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
Автоматизация измерений, контроля и испытаний
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
Автоматизация измерений, контроля и испытаний
Общая трудоемкость дисциплины «Автоматизация измерений, контроля и испытаний» составляет 5 зачетных единиц или 180 часов.
Цели и задачи дисциплины:
Цель дисциплины - подготовка к решению организационных, научных и технических задач при автоматизации измерений, контроля и испытаний.
Основная задача дисциплины состоит в освоении основ теории измерительных преобразователей (ИП), видов и структурных (функциональных) схем ИП, областей применения ИП; изучении принципов и компонент автоматизации измерений, контроля и испытаний, ее технического, программного и метрологического обеспечения.
В результате изучения дисциплины «Автоматизация измерений, контроля и испытаний» студент должен:
- Иметь представление:
- о проблемах автоматизации измерений и контроля и возможных подходах к их решению;
- Знать и уметь использовать:
- принципы автоматизации измерений и контроля;
- компоненты автоматизации измерений и контроля (техническое, программное и метрологическое обеспечение);
- классификацию, структурные схемы и основные характеристики
автоматических средств измерений и контроля общего назначения;
- Иметь опыт (навыки):
- разработки структурных схем и расчета основных технических и метрологических характеристик автоматических средств измерений и контроля.
В результате изучения дисциплины выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями: ОК16, ПК3, ПК20.
Виды учебной работы:
Лекции;
Лабораторные работы;
Практические занятия;
Контрольная работа.
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
Основные дидактические единицы (модули):
Дисциплина «Автоматизация измерений, контроля и испытаний» состоит из следующих разделов:
ВВЕДЕНИЕ
[1], c.3-5
Цели и задачи курса "Автоматизация измерений, контроля и испытаний". Основные этапы развития автоматизации измерений и контроля. Роль автоматизации в научных исследованиях и промышленном производстве. Структура курса, его связь с другими дисциплинами. Порядок изучения предмета.
1.3адачи и компоненты автоматизации измерений и контроля
[1] с. 9...13, 24, 25; [2] с. 4...15
Понятие "автоматизация". Научные, технические, экономические и социальные цели автоматизации. Автоматизация измерительного процесса. Этапы развития автоматизированных измерений. Задачи автоматизации.
Обобщенная структурная схема процесса измерения и ее анализ с точки зрения автоматизации. Процесс контроля и возможности его автоматизации.
Основные принципы построения автоматических средств измерений и контроля. Выбор точности; принцип инверсии; принцип Тейлора; принцип Аббе. Основные компоненты структурных схем автоматических средств измерений и контроля.
2. Базовые элементы технического обеспечения автоматических средств измерения и контроля.
[1] с. 26...35; [2] 18...67; [4] с. 13...30; 189...195; [5] с.16...21; 86...88;
[7], c.101…113, 152…216; [8], c. 246…319; [9], c. 43…125
Измерительные преобразователи. Основные понятия и определения. Входное воздействие, отклик, функция преобразования. Метрологические характеристики (МХ) ИП. Базовые элементы автоматических средств измерений и контроля как измерительные преобразователи. Классификация измерительных преобразователей (ИП) по: виду измеряемой величины, месту в измерительном процессе (цепи) и др. Структура ИП прямого и компенсационного преобразования.
Физические принципы, используемые в первичных преобразователях. Типовые преобразователи неэлектрических величин в электрические (параметрические и генераторные): электромагнитные, тепловые, емкостные, индуктивные, резистивные, электрохимические, оптические, оптоэлектрические, ионизационные, пьезоэлектрические и др. Принципы действия, функции преобразования, особенности применения.
Энергетические, информационные и другие критерии согласования первичных преобразователей с объектом измерений.
Масштабные преобразователи. Шунты, добавочные сопротивления, делители напряжения, трансформаторы тока и напряжения, усилители постоянного и переменного тока. Особенности реализации, области применения.
Аналоговые измерительные преобразования. Унификация вида и уровня электрических сигналов. Цель унификации сигналов как носителей информации. Частный случай ИП – нормализация (преобразование входного сигнала в однородный выходной, значение информативного параметра которого пропорционально значению параметра входного сигнала).
Операционные усилители (ОУ) - унифицирующие (масштабные) измерительные преобразователи (УИП). Характеристики ОУ, эквивалентные схемы, обозначения на принципиальных схемах. Базовые схемные блоки на ОУ: инвертирующие и неинвертирующие усилители, повторители напряжения, дифференциальные усилители, аналоговые вычислители (сумматоры, интеграторы, дифференциаторы), нелинейные схемы (компараторы обычные и с гистерезисом), выпрямители одно - и двухполупериодные, амплитудные ограничители.
Коммутация измерительных сигналов. Измерительные коммутаторы, их характеристики, эквивалентные схемы, обозначения на принципиальных схемах. Классификация измерительных коммутаторов по принципу действия, уровню коммутируемых сигналов, числу каналов, быстродействию, точности и др. Мультиплексоры.
Фильтрация измерительных сигналов. Характеристики фильтров, их эквивалентные схемы, обозначения на принципиальных схемах. Классификация фильтров по принципу действия (пассивные, активные), назначению (полосовые, режекторные) и др.
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразования. Аналого-цифровое преобразование как неотъемлемая часть измерительной процедуры. Физическая основа аналого-цифрового преобразования. Дискретизация, квантование, кодирование. Классификация аналого-цифрового преобразования: поразрядного кодирования, последовательного счета, следящего уравновешивания и др.
Цифровое представление измеряемых величин. Реализация аналого-цифрового преобразования (АЦП) и цифро-аналогового преобразований (ЦАП). Системы счисления, коды, используемые в аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователях.
Принципы действия, основные элементы, структурные схемы и характеристики АЦП и ЦАП.
Частотно-цифровые преобразователи (ЧЦП). Частотно-временные сигналы и частотно-временные преобразователи. Структура ЧЦП циклического действия и со следящим уравниванием.
Цифровые измерительные преобразования. Основные понятия для описания таких преобразований. Микропроцессоры (МП) на больших интегральных схемах (БИС); их структура и функциональные возможности. Структура и форматы команд МП. Организация управления вычислительным процессом в МП.
Выбор микропроцессоров для автоматических средств измерений и контроля. МикроЭВМ и мини-ЭВМ, их структура, функциональные возможности и области применения.
Интерфейсы - устройства сопряжения ИП в автоматических средствах измерений и контроля. Классификация, принципы построения, структурные схемы.
3. Программное обеспечение автоматических средств измерений и контроля
[1] с.206...225; [5] с. 105...113; с. 121...128
Понятие "Программное обеспечение" (ПО). ПО как связующее звено между аппаратным (техническим) обеспечением и пользователем автоматических средств измерений и контроля.
Элементы ПО: программно-доступные регистры МП, языки программирования, операционная система. Программирование МП на языках низкого и высокого уровня. Назначение, основные функции и состав операционных систем микро-ЭВМ и МП. Методы и средства программирования МП. Основные показатели качества программ: надежность, эффективность, мобильность, структурированность, информативность, полярность, модифицируемость. Программная реализация измерительных задач: оптимальной фильтрации, интерполяции и экстраполяции при преобразовании цифрового сигнала в аналоговый, кодирования информации.
4. Метрологическое обеспечение автоматических средств измерения и контроля
[5] с. 129...135
Факторы, влияющие на показатели качества и МХ базовых элементов. Аналитические (расчетные) и экспериментальные методы определения точности и помехоустойчивости базовых элементов и блоков базовых элементов. Нормирование МХ базовых элементов.
Методы повышения точности и помехоустойчивости базовых элементов. Организация метрологического надзора за автоматическими средствами измерения и контроля. Испытания, аттестация и поверка автоматических средств измерений и контроля.
5. Автоматизация видов измерений
[1] с. 69...132
Автоматизированные средства измерений детерминированных электрических и неэлектрических величин: с однократным, двукратным и периодическим сравнением, с адаптацией чувствительности, с частотно-импульсным преобразованием. Выбор метода построения автоматизированных средств измерений.
Автоматизированные средства измерений случайных величин. Случайные величины и процессы. Структуры автоматизированных средств измерений параметров случайных процессов, корреляционных функций. Анализаторы спектра случайных процессов.
Автоматизированные средства измерений времени и частоты: хронометры, периодомеры, фазометры, частотомеры. Структурные схемы и МХ конкретных типов АСИ.
Автоматизированные средства измерений электрических величин: напряжения - вольтметры цифровые (время-импульсные, кодово-импульсные, интегрирующие, амплитудные, циклические, следящие и др.); мощности - ваттметры. Структурные схемы и МХ.
Автоматизированные средства измерений температуры. Классификация, структурные схемы, МХ.
Автоматизированные средства измерения линейных и угловых величин. Классификация, структурные схемы, метрологические характеристики.
6. Автоматизация видов контроля
[1] с. 20...24; [2] с. 107...113; 186...201
Необходимость синхронной автоматизации технологических и эксплуатационных процессов и процессов технического контроля. Автоматизированные средства контроля геометрических размеров и формы. Классификация, структурные схемы, характеристики. Автоматизация выборочного контроля.
7. Автоматизация испытаний электронных вычислительных средств
[3] с. 285...295; 299…304; 308…318
Принцип построения центральной испытательной станции. Структурная схема. Разработка автоматизированной системы испытаний (АСИ). Структура, состав и критерии оценки АСИ. Основные цели, принципы и этапы разработки АСИ.
Техническое обеспечение АСИ. Структурная схема микропроцессорной системы, построенной по программно-управляемому модульному принципу. Структурная схема многопроцессорной автоматической системы управления экспериментом фирмы "IBM". Математическое обеспечение АСИ. Математическая модель технологического процесса испытания. Программное, информационное и организационное обеспечение АСИ. Экономическая эффективность применение АСИ.
3аключение
Краткое обобщение основных вопросов курса. Направление дальнейшей самостоятельной работы над углублением и расширением знаний в области автоматизации измерений, контроля и испытаний.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основной:
1 Автоматизация измерений и контроля электрических и неэлектрических величин: Учебное пособие для вузов/ Под ред. . - М. :Изд-во стандартов, 1987. –328 с.
2 , Корндорф автоматического контроля размеров в машиностроении: Учебн. пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 1988.-280 с.
3 Глудкин и устройства испытаний РЭС и ЭВС.- М: "Высшая школа", 1991. – 335 с.
Дополнительный:
4 Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IВМ РС: пер. с англ./Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М.: Мир,1992. – 592 с.
5 , Механников измерительные системы в метрологии. - М.: Изд-во стандартов, 1988. – 176 с.
6 Методы электрических измерений: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. , Л.: Энергоатомиздат, 1990.
7 Основы метрологии и электрические измерения: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. .-Л.: Энергоиздат, 1987.
8 , Новицкий физических величин: Измерительные преобразователи.-Л.: Энергоатомиздат, 1983.
9 Лейтман измерительные преобразователи электрических сигналов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
10 Шишкин метрология. - М.: Издательство стандартов, 1991.
