Geum.ru

Метрология

Вид материалаКурсовая

Содержание


Автоматики и вычислительной техники ( АВТ )
Обеспечивающей кафедрой Жуков В.К.
Рабочая программа
Обязательный минимум
The summary
1. Цели и задачи курса, его место в учебном процессе
2. Содержание дисциплины
Тема 3. Измерительные преобразователи и механизмы (4 часа
Тема 4. Измерение токов напряжений (8 час.)
Тема 5. Измерение параметров электрических цепей (4 часа)
Тема 6. Измерение мощности, угла сдвига фаз и частоты ( 2 часа)
Электронные осциллографы
Тема 7. Цифровые измерительные приборы (4 часа)
Тема 8. Измерение неэлектрических величин (6 часов)
По курсу “Метрология” рекомендуется следующая литература
Подобный материал:




Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


УТВЕРЖДАЮ:
Декан факультета АВТ


__________Мельников Ю.С.


_МЕТРОЛОГИЯ
 (название дисциплины)

Рабочая программа для направления подготовки бакалавров

550200 “ Автоматизация и управление “ и специальности 210100

“Управление и информатика в технических системах “

(номер и название направления, специальности, специализации)


Факультет- Автоматики и вычислительной техники ( АВТ )

(полное название и сокращенное обозначение)

Обеспечивающая кафедра-Информационно-измерительной техники

Курс -третий


Семестр -5

Учебный план набора_1999_года с изменениями__ _года



Распределение учебного времени

Лекции _36______ часов (ауд,)

Лабораторные занятия _18_____ часов (ауд,)

Практические (семинарские) занятия _-

Курсовой проект в _______семестре ___-____ часов (ауд,)

Курсовая работа в _______семестре ____-___ часов (ауд,)

Всего аудиторных занятий __54 часов

Самостоятельная (внеаудиторная) работа _54__часов

Общая трудоемкость ___108____ часов

Экзамен в ___семестре

Зачет в 6 семестре_


2000

(год)



Предисловие

1 Рабочая программа составлена на основе ГОС по специальности 210100 “Управление и информатика в технических системах “




рассмотрена и одобрена на заседании обеспечивающей кафедры Информационно-

(наименование кафедры)

измерительной техники протокол № 5 1.02.2000г.

(дата)


2 Разработчик:

доцент каф ИИТ Нестеров А.М.

(должность) (кафедра) (подпись) (И.О.Фамилия)


3 Зав . Обеспечивающей кафедрой Жуков В.К.


(подпись) (И.О.Фамилия)


4 Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающей кафедрой специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.


Зав. Выпускающей кафедрой АиКС _________ Цапко Г.П.

(подпись) (И.О. Фамилия)


АННОТАЦИЯ


Рабочая программа учебной дисциплины "Метрология" предназначена для подготовки бакалавров ТПУ по направлению 550200 “Автоматизация и управление"и специальности 210100 “ Управление и информатика в технологических системах “.

Обязательный минимум содержания программы соответствует ГОС ВПО и включает в себя следующие разделы: постановка задачи изучения дисциплины; общие вопросы метрологии , виды средств измерения ,погрешности измерения и средств измерения , обработка и представление результатов измерения .Основные методы и средства измерения электрических величин: токов и напряжений ,мощности и энергии ,параметров электрических цепей а так же электрические методы измерения неэлектрических величин.

Программа разработана доцентом кафедры ИИТ ЭФФ Нестеровым А.М.


THE SUMMARY


The operating program of educational discipline "Metrology" is intended for preparation of the bachelors TPU on direction 550200 “ Automation both control " and speciality 210100 “ Control and computer science in technological systems “.

The mandatory minimum of a content of the program corresponds SBS HPT and includes the following sections: statement of the task of study of discipline; common problems of a metrology, aspects of tools of a measurement, error of a measurement and tools of a measurement, handling and representation of outcomes of a measurement .Основные methods and tools of a measurement of electrical magnitudes: currents and voltages, potency and energy, parameters of electrical circuits and as electrical methods of a measurement of unelectrical magnitudes.

The program is developed by the senior lecturer of chair IME EFD Nesterov A.M.


1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА, ЕГО МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ


1.1. Целью преподавания дисциплины является изучение основ метрологии, основных средств и методов измерения физических величин, методики проведения измерений в процессе эксперимента.

1.2. Задачи изучения дисциплины. После изучения дисциплины студент должен ЗНАТЬ: - основные положения метрологии применительно к измерению различного рода величин и параметров процессов;- принципы работы современных измерительных средств; - методы измерения важнейших электрических, магнитных и неэлектрических величин; - организацию, планирование, проведение и автоматизацию измерительного эксперимента;- основы точности результатов измерений.

Студент должен УМЕТЬ: - практически работать с электроизмерительной аппаратурой; - обоснованно выбирать методы и средства измерений, необходимые для решения конкретных задач; - обрабатывать результаты измерений и оценивать погрешности полученных результатов.

1.3. Для усвоения данной дисциплины необходимы знания по высшей математике, физике, химии, прикладной механике, теоретическим основам электротехники ч.1,II, электронике и электротехническим материалам.

1.4. Знание и умение, полученные при изучении данной дисциплины , используются при изучении других дисциплин, в которых применяются

электрические методы и средства измерений и контроля.


2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


Тема 1. Общие вопросы метрологии (6 часов)

Введение. Общие сведения об электрических измерениях. Содержание и задачи дисциплины. Понятие об измерениях физических величин. Значение развития средств электрических измерений в техническом прогрессе. Электрические измерения и единицы физических величин. Международная система единиц - СИ.

Классификация измерений. Виды измерений: прямые, косвенные, совокупные, совместные. Методы электрических измерений: метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Виды средств измерений. Характеристики средств измерений. Способы выражения и нормирования пределов допустимых погрешностей. Классы точности средств измерений в соответствии с ГОСТ 8.401-80.

Структурные схемы средств измерений. Эталоны , образцовые и рабочие меры.


Тема 2. Погрешности измерений и обработка результатов измерений

(2 часа)

Основные понятия. Систематические и случайные погрешности. Оценка

погрешностей результатов измерений при прямых, косвенных и совместных измерениях. Суммирование погрешностей. Динамическая погрешность.


Тема 3. Измерительные преобразователи и механизмы (4 часа)

Общие сведения об аналоговых электромеханических приборах.

Принцип работы электромеханических приборов. Основы теории измерительного механизма. Краткая характеристика измерительных механизмов.

Логометрические измерительные механизмы.

Масштабные измерительные преобразователи: шунты, делители напряжения, добавочные сопротивления, измерительные трансформаторы тока и напряжения.


Тема 4. Измерение токов напряжений (8 час.)

Общие замечания и основные требования. Измерение токов и напряжений. Магнитоэлектрические, электромагнитные , ферродинамические амперметры и вольтметры. Электростатические вольтметры. Выпрямительные приборы. Схемы выпрямления. Выпрямительные приборы среднего и действующего значения. Схемы амперметров и вольтметров. Достоинства и недостатки выпрямительных приборов.

Термоэлектрические приборы. Виды термопреобразователей. Схемы амперметров и вольтметров. Достоинства и недостатки термоэлектрических приборов.

Электронные вольтметры постоянного и переменного тока. Разновидности структурных схем. Вольтметры среднего, действующего и амплитудного значения.

Потенциометры постоянного тока. Принцип действия. Измерение ЭДС,

напряжений, токов. Потенциометры переменного тока. Измерение комплексных значений ЭДС и напряжений. Автоматические компенсаторы.


Тема 5. Измерение параметров электрических цепей (4 часа)

Измерение сопротивлений на постоянном токе. Прямые и косвенные методы.. Измерение емкости и индуктивности, добротности, взаимной индук

тивности.Общая теория мостовых схем. Условия равновесия мостовых схем.

Мосты постоянного тока: одинарные и двойные. Мосты переменного тока для измерения емкости и индуктивности.


Тема 6. Измерение мощности, угла сдвига фаз и частоты ( 2 часа)

Функциональные схемы электромеханических и электронных фазометров

и частотомеров. Области применения. Измерение мощности и энергии постоянного и переменного тока.


Электронные осциллографы (самостоятельная проработка)

Электроннолучевая трубка .Устройство и характеристики осциллографов, виды электронных осциллографов.Применение электронных осциллографов.


Тема 7. Цифровые измерительные приборы (4 часа)

Основные понятия и определения. Методы преобразования непрерывной

величины в код. Основные характеристики цифровых приборов. Примеры

построения цифровых приборов для измерения частоты, фазы, напряжений.


Тема 8. Измерение неэлектрических величин (6 часов)

Общие сведения. Характеристики измерительных преобразователей не-

электрических величин. Реостатные, тензочувствительные, термочувстви-

тельные, термоэлектрические, пьезоэлектрические, индукционные, индук-

тивные и емкостные преобразователи. Принцип действия, устройство, уп-

равление преобразования, измерительные схемы включения. Области применения.


По курсу “Метрология” рекомендуется следующая литература:

1.Основы метрологии и электрические измерения :учебник; Под ред.Е.М.Душина -Л.”Энергоатомиздат”,1987-480 с

2. Измерение электрических и неэлектрических величин: Уч .пособие. Под ред. Н. Н. Евтихиева - М; “Энергоатомиздат “, 1990-325 с.

3. Электрические измерения электрических и нэлектрических величин: Под ред. С. Полищука .-Киев: Виша школа,1984 -417 с

4.Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника: Уч. пособие - М.: Высшая школа, 1991 -384 с.

5.Фаранзе Н.Г. Технологические измерения и приборы.- М.:Машиностроение, 1989.-348 с.

6. Электрические измерения: Под ред. В.Н.. Малиновского М.: ”Энергоатомиздат” , 1985.-385 с.

7 Бишард Е.Г. и др. Аналоговые электроизмерительные приборы:: Уч пособие, - М.: Высшая школа 1991 - 415 с.


В течении семестра студент обязан выполнить 2 контрольные работы.

№ варианта выбирается по последней цифре номера зачетной книжки.


Контрольная работа №1 (Темы 1-4)


1.Выразить через основные единицы СИ (привести формулу размерности) наименование следующих электрических и магнитных величин:

№
Измеряемая величина

1.
Активное сопротивление , магнитная индукция

2.
Индуктивность, диэлектрическая проницаемость.

3.
Электрическая емкость ,магнитный поток.

4.
Напряжение , напряженность магнитного поля

5.
Электрическая проводимость, магнитное сопротивление.

6,
Магнитная проницаемость, частота.

7.
Электрический заряд, магнитная проницаемость.

8.
Напряженность эл. поля, магнитная индукция.

9.
Удельное электрическое сопротивление, магнитный поток

0.
Мощность, диэлектрическая проницаемость.


2.Аналоговый вольтметр класса точности Кv и диапозона измерения 0-Хн и шкалой содержащей N делений показал n делений. Определить чувствительность, цену деления, относительную и абсолютную погрешность и записать результат измерения.



№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Kv
0.5
1.0
1.5
2.5
0.1
0.2
0.5
1.0
1.5
2.5

N
100
150
200
125
175
200
150
100
50
50

n
51.5
110.5
180.5
121
155
132
120
20
15
20

Xн(В)
1.0
10
5
15
3
20
50
30
25
300


3.Поддиапозоны измерения цифрового вольтметра следующие : 1В, 10В, 100В. Определить относительную и абсолютные погрешности измерения, записать результат измерения для следующих показаний вольтметра



№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Kv
05

02
01

005
02

005
1.0

02
1.0

0.5
2.0

0.2
05

04
01

002
05

004
02

0.1

Ux1(В)
1.8
2.8

3.7
4.5
8.1
2.9
3.2
0.2
031
2.9

Ux2(В)
11.5
12.3
15.4
19.3
16.8
18.5
21.5
14.6
10.9
10.8.


4.1 Отличие диапозона показания от диапозона измерений.

4.2 Каким образом на шкале прибора обозначается диапозон измерения (привести пример) ?

4.3. Как присутствует мера при измерении прибором непосредственной оценки?

4.4.Как определяется класс точности прибора?

4.5.Что означает класс точности пибора 0.2; 1.5 ; 0.5/0/2 ; 2.5 ?

4.6.Отличие нулевого метода сравнения от дифференциального ?(привести пример).

4.7.Привести примеры прямых и косвенных измерений.

4.8.В чем отличие измерительного прибора от измерительного преобразователя?

4.9.В чем отличие меры от эталона?

4.0 В чем отличие измерительной установки от информационно-измерительной системы?

5. Нарисовать схему ампервольтметра с пределами измерения un и In .рассчитать Rд и Rш если в качестве индикатора выбран микроамперметр 0-100мкА и внутренним сопротивлением Rвн.

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Un(В)
1
10
20
50
100
10
50
25
30
100

In(А)
0.1
0.5
0.3
1
2
3
5
10
5
20

Rш(Ом)
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000

7.Определить мощность потребляемую нагрузкой и показания ваттметра в делениях ,если амперметр ,вольтметр и ваттметр включены во вторичные обмотки трансформаторов тока (Кi) и напряжения (Кu). показания приборов Ix, Ux ,Шкала ваттметра содержит 150 делений, пределы по току In, по напряжению Un.


№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Ki
200

5
150

10
150

15
150

5
200

10
150

15
150

5
200

10
150

15
150

5

Ku
3000

100
3000

150
3000

150
800

150
2500

100
800

100
2500

150
2000

100
800

150
3000

150

Ux(в)
100
125
130
110
90
95
110
100
125
130

Ix(А)
4.0
3.5
3.0
2.8
2.5
4.0
3.5
3.0
2.8
2.5

In
5
!0
7.5
5
10
7.5
5
10
7.5
5

Un
150
300
150
300
600
150
300
150
600
150


8.1 Назначение нормального элемента в компенсаторах постоянного тока

8.2.Назначение образцовых сопротивлений в компенсаторах

8,3.Как устанавливается рабочий ток в компенсаторах постоянного тока

8.4.Назначение воздушного трансформатора в прямоугольно-координатных компенсаторах.

8.5.Назначение фазовращателя в полярно-координатрых компенсаторах.

8.6.Назначение нуль индикатора в компенсаторах.

8.7.Для чего в прямоугольно-координатном компенсаторе делается две рабочие цепи.

8.8.Как устанавивается рабочий ток в прямоугольно-координатном компенсаторе?

8.9.Как влияет частота на показания прямоугольно -координатного компенса-тора ?

8.0.Как устранить влияние частоты на показания прямоугольно-координатного компенсатора ?

9.Определить показания выпрямиельного вольтметра отградуированного в действующих значениях синусоидального напряжения если им измерять сигнал форма которого представлена на рисунке.(Коэффициент формы и амплитуды соответственно равны Кф=1.154, Ка=.)











№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Um(В)
15
2.0

25
10
30
35
40
45
50
55


10.1. Записать (вывести ) значение вращающего момента электростатического измерительного механизма

10.2 Вывести уравнение преобразования магнитоэлектрического измерительного механизма

10.3. Вывести уравнение преобразования электромагнитного измерительного механизма

10.4. Вывести уравнение преобразования электродинамического измерительного механизма

10.5 Вывести уравнение преобразования ферродинамического измерительного механизма

10.6 Вывести уравнение преобразования электростатического измерительного механизма

10 7.Записать (вывести ) значение вращающего момента магнитоэлектрического измерительного механизма

10.8 Записать (вывести ) значение вращающего момента электромагнитного измерительного механизма

10.9 Записать (вывести ) значение вращающего момента электродинамического измерительного механизма

10.0 Записать (вывести ) значение вращающего момента ферродинамического измерительного механизма


.Контрольная работа №2 .(темы 5-8 )


1.Нарисовать схему измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра (обосновать )если сопротивление амперметра Rа ,сопротивление вольтметра Rv , а измеряемое сопротивление Rx .

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Ra (Ом)
1
5
4
10
50
100
200
500
20
40

Rv(кОм)
1
5
5
5
5
10
10
10
5
10

Rx(кОм)
0.1
0.1
0.2
05
1.0
2.0

5.0
10
1.0
3.0


2.Нарисовать схему измерения индуктивности мостовым методом. В какое плечо необходимо включить сопротивление r и чему оно равно при равновесии моста. Параметры образцовой катушки индуктивности Lо Rо .измеряемой Lх Rх

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Lо(Гн)
0.1
0.2
0.3
0.5
0.8
0.9
1.2
1.5
1.2
1.8

Rо(Ом)
10
20
15
25
50
50
60
30
40
90

Lх(Гн)
0.5
0.4
0.9
1.0
0.4
0.9
0.6
1.2
1.5
1.4

Rх(Ом
40
50
25
30
30
60
20
30
40
50

3. Каким должен быть диапазон измерения амперметра аналогового электронного частотомера ,если величина источника стабильного напряжения Uо,, емкость С, а максимальное значение измеряемой частоты f.

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

Uо (В)
5
5
10
10
15
15
20
25
20
25

СмкФ
1
2
1
5
0.5
2.0

0.2
0.4
0.25
1

f(кГц)
1
10
20
25
50
0.1
0.5
0.2
1.0
0.5


4. Каким должен быть диапазон измерения амперметра аналогового фазометра , если его сопротивление R, напряжение на выходе триггера U , максимальное значение фазового сдвига


№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

R
100
200
500
400
600
800
1000
1500
1200
1600

U
5
10
15
20
25
5
10
15
20
25

o
180
100
50
25
90
120
180
100
50
90


5.Определить число импульсов сосчитанных счетчиком цифрового времяимпульсного вольтметра ,если измеряемое напряжение U , частота кварцевого генератора f, скорость нарастания фронта генератора пилообразного напряжения К

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

U(В)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.5

f(МГц)
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5

K(В/ms
10
40
6
8
10
12
14
16
20
5

Какая должна быть скорость нарастания фронта генератора пилообразного напряжения К, чтобы при измерении времяимпульсным вольтметром напряжения U число сосчитанных счетчиком импульсов составляло N, Частота кварцевого генератора f

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0

N






























f МГц






























U В































6.1.Назначение ключей в цифровом фазометре с усреднением?

6.2.Как изменятся показания цифрового частотомера если частота кварцевого генератора изменится на 5%.

6.3.Какие элементы вносят погрешность и какую в показания цифрового часотомера?

6.4 Какие элементы вносят погрешность и какую в показания цифрового измерителя временного интервала?

6.5. Какие элементы вносят погрешность и какую в показания цифровогофазометра с усреднением?

6.6. Какие элементы вносят погрешность и какую в показания цифрового фазометра без усреднения?

6.7. Какие элементы вносят погрешность и какую в показания цифрового время-импульсного вольтметра ?

6.8.Назначение генератора пилы в цифровом время-импульсном вольтметре ?

6.9 Каким образом можно расширить предел измерения цифрового частотомера в 10 раз не увеличивая число разрядов индикатора ?

6.0.Как можно увеличить число разрядов в цифровом фазометре с усреднеием ?


7.Рассмотрите методы измерения следующих неэлектрических величин ?

1. Давления.

2.Механических нагрузок.

3.Влажности материалов.

4.Толщины диэлектрических пленок

5.Уровень среды.
6.Плотности жидкости..

7.Вязкости жидкости.

8.Температуры.

9.Геометрических величин.

0.Расхода жидкости.


8.1.Назначение генератора пилы в электронном осциллографе ?

8.2.почему на экране электронного осциллографа мы вмдим сигнал развернутый во времени ?

8.3.Как регулируется яркость луча электронного осциллографа ?

8.4. Как регулируется фокусировка луча электронного осциллографа ?

8.5.Каую форму сигнала будем наблюдать на экране.электронного осциллографа ,если на вход “У” подать пилообразное напряжение ,а на вход “Х” синусоидальное напряженгие ?

8.6.Что произойдет с изображением на экране осциллографа если частота генератора пилы увеличиться в два раза ?

8.7.Какое устройство и каким образом позволяет изменять число просматриваемых периодов периодического сигнала на экране осциллографа ?

8.8.Почему на экране осциллографа наблюдается устойчивое изображение периодического сигнала ?

8.9.Как с помощью осциллографа можно измерить частоту сигнала ?

8.0. Как с помощью осциллографа можно измерить ток ?


Положение

о рейтинговой системе обучения по дисциплине МЕТРОЛОГИЯ.


На изучение дисциплины учебным планом предусмотрено:

-аудиторные занятия:

1) лекции-36 часов;

2) лабораторные работы-18 часов ,включая практические занятия по индивидуальным занятиям.

3) внеаудиторная самостоятельная работа-30 часов.

Суммарный резерв времени-80 часов.


Максимальный рейтинг дисциплины-1000 баллов.

(Конспект лекций по дисциплине ,читаемых лектором-100баллов.

Лабораторные работы-300 баллов.

Контрольная работа №1-300 баллов.

Контрольная работа №2-300 баллов.)

Судент получает зачет при набранном рейтинге-600 баллов.

При рейтинге менее 450 баллов студент к зачету не допускается.