Основи метрології та електричних вимірювань

На практиці кількісну оцінку у процесах, явищах виконують вимірюванням за допомогою технічних засобів і на основі існуючих методологій, методик, методів та процедур вимірювання. Необхідність застосування метрології в усіх технічних дисциплінах підкреслює важливість її вивчення для засвоєння усіх електротехнічних дисциплін.

Дисципліна “Основи метрології та електричних вимірювань” вивчається частково разом, а частково після курсів фізики, вищої математики, теоретичних основ електротехніки ( ТОЕ ).

З курсу “Фізика” використовуються головні поняття та співвідношення розділу “Електрика”; з вищої математики – диференційне та інтегральне обчислення, ряди, диференційні рівняння; з курсу ТОЕ використовуються основні закони та розрахунки електромагнітних полів, методи та методики розрахунку електричних кіл.

Мета і завдання дисципліни

Мета вивчення дисципліни – засвоєння студентами методів та отримання навичок виміру фізичних величин з наперед відомими певними похибками.

Завдання дисципліни – показати наявність та єдність технічних засобів вимірювання, визначити методи та похибки вимірювання, вивчити сучасні засоби вимірювання, засвоїти основні методи та навчити оцінювати похибки вимірювань.

Після вивчення дисципліни студент повинен знати:

конструкцію, принцип дії, клас точності, позитивні якості та недоліки вимірювальних приладів;
методи вимірювання різних фізичних (електричних та неелектричних) величин;
основи теорії похибок.

вміти :

розробляти вимірювальні схеми;
підбирати прилади;
виконувати вимірювання;
робити розрахунки похибок вимірювання;
обробляти результати експерименту.
Мати уявлення про новітні прилади і системи вимірювань та методики обробки результатів експерименту.

ПРОГРАМА КУРСУ

Модуль 1. Основи метрології.

Тема 1. Фізичні величини

Лекція 1. Вступ. Класифікація фізичних величин за назвою, розмірністю, розміром, зміною у часі. Галузі застосування фізичних величин. Сигнали вимірювальної інформації. Аналогові та цифрові сигнали. Питання вимірювання.

Тема 2. Основні поняття метрології

Лекція 2. Історія розвитку вимірювальної техніки. Вимірювання (признаки). Результат та похибки вимірювання.

Лекція 3. Класифікація технічних засобів вимірювання. Моделі вимірювальних величин. Похибки вимірювань та вимірювальних засобів. Державна метрологічна служба стандартизації.

Модуль 2. Вимірювальні перетворювачі.

Тема 3. Перетворювачі електричних величин в електричні.

Лекція 4. Масштабні перетворювачі. Шунти. Додаткові резистори. Дільники резисторні, ємністні, змішані. Випрямлячі. Вимірювальні трансформатори. Підсилювачі та їх метрологічні характеристики.

Тема 4. Перетворювачі неелектричних величин в електричні.

Лекція 5. Перетворювачі магнітних величин в електричні (індукційні, гальваномагнітні).

Лекція 6. Параметричні перетворювачі (резистивні, індуктивні, ємнісні). Генераторні перетворювачі (термоелектричні, індукційні, п'єзоелектричні).

Модуль 3. Вимірювальні прилади.

Тема 5. Електромеханічні прилади.

Лекція 7. Конструкція, принцип дії, крутячи та гальмуючи моменти у електромеханічних приладах. Магнітоелектричні прилади. Гальванометри .Дінамика руху. Класи точності. Галузі застосування.

Лекція 8. Електромеханічні, електродинамічні, електростатичні прилади (конструкція, принцип дії, класи точності, галузі застосування). Індукційні прилади. Електронні аналогові прилади.

Тема 6. Цифрові прилади.

Лекція 9. Принцип дії та класифікація цифрових приладів (дискретизація у часі, квантування по рівню, системи обчислення). Головні вузли цифрових приладів (джерела опорної напруги, генератори стабільної частоти, ключи, пристрої зрівняння, дільники, тригери, цифрові відлікові пристрої).

Лекція 10. Цифрові вимірювальні прилади послідовного рахунку (вимірювач інтервалів часу, періодометр, частотомер, фазометр). Інтегруючи цифрові вольтметри постійного струму.

Тема 7. Реєструючі пристрої.

Лекція 11. Носії інформації та засоби її реєстрації. Основні вузли електронних реєструючих пристроїв.

Лекція 12. Електронно-променевий осцилограф, його головні вузли та основні характеристики. Запам'ятовуючий осцилограф.Застосування комп'ютера як осцилографа.

Модуль 4. Методи вимірювання електричних та неелектричних величин.

Тема 8. Прилади та методи вимірювання електричних величин.

Лекція 13. Прилади та методи вимірювання постійних напруг і струмів. Прилади та методи вимірювання змінних напруг і струмів.

Лекція 14. Прилади та методи вимірювання потужності , енергії, фази, частоти. Прилади та методи вимірювання опору резисторів, ємності, індуктивності.

Тема 9. Вимірювання магнітних величин.

Лекція 15. Вимірювання магнітного потоку. Вимірювання магнітної індукції та магнітної напруженості.

Лекція 16. Основні характеристики магнітних матеріалів. Намагнічуючі пристрої та зразки для дослідів. Визначення статичних та динамічних характеристик магнітних матеріалів.

Тема 10. Вимірювання неелектричних величин.

Лекція 17. Вимірювання температури. Контактні, безконтактні методи. Вимірювання тиску, вологості.

Лекція 18. Вимірювання переміщення, рівня, швидкості, прискорення. Вимірювання механічних напруг, деформацій, сил, тиску, крутячих моментів.