Дистанционный курс "Метрология и измерения"

1. Предисловие
2. Место и роль дисциплины в учебном процессе
3. Основные задачи и структура дисциплины
4. Информация об обучающей системе5. Методические указания по самостоятельному изучению курса

1. Предисловие

Коллектив кафедры информационно-измерительной техники национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт» на протяжении многих лет занимается фундаментальными исследованиями в области метрологии.

Эта работа постоянно находит внедрение в виде учебников и учебных пособий (П. П. Орнатский “Теоретические основы информационно-измерительной техники”, П. П. Орнатський “Вступ до методології науки про вимірювання”; В. Д. Ціделко, Н. А. Яремчук «Невизначеність вимірювання»), терминологических стандартов Украины ДСТУ 2681-94. “Метрологія. Терміни та визначення”, ДСТУ 3540-97. “Електронні засоби вимірювальної техніки для електричних та магнитних величин. Терміни та визначення”, многочисленных публикациях и докладах на отечественных и международных конференциях и симпозиумах.

Этот опыт позволяет достаточно квалифицированно представить базу знаний в предметной области, которая является основой обучения. Следует отметить, что дисциплина “Основы метрологии” входит в программу фундаментальной подготовки практически каждой технической специальности. Поэтому разработанное квалифицированными специалистами методическое обеспечение может быть эффективно использовано при подготовке инженеров многих специальностей.

Достаточно большой объем материала, представленный в методических разработках, позволяет сформировать ряд узконаправленных дисциплин исходя из требований образовательной и квалификационной характеристики и программы профессионально-образовательной подготовки. Характерной особенностью измерений является то, что эта процедура реализуется экспериментально. Поэтому практически все учебные программы дисциплины “Метрология и измерения” включают лабораторные работы. В связи с этим нерационально с точки зрения финансирования обучения в университете иметь много лабораторий по метрологии, каждая из которых будет мало загружена и слабо оснащена. Кроме этого, эволюция и стоимость лабораторного оборудования делает невозможным обеспечение полной установки обновленных инструментальных средств для каждого студента.

Лабораторное оборудование в виртуальном исполнении частично может представлять собой тренажеры, модели. Не предполагается, что модели будут заменять реальные инструменты (средства измерений), однако они могут служить студентам могучим вспомогательным дидактическим инструментальным средством, чтобы помочь им познакомиться со средствами измерительной техники и средствами управления ими с использованием, как в классе, так и отдаленно (дистанционно). Реальные измерения физических свойств являются обязательными, чтобы обеспечить детальную подготовку студентов и чтобы они лучше разбирались в процедурах измерения и в средствах измерения. Наличие доступа к отдаленным территориальным сетям с инструментальным оборудованием, соединенным через вычислительную сеть, является интересным решением для ограничения расходов на подготовку (обучение) без ущемления образовательных возможностей.

Следует отдельно отметить особенности методической проработки материалов дистанционного курса.

В настоящее время руководство ISO по представлению результата измерения (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. International Organization for Standardization. 1993, ISBN 92- 67- 10188 - 9) является ключевым документом, которым пользуются Национальные институты метрологии и измерительной техники и калибровочные лаборатории почти всех стран мира. Поэтому в курсе “Основы метрологии и измерительной техники” представление результата измерения производится в соответствии с этим документом (хотя в учебниках по метрологии еще сохранился прежний подход). Это относится к лекционному материалу в части представления результата измерения и к практическим и лабораторным занятиям в части обработки результатов измерения, составления бюджета неопределенности и представления окончательного результата.

Особенностью представления результата с использованием неопределенности является то, что погрешности измерения не делят на систематические и случайные, а представляют результат только с указанием итоговой неопределенности, которая может быть выражена или в виде среднего квадратического отклонения или в виде границ интервала, симметричного относительно результата измерения. Такое представление характеристик неточности результата диктует определенные правила обработки результатов измерения. Систематическую погрешность исключают и при этом учитывают только неисключенную систематическую погрешность (погрешность поправки), которую представляют так же, как и случайную погрешность и, в свою очередь, объединяют со случайной.

При подходе к измерению с точки зрения потребителя руководство ISO упрощает форму представления результата измерения. Однако при обработке данных при измерениях учитываются все составляющие неопределенности, которые представляют в виде бюджета неопределенности.

При анализе составляющих погрешности средств измерений (проектирование средств измерений), при разработке алгоритмов обработки результатов измерений (трансформация погрешностей) необходимо иметь более богатую информацию о характеристиках погрешности. Это связано, например, с коррекцией погрешностей, с использованием алгоритмов, повышающих точность измерения за счет адаптации к моделям погрешности и объекта измерения. В этих случаях сохранен подход с разделением погрешности на систематическую и случайную.

Разработчики курса:

Руководитель проекта д. т. н., проф. Циделко В. Д., заведующий кафедрой информационно измерительной техники;

к. т. н., проф. Яремчук Н. А., ст. викл. Бурченков Г. К., ст. викл. Затока С. А., ассист. Стасевич В. А., ассист. Шведова В. В.

В подготовке учебно-методических материалов большую помощь оказали студенты и инженеры кафедры: Нехаенко Ю., Дворжицкая М., Сарнавский А., Андерсен Е., Гончарук Г., Хицкая Н., Кобывник О., Шведова В.

Для художественного оформления лекционного материала использованы некоторые иллюстрации из книг С. А. Шабалина «Прикладная метрология в вопросах и ответах» М.: из-во стандартов, 1990 г. и В. Л. Владимирова «Беседы о метрологии» - М.: Изд-во стандартов, 1988 г.

2. Место и роль дисциплины в учебном процессе

Дисциплина «Метрология и измерения» входит в цикл профессиональной и практической подготовки для бакалавров направления 6.051001 «Метрология и измерительные технологии».

Программа дисциплины «Метрология и измерения» рассчитана на предварительную подготовку, полученную при изучении следующих дисциплин: «Высшая математика», «Физика», «Общая электротехника», «Математическая статистика», «Теория электрических сигналов и цепей».

Полученные при изучении дисциплины «Метрология и измерения» знания, умения и навыки используются в дальнейшем при изучении последующих дисциплин цикла профессиональной и практической подготовки: «Измерительные преобразователи», «Методы и средства измерений», «Измерительные приборы», «Измерительные системы» (рис. 1)

Учитывая специфику учебного плана (последующую глубокую подготовку в области измерительной техники) в дисциплине «Метрология и измерения» основное внимание уделяется изучению основ метрологии. Изучение основ измерительной техники ограничивается лабораторным практикумом, направленным на выработку начальных умений и навыков в использовании средств измерительной техники.

Рис. 1 - Связь дисциплины «Метрология и измерения» с другими дисциплинами учебного плана.

3. Основные задачи и структура дисциплины

Наше время можно с большим основанием назвать «веком информации», все возрастающий поток которой обрушивается на человека и на работе, и в быту. Объем этого потока значительно превосходит возможности человеческого мозга. Поэтому значительную часть информации обрабатывают компьютеры и дальнейшее развитие исследований и всевозможных работ невозможно без использования информационных технологий. Существенной частью этого информационного потока является измерительная информация, все больше сопровождающая многие виды человеческой деятельности. Можно уверенно говорить об индустрии измерений, на выполнение и обработку результатов которых затрачиваются огромные средства. Но не всегда эти средства расходуются рационально. Причиной этого в значительной мере является разделение труда, при котором одни специалисты и коллективы проектируют и разрабатывают измерительную аппаратуру, другие проводят измерения, третьи обрабатывают их и, наконец, четвертые используют результаты в практических целях. Это разделение естественное и свидетельствует о все большем проникновении измерений во все сферы человеческой деятельности. Поэтому единственным путем в сложившейся ситуации является наличие и знание установившихся понятий науки об измерениях – метрологии, подкрепленной государственной и международной метрологическими системами. В связи с этим дисциплина «Метрология и измерения» может быть разделена по основным подходам и направлениям на три следующих части.

1. «Метрология и измерения» для пользователей средств измерительной техники (СИТ) и специалистов, использующих в своей работе результаты измерений: в этой части средство измерительной техники рассматривается как готовое с нормируемыми метрологическими характеристиками ( без рассмотрения его структуры и расчета метрологических характеристик);

2. «Метрология и измерения» для разработчиков СИТ: сюда входит первая часть и часть дисциплины, дополняющая первую в отношении структур СИТ и способов оценивания их метрологических характеристик.

3. Основы метрологического обеспечения измерений и СИТ.

В свою очередь в каждой части выделяются следующие разделы (модули) (табл. 1).

Таблица 1. Структура дисциплины «Метрология и измерения»
Составные части дисциплины
Разделы (модули) дисциплины
1
    1.1. Основные понятия метрологии и измерительной техники.
    1.2. Модель погрешности измерения и погрешности средства измерения.
    Нормирование погрешности средства измерения и представление
    результата измерения.
    1.3. Методы повышения точности измерений.
    1.4. Обработка данных при прямых однократных и многократных измерениях.
    1.5. Обработка данных при однократных и многократных косвенных измерениях, совокупных и совместных измерениях.
2
    2.1. Анализ аналоговых измерительных преобразователей.
    2.2. Особенности формирования измерительной информации в цифровых
    средствах измерения.
    2.3. Способы нормирования и оценивания характеристик СИТ.
3
    3.1. Государственная метрологическая система Украины.
    3.2. Система воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров средствам измерительной техники.
    3.3. Система испытаний СИТ.


4. Информация об обучающей системе

4.1 Цели создания обучающей системы

Целью создания системы является выработка у студентов системного метрологического подхода к основным понятиям измерительной техники с учетом разделения процедуры измерения на основные измерительные операции, взаимной связи между методами измерения и структурами средств измерения для их реализации, особенностей анализа погрешностей и расчета неопределенности и основных характеристик средств измерительной техники.
Для реализации поставленной цели у студентов вырабатываются:
§ знания основных понятий метрологии и ее методологии;
§ знания основ измерительной техники, необходимых при проведении экспериментальных исследований и обработке результатов эксперимента;
§ знания основных методов повышения точности измерения;
§ знания основ теории погрешностей измерений и средств измерений;
§ знание способов представления результатов измерения с неопределенностью;
§ знание способов нормирования метрологических характеристик СИТ и способов их оценивания расчетным и экспериментальным путем;
§ знания основ метрологического обеспечения;
§ умения оценивать погрешности прямых и непрямых, однократных и многократных измерений с учетом представленных характеристик объекта, средств измерительной техники, условиями измерений и представлять результаты измерений с указанием неопределенности;
§ умения оценить характеристики суммарной погрешности средств измерительной техники по представленным характеристикам элементов и структурных блоков;
§ умения оценить динамическую погрешность по представленным динамическим характеристикам средств измерительной техники, характеристикам объекта;
§ умения оценить составляющие погрешности вычислительного компонента при непрямых измерениях;
§ навыки в представлении результатов измерений с учетом отечественных и зарубежных стандартов;
§ навыки в обработке результатов при прямых и непрямых однократных измерениях;
§ навыки в определении погрешностей средств измерительной техники на структурном уровне.

4.2 Область знаний и целевая аудитория дистанционного курса

Дистанционный курс предназначена для изучения основ метрологии и измерительной техники, выработки у обучающихся метрологического подхода, который основывается на понятиях метрологии, систематизированным по родовым группам, особенностям анализа погрешностей средств измерительной техники и процедуры измерения, способов представления результатов измерения, методов обработки результатов при прямых, косвенных, совместных и совокупных измерениях, метрологических характеристик средств измерительной техники, способов их нормирования и определения на основе экспериментальных исследований и теоретических расчетов, основ метрологического обеспечения.

Области знаний, положенные в основу системы – метрология, теория погрешностей измерений и средств измерительной техники, экспериментальная информатика.

Целевая аудитория - студенты младших курсов направления подготовки специальностей 6.051001 "Метрология и информационного измерительные технологии", студенты младших курсов технических специальностей, студенты старших курсов направления полготовки "Метрология и информационного измерительные технологии", студенты старших курсов технических специальностей, связанных с измерениями, специалисты в области измерительной техники, специалисты других направлений, связанные с разработкой и использованием средств измерительной техники.

Учебные курсы, где может использоваться дистанционный курс. Курс, включенный в учебный план бакалаврской подготовки по направлению подготовки специальностей 6.051001 "Метрология и информационного измерительные технологии", под названием “Метрологии и измерения”, аналогичные курсы, включенные в учебные планы других специальностей.

4.3 Состав и объем дистанционного курса

Состав и объем курса сформированы из расчета 104 часов лекций в двух семестрах (8 часов из этого количества часов отводятся на контроль хода учебного процесса – коллоквиумы, 34 часа практических занятий, 36 часов лабораторных работ). Кроме этого студенты выполняют курсовую работу

Состав обучающей системы приведен на рисунке 2.


Рис. 2. Состав обучающей системы по дисциплине «Метрология и измерения»

Блок 1. Программа курса.

В блоке 1 приведена программа курса в соответствии со структурой (табл.1).

Блок 2. Лекционный материал.

В блоке 2 приведен лекционный материал, представленный в виде электронной книги, объемом 48 лекций, В процессе изучения дисциплины студенты знакомятся с основными понятиями в области метрологии и измерительной техники. Основные понятия систематизированы в родовые группы: “физическая величина”, “измерение”, “процедура измерения”, “средства измерительной техники (СИТ)”, “методы измерений”, “погрешности измерений”. После этого изучается модель погрешности измерения, характеристики погрешности измерения и методы повышения точности измерения. Рассматриваются способы нормирования погрешностей СИТ (классы точности СИТ) и формы представления результата измерения с использованием современных международных стандартов. Затем студенты изучают способы обработки результатов измерений при прямых, косвенных, совокупных и совместных измерениях. После этого студенты переходят к изучению СИТ. В этот раздел входит изучение способов нормирования погрешностей измерительных преобразователей, структурный анализ преобразователей в статическом режиме, динамические характеристики преобразователей, использование динамических характеристик для оценивания параметров входного сигнала преобразователя, оценивание динамической погрешности преобразователей. Затем рассматриваются операции, связанные с получением результата измерения в средствах измерения (СИ): квантование, дискретизация, восстановление и погрешности, связанные с этими операциями. Затем изучается раздел, посвященный оцениванию суммарной погрешности СИ, исходя из погрешностей отдельных блоков. После этого рассматриваются показатели качества вычислительного компонента СИ и процедура оценивания составляющих его погрешности. Рассматриваются способы нормирования метрологических характеристик СИТ, способы их экспериментального определения и информационные характеристики СИ. Раздел “Основы метрологического обеспечения” посвящен изучению таких разделов метрологии как обеспечение единства измерений, система испытаний СИТ, поверка СИТ, эталоны, поверочные схемы. Рассматриваются вопросы сертификации промышленной продукции и использование СИТ при сертификации. В конце раздела Лекционный материал имеются 2 дополнительных блока: контрольные вопросы для четырех коллоквиумов (блок 5), контрольные задачи для коллоквиумов (блок 6), предназначенные для самостоятельной подготовки и самоконтроля обучающимися своих знаний. Темы лекций приведены ниже.
Л.1. Основные понятия: метрология, физическая величина, шкалы измерений.
Л.2. Основные понятия: измерение, виды измерений, средства измерительной техники.
Л.3. Основные понятия: методы измерений, погрешности измерений.
Л.4. Характеристики случайных погрешностей.
Л.5. Модель погрешности измерения. Классы точности средств измерительной техники.
Л.6. Представление результата измерения.
Л.7. Методы повышения точности измерений.
Л.8. Способы обнаружения систематических погрешностей.
Л.9. Прямые однократные измерения величин.
Л.10. Прямые многократные измерения величин. Обработка данных без группировки.
Л.11. Прямые многократные измерения величин. Обработка данных с группировкой.
Л.12. Объединение результатов нескольких групп измерений. Непараметрические и робастные методы обработки данных прямых многократных измерений.
Л.13. Систематические погрешности в косвенных измерениях
Л.14. Случайные погрешности в косвенных измерениях
Л.15. Оценивание распределения случайной составляющей погрешности при косвенном измерении.
Л.16. Оценивание доверительного интервала и границ суммарной погрешности косвенного измерения.
Л.17. Косвенные однократные измерения.
Л.18. Косвенные многократные измерения.
Л.19. Обработка данных косвенных многократных измерений при наличии корреляционных связей между аргументами.
Л.20. Обработка данных при совокупных и совместных измерениях (безызбыточных и избыточных).
Л.21. Аналоговые измерительные преобразователи. Основные понятия.
Л.22, Л.23. Структурный анализ аналоговых линейных измерительных преобразователей.
Л.24. Динамические характеристики измерительных преобразователей (линейных, аналоговых, с сосредоточенными параметрами).
Л.25. Примеры оценивания динамических характеристик измерительных преобразователей.
Л.26. Использование динамических характеристик для определения информативных параметров детерминированного сигнала на выходе измерительного преобразователя.
Л.27. Использование динамических характеристик для оценивания спектрально-корреляционных характеристик случайного сигнала на выходе измерительного преобразователя.
Л.28. Динамические погрешности линейных измерительных преобразователей.
Л.29. Основные особенности формирования измерительной информации в цифровых средствах измерения.
Л.30. Дискретизация сигнала. Представление дискретизированного сигнала во временной и частотной областях.
Л.31. Восстановление непрерывного сигнала из дискретизированного.
Л.32. Систематизация нормированных метрологических характеристик.
Л.33. Выбор комплекса нормируемых метрологических характеристик, способы их представления и определения.
Л.34. Методы нахождения суммарной погрешности средства измерения
Л.35. Методы вычисления суммарной погрешности средства измерения (систематическая и случайна составляющие).
Л.36. Методы вычисления суммарной погрешности средства измерения по погрешностям отдельных блоков (заданных в виде границ интервала)
Л.37. Характеристики качества вычислительного компонента средства измерения.
Л.38. Оценивание погрешности вычислительного компонента.
Л.39. Информационные характеристики средств измерений.
Л.40, Л.41. Государственная метрологическая система.
Л.42. Организационная основа государственной метрологической системы.
Л.43. Система воспроизведения единиц физических величин и передачи их размера средствам измерительной техники, поверочные схемы.
Л.44. Эталоны: виды эталонов, погрешности.
Л.45. Система государственных испытаний средств измерительной техники.
Л.46 Поверка средств измерительной техники.
Л.47. Методики выполнения измерений.
Л.48. Система сертификации Украины.

Все лекции снабжены контрольными тестами с автоматической проверкой в среде LearningSpace. Система оценивания ответа на вопрос теста дихотомическая: ответ правильный или неправильный. Количество баллов, которое получает студент за правильный ответ, зависит от сложности вопроса теста: 2 балла, 3 балла и 4 балла.

Блок 3 Практические занятия.

Практические занятия и контрольные задачи, которые сопровождают изучение дисциплины, охватывают разделы нормирования погрешностей СИТ, оценивания характеристик погрешности измерения, представления результата измерения, обработки данных при прямых и косвенных измерениях, оценивание метрологических характеристик как СИ целиком, так и отдельных средств измерительных операций (преобразователей, вычислительных компонентов).

Вводная информация к практическим занятиям содержит:

Практические занятия (в соответствии с программой курса) рассчитаны на 34 часа с учетом времени на контрольные мероприятия. Тематика практических занятий приведена ниже.
П1. Оценивание характеристик случайных погрешностей.
П2. Классы точности средств измерительной техники.
П3. Определение оценок и доверительных границ параметров нормального распределения.
П4. Прямые однократные измерения.
П5. Проверка нормальности распределения результатов измерений, обнаружение анормальных результатов.
П6. Прямые многократные измерения.
П7. Косвенные однократные измерения.
П8. Косвенные многократные измерения.
П9. Структурный анализ измерительных преобразователей.
Материал каждого практического занятия состоит из следующих подразделов:

Блок 4. Лабораторные занятия.

Лабораторные работы проходят в виртуальной лаборатории с использованием виртуальных инструментов, разработанных с помощью различных программных средств. Общий объем лабораторных работ (в соответствии с программой курса) – 36 часов. Тематика лабораторных работ приведена ниже.
ЛАБ.1- Изучение методов измерения физических величин.
ЛАБ.2- Изучение методов повышения точности измерений.
ЛАБ.3- Измерение силы тока.
ЛАБ.4- Измерение напряжения.
ЛАБ.5- Измерение частоты.
ЛАБ.6- Измерение параметров сигналов с помощью электронно – лучевого осциллографа.
ЛАБ.7- Изучение косвенных многократных измерений.
ЛАБ.8-Оценивание результата косвенного многократного измерения при наличии корреляции между величинами-аргументами.
ЛАБ.9- Изучение методов обработки данных при совокупных и совместных измерениях.
ЛАБ.10- Оценивание неопределенности при квантовании.
ЛАБ.11- Измерение напряжения электронными вольтметрами.

Вводная информация к лабораторным занятиям содержит следующее:

Методический материал к каждой лабораторной работе состоит из следующих подразделов:

Блок 8. Курсовая работа.

Курсовая работа посвящена вопросам оценивания суммарной погрешности средства измерения (СИ) в процессе синтеза и анализа СИ.

Вводная информация содержит инструкцию по выполнению курсовой работы.

В методических материалах представлены:

Блок 10. Справочно – информационный центр.

Все виды обучения снабжены единым информационно-справочным материалом, куда входят:

5. Методические указания по самостоятельному изучению курса

Курс состоит из 11 содержательных модулей. Разделение лекционного материала, практических занятий, лабораторных работ, а также расчетной и курсовой работы по содержательным модулям приведен в таблице 2.


Таблица 2. Состав содержательных модулей

Номер модуля
Номер лекции
Номер практического занятия
Номер лабораторного занятия
Расчетная работа
Курсовая работа
1.1
1, 2, 3
-
Л1
-
-
1.2
4, 5, 6
П1, П2
-
+
-
1.3
7, 8
П3
Л2
-
-
1.4
9, 10, 11, 12
П4, П5, П6
Л3, Л4, Л5, Л6, Л11
+
-
1.5
13 - 20
П7, П8
Л7, Л8
+
-
2.1
21, 22, 23, 24, 25, 26,27,28
П9
-
+
+
2.2
29, 30, 31
-
10
+
-
2.3
32, 33, 34, 35, 36, 37,38,39
-
-
+
+
3.1
40, 41, 42
-
-
-
-
3.2
43, 44
-
-
-
-
3.3
45, 46, 47, 48
-
-
-
-

Краткое содержание отдельных модулей

Часть 1

В модуле 1.1 – «Основные понятия», приведена терминосистема дисциплины, в которой понятия систематизированы по родовым группам с учетом иерархических и партитивных отношений.

В модуле 1.2 – «Модель погрешности измерения и погрешности средства измерения. Нормирование погрешности средства измерения и представление результата измерения», рассмотрены составляющие погрешности измерения и погрешности средства измерения и принята модель погрешности, которая используется при нормировании классов точности средств измерительной техники и при представлении результата измерения. Формы представления результата измерения гармонизированы с международными стандартами.

В модуле 1.3 – «Методы повышения точности», рассмотрены способы обнаружения и исключения систематических погрешностей, приведены систематизация и краткие характеристики основных методов повышения точности СИТ и измерений. Материал практического занятия дополняет метод статистической минимизации.

В модуле 1.4 – «Обработка данных при прямых однократных и многократных измерениях» рассматриваются способы оценивания погрешности и представления результата при прямых однократных измерениях, способы обработки данных (без группировки и с группировкой) при прямых многократных измерениях, способы оценивания погрешностей и представление результата при прямых многократных измерениях. Рассматриваются методы обработки данных при отличии распределения результатов прямых многократных измерений от нормального (робастные и непараметрические).

Лабораторные работы позволяют получить умения и навыки в области прямых измерений различных величин.

Практические занятия и расчетная работа закрепляют знания, полученные при изучении лекционного материала в области обработки данных, оценивания составляющих погрешности, их объединения и представления результатов прямых измерений.

В модуле 1.5 – «Обработка данных при однократных и многократных косвенных измерениях, совокупных и совместных измерениях» рассматриваются способы обработки данных при косвенных однократных и многократных измерениях, способы оценивания и объединения составляющих погрешности и представление результата измерения. Знания, полученные при изучении лекционного материала, закрепляются на практических занятиях и при выполнении расчетных работ. Техника выполнения косвенных измерений изучается на лабораторных работах. Подробно рассматривается вопрос обработки данных косвенного измерения при наличии корреляционных связей между погрешностями (лекция 19, лабораторная работа 8). Рассматриваются особенности обработки данных при совокупных и совместных измерениях. Умения и навыки выполнения таких измерений закрепляются при выполнении лабораторной работы.

Часть 2.

Вторая часть курса посвящена анализу средств измерительной техники и средств измерений. При этом средство измерений препарировано в соответствии с партитивными связями на следующие укрупненные блоки: измерительный преобразователь, аналого–цифровой преобразователь, вычислительный компонент.

В модуле 2.1 – «Анализ аналоговых измерительных преобразователей», приведен обобщенный структурный анализ измерительного преобразователя (ИП) в статическом режиме, рассмотрены динамические характеристики ИП и их использование при оценивании параметров измерительного сигнала, рассмотрены вопросы оценивания динамических погрешностей ИП. Знания структурного анализа ИП закрепляются на практическом занятии. Вопросы оценивания динамических характеристик ИП расчетным путем и их использование при оценивании параметров измерительного сигнала закрепляются при выполнении расчетной работы. Умения и навыки, в оценивании динамической погрешности ИП во временной и частотной областях, вырабатываются при выполнении расчетной работы.

Материалы модуля 2.1 используются при выполнении курсовой работы.

В модуле 2.2 – «Особенности формирования измерительной информации в цифровых средствах измерения», рассмотрены основные особенности формирования измерительной информации в цифровых средствах измерения, связанные с процедурами квантования и дискретизации. Рассмотрены возможные алгоритмы кантования и статистические характеристики погрешности квантования. Статистические характеристики погрешности квантования находят аналитическим путем (в лекции 29) и экспериментальным путем с помощью моделирования (в лабораторной работе 10). Так как вопросы выбора параметров дискретизации связаны с дальнейшим восстановлением дискретизированного сигнала, в модуле представлены вопросы, относящиеся к восстановлению дискретизированного сигнала и оцениванию погрешности восстановления.

Рассмотрена процедура нахождения модели средства измерения или уравнения измерения с учетом квантования, с использованием которой получают уравнение погрешности средства измерения. Эти вопросы закрепляются в дальнейшем при выполнении расчетной работы по модулю 2.3.

В модуле 2.3 – «Способы нормирования и оценивания характеристик СИТ», рассмотрены вопросы нормирования метрологических характеристик аналоговых и цифровых СИТ исходя из требований полноты и рациональности. Рассмотрены вопросы оценивания суммарной погрешности средства измерений (СИ) по погрешностям отдельных блоков, которые закрепляются при выполнении расчетной работы, а затем и при выполнении курсовой работы. Приведены характеристики качества вычислительного компонента (ВК) средства измерения и методы оценивания точности ВК СИ. Эти вопросы также закрепляются при выполнении расчетной работы.

Рассмотрены вопросы, связанные с оцениванием количества информации на выходе СИ и вопросы оценивания дезинформационного действия погрешности.

Часть 3.

Часть 3 посвящена изучению основ метрологического обеспечения измерений и средств измерительной техники.

В модуле 3.1 – «Государственная метрологическая система», рассматриваются вопросы, связанные с поддержанием единства измерений, т.е. такого состояния измерений, когда нормирование метрологических характеристик СИТ стандартизовано в пределах одного или нескольких государств, а результаты измерений представляют в установленных единицах с показателями точности или неопределенностью. Для этой цели создана государственная метрологическая система, задачи и структура которой для Украины представлены в лекциях 40,41.

Модуль 3.2 – «Система воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров средствам измерительной техники».

Ром системы воспроизведения единиц физических величин и передачи их размеров в метрологическом обеспечении выходит за рамки ее законодательного аспекта, ее рассматривают как отражение научного и технического потенциала метрологии и измерительной техники. Одним из главных объектов этой системы являются поверочные схемы и эталоны. Эти вопросы рассматриваются в лекциях модуля 3.2.

Модуль 3.3 – «Система испытаний средств измерительной техники», направлен на обеспечение и поддержание необходимого качества СИТ. Важнейшим признаком испытаний СИТ является принятие на основе их результатов решений о соответствии испытанных СИТ установленным в нормативно-технической документации требованиям. В представленных лекциях рассмотрены такие виды испытаний, как государственные (приемочные и контрольные) испытания, аттестация, поверка. Рассмотрены основные понятия, связанные с сертификацией – процедурой, результатом которой являются гарантии того, что продукция соответствует определенным требованиям. в этом модуле СИТ могут играть двойную роль: как объект сертификации и как средство испытательной лаборатории.