Өлшеуіш приборлар

Пән туралы қысқаша мәлімет

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі. “Сырдария” университеті, “Жаратылыстану” факультеті, “Жалпы математика және физика” кафедрасы.

Пән: “Физикалық приборлар” (050110 – физика мамандығы студенттері үшін).

Кредит және көлем

Кредит: 2
Жалпы сағат: 90
Семестр: III

Оқу форматы

Оқу түрі: Күндізгі
Курс: 2
Қорытынды бақылау: Емтихан

Сағаттардың бөлінісі

Практика: 15
Лаборатория: 15
СӨЖ: 30
ОБСӨЖ: 30

Құрастырғандар

Бердалиев Есенәлі, Қасымбеков Дінмұхамет. Жетісай, 2006 жыл.

Оқу-әдістемелік кешеннің мазмұны

1. Абстракт
2. Курстың мақсаты мен міндеттері
3. Жұмыс оқу жоспарынан көшірме
4. Оқу сабақтарының құрылымы туралы мәлімет
5. Студентке арналған ережелер
6. Оқу сағаттарының тақырып бойынша бөліну кестесі
7. Лекция сабақтарының мазмұны
8. Лабораториялық сабақтардың жоспары мен мазмұны

9. СӨЖ жоспары мен мазмұны
10. ОБСӨЖ жоспары мен мазмұны
11. Жұмыс бағдарламасының вариативті бөлімі
12. Тесттік сұрақтар
13. Бақылау түрлері (типтік есептер, жазбаша бақылау жұмыстары, тестілік сұраунамалар және т.б.)
14. Рейтингтік бақылау жүйесі
15. Оқу процесінің картасы

Абстракт

Бұл оқу-әдістемелік кешен 050110 – физика мамандығы студенттеріне арналған және пәнді кредиттік технология бойынша тиімді меңгеруге қажет материалдардың толық жинағын ұсынады. Мақсат — пәнді игеру барысында студенттің білімі мен дағдысын жүйелі түрде дамытып, біліктілігін жоғары деңгейге көтеру.

Жұмыс бағдарламасында оқу жұмысының түрлері бойынша сағаттар көрсетіледі: практикалық сабақтар (ПС), студенттің өзіндік жұмысы (СӨЖ), оқытушының басшылығымен студенттің өзіндік жұмысы (ОБСӨЖ). Силлабус семестр басында әр студентке беріледі және пәнге қызығушылықты арттырып, шығармашылық әрі зерттеушілік қабілеттерді дамытуға бағытталған.

Маңызды екпін

Дәрістің қысқаша жазбалары негізгі ұғымдар мен терминдерді жүйелейді және тақырыпқа назар аудару нүктелерін айқындайды.
Пәнді толық меңгеру үшін ұсынылған әдебиеттермен жүйелі жұмыс жасап, СӨЖ көлемін толық орындау қажет.
Тесттік тапсырмалар рейтингтік бақылауға және емтиханға дайындыққа арналған.

Курстың мақсаты

“Физикалық приборлар” пәні оқу экспериментін физикалық құбылыстарды зерттеудің негізгі әдісі әрі физика сабақтарындағы басты көрнекілік құралы ретінде қарастырады. Арнаулы приборлар көмегімен құбылыстарды демонстрациялау және студенттің өздігінен тәжірибе жасап, бақылау жүргізуі арқылы физикалық ұғымдар қалыптасады, құбылыстар арасындағы байланыстар анықталады, заңдылықтар тексеріледі.

Пәннің міндеттері

1 Арнайы приборлардың құрылысы мен жұмыс істеу принциптерін, сондай-ақ қауіпсіздік техникасының талаптарын меңгерту.
2 Демонстрациялық тәжірибелерді өз бетінше қою және көрсетуді әдістемелік әрі техникалық тұрғыдан дұрыс ұйымдастыру дағдысын қалыптастыру, педагогикалық әсерін барынша арттыру тәсілдерін үйрету.
3 Физика кабинетін жобалау, жабдықтау және оның жұмысын тиімді ұйымдастыру бойынша практикалық құзыреттілік қалыптастыру.
4 Зертханалық және практикалық жұмыстарға мақсатқа сай приборларды тиімді таңдауды, өлшеу дәлдігін есепке алуды және бақылау шарттарын сақтауды үйрету.
5 Эксперимент қоюға арналған негізгі және қосымша әдебиеттермен жұмыс істеуді, дереккөздерді сын көзбен бағалай білуді қалыптастыру.
6 Физикалық құбылыстарды модельдеу, алгоритмдеу, бағдарламалау, анимациялау дағдыларын және өнертапқыштық қабілеттерді дамыту; жаңа құралдарды жобалауға және бар құралдарды жетілдіруге ынталандыру.

I. Қарапайым механикалық шамаларды өлшейтін құралдар

Линейка, мензурка, штангенциркуль, микрометр, таразы, динамометр, спидометр, акселерометр, сағат және т.б.

II. Негізгі өлшеуіш және оқу-демонстрациялық құрылғылар

Ток көздері, түзеткіштер, проекциялық аппаратура, электр өлшеуіш приборлар, насостар, электр тогін бөлгіш құрылғылар, жылу көздері, осциллограф, трансформатор, оптикалық және атомдық приборлар; олардың құрылысы, жұмыс принциптері және қолдану тәсілдері.

Жұмыс оқу жоспарынан көшірме

Семестр	Кредит	Жалпы сағат	Лекция	Практика	Лаборатория	ОБСӨЖ	СӨЖ	Қорытынды бақылау
III	2	90	—	15	15	30	30	Емтихан

Оқу сабақтарының құрылымы

Лекция

Студентке тақырыпты игеруде негізгі назар аударылатын тұстарды көрсетеді. Пәнді толық меңгеру үшін ұсынылған әдебиеттермен жүйелі жұмыс қажет.

Практикалық сабақ

Талдау, салыстыру, тұжырым жасау, проблеманы анықтау және шешу жолдарын ұсыну сияқты белсенді ой әрекетін талап ететін дағдылар қалыптастырылады.

Лабораториялық жұмыс

Әр студент теориялық білімнің тәжірибеде орындалуын көріп, өлшеу және бақылау әдістерін нақты орындау арқылы бекітеді.

СӨЖ және ОБСӨЖ

СӨЖ — үй тапсырмалары мен өз бетімен меңгеру жұмыстары.
ОБСӨЖ — оқытушы көмегімен материалды меңгеру, білім деңгейін тексеру және кері байланыс алу.

Студентке арналған ережелер

Сабаққа кешікпеу.
Сабақ кезінде сөйлеспеу, газет/басқа материал оқымау, сағыз шайнамау.
Ұялы телефонды өшіру немесе дыбыссыз режимге қою.
Сабаққа іскерлік үлгідегі киіммен келу.
Сабақтан қалмауға тырысу; науқастық себепті қалсаңыз, деканатқа анықтама тапсыру.
Өткізілген сабақтар оқытушының кестесіне сәйкес өтеледі.
Тапсырмалар орындалмаған жағдайда қорытынды баға төмендетіледі.

Тақырыптар бойынша сағаттардың бөлінісі (практика)

№	Практика тақырыбы	Практика	Лаб.	СӨЖ	ОБСӨЖ
1	Физикалық приборлар	1	2	2	2
2	Өлшеуіш приборлар	1	2	2	2
3	Өлшеуіш приборлар шкаласы	1	2	2	2
4	Өлшеуіш приборлар параметрлері	1	2	2	2
5	Сызықтық өлшемдерді өлшеуге арналған приборлар	1	2	2	2
6	Өлшеуіш микроскоп, проектор және т.б.	1	2	2	2
7	Бұрыш өлшеуіш приборлар	1	2	2	2
8	Аудан мен көлемді өлшейтін приборлар; сағат және частотометрлер	1	2	2	2
9	Кіші ығысулардı өлшейтін приборлар	1	2	2	2
10	Жылдамдықтарды және бұрыштық жылдамдықтарды өлшеу	1	2	2	2
11	Акселерометрлермен үдеуді өлшеу; спидометр мен акселерометр көрсеткішін интегралдау	1	2	2	2
12	Акустикалық приборлар	1	2	2	2
13	Дыбыс қабылдағыштар (микрофондар); дыбысты жазу және өңдеу приборлары	1	2	2	2
14	Күштерді өлшейтін приборлар. Таразы	1	2	2	2
15	Масса, тығыздық және инерция моменттерін өлшейтін приборлар	1	2	2	2
Барлығы		15	—	30	30

Практиканың қысқаша курсы

Практика №1: Физикалық приборлар

Жоспар

1) Прибор ұғымы
2) Приборларды жіктеу
3) Қолдану салалары
4) Установка және ақпараттық жүйе

Прибор — физикалық құбылыстарды бақылау, өлшеу, өңдеу және ақпаратты жеткізу; зерттеу нысанына әсер ету; процестерді реттеу және басқару үшін қолданылатын құрал. Ол табиғат пен адамды, сондай-ақ техника мен адамды өзара байланыстырып, техникалық және табиғи объектілер арасындағы байланысқа қызмет етеді.

Көптеген приборлар (лупа, таразы, телескоп) көне дәуірден белгілі болғанымен, XIX ғасырда кең тарағандары — сағат пен таразы. XX ғасырдан бастап приборлар өндіріс, медицина, білім, ғылым және күнделікті тұрмыстың ажырамас бөлігіне айналды.

Классификация (жұмыс міндетіне қарай)

Ақпарат алушы: бақылау және өлшеуіш приборлар (көру приборлары, вольтметр және т.б.).
Эталондар және салыстырмалы өлшеу: сызғыш, гірлер және т.б.
Ақпарат түрлендіруші және жеткізуші: байланыс желілері, күшейткіштер, датчиктер, ЭЕМ, жиілік бөлгіштер және т.б.
Энергия түрлендіруші және тасымалдаушы: ток көздері, трансформаторлар, генераторлар, редукторлар, электр желілері.
Объектіге әсер етуші: станоктар, манипуляторлар, насостар, жарықтандырғыштар, мұздатқыштар және т.б.

Приборларды қолдану салалары бойынша (химиялық, механикалық, биологиялық, медициналық, радиотехникалық және т.б.), жұмыс істеу принципі бойынша, сондай-ақ конструкциялық орындалуына қарай стационар және автономды (көшпелі) түрлерге бөліп жүйелеуге болады.

Бір үстелде немесе кешенде жиналып, өткізгіштер арқылы байланысқан және ортақ мақсатты шешетін приборлар жиынтығы установка деп аталады. Ал әртүрлі қашықтықта орналасқан өлшеуіш және басқа приборлар өзара байланысып, бір мәселені шешетін жүйе ақпараттық жүйе деп аталады (мысалы, ғарыштық ұшу кешені: жерүсті кешені, ғарыш флоты, байланыс спутнигі, ұшуды басқару орталығы).

Практика №2: Өлшеуіш приборлар

Жоспар

1) Өлшеу және оның бірліктері
2) Өлшеуіш приборлар және олардың түрлері

Өлшеу — белгісіз X шаманы қабылданған біртекті X₀ шамасымен салыстыру: X = n·X₀, мұнда n — өлшеу нәтижесіндегі сан.

Қазіргі өлшем бірліктері халықаралық SI жүйесіне (m, s, A, kg, K, mol және олардың туындылары) негізделеді. Эталондар арнайы мекемелерде сақталып, тікелей жұмысқа қолданылмайды; олардың көшірмелері практикада пайдаланылады (сызғыш, гір, сағат және т.б.). Салыстырмалы өлшеу құралдарының жиынтығы “магазиндер” (кедергі, сыйымдылық, гір магазині) деп аталады.

Өлшеудің негізгі түрлері

Тікелей: X шамасы эталонмен тікелей салыстырылады (мысалы, таразыда гірмен салыстыру).
Жанама: X басқа шаманың функциясы арқылы табылады (мысалы, сынапты термометрде температура сынаптың көлемдік кеңеюімен анықталады).

Өлшеу тәсіліне қарай приборлар

Тікелей көрсетуші: тілше немесе көрсеткіш шкала бойынша жылжиды (динамометр, вольтметр, спидометр).
Нөлдік (компенсациялық): “магазин” элементтері (гір, кедергі, сыйымдылық) қосылып, теңестіріледі.
Дифференциалды: компенсацияланбаған аз ғана айырма тілше арқылы көрсетіледі (циферблаты бар екі табақты таразы және т.б.).

Қазіргі өлшеуіш құралдарда өлшенетін көптеген шамалар электрлік сигналдарға түрлендіріледі. Мұндай түрлендіруге датчиктер мен түрлендіргіштер қызмет етеді.

Практика №3: Өлшеуіш приборлар шкаласы

Жоспар

1) Шкала және градуирлеу
2) Сызықты емес түрлендіргіштер
3) Ақпаратты шығару тәсілдері
4) Прибор параметрлері

Өлшеуіш прибор шкаласы — өлшенетін шамаға сәйкес градуирленген циферблат пен көрсеткіштен (тілшеден) тұратын жүйе. Әрбір прибор белгілі бір дәлдікке ие; абсолют сызықтық шкала тәжірибеде толық идеал күйде кездеспейді.

Шкаланың түрлері

Сызықтық: бөлік құны бірқалыпты; абсолют қателік әдетте тұрақты, салыстырмалы қателік шкаланың басында жоғары болады.
Квадратты: көрсеткіш таңбаға тәуелсіз; нөлден алыстаған сайын бөліктер үлкейеді (бастапқы бөлікте қателік өте жоғары болуы мүмкін).
Логарифмдік: кең диапазондағы шамаларды көрсетуге ыңғайлы; салыстырмалы қателік шкала бойымен бірқалыптырақ болады.

Өлшеу нәтижесінде шкаланың әр бөлігі (немесе жарты бөлігі) прибордың абсолют қателігімен сәйкестенуі тиіс.

Ақпаратты шығару тәсілдері

Аналогты — шкала бойынша көрсеткіштің орын ауысуымен беріледі (тілше, “жалауша” тәрізді көрсеткіш, барабан және т.б.).

Цифрлық — ақпарат сандармен беріледі (электрондық өлшеуіштер). Олар жылдам, соққы мен дірілге төзімді және деректерді дисплейге, жазушы құрылғыға немесе ЭЕМ-ге шығара алады.

Өлшеуіш прибордың құрылымдық логикасы (жалпылама)

Жалпы құрылым: объект → датчик → өлшеуіш схема → күшейткіш/жад → индикатор/жазушы. Компенсациялау тәсілі қолданылса, қарсы сигнал беретін компенсациялық құрылғы іске қосылып, толық теңескенде атқарушы механизм тоқтайды. Кей жағдайда көрсеткіштерге тәуелді түрде объектінің жағдайын өзгертетін реттегіш те болуы мүмкін (мысалы, температураны реттеу).

Көп приборларда осы блоктардың барлығы бірдей болмайды: мысалы, амперметрде датчик қызметін атқаратын сезімтал бөлік, өлшеуіш механизм және тілше жеткілікті.

Практика №4: Өлшеуіш приборлардың параметрлері

Жоспар

1) Сезгірлік
2) Сезгірлік шегі
3) Дәлдік класы
4) Тұрақтану уақыты
5) Прибордың сыртқы әсерлерге тәуелділігі

Бұл бөлім мәтіні бастапқы материалда толық берілмегендіктен, параметрлердің мазмұны келесі беттерде/тақырыпта кеңейтіледі.