[ Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Институт высокоточных систем им. В.П. Грязева
Факультет «Системы автоматического управления»
Кафедра «Приборы и биотехнические системы»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНО-КУРСОВОЙ РАБОТЫ
по дисциплине «Физические основы получения информации»Направление подготовки: 200100 Приборостроение Форма обучения - очная Тула 2009 Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы 2 по дисциплине «Физические основы получения информации»
Методические указания разработаны доцентом М.Б. Богдановым и обсуждены на заседании кафедры «Приборы и биотехнические системы» факультета системы автоматического управления, протокол № 9 от «14» декабря 2009 г.
Зав. кафедрой В.В. Савельев Методические указания пересмотрены и утверждены на заседании кафедры «Приборы и биотехнические системы» факультета системы автоматического управления, протокол № от «_»_20 г.
Зав. кафедрой В.В. Савельев Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Учебным планом предусмотрено выполнение контрольно-курсовых работ в 5-м и 6-м семестрах.
Настоящие методические указания определяют цель контрольнокурсовых работ (ККР) по дисциплине «Физические основы получения информации», варианты заданий, требования к содержанию и объему ККР, требования к оформлению и порядок оценивания.
1. Цель контрольно-курсовых работ.
Цель контрольно-курсовых работ состоит в углублении студентами знаний об измерительных преобразователей различных физических величин, путем расчета и анализа их основных характеристик.
2. Организация работы над контрольно-курсовыми работами.
На выполнение ККР в пятом и шестом семестрах отводится по 10 часов самостоятельной работы. Выполнение ККР начинается с изучения настоящих методических указаний.
Задание на ККР должно быть выдано студенту на первой учебной недели семестра.
На ККР в 5-м семестре студент получает три задания по расчету основных характеристик следующих измерительных преобразователей: тензометрический преобразователь деформаций, барометрический преобразователь высоты, гироскопический измеритель угловой скорости.
На ККР в 6-м семестре студент получает три задания по расчету основных характеристик следующих измерительных преобразователей: емкостной преобразователь давлений, пьезоэлектрический датчик ускорений, индукционный датчик перемещений.
В процессе выполнения ККР студент может пользоваться консультациями.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Срок сдачи выполненного ККР – первый день зачетной недели. При оценивании результатов внимание уделяется пониманию студентом физических основ функционирования измерительных преобразователей и правильности расчетов их основных характеристик. Результат должен быть доведен до студентов на второй день зачетной недели. В случае правильного выполнения всех заданий ККР студент получает отметку «зачтено» по данному ККР. В противном случае, студенту проставляется отметка «не зачтено» по данному ККР, и образуется задолженность.
Студенты сдают задолженность по ККР на зачетной неделе, в соответствии с графиком, разработанным кафедрой. При наличии задолженностей на день промежуточной аттестации (зачета, экзамена) студент к зачету (экзамену) не допускается и при любом количестве баллов, полученных в процессе текущей аттестации, в зачетную (экзаменационную) ведомость ему проставляется «не допущен», и образуется задолженность по промежуточной аттестации.
3. Требования к оформлению контрольно-курсовых работ.
ККР выполняется на листах формата А4 и должна содержать подписанный студентом титульный лист и результат выполнения выданных ему заданий. Объем не регламентируется. Помимо самих заданий и результатов их выполнения, в ККР обязательно привести ход выполнения в произвольной форме. Требования к оформлению текста в редакторе Word представлены в таблице 1. Остальные требования к оформлению приведены в ГОСТ 2.105- «ЕСКД. Общие требования к текстовым документам». Материал необходимо скрепить степлером, положить в папку-файл или скоросшиватель.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Размеры:
4. Задания на контрольно-курсовые работы.
4.1 Пятый семестр.
Задание 1. Тензометрический преобразователь деформаций.
Тензорезистивный преобразователь предназначен для преобразования деформации основания, распространяющихся вдоль базы L, в изменение электрического сопротивления. Эскиз преобразователя представлен на рисунке.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Длина продольного L, длина поперечного участка b, материал проволоки, диаметр проволоки d, максимально измеряемая деформация S и диапазон рабочих температур приведены в таблице.
стка L, мм стка b, мм деформация S, мм ратур, 0С стка L, мм стка b, мм деформация S, мм ратур, 0С стка L, мм стка b, мм деформация S, мм ратур, 0С Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
стка L, мм стка b, мм деформация S, мм ратур, 0С Необходимо:
1. Изучить принцип действия тензометрического преобразователя деформаций.
2. Рассчитать поперечную чувствительность преобразователя.
3. Рассчитать относительную погрешность преобразователя, обусловленную изменением рабочей температуры.
Литература [Левшина Новицкий ???, Фрайден].
Задание 2. Барометрический преобразователь высоты.
Барометрический высотомер предназначен для измерения абсолютной высоты полета. Принципиальная схема высотомера показана на рисунке.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Диапазон измеряемой абсолютной высоты полета, угол размаха шкалы, количество анеройдов в мембранной коробке, максимальный диаметр анеройда, внутренний диаметр корпуса прибора и параметры шкалы прибора приведены в таблице.
диапазон измеряемой аб- 0…4000 0…6000 0…8000 0…10000 0… солютной высоты полета, дус мембранной коробке, шт анеройда, мм пуса прибора, мм диапазон измеряемой аб- 0…14000 0…16000 0…18000 0…20000 0… солютной высоты полета, дус мембранной коробке, шт анеройда, мм пуса прибора, мм Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
диапазон измеряемой аб- 0…4000 0…6000 0…8000 0…10000 0… солютной высоты полета, дус мембранной коробке, шт анеройда, мм пуса прибора, мм диапазон измеряемой аб- 0…14000 0…16000 0…18000 0…20000 0… солютной высоты полета, дус мембранной коробке, шт анеройда, мм пуса прибора, мм Необходимо:
1. Изучить принцип действия барометрического преобразователя высоты.
2. Построить статическую характеристику чувствительного элемента.
3. Рассчитать мембрану.
Литература [Методичка по высотомеру???].
Задание 3. Гироскопический измеритель угловой скорости.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Гироскопический измеритель угловой скорости предназначен для преобразования угловой скорости вращения основания в электрическое напряжение. Схема измерителя представлен на рисунке.
Диапазон измеряемых угловых скоростей, кинетический момент ротора, максимальный угол поворота гироузла, момент инерции гироузла, относительно оси подвеса, момент инерции гироузла, относительно измерительной оси, момент инерции гироузла, относительно перекрестной оси, максимальное угловое ускорение, действующее при эксплуатации и максимальная частота изменения измеряемой угловой скорости приведены в таблице.
угловых скоростей, 0/с ротора, кгм2/с ворота гироузла, градус Момент инерции гироузла, относительно оси подвеса, кгм Момент инерции гироузла, относительно измерительной оси, кгм Момент инерции гироузла, относительно перекрестной оси, кгм Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
ускорение, действующее при эксплуатации, 0/с изменения измеряемой угловой скорости, Гц.
угловых скоростей, 0/с ротора, кгм2/с ворота гироузла, градус Момент инерции гироузла, относительно оси подвеса, кгм Момент инерции гироузла, относительно измерительной оси, кгм Момент инерции гироузла, относительно перекрестной оси, кгм ускорение, действующее при эксплуатации, 0/с изменения измеряемой угловой скорости, Гц.
угловых скоростей, 0/с ротора, кгм /с ворота гироузла, градус Момент инерции гироузла, относительно оси подвеса, кгм Момент инерции гироузла, относительно измерительной оси, кгм Момент инерции гироузла, относительно перекрестной оси, кгм ускорение, действующее Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
при эксплуатации, 0/с изменения измеряемой угловой скорости, Гц.
угловых скоростей, 0/с ротора, кгм2/с ворота гироузла, градус Момент инерции гироузла, относительно оси подвеса, кгм Момент инерции гироузла, относительно измерительной оси, кгм Момент инерции гироузла, относительно перекрестной оси, кгм ускорение, действующее при эксплуатации, 0/с изменения измеряемой угловой скорости, Гц.
Необходимо:
1. Изучить принцип действия гироскопического измерителя угловой скорости.
2. Рассчитать методические и динамические погрешности измерителя.
3. Рассчитать максимальную суммарную погрешность измерителя.
Литература [Одинцов???].
4.2 Шестой семестр.
Задание 1. Емкостной преобразователь давлений.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Ёмкостной преобразователь давления предназначен для преобразования измеряемого давления в изменение электрической ёмкости. Эскиз преобразователя представлен на рисунке.
Материал корпуса, материал мембраны и неподвижного электрода, величина зазора между электродами при атмосферном давлении и нормальных условиях, толщина кварцевой пластины и параметры окружающей среды приведены в таблице.
подвижного электрода электродами при атмосферном давлении и нормальных условиях, мкм стины, мм параметры окружающей категории эксплуатации «1.1» (по ГОСТ 15150-69), климасреды тический район эксплуатации системы «умеренный» (по подвижного электрода электродами при атмосферном давлении и норБогданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
мальных условиях, мкм стины, мм параметры окружающей категории эксплуатации «1.1» (по ГОСТ 15150-69), климасреды тический район эксплуатации системы «умеренный» (по подвижного электрода электродами при атмосферном давлении и нормальных условиях, мкм стины, мм параметры окружающей категории эксплуатации «1.1» (по ГОСТ 15150-69), климасреды тический район эксплуатации системы «умеренный» (по подвижного электрода электродами при атмосферном давлении и нормальных условиях, мкм стины, мм параметры окружающей категории эксплуатации «1.1» (по ГОСТ 15150-69), климасреды тический район эксплуатации системы «умеренный» (по Необходимо:
1. Изучить принцип действия емкостного преобразователя давления.
2. Рассчитать относительную погрешность преобразователя давления, обусловленную возможным изменением температуры и влажности.
3. Определить максимальную суммарную погрешность преобразователя.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Литература [Левшина Новицкий ???, Фрайден].
Задание 2. Пьезоэлектрический датчик ускорений.
Пьезоэлектрический преобразователь виброускорения предназначен для преобразования измеряемого ускорения в величину электрического напряжения. Эскиз преобразователя представлен на рисунке.
Материал пьезоэлемента, электрическое сопротивление изоляции кабеля, собственное электрическое сопротивление пьезоэлемента, суммарная электрическая емкость преобразователя и сигнального кабеля, сила сжатия пьезоэлемента прижимной шайбой, инерционная масса, максимальное преобразуемое ускорение приведены в таблице. В качестве измерителя выходного сигнала преобразователя используется осциллограф С1-74.
ление изоляции кабеля, ГОм собственное электрическое сопротивление пьезоэлемента, Ом суммарная электрическая емкость преобразователя и сигнального кабеля, Ф Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
та прижимной шайбой, Н зуемое ускорение, м/с ление изоляции кабеля, ГОм собственное электрическое сопротивление пьезоэлемента, Ом суммарная электрическая емкость преобразователя и сигнального кабеля, Ф та прижимной шайбой, Н зуемое ускорение, м/с ление изоляции кабеля, ГОм собственное электрическое сопротивление пьезоэлемента, Ом суммарная электрическая емкость преобразователя и сигнального кабеля, Ф та прижимной шайбой, Н зуемое ускорение, м/с ление изоляции кабеля, ГОм собственное электричеБогданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
ское сопротивление пьезоэлемента, Ом суммарная электрическая емкость преобразователя и сигнального кабеля, Ф та прижимной шайбой, Н зуемое ускорение, м/с Необходимо:
1. Изучить принцип действия пьезоэлектрического преобразователя виброускорений.
2. Рассчитать и построить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики преобразователя.
3. Определить полосу пропускания преобразователя.
Литература [Левшина Новицкий ???, Фрайден].
Задание 3. Индукционный датчик перемещений.
Индуктивный преобразователь предназначен для преобразования перемещения подвижного якоря в изменение электрического сопротивления питающей катушки. Схема преобразователя представлен на рисунке.
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Диапазон перемещения якоря, количество витков катушки, частота питающего напряжения, амплитуда питающего напряжения и размеры полюсного наконечника сердечника приведены в таблице.
Диапазон перемещения 0,1…1,0 0,5…1,5 1,0…3,0 0,5…3,0 1,0…5, якоря, мм тушки, шт пряжения, КГц напряжения, В конечника сердечника, мммм Диапазон перемещения 0,1…1,0 0,5…1,5 1,0…3,0 0,5…3,0 1,0…5, якоря, мм тушки, шт пряжения, КГц напряжения, В конечника сердечника, мммм Диапазон перемещения 0,1…1,0 0,5…1,5 1,0…3,0 0,5…3,0 1,0…5, якоря, мм тушки, шт пряжения, КГц напряжения, В конечника сердечника, мммм Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
Диапазон перемещения 0,1…1,0 0,5…1,5 1,0…3,0 0,5…3,0 1,0…5, якоря, мм тушки, шт пряжения, КГц напряжения, В конечника сердечника, мммм Необходимо:
1. Изучить принцип действия индукционного датчика перемещений.
2. Построить статическую характеристику преобразователя.
3. Рассчитать нелинейность статической характеристики.
Литература [что-нибудь по индукционному ???, Фрайден].
Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ, Методические указания по выполнению контрольно-курсовой работы по дисциплине «Физические основы получения информации»
7. Библиографический список.
Левшина Е.С., Новицкий А.В. Электрические измерения физических величин : Измерительные преобразователи. Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 320 с.
Фрайден Дж. Современные датчики: справочник. – М.: Техносфера, 2005. – 592 с.
Одинцов А.А. Теория и расчет гироскопических приборов : Учебник для вузов. Киев :
Вища школа, 1985. – 392 с.
Методичка по высотомеру что-нибудь по индукционному ???, Богданов М.Б., ГОУ ВПО ТулГУ,
«