05.11.01 – приборы и методы измерения (измерения механических величин)

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 01 февраля 2011 г. № 22
 

1. Цели и задачи программы-минимум

Цель изучения материалов программы-минимум по специальности 05.11.01 ‑ «Приборы и методы измерения (по видам измерений)» ‑ формирование у соискателя ученой степени углубленных знаний по основам измерений физических величин, включая физико-математические основы обеспечения точности измерений по видам измерений; принципам работы измерительных преобразователей; физическим явлениям, лежащим в основе восприятия электрических и неэлектрических величин; физическим ограничениям точности измерений; методам и средствам измерений по видам измерений.

Основной задачей изучения программы-минимум является: знание современных требований к приборам и методам для измерения времени и частоты, механических, геометрических, электрических и магнитных величин; для оптико-физических, теплофизических и температурных измерений; измерения физико-химического состава и свойств веществ.

2. Требования к знаниям, умениям и навыкам аспиранта (соискателя)

В результате изучения материалов программы – минимум соискатель ученой степени должен:

иметь представление

  • о современном состоянии производства приборов и развитии методов измерений по видам измерений на ближайшую перспективу;
  • об основных научно-технических задачах и проблемах развития приборостроения;
  • о взаимосвязи развития приборостроения и производственных технологий во всех отраслях народного хозяйства.

знать

  •  методы и средства измерений физических величин;
  • физико-математические основы обеспечения точности измерений по видам измерений;
  • принципы работы измерительных преобразователей и физические явления, лежащие в основе восприятия электрических и неэлектрических величин;
  • физические ограничения точности измерений;
  • основы метрологического обеспечения измерений;

уметь

  • выполнять широко распространенные в промышленности измерения (измерения механических и геометрических величин, оптико-физические измерения, теплофизические и температурные измерения, измерение времени и частоты, измерения электрических и магнитных величин, измерения физико-химического состава и свойств веществ);
  • выполнять обработку результатов измерений с использованием современных вычислительных и программных средств;

владеть

  • современными методами научных исследований, рациональными приемами использования научно-технической документации при решении задач и проблем в области приборостроения.

Соискатель ученой степени должен на экзамене показать профессиональные знания по изученным разделам науки, владение теоретическим аппаратом и современными методами расчетов в исследованиях.

3. Содержание курса

Тема 1. Основы измерений физических величин

Ключевые слова: измерение, физическая величина, эксперимент, результат измерения, метод измерения, средство измерений, эталон, погрешность, неопределенность результата измерений, измерительный преобразователь, шумы, помехи, информационно-измерительная система.

Классификация физических величин. Размерность физических величин. Проблема «истинного» значения физической величины. Общая характеристика понятия «измерение». Классификация измерений. Измерение как физический процесс. Постановка эксперимента и представление его результатов. Числовые характеристики случайных величин. Основы регрессионного анализа.

Понятия принцип, метод и методика измерений. Теоретические модели материальных объектов, явлений и процессов. Погрешности теоретических моделей, методические погрешности измерений.

Методы измерений. Методы непосредственной оценки и разностные методы измерений. Преобразование измеряемой величины в процессе измерений.

Средства измерений. Виды средств измерений. Основные статические и динамические характеристики средств измерений. Эталоны. Общие понятия. Государственные эталоны – первичные и специальные. Вторичные эталоны (эталоны-копии, сравнения и рабочие). Рабочие средства измерений. Нормируемые метрологические характеристики и классы точности.

Общие требования к измерениям. Постановка измерительной задачи. Выбор средств и методов измерений. Выбор числа измерений. Прямые и косвенные измерения. Совокупные и совместные измерения. Однократные и многократные измерения. Равноточные и неравноточные измерения.

Погрешности измерений. Физические пределы точности измерений. Виды погрешности измерений. Статическая и динамическая погрешность средств измерений. Первая и вторая модели погрешности средств измерений. Сходимость и воспроизводимость результатов измерений.

Обработка результатов измерений. Концепция неопределенности результатов измерений. Группирование экспериментальных данных. Элементы регрессионного анализа. Анализ временных рядов, корреляционный и спектральный анализ. Проверка гипотезы о виде распределения экспериментальных данных. Обработка нормального распределения данных и отличного от нормального. Обработка результатов прямых однократных измерений. Обработка результатов косвенных, совместных, совокупных измерений.

Физико-математические основы обеспечения точности измерений по видам измерений. Принципы работы измерительных преобразователей. Физические явления, лежащие в основе восприятия электрических и неэлектрических величин. Физические ограничения точности измерений. Естественные пределы точности измерений. Шумы, естественные и технические. Физика внутренних равновесных и неравновесных шумов. Помехи. Взаимодействие измерительной системы с объектом измерения.

Информационно-измерительные системы. Оцифровывание. Квантование. Дискретизация по времени. Обработка, передача и отображение результатов измерения.

Тема 2. Методы и средства измерений по видам измерений

Ключевые слова: измерение, механические и геометрические величины, оптико-физические измерения, теплофизические и температурные измерения, время, частота, электрические и магнитные величины, физико-химический состав и свойства веществ.

Измерения механических и геометрических величин. Основные законы механики твердых тел, жидкости и газа. Измерения линейных и угловых величин и их производных. Измерение размеров и их производных. Измерение параметров движения, сил и моментов сил. Измерение давления, деформаций и напряжений. Измерения массы, веса и плотности и их производных. Измерение шума. Измерение параметров механического взаимодействия объектов. Статические и динамические измерения механических величин.

Оптико-физические измерения. Классификация оптических измерений. Основы теории точности оптических измерений. Методы и средства оптических измерений. Погрешности оптико-физических измерений. Функциональные схемы измерительных приборов. Отсчетные устройства. Типовые узлы измерительных приборов и установок. Оптическая скамья. Коллиматор. Автоколлиматоры. Зрительные трубы. Автоколлимационные зрительные трубы. Измерительный микроскоп. Приборы для линейных и угловых измерений. Гониометры.

Теплофизические и температурные измерения. Основные законы термодинамики и статистической физики. Строение вещества. Фазы и фазовые превращения. Поверхностные явления. Измерение гидростатических и гидродинамических сил. Измерение тепловых величин. Методы и средства измерения температуры и теплоемкости. Методы и средства измерения давления, расхода и уровня. Тепломеры. Измерение уровня. Методы и средства поверки средств измерений теплотехнических величин.

Измерение времени и частоты. Принцип неопределенности при измерении временных и частотных параметров. Эталонное время. Шкалы времени. Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения Земли. Квантовые стандарты частоты и времени. Кварцевые меры частоты. Частотомеры, синтезаторы частоты, делители и умножители частоты. Фазовые и частотные компараторы. Измерители интервалов времени. Приемники сигналов эталонных частот и сигналов времени. Методы определения действительного значения частоты электромагнитных колебаний. Методы определения кратковременной нестабильной частоты. Поверочное оборудование и поверка средств измерений времени и частоты.

Измерения электрических и магнитных величин. Основные законы электростатики и электродинамики. Методы измерений электрических и магнитных величин. Классификация средств измерений электрических и магнитных величин. Измерения силы токов и напряжений. Измерения энергии, мощности и количества электричества. Измерения частоты и фазы, анализ спектра электрических сигналов. Измерения параметров цепей постоянного и переменного тока. Измерения параметров магнитного поля, определение характеристик и параметров магнитных материалов, а также магнитной индукции. Электрические измерительные преобразователи.

Измерения физико-химического состава и свойств веществ. Основные понятия и законы аналитической химии. Методы измерений аналитических и структурно-аналитических величин (оптические, колориметрические, кондуктометрические, потенциометрические, полярографические, кулонометрические и др.). Дозаторы, хроматографические колонки, детекторы. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Измерение концентрации и состава веществ. Физические методы анализа газов. Измерение содержания взвешенных частиц. Измерение проводимости электролитов.

Тема 3. Основы метрологического обеспечения измерений

Ключевые слова: измерение, единство измерений, метрологический контроль, метрологическое обеспечение, метрологический надзор.

Обеспечение единства измерений. Закон Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений». Государственный метрологический контроль и надзор.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература к теме 1

  1. Раннев Г.Г. Методы и средства измерений: Учебник для вузов / Г.Г.Раннев, А.П.Тарасенко. – М.: издательский центр "Академия", 2003. – 336 с.
  2. Гольдштейн А.Е. Физические основы измерительных преобразований: учебное пособие /А.Е. Гольдштейн. – Томск: Издательство Томского Политехнического Университета, 2008,253 с.
  3. Аббакумов К.Е., Антонюк Е.М., Филатов Ю.В. Физические основы получения информации. СПбГЭТУ, 2006 г.
  4. Клаасен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000.
  5. Шаракшанэ А.С., Халецкий А.К., Морозов И.А. Оценка характеристик сложных автоматизированных систем. М.: Машиностроение, 1993.

Дополнительная литература к теме 1

  1. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов.‑ М.:Энергоатомиздат, 1986.‑272с.
  2. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991
  3. Новицкий П.В. Динамика погрешностей средств измерений / П.В.Новицкий, И.А Зограф, В.С.Лабунец – Л.: Энергатомиздат. 1990. – 192 с.
  4. Пронкин Н.С. Основы метрологии динамических измерений: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Логос, 2003. – 256 с.
  5. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В. Новицкого. М.: Энергия, 1975.
  6. Кавелеров Г.И., Мандельштам С.М. Введение в информационную теорию измерений. М.: Энергия, 1974.
  7. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: в 2-х кн. – М.: Финансы и статистика, 1986.
  8. Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения: в 2-х кн. – М., Мир. 1971.
  9. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. М.: Наука, 1988.
  10. Г. Отт. Методы подавления шумов и помех в электронных системах. М., Мир, 1979.
  11. Метрология, Основные термины и определения./РМГ 29-84 ИПК Издательство стандартов, 2000
  12. Нормируемые метрологические характеристики средств измерения/ ГОСТ 8.009-84 М.: Изд-во стандартов, 1984.
  13. Классы точности средств измерений: Общие требования / ГОСТ 8.402-804 М.: Изд-во стандартов, 1980.
  14. Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерений: Основные положения / ГОСТ 8.256-77 М.: Изд-во стандартов, 1977.
  15. Классы точности средств измерений: Общие требования / ГОСТ 8.402-804 М.: Изд-во стандартов, 1980.
  16. Прямые измерения с многократными наблюдениями, методы обработки результатов наблюдений/ ГОСТ 8.207-76 М.: Изд-во стандартов, 1976.

Основная литература к теме 2

  1. Афанасьев В.А. Оптические измерения. – М.: Высшая школа, 1981.- 232 с.
  2. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л. Пуряев Д.Т. Оптические измерения. – М.: Машиностроение. 1987. – 264 с.
  3. Дж.Фрайден. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. 592 с.
  4. Р.Джексон. Новейшие датчики. М.: Техносфера, 2005.
  5. Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара. М.: Изд-во стандартов, 1989.
  6. Магнитные измерения / Е.Т. Чернышев, Е.Н. Чечурина, Н.Г. Чернышева, Н.В. Студенцов. М.: Изд-во стандартов, 1969.
  7. Электрические измерения /Под ред. Е.Г. Шрамкова. М.: Высш. шк., 1972.
  8. Юинг Г.В. Инструментальные методы химического анализа. М.: Высш. шк., 1989.

Дополнительная литература к теме 2

  1. Гвоздева Н.П. Коркина К.И. Теория оптических систем и оптические измерения. - М.: Машиностроение. 1981. – 384 с.
  2. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов / Под ред. Б.П. Фатеева. М.: Сов. радио, 1978.
  3. Орлова М.П. Низкотемпературная калориметрия. М.: Изд-во стандартов, 1975.
  4. О.С. Арутюнов, Б.М. Цейтлтин. Датчики состава и свойства вещества. Комбинированные методы. М., Энергия, 1969.
  5. Попов М.М. Термометрия и калориметрия. М.: Изд-во МГУ, 1954.
  6. Иориш Ю.И. Виброметрия. М.: Гостехиздат, 1963.
  7. Ю.Е. Крамарухин. Приборы для измерения температуры. М, Машиностроение, 1990, 208 с.
  8. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин/ Под ред. Е.С. Полищука. Киев: Вища школа, 1984, 359 с.
  9. В.Н. Логинов. Электрические измерения механических величин. М., Энергия, 1976.
  10. Г.П. Нуберт. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. Л., Энергия, 1970, 360 с.
  11. П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества: справочник. – Л.: Машиностроение, 1989. – 701 с.
  12. С.А. Спектор. Электрические измерения физических величин: Методы измерений. Л., Энергоатомиздат, 1987, 320 с.
  13. Е.С. Левшина, П.В.Новицкий. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи. Л., Энергоатомиздат, 1983, 320 с.
  14. Е.С. Левшина, П.В.Новицкий. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи. Л., Энергоатомиздат, 1983, 320 с.
  15. Измерения в промышленности. Т.1-3. М., Металлургия, 1990.
  16. В.П. Преображенский. Теплотехничесие измерения и приборы. М., Энергия 1978.
  17. А.К. Макаров, В.М. Свердлин. Приборы для измерения рН растворов. Л.: Энергия, 1970, 92 с.
  18. Л.А. Бибер, Ю.Е. Жданова. Низкочастотные маятниковые виброметры. М., Энергия, 1980, 64 с.
  19. А.В. Саватеев. Шумовая термометрия. Л., Энергоатомиздат, 1987, 132 с.

Основная литература к теме 3

  1. Исаев Л.К., Малинский В.Д. Обеспечение качества: стандартизация, единство измерений, оценка соответствия. М.: Изд-во стандартов, 2001

Дополнительная литература к теме 3

  1. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. Пособие для вузов. М.: Логос, 2001, – 408 с.
  2. Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Общая метрология. М.: Изд-во стандартов, 2001.