Рабочая программа дисциплины мерительные устройства систем управления

Вид материала

Рабочая программа

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплины Цифровые устройства систем автоматизации и управления, 183.74kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины " автоматика электроэнергетических систем" Цикл, 210.8kb.
• Учебная программа по дисциплине основы теории управления трибунский, 56.3kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. 01 -проектирование и надежность систем, 688.46kb.
• Рабочая программа дисциплины Локальные системы управления (Наименование дисциплины), 116.98kb.
• Рабочая программа дисциплины «Модели систем управления качеством» Рекомендуется для, 186.51kb.
• Рабочая программа наименование дисциплины Исследование систем управления, 258.19kb.
• Рабочая программа по дисциплине "Организация ЭВМ и систем" для специальности 230102, 93.42kb.
• Рабочая программа дисциплины Информационное обеспечение систем управления (Наименование, 193.05kb.
• Рабочая программа дисциплины Основы конструирования систем управления (Наименование, 142.46kb.

1.Рабочая программа дисциплины мерительные устройства систем управления


Тема 1. Введение


Цели и задачи дисциплины в системе подготовки инженеров специальности 21.03 "Автоматизация технологических процессов и производств". Назначение информационно-измерительных устройств в системах управления. Обобщенные структурные схемы МУСУ. Классификация технических средств, входящих в управляющие системы. Общие понятия теории информация в применений к информационно-измерительным уст­ройствам. Перспектива развития информационно-измерительных уст­ройств систем управления.


Тема 2. Основные понятия и определения измеритель­ной техники.


Сущность процесса измерения, его основные составляющие: физические величины, единицы физических величин, условия измерений; виды измерений, методы измерений; средства измерение; результаты измерений их обработка и отображение.

Основные характеристики средств измерений: статические и динамические; уравнения преобразования; чувствительность; порог чувст­вительности; входное и выходное сопротивление: собственная потреб­ляемая мощность и ее связь с чувствительностью; вариация, время успокоения, цена деления, диапазон и пределы измерения; надежность средств измерения,

Погрешности измерений и средств измерений: статические и дина­мические; основные и дополнительные; методические, систематические, случайные, грубые, инструментальные, аддитивные, мультипликативные. Абсолютная, относительная и приведенная погрешности средств измерений, поправка, классы точности средств измерений. Методы коррек­ции погрешности информационно-измерительных устройств. Применение ЭВМ для обработки результатов измерений.

Вероятностно-информационная теория погрешностей. Законы распре­деления плотности вероятностей. Числовые характеристики случайных погрешностей и практические методы их вычисления по эксперимента­льным данным с помощью средств вычислительной техники.


Тема 3. измерительные устройства электромехани­ческого типа


Обобщенная структурная схема электромеханических приборов (ИП). Основные моменты, обеспечивающие работу ИП. Условия получения ре­зультатов измерения. Классификация ИП по способу преобразования электромагнитной энергии в перемещение подвижной части измеритель­ного механизма (ИМ). Условные обозначения, применяемые на циферб­лате ИП. Отсчетные устройства и успокоители. Способы крепления под­вижной части ИМ. ИП с механическим и электрическим моментом проти­водействия. Магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинами­ческие, ферродинамические, электростатические, индукционные ИП.


Тема 4. Электрические измерительные преоб­разователи


Назначение электрических измерительных преобразователей. Ос­новные метрологические характеристики, Делители напряжения, шунты, добавочные сопротивления. Измерительные трансформаторы тока и на­пряжения. Выпрямительные, термоэлектрические и магнитные измери­тельные преобразователи. Области применения, достоинства и недо­статки.


Тема 5. Измерение параметров электрических цепей


Измерение параметров резисторов, катушек индуктивностей, кон­денсаторов приборами непосредственной оценки последовательного и параллельного типов. Косвенные способы измерений параметров элект­рических цепей к оценка погрешностей измерений. Измерение парамет­ров Z(X) мостовыми схемами. Мосты постоянного и переменного тока. Автоматические мосты. Потенциометры (компенсаторы) постоянного и переменного тока.

Измерение частоты приборами непосредственной оценки. Способы измерения разности фаз между двумя напряжениями.


Тема 6. Аналоговые электронные измерительные прибора.


Структурная схема и классификация. Масштабные преобразователи. Преобразователи импеданса. Функциональные преобразователи. Элект­ронные вольтметры. Измерительные преобразователя переменного напряжения в постоянное, амплитудное, действующее (среднеквадратическое), средневыпрямленное значения. Преобразователи амплитудных значений импульсных сигналов. Универсальные вольтметры. Микровольтметры постоянного тока. Милливольтметры переменного тока. Им­пульсные вольтметры. Электроизмерительные приборы с оптоэлектронными отсчетными устройствами. Электронный осциллограф. Электронные омметры. Приборы и преобразователи для измерения частоты и фазы.


Тема 7. Регистрирующие приборы (РП).


Общая структурная схема РП. Методы регистрации и виды носите­лей регистрируемой информации. Самопишущие РП. Светолучевые осциллографы, структурная схема и принцип действия. Регистрирующие при­боры сравнения. Двухкоординатные приборы. РП с микро-ЭВМ, их стру­ктурная схема. Магнитографы, графопостроители, цифропечатающие ус­тройства. Аналоговые РП сравнения - автоматические мосты и потен­циометры.


Тема 8. Цифровые измерительные приборы (ЦИП).


Понятие о ЦИП. Операции дискретизации по времени и квантования по уровню. Погрешности дискретизации. Системы счисления, используемые в ЦИП. Методы преобразования, применяемые в цифровой измерите­льной технике. Основные характеристики и узлы цифровых приборов. ЦИП для измерения временных параметров, постоянных и переменных напряжений и токов, параметров электрических цепей, их структурные схемы и временные диаграммы, поясняющие принцип работы. ЦИП с мик­ропроцессорами.


Тема 9. Информационно-измерительные системы (ИИС) и измерительные вычислительные комплексы (ИВК)


Назначение, классификация, основные структуры ИИС организация их работы. Понятие избыточности. Методы рационального кодирования. Помехи и помехоустойчивость системы. Помехоустойчивые виды модуляции сигналов. Корректирующие коды.

Основные узлы ИИС. Коммутаторы, принципы их построения. Унифицирующие устройства и предъявляемые к ним требования. Унифицирующие устройства постоянного тока аналогового и цифрового типа. Унифици­рующие устройства переменного тока. Уставки, устройства сравнения, их назначение, способы построения. Сравнение с уставками в непре­рывной и цифровой форме. Методы и устройства предъявления и отображения измерительной информации.

Измерительно-вычислительные комплексы, их назначение, принципы построения. Обобщенная структурная схема ИВК. Типы интерфейсов, ис­пользуемых в ИВК. Одноуровневая и двухуровневая структуры ИВК.


Тема 10. Датчики информационно-измерительных уст­ройств систем управления


Назначение датчиков в информационно-измерительных устройствах. Выбор типа датчика по критерию "обобщенная желательность".Парамет­рические и генераторные датчики.

Электромеханические датчики, их разновидности и области приме­нения. Электроконтактные, реостатные, потенциометрические, тензорезисторные, терморезисторные датчики. Принципы их работы, основные характеристики, уравнения преобразования, погрешности преобразова­ния и методы их уменьшения и коррекции. Измерительные цепи пере­численных датчиков. Применение потенциометров в системах дистанци­онной передачи угла.

Электромагнитные преобразователи, их разновидности и области применения - индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие. Принци­пы работы, основные характеристики, конструкции, измерительные цепи включения датчиков. Вращающиеся (поворотные) трансформаторы, индуктосины, сельсины, микросины, специальные электромагнитные преобразователи и возможности их применения.

Емкостные датчики, принципы действия, области применения, конструкции,

основные характеристики, измерительные цепи.

Индукционные, пьезоэлектрические, ионные и электронные, элект­ролитические и болометрические преобразователи, датчики Холла (холлотроны) и магнетосопротивления (эффект Гаусса).

Ультразвуковые и радиационные датчики.

Локационные датчики, их классификация. Акустические, оптические, радиационные, электромагнитные локационные датчики, принципы дейст­вия, конструкции, области применения.

Фотоэлектрические преобразователи, их особенности и метода по­строения. Типы фотоприемников - фоторезисторы, фотодиоды, фотоумножители, диодные матрицы, видиконы, диссекторы, приборы с зарядо­вой связью и практические возможности их применения в информацион­но-измерительных устройствах систем управления. Фотоэлектрические первичные преобразователи перемещений (ФПП). ФПП с перекрытием све­тового потока. Растровые измерительные преобразователи перемещений пропускающего и отраженного типов, методы повышения их разрешающей способности, ФПП счета муаровых полос (накапливающие ФПП). Растро­вые интерполяторы, ФПП считывания, общие принципы построения. ФПП на основе многоэлементных фотоприемников. Волоконно-оптические функциональные цифровые преобразователи перемещения. Методы устране­ния неоднозначности кодирования перемещения. Лазерные преобразователи. Телевизионные измерительные системы. Применение ЭВМ для обра­ботки изображений.

Преобразователи перемещений с использованием фазовращателя на базе синусно—косинусного вращающегося трансформатора. Фазовые циф­ровые преобразователи перемещений. Преобразователи фаза-код прямо­го измерения. Классификация фазовых цифровых преобразователей пе­ремещений. Преобразователи фаза-код (ПФК) прямого измерения с вре­мя-импульсным преобразованием на основе измерения мгновенного зна­чения фазы и с постоянным временем измерения. ПФК с преобразовани­ем частоты. ПФК с промежуточным преобразованием в напряжение и ча­стоту.

Компенсационные преобразователи фаза-код на основе электроме­ханических и цифровых следящих систем (ФСС).

Комбинированные преобразователи фаза-код. Коммутационные ПФК. Многоотсчетные ПФК с использованием датчиков грубого отсчета. Мне— гоотсчетные ПФК накапливающего типа.

Фазовые преобразователи скорости и ускорения. Способы формирования скоростного сигнала. Совмещенный цифровой преобразователь угла, скорости и ускорения.

Амплитудные цифровые преобразователи перемещений.

Цифровые преобразователи перемещений (ЦПП) с аналоговыми ин­теграторами. ЦПП с функциональными интеграторами. Следящие цифровые преобразователи перемещений.

Отображение результатов преобразования.


Тема 11. Методы измерения неэлектрических величин


Измерение угловых и линейных размеров, перемещений, деформаций и уровней в автоматизированных информационных системах. Датчики, измерительные схемы, вопросы погрешностей. Диапазоны применимости датчиков с точки зрения их динамических и точностных характеристик. Особенности измерения малых размеров. Предельные, налоговые и ци­фровые метода измерений, их особенности.

Измерение механических усилий, моментов, давлений и механичес­ких напряжений. Типы датчиков и особенности построения измеритель­ных схем. Компенсация их погрешностей.

Измерение параметров движения. Методы измерения положения, ско­рости, ускорения. Основные типы и характеристики датчиков положе­ния, скоростеметров и акселерометров, методы их построения и пре­образования сигналов. Датчики положения в следящих электроприво­дах, классификация, особенности применения, конструкции. Измерение параметров вибраций.

Измерение температуры. Контактные и бесконтактные методы. Осо­бенности измерения высоких температур. Применение потенциометров при измерении температур.

Применение ЭВМ в процессе преобразования, измерения и обработ­ки результатов измерений в информационно-измерительных устройствах систем управления.


2. Распределение часов по темам рабочей программы

Номер Наименование темы Количество часов лекций,

темы лабораторных, всего занятий

1. Введение 2 2
   
2. Основные понятия и определе­ния
   

измерительной техники 4 4

3. Измерительные устройства
   электромеханического типа 2 2
   
4. Электрические измерительные
   преобразователи 2 2
   
5. Измерение параметров
   

электрических цепей 2 2

6. Аналоговые электронные
   

измерительные приборы 4 4

7 Регистрирующие приборы 2 2

8 Цифровые измерительные

приборы 4 4

9. Информационно-измерительные
   системы и измерительные
   

вычислительные комплексы 10 10

10. Датчики информационно-
    

измерительных устройств систем

управления 44 12 56

11 Методы измерения

неэлектрических величин 8 8

Итого 84 12 96


3. Перечень лабораторных работ


1. Лабораторная работа N1. Исследование индуктивных измерительных преобразователей линейных перемещений.

2. Лабораторная работа N2. Исследование емкостных измерительных преобразователей линейных и угловых перемещений.

3. Лабораторная работа N3. Изучение и испытание индукционной
   самосинхронизирующейся дистанционной передачи.
   
4. Лабораторная работа N4. Изучение и испытание поворотного
   трансформатора.
   
5. Лабораторная работа N9. Исследование реостатных и потенциометрических преобразователей угловых перемещений.
   
6. Лабораторная работа N10. Исследование термочувствительных
   преобразователей.
   

4. Литература

1. Аналоговые электроизмерительные приборы: Учеб. пособие для
   вузов по спец."Информац.-измерит. техника" /Е.Г.Бишард, Е.А.Киселева, Г.П.Лебедев и др.,-2 изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа,
   1991 - 415 с: ил.
   
2. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для
   вузов /Б.Я.Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М.Душин и др.; Под ред. Е.М.Душина,- 6 изд., вер-/раб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат. Лениниградское отделение, 1987.-480 с: ил.
   
3. Электрические измерения: Учебное пособие для вузов /В.Н.
   Малиновский, Р.«.Демидова-Панферова, С.Н.Евланов и др.; Под ред.
   д.т.в. В.Н.Малиновского. -М.:Энергоатомиздат, 1985. -418 с: ил.
   
4. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы. /Под
   обе. ред. Е.П.Попова, В.В.Клюева. - М.: Машиностроение,1985
   

- 268 с: ил.

5. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов
измерений. -2 изд., перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат. Ленин­
градское отделение, 1991.-258 с: ил.

6. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений: Учеб.пособие для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1986.-448 с: ил.

7. Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов B.C. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие.
   -М.: Энергоатомиздат, 1987.- 392 с: ил.
   
8. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. -М.: Энергоиздат,
   1981. -200 о.: ил.
   

9. Системы технического зрения /Под общ. ред. А.Н.Писаревского, А.Ф.Чернявского. -Л.: Машиностроение, Ленинградское отделе ние, 1988.- 424 с: ил.

10. Капиев Р.Э. Измерительно-вычислительные комплексы.- Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988,- 176 с: ил.


5. Методические указания и вопросы для само­проверки к темам рабочей программы.


К теме 1.


Необходимо иметь представление о современных методах информа­ционного обеспечения систем управления, включая принципы построе­ния информационных систем, их структурную реализацию, особенности эксплуатации и методы обеспечения требуемого качества. Понимать сущность автоматизации технологических процессов и производств и роль в ее обеспечении информационно-измерительных устройств, их значение в достижении требуемого качества систем управления. При классификации технических средств, входящих в управляющие системы, выделить основные: а) для восприятия и первичного преобразования информации; б) для передачи и представления информации; в) для пе­реработки информации; г) для получения управляющих воздействий.

Выяснить роль методов и средств измерения электрических пара­метров систем управления, современных способов обеспечения качест­ва средствами электрических измерений.

Л: [4],c.7-28; [6],c. 91-140.

Вопросы для самопроверки.

1. В чем состоит назначение информационно-измерительных устройств систем управления?
   
2. Какими структурными схемами можно отобразить данные устройства?
   
3. В чем заключается роль технических средств, служащих для
   восприятия и первичного преобразования информации?
   
4. Какие технические средства можно использовать для промежу­точного преобразования информации?
   
5. Каким образом осуществляется обработка информации и получение управляющих воздействий?
   

6. Какие измеряемые и контролируемые физические величины можно преобразовывать информационно-измерительными устройствами?

7. Каковы перспективы развития информационно-измерительных устройств систем управления?


К теме 2.


В данном разделе необходимо хорошо знать современную систему единиц измерения, учитывать при проведении эксперимента влияние ус­ловий измерения на точность и достоверность результатов измерения, возможности компенсаций погрешностей. Помнить, что из методов непо­средственной оценки к сравнения последние обладают более высокой точностью измерений.

Рассматривая средства измерений, нужно обратить внимание не их основные типы: меры, эталоны, измерительные приборы, измерительные преобразователи, информационно—измерительные системы, измерительные вычислительные комплексы,

Особое внимание в данном разделе требуется уделить изучению те­ории погрешностей измерения. Знать причины появления тех или иных погрешностей, их графическое представление, возможности уменьшения и компенсации погрешностей.

Так как в результате любого измерения всегда присутствует слу­чайная погрешность (для чувствительных средств измерения), нужно иметь понятие о законах распределения случайных величин, их коли­чественных числовых характеристиках, правилах обработки случайных погрешностей, видах их представления. Большую помощь при практи­ческих вычислениях числовых характеристик случайных погрешностей может оказать применение вычислительной техники. Поэтому стоит уделить внимание вопросам, связанным с разработкой алгоритмов и программ для решения подобных задач.

Л: [1],с.5-60; [2],с.4-19, с.35-41, с.47-51. с.75-82; [3],с.5-16, с.21-30, с.33-42; [5].C.6-S2; [6],с.7-90.


Вопросы для самопроверки.


1. Что представляют собой измеряемые величины ж измеряемые

сигналы?

2. В чем состоит разница между измерительными и энергетическими преобразователями?

3. В каких случаях предпочтительнее пользоваться косвенными
   видами измерений?
   
4. В чем состоит отличие измерительных приборов от измерительных преобразователей?
   
5. Каким образом можно отобразить результаты измерений?
   
6. Как связаны между собой чувствительность приборов типа амперметров и вольтметров с их собственной потребляемой мощностью?
   
7. Что понимают под временем успокоения измерительных приборов?
   
8. Какие законы распределения чаще всего использует при оценке случайных погрешностей и почему?
   
9. В чем разница между аддитивной и мультипликативной погрешностями измерений?
   

10. Как выразить относительную погрешность измерения, зная
    класс точности прибора, конечное значение его шкалы и результат
    измерения?
    
11. Какие числовые характеристики используют для оценки
    свойств законов распределения?
    

К теме 3.


Изучая данный раздел, нужно четко представлять назначение из­мерительных средств электромеханического типа и их основные осо­бенности в процессе преобразования измеряемой величины в результат измерения. Для правильного выбора типа прибора, требуемого при проведении заданного измерения, нужно хорошо знать условные обоз­начения, наносимые на циферблат прибора и уметь пользоваться соответствующими техническими описаниями к измерительным приборам.

При изучении аналоговых электромеханических приборов нужно знать принципы их работы, вывод уравнения преобразования, области применения, достоинства и недостатки, частотный рабочий диапазон, а также обратить внимание на особенности работы приборов с элект­рическим противодействующим моментом (логометры). Кроме того, нуж­но ознакомиться с перспективными направлениями в развитии совре­менной электроизмерительной техники.

Л: [1],с.61-73, с.87-132; [2],с.97- 52;

[3],с.84-106; [6],с.153-158.


Вопросы для самопроверки.

1. Для каких целей предназначены электромеханические измерительные приборы?
   
2. При выполнении каких условий стрелка прибора будет отклонена на определенное число делений шкалы?
   
3. Какие типы успокоителей используются в приборах и для чего?
   
4. Какой тип указателя (стрелки) и шкалы обеспечивает наименьшую погрешность отсчета результата измерения?
   
5. В чем состоит принцип работы магнитоиндукционного успокоителя?
   
6. Что обозначает класс точности прибора, если соответствую­щие цифры обведены кружком? Под цифрой изображен знак угла?
   
7. Какой тип прибора целесообразнее использовать при точных
   измерениях на постоянном токе?; на переменном токе?; в условиях
   ударов, вибраций и трясок?
   

8. Каковы особенности работы- электростатических приборов?
   
9. В чем состоит суть работы логометров?
   

10. Для измерения каких величин применяются индукционные при­
боры? В чем их особенности?


К теме 4.


В данном разделе прежде всего нужно знать назначение электри­ческих измерительных преобразователей.

При изучении конкретных типов электрических измерительных пре­образователей следует обратить внимание на основные формулы для расчета сопротивлений для одно- и многопредельных амперметров и вольтметров, уметь определять погрешности, вызываемые включением преобразователей, знать их классы точности, способы включения b правила работы с ними.