ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

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. Б.Я. Литвинов
Зав. кафедрой М и УК
проф. Б.Я. Литвинов
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
(конструкторскотехнологических, 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 неопределенностей (погрешностей) функций преобразования: аддитивные, мультипликативные. 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.