3-Ma’ruza Mavzu: O‘lchash qurilmalarining element­larini asosiy xossalar va texnikaviy vositalari

3-Ma’ruza

Mavzu: O‘lchash qurilmalarining element­larini asosiy xossalar va texnikaviy vositalari

Reja:

1. 
   Birliklar, birliklar sistemasi va etalonlar
   
2. 
   Elektr potentsiallarning xilma-xilligi
   
3. 
   Elektr toki
   
4. 
   Sig’im
   
5. 
   Induktivlik
   
6. 
   CHastota
   

Kalit suzlar: o’lchamlarni birliklar, fizik kattalik, birliklar sistemasi va etalonlar, elektr potentsiallarning xilma-xilligi, elektr toki, sig’im, induktivlik, chastota, mexnik, magnit va elektrik kattaliklar, qonunlari va teoremalar, gipoteza, passiv va aktiv informatsiya, signal, namuna, og’ish metodi, nolь metodi, asboblar qurilishi, fizik kattalik, birlik, kelishilgan (kogerent), asosiy kattaliklar, hosila miqdori, ratsionallashtirilgan sistema, Veston elementi, Djozefson effekti, elektr toki, “tok tarozilari”, elektr qarshiligi, Xoll effekti, sig’imi, induktivlik, CHastota.

3.1. Fizik kattaliklarni o’lchash

Keyingi ma’ruzalarda biz mexnik, magnit va elektrik kattaliklar, shu jumladan, fizik xususiyatlarga ega o’lchamlarni o’rganish bilan chegaralanamiz. Bu holatda o’lchash deganda, ob’ekt yoki tizimning o’sha yoki boshqa fizik xossalarni aniqlash maqsadida, texnik vositalarni qo’llash (o’lchash tizimida) yordamida, o’rnatilgan va hujjatlashtirilgan tartibga (o’lchash uslubi va strategiyasi) muvofiq, fizik ob’ekt yoki tizim (o’lchash ob’ekti) ustida olib borilayotgan operatsiyalar ketma-ketligi tushuniladi. O’lchash deganda, yana fizik holat yoki ko’rinish to’g’risidagi (metr o’lchovi asosidagi yoki strukturasi-tuzilishiga ko’ra) texnik vositalar yordamida amalga oshirilgan ma’lumotlarning olinishi deb ham qabul qilish mumkin.

Insoniyat tomonidan asrlar davomida to’plangan jami ma’lumotlar, bizda dunyo to’g’risida “tasavvur” paydo qiladi. Dunyo to’g’risidagi tasavvur yoki uning obrazi, tabiat qonunlari va teoremalar, gipoteza – farazlarda o’z aksini topadi. SHuning uchun ham o’lchash – bizning ilmiy bilimlarimiz manbai bo’lib xizmat qiladi. Boshqacha qilib aytsak, “Fizikada faqat o’lchash mumkin bo’lgan narsalar mavjud”. (Maks Plank).
O’lchash natijasida olingan ma’lumotlar, o’lchash ob’ektida, 2 xil shaklda namoyon bo’ladi: passiv yoki aktiv. Ob’ektning qanday qurilgani, masalan, ma’lumot fotosuratda yoki perfokartadan iboratmi, shuningdek, rezistor qarshiligining ahamiyati nimadan iborat, kabi ma’lumotlarning jamlanganligi passiv informatsiyani bildiradi. Boshqa tomondan olib qaraganda, o’sha yoki boshqa ma’lumotning ko’rinishi, energetik ta’rifga ega bo’lsa, u holda bu ma’lumot aktiv hisoblanadi. Bunday energetik ko’rinishga ega ma’lumotlar signallar deb ataladi. Ma’lumot tarqatilishida foydalaniladigan signal namunalari bo’lib,ular elektrik, optik va akustik ko’rinishlar xizmat qiladi.
Biz, bundan keyin imkoniyat darajasida aktiv va passiv o’lchash ob’ektlarini umumiy tarzda ko’rib chiqamiz. Biz, passiv ma’lumotlar, aktiv shaklga o’zgarmaguncha unga kira olmaymiz. Buni amalga oshirish uchun, energiyaning qandaydir manbai (fotosurtaning yoritilishi, rezistorda o’lchash orqali, elektr toki o’tkazish) zarur bo’ladi. O’lchash ob’ektida mavjud bo’lgan, bu energiya manbai yordamida passiv informatsiya, elektr ko’rinishida tasvirlanadi; passiv informatsiya, aktiv informatsiyaga aylanadi (nur fotosuratdan ko’rinadi; rezistor orqali o’tuvchi tok, unda kuchlanish yuzaga kelishiga olib keladi). Endi aktiv informatsiyani, mavjud texnik vositalar bilan, bizning o’lchov sistemamiz – tizim yordamida, ro’yxatdan o’tkazishi mumkin. SHu tariqa, insonlar kabi, texnik tizimlar ham aktiv formada (ular o’rtasida o’zaro aloqalar mavjud bo’lganda) ma’lumotlar bilan o’rtoqlashadilar.
“Passiv” ob’ektlarda o’lchov o’tkazish uchun (ya’ni ma’lumot olish kerak bo’lgan o’lchov informatsiyasi, passiv shakldagi ob’ektda bo’lsa), bu ob’ektga mos bo’lgan passivlik xususiyatlarini qo’zg’atish yoki aktivlashtirish uchun energiyaning tashqi manbai zarur bo’ladi. Bu qo’zg’atuvchi o’lchov ob’ektiga ta’sir ko’rsatadi, qaysiki o’z navbatida u ham, u yoki bu tarzda, unga javob qaytaradi. Agar bu ta’sir ko’rsatish aniq bo’lsa, unda ob’ektning xossasini bilish uchun bu javobni o’lchash kerak bo’ladi. Haqiqatan javob o’lchanayotgan ob’ekt to’g’risida ham, hamda uning ta’siri haqida ham, aktiv ma’lumotlar mavjud. Mabodo bu ta’sir aniq bo’lmasa, ushbu ta’sir bilan aktivlashtirilgan passiv informatsiyaning o’sha qismini olib tashlash uchun o’lcham va hattoki ta’sir ko’rsatishning o’zini javob sifatida amalga oshirish lozim (2.1-rasmga qarang (a)).
Faraz qilamiz, o’lchashda foydalaniladigan texnik vositalar yordamida, ya’ni o’lchov tizimi yordamida, biz ikki fizik kattalik, ularning har biri, bir xil fizik o’lchamda bo’lishi sharti bilan, bu ikki fizik kattaliklarning munosabatini belgilaymiz. Ammo har doim ham ta’sir ko’rsatish va unga javob berish, bir xil fizik o’lchamga ega bo’lmasligi mumkin. SHuning uchun ham bizga ta’sir ko’rsatish va unga javob beruvchi o’rtasidagi aniq nisbatni ta’riflovchi etalon kerak bo’ladi. Etalon bizga 2.1- (a) rasmda ko’rsatilganidek, “passiv” ob’ekt bilan o’lchov olib borishga imkon yaratadi. “Aktiv” ob’ekt uchun (ya’ni o’lchanayotgan ob’ekt to’g’risida aktiv ma’lumotlar olingan holatda), albatta qo’zg’atuvchi talab etilmaydi; biroq ushbu ob’ektni o’lchash yoki unga boshqacha munosabatda bo’lish uchun, bizga etalon kerak bo’ladi. Bunday etalon, o’sha o’lchanayotgan signal o’lchamidagi hamma biladigan signal bo’lishi kerak. “Aktiv” etalonlar namunasi sifatida, signallarning aniq sintezatorlari, tayanch kuchlanishlari va boshqalar hisoblanadi, shunda o’lchashni o’zgartirgichlar, attenyuatorlar va kalibrlovchi rezistorlar “passiv” etalonlar deb belgilanadi.



3.1-rasm. O’lchov ob’ekti to’g’risida ma’lumot olish (a) “Passiv” o’lchov ob’ekti. (b) “Aktiv” o’lchov ob’ekti.

Avvalgi bobda o’lchamdagi bog’lanishlarda y=f(x) masofaga oid bog’liqlikda y ning o’lcham natijasi, x ning kirish signali kattaligidan, sanoq boshlanishidan, qo’zg’alishsiz o’ringa egaligi, ya’ni y=ax, bu yerda a – noaniq ratsional son ekanligi ko’rsatilgan edi. Agar x₁ va x₂ yoki x₁ va x₃ signallari 3.1-rasmda ko’rsatilganidek kuzatilsa, x₁ / x₂ yoki x₁ / x₃ munosabatlarini o’zaro mos deb belgilash mumkin. Bu bog’liqliklarda a ning ma’nosi har ikkala signallar uchun (bog’liqliklarni o’lchash xossasi) a ga bog’liq emas. Agar ikki kattalikning bo’linishidan hosil bo’lgan bo’linmani bilmoqchi yoki uning tengligini aniqlamoqchi bo’lsangiz, bog’liqliklar o’lchamining o’zi yetarli bo’ladi. Biroq, biz eng muhim o’lchashni bajarmoqchi bo’lgan vaziyatda, bizning qo’limizda etalonlar bo’lishi shart. Bu tayanch signallarining tashqi manbalari, yoki o’lchov tizimiga qurilgan etalonlar bo’lishi mumkin.

Namuna. Harakatlanadigan g’altakli strelkasimon asbob, qaysiki unda strelkalarning masofadan og’ishi, kirish toki x ga bog’liq bo’lib, (x=0 bo’lganda, y=0 deb faraz qilsak), nisbatlarni o’lchash uchun xizmat qiladi. Agar bu asbob yordamida kardinal – asosiy o’lchamlar bajariladigan bo’lsa, u holda ahamiyati aniq bo’lgan tokning, etalonga oid manbasi talab qilinadi. Kardinal – asosiy o’lchamni amalga oshirishning boshqa mumkin bo’lgan usulida, kalibrli shkalaga ega ampermetrdan foydalanish mumkin degan xulosaga kelinadi. So’nggi holatda shkala bo’yicha tokning aniq kattaligini bilish mumkin. SHuni aytish mumkinki, bunday o’lchagich ichki etalonga ega bo’ladi, qaysiki stryelkaning tokka ta’sirida, sezuvchanlik rolь o’ynaydi. Boshqacha qilib aytsak, bu vaziyatda bog’liqlikni o’lchovchi a konstantasi – o’zgarmas soni ma’lum bo’ladi.
3.1-rasmda o’lchov tizimidagi namunalarni keltirdik,ular yordamida nisbiy munosabat,agar biz bunday tizimga ega bo’lsak nima bo’lishi mumkinligini aniqlaymiz.
3.2. paragrafda, ichki etalondan iborat bo’lgan o’lchov tizimi, bizga og’ish metodi – usuli yordamida, kardinal – asosiy o’lchovni bajarish imkonini beradi. Bu ikkala vaziyatlarda ichki va tashqi etalonlar bilan, o’lchash jarayonini har xil metodik – usulidan foydalanib bajarish mumkin. Pirovardida, nolь metodda (kompensatsiya – o’rnini to’ldirish metodida) faqat tashqi etalon qo’llaniladi. Bu, so’nggi metod uchun bog’lanishni o’lchovchi emas, balki faqat tartibli o’lchashni amalga oshiruvchi, o’lchov tizimi talab etiladi, ya’ni “ko’p”, “teng” yoki “kam” deb aniqlash qobiliyatiga ega tizim zarur bo’ladi. Tartibli o’lchovni bajaruvchi o’lchov tizimiga namuna qilib, nolь-organ (nolь detektor)ni ko’rsatish mumkin.
Bog’lanishli o’lchamni yaratish mumkin , miqdoriy fizik o’lchamlar bilan chegaralanadigan bo’lsak, bunday o’lchov tizimining mohiyatini bir fizik kattalikning o’lchami, o’sha fizik kattalikdagi, boshqa kattalik bilan taqqoslagandagi nisbiy o’lchamini aniqlaydi. Bu kattaliklarning biri “o’lchov predmeti”, boshqasi esa “o’lchov” deyiladi. Yagona o’lchov birligini belgilashdan oson narsa yo’q. Masalan, massa uchun o’lchov birligi (kilogramm) ham massa birligi hisoblanadi. SHuning uchun kardinal – asosiy o’lchovlar uchun, ya’ni turli fizik kattaliklarning har biri uchun, yagona o’lchamlar (birliklar) o’rnatish shart. O’lchashning natijalarini taqqoslash imkoniyatiga ega bo’lish va xalqaro o’rin almashtirishni yengillashtirish uchun barcha mamlakatlarda bunday birliklarning qabul qilinishi va ulardan foydalanish maqsadga muvofiq bo’ladi.
Belgilangan fizik kattaliklarni (masalan, magniy kattaliklar) kuzatish imkoniga ega bo’lish uchun, kuzatuvchi insonga texnik vositalar (o’lchamlar) kerak bo’ladi va ularning ishlashi yanada takomillashgan bo’lishidan (katta sezuvchanlik, o’lchov ob’ektiga kamroq ta’sir ko’rsatish) manfaatdor bo’lishi kerak. Bu vositalar shunday ishlanganki, bizning sezgi organlarimiz adashib izohlab beradigan ko’rinishlar, o’lchash mumkin bo’lgan ma’lumotlarni yo’qotmasdan qayta qurib bo’lmaydi. Odatda, faqat bizning ko’rish va eshitish organlarimiz o’lchash natijalari yo’llangan sezgi organlari deb hisoblanadi. Umuman olib qaraganda, o’lchash uchun qo’llaniladigan texnik vositalar “o’lchov tizimi” deb ataladi. Bu atama butun eksperimental qurilmaga hamda alohida moslama yoki asbobga nisbatan ham qo’llaniladi. O’lchov tizimini loyihalashtirish sohasi asboblar qurilishi deb nomlanadi. Bu sohada faoliyat yuritishdan maqsad, hamma uchun tushunarli bo’lgan texnik vositalar va o’lchov metodidan unumli foydalangan holda, o’lchov tizimini yaratishdir.
O’lchov natijasi, o’lchanayotgan kattalikning ahamiyati to’g’risida, aniq tasavvurga ega bo’lishi kerak. Biroq bunday tasavvur, har doim xato va nuqsonlardan xoli bo’lmaydi, shunday qilib, o’lchanayotgan narsaning natijasi mutlaqo to’g’ri ko’rinishni ta’minlamaydi. SHuning uchun ham 2.3. paragrafda o’lchov jarayonida duch kelinadigan turli xato manbalari to’g’risida so’z boradi.