Общая теория измерений: Рабочая программа учебной дисциплины

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет приборостроения и информационной техники Кафедра метрологии и систем качества

Экземпляр №___

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЙ Рабочая программа учебной дисциплины

Образовательная программа подготовки инженеров по направлению 200500 – Метрология, стандартизация и сертификация специальностям 200501 – Метрология и метрологическое обеспечение, 200503 – Стандартизация и сертификация

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

Предисловие 1 РАЗРАБОТАНА в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. Направление подготовки специалиста 653800 (200500) – Стандартизация, сертификация и метрология. Специальность 072000 (200503) – "Стандартизация и сертификация". Специальность 190800 (200501) – "Метрология и метрологическое обеспечение". Автор д.т.н., профессор

Г.П. Шлыков

2 РЕЦЕНЗЕНТ 3 СОГЛАСОВАНА: лектор дисциплины "Физические основы измерений" к.т.н., доцент П.П.Чураков лектор дисциплины "Введение в технологию эксперимента" ст. преподаватель М.В.Бержинская лектор дисциплины "Методы и средства измерений, испытаний и контроля (ч.1)" к.т.н., доцент К.В.Сафронова лектор дисциплины " Измерения электрических и магнитных величин" к.т.н., доцент К.В.Сафронова лектор дисциплины "Метрологический анализ" д.т.н., профессор Г.П.Шлыков лектор дисциплины "Метрология, стандартизация и сертификация (ч.1)" ст.преподаватель М.В.Бержинская лектор дисциплины "Теория и расчет измерительных преобразователей и приборов" лектор дисциплины "Прикладная метрология" ст.преподаватель М.В.Бержинская лектор дисциплины "Метрологическое обеспечение проектирования и производства" д.т.н., профессор А.А.Данилов 4 ВНЕСЕНА методической группой кафедры метрологии и систем качества Руководитель, к.т.н., доцент К.В. Сафронова 5 УТВЕРЖДЕНА на заседании кафедры метрологии и систем качества января 2007 г. протокол № А.А.Данилов И.о. заведующего кафедрой д.т.н., профессор 6 ВЗАМЕН РПД МСК 0.50-2001

2

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

Кафедра метрологии и систем качества Рабочая программа дисциплины ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ИЗМЕРЕНИЙ Дата введения – 2007-02-05

1 Область применения Настоящая рабочая программа устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности. Предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, и студентов специальностей 200501 – "Метрология и метрологическое обеспечение" и 200503 – "Стандартизация и сертификация", а также при подготовке бакалавров по направлению 200500 – "Метрология, стандартизация и сертификация". 2 Нормативные документы Настоящая программа разработана в соответствии со следующими документами: Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки специалиста 653800 (200500) – Стандартизация, сертификация и метрология. Специальность 072000 (200503) – Стандартизация и сертификация. Специальность 190800 (200501) –Метрология и метрологическое обеспечение (ОПД. Ф.08). Учебный план Пензенского государственного университета специальности 200503 – Стандартизация и сертификация, утвержденный 07.02.2005г. (ОПД.Ф.08). Учебный план Пензенского государственного университета специальности 200501 – Метрология и метрологическое обеспечение, утвержденный 07.02.2005г.(ОПД.Ф.08). Семестровые учебные планы на текущий учебный год (4 семестр) И151.30.03 – 2000 Рабочие программы учебных дисциплин. Порядок разработки и требования к содержанию. 3 Нормативная трудоемкость изучения дисциплины Трудоемкость дисциплины в часах, исходя из 17-недельного семестра (дробью: всего в семестре/в среднем в неделю): Трудоемкость общая 102/6 Аудиторная (по расписанию) 68/4 из них лекции 34/2 практические занятия 34/2 Самостоятельная работа студента Контроль: − на практических занятиях − экзамен

34/2

3

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

4 Цель и задачи дисциплины 4.1 Целью изучения дисциплины является освоение фундаментальных основ метрологии, развитие системного подхода к решению измерительных задач, подготовка к освоению прикладных дисциплин, посвященных методам и средствам измерений. 4.2 В результате изучения дисциплины студент должен: − иметь убеждение о решающей роли измерений в познании природы человеком; иметь представление о принципах построения уравнений процессов измерений различных физических величин; − знать международную систему единиц величин и основы теории размерностей; знать достигнутые в настоящее время характеристики точности воспроизведения величин, процедуры передачи единиц величин от эталонов к рабочим средствам измерений (поверочные схемы); − уметь строить математические модели объектов измерений; оценивать погрешности функций приближенных значений параметров; осуществлять суммирование составляющих погрешностей как детерминированных, так и случайных. 5 Место дисциплины в учебном процессе Дисциплина относится к циклу общепрофессиональных дисциплин для двух специальностей (200501 и 200503), а также при подготовке бакалавров (200500). Изучение данной дисциплины базируется на разделах дисциплин: "Физика", "Математика". Ей предшествуют дисциплины "Введение в технологию эксперимента" и "Физические основы измерений". Основные положения данной дисциплины должны быть использованы при изучении дисциплин "Метрология, стандартизация и сертификация (ч.1)", "Методы и средства измерений, испытаний и контроля ", "Измерения электрических и магнитных величин", "Метрологический анализ", "Прикладная метрология"(200501), "Метрологическое обеспечение проектирования и производства"(200501) и "Теория и расчет измерительных преобразователей и приборов"(200501).

4

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

6 Сводные данные об основных разделах дисциплины Название раздела (по 7.1)

Количество часов занятий аудиторных самостоя Уровни лекционных практиче- тельных изучения занятий ских занятий 2 А2, Б1, В1 4 2 4 Б, В1 8 8 8 А2, Б1, В1 2 2 6 Б, В1 2 2 4 Б, В1 6 8 12 Б, В1

Введение 1 Измерение как процесс познания 2 Уравнения процессов измерений 3 Единицы величин 4 Обеспечение единства измерений 5 Объекты измерений и их математические модели 6 Математические операции, приме6 8 11 А2, Б1, В1 няемые для обеспечения достоверности результатов 7 Характеристики погрешностей 4 4 6 Б2, В2 Всего 34 34 51 П р и м е ч а н и е - Уровни изучения: иметь представление (А), для изучения последующих дисциплин (Б), для профессиональной деятельности (В), рассматривается впервые (1), углубленное изучение ранее рассмотренного материала (2).

7 Лекции 7.1 Разделы и их содержание Введение Теория измерений – фундамент метрологических дисциплин. Обеспечение единства измерений – задача научная, техническая, организационная и законодательная. 1 Измерение как процесс познания От действительности к абстракции через шкалы. Соотношения состояний (значений) при построении шкал. Шкалы наименований, порядковые, интервальные, шкалы отношений, натуральные шкалы. Измерение как процесс уменьшения неопределенности (по Новицкому-Шеннону). 2 Уравнения процессов измерений Уравнение измерения. Основные операции процесса измерения. Разновидности уравнений процессов измерений по критерию вида сравнения. Явное и косвенное воспроизведение единицы физической величины и операции сравнения. Примеры построения математических моделей процессов измерений (уравнений и структур). 3 Единицы величин Эволюция развития международных систем и стандартов на единицы величин. Основные и дополнительные величины, относительные величины. Основы теории размерностей. 5

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

4 Обеспечение единства измерений Использование стабильных физических эффектов и физических констант для воспроизведения единиц величин. Технология воспроизведения, поддержания и передачи единиц величин. Характеристики эталонов (неисключенная систематическая погрешность, случайная погрешность, характеристика стабильности во времени и т.д.). 5 Объекты измерений и их математические модели (ошибки моделей) Модели скалярных и векторных детерминированных величин. Случайные величины и их характеристики. Случайные процессы и их величина. Сигналы детерминированные и случайные. Сведения об измерении полей. Ошибки модели. 6 Математические операции, применяемые для оценивания достоверности результатов измерений Математические функциональные и метрологические модели (общие понятия). Уравнения связи, отражающие связь между величинами. Оценивание погрешностей функций приближенных значений параметров через частные производные. 7 Характеристики погрешностей Характеристики погрешностей как случайных величин и как случайных процессов.Суммирование коррелированных и некоррелированных составляющих погрешностей. Композиции законов распределения. Оценивание статистических моментов многократных измерений. Учет нестационарности. 7.2 Форма проведения занятий Традиционная с применением плакатов или показом слайдов. Часть графических и текстовых материалов предоставляется студентам на электронных носителях. Отдельные темы выносится на самостоятельную работу. Форма отчетности – конспект по заданной теме. 7.3 Материально-техническое обеспечение Пакет плакатов, содержащих примеры моделей, таблицы из стандарта на единицы величин, графическое представление сигналов и др. 8 Практические занятия 8.1 Основные темы − Анализ шкал на предмет использования соотношение состояний. − Построение модели процесса измерения физических величин при явном виде воспроизведения единицы измеряемой величины. − Построение модели процесса измерения физических величин при неявном виде операции сравнения. − Построение модели процесса измерения физической величины при косвенном воспроизведении единицы измеряемой величины. 6

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

− Анализ размерностей процесса измерения при неявном виде воспроизведения единицы величины. − Передача единицы величины от эталона к рабочему средству измерений. Примеры построения поверочных схем. − Модели скалярных и векторных детерминированных физических величин. Возможные ошибки модели. − Модели случайных величин. Методы оценивания числовых и интегральных характеристик. − Оценивание погрешностей функций приближенных значений параметров (аргументов) методам частных производных. − Оценивание погрешностей простейших математических операций через погрешности элементарных (арифметических) действий. − Суммирование составляющих погрешности. Композиция законов распределения. − Вычисление количества информации через разность энтропий до опыта (априори) и после опыта (апостериори). 8.2 Форма проведения занятий Самостоятельное решение задач, коллективное обсуждение результатов. 8.3 Информационное обеспечение занятий Плакаты, видов типовых сигналов, таблицы функций для расчетов. Таблицы основных производных и т.д. Справочники. 9 Лабораторные занятия Не предусмотрены 10 Семинарские занятия Не предусмотрены 11 Другие виды аудиторных занятий Не предусмотрены 12 Курсовой проект Не предусмотрен 13 Самостоятельная работа студента (дома и в библиотеке) Для подготовки самостоятельного изучения отдельных тем для студента предоставляется возможность работать как в университетской библиотеке, так и в кабинете проектирования и стандартизации кафедры, а также получать электронные и бумажные (ксерокопии) копии методических материалов, перечень которых проведен в разделе 15. 14 Рекомендуемая литература (с указанием количества экземпляров в библиотеке университета и на кафедре) 1 Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. – М.: Изд-во стандартов, 1985. ( / ) 2 Кузнецов В.А. Ялунина Г.В. Метрология (теоретические, прикладные и законодательные основы): Учеб. пособие. – М.: ИПК изд-во стандартов, 1998. ( / ) 7

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

3 Сергеев А.Г. Крохин В.В. Метрология: Учеб. пособие для вузов. – М,: Логос, 2000. ( / ) 4 Шлыков Г.П. Погрешности средств измерений и их экспериментальное определение. Вводный курс. Конспект лекций для студентов направления 552200 "Метрология, стандартизация и сертификация". – Пенза ПГУ, издание кафедры "Метрология и системы качества", 1998. ( / ) 5 Назаров Н.Г. Метрология. Основные понятия и математические модели. – М.: Высш. шк., 2002. ( / ) 6 Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. – Л.: Энергия, 1968. ( / ) 7 Маркин Н.С., Ершов В.С. Метрология. Введение в специальность. – М.: Изд-во стандартов, 1991. ( / ) 8 Маркин Н.С. Практикум по метрологии: Учебное пособие. – М.: Изд-во стандартов, 1994. ( / ) 9 Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. ( / ) 10 Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. – М.: Наука, 1988. ( / ) 11 Пиотровский Я. Теория измерений для инженеров / Пер. с польск. – М.: Мир, 1989. ( / ) 12 Тойберт П. Оценка точности результатов измерений / Пер с нем. – М.: Энергоатомиздат, 1988. ( / ) 13 ГОСТ Р 8.000-2000 ГСИ. Основные положения( / ) 14 ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин( / ) 15 ГОСТ Р ИСО 5725-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов. Части 1-6. ( / ) 16 РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. ( / ) 17 ISO 10012:2003 Системы менеджмента измерений. Требования к измерительным процессам и измерительному оборудованию. ( / ) 15 Методические материалы Кафедральные издания: 1 Шлыков Г.П. Суммирование погрешностей: Лекция – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2003. (Серия "Метрология", Вып.3); 2 Шлыков Г.П. Оценивание погрешностей функций приближенных значений параметров: Лекция – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2003. (Серия "Метрология", Вып.4); 3 Шлыков Г.П. Измерение. От действительности к абстракции через шкалы: Лекция – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2003. (Серия "Метрология", Вып.5); 4 Голубинский Ю.М. Системы единиц величин. Система СИ и размерности: Лекция – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2004. (Серия "Метрология", Вып.7); 5 А.Фоик, Я.Яворский, Р.Моровский, Я.Оледский, А.Урбан Теория измерений. Чему и как учить: Сборник докладов (Перевод с англ. / Под ред. Г.П.Шлыкова) – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2004. (Серия "Метрология", Вып.8); 6 Сафронова К.В. Эталоны: Учебное пособие – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2006. (Серия "Метрология", Вып.10); 8

РПД МСК 200500.ОПД.Ф.08-2007

7 Шлыков Г.П. Уравнения процессов измерений: Лекция – Пенза: ПГУ, каф. МСК, 2006. (Серия "Метрология", Вып.11); 16 Сведения о переутверждении программы на очередной учебный год и регистрация изменений Учебный год 2006-2007 (Весна)

Учебные группы 05-ПС, ПЦ

Решение кафедры (дата, номер протокола)

Фамилия и инициалы Номер лектора и изменения, дата подпись Г.П.Шлыков

-

Примечания 1 При переутверждении с внесением изменений при необходимости программа (или только изменения) согласовываются с лекторами дисциплин указанных в предисловии. 2 Изменения оформляются в виде приложения к настоящей программе и подписываются автором, а также согласующими сторонами.

9