеруі қоданылған. Сондықтан, осы принципке негізделіп жасалған шкалаларда, градус өлшем бірлік болмай, шкала ьасштабы болып табылады.

Көрсетілген бір шкаладан басқа бір шкала арасындағы температураны  өлшеу үшін мына қатынас қолданылады:

t⁰ C = 1,25⁰R = (5/9)( t⁰F – 32).

Заттың термометрлік қасиеттеріне қатысы жоқ температуралық шкаланы құру 1848 жылы ойлап табылды. Кельвин ұсынған шкала термодинамикалық шкала деп аталады. Шартты температуралық шкалалардан термометрлік температура шкаласыны айырмашылығы, ол абсолюттік болып табылады.

Температураның термодинамикалық шкаласы ттермодинамиканың екінші заңына негізделген.

3.2. Манометрлік термометр. Термоэлектрлік термометр. Температураны термометрлік кедергі арқылы өлшеу.

 

Температураны өлшеудің кең таралған өндірістік заттар:

 

• Маонметрлік термометрлер: газдық, сұйықтық және конденсаторлық
• Термометрлік түрлендіргіштер
• Металды кедергі түрлендіргіштер
• Жартылай өткізгішті түрлендіргіштер
• Сәулелену пирометрлер: квазимонохроматты спектрлік қатынасы, радиация