Методические рекомендации и указания по изучению дисциплины Физические основы получения информации для студентов специальностей: 050603 «Механика»


Скачать 156.13 Kb.
НазваниеМетодические рекомендации и указания по изучению дисциплины Физические основы получения информации для студентов специальностей: 050603 «Механика»
Дата публикации24.05.2014
Размер156.13 Kb.
ТипМетодические рекомендации
referatdb.ru > Физика > Методические рекомендации

Титульный лист методических рекомендаций и указаний; методических рекомендаций; методических указаний






Форма

Ф СО ПГУ 7.18.3/40


Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра физики и приборостроения
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И УКАЗАНИЯ
по изучению дисциплины
Физические основы получения информации
для студентов специальностей: 050603 - «Механика», 5В060400 - «Физика»

Павлодар

Лист утверждения методических рекомендаций и указаний; методических рекомендаций; методических указаний






Форма

Ф СО ПГУ 7.18.3/41




УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

________Пфейфер Н.Э.

«___»_________20 г.


Составитель: _______________к.ф.-м.н., доцент Игонин С.И.
Кафедра физики и приборостроения
^ Методические рекомендации и указания

по изучению дисциплины
Физические основы получения информации
для студентов специальностей: 050603 - «Механика», 5В060400 - «Физика»

Рекомендована на заседании кафедры от « » 20 г.
Протокол №__ .

Заведующий кафедрой _____________ Биболов Ш.К.

Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и

информационных технологий « » 20 г.
Протокол № ___ .

Председатель УМС ___________________ Муканова Ж. Г.

ОДОБРЕНО

Начальник ОПиМОУП____________А.А. Варакута «___» ____ 20 г.
Одобрена учебно-методическим советом университета

«___»_________20 г. Протокол №__
Аннотация
Данная дисциплина включает изучение физических основ измерительных преобразований, на которых строятся методы и средства измерения физических величин, а также следующие разделы: измерительное преобразование как основа методов и средств измерения физических величин; физические основы измерительных преобразований в низкочастотных электромагнитных, радиоволновых, акустических, тепловых, оптических полях и полях ионизирующих излучений.

^ Основные темы занятий
1. Общие сведения о первичных измерительных преобразователях.

Основные свойства и характеристики.

Первичные ИП: элементная база информационно-измерительной техники. Примеры ИП, применяемых в различных областях. Понятие измерительного преобразователя, датчика. Представление ИП в виде многополюсника. Входные и выходные сигналы. Классификация ИП по различным признакам.

Основные направления развития ИП и требования, предъявляемые к ним. Статические свойства и характеристики ИП. Уравнение (функция) преобразования. Чувствительность и порог чувствительности. Погрешности ИП в статическом режиме, причины их возникновения. Нормирование погрешностей.

Динамические свойства и характеристики ИП. Динамический режим работы, его особенности. Дифференциальное уравнение преобразования ИП. Определение основных характеристик: передаточной функции, комплексной чувствительности, частотных характеристик, переходных характе-ристик. Классификация ИП по динамическим свойствам. Метод аналогий для составления дифференциальных уравнений ИП. Понятие об обобщен-ных параметрах ИП. Составление дифференциальных уравнений в общем виде для колебательных ИП, определение из него динамических характеристик, их анализ.

Измерительные цепи генераторных и параметрических ИП. Условия согласования с нагрузкой. Условия обеспечения линейности выходных ха-рактеристик схем с измерительными преобразователями. Уменьшение по-грешностей от влияния паразитных сопротивлений и помех в измерительных цепях.
^ Методические указания

Первый раздел включает общие сведения о первичных ИП, терминологию, определения. А также свойства и характеристики в статическом и динамическом режимах работы и анализ измерительных схем включения ИП. Необходимо уметь объяснить разницу в работе ИП в статическом и ди-намическом режимах. При изучении классификации измерительных преобразователей уметь пояснить конкретными примерами каждый классификационный признак.

^ Вопросы для самопроверки
1. Дать определение измерительному преобразователю, датчику. Примеры.

2. Изобразить ИП в виде многополюсника и поясните, что такое входной сигнал, измеряемая величина, выходной сигнал, естественная входная величина, естественная выходная величина.

3. Перечислить основные классификационные признаки и подробно проанализируйте каждый из них с примерами.

4. Какие основные требования предъявляются к измерительным пре-образователям?

5. Функция преобразования ИП в статике (реальная и номинальная).

Коэффициент преобразования.

6. Чувствительность и порог чувствительности в статике. Способы выражения чувствительности.

7. Классификация погрешностей в статическом режиме, причины воз-никновения погрешностей.

8. Объяснить сущность работы ИП в динамическом режиме. Диффе-ренциальное уравнение преобразования и определение из него основных динамических характеристик в общем виде).

9. Объяснить сущность метода аналогии для составления дифференциальных уравнений ИП, работающих в динамике.

10. Записать дифференциальное уравнение ИП в общем виде и определить из него передаточную функцию, комплексную чувствительность, АЧХ и ФЧХ.

11. Измерительные цепи включения генераторных ИП. Условие согла-сования их с нагрузкой.

12. Измерительные цепи включения параметрических ИП. Условие со-гласования их с нагрузкой, условие для линеаризации выходных характери-стик схем с ИП.

13. Что такое унификация ИП?

14. Нарисовать структурные схемы включения ИП. Приведите их функции преобразования. Дать подробную характеристику каждой схеме.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3], [8, 9, 10].
^ 2. Электромагнитные измерительные преобразователи.

Общие принципы построения электромагнитных ИП. Физические законы и явления, положенные в основу ИП. Общие конструктивные элементы электромагнитных датчиков.

^ Индуктивные ИП. Принцип действия разновидности конструкций, дифференциальные ИП. Рекомендации по выбору основных параметров. Свойства и характеристики. Схемы включения. Погрешности. Достоинства, недостатки. Применение.

^ Трансформаторные ИП. Принцип действия, функции преобразования.

Разновидности конструкций одинарных и дифференциальных. Особенности.

Магнитоупругие и магнитоанизатропные ИП.

Принцип действия. Конструктивные варианты. Основные характеристики:

чувствительность, точность, линейность, способы их улучшения. Область применения.

^ Индукционные ИП. Принцип действия, функции преобразования. Конструктивные варианты. Основные характеристики и способы их улучшения. Применение.

Вихретоковые ИП. Принцип действия, разновидности. Влияние ряда факторов на свойства ИП и методы отстройки от влияния мешающих факторов. Применение.
^ Методические указания

При изучении электромагнитных ИП необходимо обращать внимание на физические основы ИП, четко представлять, какой закон или явление используются и как они реализуются в конкретных конструкциях. Необходимо знать: принцип действия и конструктивные варианты построения ИП. Основные элементы конструкций ИП, требования к материалам. Дифференциальное построение ИП и его преимущество перед одинарным, функции преобразования всех видов ИП. Основные метрологические характеристики и способы их улучшения. Измерительные схемы включения. Достоинства и недостатки ИП. Область применения. Все перечисленное справедливо и для других видов ИП, которые будут изучаться в последующих темах.

^ Вопросы для самопроверки

1. На каком физическом явлении основан принцип действия каждой из пяти групп электромагнитных ИП?

2. Какие конструктивные элементы могут входить в конструкцию электромагнитных датчиков?

3. Требования, предъявляемые к материалам магнитопроводов, постоянных магни-тов?

4. Конструктивные варианты построения ИП каждой группы.

5. Преимущества дифференциальных электромагнитных ИП перед одинарными.

6. Какие ИП относятся к группе генераторных, параметрических, и почему?

7. Как выбрать для индуктивных, трансформаторных, магнитоупругих ИП число витков, напряжение питания, частоту питающего напряжения?

8. В каких режимах (статическом, динамическом) могут работать различные группы электромагнитных ИП?

9. Измерительные схемы включения датчиков индуктивного типа.

10. Какие факторы вызывают появление погрешностей в преобразователях электро-магнитной группы?
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3], [8, 12].
^ 3. Резистивные измерительные преобразователи

Тензорезисторы. Принцип действия. Металлические и полупроводниковые тензорезисторы, их характеристики. Особенности градуировки. Погрешности. Схемы включения. Область применения.

^ Реостатные ИП. Разновидности ИП (линейные, дискретные, функциональ-ные). Требования к элементам конструкций. Погрешность, схемы включения. Область применения. Преобразователи контактного сопротивления. Схемы включения резистивных ИП.
^ Методические указания

При изучении ИП резистивного типа, все виды которых относятся к пара-метрическим ИП, необходимо знать требования, предъявляемые к материалам конструктивных элементов, влияние внешних факторов на их свойства и пути уменьшения этого влияния.

Изучение схемы включения тензорезисторов и реостатных ИП, необходимо обращать внимание на схемные способы уменьшения погрешностей и увеличение чувствительности. А также на способы улучшения линейности, характеристик и согласование ИП с нагрузкой.

^ Вопросы для самопроверки

1. Какие неэлектрические величины можно измерять с помощью преобра-зователей резистивной группы?

2. Дать характеристику металлическим тензорезисторам всех разновидностей и объяснить разницу между дискретными и интегральными полупроводниковыми тензорезисторами.

3. Составляющие погрешности при использовании тензопреобразователей?

4. Как влияет температура на свойства рабочего тензорезистора и каким образом можно уменьшить температурную погрешность?

5. Охарактеризовать виды реостатных ИП.

6. Чем определяется погрешность дискретности реостатных ИП?

7. Какие измерительные схемы используются для включения реостатных ИП?

8. Какая схема включения реостатных ИП и при каких условиях обеспечит наилучшую линейность выходной характеристики?
Рекомендуемая литература: [1,2, 3], [8].
^ 4. Электростатические измерительные преобразователи.

Емкостные ИП. Принцип действия, разновидности. Основные характерис-тики. Измерительные схемы включения. Достоинства и недостатки. Область применения.

^ Пьезоэлектрические ИП. Прямой и обратный пьезоэффект. Пьезоэлектрики и их свойства. Применение пьезоэлектриков в датчиках неэлектрических величин. Анализ эквивалентной схемы замещения пьезоэлектрических ИП. Составление дифференциального уравнения и определение из него комплексной чувствитель-ности и частотных характеристик. Погрешности ИП. Область применения.
^ Методические указания

При изучении емкостных ИП необходимо обратить внимание на выбор таких параметров как начальный зазор между электродами, напряжения питания, частоты питающего напряжения. А также на особенности измерительных схем включения.

Анализируя особенности пьезоэлектрических ИП, необходимо обратить внимание в динамическом режиме. Поэтому особенно важно уметь определять частотные характеристики и делать выводы о том, какие параметры и как ограни-чивают верхний и нижний пределы частотного диапазона.
^ Вопросы для самопроверки

1. С какими конструктивными параметрами емкостного преобразователя может быть функционально связана неэлектрическая величина?

2. Какие неэлектрические величины измеряются с помощью емкостных ИП?

3. Чем ограничивается значение минимального зазора между электродами емкостного ИП?

4. Из каких соображений выбирается частота питающего напряжения схемы с емкостным ИП?

5. Какова особенность измерительной схемы включения емкостного ИП?

6. Почему пьезоэлектрические ИП непосредственно работают только в динамическом режиме?

7. Какие материалы применяются для изготовления пьезопластин в ИП?

8. Какими параметрами определяются нижняя и верхняя границы частотного диапазона пьезоэлектрических ИП?

9. Причины, определяющие возникновение погрешностей пьезоэлектрических ИП.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3], [8].
^ 5. Тепловые измерительные преобразователи

Терморезисторы. Принцип действия. Уравнение теплового баланса. Возможность использования терморезисторов для измерения различных неэлек-трических величин, определенным образом влияющих на условия теплового обмена.

Режимы работы терморезисторов. Металлические и полупроводниковые терморезисторы, их свойства. Использование терморезисторов в термометрах, термоанемометрах, датчиках перемещения и т.д.

^ Термоэлектрические ИП. Принцип действия, разновидности используемых термопар. Особенности работы с термопарами: введение поправки на темпера-туру свободных концов. Погрешности и способы их уменьшения. Применение.
^ Методические указания

При изучении терморезисторов необходимо уметь проанализировать уравнение теплового баланса, знать, какие факторы (неэлектрические параметры) влияют на условие теплового обмена ИП с окружающей средой. А в каждом конкретном случае применения терморезистора представлять какой вид теплооб-мена является полезным и какие виды теплообмена вызывают погрешности. Как уменьшить эти погрешности. Знать требования, предъявляемые к материалам терморезисторов. Достоинства и недостатки металлических и полупроводниковых терморезисторов. Измерительные схемы включения и режимы работы (режим заданного тока и режим заданного сопротивления).

При изучении термоэлектрических ИП обратить внимание на тепловые эффекты, имеющие место в термопарах (Зеебека, Томпсона, Пельтье). Знать виды термо-пар, применяемых в различных диапазонах температур. Уметь ввести поправку на отличную от нуля температуру свободных концов. Знать, какие факторы вызывают погрешности и как эти погрешности уменьшить.
Вопросы для самопроверки

1. Записать и объяснить уравнение теплового баланса.

2. Сравнить свойства металлических и полупроводниковых терморезисторов.

3. Что такое позисторы и чем они отличаются от термисторов.

4. Какие требования предъявляются к терморезисторам, применяемым в термометрах, термоанемометрах, датчиках перемещения, газоанализаторах?

5. Как можно скомпенсировать погрешность от изменения температуры свободных концов термоэлектрических ИП?

6. Какие требования предъявляются к материалам для изготовления терморезисторов, термопар?

7. Записать функции преобразования металлических и полупроводниковых терморезисторов. Оцените вид этих характеристик.

8. Какие тепловые преобразователи можно рекомендовать для измерения низких температур (до – 200 °С) и высоких температур (тысячи градусов)?

9. Схемы включения терморезисторов.
Рекомендуемая литература: [1, 2, 3], [11].
^ 6. Электрохимические измерительные преобразователи (ЭХП)

Основные свойства электролитической ячейки. Явлений и законы элек-трохимии, используемые для построения измерительных преобразователей. Классификация и область применения.

^ Кондуктометрические (электролитические) ИП.

Гальванические преобразователи (рН-метры).

Полярографические ИП.

Кулонометрические ИП.

Электрокинетические ИП.

Принцип действия этих преобразователей, особенности их построения. Материалы конструктивных элементов. Влияние внешних факторов и способы уменьшения погрешностей. Области применения.
^ Методические указания

Для изучения принципа действия ЭХП необходимо иметь четкое пред-ставление о теоретических основах электролитической ячейки, в частности, об явлениях диссоциации, поляризации, электролиза, электрокинетического потенциала, законе Фарадея. При изучении каждого отдельного вида ЭХП обратить внимание на конструктивные особенности, требования, предъявляемые к измерительной цепи, на причины возникновения погрешностей ЭХП и пути их уменьшения. Знать области применения ЭХП.

^ Вопросы для самопроверки

1. Дайте определения электрохимическим явлениям и процессам, протека-ющим в электролитической ячейке при разных условиях ее работы.

2. Какие существуют разновидности кондуктометрических ИП, чем они характеризуются?

3. Способы компенсации температурной погрешности в ЭХП.

4. Почему в схемах в кондуктометрическими ИП используется источник переменного напряжения?

5. Как образуется гальваническая цепь в рН-метрах, для чего они предназначены?

6. Нарисовать схему включения полярографического ИП, какие электроды могут примениться в них и какова их особенность?

7. Чем вызваны скачки тока на вольтамперной характеристике полярографа и как по виду полярограммы провести качественный и количественный анализ растворов?

8. Что такое электрокинетический потенциал?

9. Как устроены электрокинетические ИП, их разновидности?

10. Требования, предъявляемые к «рабочей паре» электрокинетических ИП.

11. Как работают кулонометрические ИП и для измерения каких величин могут быть использованы?

12. Какие виды ЭХП относятся к генераторным, а какие к параметрическим ИП?

Рекомендуемая литература: [1, 2], [8].
^ 7. Измерительные преобразователи оптического и радиоактивного

излучения

Преобразователи оптического излучения. Характеристики оптического излучения. Источники оптического излучения, разновидности, свойства, характеристики.

Приемники оптического излучения (интегральные и селективные).

Виды приемников: тепловые, пироэлектрические, фотоэлектрические. Их ха-рактеристики, свойства, принцип действия. Структурные схемы датчиков опти-ческого излучения (одноканальные, двухканальные). Применение оптических датчиков для измерения неэлектрических величин.
^ Преобразователи радиоактивного излучения (ионизационные ИП).

Источники радиоактивного излучения, их свойства, характеристики, конструк-тивные особенности.

Приемники радиоактивного излучения (ионизационные камеры, газоразряд-ные и сцинтилляционные счетчики). Принцип действия, особенности. Соблюде-ние правил техники безопасности при работе с радиоактивными ИП. Область применения.
^ Методические указания

Рассматривая преобразователи излучения, необходимо, прежде всего изучить физическую природу каждого вида излучения. Знать, какими параметрами ха-рактеризуется излучение данного вида.

Затем отдельно изучить источники излучения, их конструктивные осо-бенности, их свойства и характеристики и возможности в плане применения в датчиках. Также внимательно познакомиться с приемниками излучения разных видов, обращая внимание на их метрологические характеристики, конструктивное исполнение, возможности использования в датчиках.

Обратить внимание на структурные схемы построения датчиков и применение их для измерения различных неэлектрических величин.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислить и дать определения основным параметрам, характеризующим оптическое излучение.

2. Дать характеристику источникам оптического излучения.

3. Объяснить принцип действия интегральных приемников оптического излучения (тепловых, пироэлектрических).

4. Какие разновидности фотоэлектрических приемников оптического излучения используются в датчиках?

5. Какими характеристиками определяются свойства фотоэлектрических приемников?

6. Что такое оптрон? Привести примеры датчиков с использованием оптронов.

7. Почему двухканальная структура оптических датчиков обладает лучшими свойствами по сравнению с одноканальной структурой?

8. Нарисовать структурную схему датчика радиоактивного излучения, объяснить возможности применения датчиков.

9. Какие виды источников радиоактивного излучения используются в датчиках?

10. Какие погрешности возникают в приемных ионизационных камерах?

11. Что называется эффективностью счетчиков радиоактивного излучения?

12. В чем сущность принципа действия сцинтилляционного счетчика?
Рекомендуемая литература: [1, 2], [8].

Список литературы
Основная:

1. Келим Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. –М.:Высшая школа, 2004.-325 с.

2. Клаассен К.Б. Основы теории измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. –М.:Постмаркет, 2002.-352 с.

3. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических

величин. (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. - Л.:

Энергоатомиздат., 2003. - 320 с.

4. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы.– Киев, Вища

школа, 1993. – 552 с.

5. Зверев А.Е., Максимов В.П., Мясников В.А. Преобразователи угловых

перемещений в цифровой код. – Л.: Энергия, 1994. – 184 с.

Дополнительная:

6. Фотоэлектрические преобразователи информации/ Л.Н. Преснухин, В.Ф.

Шаньгин, С.А. Майоров, И.В. Меськин. – М.: Машиностроение, 1974. –

376с.

7. Прецизионные частотные преобразователи автоматизированных систем

контроля и управления / В.Б. Кудрявцев, А.П. Лысенко, Н.Т. Милохин, Н.М.

Тищенко. – М.: Энергия, 1974. – 336 с.

8. Шушков Е.И., Цодиков М.Б. Многоканальные аналого-цифровые

преобразователи. – Л.: Энергия, 1975.– 160 с.

9. Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых

вычислительных устройств. – 3-е изд. – М.: Энергия, 1975. – 448 с.

10. Электромеханические преобразователи угла с электрической редукцией /

Под ред. А.А. Ахметжанова. – М.: Энергия, 1978. – 224 с.

11. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. – М.: Энергия,1978. – 248 с.

12. Проектирование датчиков для измерения механических величин /

Е.П. Осадчий, А.И. Тихонов, В.И. Карпов и др. – М.: Машиностроение,

1979. – 480 с.

13. Бахтиаров Г.Д., Малинин В.В., Школин В.П. Аналого-цифровые

преобразователи / Под ред. Г.Д. Бахтиарова. – М.: Советское радио, 1960. –

280 с.

Похожие рефераты:

Методические рекомендации к изучению дисциплины: «C татистическая...
Методические рекомендации к изучению дисциплины: «Cтатистическая физика и термодинамика»
Методические рекомендации и указания по изучению дисциплины Механика...
Титульный лист методических рекомендаций и указаний, методических рекомендаций, методических указаний
Методические рекомендации и указания по изучению дисциплины Методы...
...
Методические рекомендации и указания к изучению дисциплины «Основы технологии цемента»
Тема 2 Исходные материалы для производства портландцемента, их химический состав и физические свойства
Методические указания к практическим занятиям дисциплины Специальная...
Одобрено учебно методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий
Методические рекомендации Форма ф со пгу 18. 3/40 Министерство образования...
Методические рекомендации и указания по изучению дисциплины Технико-экономические основы производства для студентов специальности...
Методические рекомендации к изучению дисциплины Общее языкознание...
Методические рекомендации к изучению темы: Древнегреческая лингвистическая традиция
Методические указания для студентов неюридических специальностей...
Приведены методические рекомендации по изучению дисциплины «Основы права и права человека», представлена тематика лекций и семинарских...
Методические указания по дисциплине «Строительная механика»
Контрольные работы и методические указания составлены в соответствии с учебными программами дисциплин «Строительная механика для...
Методические рекомендации по изучению дисциплины «защита информации в компьютерных ситемах»
Методические рекомендации по изучению дисциплины «Защита информации в компьютерных системах» для студентов специальности 5В050700...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза