Алматы энергетика жғне байланыс институты

Алматы энергетика және байланыс институты

Инженерлік кибернетика кафедрасы

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТТАУ ЖӘНЕ СЕРТИФИКАТТАУ

Лабораториялық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

(050702 - Автоматтандыру және басқару мамандығы бойынша оқитын студенттер үшін)

Алматы 2006

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Хан С.Г., Ибрашева Ә.Т. Метрология, стандарттау және сертификаттау. Лабораториялық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар (050702 - Автоматтандыру және басқару мамандығы бойынша оқитын студенттер үшін). - Алматы: АЭжБИ, 2006.- 29 бет.

Әдістемелік нұсқаулар 4 лабораториялық жұмыстың сипаттамасынан және имитациялық моделдеу әдісін қолданып виртуалды жұмыстарды компьютерде жүргізу нұсқауларынан тұрады.

Әдістемелік нұсқаулар " Метрология, стандарттау және сертификаттау" пәні бойынша лабораториялық жұмыстарды орындауда қолданылады.

Без. 8, библиогр.-4 атау.

Пікір беруші: техн.ғыл.канд., АЭжБИ ИК кафедрасының доценті Л.К.Ибраева

Алматы энергетика және байланыс институтының 2006ж. жоспары бойынша басылады.

Мазмұны

1 Зертханалық жұмыс №1. Өлшеу құралдарының қателіктерінің

таралу заңдарын оқу және өлшеулер нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізу …………………………………………………………….. 4

2 Зертханалық жұмыс №2. Температураны өлшеу каналының қателіктерін имитациалық моделдеу………………………………………10

3 Зертханалық жұмыс №3. Температураны өлшеу каналының қателіктерін азайту тәсілдерін зерттеу…………………………………....16

4 Зертханалық жұмыс №4. Өлшеу құралдарының негізгі және

қосымша қателіктерін оқу………………………………………………......21

Әдебиеттер тізімі…………………………………………………………….29

1 Зертханалық жұмыс №1. Өлшеу құралдарының қателіктерінің

таралу заңдарын оқу және өлшеулер нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізу

1.1 Жұмыстың мақсаты

Әртүрлі өлшеу құралдарының техникалық сипаттамаларын және құрылымдық сұлбаларын оқу; өлшеулер нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізу әдістерін және өлшеу құралдарының қателіктерінің таралу заңдарын анықтауды практика жүзінде меңгеру.

1.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма:

- виртуалды зертханалық жұмыс экранында келтірілген 5 әртүрлі өлшеу құралдарының техникалық сипаттамаларын және құрылымдық сұлбаларын оқу;

- осы өлшеу құралдарының көмегімен берілген кіріс шамасын өлшеу бойынша имитациалық эксперимент жүргізу керек;

- имитациалық эксперименттің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізу;

- берілген өлшеу құралдарының қателіктерінің (погрешность) таралу заңдарын бағалау.

1.3 Зертханалық жұмысты орындау реті

1.3.1 Оқытушыдан орындалатын зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін альп, жүйеге тіркелу керек:

- ССТИлаб№1.ехе файлын жүктеу;

- аты-жөнін енгізу;

- зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін енгізу;

- "Начать" кнопкасын басу.

1.3.2 „Характеристики измерительных приборов” атты пайда болған терезеде №1 өлшеу құралының құрылымдық сұлбасын және техникалық сипаттамасын оқыңыз. Осы өлшеу құралы туралы ақпараттың бәрін зертханалық жұмыс есептемесіне (отчет) жазыңыз.

1.3.3 Өлшеу құралының диапазонынан өлшенетін шаманың мәнін таңдап, оны енгізіңіз.

1.3.4 Берілген шаманы өлшеулер санын (имитациялық эксперименттер саны) 50-ге тең қылып енгізіңіз.

1.3.5 «Начать измерения» кнопкасын басыңыз.

1.3.6 Келесі «Результаты имитационного эксперимента и построение диаграммы распределения» терезесінде (1.1-сурет) 1.3.3 п-те көрсетілген өлшенетін шаманың нәтижесі ретінде кездейсоқ сандардан алынған 50 мәні келтірілген. Имитациялық эксперименттердің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізіңіз. Осы өлшеу құралының келесідей метрологиялық сипаттамаларын бағалаңыз: 1.4 п.-ке келісті өлшеу құралының жүйелі және кездейсоқ қателіктері.

1.3.7 Есептелген математикалық тосу, дисперсия және орташа квадратты ауытқудың мәндерін компьютердің есептеген мәндерімен тексеріңіз. Ол үшін есептелген мәндерді сәйкес терезелерге енгізіп «Проверить результаты» кнопкасын басу керек.

1.3.8 Өлшенетін шаманың таралу диаграммасын тұрғызып және оның пішінін «Построить диаграмму» кнопкасын басудан кейін экранда пайда болған диаграммаға қарап тексеріңіз.

1.1-сурет. Имитациялық экперимент нәтижелері және кездейсоқ кателіктердің таралу диаграммасы.

1.3.9 «Следующий прибор» кнопкасын басудан кейін 1.3.2-1.3.8 тармақтарын басқа да өлшеу құралдары үшін қайталаңыз.

1.4 Қателіктерді бағалау және есепке алу.

Өлшеу қателігі (погрешность измерения) дегеніміз ─ өлшенетін шаманың нақты мәнінен өлшеу нәтижесінің ауытқуы.

Өлшеу қателіктері олардың пайда болу себептеріне байланысты жүйелік және кездейсоқ деп екіге бөлінеді.

Барлық өлшеулер кезінде кездейсоқ қателіктердің болу салдарынан өлшенетін шаманың нақты мәні белгісіз болады, сондықтан оның орнына орташа арифметикалық мәні қолданылады. Ол өлшеулер саны көп болса, ол нақты мәнге ең жуық мән де болады

. (1.1)

Матиматикалық статистикада және ықтималдылық теориясында байқаулар саны шексіз көп болса кездейсоқ мәннің орташа арифметикалығы математикалық тосу деп аталады.

Орташа маңында Х-тердің шашылу мөлшері дисперсия деп аталады, келесідей анықталады

. (1.2)

Әдетте квадрат түбірастынан алынған дисперсияны көрсетеді, ол шама орташа квадраттық ауытқу деп аталады

. (1.3)

Бөлек өлшеулерден алынған -лерді (i=1,n) диаграммада бағана түрінде көрсетуге болады (1.2-сурет).

Мұндай диаграмманы салу үшін барлық кіретін х-тің мүмкін мәндерінің диапазонын ( ) ұзындығы ΔХ интервалдарға бөліп тастау керек. (Х, Х+ ΔХ) интервалына түсетін мәндердің санын N(x) Х-ке тәуелді функция етіп алу керек. Әдетте интервал өлшемі келесі ережелер бойынша алынады

егер n>25, , (1.4)

егер n<25, . (1.5)

N(X)

интервалға

түскен

санаулар

саны

1.2-сурет. Бақылаулар нәтижелерінің таралу диаграммасы

Ордината өсі бойынша екі рет нормалданған диаграмма f(x) ықтималдылықтар таралу тығыздығы деп аталады

. (1.6)

Егер өлшеу нәтижелерінде болатын қателіктер тәуелсіз жағдайлардың үлкен санымен шартталған болса, онда олар ықтималдылық заңы бойынша таралады. Бұның дәлелі ықтималдылықтар теориясының орталық шектік теоремасында бар.

Егер ықтималдылықтар таралуы белгілі болса, яғни кездейсоқ шаманың мәндерінің пайда болу ықтималдылығы белгілі болса, кездейсоқ қателік ықтамалдылық заңымен сипатталады. Өлшеулердің көбіне кездейсоқ қателердің қалыпты таралу заңы орынды (Гаусс таралу заңы).

Автоматты потенциометр, мосттар, аналогты тілді (стрелочные) аспаптар – милливольтметрлер, логометрлер, жәнеде сандық аспаптар сияқты өлшеу құралдарының қателіктері бірқалыпты таралу заңы бойынша таралады.

Бақылаулар нәтижесінің кездейсоқ ауытқуын бағалаудың сенімділгіне және туралығына көз жеткізу үшін сенімділік интервалы және сенімділік ықтималдылығы көрсетіліуі тиіс. Сенімділік интервалы деп – берілген сенімділік ықтималдылығы бар кездейсоқ шаманың (қателіктің) сол интервалға түсуін атайды. Сенімділік интервалы келесі түрде көрсетіледі

, (1.7)

мұнда - бақылаулар нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуы (1.3);

к- квантилдік көбейткіш, мәні таңдалған кездейсоқ қателіктің таралу заңына тәуелді.

Бірқалыпты таралу заңы үшін және сенімділік ықтималдылығына тәуелді емес. Қалыпты таралу заңы үшін , сенімділік ықтималдылығының (Р) мәніне және мәндер санына (n) тәуелді: көп қолданылатын сенімділік ықтималдылығы Р және әртүрлі n үшін к мәндері [1- кесте П1-4-1] келтірілген.

Соңғы өлшеу нәтижесі ретінде қабылданатын -тің орташа арифметикалық мәнін бағалау үшін таңдалған сенімділік ықтималдылығына сәйкес сенімділік интервалы келесі түрде көрсетіледі

, (1.8)

мұнда к - (1.7) формуладағыдай;

- өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуы.

Қателіктер теориясына сәйкес - өлшеу нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуын бағалау - бақылаулар нәтижесінің орташа квадраттық ауытқуын бағалаудан есе кіші

. (1.9)

1.5 Өлшеу нәтижесін көрсету формасы

Өлшеу нәтижесі – бұл шаманың өлшеу арқылы табылған мәні. Өлшеу нәтижесін көрсетерде қандай қателікпен (дәлдікпен) орындалғанын көрсету қажет. Жоғарғы дәлдікке мәндері кіші қателіктер сәйкес келеді, дәлдік сөзінің мағынасы осыда. Дәлдікті саны бойынша бағалау үшін бірнеше көрсеткіштер қолданады. Дәлдікті бағалаудың көп қолданылатын түрі ол - өлшеулердің суммарлық қателігінің нақты бір ықтималдылықпен осы интервалда орналасуы. Мұндай жағдайда өлшеу нәтижесін көрсету мынадай

Х; ±Δ_өк; Р, (1.10)

мұнда Х -өлшенетін шама бірлігіндегі өлшеу нәтижесі;

±Δ_өк -сенімділік интервалы, өлшенетін шама бірлігінде көрсетілген өлшеу каналының (ӨК) суммарлық абсолютті шегі;

Р-сенімділік ықтималдылығы.

Бұл өлшеу нәтижесін көрсету энергетикадағы ТП БЖА өлшеулер дәлдігін бағалау кезінде қолданылатын негізгі түр.

Өлшеулер нәтижесін көрсетерде келесі ережелерді қадағалаңыз:

- егер қателіктің мәнінің бірінші саны 1-ге немесе 2-ге тең болса, онда оның мәні екі санмен көрсетіледі, ал егер бірінші саны 3-ке және одан да жоғары болса, онда ол бір санмен көрсетіледі; және де мәні арифметика ережелері бойынша дөңгелектелінеді;

- өлшеу нәтижесі Х қателігі сияқты ондық санға дейін дөңгелектелінеді;

- дөңгелектеу тек соңғы мәліметтерді шығарарда ғана жүргізіледі.

1.6 Есептеме мазмұны

Әрбір зерттелетін өлшеу құралы үшін есептемеде төмендегілер болуы керек:

- өлшеу құралының құрылымдық сұлбасы;

- өлшеу құралының техникалық сипаттамасы;

- өлшенетін шаманың 50 мәні;

- өлшеулер нәтижесінің математикалық тосуын, дисперсиясын және орташа квадраттық мәнін есептеулері;

- өлшеу құралының жүйелік және кездейсоқ қателіктерін бағалау;

- өлшенетін шаманың таралуының диаграммасының графигі және кездейсоқ қателіктің анықталған таралу заңын қорытындылау;

- п 1.5 дөңгелектеу ережелері және (1.10) көрсету формасы бойынша өлшеулер нәтижесін дайындау;

- жұмыс бойынша қорытынды.

1.7 Бақылау сұрақтары

1.7.1 «Өлшеу құралының метрологиялық сипаттамаларына» анықтама беріңіз.

1.7.2 Өлшеу құралының метрологиялық сипаттамаларын атап беріңіз.

1.7.3 «Өлшеу құралының жүйелік қателіктері» және «Өлшеу құралының кездейсоқ қателіктеріне» анықтама беріңіз.

1.7.4 Сенімділік интервалы дегеніміз не?

1.7.5 Сенімділік интервалы қалай саналады?

1.7.6 Кездейсоқ қателіктер қандай таралу заңдары бойынша таралады?

1.7.7 Өлшеу нәтижелерін дөңгелектеу және көрсету ережелері.

2 Зертханалық жұмыс №2 . Температура өлшеу каналының қателіктерін имитациялық моделдеу

2.1 Жұмыс мақсаты

Температура өлшеу каналының әртүрлі сұлбаларын оқу және өлшеу каналының (ӨК) суммарлық қателігін бағалау әдістемесін үйрену

2.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма:

- виртуалды зертханалық жұмыс экранында алынған тапсырмаға сәйкес температура өлшеу каналының сұлбасын жинаңыз;

- осы өлшеу каналының көмегімен берілген кіріс шамасын өлшеу бойынша имитациалық эксперимент жүргізу керек;

- имитациалық эксперименттің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізіңіз;

- температураны өлшеу каналының суммарлық қателігін бағалаңыз.

2.3 Зертханалық жұмысты орындау реті

2.3.1 Оқытушыдан орындалатын зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін алып, жүйеге тіркелу керек:

- ССТИлаб№2.ехе файлын жүктеу;

- аты-жөнін енгізу;

- зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін енгізу;

- "Начать" кнопкасын басу.

2.3.2 „Иммитационное моделирование погрешностей канала измерения температуры ” атты пайда болған терезеде зертханалық жұмысты орындаудың №1 этабы бойынша әдістемелік нұсқауларды оқып “ОК” басыңыз.

2.3.3 Пайда болған “Составление схемы измерительного канала” (2.1- сурет) терезесіндегі тапсырманы мұқият оқыңыз.

Берілген температураны өлшеу каналының сұлбасын жинаңыз. Ол үшін:

- “Схема измерительного канала” терезесінде маркерді (күлгін түсті төртбұрыш) бірінші реттік түрлендіргіш (датчик) орнына апарып қойыңыз;

- “Тип прибора” терезесінде ұсынылған аспаптар тізімінен 2.4т-қа сүйеніп, бірінші реттік түрлендіргіш типін – термопара немесе термокедергіні таңдаңыз;

- «Марка прибора» терезесінен сол бірінші реттік түрлендіргіштің маркасын таңдаңыз. Датчик маркасын таңдау кезінде берілген аспаптың «Выбранный прибор» терезесінде автоматты түрде шығатын техникалық сипаттамасын қолданыңыз;

2.1-сурет. №2 зертханалық жұмыс үшін өлшеу каналының

сұлбасын құру

- датчик маркасын таңдағаннан кейін, аспапты өлшеу каналының сұлбасына орнату үшін «Установить» кнопкасын басыңыз;

- “Схема измерительного канала” терезесінде маркерді екінші реттік аспап орнына апарып қойыңыз;

- “Тип прибора” терезесінде ұсынылған аспаптар тізімінен 2.4т-қа сүйеніп екінші реттік аспап типін таңдаңыз;

- «Марка прибора» терезесінен осы екінші реттік аспаптың маркасын таңдаңыз. Маркасын таңдау кезінде берілген аспаптың «Выбранный прибор» терезесінде автоматты түрде шығатын техникалық сипаттамасын қолданыңыз;

- екінші реттік аспаптың маркасын таңдағаннан кейін аспапты өлшеу каналының сұлбасына орнату үшін «Установить» кнопкасын басыңыз;

- өлшеу каналының сұлбасын жинағаннан кейін «Схема собрана» кнопкасын басыңыз. Егер сұлба дұрыс жиналса «Схема собрана правильно» деген терезе шығады, ал болмаса «Схема собрана неверно» деген ескертулерден кейін 2.3.3 тармақты дұрыс жинағанға дейін қайталаңыз.

2.3.4 «Проведение имитационного эксперимента» терезесінде келесі этапты орындауға деген әдістемелік нұсқаулар бар. Соны дұрыстап оқып, берілген шаманы өлшеулер санын (имитациялық эксперименттер саны) 50-ге тең етіп енгізіңіз.

2.3.5 «Начать имитационный эксперимент» кнопкасын басыңыз.

2.3.6 Келесі «Результаты имитационного эксперимента и построение диаграммы» терезесінде өлшенетін шаманың нәтижесі ретінде кездейсоқ сандардан алынған оның 50 мәні келтірілген.

Имитациялық эксперименттердің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізіңіз. Осы өлшеу каналының келесідей метрологиялық сипаттамаларын бағалаңыз: өлшеу каналының суммарлық жүйелі және кездейсоқ қателіктері.

2.3.7 Есептелген математикалық тосу, дисперсия және орташа квадратты ауытқудың мәндерін компьютердің есептеген мәндерімен тексеріңіз. Ол үшін есептелген мәндерді сәйкес терезелерге енгізіп «Проверить результаты» кнопкасын басу керек.

2.3.8 Өлшенетін шаманың таралу гистограммасын тұрғызып және оның пішінін «Построить диаграмму» кнопкасын басудан кейін экранда пайда болған диаграммаға қарап тексеріңіз.

2.3.9 «Закрыть» кнопкасын басып, зертханалық жұмысты бітіріңіз.

2.4 Температура өлшеу каналының құрылымын таңдау және таңдауды негіздеу.

Бұл бөлімде қоршаған орта көрсеткіштерін (температурасы, қысымы, құрамы, ылғалдылығы, шаң-тозаңдығы, электрлік қасиеттері) ескере отырып өлшеу құралдарын таңдауды дәлелдеу келтірілген.

Өлшеу құралдарын таңдау кезінде оның дәлдігін, өлшеу диапазонын, жұмыс істеу (эксплуатация) жағдайын ескеру керек.

Бірінші реттік түрлендіргішті таңдау кезінде С температура өлшенсе, дәлділік жақсы болу үшін кедергі термометрлерін қолданып, ал С-тан жоғары болса термоэлектрлік түрлендіргіштер қолданған жөн.

Термоэлектрлік түрлендіргіштерге қосымша екінші реттік түрлендіргіш және аспап ретінде нормалаушы түрлендіргіштер (нормирующие преобразователи), милливольтметрлер және автоматты потенциометрлер жұмыс істейді, ал кедергі термометрлерімен бірге – нормалаушы түрлендіргіштер, автоматты мосттар және логометрлер жұмыс істейді.

Өлшенетін температураның берілген номиналды мәні бойынша бірінші реттік және нормалаушы түрлендіргіштердің өлшеу диапазонын және екінші реттік аспаптың шкаласын таңдайды. Жоғарғы дәлдікке жету үшін екінші реттік аспапты нөлдік шкаласыз, нормалаушы түрлендіргішті нөлдік диапазонсыз алу қажет. Өлшенетін температура мәні өлшеу диапазонының (шкаласының) екінші бөлігіне түсуі керек, яғни өлшеудің жоғарғы шегіне немесе түрлендірудің жоғарғы шегіне.

Мүмкіндігінше бір типті аспаптар қолданған жөн, бұл щиттарда оларды жөндеуді, қолдануды және жинақтауды жеңілдетеді.

2.5 ӨК суммарлық қателігін есептеу әдістемесі

Әдетте ақпаратты-өлшеу каналы бірнеше өлшеу каналдарынан тұрады, ал каналдар тізбектеп қосылған өлшеу құралдарынан (ӨҚ) тұрады: датчиктер, нормалаушы түрлендіргіштер, екінші реттік аспаптар, нысанамен байланыстыру құрылғысы ЭЕМ (устройство связи с объектом - УСО ЭЕМ) және т.б.

Кез-келген өлшеу каналын құрылымдық сұлба түрінде келтіруге болады:

1 2 n

ӨҚn

ӨҚ1

ӨҚ2

Х Хөлш

… ..

Мұнда ӨҚ1, ӨҚ2 және т.б. - өлшеу каналына кіретін өлшеу құралдары ;

Δ1, Δ2, ... , Δn - ӨҚ-ның шығыстарына келтірілген олардың қателіктері.

ӨК қателіктерін анықтау ӨК-на кіретін барлық ӨҚ-ның суммарлық қателіктерін есептеуге келіп тіреледі.

ӨК элементтерінің қателіктері әртүрлі жолмен алынады:

- ГОСТ-8.009-84 бойынша нормалаушы метрологиялық сипаттамалар комплексімен ;

- ГОСТ-8.401-80 бойынша негізгі және қосымша рұқсат етілген қателіктер шегі түрінде.

Қателіктерді қосу үшін, олар өздерінің орташа квадраттық ауытқуы (ОКА) түрінде көрсетілуі керек, өйткені бұл жағдайда құрамдағы кез-келген қателіктерді қосуға болады. Бұл есептерді шешу үшін ОКА және дәлдік класымен анықталатын қателік арасындағы қатынасты орнату қажет.

2.5.1 Өлшеу құралдарының қателіктері мен оларды нормалау

ӨҚ-ның қателіктерін классификациялау өлшеу қателіктерін классификациялаудағыдай [1].

Өлшеу қателіктері құрамындағы құралға қатысты қателіктерін бағалау үшін ӨҚ-ның метрологиялық сипаттамалары қажет. Егер бұл сипаттамалар ӨҚ- ның нормативті-техникалық құжаттарында келтірілсе, оларды нормативті-метрологиялық сипаттамалар (НМС) деп атайды. Әдетте ӨҚ-ның НМС-сы негізгі және қосымша рұқсат етілген қателіктердің шегі түрінде және осылармен байланысты дәлдік класы түрінде нормаланады.

Дәлдік класы – бұл ӨҚ-ның жалпыланған метрологиялық сипаттамасы. Ол негізгі және қосымша рұқсат етілген қателіктер шегімен анықталады. Дәлдікке әсер ететін ӨҚ-ның басқа да қасиеттерімен анықталады (вариация, көрсетулерді орнату уақыты және т.б.), олар өлшеулердің әрбір түрі үшін стандарттарда орнатылған.

Технологиялық өлшеулерде дәлдік класын көбінесе келтірілген қателіктер арқылы көрсетеді

, (2.1)

мұнда - % түріндегі келтірілген қателік;

- өлшенетін шама бірлігіндегі абсолютті қателік;

- өлшенетін шаманың нормалаушы мәні (ӨҚ-ның шкаласының шегі).

Бұл жағдайда дәлдік класы ӨҚ-ның нормативті-техникалық құжаттарында келтірілген қателікке (%) тең санмен белгіленеді.

ӨҚ кейбіреуінің і- қателіктері кездейсоқ болғандықтан, өлшеу каналының (ӨК) қателігін табу үшін і-лерді қоса салуға болмайды, өйткені суммарлық қателік өте үлкен болып кетеді. Және де кейбір қателіктердің арасындағы корреляциялық байланысты ескеру керек.

Осы жағдайлары ескере отырып, қосу мақсатында ӨК-на кіретін ӨҚ-ның қателігі өзінің ОКА -абсолютті мәні түрінде келтірілуі керек

, (2.2)

мұнда к- квантилдік көбейткіш, мәні ӨҚ-ның негізгі қателігінің таралуына және сенімділік ықтималдылығының мәніне қатысты анықталады.

Қателіктердің аддитивті және мультипликативті құрамын қосу ыңғайлы болу үшін, ОКА-ды абсолютті емес салыстырмалы түрде келтірген жөн

, (2.3)

ықтималдылықтар теориясына келісті қателіктер суммасының ОКА

, (2.4)

мұнда -корреляция коэффициенті.

Егер және шамалары корреляцияланбаған болса , онда =0 және (2.4) формауласы келесі түрде болады

. (2.5)

Егер және шамалары қатты коррелицияланған болса , онда =1 және (2.4) формауласы келесі түрде болады

. (2.6)

Сонымен қатты коррелицияланған қателіктер геометриялық емес алгебралық түрде қосылады. Егер корреляция коэффициенті теріс таңбалы болса, онда олардың айырмасы алынады.

2.5.2 ӨК-ның суммарлық қателіктерін есептеудің практикалық ережелері

2.5.2.1 Есептеу үшін ӨҚ-ның қателіктерінің сипаттамалары _і болуы керек.

2.5.2.2 ӨҚ-ның қателіктерінің ОКА-ы салыстырмалы түрде (2.3) формула бойынша болуы керек.

2.5.2.3 Корреляциялану дәрежесі бойынша қателіктерді екі түрге бөлуге болады:

- қатты корреляцияланған =0,7 -1,0;

- әлсіз корреляцияланған <0,7.

2.5.2.4 Қатты коррелицияланған қателіктер (2.6) формула, ал қалғандары (2.5) формула бойынша қосылады.

2.5.2.5 Қатты коррелицияланған қателіктер тобын қалғандарымен (2.6) формула бойынша қосады.

2.5.2.6 Сенімділік интервалында ӨК-ның қателігі Р ықтималдылықпен орналасады, осы интервал

δХ_өк,%, (2.7)

мұнда к- квантилдік көбейткіш, мұның мәні қателіктердің таралу заңына және сенімділік ықтималдылығының мәніне тәуелді (таралу заңдарының кестелерінен табылады).

2.5.2.7 Өлшеу нәтижелерін (1.10) түрінде көрсетіңіз.

Сенімділік интервалын ±Δ_өк өлшенетін шама бірлігінде анықтау үшін (2.7) формуласы келесі түрге келтіріледі

Δ_өк=. (2.8)

2.6 Есептеме мазмұны

Есептемеде төмендегілер болуы керек:

- тапсырма;

- температураны өлшеу каналының құрылымдық сұлбасы;

- таңдалған өлшеу құралдарының техникалық сипаттамалары;

- өлшенетін шаманың 50 мәні;

- өлшеулер нәтижесінің математикалық тосуын, дисперсиясын және орташа квадраттық мәнін есептеулер;

- өлшеу құралының жүйелік және кездейсоқ қателіктерін бағалауы;

- температураны өлшеу каналының суммарлық қателігінің теориялық мәнін 2.5т бойынша есептеулері;

- (1.10) формуласы бойынша өлшеулер нәтижесін (имитациялық эксперименттің және теориялық есептеулер) дайындау;

- жұмыс бойынша қорытынды.

2.7 Бақылау сұрақтары

2.7.1 Термопарамен жұмыс істейтін екінші реттік аспаптар.

2.7.2 Термокедергімен жұмыс істейтін екінші реттік аспаптар.

2.7.3 «Өлшеу құралының келтірілген қателігі» және «абсолютті қателіктеріне» анықтама беріңіз және формуласы.

2.7.4 Квантильдік көбейткіш дегеніміз не?

2.7.5 Кездейсоқ қателіктің қалыпты таралу заңы үшін квантильдік көбейткіш қалай саналады?

2.7.6 Өлшеу каналының суммарлық қателігін қалай есептеу керек?

3 Зертханалық жұмыс №3. Температура өлшеу каналының қателіктерін азайту тәсілдерін зерттеу

3.1 Жұмыс мақсаты

Температура өлшеу нәтижесіне ӨК-дағы термоэлектрлік түрлендіргіштің ұзартқыш сымдарының әртүрлі типтері мен температураны компенсациялаушы құрылғы (ТК) әсерін зерттеу.

3.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма:

- осы өлшеу каналының құрылымына ұзартқыш сымдар мен ТК құрылғысын енгізе отырып берілген кіріс шамасын өлшеу бойынша имитациалық эксперимент жүргізу керек;

- имитациалық эксперименттің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізіңіз;

- температураны өлшеу каналының суммарлық қателігін бағалаңыз.

3.3 Зертханалық жұмысты орындау реті

3.3.1 Оқытушыдан орындалатын зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін алып, жүйеге тіркелу керек:

- ССТИлаб№2.ехе файлын жүктеу;

- аты-жөнін енгізу;

- зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін енгізу;

- "Начать" кнопкасын басу.

3.3.2 „Исследование погрешности канала измерения температуры. Л/р №3 ” атты пайда болған терезеде Зертханалық жұмысты орындаудың №1 этабы бойынша әдістемелік нұсқауларды оқып , “ОК” басыңыз.

3.3.3 Пайда болған “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” (3.1- сурет) терезесіндегі тапсырманы мұқият оқыңыз.

Берілген температураны өлшеу каналының сұлбасын жинаңыз. Ол үшін:

- “Тип прибора” терезесінде ұсынылған аспаптар тізімінен бірінші реттік түрлендіргіш типін таңдаңыз – термопара;

- “Схема измерительного канала” терезесінде маркерді екінші реттік аспаптың орнына апарып қойыңыз;

- “Тип прибора” терезесінде ұсынылған құралдар тізімінен екінші реттік аспап типін таңдаңыз;

3.1-сурет. №3 зертханалық жұмыс бойынша өлшеу каналының

сұлбасын құру және аспаптарды таңдау

- “Схема измерительного канала” терезесінде маркерді екінші реттік аспаптың орнына апарып қойыңыз;

- “Тип прибора” терезесінде ұсынылған құралдар тізімінен екінші реттік аспап типін таңдаңыз;

- екінші реттік аспап маркасын таңдағаннан кейін аспапты өлшеу каналының сұлбасына орнату үшін «Установить» кнопкасын басыңыз;

- өлшеу каналының сұлбасын жинағаннан кейін «Схема собрана» кнопкасын басыңыз. Егер сұлба дұрыс жиналса «Схема собрана правильно» деген терезе шығады, ал болмаса «Схема собрана неверно» деген ескертулерден кейін 3.3.3 тармақты дұрыс жинағанға дейін қайталаңыз.

3.3.4 «Этап 2. Имитационный эксперимент» терезесінде келесі этапты орындауға деген әдістемелік нұсқаулар бар. Соны дұрыстап оқып, берілген шаманы өлшеулер санын (эксперименттер саны) 50-ге тең қылып енгізіңіз.

3.3.5 «Начать имитационный эксперимент» кнопкасын басыңыз.

3.3.6 Келесі «Результаты имитационного эксперимента и построение диаграммы» терезесінде өлшенетін шаманың нәтижесі ретінде кездейсоқ сандардан алынған 50 мән келтірілген.

Имитациялық эксперименттердің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізіңіз. Осы өлшеу каналынының келесідей метрологиялық сипаттамаларын бағалаңыз: өлшеу каналынының суммарлық жүйелі және кездейсоқ қателіктері.

3.3.7 Есептелген математикалық тосу, дисперсия және орташа квадратты ауытқудың мәндерін компьютердің есептеген мәндерімен тексеріңіз. Ол үшін есептелген мәндерді сәйкес терезелерге енгізіп «Проверить результаты» кнопкасын басу керек.

3.3.8 Өлшенетін шаманың таралу гистограммасын тұрғызып және оның пішінін «Построить диаграмму» кнопкасын басудан кейін экранда пайда болған диаграммаға қарап тексеріңіз.

3.3.9 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Алғаш құрылған өлшеу каналының сұлбасы өзгеріссіз қалады.

Енді бұл сұлбаға ұзартқыш сымдарды қосып күрделі қылайық. Бұл сымдар бірінші ретті түрлендіргіш – термопарамен жұмыс істейді, оларды таңдау үшін «Удлиняющие провода» кнопкасын басыңыз. «Тип проводов» терезесі шығады (3.2-сурет), осыдан ұзартқыш сымдар типі таңдалады. Ұзартқыш сымдардың үш типі ұсынылған: ХК, М, ПП типтері [ 1, §4-9].

Сымның ХК типін таңдап, «Применить» кнопкасын басыңыз, содан кейін «Выход». Алғашқы өлшеу каналының сұлбасында ХК типті сымдар пайда болады. «Схема собрана» кнопкасын басқаннан кейін «Схема собрана верно» хабарламасы шығады. 3.3.4-3.3.8 т-ын алынған өлшеу каналының сұлбасы үшін қайталаңыз.

3.3.10 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Ұзартқыш сымдардың типін М типіне ауыстырып, 3.3.9 т-ты қайталаңыз.

3.3.11 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Ұзартқыш сымдардың типін ПП типіне ауыстырып, 3.3.9 т-ты қайталаңыз.

3.3.12 Әртүрлі ұзартқыш сымдармен алынған өлшеу каналының үш сұлбасы үшін 3.3.7 т-ында алынған ОКА мәндерін бағалаңыз. ОКА-уы ең кіші сұлбаны таңдаңыз.

3.3.13 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Алғаш құрылған өлшеу каналының сұлбасы өзгеріссіз қалады. Ұзартқыш сымдар жоқ.

3.2-сурет. ӨК-ның сұлбасына әр типті ұзартқыш сымдарды орнату

Енді бұл сұлбаға ТК құрылғысын қосып күрделі қылайық. Ол үшін «Устройство КТ» кнопкасын басыңыз. Алғашқы өлшеу каналының сұлбасында ТК (мост) құрылғысы пайда болады. «Схема собрана» кнопкасын басқаннан кейін «Схема собрана верно» хабарламасы шығады. 3.3.4-3.3.8 пп-терін алынған өлшеу каналының сұлбасы үшін қайталаңыз.

3.3.14 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Алғаш құрылған өлшеу каналының сұлбасы өзгеріссіз қалады.

3.3.15 «Закрыть» кнопкасын басып, зертханалық жұмысты бітіріңіз.

3.4 Есептеме мазмұны

Есептемеде төмендегілер болуы керек:

) тапсырма;

) температураны өлшеу каналының құрылымдық сұлбасы;

) таңдалған өлшеу құралдарының техникалық сипаттамалары;

) ӨК-ның әртипті ұзартқыш сымдармен және ТК құрылғысымен жасалған әрбір имитациялық эксперимент үшін келесі болу қажет:

1) өлшенетін шаманың 50 мәні;

2) өлшеулер нәтижесінің математикалық тосуын, дисперсиясын және орташа квадраттық мәнін есептеулер;

3) өлшенетін шаманың таралуының диаграммасының графигі және кездейсоқ қателіктің анықталған таралу заңын қорытындылау;

4) (1.10) формуласы бойынша өлшеулер нәтижесін (имитациялық эксперименттің) дайындау;

д) жұмыс бойынша қорытынды.

3.5 Бақылау сұрақтары

3.5.1 Термоэлектрлік түрлендіргіштердің стандартты градуировкасы.

3.5.2 Ұзартқыш термоэлектродтық сымдар, олардың қызметі.

3.5.3 Стандартты ұзартқыш термоэлектродтық сымдардың негізгі сипаттамалары.

3.5.4. ТК құрылғысының сұлбасы және жұмыс істеу принципі.

3.5.5 Термопаралардың бос ұштарының температурасына қандай мақсатта түзетулер енгізіледі?

4 Зертханалық жұмыс №4. Өлшеу құралдарының негізгі және қосымша қателіктерін оқу

4.1 Жұмыс мақсаты

Қоршаған ортаның температурасы, сыртқы электромагниттік өріс және желіні қоректендіру кернеуі сияқты көрсеткіштердің өлшеу нәтижелеріне әсерін тигізуді оқу және өлшеу құралдарының негізгі және қосымша қателіктерін санау әдістемесін оқу.

4.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма:

- осы өлшеу каналының көмегімен берілген кіріс шамасын өлшеудің имитациалық экспериментін қалыпты жағдайда және эксплуатациялық жағдайда жүргізу керек;

- имитациалық эксперименттің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізіңіз;

4.3 Зертханалық жұмысты орындау реті

4.3.1 Оқытушыдан орындалатын зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін алып, жүйеге тіркелуі керек:

- ССТИлаб№2.ехе файлын жүктеу;

- аты-жөнін енгізу;

- зертханалық жұмыстың нұсқа нөмірін енгізу;

- "Начать" кнопкасын басу.

4.3.2 „Изучение основних и дополнительных погрешностей средств измерения” атты пайда болған терезеде зертханалық жұмысты орындаудың №1 этабы бойынша әдістемелік нұсқауларды оқып , “ОК” басыңыз.

4.3.3 Пайда болған “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” (сурет-4.1) терезесіндегі тапсырманы мұқият оқыңыз. Тапсырмада өлшеу құралының типтері берілген және экспериментті жүргізу шарттары қойылған: әсер ететін шамалардың мәндері келтірілген (қоршаған орта температурасы, желіні қоректендіру кернеуі, электромагниттік өріс кернеулігі). Ол мәндер – ұлғайтылған мәндер облысынан (ҰМО – раширенная область значений РОЗ), қалыпты жағдайда (ҚЖ – нормальные условия), эксплуатациялық жағдайда (ЭЖ) алынған.

Берілген температураны өлшеу каналының сұлбасын жинаңыз. Ол үшін:

4.1-сурет. №4 зертханалық жұмыс бойынша өлшеу каналының

сұлбасын құру және аспаптарды таңдау

- “Тип прибора” терезесінде ұсынылған аспаптар тізімінен бірінші реттік түрлендіргіш типін тапсырма бойынша таңдаңыз;

- «Марка прибора» терезесінен сол бірінші реттік түрлендіргіштің маркасын таңдаңыз;

- “Схема измерительного канала” терезесінде маркерді екінші реттік аспаптың орнына апарып қойыңыз;

- “Тип прибора” терезесінде ұсынылған аспаптар тізімінен екінші реттік аспап типін тапсырма бойынша таңдаңыз;

- «Марка прибора» терезесінен осы екінші реттік аспаптың маркасын таңдаңыз;

- екінші реттік аспап маркасын таңдағаннан кейін құрылғыны өлшеу каналының сұлбасына орнату үшін «Установить» кнопкасын басыңыз;

- өлшеу каналының сұлбасын жинағаннан кейін «Схема собрана» кнопкасын басыңыз. Егер сұлба дұрыс жиналса «Схема собрана правильно» деген терезе шығады, ал болмаса «Схема собрана неверно» деген ескертулерден кейін 4.3.3 тармақты дұрыс жинағанға дейін қайталаңыз;

- экспериментті қалыпты жағдайда жүргізу үшін осы терезенің ортасында тұрған «Включить нормальные условия» кнопкасын басыңыз (4.1- сурет).

4.3.4 «Этап 2. Имитационный эксперимент» терезесінде келесі этапты орындауға деген әдістемелік нұсқаулар бар. Соны дұрыстап оқып, берілген шаманы өлшеулер санын (эксперименттер саны) 50-ге тең қылып енгізіңіз.

4.3.5 «Начать имитационный эксперимент» кнопкасын басыңыз.

4.3.6 Келесі «Результаты имитационного эксперимента и построение диаграммы» терезесінде өлшенетін шаманың нәтижесі ретінде кездейсоқ сандардан алынған 50 мән келтірілген.

Имитациялық эксперименттердің нәтижелерін статистикалық өңдеуден өткізіңіз. Осы өлшеу каналының келесідей метрологиялық сипаттамаларын бағалаңыз: өлшеу каналынының суммарлық жүйелі және кездейсоқ қателіктері.

4.3.7 Есептелген математикалық тосу, дисперсия және орташа квадратты ауытқудың мәндерін компьютердің есептеген мәндерімен тексеріңіз. Ол үшін есептелген мәндерді сәйкес терезелерге енгізіп «Проверить результаты» кнопкасын басу керек.

4.3.8 Өлшенетін шаманың таралу гистограммасын тұрғызып және оның пішінін «Построить диаграмму» кнопкасын басудан кейін экранда пайда болған диаграммаға қарап тексеріңіз.

4.3.9 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Алғаш құрылған өлшеу каналының сұлбасы өзгеріссіз қалады.

Экспериментті жүргізу шарттарын өзгертейік.

Өлшеу құралын қолдануда берілген қалыпты жағдай жарамсыз, яғни жұмыс жағдайына (эксплуатация) жарамсыз. Сондықтан әрбір өлшеу құралы үшін техникалық шарттарда немесе стандарттарда әсер етуші шамалардың ұлғайтылған мәндер облысын орнатады, яғни бұл облыстың ішінде қосымша қателіктің мәні орнатылған шектерден аспауы керек.

Экспериментті қоршаған ортаның температурасы әсер етуі кезінде жүргізейік. Ол үшін терезенің «Условия эксплуатации» атты бөлігідегі «Температура окружающей среды» жолына «тышқан» көмегімен белгі қою керек. Өлшеу каналының сұлбасында қоршаған ортаның температурасының әсер етуі белгісі тұрады (4.2 сурет). «Схема собрана» кнопкасын басқаннан кейін «Схема собрана верно» хабарламасы шығады.

4.3.4-4.3.8 т-ын алынған өлшеу каналының сұлбасы үшін қайталаңыз.

4.2 –сурет. Экспериментті жүргізу шарттарын өзгеру мысалы:

бір әсер етуші шаманың әсері

4.3.10 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Экспериментті жүргізу шарттарын өзгертіңдер: желіні қоректендіру кернеуінің әсерін қойып 4.3.т-ын қайталау керек.

4.3.11 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Экспериментті жүргізу шарттарын өзгертіңдер: электромагниттік өріс кернеулігінің әсерін қойып 4.3.9т-ын қайталау керек.

4.3.12 “Составление схемы измерительного канала и выбор приборов” терезесіне қайтыңыз. Алғаш құрылған өлшеу каналының сұлбасы өзгеріссіз қалады. Экспериментті жүргізу шарттарын өзгертіңдер: барлық үш әсер етуші шаманың суммарлық әсерін қою керек. Ол үшін «Условия эксплуатации» бөлігінен «Все» кнопкасын басыңыз (4.3 сурет).

4.3.4- 4.3.8 т-ын алынған өлшеу каналының сұлбасы үшін қайталаңыз.

4.3.13 «Закрыть» кнопкасын басып, зертханалық жұмысты бітіріңіз.

4.3 –сурет. Экспериментті жүргізу шарттарын өзгерту мысалы:

үш әсер етуші шаманың суммарлық әсері

4.4 Өлшеу құралдарының негізгі және қосымша қателіктерін есептеу

4.4.1 Қалыпты эксплуатация жағдайындағы өлшеу құралдарының қателіктерін есептеу

Бірінші ретті түрлендіргіштің – термопараның градуирлендіру кезіндегі рұқсат етілген (допускаемое отклонение) қателігі (ауытқуы – ΔЕ₁) [1]-ге келісті термопара типіне және өлшенетін температура мәніне тәуелді. [1, кесте 4-7-3] келтірілген формула бойынша есептеледі.

Екінші реттік аспаптың көрсетуінің негізгі рұқсат етілген абсолютті қателігі келесі формуламен анықталады

, мВ, (4.1)

мұнда k- екінші реттік аспаптың дәлдік класы;

Е_Ж, Е_Т- екінші реттік аспаптың өлшеу диапазонының жоғарғы және төменгі шектері, мВ.

Қалыпты жағдайда өлшеу каналының көрсетулерінің шектік негізгі абсолютті қателігі келесі формуламен анықталады

_, мВ. (4.2)

Осы қателіктің мәнін Цельсий градусында алу үшін (ΔТ_қж) сәйкес термопараның градуирлендіру кестесін (түрлендіру функциясы) қолдану қажет [1-кесте П4-7-1,2,3,4].

4.4.2 Жұмыс (эксплуатация) жағдайындағы өлшеу каналының қателіктерін есептеу

Екінші реттік аспаптардың (автоматты потенциометрлер) техникалық сипаттамаларына келісті термопарамен бірге жұмыс істеу кезінде аспаптың көрсетулерінің өзгеруі келесіден болады:

- қоршаған орта температурасының қалыпты жағдайдан өзгеруінен болатын қателік. Егер бұл өзгеріс ұлғайтылған мәндер облысынан (расширенная область значений – РОЗ) шықпаса, онда әрбір 10⁰с-қа аспаптың көрсетуінің өзгеруі келесіден аспайды

, мВ; (4.3)

- аспаптың күштік электр тізбек көзінің кернеуінің өзгеруінен болатын қателік. Егер бұл өзгеріс номиналды мәннен ауытқуы +10 және -15% аралығында болса, аспаптың көрсетуінің өзгеруі келесіден аспайды

, мВ; (4.4)

- сыртқы электромагниттік өрістің әсерінен болатын қателік. Егер жиілігі 50Гц айнымалы тоқпен түзілетін сыртқы электромагниттік өрістің кернеулігі 400А/м-ден аспаса, онда аспаптың көрсетуінің өзгеруі келесіден аспайды

, мВ. (4.5)

Бұл қателіктердің мәндерін Цельсий градусында алу үшін сәйкес термопараның градуирлендіру кестесін қолданған жөн [1- кесте П4-7-1,2,3,4].

Екінші реттік аспаптың көрсетуінің суммарлық өзгеруінің шегін жуықтап келесі формула бойынша бағалауға болады

δ_қос , %. (4.6)

Мұнда - і-інші әсер етуші шаманың әсерінің шектік салыстырмалы қателігі

=±(*100)/ t_өлш, %. (4.7)

Мұнда - і-інші әсер етуші шаманың әсерінен болатын қосымша қателіктер, ;

t_өлш - өлшенетін температураның мәні.

Екінші реттік аспаптың көрсетуінің суммарлық өзгеруінің қосымша абсолютті қателігі келесі формуламен анықталады

ΔТ_қос=±t_өлшδ_қос , . (4.8)

Эксплуатация жағдайында өлшеу каналының шектік қателігі келесіден аспайды

ΔТ_эж=±(ΔТ_қж+ΔТ_қос), ⁰С. (4.9)

4.5 Есептеме мазмұны

Есептемеде төмендегілер болуы керек:

- тапсырма;

- температураны өлшеу каналының құрылымдық сұлбасы;

- таңдалған өлшеу құралдарының техникалық сипаттамалары;

- өлшенетін шаманың 50 мәні; өлшеулер нәтижесінің математикалық тосуын, дисперсиясын және орташа квадраттық мәнін есептеулер; сенімділік интервалын бағалау; қалыпты жағдайдағы, эксплуатация жағдайындағы үш әсер етуші шаманың бөлек және суммарлық әсері кезінде өлшенетін шаманың таралуының гистограммасының графигі;

- қалыпты жағдайдағы, жұмыс (эксплуатация) жағдайындағы әсер етуші шамалардың суммарлық әсері кезіндегі өлшеу каналының қателігінің теориялық мәнінің есептеулері, 4.4к-қа сәйкес;

- (1.10) формуласысы бойынша өлшеулер нәтижесін (имитациялық эксперименттің және теориялық есептеулердің) дайындау;

- жұмыс бойынша қорытынды.

4.6 Бақылау сұрақтары

4.6.1 Өлшеу құралының «негізгі қателігі» және «қосымша қателіктеріне» анықтама беріңіз.

4.6.2 Қандай эксплуатация жағдайлары қалыпты, ал қандайы жұмыс жағдайлары?

4.6.3 Сыртқы әсерлерге мысал.

4.6.4 Өлшеу құралдарының қателіктерінің қандай сандық көріністері бар?

4.6.5 «Ұлғайтылған мәндер облысы» дегеніміз не?

Әдебиеттер тізімі

1. Перображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. – М.: Энергия, 1978.

2. Андреев А.А. Автоматические показывающие, самопишущие и регулирующие приборы. – Л.: Машиностроение, 1973.

3. Новицкий П.В., Заграф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. – Л.: Энергоатомиздат, Ленинград.отд-ние, 1985.

4. Хан С.Г. Метрология и измерения. Выбор структуры и расчет метрологических характеристик канала измерения темпратуры. Методические указания к курсовой работе. – Алматы: АИЭС, 1999.-25с.

2005ж. қос. жоспары, реті 17