Дәріс №2. Өлшеу және бақылау құралдары

Анықтаушы белгілері бойынша өлшеу және бақылау құралдарының сыныптамасы.Машина жасауда қолданылатын өлшеу және бақылау құралдары әртүрлі белгілері бойынша сыныпталады:

- бақыланатын физикалық шамалар типтері мен түрлері бойынша;

- атқаратын қызыметі бойынша: әмбебап және арнайы;

- өлшеу объектісінің бір қойылымында тексерілетін параметрлерінің саны бойынша: бір өлшемді және көп өлшемді;

Өлшеу және бақылау құралдары

Салмақтық шамаларды		Жылулық шамаларды

Геометриялық шамаларды		Электрлік және магниттік шамаларды

Механикалық шамаларды		Радиоэлектрлік шамаларды

Заттың қысымын, мөлшерін, шығынын, деңгейін		Оптикалық сәулеленуді

Уақыт пен жиілікті		Иондық сәулеленуді

Заттың физика- химиялық құрамын		Акустикалық шамаларды

2.1-сурет - Физикалық шамалардың типі бойынша өлшеу және бақылау

құралдарының сыныптамасы

- өлшеу процесінің механикаландырылуы және автоматтандыру дәрежесі бойынша: қолмен әрекетке келетін, механикаландырылған, жартылай автоматтандырылған, автоматтандырылған.

Өлшеу және бақылау құралдарының бақыланатын физикалық шаманың типі бойынша сыныптамасы 2.1-суретте, ал физикалық шамалардың түрі бойынша – 2.2-суретте көрсетілген.

Әмбебап өлшеу құралдары мен аспаптары жекеленген және аз топтамалы өндірісте, сондай-ақ станоктарды жөге келтіру кезінде, аса жауапты өлшеулерді керек ететін өндірістің барлық түрлерінде (жалпы көпшілік және ірі топтамалыларды қоса есептегенде) сандық шамалар мен ауытқуларды, дұрыс геометриялық пішіннен және беттердің өзара жайласуынан ауытқуларды анықтау үшін кеңінен қолданылады (1.5-сурет, ).

Геометриялық шамаларды өлшеу және бақылау құралдары

Үлкен ұзындықтар мен диаметрлерді

Сызықтық өлшемдерді

Бұрыштар мен конустарды

Тісті дөңгелектерді

Беттердің жайласу пішіндерін

Бұрандаларды

Шпонкалы және шлицелі бірігулерді

Бүркемелер қалыңдығын

Кедір-бұдырлық пен бұйралықты

2.2-сурет Өлшенетін геометриялық шамалардың түрі бойынша өлшеу

және бақылау құралдарының сипаттамасы

Машиналардың бөлшектерін өндеуде түйіндерімен агрегаттарын жинауды, оларды жасауға, технологиялық процесінде автоматтандыру қолданылуы кеңейген шарттарда және олардың дәлдігі мен сапасына қойылатын талаптар жоғарылағанда автоматтық өлшеу құралдардың маңызы өседі. Олар тексеретін параметрлерінің саны, автоматтандырылу дәрежесі, өлшеуші импульстарды өзгерту тәсілі, технологиялық процестегі жайласу орны, технологиялық процеске әсері бойынша сыныпталады(1.6-сурет, ).

Бақылау операцияларды қолмен орындау уақытының жалпы бақылауды орындауға кеткен уақытқа қатынасы бойынша олар қолмен, жартылай автоматты, автоматты орындалатын болып бөлінеді. Егер >0,5 болса, бақылау қолмен орындалған, 0,2< <0,5 – жартылай автоматты, < 0.2 – автоматты орындалған деп есептеледі.

Оператордың қатысу дәрежесінен басқа, техникалық бақылау уақыт бөлінуі бойынша (үздіксіз, кезеңдік), технологиялық процестегі кезеңі бойынша( кіру, операциялық, қабылдау), бақылау обьектісін таңдау бойынша(жалпы, таңдаулы), орындаушылар бойынша (жұмыс орнында оператормен, шебердің(мастердің) орындалуымен, ТББ бақылауы) болып бөлінеді.

Өлшеу және бақылау құралдарының жалпы құрлымдық сұлбасы.Бұл құралдарды оқып – үйрену үшін өлшеу бақылау құралдарының жалпы құрлымдық сұлбасы дегенді қолданады. Символикалық блок түрінде көрсетіліп, олар физикалық шама көрсететін сигналдармен қосылған.

МЕМСТ 16263–70 өлшеу құралдарының келесідей жалпы құрлымдық элементтерін анықтайды: сезімтал, өзгерткіш элементтері, өлшеуші тізбегі, өлшеуші механизм, есептеу құрлымы, шкала, көрсеткіш, тірекуші құрылым.

Кез – келген құрлымның алғашқы мақсаты физикалық шаманы қабылдау. Бұл жұмысты сезімтал элемент орындайды.

Өлшеу құралдарының сезімтал элементі - өлшенетін шаманың тікелей әсерінде болатын өзгерту элементтің өлшеу тізбегіндегі бірінші бөлігі. Осы элемент қана өлшеу құралының өлшенетін шаманың өзгеруіне сезілу қабілетін анықтайды. Сезімтал элементтердің құрлымдары әртүрліліктен ерекшеленеді. Бұл элементтің негізгі міндеті алынған сигналды әрі қарай өңдеуге қолайлы ету. Бұл сигнал механикалық, электрлік және басқа болуы мүмкін.

Кейбір жекелеген құбылыстарды өлшегенде сезімтал элементтен алынған сигналды басқа физикалық шамаларға (мысалы қысылуы электрлік сигналға және т.б.) өзгерту қажеттігі туындайды. Бұл жұмысты өзгерту элементі орындайды. өлшеу құралының өзгерту элементі – шаманың қатар тізбегіндегі бір өзгерту өтетін элементі. Ол өлшеуші ақпарат сигналын әрі қарай беруге, әрі қарай өзгертуге, өңдеуге және сақтауға қолайлы түрге өзгертуге арналған. Бұл ақпарат байқаушының тікелей қабылдауына келмейді. Бұл элемент жеке құрлымда, бір немесе бірнеше өзгерткіштерден тұруы мүмкін. өзгерту тізбегінде бірінші тұрған элеметтті алғашқы өзгертуші деп атайды. (мысалы плерможұп).

Өлшеу құралдарының өлшеуші тізбегі – бұл өлшеуш ақпараты сигналының барлық өзгерулерін қамтамасыз ететін өлшеу құралының өзгерткіш элементінің жиынтығы.

Өлшеуші механизм - өзара әсерлері олардың өзара жылжуларына келтіретін элементтерден тұратын өлшеу құралының бір бөлігі. Мысалы, сағат типіндегі индикатордың өлшеуші механизмі (2.3-сурет, а) тісті дөңгелектер 1, 2, 3 және тісті рейкадан 4 тұрады. Милливольметрдің өлшеуші механизмі (2.3-сурет, б) магнитөткізгіш бөлшектерімен тұрақты магниттен және серіппелермен оған жақындатылатын жылжымалы рамкадан тұрады.

2.3-сурет - Өлшеуші механизмдердің құрылымдары: а – сағат типіндегі индикатор (1, 2, 3 – тісті дөңгелек; 4 – тісті рейка); б – магнитэлектрлік өлшеуіш аспап (1 – тұрақты магнит; 2 – полюстік ұшы; 3 –жылжымалы рама; 4 –серіппе; 5 - өзекше; 6 – жебе)

Өлшеу құралының есептеу құрлымы - өлшенетін шаманың мәндерін есептеуге арналған өлшеу құралының бір бөлігі. Оған жиі шкала мен көрсеткіш кіреді. өздігінен жазатын аспаптарда есептеу құрлымы диаграмма түріндегі жазбалар жасайды, интегралдаушы аспаптарда көбіне есептеу механизімі қолданылады.

Шкала шаманың мәндерінің қатарлық тізбегіне сәйкес белгілердің немесе басқа символдардың жиынтығы (2.4-сурет). Ол бір жақтық, екі жақтық және нөлсіз болады. Бір жақты шкалада өлшеудің бір жақ шегі нөлге тең. Екі жақтықта нөл шкала ортасында жайласқан, нөлсізде – нөлдік мәні жоқ.

	2.4-сурет – Шкалалар түрлері: а – бір жақты; б – екі жақты; в – нөлсіз

МЕМСТ 8.401-80 сәйкес іс жүзінде бірқалыпты шкаланың бөліктік құндарының ұзындықтарының бір бірінен айырмашылықтары 30% аспайды. Айтарлықтай бір қалыпты емес шкалаларда бөліктік құндары бірте – бірте өседі.

Көрсеткіш – шкала белгісіне қатысты қалпы өлшеу құралының көрсетуін анықтайтын есептеу құрлымының бөлігі. Көрсеткіш жебелік түрінде немесе жарық сәулесі түрінде болуы мүмкін.

Көрсетуші аспаптарда шкаласы мен көресткіші бар кезде есептеу құрылымы екі түрде болуы мүмкін; көрсеткіш шкалаға қатысты қозғалады немесе шкала көрсеткішке қатысты қозғалады. Цифрлы есептеу құрлымы механикалық немесе жарықтық болады. Механикалық есептеу құрлымын цифрлы аспаптарда қолданады. Бұл кезде өлшенетін шама біліктің сәйкес бұрылу бұрышына айналдырылады.Сұйық кристалдарға негізінен индикаторлар жүйесінен тұратын жарықтық табло электронды цифрлы өлшеу құралдарында пайдаланылады. Онда өлшенетін шама импулиьстік сигналдардың белгілі тізбегіне айналады.

Сұйық кристалды индикаторлар белгіленген температурадан төмендесе кристалға, жоғарласа сұйыққа айналатын көміртегі мен оттегі бірігуі болып келеді. Оның құрлымы 1-суретте көрсетілген. Оның қорапшасы аралағында сұйық кристалды қоспа 3 орналасқан, екі параллель шыны тілікшелерден 1 және ток әкелетін сымдардан 4 тұрады. Қорғасын тотығынан жасалған үлпершектің 2 ішкі бетінде кернеу жоқ кезінде ол мөлдір. Тұрақты кернеу болған кезде қорапша мөлдір емес айнала бастайды. Нәтижесінде цифрлар пайда бола бастайды.

Проекциялық цифрлы көрсеткіштерде (2.2-сурет) диапозитивке салынған 0-ден 9-ға дейінге цифрлар әрқайсысы өзінің лампасымен 1 және линза жүйесі 2 көмегімен арнайы әйнекке проекцияланады.

Өлшеу құралының – көрсетулерді тіркеуге арналған өлшеу құралының бөлігі. Тіркеуші құрлым ретінде өздігінен жазатын және басып шығаратын аспаптар қолданылады. Өздігінен жазатын аспаптарда көрсетулер диаграмма түрінде, ал басып шығаратында цифрлар түрінде бейленеді.

Басып шығаратын аспаптар соққылы және соққысыз болып бөлінеді. Соққылы басып шығаушы аспапта литерлі немесе символды, немесе инелі иінтіректің бояушы таспаға соққысы нәтижесінде басып шығару процесі іске асырады. Басып шығару жылдамдығы минутына 10 белгіде 20 000 жолға дейін.

Соққысыз басып шығарушы аспапта арнайы дайындалған қағазға физикалық немесе химиялық әсер ету нәтижесінде басып шығару процесі іске асырады. Басып шығару жылдамдығы 300-ден 45 000 жолға дейін. Қазіргі кезде басып шығарушы аспаптарда инелі басып шығарушы механизмді немесе сия (бояу) ағынын бағыттайтын құрлымдар қолданылыды.

Өлшеу жүйесінің көмекші элементтері реттінде өлшемді орындау кезінде сырттан қажетті шарттарды қамтамасыз етуге арналған құрлымдар қолданылады. Оларға мысалы: барокамер, магниттік өрістен қорғайтын құрлымдар, өлшеуші күшейткіштер, арнайы дірілге қарсы тіректер (фундаменттер) жатады. Бұл элементтер өлшеуші құрлымдардың сезімталдығын арттырады немесе өлшенетін шаманы бұзатын әсерлерден қорғайды.

Өлшеуші жүйенің күрделі сұлбасына ақпаратты - өлшеуші жүйенің (АӨЖ) сұлбасы жатады. Оның құрамына мынадай құрлымдар кіреді: аналогты, аналогты – цифрлі, цифрлі типтегі өзгерткіштер, ақпататты көрсетуге арналған цифрлі құрылымдар, стандартталған интерфейстер, басқару құрлымы, орындаушы құрлымдар және т.б.

Өлшеу және бақылау құралдарының метрологиялық сипаттамасы.Өлшеу және бақылау құралдарының қажеттерінің ішіндегі ең маңыздылары, олардың көмегімен алынатын ақпараттың сапасы тәуелді болатындары. Өлшеу сапасы оның дәлдігімен, нақтылығымен, дұрыстығымен, бір─біріне қарағанға жатықтығымен, қайта жасалуымен, сондай – ақ рауалы қателіктерінің шамасымен сипатталады. Өлшеу және бақылау құралдарының метрологиялық сипаттамалары (қасиеттері) – бұл өлшеу құралдарының техникалық деңгейімен сапасын бақылауға арналған, өлшеу нәтижелерін айқындауға және өлшеу қателігінің құралдық құраушысының есептік бағасының сипаттамаларын есептік бағалауға арналған сипаттамалар.

МЕМСТ 8.009–84 келтірілген тізімнен алынатын өлшеу құралдарының нормаланатын метрологиялық сипаттамаларының келетін белгілейді.

Өлшеу нәтижелерін (қателігін дұрыстамай) анықтауға арналған сипаттамалар:

- өлшеуші өзгеткіштің өзгерту функциясы;

- бір мәнді немесе көп мәнді өлшемдер шамалары;

- өлшеуші аспаптың немесе көп мәнді өлшемдердің шкалаларының құны;

- шығу кодының түрі, код разряттарының саны.

Өлшеу аспаптарының қателіктерінің сипаттамалары – қателіктердің жүйелік және кездейсоқ құраушыларының сипаттамалары, өлшеу құралдарының шығу сигналдарының өзгеруі немесе өлшеу құралдарының қателіктерінің сипаттамасы.

Өлшеу құралдарының динамикалық сипаттамалары толық және жеке болып бөлінеді. Толық динамикалық сипаииамаларға кіретіндер: өтпелік, амплитуда – фазалық және импульстік сипаттамалар, беріліс функциясы, ал жекеге – реакция уақыты, коэффсцент, тұрақты уақыт, резонастық меншікті айналу жиілігінің шамасы.

Өлшеу құралдарының шығу сигналдарының ақпараттық емес параметрлері – берілуге немесе көрсетуге пайдаланатын өлшеуіштік өзгертшкішке енгізілетін сигналдың ақпараттық параметрінің мәнінің немесе өлшемдердің шығу шамаларына жатпайтын шығу сигналдарының парамерлері.

Жиі кездесетін өлшеу құралдарының метрологиялық көрсеткіштері:

Шкаланың бөлектік құны- шкаланың көрші екі белгісіне сәйкес шамалар мәнінің айырмашылығы. (1,13 сурет а).

Бөліктің құнды 1,2,5,10,20,50,100,200,500 қатарынан таңдайды. Көбіне 1 мен 2 арасынан еселік және үлестік мәндерді атап айтканда 0,01; 0,02; 0,1; 0,2; 1; 2; 10 және т.с.с. пайдаланады. Шкаланың бөлектік құны әрқашан өлшеу құралының шкалаларында көрсетіледі.

Шкала бөлігінің интервалы – шкаланың екі орталары арасындағы қашықтық. (1,13сурет б). Іс жүзінде оператордың көзі айыру үшін шкала бөлігінің кіші интервалы 1мм, ал ең үлкен интервалын 2,5 мм етіп алады. Интервалдың ең көп тараған шамасы 1мм. Су манометрлі аспаптардың шкала бөлінінің интервалдары 5мм жуық.

Шкаланың басқы және соңғы мәні – шкалада көрсетілген өлшенетін шаманың сәйкес ең кіші және ең үлкен мәні ( 1,13- сурет в). Ол өлшеу құралының шкаласының мүмкіндігін сипаттайды және көрсету диапазонын анықтайды.

Көрсету диапазоны – шкаланың басқы және соңғы мәндерімен шектелген оның мәндерінің обылысы ( 1,13 – сурет в). Бұл сипаттаманы жиі шкала бойынша өлшеу шегі деп атайды.

Өлшеу диапазоны, бұны жиі өлшеу құралдарының өлшеу шегі деп те атайды. Бұл берілген өлшеу құралымен өлшенуі мүмкін және бұл үшін өлшеу құралының рауалылық қателігі нормаланатын өлшенетін шаманың диапазонының мәндері.

Өлшеу құралдарымен сызықтық және бұрыштық шамаларды өлшеу кезіндегі негізгі сипаттамаларының бірі өлшеу күші. Ол өлшеу құралының ұшы мен өлшенетін беттің түйісуі аймағында өлшеу сызығы бағытында пайда болады. Ол өлшеу тізбегінің тұрақты тұйықталуын қамтамасыз ету үшін қажет.

Өлшеу құралының өлшететін шаманың өзгеруіне жауаптық әсер қабілетін сезімталдығы деп атайды.

Егер өлшенетін шама ұзындық немесе бұрыш және сезімталдық мәні өлшемсіз шама болса, онда соңғыны берілістік қатынас деп атайды.

мұнда, а – шкала бөлігінің интервалы;

с - шкала бөлігінің құны;

Өлшеу құралының сезімталдық табалдырығы – бақылаудың қалапты тәсілінде байқалатын, көрсетудың ең аз өзгерісін туындататын өлшенетін шамалардың өзгеруі.

Көрсету вариациялары – сыртқы шарттар өзгергенде өлшенетін шаманың іс жүзіндегі бір ғана мәніне сәйкес келетін тәжірибе жүзінде анықталатын өлшеу құралымен қайталап өлшеудегі көрсетулері арасындағы айырмашылық.

Өлшеу қателігі – бұл өлшеу нәтижесінің (Х₁) өлшенетін шаманың шынайы мәнінен (Q_шын) ауытқуы(D).

Өлшеу құралының қателігі D_А, аспаптың көрсетуі Х_А мен өлшенетін шаманың шынайы мәні Q_шын арасындағы айырмашылық:

D_А = Х_А - Q_шын

Өлшеу қателігі олардың пайда болу себептері мен қателіктер түрі бойынша сипатталады. Құралдың қателік өлшеу және бақылау құралының элементтерінің сапасының жеткіліксіз жоғарлығынан пайда болады. Бұдан өлшеу құралы (ӨҚ) дайындау және жинау, өлшеу құралы механизімдеріндегі үйкеліс себебі пайда болатын, оның бөлшектерінің қатаңдығының жеткіліксіздігінен болатын қателіктерді жатқызуға болады. Әрбір өлшеу құралы құралдық қателігі өзіне тән.

Әдістемелік қателік өлшеу әдісінің жетілмегендігінен пайда болады, яғни әдей іс жүзінде өлшеу құралының шығымында бізге қажетті шаманы емес, оған жуықтап шамаласатын басқа шаманы өлшейміз, өзгертеміз және пайдаланамыз.

Негізгі және қосымша қателіктер. Негізгі қаттелік ретінде нормативтік – техникалық құжаттарда көрсетілген қалыпты жағдайда пайдаланылатын өлшеу құралдарының қателіктерін жатқызады. Бұрыннан белгілі болғандай, өлшеу құралдарының өлшенетін шамаға сезімталдығымен бірге өлшенбейтін, бірақ өлшенетін шамаларға әсер ететін басқа шамаларға да сезімталдығы бар. Сондықтан кез –келген өлшеу құралы нормативтік – техникалық құжаттарда көрсететін негізгі қателіктері болады.

Өндірістік жағыдайында өлшеу және бақылау құралдарын пайдалану кезінде нормативтік шартын маңызды ауытқулар болады. Ол қосымша қателіктерді туындатады. Бұл қателіктер жекелеген әсер ететін шамалардың сәйкес әсер коэффицентімен нормаланады.

Өлшеу құралдарының қателіктері рауалық қателік шегін белгілеумен нормаланады.

Өлшеу құралының рауалық қателігінің шегі - өлшеу құралдары мойындалған және қолданылуға жіберілген ең үлкен қателіктің ( таңбасы ескертілмеген ) мәні.

Өлшеу құралдарының қателіктері өрнектеледі:

- абсолюттік қателік Δ түрінде;

а) өлшем үшін:

Δ = Х_н- Х_ш

мұнда, Х_н - номинальдық мәні;

Х_ш- шын мәні;

б) аспап үшін:

Δ = Х_А - Х_ш

мұнда, Х_А - аспаптың көрсетуі;

- салыстырмалы қателік (%) түрінде:

δ = D/Х_ш·100;

- келтірілген қателік (%) түрінде:

γ =D/Х_N 100;

мұнда, Х_N - өлшенетін физикалық шаманың нормаланатын мәні;

Егер сыртқы шарттар өзгермегенде барлық өлшеу диапазонында өлшеу құралдарының қателігі тұрақты болса, онда:

Δ = ±a

Егер көрсетілген диапазонда қателік өзгеретін болса, онда:

Δ = ± ( a + bx)

Δ = ±a кезінде қателік аудитивтік, Δ = ± ( a + bx) – мультиликативтік деп аталады.

Рауалы қателік шегімен, сондай – ақ басқа да өлшеу қателігіне әсерін тигізетін қасиеттерімен анықталатын өлшеу құралының дәлдігін жалпылама сипаттау үшін «өлшеу құралының дәлдік сыныбы» деген ұғым енгізіледі. Өлшеу құралдарының дәлдік сыныбы бойынша көрсетулердің рауалы қателіктерінің шектерінің біріңғай ережесін МЕМСТ 8.401-80 белгілейді. Дәлдік сыныбы өлшеу құралының сапасын салыстырмалы бағалау үшін, оларды таңдауға, халықаралық саудада өте ыңғайлы. Дәлдік сыныбы стандарттармен және өлшеу құралдарына техникалық талаптар қоятын техникалық шарттармен анықталады. Өлшеу құралдарының нақты типінің әрбір дәлдік сыныбы үшін оның дәлдік деңгейін көрсететін метрологиялық сипаттамаларына нақты талаптар қойылады. Дәлдік сыныбы өлшеу құралдарына оларды жасау кезінде тағайындалады. Пайдалану процесінде өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамалары нашарлайды. Сондықтан метрологиялық аттестациялау нәтижесі бойынша олардың сыныптары төмендеуі мүмкін.

Барлық өлшеу құралдары дәлдәгіне тәуелді эталондық, үлгілік, жұмыстық болып бөлінеді. Эталон және бастапқы үлгілік өлшеу құралдарымен олардан төмен сыныпты – бағынышты үлгілік және жұмыстық өлшеу құралдарының метрологиялық сипаттамаларын тексереді немесе калибрлейді.

Негізгі әдебиет: 1 , 5

Қосымша әдебиет: 8

Бақылау сұрақтары:

1. В чем отличие средства измерения от измерительного преобразо­вателя?

2. Как классифицируются средства измерения и контроля по приз­накам?

3. Какова область применения универсальных и автоматических средств измерения и контроля в машиностроении?

4. Какие виды регистрирующих устройств применяют в средствах измерения?

5. Какие требования предъявляются к СИ?