Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины
«Методы и средства измерений, испытаний и контроля»
для специальности 200501.65 «Метрология и метрологическое обеспечение» подготовки специалиста
Автор программы:
, к. т.н., *****@***ru
Одобрена на заседании кафедры Микросистемной техники, материаловедения и технологий «___»____________ 20 г
Зав. кафедрой
Рекомендована секцией УМС «___»____________ 20 г
Председатель
Утверждена УС факультета «___»_____________20 г.
Ученый секретарь ________________________
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
«Методы и средства измерений,
испытаний и контроля»
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью преподавания дисциплины «Методы и средства измерений, испытаний и контроля» является формирование у студентов понимания взаимосвязи процессов измерений, испытаний и контроля с метрологическим обеспечением проектирования, производства и эксплуатации продукции, находящей широкое применение в различных областях науки и техники. Особенно это актуально в настоящее время, когда непрерывно повышаются требования к качеству продукции и услуг. При этом растут требования к точности измерений и возможности воспроизведения в процессе испытаний на воздействие различных внешних факторов.
Задачами изучения дисциплины являются:
· Приобретение студентами знаний средств измерений, контроля и испытательного оборудования, а также методов их использования.
· Умение разрабатывать комплексы научно-технических и организационных мероприятий, предусматривающих обеспечение единство измерений и испытаний.
· Умение формулировать требования к точности задания и поддержания испытательным оборудованием значений параметров испытательных режимов в установленных допусках.
· Организация осуществления контроля, измерений и испытаний в процессе проектирования и производства.
· Анализ и синтез результатов измерений, испытаний и контроля значений параметров продукции и услуг с целью усовершенствования процессов ее проектирования и производства.
· Разработки новых, более эффективных средств измерения, испытаний и контроля.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ оСВОЕНИЯ
СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины студенты должны обладать следующими знаниями, умениями и навыками:
· знать принципы действия аналоговых и цифровых средств измерений;
· знать принципы построения информационно-измерительных и автоматизированных систем, используемых в процессах измерений, испытаний и контроля;
· знать принципы действия испытательного оборудования и применяемых в процессе испытаний преобразователей и специальных средств измерений;
· знать основы применения вычислительной техники в измерительных и испытательных устройствах и системах;
· знать цели и методику осуществления поверки (калибровки), а также аттестации испытательного оборудования;
· уметь правильно использовать аналоговые и цифровые средства измерений при решении конкретных научных и производственных задач;
· уметь на основании технических требований разрабатывать программу и методики проведения испытаний;
· владеть методиками оценки и контроля качества в своей деятельности;
· владеть навыками работы со средствами измерений и испытательным оборудованием.
3. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |
6 | 7 | ||
Общая трудоемкость дисциплины | 216 | 108 | 108 |
Аудиторные занятия | 136 | 68 | 68 |
Лекции | 85 | 34 | 51 |
Практические занятия (ПЗ) | 51 | 34 | 17 |
Семинары (С) | - | - | - |
Лабораторные работы (ЛР) | |||
и (или) другие виды аудиторных занятий | |||
Самостоятельная работа | 80 | 40 | 40 |
Курсовой проект (работа) | - | - | - |
Расчетно-графические работы | - | - | - |
Реферат | - | - | - |
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | экзамен | экзамен |
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п | Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ (или С) | ЛР |
1.1 | Введение. | 2 | - | |
1.2 | Определение и классификация средств измерения электрических величин. | 2 | - | |
1.3 | Сигналы измерительной информации. | 4 | 4 | |
1.4 | Электромеханические измерительные приборы. | 4 | 4 | |
1.5 | Методы и средства измерений сопротивлений, индуктивностей, ёмкостей. | 4 | 4 | |
1.6 | Электронные приборы для измерения напряжения. | 4 | 4 | |
1.7 | Электронные приборы для измерения фазы и частоты. | 4 | 4 | |
1.8 | Электроннолучевые осциллографы. | 4 | 4 | |
1.9 | Электронные приборы для измерения и анализа параметров спектра. | 4 | 4 | |
1.10 | Измерительные генераторы. | 4 | 4 | |
1.11 | Электронные усилители и аттенюаторы. | 2 | - | |
1.12 | Применение вычислительной техники в средствах измерений. | 4 | - | |
1.13 | Методы измерений неэлектрических величин. | 2 | - | |
1.14 | Актуальные проблемы и перспективы развития методов и средств измерений и контроля. | 2 | - | |
2.1 | Общие сведения о современных испытаниях и их отличие от технического контроля. | 2 | - | |
2.2 | Воздействующие факторы: внешние и внутренние; внешние воздействующие факторы (ВВФ), виды испытаний. | 4 | - | |
2.3 | Опасные воздействия на человека, его имущество и окружающую среду и виды испытаний. | 4 | 2 | |
2.4 | Особенности испытаний на функционирование, на безопасность и надежность. Структурные схемы испытаний. | 4 | 2 | |
3.1-3.4 | Испытания на механические воздействия: вибрацию, удары, линейные ускорения и акустические шумы. Средства измерений и применяемое оборудование: классификация, основные параметры конструкции. | 6 | 4 | |
4.1-4.7 | Испытания на климатические воздействия: повышенную и пониженную температуру, повышенную влажность, пониженное атмосферное давление, воздействие солнечной радиации, морского тумана. | 6 | 4 | |
5 | Биологические воздействующие факторы. Испытания на грибоустойчивость. | 2 | - | |
6.1-6.3 | Классификация испытаний по основным признакам видов. | 5 | - | |
7.1-7.2 | Разработка программы и методик испытаний. | 4 | 3 | |
8 | Автоматизация испытаний. | 2 | 4 |
4.2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Методы и средства измерений.
1.1. Введение. Общие термины и определения. Многообразие измерительных задач. Измерение электрических величин как основа измерений большинства физических величин. Понятие и цели измерений и контроля. Понятие средства измерений.
1.2. Определение и классификация средств измерения электрических величин. Объекты измерения. Классификация измерений по видам измерений. Методы измерений и контроля. Аналоговые и цифровые измерительные приборы. Основные характеристики средств измерения. Классификация СИ. Погрешности при измерениях. Классы точности приборов.
1.3. Сигналы измерительной информации. Виды сигналов. Кодирование измерительной информации. Модуляция сигналов. Аналого–цифровое преобразование сигналов. Параллельные АЦП, АЦП с двухтактным интегрированием, АЦП с последовательной аппроксимацией. Цифро-аналоговое преобразование сигналов. ЦАП с двоично – взвешенными сопротивлениями и ЦАП типа R – 2R.
1.4. Электромеханические измерительные приборы. Структурная схема, системы приборов и моменты, действующие в измерительном механизме. Уравнение шкалы. Чувствительность и вариация показаний прибора. Общие элементы, условные обозначения.
Приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, ферродинамической, электростатической и индукционной систем. Гальванометры. Логометры. Конструкции измерительных механизмов, принцип действия. Измерительные цепи, расчет электрических параметров амперметров, вольтметров и ваттметров. Схемы компенсации температурной погрешности. Отсчётные устройства
1.5. Методы и средства измерения сопротивлений, индуктивностей, емкостей. Прямые и косвенные методы. Мосты. Общая теория мостов постоянного тока. Одинарные и двойные мосты. Электрические схемы. Принцип действия. Мосты переменного тока. Общая теория мостов переменного тока. Измерение полных сопротивлений, ёмкости, индуктивности, взаимной индуктивности с помощью мостов переменного тока. Автоматические мосты. Электрические схемы. Принцип действия. Компенсаторы постоянного тока. Компенсационный метод измерения электрических величин. Принцип измерения, электрические схемы потенциометров. Методы измерения напряжения, тока, сопротивления.
1.6. Электронные приборы для измерения напряжения. Параметры напряжения. Общие сведения, структурные схемы вольтметров и их функциональные части. Вольтметры постоянного тока. Вольтметры переменного тока. Преобразователи амплитудного, действующего и среднего значений переменного напряжения. Универсальные вольтметры. Импульсные и селективные вольтметры. Цифровые электронные вольтметры. Измерение напряжений различной формы электронными вольтметрами. Источники основной и дополнительной погрешности.
1.7. Электронные приборы для измерения фазы и частоты. Общие сведения, структурные схемы и принцип действия. Емкостные и резонансные частотомеры. Электронно-счётный частотомер. Основные характеристики и параметры частотомеров и фазометров. Особенности применения приборов для измерения частоты и сдвига фаз.
1.8. Электроннолучевые осциллографы. Общие сведения, структурные схемы и их функциональные части. Принцип получения осциллограммы. Специальные виды разверток - непрерывная, ждущая, круговая. Методы измерения частоты, фазы, временных интервалов, амплитуды напряжения, величины толков с помощью осциллографа. Определение параметров импульсных сигналов. Специальные электроннолучевые осциллографы (скоростные и стробоскопические).
1.9. Электронные приборы для измерения и анализа параметров спектра. Анализаторы спектра, анализаторы гармоник, измерители нелинейных искажений. Общие сведения, структурные схемы и функциональные части. Основные характеристики и практическое применение.
1.10. Измерительные генераторы. Общие сведения, классификация. Основные типы. Структурная схема и принципы построения. Выходные устройства генераторов. Области применения.
1.11. Электронные усилители и аттенюаторы. Требования к усилителям, коэффициент усиления. Обратные связи в усилителях. Аттенюаторы. Основные типы, принцип действия. Метрологические характеристики.
1.12. Применение вычислительной техники в средствах измерений (интеллектуальные средства измерений). Автоматизация процесса измерений. Информационно – измерительные системы. Структурные схемы измерительных систем. Области их применения.
1.13. Методы измерений неэлектрических величин. Средства измерения перемещений, углов поворота и усилий. Методы и средства измерений температуры. Классификация основных принципов измерения температуры. Источники радиации, излучения и электромагнитных полей. Методы и средства измерений основных видов излучений и полей. Измерение и контроль свойств веществ и материалов. Методы и особенности измерений состава и свойств веществ. Средства измерений состава веществ.
1.14. Актуальные проблемы и перспективы развития методов и средств измерений и контроля.
Раздел 2. Методы и средства испытаний.
2.1.Общие сведения о современных испытаниях. Отличие испытаний от технического контроля. Воздействующие факторы: внутренние и внешние.
2.2.Факторы, определяющие качество изделий на стадиях жизненного цикла изделий (исследований, проектирования, изготовления и эксплуатации). Внешние воздействующие факторы (ВВФ) - действие окружающей среды (климатические, биологические, радиационные, космические и другие факторы). Особенности эксплуатации, связанные с местом установки изделия и (или) условиям его транспортирования (механические ВВФ). Внутренние воздействующие факторы – процессы старения и изнашивания. Задачи испытаний на стадиях исследований, проектирования и изготовления.
2.3. Опасные воздействия на человека, имущество, окружающую среду.
2.4.Особенности испытаний на функционирование, на безопасность и надежность. Структурные схемы испытаний.
Раздел 3. Испытания на механические воздействия.
3.1. Испытания на воздействие вибрации. Цель и условия проведения испытаний на воздействие вибрации. Определение резонансных частот испытуемых изделий и проверка их отсутствия, испытания на виброустойчивость и вибропрочность. Структурная схема установки для испытаний на воздействие вибрации. Классификация и основные параметры установок. Средства измерений параметров вибрации, их классификация и основные параметры. Рекомендации по применению средств испытаний. Методы испытаний. Аттестация вибрационных средств испытаний.
3.2. Испытания на воздействие ударов. Цель и условия проведения испытаний на воздействие одиночных и многократных ударов.
Особенности испытаний на удароустойчивость и ударопрочность. Структурная схема ударной установки. Классификация установок одинарных и многократных ударов, их основные параметры. Средства измерений параметров удара, их классификация и основные параметры.
3.3. Испытания на воздействие линейных ускорений. Цель и условия проведения испытаний на воздействие линейных ускорений. Структурная схема установки линейного ускорения. Основные параметры центрифуг. Средства измерения линейных ускорений. Методы испытаний на линейные ускорения.
3.4. Испытания на воздействие акустических шумов. Цель и условия проведения испытаний на воздействие акустических шумов. Структурная схема испытательного оборудования и его основные параметры. Источники акустического шума. Средства измерения акустического шума.
Раздел 4. Испытания на климатические воздействия.
4.1. Климатические воздействующие факторы: радиационный режим, циркуляция атмосферы, влагооборот, физико-географические условия Земли. Основные параметры, характеризующие климат: атмосферное давление, температура, влажность, интенсивность дождя, диапазон электромагнитных волн, излучаемых Солнцем, скорость ветра и т. д. Виды испытаний на климатические воздействия.
4.2. Классификация климатических мер и их основные параметры. Основные физические закономерности, лежащие в основе регулирования значений параметров климатических камер. Структурная схема автоматического регулирования температуры и влажности в камерах. Общие сведения об аттестации климатических камер.
4.3. Испытания на воздействие повышенной температуры. Цель и условия проведения испытаний на воздействие повышенной температуры. Основные параметры камер для испытаний на воздействие температуры. Способы нагрева камер. Классификация средств измерения температуры воздуха в камерах и их основные свойства. Методы испытаний. Методы и средства аттестации камер повышенной температуры.
4.4. Испытания на воздействие пониженной температуры. Цель и условия проведения испытаний на воздействие пониженной температуры. Основные параметры камер для испытаний на воздействие температуры. Способы охлаждения. Особенности средств измерения пониженной температуры воздуха в камерах. Методы испытаний.
4.5. Испытания на воздействие повышенной влажности. Цель и условия проведения испытаний на воздействие повышенной влажности. Классификация и основные параметры камер. Способы получения повышенной влажности. Средства измерений повышенной влажности. Сорбционные и термодинамические средства измерений. Методы испытания: длительные, ускоренные и кратковременные испытания.
4.6. Испытания на воздействие пониженного и повышенного атмосферного давления. Цель и условия проведения испытаний на воздействие пониженного и повышенного атмосферного давления. Барокамеры. Термобарокамеры. Основные параметры испытательных режимов. Взаимосвязь параметров давления и температуры. Средства измерений. Методы испытаний.
4.7. Испытания на воздействие солнечной радиации. Спектр солнечного излучения и его воспроизведение. Средства измерений. Комбинированные испытания. Испытания на воздействия морского соляного тумана. Особенности камер и получения тумана. Параметры. Средства измерений.
Раздел 5. Биологические воздействующие факторы.
Воздействие плесневых грибов, микроорганизмов, насекомых и грызунов. Условия интенсификации биологических воздействий. Испытания на грибоустойчивость.
Раздел 6. Классификация испытаний по основным признакам видов.
6.1. Классификация испытаний, проводимых на стадиях исследований, проектирования и изготовления: по назначению (цели), по условиям (месту) проведения, по продолжительности и величинам воздействующих нагрузок, по принципу осуществления, по степени (результатам) воздействия, по виду воздействия, по виду воздействия, по определяемым характеристикам объекта, по стадиям жизненного цикла изделий.
6.2. Ускоренные испытания. Цель ускоренных испытаний и их особенности. Математическая модель ускоренных испытаний. Испытания методами математического моделирования.
6.3. Способы проведения испытаний: последовательный, параллельный, последовательно-параллельный и комбинированный.
Раздел 7. Разработка программы и методик испытаний.
7.1. Разработка программы испытаний: выбор объекта испытаний, определение назначения (цели) испытаний в зависимости от стадий жизненного цикла изделия, выбор принципов осуществления испытаний и состава видов испытаний в зависимости от условий эксплуатации, обоснование выборов испытательных режимов по всем видам испытаний, определение продолжительности проведения испытаний в зависимости от величин воздействующих нагрузок, определение допустимых пределов измерения электрических режимов и продолжительности проведения испытаний, определение общей продолжительности испытаний и количества испытываемых изделий, установление периодичности испытаний, выбор типов испытательного оборудования и средств измерения параметров испытательных режимов, характеристика приспособлений, используемых для установки испытываемых изделий, метрологическое обеспечение всего процесса испытаний, требования по технике безопасности и производственной санитарии.
7.2. Разработка методик проведения испытаний. Метрологическое обеспечение испытаний.
Раздел 8. Автоматизация испытаний.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ |
1. | 1.4 | Исследование основных параметров и методов расширения пределов измерений приборов магнитоэлектрической системы. |
2. | 1.7 | Исследование универсальных электронных вольтметров |
3. | 1.9 | Исследование электроннолучевого осциллографа |
4. | 1.5 | Автоматический мост |
5. | 1.10 | Исследование анализатора спектра |
6. | 3.1 | Исследование характеристик электродинамической вибрационной испытательной установки |
7. | 3.1.-3.4. | Контактные вибрационные преобразователи средств виброиспытаний. Бесконтактные виброизмерительные преобразователи средств виброиспытаний |
8. | 4.1-4.7. | Испытания на воздействие повышенной рабочей температуры. |
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. Рекомендуемая литература
а) Основная литература:
1. Фремке измерения. Учебник для вузов, - Л.: «Энергия», 1980.
2. Душин метрологии и электрические измерения. Учебник для вузов, - Л.: Энергоиздат, 1987.
3. Орнатский измерения и приборы. Учебник для вузов. - Киев, Вища школа, 1980.
4. Шляндин измерительные устройства. Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1981.
5. , , Дубицкий аппаратуры и средств измерений на воздействие внешних факторов. Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1993.
б) Дополнительная литература:
1. Преображенский электроизмерительные приборы. Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1979.
2. Спектор измерения физических величин. Методы измерений. Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоиздат, 1987.
3. , Купер и средства измерений. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоиздат, 1986.
4. , Пискулов -цифровые преобразователи. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоиздат, 1981.
5. Мирский в измерительных приборах. – М.: Радио и связь, 1984.
6. Харт X. Введение в измерительную технику. – М.: Мир, 1999.
7. Малинский на воздействие повышенных температур и влажности окружающей среды. Учебное пособие. – М.: МГИЭМ. 1997.
8. Малинский на воздействие ударов. Учебное пособие. –М.: МГИЭМ. 1997.
9. Малинский на воздействие акустических шумов и линейных ускорений. Учебное пособие. – М.: МГИЭМ. 1997.
в) Пособия:
1. , Простомолотова учебный курс по дисциплине «Методы и средства измерений» учебное пособие, ГМН, 1997.
2. Техническая документация на измерительные приборы и устройства.
3. Методические указания к проведению лабораторных работ.
4. Перечень вопросов к защите лабораторных работ.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
Лабораторные работы по дисциплине «Методы и средства измерений, испытаний и контроля» проводятся на основе комплектов методических указаний в двух лабораториях кафедры: – по измерениям - на специализированных стендах с использованием аналоговых, цифровых и автоматических приборов; – по испытаниям - на специализированном оборудовании с использованием средств измерений.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Приборы, используемые в лаборатории средств измерений: автоматический мост КСМ-4, автоматический потенциометр КСП, цифровой вольтметр В7-16, анализатор спектра С4-8, электронно-лучевой осциллограф С1-68, ЦУИП, вольтметры В3-41, В7-26, источники питания, измеритель нелинейных искажений С6-7, специализированные стенды.
В лаборатории испытаний используются: камеры тепла КТХ-0,05, компенсационный следящий мост КСМ-4, вибрационная установка 12 МВЭ 2/50-010, система управления вибрационной установкой (СУВУ-3), пьезоэлектрические вибропреобразователи (Д-14, ИС-313 А-1), вибрационная установка, генератор сигналов низкочастотный управляющий, бесконтактный электретный вибропреобразователь (БЭВ), электродинамический вибростенд, измеритель нелинейных искажений С6-11.
8. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Изложение материала по дисциплине должно опираться на ранее изученные дисциплины: «Линейная алгебра и аналитическая геометрия», «Математический анализ», «Физика», «Электротехника», «Радиоэлектроника», «Основы метрологии».
2. Закрепление материала, изучаемого в дисциплине, должно проводиться при выполнении лабораторных работ. Лабораторные работы предполагают изучение конструкции и принципа действия средств измерений и испытательного оборудования, а также получение навыков работы на нём.
3. В часы самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя изучаются отдельные теоретические вопросы, которые не излагались на лекциях. Предполагается подготовка обзоров по темам, рекомендуемым преподавателем, изучение материалов лекций и подготовка ответов на контрольные вопросы, выполнение заданий с соответствующим оформлением, подготовка к выполнению лабораторных работ.
4. Самостоятельная работа предусматривает также:
– Изучение тем дисциплины по указанной литературе и составление конспекта.
– Обоснование выбора средств и методов измерений значений параметров режимов испытательного оборудования при его аттестации.
– Разработка программы испытания изделия.
– Разработка методики проведения испытаний изделия на определенный вид внешнего воздействующего фактора.
– Подготовка доклада по заданной теме.
– Подготовка реферата по заданной теме.
– Составление обзора по заданной тематике по каталогам фирм-производителей измерительного и испытательного оборудования.
Автор программы: __________________ //
