МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова»

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

Технические измерения

и приборы управления

Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 220200 «Автоматизация и управление»

всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 УДК 006.9 ББК 32.965 Т38 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой автоматизации технологических процессов и производств Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в электронном виде советом лесотранспортного факультета Сыктывкарского лесного института Составитель:

старший преподаватель С. М. Кочергин Отв. редактор:

кандидат экономических наук, доцент Е. Ю. Сундуков Технические измерения и приборы управления Т38 [Электронный ресурс] : учеб.-метод. комплекс по дисциплине для студ. направления бакалавриата 220200 «Автоматизация и управление»: самост. учеб. электрон. изд. / Сыкт. лесн. ин-т ; сост.:

С. М. Кочергин. – Электрон. дан. – Сыктывкар : СЛИ, 2012. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com. – Загл. с экрана.

В издании помещены материалы для освоения дисциплины «Технические измерения и приборы управления». Приведены рабочая программа курса, методические указания по различным видам работ.

УДК 006. ББК 32. _ Самостоятельное учебное электронное издание Составитель: Кочергин Сергей Михайлович

ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ УПРАВЛЕНИЯ

Электронный формат – pdf. Объем 0,6 уч.-изд. л.

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова» (СЛИ), 167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39, [email protected], www.sli.komi.com Редакционно-издательский отдел СЛИ.

© СЛИ, Кочергин С. М. составление,

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И

ПРИБОРЫ УПРАВЛЕНИЯ»

1.1. Цель преподавания дисциплины 1.2. Задачи изучения дисциплины 1.3. Перечень дисциплин и тем, усвоение которых необходимо для изучения дисциплины 1.4. дополнения к нормам государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий 2.2. Лабораторные работы, их наименование и объем в часах 2.3. Самостоятельная работа и контроль успеваемости 2.4. Распределение часов по темам и видам занятий

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

5. ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

6. ТЕСТОВЫЕ АТТЕСТАЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

7. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебно-методический комплекс (УМК) представляет совокупность различных дидактических средств обучения, призванных управлять самостоятельной работой студента в процессе изучения дисциплины «Технические измерения и приборы управления» и рационально использовать время, предусмотренное образовательными стандартами на выполнение всех видов работ как аудиторных, так и самостоятельных.

В состав УМК по дисциплине «Технические измерения и приборы управления»

входят: задачи изучения дисциплины и компетенции; нормы государственного образовательного стандарта; темы дисциплины и их содержание, структурированное по видам учебных занятий для различных форм обучения; рекомендации по самостоятельному изучению теоретического материала с контрольными вопросами по каждой теме; перечень заданий, подлежащих решению в ходе проведения лабораторных работ; тестовые аттестационно-педагогические измерительные материалы для обеспечения возможности проверки остаточных знаний студентов; задания и рекомендации для выполнения контрольных работ; примерный перечень экзаменационных вопросов, список рекомендуемой литературы.

Материалы, представленные в УМК, актуализированы на дату выпуска учебнометодической разработки.

1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНИЧЕСКИЕ

ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ УПРАВЛЕНИЯ»

Рабочая программа составлена в соответствии с Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования по направлению «Автоматизация и управление»

1.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ

ПРОЦЕССЕ

1.1.1. Цель преподавания дисциплины Цель дисциплины - формирование знаний и практических навыков по анализу, синтезу и использованию современных технических средств автоматики. Формирование практических навыков в работе с микропроцессорной техникой.

1.1.2 Задачи изучения дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление об основных технических средствах автоматики.

- состояние и перспективы развития технических средств автоматики в лесном производстве;

- понятия, определения, терминологию и схемы ТСА;

- основные технические средства контроля параметров схем ТСА;

- основные принципы построения сложных схем ТСА;

- аналитические методы описания свойств элементов и систем цифровой техники;

- методы анализа работы цифровых устройств.

- разрабатывать простые схемы блоков автоматики;

- осуществлять выбор и расчет элементов цифровых электронных схем, используемых в управлении производственными процессами;

- проводить анализ и расчет основных схем автоматики с использованием вычислительной техники;

- работать с микропроцессорными контроллерами средней степени сложности.

1.1.3. Перечень дисциплин и тем, усвоение которых необходимо для изучения дисциплины Перед изучением курса «Технические измерения и приборы управления» студентом должны быть изучены следующие дисциплины и темы:

- высшая математика (обыкновенные дифференциальные уравнения, операционное исчисление, векторные и комплексные функции действительного переменного, ряды, основы теории вероятностей);

- физика (физические основы механики, термодинамика, электричество, электромагнетизм, оптика, ядерная физика);

- инженерная графика (основы технического черчения);

- основы электротехники (линейные и нелинейные цепи постоянного тока, однофазные и трехфазные цепи синусоидального тока, переходные процессы в электрических цепях);

- электрические машины (электрические машины постоянного и переменного тока);

- промышленная электроника (транзисторные усилители, операционные усилители, интегрирующие и дифференцирующие звенья, автогенераторы, источники питания);

- электрические измерения (электрические измерения неэлектрических величин).

1.1.4. Дополнения к нормам государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования Государственная система приборов: принципы построения, классификация средств измерения и автоматизации, основные ветви системы, нормирование характеристик средств измерения и автоматизации; типовые структуры средств измерения, информационноизмерительная система; виды технических измерений; измерение геометрических и механических величин, температуры, давления, уровня, расхода; определение свойств и состав веществ, экологических параметров, контроль качества продукции; метрологическое обеспечение технических измерений.

2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Распределение часов по формам и видам занятий 2.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий 1. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ПРИБОРОВ – 2 часа.

Классификация средств измерения. Принципы построения средств измерения.

Автоматизация процесса измерения. Нормирующие характеристики средств измерения и автоматизация. Погрешности измерений. Классы точности приборов.

ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ – 4 часа.

Структурные схемы измерения параметров. Многоточечные измерения. Обегающий контроль параметров. Системы централизованного контроля параметров.

ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ – 4 часа.

Методы непосредственной оценки параметров. Мостовой метод измерений.

Компенсационный метод измерений. Прямые и косвенные измерения параметров.

Измерение параметров электрических цепей - тока и напряжения. Расширение пределов измерения приборов. Одинарные и двойные мосты постоянного и переменного тока.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ И СОСТАВА ВЕЩЕСТВ – 4 часа.

Генераторные измерительные преобразователи (термопары и пьезоэлементы).

Измерительные преобразователи активного сопротивления. Датчики реактивного сопротивления. Сельсины и следящие системы. Измерение параметров неэлектрических величин.

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ –

часа.

Современные микропроцессорные системы централизованного контроля.

Организация метрологических служб.

2.2. Лабораторные работы, их наименование и объем в часах

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВОЛЬТМЕТРОВ – 4 ЧАСА.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ АМПЕРМЕТРОВ – 4 ЧАСА.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВАТТМЕТРОВ – 4 ЧАСА.

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИБОРОВ МЕТОДОМ СРАВНЕНИЯ – 4 ЧАСА.

2.3. Самостоятельная работа и контроль успеваемости очной формы обучения Проработка лекционного материала по конспекту и учебной КО,экзамен литературы 2.4. Распределение часов по темам и видам занятий, очная форма обучения Всего

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА

ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ СРЕДСТВ

ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ОЛР,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ И

СОСТАВА ВЕЩЕСТВ

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ

ИЗМЕРЕНИЙ

КО – контрольный опрос ОЛР – оформление лабораторных работ Итоговая успеваемость студентов определяется на экзамене.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Цель лабораторных работ – закрепление теоретических знаний, полученных в ходе лекционного курса и самостоятельной проработки с использованием рекомендуемой литературы.

На лабораторных работах по темам, пройденным в лекционном курсе, проводится контрольный опрос, решаются задачи в соответствии с учебной программой и методическими указаниями, а также на лабораторной работе в соответствии с графиком проводится промежуточная аттестация, на которой оцениваются остаточные знания студентов с применением аттестационно-измерительных инструментов.

Студент должен подготовиться к лабораторной работе и уметь изложить основные понятие и термины изучаемой темы.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Самостоятельная работа студентов по изучению отдельных тем дисциплины включает поиск учебных пособий по данному материалу, проработку и анализ теоретического материала, самоконтроль знаний по данной дисциплине с помощью ниже приведенных вопросов и заданий.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА 1. Назовите классификацию средств

ТИПОВЫЕ СТРУКТУРЫ СРЕДСТВ

ИЗМЕРЕНИЯ

ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОСТВ И СОСТАВА

ВЕЩЕСТВ

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

5. ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Контрольная работа выполняется студентами аудиторно. Тема контрольной работы позволяет закрепить теоретические навыки определения эффективности инвестиций проектов, которые будут полезны при написании выпускной аттестационной работы – дипломного проекта. Вариант работы выдается преподавателем.

Общие условия для всех вариантов контрольных работ:

1. Унифицированные системы централизованного контроля. Унифицированные системы сигналов датчиков. Примеры промышленного использования унифицированных систем централизованного контроля и регулирования. Требования к этим системам.

2. Измерение температуры стеклянным термометром. Погрешности измерений.

Контактный ртутный термометр. Использование стеклянного термометра в автоматическом регулировании.

3. Термосопротивления и термопары их типы. Особенности монтажа. Диапазон температур. Дистанционная передача информации. Самопишущий электронный мост.

Особенности монтажа термопар.

4. Биметаллические и дилатометрические термометры. Манометрические термометры.

Классификация, устройство и особенности применения.

5. Термисторы, позисторы, кризисторы. Особенности их работы и применения.

Пирометры, устройство и принцип действия. Применение пирометров. Устройство и принцип действия логометра.

6. Классификация давлений. Способы измерения давления. Трубчато-пружинный и сильфонный манометры. Работа. Особенности применения. Дистанционная передача информации. Дифференциальный унифицированный трансформатор. Сильфонный дифманометр.

7. Тягомеры, напоромеры, тягонапоромеры, барометры. Особенности работы приборов.

Устройство и принцип действия. Колокольный дифманометр.

8. Однотрубный и U –образный манометры. Теория измерения давлений и перепада давлений. Измерение малых давлений микроманометрами. Грузопоршневой манометр.

9. Устройство и принцип действия электронного потенциометра. Многоточечные потенциометры.

10. Тензометрический способ измерения давлений и разряжений. Пьезометрический способ. Ионизационные вакуумметры. Тепловые манометры. Пневмореле.

11. Расход и количество вещества. Расходомеры постоянного и переменного перепада давления. Принцип их работы. Дистанционная передача информации. Интеграторы.

12. Электромагнитные, ультразвуковые и вихревые расходомеры. Принципы действия приборов. Математический аппарат этих приборов.

13. Способы измерения уровня жидкостей. Работа гидростатического, поплавкового, буйкового уровнемера. Измерение уровня жидкостей в автомобилях. Измерение уровня жидкости, находящейся под переменным давлением. Применение уравновешивающих мостов при измерении уровня.

14. Емкостной и звуковой (ультразвуковой) уровнемеры. Кондуктометрический уровнемер. Барботажный уровнемер. Дистанционная передача информации 15. Термохимический, термокондуктометрический, термомагнитный и оптикоакустический газоанализаторы. Устройство и принцип действия.

16. Главный автоматический регулятор соотношения газ-воздух. Принцип действия и устройство приборов.

17. Автоматический регулятор соотношения топливо-воздух в автомобиле на основе микропроцессорного контроллера.

6. ТЕСТОВЫЕ АТТЕСТАЦИОННО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Из предложенных вариантов необходимо выбрать правильный ответ:

1. Что такое метод непосредственной оценки измерений?

1. Измерение с помощью вольтметра;

2. Измерение с помощью амперметра;

3. Измерение с помощью прибора проградуированного в единицах измеряемой 4. Измерение с помощью цифровых измерительных приборов.

2. Какова величина добавочного сопротивления для вольтметра со шкалой 10 вольт (R прибора = 10 к Ом) если необходимо измерить 500 Вольт?

3. Как называется прибор для измерения параметров напряжений и токов произвольной формы?

1. Вольтметр;

2. Амперметр;

3. Логометр;

4. Осциллограф;

5. Омметр;

6. Мультиметр;

7. Гелиоргаф.

4. Определить погрешность при измерении тока амперметром класса точности 1,5, если ток амперметра IH = 50A, а показания амперметра I = 20A.

5. Тип измерительной системы логометра?

1. Магнитоэлектрическая система;

2. Электромагнитная система;

3. Аналогово-цифровая система;

4. Цифро-аналоговая система;

5. Импульсная система.

7. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К

ЭКЗАМЕНУ

1. Дайте определения термина «Процесс измерения». Приведите примеры измерений.

2. Классификация измерений.

3. Погрешности измерений.

4. Случайные погрешности и способы их описания.

5. Случайные погрешности измерений и способы их описания.

6. Прямые многоточечные измерения с многократными наблюдениями.

7. Косвенные измерения.

8. Типовые примеры по расчету погрешностей измерений.

9. Метод непосредственной оценки измерений.

10. Метод сравнения.

11. Измерение сигналов и напряжений токов произвольной формы.

12. Расчет шунтов амперметров.

13. Расчет добавочных сопротивлений вольтметров.

14. Измерение параметров методом амперметра и вольтметра.

15. Мостовой метод измерения параметров постоянного тока.

16. Мостовой метод измерения параметров переменного тока.

17. Измерение параметров неэлектрических величин.

18. Работа термопар и особенности измерения параметров.

19. Работа пьезоэлементов.

20. Работа логометров.

21. Измерение неэлетрических величин логометрами.

22. Самопишущие электронные мосты.

23. Самопишущие электронные потенциометры.

8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. Шишмарев, В. Ю. Технические измерения и приборы [Текст] : учеб. для студ.

вузов, обучающихся по направлению подготовки "Автоматизированные технологии и производства" / В. Ю. Шишмарев. – Москва : Академия, 2010. – 384 с. – (Высшее профессиональное образование).

Дополнительная учебная, учебно-методическая литература 1. Димов, Ю. В. Метрология, стандартизация и сертификация [Текст] : учеб. для студ.

вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров, и дипломированных специалистов в области техники и технологии / Ю. В. Димов. – 3-е изд. – Москва : Питер, 2010. – 464 с. – (Учебник для вузов).

2. Промышленная электроника [Текст] : метод. указ. к контрольным работам № 1 и № 2 / М-во образования Рос. Федерации, С.-Петерб. гос. лесотехн. акад., Сыкт. лесн. ин-т (фил.), Каф. электроэнергетики ; сост. К. Ф. Майер. – Сыктывкар : СЛИ, 2003. – 24 с.

1. Монтаж средств измерений и автоматизации [Текст] : справочник / под ред. А. С.

Клюева. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва : Энергоатомиздат, 1988. – 488 с.

2. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования [Текст] :

справочное пособие / под ред. А. С. Клюева. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва :

Энергоатомиздат, 1989. – 368 с.

3. Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика [Текст] : научнотехнический и производственный журнал. – Выходит ежемесячно.

2008 № 7-12;

4. Смирнов, А. А. Справочное пособие по ремонту приборов и регуляторов [Текст] / А. А. Смирнов. – Москва : Энергоатомиздат, 1989. – 832 с.

9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

На кафедре имеется специальная лаборатория «Средства автоматизации и управления технологическими процессами», в которой имеются приборы и установки для проведения цикла лабораторных работ по данной дисциплине.