ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано | Утверждаю | |
Руководитель ООП по специальности 221700 проф. | Зав. кафедрой М и УК проф. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
Основы приборостроения
Направление подготовки: 221700 – Стандартизация и метрология
Профиль подготовки: Метрология и метрологическое обеспечение
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Санкт-Петербург
2012
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
«Основы приборостроения»
Общая трудоемкость дисциплины «Основы приборостроения» составляет 3 зачетные единицы или 108 часов.
Цели и задачи дисциплины:
Цель изучения дисциплины - подготовка к решению научных и технических задач метрологической деятельности при построении измерительных приборов.
Задача дисциплины - получение студентами теоретических знаний и практических навыков по основным вопросам построения измерительных приборов на уровне функциональных и структурных схем, а также с применением структурных матриц.
В результате изучения дисциплины «Основы приборостроения» студент должен:
· иметь
- представление о перспективных направлениях построения измерительных приборов, роли и месте метролога в этой деятельности;
· знать и уметь использовать
- основные понятия и методы, применяемые при построении измерительных приборов, профессионально-ориентированные математические, физические и метрологические методы анализа, синтеза и оптимизации процессов и средств измерений;
· иметь опыт (навыки)
- выбора (формирования) функциональных и структурных схем, характеристик преобразования (статических и динамических), оценки точности (погрешности) измерительных приборов;
- выбора методов повышения точности (конструкторско-технологических, структурных, алгоритмических), оптимизации метрологических характеристик.
Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями: ПК19, ПК23, ПК26.
Виды учебной работы:
Лекции;
Практические занятия;
Контрольная работа.
Изучение дисциплины заканчивается БРО.
Основные дидактические единицы (модули):
Дисциплина «Основы приборостроения» состоит из следующих разделов:
Введение
Предмет, задачи и содержание дисциплины, ее роль и место в формировании современного инженера-метролога, адекватного к требованиям времени. Краткий исторический обзор развития принципов приборостроения.
Вклад отечественных и зарубежных ученых в формирование принципов построения измерительных приборов.
1.Принципы построения измерительных приборов
1.1. Функциональное описание измерительных приборов
[1], с. 61-64; [2], с. 118-186
Информационная модель измерительного прибора. Функциональная блок-схема измерительного прибора. Функциональные измерительные операции и
соответствующие им функциональные элементы (восприятие, масштабирование, воспроизведение, сравнение, счет, отображение величин).
Характеристики измеряемых величин. Измерение как отражение свойств числами. Разновидности отражения свойств числами (по Кэмпбеллу): отношения эквивалентности, порядка, аддитивности. Разновидности измеряемых величин: эквивалентные, интенсивные, экстенсивные.
Воспроизведение величин. Классификация мер. Способы формирования эталонных сигналов. Сравнение величин. Классификация устройств сравнения. Масштабирование величин. Способы согласования измеряемых величин с параметрами первичных измерительных преобразователей.
Согласование параметров последующих преобразователей при образовании измерительных цепей приборов.
Измерительные цепи: определение, принципы построения, классификация, методы измерений: прямого (неравновесного) преобразования (сравнения), уравновешивающего преобразования (сравнения). Измерительные цепи прямого преобразования. Измерительные цепи уравновешивающего преобразования. Измерительные цепи цифровых приборов.
1. 2. Структурное описание измерительных приборов
[1], с. 64-66; [3], с. 18-88
Комплексное описание процедуры измерения. Этапы построения измерительного прибора: выбор функционального описания, составление структурной (блочной) схемы, составление принципиальной схемы (с учетом физической реализации функций преобразования), определение статических и динамических характеристик звеньев и прибора в целом, определение точностных характеристик прибора (соответствия требуемым характеристикам).
Методы представления структуры систем: графы, структурные схемы и передаточные функции, аналитический, структурных матриц. Эквивалентные преобразования на графах, структурных схемах и матрицах.
Элементы алгебры структурных матриц. Формула Мэзона для нахождения решения на графах. Нахождение решений на структурных схемах. Аналитический метод получения решений. Получение решений по структурной матрице. Понятие о матричных циклах. Кольцевая форма одноконтурной матрицы. Определение коэффициента передачи одноконтурной матрицы. Квазиодноконтурные матрицы. Перекрестные обратные связи.
2. Точность измерительных приборов
2.1. Статические характеристики измерительных приборов
[1], с. 67-68; [4], с. 6-26, 42-139
Общие вопросы точности приборов и измерений. Функции преобразования и коэффициенты преобразования, их расчет для разных типов соединения звеньев (последовательного, параллельного, смешанного). Разновидности неопре-деленностей (погрешностей) функций преобразования: аддитивные, мульти-пликативные. Методы нормирования точности измерительных приборов. Расчет точности результата измерения по паспортным данным измерительного прибора.
Вероятностное описание результатов измерений и измерительных приборов. Законы распределения показаний измерительных приборов, моменты распределений, композиция законов распределения. Оценка ширины закона распределения. Информационное описание измерения. Энтропийный интервал неопределенности. Соотношение между энтропийным интервалом неопределенности и среднеквадратическим отклонением. Аналитические модели и параметры законов распределения неопределенностей (погрешностей). Топографическая классификация законов распределения неопределенностей.
Методы расчетного суммирования составляющих результирующей неопределенности. Основы теории расчетного суммирования. Методика расчета результирующего энтропийного интервала неопределенности. Методика расчета результирующей неопределенности с произвольным значением доверительной вероятности. Возможные упрощения методики суммирования неопределенностей. Примеры расчетов результирующей неопределенности измерительных приборов.
2.2. Динамические характеристики измерительных приборов
[1], с. 100-108; [2], с.64-108
Режимы работы измерительного прибора: статический, динамический. Динамические характеристики звеньев измерительной цепи и их описание с помощью дифференциальных уравнений, передаточных функций, переходных и частотных характеристик. Динамические измерительные звенья первого, второго порядка, инерционные. Методы расчета динамических характеристик измерительного прибора.
3. Оптимизация характеристик измерительных приборов
3.1. Методы повышения точности измерительных приборов
[1], с. 133-160
Методы повышения точности: конструктивно-технологические (совместимость элементов и стабилизация условий работы), алгоритмические (избыточность временная), структурные (избыточность корректирующих элементов).
Структурные методы повышения точности. Принципы инвариантности (многоканальности) как метод коррекции (компенсации) помех (возмущений) за счет снижения чувствительности. Способы коррекции: калибровка, аддитивная, мультипликативная, итерации образцовых сигналов.
3.2. Оптимизация структуры и характеристик приборов
[1], с. 164-176; [3], 100-128
Задачи синтеза структуры и характеристик приборов. Критерии и уравнения близости характеристик реального и номинального (идеального) приборов. Методы синтеза оптимальных структур измерительных приборов. Оптимизация функции преобразования измерительного прибора: по минимуму математического ожидания результирующей неопределенности (методом наименьших квадратов); по минимуму дисперсии результирующей неопределенности (методом неопределенных множителей Лагранжа); по критериям динамической точности (операции с порядками полиномов передаточных функций); по минимуму стоимости.
Структурный синтез измерительных приборов методом структурных матриц по критерию: структурной устойчивости, улучшения переходного процесса, обеспечения инвариантности.
Заключение
Подведение итогов изучения дисциплины. Перспективы самостоятельного углубления знаний.
