ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Оренбургский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» УТВЕЖДАЮ И.о.заведующего кафедрой МиЕНД __________________Прояева И.В. «___»_____________2019 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов заочной формы обучения направления 11.03.02 -Инфокоммуникационные технологии и системы связи Обсуждено на заседании кафедры МиЕНД от « ___ » _________ 20__ г. протокол № _____ Оренбург 2019 Введение Данные контрольные задания предназначены для самостоятельной работы студентов заочного отделения над некоторыми основополагающими разделами курса и для аудиторного выполнения их при проведении зачетного занятия по дисциплине "Метрология, стандартизация и сертификация". Контрольные задания содержат два раздела теоретический (ответы на вопросы) и практический посвящённый изучению способов обработки результатов измерений и методов измерений основных параметров телекоммуникационных систем. Контрольные задания включают в себя базовый комплект задач и некоторые примеры их решения по основополагающим разделам курса. В текстах задания приведены основные положения курса, необходимые для выполнения заданий, алгоритмы и примеры решения задач. Для более детального освоения рассматриваемых вопросов необходимо изучить литературу из рекомендуемого списка и конспект лекций по "Метрологии, стандартизации и сертификации". Выбор варианта и количества вопросов и задач определяется преподавателем. 1. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ В межсессионный период студентами заочниками выполняются контрольные работы. Контрольные работы являются итогом самостоятельной работы над учебным материалом, а также средством самоконтроля. Студент обязан выполнить в установленный срок и предоставить в учебное заведение на проверку контрольные работы, определенные учебным графиком. Самостоятельность работы и творческое применение приобретенных знаний при выполнении контрольной работы способствуют углубленному изучению дисциплины, вырабатывают умение обобщать изучаемый материал и аргументировать выводы, приучают точно и грамотно излагать свои мысли. Контрольная работа выполняется студентом самостоятельно, носит творческий характер, должна содержать аналитический обзор научной литературы, включая публикации текущего года, статьи в журналах (обязательно!) по утвержденной теме. Руководство организацией, выполнением и защитой контрольных работ осуществляет преподаватель, читающий лекции по дисциплине менеджменту. Тематика контрольных работ разрабатывается и ежегодно обновляется на заседании кафедры. Примерный перечень тем контрольных работ приведен в рабочей программе. Контрольная работа сдается на проверку не позже чем за 5 дней до даты проведения зачета. В случае неудовлетворительной оценки при проверке студент должен выполнить контрольную работу на другую тему или существенно переработать представленную. К защите работа представляется в печатном виде. 2. Выполнение контрольной работы включает следующие основные этапы: выбор темы контрольной работы; составление плана реферата и утверждение его руководителем; изучение рекомендованной и дополнительной научной литературы, ознакомление с нормативными документами и другими источниками, относящимися к теме работы; написание и оформление контрольной работы в соответствии с установленными требованиями; представление контрольной работы руководителю для проверки; устранение полученных замечаний, выполнение рекомендаций, оформление в соответствии с требованиями; защита контрольной работы. 3. Структура контрольной работы включает: титульный лист; содержание; введение; основную часть; заключение; список использованной литературы. После проверки руководителем студент должен исправить и / или дополнить контрольную работу в соответствии с полученными замечаниями руководителя, оформить ее в соответствии с предъявляемыми требованиями, устранить логические и стилистические ошибки и опечатки. По результатам проверки преподаватель задает вопросы, уточняющие содержание работы. Вопросы могут относиться непосредственно к теме контрольной работы, а также касаться других связанных с ней тем. При выставлении оценки принимаются во внимание: качество выполнения и оформление работы, ответы на вопросы. При получении неудовлетворительной оценки студент обязан повторно выполнить контрольную работу на новую тему или существенно переработать прежнюю. После защиты контрольная работа хранится на кафедре. 4. Перечень вопросов контрольной работы Что собой представляют магнитоэлектрические приборы? Что собой представляют электромагнитные приборы? Что собой представляют электродинамические приборы? Что собой представляют электростатические приборы? Назовите основные достоинства электронных аналоговых приборов. Что относится к недостаткам аналоговых электронных приборов? Опишите принцип работы цифровых электронных приборов. Назовите достоинства и недостатки цифровых электронных приборов. Что называется дискретизацией непрерывной величины? Дайте определение квантования непрерывной величины. Что называют кодированием квантованной величины? Классифицируйте методы измерения. Что называют прямым измерением электрической величины? Что называют классом точности прибора? Дайте характеристику абсолютной погрешности измерения. Что называют относительной погрешностью измерения? Расскажите о приведенной погрешности измерения. Почему относительная погрешность более наглядно представляет точность измерения? 19. Как определить абсолютную погрешность по классу точности и пределу измерения прибора? 20. Для чего используется понятие «приведенная погрешность»? 21. Чем определяется ограниченная точность электроизмерительных приборов? 22. Какой тип погрешности вносит наибольший процент в погрешность измерений? 23. Что называют прямым измерением? 24. Расскажите о косвенном измерении. 25. Что называют равноточным измерением? 26. Зачем проводятся многократные измерения физических величин? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 27. В каком виде наиболее удобно представлять результаты совместных измерений? 28. Что собой представляет способ обработки результатов совместных измерений – способ наименьших квадратов? 29. Согласно чему задают аппроксимирующие зависимости между измеряемыми параметрами? 30. Что называют прямым измерением электрической величины? 31. Охарактеризуйте класс точности прибора. 32. Что называют абсолютной погрешностью измерения? 33. Что называют относительной погрешностью измерения? 34. Расскажите о приведенной погрешности измерения. 35. Почему относительная погрешность дает более наглядное представление точности измерения? 36. Как определить абсолютную погрешность по классу точности и 37. пределу измерения прибора? 38. Для чего используется понятие «приведенная погрешность»? 39. Чем определяется ограниченная точность электроизмерительных приборов? 40. Какой тип погрешности вносит наибольший процент в погрешность измерений? 41. Чем различаются методы непосредственной оценки и метод сравнения электрических величин? 42. Что называют аналоговыми измерениями? 43. Что называют цифровыми измерениями? 44. Дайте определение статического режима измерения. 45. Дайте определение динамического режима измерения. 46. Что называют измерительной установкой? 47. Что называют измерительной системой? 48. К какому типу измерительного механизма относится применяемый в лабораторной работе амперметр? 49. К какому типу измерительного механизма относится применяемый в лабораторной работе вольтметр? 50. К какому типу измерительного механизма относится применяемый в лабораторной работе ваттметр? 51. К какому типу измерительного механизма относится применяемый в лабораторной работе осциллограф? 52. К какому типу измерительного механизма относится применяемый в лабораторной работе фазометр? 53. Как получить изображение на экране ЭЛО? 54. От чего зависит качество фокусировки? 55. Как получить неподвижное изображение на экране ЭЛО? 56. Назовите основной узел канала горизонтальной развертки. 57. Какую выполняет роль модулятор в схеме ЭЛО? 58. Расскажите об электростатической отклоняющей системе ЭЛО. 59. Что называют прямым измерением электрической величины? 60. Что называют классом точности прибора? 61. Дайте определение абсолютной погрешности измерения. 62. Дайте определение относительной погрешности измерения. 63. Дайте определение приведенной погрешности измерения. 64. Почему относительная погрешность дает более наглядное представление точности измерения? 65. Как определить абсолютную погрешность по классу точности и 66. пределу измерения прибора? 67. Для чего используется понятие приведенной погрешности? 68. Чем определяется ограниченная точность электроизмерительных приборов? 69. Какой тип погрешности вносит наибольший процент в погрешность измерений? 70. Опишите устройство и принцип действия приборов электромагнитной системы. 71. Опишите устройство и принцип действия приборов электродинамической и ферродинамической систем. 72. В каких случаях используют прямые методы измерения? 73. Когда применяют косвенные методы измерений? 74. Что называют классом точности прибора? 75. Как рассчитать инструментальную погрешность косвенного метода измерения коэффициента мощности? 5. Индивидуальные задания и методические указания по решению задач Задание 1 Оценка случайной погрешности прямых измерений Задача 1. Используя данные своего варианта: радиус центральной жилы, радиус оболочки, относительная диэлектрическая проницаемость материала изоляции и разность потенциалов между центральной жилой и оболочкой. Определить электрическую емкость и заряд кабеля. Исходные данные к задаче представлены в таблице 1.1. Таблица 1.1 – Исходные данные к задаче 1 Предпоследняя Радиус цифра номера центральной студенческого жилы, см билета 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1,7 2,4 1,1 2,0 1,5 1,3 2,9 1,0 2,5 3,0 Радиус оболочки, см Последняя цифра номера студенческого билета Относительная диэлектрическая проницаемость материала изоляции, Ф/м Разность потенциалов между центральной жилой и оболочкой, кВ 3,4 2,8 4,0 3,3 3,0 2,7 3,9 5,4 4,2 5,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2,8 3,0 3,9 2,9 3,6 4,0 3,3 3,5 2,6 4,2 2,5 4,7 5,3 3,0 2,5 6,0 2,9 4,8 5,5 3,1 Задача 2. С целью определения места повреждения коаксиального кабеля использовался импульсный метод измерения. В результате измерений получено n значений расстояния до места повреждения Li. Считая, что случайная погрешность имеет нормальный закон распределения, определить: наиболее достоверное значение расстояния до места повреждения кабеляL; среднеквадратическую погрешность однократных измерений (результатов наблюдений) ; максимально допустимую погрешность измерения мах; ~ среднеквадратическую погрешность результата измерения ; L доверительный интервал результата измерения и расстояние до места повреждения при заданной доверительной вероятности pn (t); результат измерения записать в соответствии с требованиями МИ 1317-2004. Методические указания к решению задач Вариант контрольного задания определяется в соответствии с таблицами 1.1, 1.2, 1.3 и 1.4. В задачи 2 номер варианта задания определяется последними цифрами номера студенческого билета или номера по списку – m (предпоследняя цифра студенческого билета) и n (последняя цифра студенческого билета). Буквой i обозначены номера измерений Li. Таким образом, количество единичных измерений и их числовые значения определяются номером варианта, выбор результатов наблюдений производится из таблицы 1.5. Результаты промежуточных расчетов заносятся в таблицу 1.6. Таблица 1.2 – Исходные данные для задачи 2 m i Lд,м 0 1 7-13 275,4 23-28 273,5 2 3 15-20 12-17 272,9 270,3 4 5 6 7 8 9 28-33 278,2 8-14 276,3 2-8 275,9 1-09 270,5 25-31 271,6 34-40 274,6 6 46-52 0,99 7 49-53 0,94 8 45-50 0,89 9 52-56 0,97 Таблица 1.3 – Исходные данные для задачи 2 n 0 i 41-47 p 0,92 1 50-54 0,84 2 40-44 0,91 3 53-58 0,99 4 56-60 0,95 5 39-44 0,87 Таблица 1.4 – Исходные данные для задачи 2 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Li,м 271,2 272,1 271,2 270,0 274,5 272,5 273,6 274,3 273,2 271,5 271,4 271,7 i 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Li,м 272,3 273,1 274,2 272,7 271,7 271,2 275,0 273,5 272,5 275,7 275,8 279,2 i 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Li,м 281,1 283,2 279,1 275,6 273,2 277,8 280,5 279,1 282,5 279,3 281,2 279,4 i 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Таблица 1.5 – Результаты промежуточных расчетов № п.п № изм.i Значения Li, м i = Li – L, м 1 с точностью 2 0,000001 3 . . . n n n n= Li i i 1 i 1 L n Li,м 278,3 277,8 281,2 278,6 273,8 274,9 271,4 272,8 274,3 275,6 274,6 276,9 i 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Li,м 272,7 276,2 272,9 275,4 274,6 273,7 275,7 274,1 275,6 271,9 274,1 274,7 i2 с точностью 0,000001 n 2 i 1 С целью избежания накопления погрешности вычисления промежуточные расчеты выполняются с использованием большого числа значащих цифр (с точностью 0,000001). Конечный результат обработки дается с точностью 0,01. Максимально допустимая погрешность рассчитывается по правилу 3σ. В связи с тем, что число однократных измерений n в данном задании относительно невелико, доверительный интервал результата измерения должен быть рассчитан в соответствии с интегральным законом распределения Стьюдента. Коэффициенты распределения Стьюдента tn для различных значений доверительной вероятности pn (t) и n приведены в таблице 1.5. Таблицы 1.6 – Значения коэффициентов Стьюдента n Pn (t) 0,88 0,9 0,92 0,93 0,94 0,95 5 1,972 2,132 2,333 2,456 2,601 2,776 6 1,873 2,015 2,191 2,298 2,422 2,571 7 1,812 1,943 2,105 2,202 2,314 2,447 8 1,771 1,895 2,047 2,137 2,241 2,365 9 1,741 1,860 2,005 2,091 2,190 2,306 10 1,718 1,833 1,973 2,056 2,151 2,262 11 1,700 1,812 1,949 2,029 2,121 2,228 12 1,686 1,796 1,929 2,007 2,097 2,201 13 1,673 1,782 1,913 1,989 2,077 2,179 14 1,665 1,771 1,899 1,975 2,061 2,160 15 1,656 1,761 1,888 1,962 2,047 2,145 16 1,649 1,753 1,878 1,951 2,034 2,131 0,96 2,999 2,757 2,613 2,517 2,449 2,399 2,360 2,329 2,303 2,282 2,264 2,249 0,97 3,298 3,003 2,829 2,715 2,634 2,574 2,528 2,491 2,461 2,436 2,415 2,398 0,98 3,747 3,365 3,143 2,998 2,896 2,821 2,764 2,718 2.681 2,650 2,624 2,602 0,99 4,604 4,032 3,707 3,499 3,555 3,250 3,169 3,106 3,055 3,012 2,977 2,947 Задание 2 Оценка систематической погрешности измерений 1.1 Задача. Последовательно с источником Е=10В с внутренним сопротивлением 2 Ома включены сопротивление 100 Ом и амперметр, сопротивление которого 0,5 Ома. Определить показания амперметра, рассчитать относительную погрешность, вызванную неидеальным сопротивлением амперметра. 1.2 Задача. Вольтметром в нормальных условиях измерено напряжение источника напряжения. Внутреннее сопротивление источника напряжения равно 1,5 Ома. Показание вольтметра по шкале 1,5В составило 1,025В, входное сопротивление вольтметра 1500 Ом. Определить погрешность измерения напряжения, вызванную неидеальностью вольтметра, а также класс точности вольтметра. 1.3 Задача. Основная приведенная погрешность амперметра, рассчитанного на ток 5 А, равна 0,5%. Оценить абсолютную и относительную погрешность измерения тока 1 А. Объяснить, почему не обеспечивается измерение с относительной погрешностью 0,5%. 1.4 Задача. Определить относительную погрешность измерения напряжения 30В и 90В в нормальных условиях в диапазоне с конечным значением шкалы 100В, если класс точности прибора равен 0,5%. 1.5 Задача. При определении частоты использовано измерение периода. Оценить абсолютную погрешность измерения частоты, если T = (25 1) мкс при доверительной вероятности 0,997 и нормальных условиях. Задание 3 Измерение напряжений негармонических сигналов аналоговыми вольтметрами 1.1 Рассчитать показания квадратичного вольтметра с открытым и закрытым входом при подаче напряжения U (t) = 30+10 sin 10t, частота электрического сигнала f = 2 кГц. 1.2 Определить Ка сигнала, если линейный вольтметр показал 4,44В, а измерительный сигнал имеет пиковое значение ровно 12В, Кф=1,5. 1.3 Определить показания квадратичного вольтметра, если при измерении того же сигнала пиковый вольтметр показал 32В, Ка=2, Кф=1,5. 1.4 Определить значение потребленной электрической энергии в цепи и определить абсолютную и относительную погрешности измерения, если известны результаты прямых измерений данные в таблице 1.8. Границы погрешности указаны с доверительной вероятностью 0,95 для нормальных условий. Таблица 1.8 – Данные к задаче 1.4 Предпоследняя цифра номера студенческого билета 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Сила тока, А Последняя цифра номера студенческого билета Сопротивление, Ом Время, с 12,1500,216 13,2100,314 9,2600,007 11,2340,022 12,2860,835 10,2940,217 11,2330,318 15,2300,056 14,2340,099 12,2500,087 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 13,760,02 15,480,01 11,890,08 17,780,09 19,560,03 10,570,05 12,560,01 14,890,04 15,160,11 12,250,05 586,150,11 297,60,2 136,890,21 496,140,17 123,450,16 658,20,4 524,490,14 469,370,75 482,580,81 768,190,48 Методические указания к решению задачи Рассчитать параметры напряжения U0, Uср, U. Для самоконтроля при решении задачи необходимо иметь в виду, что 1 < К ф < Ка < Ку. Показания вольтметров рассчитываются с учетом открытого или закрытого входа (UПВз, UЛВо, U КВо) и коэффициентов градуировки. Погрешность показания вольтметров и погрешность измерения напряжения определяются по классу точности прибора. Показания вольтметров записать в соответствии с требованиями МИ 1217-2004. Задание 4 Расчет погрешности измерения временных параметров электрических сигналов 1.1 Задача. Определить число импульсов, поступивших на вход электронного счетчика в процессе измерения периода сигнала частотой 100 Гц, если частота следования импульсов кварцевого генератора равна 10 МГц, коэффициент деления частоты равен 100. 1.2 Задача. Оценить погрешность дискретности и число импульсов, поступивших в счетчик цифрового хронометра, если измеряемая частота равна 500 Гц, частота кварцевого генератора равна 100МГц, коэффициент деления частоты равен 10. 1.3 Задача. На вход осциллографа в режиме линейной развертки подается синусоидальное колебание частотой 50 кГц, длительность прямого хода развертки составляет 17,5 мкс, длительность обратного хода 2,5 мкс. Изобразить вид осциллограммы. 1.4 Задача. Длительность фронта прямоугольного импульса (рисунок 1.1), определяемая по осциллограмме, составляет 1 мкс. Определить действительную длительность фронта импульса, если время нарастания переходной характеристики канала вертикального отклонения составляет 35 нс. Рисунок 1.1 – Изображение исследуемого импульса 1.5 Задача. По данному изображению импульсного сигнала (рисунок 1.2) определить период, частоту и скважность исследуемого сигнала, если коэффициент развертки 5 мкс/дел. Определить относительную и абсолютную погрешности измерения периода, частоты и скважности, если погрешность коэффициента развертки составляет 4%, толщина луча 1 мм. Рисунок 1.2 – Изображение исследуемого сигнала 1.6 Задача. Определить частоту исследуемого сигнала, поданного на вход Х электронного осциллографа, если при частоте образцового генератора равной 4 кГц получено изображение . Относительная погрешность установки частоты образцового генератора составляет (2+30/f)%. Методические указания к решению задач Для решения задач 1.1 – 1.3 необходимо привести упрощенную схему цифрового частотомера в режиме заданного параметра. Составьте формулы, определяющие соотношение временных параметров измеряемого сигнала и образцового, вырабатываемого базой времени (задающий генератор и делитель частоты). Исходя из данных формул, решается задача. Для решения задач 1.4 – 1.5 повторите порядок получения изображения на экране электронного осциллографа в режиме линейной развертки; причины погрешностей, вызванные неидеальным изображением и неточностью масштабов, а также неидеальной переходной характеристикой ЭО. Для решения задачи 1.6 повторите порядок получения изображения на экране электронного осциллографа в режиме синусоидальной развертки, причины погрешности измерения методом Лиссижу. Показания вольтметров записать в соответствии с требованиями МИ 1217-2004. 6. Основная литература 1.Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009 Крылова, Г. Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии : учебник. - 3-е изд., перераб. и доп [Электронный ресурс] / Крылова Г. Д. - Юнити-Дана, 2015. http://biblioclub.ru/index.php?page=book_view_red&book_id=114433 7. Дополнительная литература 1 Сергеев, А. Г. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст] : учебник и практикум для академического бакалавриата: для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим направлениям и специальностям / А. Г. Сергеев, В. В. Терегеря.- 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Юрайт, 2015. - 839 с. : ил., табл. - (Бакалавр. Академический курс). - Терминол. слов.: с. 779-793. Прил.: с. 794-831. - Библиогр.: с. 832-838. - ISBN 978-5-9916-4632-1. - ISBN 978-59692-1571-9. 2 Боридько С.И. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах. М.: Горячая линия-Телеком, 2007 3 Аристов О.В. Управление качеством : учебник / О.В. Аристов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : ИНФРА-М, 2018. — 224 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/1012692 Интернет-ресурсы 1 http://www.gost.ru – официальный сайт Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии. 2 www.rg.ru – Российская газета. 3 ria-stk.ru - РИА «Стандарты и качество». 4 http://www.rosstandart.ru - Сертификация и стандартизация в России некоммерческий информационный сайт. 5 http://tso.su - Справочник по сертификации, стандартизации и метрологии. Составитель______________________________Колчина И.В.
