Электрлік өлшеулер

Олар Мемлекеттік эталондарының  аз тозуын және сақталуын жабдықтау  және салыстыру жұмыстарын ұйымдастыру  қажет болған жағдайда ғана жасалынып, бекітіледі.

 Екінші реттілік эталонның үлгісі ретінде платина-иридийлік №26 гирьлер түріндегі килограмм бірлігінің көшірме-эталоны қызмет атқарады.

Өзінің метрологиялық қолданымы  бойынша екінші реттік этолондар: 1) көшірме-эталондарға; 2) салыстыру эталондарына; 3) куә-гер-эталондарына; 4) жұмысшы эталондарына бөлінеді.

Көшірме-эталоны – бірліктерді  сақтау және оның мөлшерін жұмысшы  эталондарға беруге арналған екінші реттік эталонды көрсетеді. Онда әрдайым  Мемлекеттік эталонның физикалық  көшірмесі болмауы мүмкін.

Салыстыру эталоны – бір-бірімен тікелей салыстырыла алмай-тын эталондарды салыстыру үшін пайдаланылатын екінші реттік эталон.

Салыстыру эталоны ретінде вольттің Мемлекеттік эталонын өлшемдік пен  салмақтың Халықаралық бюросымен  салыстыру үшін қолданылатын қалыпты  элемент топтары қызмет атқара алады.

Куәгер-эталон - Мемлекеттік эталонның бұзылмауын тексеру үшін және жоғалған немесе құртылған жағдайда оны ауыстыру үшін қолданылатын екінші реттік эталон болмаған жағдайда ғана қолданылады.

Жұмысшы эталон – бірліктердің сақталуын және оның мөлшерін жоғары дәлдікпен және қажет болған ең жоғары өлшемдіктерге және өлшеу  аспаптарына беру үшін қолданылады.

Мемлекеттік эталондар әрқашан бірліктерді  туындатуды және қажет болғанда оны  сақтауды, сонымен қатар екінші реттік эталонға бірліктердің мөлшерін беруді қамтамасыз ететін өлшеу құрал-жабдығының кешені түрінде және қосымша эталондар түрінде беріледі.

Екінші  реттік эталондар: а) өлшеу құрал  жабдығының кешенінен; б) жеке эталондардан;  в) эталон топтарынан; г) бірінші реттік эталондардан тұрады.

Жеке (дара) эталон басқа құрал–жабдықтың көмегінсіз бірлікті туындатуды және оны сақтауды жабдықтайтын бір ғана өлшемдіктен  немесе бір ғана өлшеу аспабынан, немесе  бір ғана өлшеу қондырғыдан  тұрады.

Жеке  эталонның қызметін платина–иридийлі және болат гирь тү-ріндегі килограммның массалық бірлігі атқарады.

Топтық  эталондар бірліктердің сақталуының  сенімділігін арт-тыру үшін қолданылатын бір типті өлшемдіктерден, өлшеу  аспаптарынан және басқа құрал–жабдықтардың жиынтығынан құралады.   

Топтық  эталондардың қызметін 20 бірқалыпты элементтерден  тұратын вольттің көшірме  эталоны  атқарады.

Эталон  жинағы өлшенетін шаманың әр түрлі  аймағына немесе мәндеріне арналған жеке өлшемдіктер немесе өлшеу аспаптарының жинағымен бірлікті сақтайтын немесе белгілі бір шектікте шаманы өлшей алатын өлшемдік немесе өлшеу аспаптарының жинағы түрінде беріледі.

Эталон  жинағы әр түрлі бөліктерде анықтау  қызметін атқаратын денелердің жинағы түрінде сұйықтық тығыздығы бірлігінің жұмысшы эталонына жатады.

Топтық  эталондар сияқты эталондар жинағының тұрақты және айнымалы құраушылары болуы мүмкін.

Электрлік тоқ күші бірліктерінің  эталоны.

ІХ  Бас конференцияның қаулысына сәйкесті өлшемдік пен салмақ бойынша ампердің анықтамасы: “Ампер – бұл вакуумде бір–бірімен 1м қашықтықта орналасқан шексіз ұзын және өте аз дөңгелек қималы, екі параллель орналасқан өткізгіштер бойымен өзгермейтін тоқ күші өткенде, осы өткізгіштердің арасынан, олардың ұзындықтарының әрбір метріне ^-7 Н тең болатын күш пайда болады”. Ампердің осы анықтамасының негізінде тоқтардың өзара әсерлесуі туралы Ампер заңы қолданылады.

Бұл анықтама бірліктің мөлшерін тек теориялық  түрде көрсетеді. Тоқ күшінің  бірлігін туындатуға тоқтық таразы деп  аталатын құрылғы кеңінен таралған. Себебі, бұл құрылғыда соленоид түріндегі екі өткізгіштің өзара әсерлесуі гирьдің салмағымен теңдеседі.

Үлгілік және жұмысшы өлшеуіш құрал–жабдықтар.

Өлшеуіш құрал–жабдықтары – метрологиялық  қасиеттері бар өлшенетін шаманың  мөлшерін анықтайтын құрал–жабдықтарды  береді. Өлшеу құрал–жабдықтарының негізгі түрлеріне: өлшемдіктер, өлшеу аспаптары, өлшеу сайманы, өлшеу машиналары, өлшеу қондырғылары жатады.

Сонымен қатар өлшеу диапозонын кеңейтетін, өлшеу дәлдігін жақсартатын, алыс қашықтықтарға  өлшеу қорытындысын жеткізетін және оның қауіпсіздігін қамтамасыз ететін, тек осы өлшеу құрал – жабдықтарымен бірге қолданылатын өлшеуіш түрлендіргіштер мен өлшеу кезінде қолданылатын керек-жарақтар да жатады. Олардың метрологиялық сипаттамалары өлшеу қорытындысына тікелей әсер етеді.

Метрологиялық қолданылымы бойынша өлшеу құрал–жаб-дықтары үлгілік және жұмысшы болып бөлінеді.

Үлгілік өлшеу құрал–жабдықтары өлшеу  дәлдігі жоғары емес  үлгілік  құрал-жабдықтарды тексеру үшін де қолданылады. Бұл тек метрологиялық  сипаттамалық тұрғыдан алынады, себебі тек қана әр түрлі разрядтағы үлгілік  өлшеу құрал–жабдықтарының тізбектеліп  өлшемдіктелген қатары өлшемдіктің біртұтастығын сақтай отырып, бірліктің  мөлшерін эталондық аспаптан жұмысшы аспапқа беруді қамтамасыз ете алады.

Адамдардың  әр түрлі белсенділігінде жұмысшы  өлшеу құрал– жабдықтары тек көзделген  мақсат үшін қолданылады.

Өлшеу құрал–жабдықтарының үлгілік немесе жұмысшы болып бөліну себебі, олардың құрылымына немесе дәлділігіне қарай емес, қай мақсатта қолданылатындығына байланысты болады.

Тәжірбиелік іс жүзінде, өлшеу жүргізгенде, тек қана бір өлшеу құрал–жабдығын жұмысшы құрал–жабдығы ретінде  де, үлгілік өлшеу құрал–жабдығы  ретінде де қолдануға болады, басқа  сөзбен айтқанда салыстыру үшін де, бөліктеу (градуирлеу) үшін де қолданыла  алады. Үлгілік өлшеу құрал–жабдықтарының жұмысшы өлшеуіш құрал– жабдықтарынан құрылымы бойынша сәл айырмашылығы болады және кейбір метрологиялық сипаттамалары өзгеше болады. Өлшеу құрал – жабдықтарын үлгілік ретінде қолданғанда, олар айрықша тұрғыда болуы керек, яғни барлық өлшеулерге қолданылмай, тек тексеріп-салыстыру және бөліктеу (градуирлеу)  мақсатында  қолданылуы керек. Өйткені көрсеткіштерді дәл көрсету үшін, жұмысшы құрал– жабдықтарына қарағанда үлгілік құрал–жабдықтарына жоғары талап қойылады.

Үлгілік өлшеу құрал–жабдықтарын тәжірибеде қолдануға тыйым салу метрологияның маңызды ережесі болып табылады. Бірақ оның мәнін есепке алмайды және бағаламайды.

Өз кезегінде жұмысшы өлшеу  құрал–жабдықтарының, олардың қолдану  шарттарына байланысты өзінің арнайы талаптары болады.

1.2 Халықаралық бірліктер жүйелері

Тәжірибе жүзінде бір жүйеден  екінші жүйеге ауыстырып есептеу  кезінде  физикалық шамалардың бірліктер  жүйелері мен бірлік жүйе-лерінсіз көп сандарды біріктіргенде туындайтын қолайсыздықтарды болдырмау үшін Халықаралық бірлікте бүкіл техника мен ғылым салаларын қамтитын біртұтас бірлік жүйесін құру керек болды.

1948 жылы өлшемдік мен салмақ  бойынша ІХ Бас кон-ференциясында  Халықаралық біртұтас тәжірибелік  бірліктер жүйесін құру ұсынылды. Негізгі бірліктер ретінде метр, килограмм (массаның бірлігі), секунд және электрлік  бірліктер  ұсынылды. 

Осы ұсыныстарға орай өлшемдік пен  салмақ жөніндегі Халықаралық комитетпен барлық елдердің ғылым және техника, педагогикалық орталардың арасында арнайы сұрақтар жүргізіліп, осы жауаптардың негізінде біртұтас тәжірибелік бірліктер жүйелерін құру ұсынылды.

Х Бас конференциясында (1954 ж) негізгі  бірліктер жүйесінің жаңартылған  түрі қабылданды: ұзындық–метр, масса–килограмм,  уақыт–секунд, тоқ күші–ампер, термодиномикалық температура–Кельвин градусы,  жарық күші–кандела.

Х Бас конференциясынан кейін өлшемдік пен салмақ жөніндегі Халықаралық  комитеті бірліктер жүйесінің жаңа тізімін жасап, оны  Халықаралық  бірліктер жүйелері деп атауды ұсынды.

1960 жылы ХІ Бас конференция  өлшемдік пен салмақ жөніндегі Халықаралық  бірліктер жүйелері (System International)  қысқартылған түрі “SI”, ал орысшасы “СИ” деген ат берді.

Халықаралық  бірліктер жүйелерінің  қабылдануы бірқатар елдерде (Англияда, Үндістанда, Жапонияда және т.б. елдерде) метрлік бірлікке көшудің түйткісі болды және ол осы уақытқа дейін сақталып келеді. Қазіргі уақытта жиырма бестен астам елдерде қолданымға СИ бірлігі кіреді. Және де бұндай елдердің саны жыл санап өсіп келеді.

 Басқа жүйелермен салыстырғанда  физикалық шамалардың Халықаралық бірліктер жүйелері аса дамыған және жетілдірілген болып саналады. Ол бір–бірімен физикалық байланысқан механикалық, электр динамикалық, термодинамикалық физикалық шамаларды қамтиды.

Біртұтас Халықаралық бірліктер  жүйелеріне деген сұраныс өте жоғары, ал оның ерекшекліктері сенімді болғандықтан, бұл бірліктерді  Халықаралық сапа стандарты (ИСО) өзінің ұсыныстарына енгізді.

Білім, ғылым және мәдениет жөніндегі  бірлескен ұлттық ұйымы (ЮНЕСКО) барлық елдердің ұйымдарының мүшелерін  осы Халықаралық бірліктер жүйелерін қабылдауға шақырды.

Халықаралық заңдастырылған метрология ұйымы (ХЗМҰ) барлық мемлекеттердің ұйымдарының  мүшелеріне Халықаралық бірліктер  жүйесін заңдастырған түрде енгізіп, барлық өлшеу аспаптарын СИ бірлігінде жүргізуді ұсынды.

Халықаралық бірліктер жүйелері физика және қолданбалы физиканың Халықаралық  Одағының  бірлігіне,  Халықаралық  электр техникалық комиссиясына, Халықаралық  газ Одағына және т.б. Халықаралық  ұйымдардың ұсыныстарына кірді.

Халықаралық  бірліктер жүйелерінің 1–ші қосымшасында  “Физи-калық шамалардың бірліктері” стандартының жобалық редакциясына сәйкестеліп, орысша және  Халықаралық  белгілермен белгі-ленген СИ бірліктерінің ең маңызды бірліктері берілді.

 

Негізгі және қосымша  СИ (интернационалдық жүйе) бірліктері.

Жоғарыда айтылғандай 1960 жылы өлшемдіктер  мен салмақ бойынша Халықаралық  бірліктер жүйесінің ХІ Бас конференциясында 6 негізгі бірліктер қабылданды. 1971 жылы ХІV Бас конференциясында жетінші  негізгі бірлік ретінде – заттың сандық бірлігі “моль” қабылданды.

Енді осы барлық жеті негізгі  бірліктің анықтамаларын қарас-тырамыз.

Ұзындықтың бірлігі–метр (м) –  бұл ұзындық вакуумде толқын-дардың 1650763,63 сәулелендіру ұзындығына тең, бұл  криптон 86 –ның 2Р₁₀ және 5d₅ деңгейлерінің арасындағы ауысуға сәйкес болады.  Массаның бірлігі–килограм (кг) – бұл Халықаралық массаның прототи-піне (сәйкес) тең.

Уақыт бірлігі–секунд (с) – цезий–133 атомының негізгі күйлерінің өте  жіңішке деңгейінің арасындағы ауысуға  сәйкес болатын 9192631770 сәулелену кезеңіне тең.

Электрлік тоқ күшінің бірлігі  –ампер (А) – вакуумде бір–бірінен 1 м қашықтықта орналасқан шексіз ұзындықты  және өте аз дөңгелек қималы екі  параллель өткізгіштің бойымен  өзгермейтін тоқ күші өткенде, осы  өткізгіштердің арасынан олардың ұзындықтарының әрбір метріне 2·10^-7 Н тең күш пайда  болады.

Термодинамикалық  температураның бірлігі–кельвин (к) – судың үш еселік 1/273,16 термодинамикалық температурасы.

Өлшемдік пен салмақ жөніндегі  Халықаралық комитетінің келісімімен  Цельсий градусы мен термодинамикалық температураның өрнектелуі:

,                                                                                 

 

мұндағы - Цельсий температурасы; - Кельвин температурасы.

Жарық күшінің бірлігі-кандела (кд)–жарық күші – бұл сәуле-лендірудің 1/600000 м² ауданынан шығарылатын перпендикуляр бағыт-талған 101325 Паскаль қысымында платинаның қатаю температурасына тең сәулелендіру температурасы.

Зат санының  бірлігі–моль – 0,012 кг нуклид  , қанша атомнан тұрса, сонша құрылымдық элементтерден тұратын зат санының жүйесі.

Мольді  пайдаланғанда олардың құрылымдық элементтері арнайы болуы керек. Олар атомдар, молекулалар, иондар, электрондар  және т.б. бөлшектер немесе арнайы бөлшектердің топтары болуы мүмкін.

Халықаралық бірліктер жүйесіне екі қосымша  бірлік кіреді: жазық бұрыш және сфералық бұрыш. Бұрыштық бірліктерді негізгі бірліктерге жатқызуға болмайды, және оларды туын-ды бірліктер деп те қарауға болмайды, өйткені негізгі бөлшектердің мөлшеріне тәуелді емес.

Жазық бұрыштың бірлігі радианмен, ал сфералық бұрыштың бір-лігі стерадианмен беріледі.

СИ туынды бірліктері.

Халықаралық  бірліктер жүйесінің туынды бірліктері физикалық шамалардың арасындағы байланысқан  заңдар негізінде немесе физикалық шамалардың анықтамасы негізінде пайда болады. Осы физикалық заңмен  немесе анықтамамен өрнектелген шамалармен бай-ланысқан теңдеуден, барлық басқа шамалардың СИ бірлігінің сәйкесті туынды бірліктері шығады.

СИ  туынды бірліктерінің пайда болуы кезінде алынған бірлік осы бірліктің шыққан бастапқы берілгеніне сәйкесті алынады:

 

,                                                                                               

 

мұндағы V–жылдамдық; S–жүріп өткен  жолдың жылдамдығы;  t–уақыт.

Себебі СИ бірлігінде жылдамдықтың бірлігі, м/с, бірқалыпты және түзу сызықты  қозғалған нүктенің 1 с–та 1 м ұзындықтағы  жолды жүріп өту жылдамдығына тең деп қабылданды.

Заттың  меншікті жылуының сыйымдылығы келесі теңдеуден алынады:

 

,                                                                                               

 

мұндағы с–заттың меншікті жылуының сыйымдылығы; С–жылу сы-йымдылық; -массасы.

Меншікті жылудың сыйымдылығының бірлігі-( ) – 1 жылу сыйымдылығының 1 кг массасы болғандағы заттың меншікті жылу сыйымдылығына килограм-кельвиннің Джоульге қатынасы жатады.

Кейбір жағдайларда, туынды бірліктер, оны ойлап тапқан ғалымдардың  атымен аталады.  

Өзінің меншікті атаулары бар бірліктер  жүйесінің (СИ) маңызды бірліктерінің  анықтамаларын қарастырамыз.

Периодтық процестің жиілігі СИ бірлігінде герцпен (Гц) белгіленеді. Герц – бұл 1 секунд ішінде период толық  бір цикл жаса-ғандағы жиілік.

СИ бірлігіндегі күштің бірлігі–ньютон (Н) – массасы  1 кг болатын денеге түсірілетін күштің әсер ету бағытындағы үдеуді 1 м/с²   білдіреді.

1971 жылы ХІV Бас конференциясында  өзінің меншікті атауларымен  аталатын бірліктер қабылданды: қысымның бірлігі үшін–паскаль (Па)–1 м² аудан бетінен таралатын 1 Н күштің әсерінен туындайтын қысымға тең.

Жұмыс пен энергия түрлерінің барлығы (механикалық, электрлік, жылулық, жарық  т.б.) бірдей бірлікте Джоуль деген атау берілді.  Джоуль – 1 Н күштің түсірілген орнынан  1 м қашықтыққа,  оның әсерінен сол бағытта жылжығанда жасалатын жұмысқа тең.