Рабочая программа дисциплины (модуля) Физические основы измерений и эталоны

Приложение 9

Федеральное агентство по образованию

Ухтинский государственный технический университет

«УТВЕРЖДАЮ»

Ректор
(декан, директор института)

«……» __________________

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)

Физические основы измерений и эталоны

Направление подготовки

221700 «Стандартизация и метрология»

  Профили подготовки:

Стандартизация и сертификация

  Квалификация (степень)  выпускника

  Бакалавр

  Форма обучения

  Очная

  г. Ухта 2010

1.Цели  освоения дисциплины

1.1.Целями освоения дисциплины (модуля) Б.3.1/7 «Физические основы измерений и эталоны» является освоение фундаментальных ос­нов метрологии, развитие системного подхода к решению измерительных задач, подготовка к освоению прикладных дисциплин, посвященных методам и средст­вам измерений. В результате изучения дисциплины студент должен:

иметь убеждение о решающей роли измерений в познании природы чело­веком; иметь представление о принципах построения уравнений процессов изме­рений различных физических величин; знать международную систему единиц величин и основы теории размер­ностей; знать достигнутые в настоящее время характеристики точности воспроиз­ведения величин, процедуры передачи единиц величин от эталонов к рабочим средствам измерений (поверочные схемы); уметь строить математические модели объектов измерений; оценивать погрешности функций приближенных значений параметров; осуществлять сум­мирование составляющих погрешностей как детерминированных, так и случай­ных.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО  - Б.3.1/7 «Физические основы измерений и эталоны»

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП (дисциплинами, модулями, практиками).

       Дисциплина относится к циклу общепрофессиональных дисциплин для двух специальностей (200501 и 200503), а также при подготовке бакалавров (200500). Изучение данной дисциплины базируется на разделах дисциплин: "Физика", "Ма­тематика".

Требования к «входным» знаниям, умениям и готовностям обучающегося, необходимым при освоении данной дисциплины и приобретенным в результате освоения предшествующей дисциплин (модулей):

Физика (Б3.1/1.2, Б.3.1/2, Б.3.1/5, Б.3.1/7, Б3.1/6.1,):

знать:

- основные физические явления и законы(ОК-12, ПК-4, ПК-20);

- основные физические величины и константы, их определение и единицы измерения (ОК12, ПК-4, ПК-20);

уметь:

- применять физико-математические методы для решения практических задач в области технического регулирования и метрологии с применением стандартных программных средств (ОК-12, ОК-15, ОК-16, ПК-17, ПК-19);

Математика:

знать:

- аналитическую геометрию и линейную алгебру; последовательности и ряды; интегральное исчисления; гармонический анализ; дифференциальные уравнения; численные методы; теорию вероятностей и математическую статистику (ОК-15, ПК-19);

уметь:

- применять физико-математические методы для решения практических задач в области технического регулирования и метрологии с применением стандартных программных средств (ОК-12, ОК-15, ОК-16, ПК-17, ПК-19);

- применять вероятностно-статистический подход к оценке точности измерений, испытаний и качества продукции и технологических процессов (ОК-15, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-17, ПК-19, ПК-20, ПК-23);

владеть:

- численными методами решения дифференциальных и алгебраических уравнений, методами аналитической геометрии, теории вероятностей и математической статистики ((ОК-12, ОК-15, ОК-16, ПК-17, ПК-19);

Информатика:

знать:

-основные сведения о дискретных структурах, используемых в персональных компьютерах, основные алгоритмы типовых численных методов решения математических задач, один из языков программирования, структуру локальных и глобальных компьютерных сетей (;

уметь:

-работать в качестве пользователя персонального компьютера, использовать внешние носители информации для обмена данными между машинами, создавать резервные копии, архивы данных и программ, работать с программными средствами общего назначения;

владеть:

-навыками применения стандартных программных средств в области технического регулирования и метрологии.

Инженерная и компьютерная графика:

знать:

- правила оформления конструкторской документации в соответствии с ЕСКД и методы и средства компьютерной графики;

уметь:

- выполнять и читать чертежи и другую конструкторскую документацию;

владеть:

- навыками работы на ЭВМ с графическими пакетами для получения конструкторских, технологических и других документов.

Теоретические дисциплины и практики, для которых освоение данной дисциплины (модуля) необходимо как предшествующее:

- Основы технологии производства;

-Управление качеством;

- Учебная и производственная практики.

3.Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) - Б.3.1/7 «Физические основы измерений и эталоны»

.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

- физические основы измерений (ОК-12, ПК-3, ПК-4, ПК-19, ПК-20, ПК-23);

- систему воспроизведения единиц физических величин и передачи размера средствам измерений (ОК-12, ПК-4, ПК-14);

- способы оценки точности (неопределенности) измерений и испытаний и достоверности контроля (ОК-12, ОК-15,ПК-4, ПК-5,ПК-8, ПК-17, ПК-20, ПК-22, ПК-23);

уметь:

- анализировать физическое содержание процесса измерений с целью выбора наиболее рациональной схемы их проведения (ОК-12, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-17, ПК-19, ПК-20, ПК-22, ПК-23);

владеть:

- навыками обработки экспериментальных данных и оценки точности (неопределенности) измерений, испытаний и достоверности контроля (ОК-12, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-6, ПК-8, ПК-14, ПК-17, ПК-19, ПК-20, ПК-21, ПК-22, ПК-23, ПК-24).

4. Структура и содержание дисциплины (модуля) Б.3.1/7 «Физические основы измерений и эталоны»

Общая трудоемкость дисциплины составляет  3 зачетные единицы,  108 часов.

Содержание дисциплины. Основные разделы.        

Методы теории подобия и размерностей, классические измерительные системы, адиабатические инварианты, стабильность - необходимое условие достижения достоверности  и точности результатов измерений,  элементы современной физической картины мира, постоянные необратимые  изменения  Вселенной и стабильность фундаментальных физических  постоянных, принципиальная невозможность полного устранения  неопределенности  результатов измерений, фундаментальный источник погрешностей измерений - самодвижение  материи и его конкретные проявления - необратимость, инерция, тепловые и квантовые флуктуации, шумы нетеплового происхождения, соотношения неопределенностей, принцип дополнительности, фундаментальные пределы точности измерений, несоответствие уровня стабильности параметров, объектов макро - и мегамира требованиям современной метрологии, потенциальные ресурсы стабильности параметров физических объектов микромира, физико-техническое обеспечение инженерных решений проблемы передачи стабильности объектов  микромира микроскопическим объектам, измерительным приборам и системам, физические принципы создания современной эталонной базы с использованием явления сверхпроводимости, эффектов Ааронова Бома, Зеемана, Джозефсона, Мессбауэра, Холла и других эффектов квантовой физики. 

Квантовая метрология. Использование фундаментальных физических констант для создания системы взаимосвязанных естественных эталонов единиц физических величин. Примеры эталонов на основе эффектов Джозефсона и Холла.

Сличения эталонов, взаимное признание национальных эталонов. Перспективы и тенденции развития эталонной базы.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы.

Вид учебной работы	Всего ча­сов/зачетных еди­ниц	Семестр
3
Аудиторные занятия (всего)	34	34
В том числе:
Лекции	17	17
Практические занятия (ПЗ)	-	-
Семинары (С)	-	-
Лабораторные работы (ЛР)	17	17
Самостоятельная работа (всего)	74	74
В том числе:
Курсовой проект (работа)	-	-
Расчетно-графические работы	3	3
Реферат	-	-
Другие виды самостоятельной работы Контрольная работа	-	-
Вид итоговой аттестации	экзамен	экзамен
Общая трудоемкость: часы зачетные единицы	108	108
3	3

4.1.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий (по семестрам)

Номер темы	Наименование темы	Основное содержание темы	Количество часов
Очное	очно-заочное	Заоч-ное
1	2	3	4	5	6
1	Введение	Теория измерений - фундамент метрологических дисциплин. Обеспечение един­ства измерений - задача научная, техническая, организационная и законодатель­ная.	2
2	1 Измерение как процесс познания	1.От действительности к абстракции через шкалы. Соотношения состояний (значе­ний) при построении шкал. Шкалы наименований, порядковые, интервальные, шкалы отношений, натуральные шкалы. Измерение как процесс уменьшения неопределенности (по Новицкому-Шеннону).	2
3	2 Уравнения процессов измерений	Уравнение измерения. Основные операции процесса измерения. Разновидности уравнений процессов измерений по критерию вида сравнения. Явное и косвенное воспроизведение единицы физической величины и операции сравнения. Примеры построения математических моделей процессов измерений (уравнений и структур).	2
4	3 Единицы величин	3.Эволюция развития международных систем и стандартов на единицы величин. Основные и дополнительные величины, относительные величины. Основы теории размерностей.	2
5	4 Обеспечение единства измерений	4.Использование стабильных физических эффектов и физических констант для воспроизведения единиц величин. Технология воспроизведения, поддержания и передачи единиц величин. Характеристики эталонов (неисключенная систематическая погрешность, случай­ная погрешность, характеристика стабильности во времени и т. д.).	2
6	5.Объекты измерений и их математические модели	5.Модели скалярных и векторных детерминированных величин. Случайные вели­чины и их характеристики. Случайные процессы и их величина. Сигналы детер­минированные и случайные. Сведения об измерении полей. Ошибки модели.	2
6.Математические операции, приме­ няемые для обеспечения достовер ности результатов	6.Математические функциональные и метрологические модели (общие понятия). Уравнения связи, отражающие связь между величинами. Оценивание погрешно­стей функций приближенных значений параметров через частные производные.	3
7. Характеристики погрешностей	7.Характеристики погрешностей как случайных величин и как случайных процес­сов. Суммирование коррелированных и некоррелированных составляющих по­грешностей. Композиции законов распределения. Оценивание статистических моментов многократных измерений. Учет нестацио­нарности.	4
Итого	17

5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами.
№/№ п/п	Наименование обеспе­чиваемых дисциплин	№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых дисциплин
1	2	3	4
1	Дисциплины профиль-	+	+	+	+
ной направленности.

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№/№ п/п	Наименование раз­дела дисциплины	Лекц.	ПЗ	Лаб. зан.	Се­мин.	СРС	КП	Всего
1	Введение	2	-	-	9	-	11
2	Измерение как процесс познания	2	-	2	-	9	-	13
3	2 Уравнения процессов измерений	2	-	2	-	9	-	13
4	3 Единицы величин	2	-	2	-	9	-	13
5	Обеспечение единства измерений. Эталоны	2	4	9	15
6	5.Объекты измерений и их математические модели	2	2	9	13
7	6.Математические операции, приме­ няемые для обеспечения достовер ности результатов	3	2	10	15
8	7. Характеристики погрешностей	4	3	10	17
Итого	17	0	17	74	108

Практические занятия  - не предусматривается. Лабораторные работы

№ п\п	Наименование раздела дисциплины	Содержание лабораторной работы	Объем в часах
1	Введение
2	Измерение как процесс познания	1.Анализ шкал на предмет использования соотношение состояний.	2
3.	2 Уравнения процессов измерений	2.Построение модели процесса измерения физических величин при явном виде воспроизведения единицы измеряемой величины 3.Построение модели процесса измерения физических величин при неяв­ном виде операции сравнения.	2
4.	3 Единицы величин	5.Анализ размерностей процесса измерения при неявном виде воспроиз­ведения единицы величины.	4
5	Обеспечение единства измерений	6.Передача единицы величины от эталона к рабочему средству измерений. Примеры построения поверочных схем.	4
6	5.Объекты измерений и их математические модели	7.Модели скалярных и векторных детерминированных физических вели­чин. Возможные ошибки модели.	2
7	6.Математические операции, приме­няемые для обеспечения достовер ности результатов	8.Модели случайных величин. Методы оценивания числовых и инте­гральных характеристик.	2
8	7. Характеристики погрешностей	9.Оценивание погрешностей функций приближенных значений парамет­ров (аргументов) методам частных производных. 10.Оценивание погрешностей простейших математических операций через погрешности элементарных (арифметических) действий. 11.Суммирование составляющих погрешности. Композиция законов рас­пределения.	3

Образовательные технологии

Для реализации компетентностного подхода предусматривается  использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий:

1) Компьютерные симуляции – виртуальные лабораторные работы.

2) Деловые и ролевые игры – альтернативные методы контроля размеров деталей.

3) Встречи с представителями с российских и зарубежных компаний для изучения передового опыта использования систем нормирования точности и взаимозаменяемости при конструировании, эксплуатации и ремонте машин и технологического оборудования, сложной электроизмерительной, радиоэлектронной и вычислительной аппаратуры.

4) Проведение совместных мастер-классов экспертов и специалистов ведущих нефтегазодобывающих предприятий Крайнего Севера с учетом особенностей стандартизации и нормирования точности, взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов промышленных и технологических транспортных средств при освоении арктического шельфа.

6.Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в проработке лекционного материала, подготовке к лабораторным работам и практическим (семинарским) занятиям и курсовому проектированию. Она составляет 54 часа и включает:

проработку лекционного материала, тем (вопросов), выделенных для самостоятельной проработки студентами и подготовка к практическим (семинарским занятиям) (24 ч.); подготовкам к лабораторным работам (6 ч.)

С целью проверки усвоения учебного материала дисциплины проводится текущий контроль для выявления уровня и оценки знаний студентов, накопленных на конкретном этапе обучения.

7.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

7.1.Основная и дополнительная литература

№№ п-п	Автор и наименование	Вид пособия	Год издания	Кол-во экз. в библиот.
Основная литература
Л-1	Димов , стандартизация и сертификация: Учебник для вузов. 3-е изд.- СПб.: Питер, 2010. – 464 с.: ил. – (Серия «Учебник для вузов»).	У	2010	20
Л-2	Новосельцева, и взаимозаменяемость [текст]: учеб. пособие / , . – Ухта: УГТУ, 2010. – 135 с.	У	2010	120
Л-2	Сергеев , стандартизация, сертификация: учеб. Пособие / , , – изд. 2-е, перераб. И доп. – М.: Университетская книга; Логос, 2009. – 560 с.: ил. (Новая университетская библиотека).	У	2009	11
Сафронова : Учебное пособие - Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2006. (Серия "Метрология", Вып.10);	у	2006	12
Дополнительная литература
Л-5	Федеральный закон «О техническом регулировании» (с изменениями -ФЗ).	2002, 2007	2
Л-6	Федеральный закон -ФЗ «Об обеспечении единства измерений».	Др	2008	2
Л-8	ГОСТ Р 1.12-2004. Стандартизация в Российской Федерации. Термины и определения.	Др	2004	2

Примечания:

Порядковая нумерация сквозная, двухиндексная (Л-1, Л-2, Л-3 и т. д.); Дополнительная литература отделяется от основной заголовком; Условные обозначения вида пособия: У – учебник, УП – учебное пособие, Др – монография и другая литература.

7.2. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы

1.Информционно - правовая система « Кодекс» - нормы, правила, стандарты РФ. Электронная база национальных стандартов.

2. Электронная БД иностранных стандартов «VEKA» на CD-ROMах.

3. Компьютерная информационно-поисковая система национальных нормативных документов РФ по стандартизации «SPRAV».

4. PERENORM – международная электронная база данных, содержащая национальные стандарты стран Европы.

5. Компьютерная программа тестирования «Тест».

6. Компьютеры класса IBM PC с операционной системой Windows -…

7. Лекции укомплектованы демонстрационными материалами в виде электронных тетрадей, презентаций, выполненных в редакторе Power Point и фоллей.

8. Лабораторные занятия проводятся с использованием методических указаний, содержащих материалы, разъясняющие специфику и конкретизирующие особенности предлагаемых к решению лабораторных заданий.

Интернет адреса

9.www. gost. ru – официальный сайт национального органа по стандартизации – Федерального агенства по техническому регулированию и метрологии.

10.www. vniiki. ru – официальный сайт  ВНИИКИ.

7.3. Методическое обеспечение курса

№№ п-п	Наименование	Год издания (состава)	Кол-во экз.
1	2	3	4
М1	Очир-, Методические указания к курсовому проектированию по «Метрологии, стандартизации и сертификации» [текст]: -Горяев, .-Ухта, УГТУ – 2010 – 75 с. (сдано в печать)
М 1	Пантелеев , методы и техника эксперимента. Методические указания и задание на выполнение контрольной работы	2001	250
М 2	Ягубов к лабораторным работам по автоматике и автоматизации производственных процессов [текст]: в 2ч.: 1 часть /, , .- Ухта, УГТУ – 2006 – 60 с.	2006	250
М З	Ягубов к лабораторным работам по автоматике и автоматизации производственных процессов [текст]: в 2ч.: 1 часть /, , .- Ухта, УГТУ – 2006 – 60 с.	2006	250
М 4	Суровцев практикум по техническим измерениям. Часть 1 «Измерение охватывающих размеров универсальными измерительными инструментами» и «Плоскопараллельные меры длины»: Методические указания. – Ухта: УИИ, 1998. – 31с., ил.	1998	120
М 6	Суровцев практикум по техническим измерениям. Часть 4. «Контроль погрешностей формы и расположения поверхностей» и «Контроль зубчатых колес». – Ухта: УИИ, 1998. – 35 с., ил.	1998	120

8.Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

Основное учебное оборудование представлено в «Лаборатории технических измерений» кафедры МСиС.

8.1.Перечень наглядных и других пособий, методических указаний по проведению конкретных видов учебных занятий, а так же методических материалов к используемым в учебном процессе техническим средствам.

8.2.1. Условные обозначения технических средств обучения (ТСО):

электронно-вычислительная техника        – ЭВМ        диапроекторы:

обучающие средства                        – ОУ                диапозитивами                – ДП

действующие макеты                        – М                слайдами                        – ДС

кинофильмы                                        – КФ                диафильмами                –ДФ

учебное телевидение                        – ТВ                эпидиаскопы                        – ЭС

лингофонная техника                        – ЛФ                наглядные пособия

контролирующие устройства                – КУ                (макеты, плакаты,

Информационная техника                        – ИТ                схемы, графики,

аудиовизуальные установки                – АВУ        рисунки, таблицы и т. д.)        – НП

кодоскопы                                        – КС

3.2.2. Наглядные пособия и ТСО

1. ОУ с применением ЭВМ и АВУ или интерактивной доски – электронный вариант лекций по дисциплине «Физические основы измерений и эталоны».

2. ОУ по теме « Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» с применением ЭВМ и АВУ или интерактивной доски.

3. ОУ с применением ЭВМ и АВУ или интерактивной доски по теме «Физические основы измерений и эталоны» (включает 24 слайда)

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки 221700 СТАНДАРТИЗАЦИЯ И МЕТРОЛОГИЯ (квалификация (степень) «бакалавр»)

Автор(ы) :

- ст. преподаватель  кафедры

Рецензент(ы)        

Программа одобрена на заседании кафедры МСиС  «15» октября 2010 г. (протокол №2 от 01.01.2001 г.)

(Наименование уполномоченного органа вуза (УМК, НМС, Ученый совет)

от ___________ года, протокол № ________.