Билет №6

1. Физикалық шамалардың бірліктер жүйесі. Физикалық шама деп көптеген физикалық объекттер үшін сапалың тұрғыда ортаң болатын және сандық мәнде ерекшеленетін физикалық объект (құбылыстың, процестің) қасиеттерінің бірі аталады. Физикалық шаманың бірлігі ­ сандық мәні шартты қойылған бірлікке тең және біртекті физикалық шамаларды сандық сипаттау үшін қолданылатын, белгіленген өлшемнің физикалық шамасы. Физикалық шаманың бірлік өлшемі мемлекеттің метрологиялық органдармен анықталып белгіленеді. Туынды бірліктер когеренттік және когеренттік және когеренттік емес болып екіге бөлінеді. Когеренттік дегеніміз көбейткіш саны бірлікке тең болатын, басқа жүйенің бірліктерімен теңдеу арқылы байланысқан, физикалық шаманың туынды бірлігі. Мысалы, жылдамдық бірлігі түзусызықты және тең өлшемді қозғалыс нүктелерінің жылдамдығын анықтайтын теңдеу арқылы түзіледі: , мұндағы L – жүрілген жолдың ұзындығы, t – қозғалыс уақыты. СИ жүйесінде L және t бірліктерінің орнына v = м/с беріледі. Демек жылдамдық бірлігі когеренттік болып табылады. Физикалық шама бірліктері жүйелік және жүйелік емес болып бөлінеді. Жүйелік бірлік – қабылдаған жүйелердің біреуіне кіретін физикалық шама бірлігі. Барлық негізгі, туынды, дәрежелік және еселік бірліктер жүйелік бірліктер болып табылады. Жүйелік емес бірліктер – ол ешқандай бірліктер жүйесіне кірмейтін физикалық шама бірліктері. Жүйелік емес бірліктер СИ бірліктеріне қатынасы бойынша түрге бөлінеді: СИ бірліктерімен тең жіберілетіндер, мысалы, секунд; көлемдікі – литр және т.с.с. Физикалық шаманың бірлігі – бұл белгіленген мөлшердің физикалық шамасы, оған біртекті физикалық шамаларды сандық өрнектеу үшін қолданылатын, бірге тең, сандық мән шартты түрде берілген. Оған негізгі шаманың өлшемдігі шығарылған дәреженің көрсеткіші, өлшемділік көрсеткіші деп аталады. Егер барлық өлшемділік көрсеткіштері нөлге тең болса, онда мұндай шаманы мөлшерсіз деп атайды. Тәуелсіз шамалармен және олардың функцияларымен құрылған, физикалық шамалардың жиынтығы физикалық шамалар жүйесі деп аталады. Негізгі деп аталатын, бірнеше физикалық шамалар ерікті түрде; олардың арасындағы байланыс теңдеулерінің негізінде анықталатын, қалған туындылармен анықталады. Қабылданған принциптерге сәйкес физикалық шаманың негізгі және туынды бірліктерінің жиынтығы физикалық шама бірліктерінің жүйесі деп аталады. Негізгі физикалық шаманың бірлігі берілген жүйенің негізгі бірлігі болып табылады. “Физикалық шамалар бірліктері МӨЖ” МЕСТ 8.417-81 ӨЖ бірліктерінің жүйесі пайдаланылады, онда 7 негізгі және 2 қосымша бірліктер қабылданған. Туынды бірлік – теңдеуді негізгі бірліктермен байланыстыратын, осы теңдеумен құрылған бірліктер жүйесінің туынды физикалық шамасының бірлігі.

Физикалық шамалардың еселік және үлестік бірліктерін ажыратады. Еселік – бұл жүйелік немесе жүйеден тыс бірліктен тұтас сан есе артатын, физикалық шама бірлігі. Үлестік – бұл физикалық шама бірлігі, оның мәні жүйелік немесе жүйеден тыс бірліктен тұтас сан есе кем болады. Физикалық шама бірліктерін ұдайы өсіру және олардың мөлшерлерін беру. Өлшеулер бірлігі туралы ұғым Өлшеулер жүргізу кезінде олардың бірлігін қамтамасыз ету қажет. Өлшеулер бірлігі - өлшеулер сапасының сипаттамасы, оның нәтижелері заңдастырылған бірліктермен өрнектеледі, олардың мөлшерлері белгіленген шекте ұдайы өсірілген шамалардың мөлшерлеріне тең, ал өлшеулер нәтижелерінің қателіктері берілген ықтималдықпен белгілі болады және белгіленген шектен шықпайды. Бірлік ғылым мен техникаға қажет, кез-келген дәлдік кезінде қамтамасыз етілу керек. Мемлекеттік деңгейде өлшеулер бірлігін қамтамасыз ету бойынша қызмет өлшеулер бірлігін қамтамасыз етудің Мемлекеттік жүйесінің стандарттарымен немесе метрологиялық қызмет органдарының нормативтік құжаттарымен регламенттеледі. Физикалық шаманың бірлігін ұдайы өсіру – мемлекеттік эталон немесе өлшеудің алғашқы үлгілік құралы арқылы ең жоғары дәлдікпен физикалық шама бірлігін материалдандыру бойынша операциялар жиынтығы. Негізгі бірлікті ұдайы өсіру – бірліктің анықталуына сәйкес өлшемі бойынша белгіленген физикалық шама бірлігін ұдайы өсіру. Мемлекеттік бірінші реттік эталондардың көмегімен жүзеге асырылады. Туынды бірлікті ұдайы өсіру – өлшенетін шамамен функционалды байланысқан, басқа шамаларды жанама өлшеу негізінде көрсетілген бірліктер-дегі физикалық шаманың мәндерін анықтау. (Мысалы: F=m*g механика теңдеуі негізінде Ньютон күші бірлігін ұдайы өсіру). Физикалық шама бірліктері жүйелік және жүйеден тыс деп бөлінеді. Жүйелік – қабылданған жүйелердің біреуіне кіретін, физикалық шама бірлігі. Барлық негізгі, туынды, еселік және үлестік бірліктер жүйелік болып табылады. Жүйеден тыс бірлік – қабылданған бірліктер жүйелерінің бір де біріне кірмейтін, физикалық шама бірлігі.

ӨЖ жүйесінің физикалық шамаларының негізгі және қосымша бірліктері. 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). Метр – ол вакуумдағы жарық 1/299079204580секундта өтетін қашықтық. Киллограмм қазіргі уақыттаплатина және иридия балқымалы цилиндр болып табылатын, халықаралық түп нұсқалы килограммның массасы. Секунд – цези – 133 атомының негізгі күйі екі нәзік деңгейлердің арасындағы өткелдерге тиісті 9 192 631 770 сәулелену мерзімдері. Ампер – өткізгіштің әр аумағында 2·10^-7 Н тең 1 м қашықтықтағы күштің өзара әрекетін шақыратын, вакуумда біреу екіншісінен 1 м қашықтықта орналасқан екі шексіз ұзын параллель өткізгіштер және айналма көлденең қиманың аз ауданы бойынша өту кезінде ауыстырылмайтын тоқ күші. Температура Т – жылулық процестердің сипаттау кезінде қолданылатын бас физикалық шамалардың бірі. Температура Кельвинмен өлшенеді. Бір Кельвин судың үш еселі нүктесінің термодинамикалық температурасының 1\273, 16 бөлігіне тең. Канделла – 540·10¹² Гц жиіліктегі монохроматикалық сәулелерді шашырататын берілген қор бағытының жарқ күші, осы бағытта сәулеленудің энергетикалық күші 1/683 Вт·ср^-1 құрайды. ӨҚ жүйенің соңғы негізгі бірлігі – моль, ол 1971 жылы өлшеу және салмақтар бойынша ХІV Бас конференциясында бірінші алты бірлікті енгізгеннен кейін 11 жыл өткен соң қосымша енгізілген болатын. Моль – көміртек құрамында 12 массалық 0,0012 қг бар болса, сонша құрылымдық элементтерде болатын жүйе заттарының саны.

          СИ жүйесінің екі қосымша бірлігі бар, олар: жазық және кеңістік бұрыштарының өлшемдері. Жазық бұрыш бірлігі – радиан (рад), кеңістік бұрыштікі – стерадиан (ср). Радиан – бұл жазық бұрыштың өлшем бірлігі – доғасының ұзындығы радиусқа тең, дөңгелектің екі ралиустың арасындағы бұрышы. Тәжірибеде көбінесе градус ( 1° = 2π/360 рад = 0,017453 рад ), минут ( 1' = 1°/60 = 2,9088 · 104 рад ) және секунд ( 1'' = 1'/60 = 1°/3600 = 4,8481 · 10^-6 рад) қолданылады. 1 рад = 57°17'45'' = 57,2961° = ( 3,4378 · 103)' = ) 2,0627 · 105)'' сәйкес. Стерадиан – бұл бұрышты өлшейтін бірлік – сфераның ортасында бұрыштың төбесімен, сфера үстінен кесетін аудан, сфераның радиусына тең, квадрат жағынан тең аудан.

2. Өлшеуді орындау әдістемелері. Өлшеудің бірлігін қамтамасыз ету үшін олар бірдей ережелер, талаптарға сәйкес жүргізіледі. Ол үшін өлшеу құралына жүргізу жағдайлары, өлшеу нәтижесін өңдеу барлығына белгілі бір талап қойылады. Бұл талаптарды қорытып шығару кезінде, өлшеу нәтижесіне мүмкіндігінше аз уақыт кететін және экономикалық жағынан тиімді болуын ескеру керек. Өлшеу әдістемесі келесі бөлімдерден тұрады: 1. дәлдік нормасы; 2. қолданылатын құралдар; 3. өлшеу әдісі көрсетіледі; 4. қауіпсіздік ережелері көрсетіледі; 5. операторға қойылатын талаптар; 6. өлшеу жүргізу жағдайы; 7. өлшеу жүргізу саны 8. өлшеу нәтижесін өңдеу және құжаттарды толтыру формасы; Мемлекеттік стандарт ГОСТ-8.467-82 құжатында көрсетілген әдістемелерді қарастырайық. Бұл құжатты өлшеу дәлдігінің нормасы деген бөлімінде өлшеу жүргізудің дәлдігіне қойылатын талаптар көрсетілген. Бұл талаптарды анықтау үшін алдын ала зерттеулер жүргізіледі. Бұл зерттеулер көлемінде құралдың қателігі анықталады, өлшеу әдісі қателігіанықталады, оператор жіберуі мүмкін қателігі анықталады, сыртқы әсер етуші факторлар шамасы анықталады, статистикалық әдіс қолданып, кездейсоқ қателер шамасы анықталады. Өлшеу құралының және көмекші қондырғылар бөлімінде өлшеу жүргізу аймағына сәйкес қолданылатын өлшеу құралы мен техникалық қондырғылар тізімі берілген. өлеу жүргізу жағдайы бөлімінде номиналь шамаларға әсер ететін факторлар тізімі беріледі. Өлшеу жүргізуге дайындық бөлімінде өлшеу алдында жүрген дайындық жұмыстары көрсетілген. Өлшеу жүргізу бөлімінде, өлшеу жүргізу кезінде қажетті операциялардың реті, көлемі, тізімі берілген.

3. Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамалары. Өлшеу құралдарын қолдану кезінде шығу сигналындағы өлшенетін шама туралы информацияның оның шын мәніне сәйкестік дәрежесін білу керек. Осы мақсатта әрбір өлшеу құралы үшін белгілі бір метрологиялық сипаттама енгізіледі және нормаланады. Метрологиялық сипаттама бұл - өлшеу нәтижесі мен оның қателігіне әсер ететін өлшеу құралы қасиетінің сипаттамалары. Нормативті-техникалық құжатта көрсетілетін сипаттамалар – нормаланатын, ал эксперимент түрінде анықталатын сипаттамалар – нақты деп аталады. Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамаларын таңдау принциптері мен нормалауды құрастыру кезінде бірқатар ережелерді ұстану керек:

1. Нормаланатын метрологиялық сипаттамалар мен инструменталды қателіктер арасында байлаланыс болу керек; 2.Өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамаларын нормалау бір теорияны ұстану керек; 3.Нормаланатын метрологиялық сипаттамалар кез-келген өлшеу мәселелерін шешуге болатын және осы сипаттамаларға сәйкестігіне өлшеу құралдарын бақылауды жеңіл жүргізуге болатын түрде өрнектелу керек; 4.Нормаланатын метрологиялық сипаттамалар өлшеудің инструменталды қателіктерінің қосындысын табу және статистикалық біріктіру мүмкіндігін қамтамасыз ету керек; 5.Нормаланатын метрологиялық сипаттамалар өлшеу құралдары жұмысының тәртібі мен қолдану шартына инвариантты болу керек және тек оның қасиетін бейнелеу керек; 6.Нормативті-техникалық құжатта жүргізілетін нормаланатын метрологиялық сипаттамалар өлшеу құралының жеке экземплярының қасиетін ғана емес, берілген типті өлшеу құралдарының барлық жиынтығының қасиетін сипаттайды.

Өлшеу жабдықтарын бір-бірімен салыстыруға мүмкіндік беретін олардың кейбір ортақ қасиеттері метрологиялық сипаттамалары деп аталады, оларға мыналарды жатқызуға болады: 1.Сезімталдылық - сезімталдық дегеніміз, шығыс сигналы өсімшесінің кіріс сигналы өсімшесіне қатынасы яғни: 2.Өлшеу аралығы - өлшеу жабдықтарының жіберетін қателігінің шамасы мөлшерленген өлшеу жүргізу аралығы.  Нормалау деп өлшем құралдарының метрологиялық сипаттамаларының іс жүзіндегі мәндері олардың номиналды (нақты) мәндерінен рұқсат етілген шекке дейін ғана ауытқуын анықтауды айтады. Метрологиялық сипаттамаларды нормалау арқылы олардың бірін-бірі ауыстыра алатындығы мен өлшемнің бірегейлігі қамтамасыз етіледі. Метрологиялық сипаттамалардың реалды мәндері (іс жүзіндегі мәндері) өлшеу құралдарын жасау кезінде анықталады, содан соң жұмысқа пайдалану кезінде мезгіл-мезгіл тексеріліп тұрады. Егер сипаттамалардың біреуі талапқа сай келмейтін болса, онда мұндай өлшем құралы қайта жөндеуге жіберіледі, не мүлдем қолданудан шығарылады. Метрологиялық сипаттамаларға қойылатын нормалар (талаптар) стандарт арқылы тағайындалады. Сөйтіп өлшем құралының нормаланған жағдай мен жұмыс жағдайында қолданылу айырмашылығы белгіленеді. Өлшем құралдарының қолданылуының нормаланған жағдайы мен жұмыс жағдайы олардың нормативтік-техникалық құжаттарында көрсетіледі. Нормаланған жағдайда метрологиялық сипаттамалардың мәндері әсер етуші факторларға тәуелсіз болады. Өлшем құралдарының көптеген типтері үшін нормаланған жағдайда температура - (293±5) К, салыстырмалы ылғалдық - (65 + 15)%, ток кернеуі - 220 В± 10 %. Нормаланған жағдаймен салыстырып қарағанда, жұмыс жағдайында әсер етуші шамалардың өзгерісі көбірек, сондықтан метрологиялық сипаттамалар әсер етуші факторларға байланысты едәуір өзгеріп отырады. Жұмыс жағдайынан тыс шектерде метрологиялық сипаттамалардың мәндері белгісіз.