НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт дистанционного образования
КАФЕДРА теории рынка
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан ИДО, д. т.н., профессор
_____________
«____ »______________200_ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«методы и средства измерений,
испытаний и контроля»
340100 – «Управление качеством» (инженерная подготовка)
Факультет __ Институт дистанционного образования_
Курс 2 Семестр 3
Лекции 8 часов
Лабораторные работы 8 часов
Контрольная работа 3 семестр
Самостоятельная работа 154 часа
Экзамен 3 семестр
Всего часов 170 часов
Н
Новосибирск
2006 г.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 340100 – «Управление качеством».
Регистрационный номер № 277 тех/дс, дата утверждения ГОС 27.03.2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС ОПД. Ф.11
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Систем сбора и обработки данных
Номер протокола заседания _____________
«_____» ______________ 2006 г.
Программу разработал
к. т.н., доцент __________________
Заведующий кафедрой
к. т.н., доцент ___________________
Ответственный за основную
д. э.н., профессор ___________________
1. ВНЕШНИЕ ТРЕБОВАНИЯ
В Государственном образовательном стандарте (ГОС) по подготовке инженеров по специальности 340100 – Управление качеством в разделе общепрофессиональные дисциплины предусмотрена дисциплина “Методы и средства измерений, испытаний и контроля”.
Требования ГОС и содержание дисциплины приведены в табл. 1.
Таблица 1
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Объем, час. |
СД. Ф.11 | Методы и средства измерений, испытаний и контроля. Общие сведения об измерениях, испытаниях и контроле; их особенности и различия; измерение физических величин основа всех направлений человеческой деятельности; роль измерений, испытаний и контроля в повышении качества продукции, услуг и производства; Измерительные преобразователи (ИП); структурная Средства измерений; определение и классификация средств измерений электрических величин; сигналы измерительной информации; аналоговые и цифровые измерительные приборы; приборы для измерения L С, R. Приборы для измерения напряжений (вольтметры постоянного и переменного тока); импульсные вольтметры; измерительные генераторы; электроннолучевые осциллографы; измерение частоты; понятие амплитудного и фазового спектра сигнала; анализаторы спектра; измерители нелинейных искажений; автоматизация измерений. Испытания; общие сведения о современных испытаниях и их отличие от технического контроля. Воздействующие факторы: внешние и внутренние; внешние воздействующие факторы на механические, климатические, биологические и другие воздействия и виды испытаний. Опасные воздействия на человека, его имущество и окружающую среду и виды испытаний. Особенности испытаний на функционирование, на безопасность и на надежность; структурная схема испытаний; испытания на механические воздействия вибрации, ударов, линейных ускорений и акустических шумов. Средства измерений механических воздействий. Применяемое оборудование, его классификация, основные параметры, возможная конструктивная реализация; разработка программы и методик испытаний; автоматизация испытаний. | 216 |
2. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина изучается в 3-м семестре обучения. Учебным планом по дисциплине предусмотрено 8 часов лекций, 8 часов лабораторных занятий и выполнение контрольной работы.
В лекционном курсе рассматриваются:
· объекты измерений, измерительные сигналы, измерительная информация;
· измерительные преобразователи физических величин;
· методы измерений, средства измерений;
· виды и средства контроля;
· виды и средства испытаний.
Лабораторный практикум позволяет студентам приобрести практические навыки по использованию распространенных средств измерений, измерительных преобразователей; контрольная работа – проводить контроль усвоения материала.
3. цели учебной ДИСЦИПЛИНЫ
Главная цель дисциплины – освоение студентами современных методов и средств измерения наиболее распространенных и используемых на практике электрических и неэлектрических величин, а также освоение студентами методов и средств контроля и испытаний.
В результате изучения данной дисциплины студент должен знать:
1. Формы описания объектов измерения: величины, сигналы, измерительная информация.
2. Методы и средства измерений неэлектрических величин.
3. Методы и средства измерений электрических величин.
4. Виды и средства контроля.
5. Виды и средства испытаний.
Студент должен уметь:
1. Выбирать метод измерения, обеспечивающий минимальную погрешность измерений.
2. Выбирать средства измерений, тип ИП, схему включения ИП, измерительные приборы, обеспечивающие требуемую точность измерений.
3. Оценивать свойства средств измерений.
Студент должен иметь представление:
1. Об интеллектуальных датчиках.
2. О виртуальных приборах.
3. Об измерительно-информационных системах и вычислительных комплексах
Студент должен иметь опыт:
Экспериментально определять основные технические характеристики средств измерений.
4. структура и содержание учебной ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Лекционные занятия – 8 часов
1. Объекты измерений, измерительные преобразователи физических величин – 2 часа.
Содержание и задачи курса, его связь с другими дисциплинами. Объекты измерений, физические величины, формы представления сигналов, измерительная информация. Общие сведения об измерениях, испытаниях и контроле, их особенности и различия. Роль измерений, испытаний и контроля в повышении качества продукции, технологических процессов, услуг.
Измерение физических величин – основа всех направлений человеческой деятельности.
Измерительные преобразователи (ИП), структурные схемы ИП. Классификация ИП: по назначению, по связи (взаимодействию) чувствительного элемента с объектом измерения, по принципу преобразования, по физическому явлению, положенному в основу принципа действия. Резистивные, емкостные, индуктивные ИП; ИП для измерения температуры, линейных и угловых перемещений, параметров вибрации. Их свойства, схемы включения, применение. Понятия об интеллектуальных датчиках. Тенденции развития ИП.
2. Методы измерений и средства измерений – 2 часа.
Метод прямого преобразования (непосредственной оценки) и метод сравнения, их особенности. Компенсационный, дифференциальный методы измерений, метод уравновешивания.
Определение и классификация средств измерений электрических величин.
Аналоговые измерительные приборы прямого преобразования: электронные вольтметры, электронно-лучевые осциллографы, анализаторы спектра и измерители нелинейных искажений; принцип действия, свойства, применение. Электроизмерительные мосты и компенсаторы.
Цифровые измерительные приборы: последовательного счета, поразрядного уравновешивания, совпадения; принцип действия, свойства, применение.
Понятие о виртуальных приборах, информационно-измерительных системах, измерительно-вычислительных комплексах.
Достижения отечественной и зарубежной техники, тенденции развития.
3. Виды и средства контроля – 2 часа.
Назначение контроля. Виды контроля: контроль материалов, сырья; комплектующих элементов; технологического процесса; используемых средств измерений, испытаний, оснастки; квалификации исполнителей; документации; упаковки, транспортировки; хранения; эксплуатационный контроль.
Средства контроля: инструментальный, визуальный, органолептический.
4. Виды и средства испытаний – 2 часа.
Назначение испытаний, общие сведения о современных испытаниях и их отличие от технического контроля. Внешние и внутренние воздействующие факторы: механические, климатические, биологические, электромагнитные излучения и другие воздействия на объект испытаний. Виды испытаний.
Опасные воздействия на человека, его имущество и окружающую среду и виды испытаний.
Испытания на механические воздействия: вибрации, удары, линейные ускорения и акустические шумы. Средства измерений механических воздействий.
Особенности испытаний на функционирование, на безопасность и надежность.
Структурные схемы, состав системы испытаний. Разработка программ и методик испытаний. Автоматизация испытаний.
4.2. Лабораторные работы – 8 часов
1. | Наблюдение сигналов и измерение их параметров электронными осциллографами | – 4 часа |
2. | Исследование вибропреобразователей и преобразователей перемещений | – 4 часа |
4.3. Контрольная работа
Выполнение контрольной работы студентами предполагает самостоятельное изучение разделов курса по литературным источникам. С целью проверки степени усвоения материала студентами им выдаются индивидуально (в соответствии с их номером зачетной книжки) задания по темам: электронный осциллограф, цифровые измерительные приборы, измерительные преобразователи (всего 5 задач).
4.4. Самостоятельная работа – 154 часа
1. Изучение теоретического материала – 106 часов.
2. Выполнение контрольной работы – 40 часов.
3. Подготовка к лабораторным занятиям – 8 часов.
5. УЧЕБНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Деятельность студента при изучении дисциплины заключается:
· в самостоятельном изучении материала по литературе и электронным источникам информации;
· в выполнении контрольной работы;
· в восприятии и усвоении лекционного материала;
· в подготовке к лабораторным занятиям;
· в отчетности по результатам лабораторных работ.
6. ПРАВИЛА АТТЕСТАЦИИ СТУДЕНТОВ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
Студенты в течение семестра самостоятельно выполняют контрольную работу. Правильное выполнение всех заданий контрольной работы и их защита оцениваются 5 баллами, выполнение лабораторных работ и их защита – 5 баллами.
Экзамен по дисциплине проводится в письменной форме. Итоговая оценка по дисциплине выставляется как средняя взвешенная из оценок по результатам обучения и на экзамене, при этом первые имеют вес 0, 2, а за экзамен вес 0,6. При необходимости проводится округление.
7. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
7.1. Основная литература
1. , Новицкий измерения физических величин: Измерительные преобразователи. – Л.: Энергоатомиздат, 1983.
2. Спектор измерения физических величин: Методы измерений: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1987.
3. , , Петелин : Учеб. пособие для вузов / Под ред. . – М.: Высш. шк., 1986.
4. Строителев и средства измерений, испытаний и контроля: Учебник для вузов. – М.: Европейский центр по качеству, 2002.
5. Метрология, методы и техника эксперимента: Программа, методические указания, вопросы для самопроверки и контрольные задания. – Новосибирск: Изд-во НЭТИ, 1989.
7.2. Дополнительная литература
1. , , Цапенко (перспективные направления развития): Учебное пособие / Под ред. проф. . – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001.
2. Информационно-измерительная техника и электроника: Учебник для вузов / Под ред. . – М.: Центр «Академия», 2001.
3. Измерения в электронике: Справочник / Под ред. . – М.: Энергоатомиздат, 1987.
4. Соболева качества: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002.
8. КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ АТТЕСТАЦИИ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
1. Какие Вам известны формы представления сигналов?
2. Изобразите спектры сигналов следующих видов:
а) гармонических колебаний, меняющихся с частотой f;
б) гармонических колебаний, меняющихся с частотой f, модулированных по амплитуде сигналом с частотой 
.
3. Какой смысл заложен в термины: преобразователь, измерительный преобразователь, первичный измерительный преобразователь, датчик, сенсор?
4. Приведите структурные схемы построения ИП.
5. Объясните назначение обратных преобразователей, преобразующих электрическую величину в неэлектрическую.
6. Сравните результирующую чувствительность, относительную погрешность ИП, состоящих из двух одинаковых звеньев с чувствительностьюS и относительной погрешностью d, включенных: последовательно, параллельно (суммирование), дифференциально.
7. Приведите пример использования обратных связей при построении ИП.
8. Укажите особенности интеллектуальных датчиков.
9. Оцените относительную погрешность нелинейности преобразования ИП с функцией преобразования 
для случая прямого и дифференциального исполнения ИП при изменении входной величины Х на ± 1 %, ± 10 %, ± 30 %.
10. Запишите уравнение поступательного движения подвижной массы m, закрепленной на упругом элементе G под воздействием внешней силы F(t). Составьте аналог механической цепи – электрическую цепь
 |
11. Составьте граф возможных принципов построения ИП на основе резистивного эффекта.
12. Составьте логическую, структурную схемы построения ИП атмосферного давления на основе резистивного преобразователя.
13. Составьте логическую, структурную схемы построения ИП ускорений, скорости, смещений на основе пьезоэлектрического преобразователя.
14. Укажите особенности свойств, конструктивного исполнения емкостных и индуктивных дифференциальных ИП.
15. Чем объяснить малое влияние электронного вольтметра на измеряемый источник напряжения?
16. Чем обусловлен широкий диапазон измерения напряжений электронными вольтметрами?
17. Благодаря каким свойствам достигается широкий частотный диапазон измерения напряжений электронными вольтметрами?
18. В чем заключаются принципиальные отличия детекторов амплитудных, средневыпрямленных, среднеквадратических значений напряжения?
19. Что такое коэффициент амплитуды и коэффициент формы сигналов? Чему они равны для напряжения синусоидальной формы.
20. Для каких приборов их показания зависят от формы измеряемого
напряжения (тока)?
21. Определите показания трех электронных вольтметров с детекторами
амплитудного, средневыпрямленного и среднеквадратичных значений, если на их входы подано одно и то же периодическое
напряжение прямоугольной формы, симметричное относительно оси времени с полупериодами, равными Т/2 и амплитудой 1 В.
22. Охарактеризуйте особенности различных методов измерений.
23. Рассчитайте абсолютную и относительные погрешности измерения постоянного напряжения 12 В, измеренные:
- методом непосредственной оценки с помощью вольтметра класса 1,0, имеющего предел измерения 15 В;
- дифференциальным методом с помощью вольтметра класса 1,0, имеющего предел измерения 3 В и опорным напряжением U0 = 10,0 В известным с погрешностью 
= 0,1 %;
- компенсационным методом с помощью компенсирующего напряжения известного с погрешностью = 0,001 % и микровольтметра класса 1,0 с пределом измерения 100 мкВ (100 делений шкалы).
24. 
Чему будут равны показания электронного вольтметра, имеющего детектор средневыпрямленных значений напряжения при следующих формах измеряемого сигнала:
а) б) в)
25. Запишите выражение для чувствительности электроизмерительного моста и найдите условие получения максимальной чувствительности.
26. Рассчитайте погрешность нелинейности уравновешенного равноплечевого моста постоянного тока при изменении измеряемого сопротивления на ± 1 %, ± 10 %, ± 30 %.
27. Запишите условия равновесия для электроизмерительного моста постоянного тока.
28. Какие преимущества имеют трехзажимные и четырехзажимные включения измеряемого резистора в схему одинарного моста?
29. Чем обусловлена погрешность электроизмерительных мостов?
30. Чем ограничиваются верхний и нижний пределы измерения активных сопротивлений четырехплечими мостами постоянного тока?
31. Поясните принцип действия электронного осциллографа.
32. . Какой формы необходимо подавать напряжения на отклоняющие пластины «X» и пластины «У» электронно-лучевой трубки осциллографа для получения на экране двух периодов синусоидального напряжения?
33. Когда целесообразно применять линейную непрерывную и когда ждущую развертки?
34. Как сформировать строчную развертку? Каково ее назначение?
35. Какой формы должно быть развертывающее напряжение, чтобы траектория перемещения луча по экрану без искажений совпадала бы с формой исследуемого сигнала?
36. С какой целью осуществляется синхронизация развертки осциллографа?
37. В каком случае необходимо использовать режим внутренней синхронизации, а в каком внешней синхронизации?
38. Перечислите основные органы управления электронным осциллографом и объясните их назначение.
39. Объясните назначение входа «Z» осциллографа.
40. Какому значению исследуемого напряжения (мгновенному, амплитудному, средневыпрямленному или среднеквадратичному) пропорционально отклонение луча на экране осциллографа?
41. На вход «У» осциллографа подано синусоидальное напряжение, действующее значение которого равно 10 В, а затем вместо синусоидального напряжения подали импульсный сигнал, при этом максимальный размах осциллограммы по оси У оказался в 2 раза меньше, чем при синусоидальном напряжении. Определите амплитуду импульса.
42. Частота исследуемого синусоидального сигнала равна 200 Гц. Время
прямого хода развертки 20 мс, время обратного хода отсутствует.
Сколько периодов исследуемого сигнала будет содержать
осциллограмма?
43. На экране осциллографа получена осциллограмма в виде
прямоугольного импульса, амплитуда которого равна 5 делениям, а
длительность - 7,5 делениям. Определите, чему равны длительность и
амплитуда прямоугольного импульса напряжения, если масштабы по
осям У и X равны, соответственно, 2 В/дел и 10 мс/дел, а множитель
развертки равен 0,2.
44. Какими методами можно измерить с помощью осциллографа частоту?
45. Поясните принцип измерения сдвига фаз одноканальными осциллографами.
46. Перечислите достоинства и недостатки электронно-лучевой трубки осциллографа по сравнению с трубкой (кинескопом) компьютера.
47. Какой формы напряжения необходимо подать на пластины «X» и «У»
электронно-лучевой трубки для получения на экране 10 строк?
48. Какой формы напряжения необходимо подать на пластины «X», «У»
и вход «Z» (модулятор) электронно-лучевой трубки для того, чтобы
синтезировать на экране цифру 3?
49. Поясните принцип формирования изображения в цифровом осциллографе.
50. Перечислите достоинства цифровых осциллографов.
51. Запишите номер Вашей учебной группы в двоичной и в двоично-десятичной системе счисления?
52. Объясните смысл погрешности дискретности и погрешности дискретизации ЦИП.
53. Как нормируются погрешности ЦИП?
54. Как функционирует цифровой вольтметр поразрядного уравновешивания?
55. Каковы достоинства интегрирующих цифровых вольтметров?
56. Рассчитайте число десятичных разрядов шкалы цифрового вольтметра для получения погрешности дискретности, не превышающей 0,01 %.
57. Какие составляющие погрешности наиболее характерны для цифрового метода измерения частоты?
58. Какой метод измерения реализуется в цифровых частотомерах?
59. Как уменьшить погрешность дискретности в цифровых частотомерах?
60. Для измерения интервала времени 100 мкс используется цифровой прибор. Генератор меток времени имеет частоту 10 МГц. Оцените величину погрешности дискретности.
61. Оцените требуемое время измерения (время счета) для измерения цифровым прибором частоты 100 Гц с погрешностью дискретности 0,1 Гц.
62. Что собой представляют виртуальные измерительные приборы?
63. Приведите известные Вам виды контроля качества.
64. Укажите распространенные средства контроля качества.
65. Перечислите опасные воздействия на человека, его имущество и окружающую среду.
66. Какие принято различать виды испытания продукции.
67. Перечислите основные этапы подготовки и проведения испытаний.
68. Укажите особенности испытаний на безопасность и на надежность.
69. Приведите пример испытаний на механические воздействия.
70. Приведите пример средств измерений механических воздействий.
71. Укажите конечную цель испытаний.
