Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра метрологии

ОСНОВЫ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

Рабочая программа

Задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению

Факультет радиоэлектроники

Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 653800 – стандартизация, сертификация и метрология 190800 – метрология и метрологическое обеспечение Направление подготовки бакалавра

552200 – метрология, стандартизация и cертификация

Санкт – Петербург

2004

Утверждено редакционно - издательским советом университета УДК 53.08+681.2(075.8)

Основы приборостроения: Рабочая программа, задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению. - СПб.: СЗТУ, 2004, 25с.

Рабочая программа соответствует требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 653800 - "Стандартизация, сертификация и метрология " (специальность 190800 - "Метрология и метрологическое обеспечение" ) и направлению подготовки бакалавра 552200 - "Метрология, стандартизация и сертификация".

В учебном плане специальности 190800 - "Метрология и метрологическое обеспечение" предусмотрена общепрофессиональная дисциплина по выбору ОПД.В.02 "Основы приборостроения".

Дисциплина охватывает принципы построения приборов, функциональный и структурный анализ и синтез измерительных приборов, их точности, методы повышения точности и оптимизации метрологических характеристик.

Приведены рабочая программа дисциплины, задание на контрольную работу и методические указания к ее выполнению.

Рассмотрено на заседании кафедры метрологии 26 апреля 2004г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 6 мая 2004г.

Рецензенты: кафедра метрологии СЗТУ (зав. кафедрой И.Ф.Шишкин, д-р техн. наук проф.), Е.Н.Климов, д-р техн. наук, проф., зав.кафедрой СПб ГУВК.

Составитель: В.М.Станякин, канд. техн. наук, доц.

©Северо-Западный государственный заочный технический университет,2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Основы приборостроения» в учебном плане специальности 190800 включена в число общепрофессиональных дисциплин по выбору и обеспечивает дальнейшую фундаментальную подготовку инженера-метролога к практической деятельности в области приборостроения.

Цель изучения дисциплины - подготовка будущего инженера-метролога к решению научных и технических задач метрологической деятельности при построении измерительных приборов.

Основная 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.

Врезультате изучения дисциплины 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 и выбора методов повышения точности (конструкторско-технологических, структурных, алгоритмических), оптимизации метрологических характеристик.

Изучение дисциплины базируется на соответствующих разделах дисциплин гуманитарного и естественно-научных циклов: философии, математики, информатики, физики, физических основ измерений, теоретической механики, химии, экологии, предшествующих общепрофессиональных дисциплин : теоретической метрологии, основ стандартизации, системного анализа и, в свою очередь, является базой для изучения принципов построения приборов и обеспечения их точности в специальных дисциплинах.

1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.Рабочая программа (объем дисциплины 100 часов)

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.

1.1.1.Принципы построения измерительных приборов

1.1.1.1. Функциональное описание измерительных приборов

[1], с. 61-64; [2], с. 118-186

Информационная модель измерительного прибора. Функциональная блоксхема 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.

1.1.1. 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.

1.1.2.Точность измерительных приборов

1.1.2.1.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.

1.1.2.2. 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.

1.1.3. Оптимизация характеристик измерительных приборов

1.1.3.1.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.

1.1.3.2. 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.

	1.2.Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы
	обучения
	( 16 часов)
1.	Введение. Функциональное описание измерительных приборов ..........	2 часа
2.	Структурное описание измерительных приборов ...................................	2	"
3.	Общие вопросы точности измерительных приборов ..............................	2	"
4.	Вероятностное описание точности измерительных приборов ...............	2	"
5.	Динамические характеристики измерительных приборов......................	2	"
6.	Методы повышения точности измерительных приборов .......................	2	"
7.	Оптимизация функций преобразования ....................................................	2	"
8.	Структурный синтез измерительных приборов методом структурных
	матриц. Заключение ...................................................................................	2	"