Методы и средства измерений

2020/2021

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Майнор

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1, 2 модуль

Преподаватели: Юрин Александр Игоревич

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 64

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Измерительные технологии применяют в науке для установления закономерностей во взаимных связях различных свойств предметов и явлений, в промышленности – для контроля технологических процессов, в торговле – для учёта материальных ценностей. Измерения необходимы во всей производственной деятельности и в быту современного человека. Данная дисциплина знакомит слушателей с основными методами и средствами измерений, измерительными приборами, датчиками и измерительными преобразователями физических величин, а также алгоритмами расчета характеристик погрешностей измерений.

Цель освоения дисциплины

Целью курса является знакомство слушателя с основными методами и средствами измерений, принципом работы измерительных преобразователей различных физических величин, применяемых для решения научных и производственных задач.

Планируемые результаты обучения

Знает: • принципы действия аналоговых и цифровых средств измерений; • принципы построения информационно-измерительных и автоматизированных систем; • классификацию, основные характеристики и область применения основных типов измерительных преобразователей.
Умеет: • правильно использовать аналоговые и цифровые средства измерений при решении конкретных научных и производственных задач.
Владеет: • навыками работы со средствами измерений.

Содержание учебной дисциплины

Тема 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.
Тема 2. Определение и классификация средств измерения электрических величин.
Объекты измерений. Классификация измерений. Методы измерений и контроля. Аналоговые и цифровые измерительные приборы. Основные характеристики средств измерений. Классификация СИ. Погрешности измерений. Классы точности приборов.
Тема 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.
Тема 4. 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.
Тема 5. Приборы для измерения фазы и частоты.
Общие сведения, структурные схемы и принцип действия. Электронно-счётный частотомер. Основные характеристики и параметры частотомеров и фазометров. Особенности применения приборов для измерения частоты и сдвига фаз.
Тема 6. Методы и средства измерения сопротивлений, индуктивностей, емкостей.
Прямые и косвенные методы. Мосты. Общая теория мостов постоянного тока. 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.
Тема 7. Приборы для измерения и анализа параметров сигналов и спектров.
Принцип получения осциллограммы. Методы измерения частоты, фазы, временных интервалов, амплитуды напряжения, величины толков с помощью осциллографа. Анализаторы спектра, анализаторы гармоник, измерители нелинейных искажений. Общие сведения, структурные схемы и функциональные части. Основные характеристики и практическое применение.
Тема 8. Общие свойства и характеристики измерительных преобразователей.
Физические эффекты и преобразование измеряемых физических величин. Классификация методов преобразования. Измерительный преобразователь. Статические характеристики измерительных преобразователей. Функция преобразования, коэффициент преобразования. Чувствительность преобразователя к влияющим факторам. Понятие реальной и номинальной характеристик и погрешности измерительного преобразователя. Систематические, прогрессирующие и случайные погрешности измерительных преобразователей. Динамические характеристики измерительных преобразователей.
Тема 9. Параметрические измерительные преобразователи.
Реостатные преобразователи. Принцип действия, общие свойства реостатных преобразователей. Конструкции и применяемые материалы. Чувствительность преобразователей к влияющим факторам. Тензочувствительные преобразователи. Физические основы тензорезистивного эффекта. Температурные погрешности тензорезисторов. Конструкция и основные характеристики проволочных, фольговых и полупроводниковых тензорезисторов. Термочувствительные преобразователи. Основы теории и характеристики применяемых материалов. Примеры применения. Электролитические преобразователи. Индуктивные преобразователи. Вихретоковые преобразователи. Магнитоупругие преобразователи. Емкостные преобразователи. Ионизационные преобразователи. Волоконно-оптические преобразователи.
Тема 10. Генераторные измерительные преобразователи.
Термоэлектрические преобразователи. Индукционные преобразователи. Пьезоэлектрические преобразователи. Физические эффекты и возможности применения пьезоэлементов в измерительной технике. Пьезоэлектрические преобразователи силы, давления и ускорения. Гальванические преобразователи.
Тема 11. Применение вычислительной техники в средствах измерений (интеллектуальные средства измерений).
Автоматизация процесса измерений. Информационно – измерительные системы. Структурные схемы измерительных систем. Области их применения.

Элементы контроля

Практические занятия
Дистанционный формат со 2-го модуля.
Домашнее задание 1
Экзамен
Формат проведения экзамена - дистанционный c применением платформы Zoom https://zoom.us/j/3183066511?pwd=aFhBd0x6MUpSQzA1YTcvZ2xEWkwxUT09 Преподаватель вправе освободить от прохождения экзамена студентов, с выставлением им во время сессии оценки по промежуточной аттестации, соответствующей накопленной оценке без учёта веса экзамена (то есть сумма весов всех элементов контроля, за исключением экзамена, приравнивается к единице). Преподаватель объявляет свое решение не позднее, чем на последнем занятии до экзамена. Для объявления оценок могут быть использованы официальные каналы передачи информации, используемые в процессе обучения. По желанию студентов, они могут отказаться от выставления оценки без проведения экзамена и сдать его, о чем сообщают преподавателю не позднее последнего занятия.
Домашнее задание 2

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.2 * Домашнее задание 1 + 0.2 * Домашнее задание 2 + 0.1 * Практические занятия + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины