Интеллектуальные средства измерения

УТВЕРЖДАЮ
Директор ИНК ТПУ
____________ В.А. Климёнов
«_____»_____________2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП
200100 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА
КУРС
4
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
КОРЕКВИЗИТЫ
бакалавр техники и технологий
2010 г.
СЕМЕСТР
8
2
Основы измерительной техники, Аналоговые измерительные устройства, Цифровые
измерительные устройства
Измерительные информационные системы
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ
ИИТ
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
14 час.
30 час.
44 час.
31 час.
75
очная
8 семестр – зачет
кафедра ИИТ ИНК
профессор, д.т.н. Гольдштейн А.Е.
доцент каф. ИИТ ИНК, к.т.н. Миляев Д.В.
Профессор каф. ИИТ ИНК, д.т.н.
Юрченко А.В.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
2010г.
Аннотация рабочей программы
Дисциплина «Интеллектуальные средства измерений» является частью профессионального цикла дисциплин подготовки студентов по направлению 200100 –
«Приборостроение». Дисциплина реализуется на базе кафедры Информационноизмерительной техники Института неразрушающего контроля Томского политехнического
университета.
Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с приобретением
знаний, умений и навыков в проектировании интеллектуальных средств измерений, с их
эксплуатацией и внедрением их в различных областях приборостроения.
Дисциплина нацелена на формирование ряда общекультурных компетенций и профессиональных компетенций выпускника согласно ООП «Приборостроение»: (ОК-7), (ПК10), (ПК-11), (ПК-12),(ПК-13), (ПК-17),(ПК-23), (ПК-24), (ПК-25), (ПК-27).
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекции, лабораторные работы, консультации, индивидуальных заданий.
Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля:
 Входной контроль в виде теста для проверки остаточных знаний;
 текущий к онтроль успеваемости в форме выполнения лабораторных работ, контроля за посещаемостью;
 промежуточный контроль в форме защиты индивидуальных заданий.
 итоговый контроль в форме зачета по теоретической части дисциплины.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 5 зачетных единиц (кредитов),
178 часов. Программой дисциплины предусмотрены лекционные занятия в количестве 36
часов, практические занятия, а также самостоятельная работа студента в количестве 85 часов.
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины в области обучения, воспитания и развития, соответствующие целям ООП являются цели:
 способность использовать основные положения и методы социальных, гуманитарных и
экономических наук при решении социальных и профессиональных задач, способность
анализировать социально значимые процессы и явления;
 способность использовать основные положения и методы социальных, гуманитарных и
экономических наук при решении социальных и профессиональных задач, способность
анализировать социально значимые процессы и явления;
 способность проводить исследования, обрабатывать и представлять экспериментальные
данные;
 способность владения методами построения и вопросам практического применения элементов и устройств систем управления измерительных процедур.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к профессиональному циклу учебного плана по направлению
200100 «Приборостроение» и является составной частью группы предметов, объединенных
в модуль «Дисциплины проектирования». Причем эта дисциплина является необходимой
для освоения последующих специальных дисциплин: «Основы измерительной техники»,
«Аналоговые измерительные устройства», Цифровые измерительные устройства, т.е. является их пререквизитом. Кореквизиты дисциплины «Измерительные информационные системы».
2
Для освоения модуля (дисциплины) необходимо
Знать:
 вопросы математического анализа,
 физические основы измерительных преобразований и эффектов,
 теорию электрических цепей,
 основы программирования,
 основы электроники.
Уметь:
 работать на базовом уровне с ПК,
 рассчитывать погрешности измерений, приборов и систем,
 основы программирования.
3. Результаты освоения дисциплины
Согласно декомпозиции результатов обучения по ООП в процессе освоения дисциплины с учетом требований ФГОС, критериев АИОР, согласованных с требованиями международных стандартов EURACE и FEANI, а также заинтересованных работодателей планируются следующие результаты:
Р1 Способность применять современные базовые и специальные естественнонаучные, математические и
инженерные знания для разработки, производства, отладки, настройки и аттестации средств приборостроения с использованием существующих и новых технологий, и учитывать в своей деятельности экономические, экологические аспекты и вопросы энергосбережения.
Р2 Способность понимать необходимость и уметь самостоятельно учиться и повышать квалификацию в
течение всего периода профессиональной деятельности
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать:
 Основные понятия и определения.
 устройство и принцип функционирования интеллектуальных датчиков;
 способы передачи информации в сетях с интеллектуальными датчиками;
 особенности применения современных интеллектуальных датчиков в современных измерительных сетях.
уметь:
 использовать элементы и устройства составлять алгоритмы при построении интеллектуальных датчиков;
 использовать интеллектуальные датчики для организации работы ИИС;
 разрабатывать программное обеспечение для организации работы измерительных
сетей с интеллектуальными датчиками.
владеть:
 современными информационными и информационно-коммуникационными технологиями и инструментальными средствами для решения задач проектирования;
 навыками работы в поиске, обработке, анализе большого объема новой информации и представления ее в качестве отчетов и презентаций;
 методиками расчета и проектирования измерительных информационных систем;
 опытом работы в коллективе для решения глобальных проблем.
3
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
3.1. Универсальные (общекультурные):
 способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и
выбору путей её достижения, владение культурой мышления (ОК-1);
 способность к работе в коллективе и кооперации с коллегами (ОК-3);
 способность к личностному развитию и повышению профессионального мастерства (ОК-7);
 способность критически оценивать свои достоинства и недостатки, наметить пути
и выбрать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-8);
 способность к осознанию социальной значимости своей будущей профессии, высокая мотивация к выполнению профессиональной деятельности (ОК-9);
3.2. Профессиональные:
 способность участвовать в разработке функциональных и структурных схем приборов (ПК-10);
 готовность проектировать и конструировать типовые детали и узлы с использованием стандартных средств компьютерного проектирования (ПК-11);
 способность проводить проектные расчеты и технико-экономическое обоснование
конструкций приборов в соответствии с техническим заданием (ПК-12);
 готовность составлять отдельные виды технической документации, включая технические условия, описания, инструкции и другие документы (ПК-13);
 способность разрабатывать технические задания на проектирование отдельных узлов приспособлений и оснастки, предусмотренных технологией (ПК-17);
 способность выполнять математическое моделирование процессов и объектов на
базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований (ПК-23);
 способность разрабатывать программы и их блоки, проводить их отладку и
настройку для решения отдельных задач приборостроения (ПК-24);
 способность проводить измерения и исследования по заданной методике с выбором средств измерений и обработкой результатов (ПК-25);
 способность выполнять наладку, настройку и опытную проверку отдельных видов приборов и систем в лабораторных условиях и на объектах приборостроительного профиля (ПК-27).
Критерий 5 АИОР
 Применять базовые и специальные математические, естественнонаучные, социально-экономические и профессиональные знания в широком (в том числе междисциплинарном) контексте в комплексной инженерной деятельности.
 Выполнять комплексные инженерные проекты с применением базовых и специальных знаний, современных методов проектирования для достижения оптимальных результатов, соответствующих техническому заданию с учетом экономических, экологических, социальных и других ограничений.
 Осознавать необходимость и демонстрировать способность к самостоятельному
обучению в течение всей жизни и непрерывному самосовершенствованию в инженерной
профессии.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Наименование разделов дисциплины:
4.1.1. ВВЕДЕНИЕ.
4.1.1.1 Введение.
4
Классификация датчиков: датчик, биодатчик, интеллектуальный датчик. Интеллектуальные
системы. Модель ИД
4.1.1.2
Функции преобразования-1.
Преобразование в электрическую величину и ее измерение. Преобразование измерительной
информации: усиление, аналого-цифровое преобразование.
4.1.1.3Функции преобразования-2.
Выполнение коррекции выходного сигнала. Внешние факторы. Преобразование измерительной информации: стандартизация диапазонов выходных аналоговых сигналов, линеаризация, фильтрация, расчет выходных значений по заданным алгоритмам.
4.1.2 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИИ ДАТЧИКОВ
4.1.2.1
Функции самодиагностики и калибровки.
Выполнение анализа своей работы при различных сбоях, нарушениях и неисправностей. Фиксация их места возникновения и причину. Правильность учета внешних факторов. Интеллектуальная калибровка. Анализ нарушений (некритические, критические) и поведение датчика.
4.1.2.2
Информационные функции.
Информация хранимая в датчике: определяющие свойства характеристики, параметры данного прибора: тип, зезодслой номер, технические показатели, диапазоны измерений, шкала и тд.
4.1.2.3
Функции конфигурирования. Функции форматирования.
Дистанционное формирование или модификация, пользователем основных настроек.
Автоматический анализ измерений измеряемой величины и текущего состояния
среды измерения: определение выходов значений измеряемой величины за заданные нормы, выдача различных сообщений.
4.1.2.4
Алгоритмы построения интеллектуальных датчиков, решение различного вида задач. Связи с цифровыми полевыми сетями.
HART-протокол, сеть Profibus, Foudation Fieldbus.
4.1.3 ПЕРСПЕКТИВЫ. ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ.
4.2 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения представлена таблицей 1.
Таблица 1
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Номер
раздела/темы
4.1.1.
Аудиторная работа (час)
Лекции
Лаб. работы
СРС
(час)
Итого
4
10
10
24
4.1.2.
4.1.3.
8
2
16
4
11
10
35
16
ИТОГО
14
30
31
75
5. Образовательные технологии
Для успешного освоения дисциплины применяются различные образовательные технологии, которые обеспечивают достижение планируемых результатов обучения согласно
основной образовательной программе.
Реестр преподавателей, реализующих активные методы и современные средства обучения» размещен в приказе ректора за № 8.3.7 ИОП ТПУ.
5
Перечень методов обучения и форм организации обучения представлен таблицей 2.
Таблица 2
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Практические/семинарски
е
занятия
ФОО
Лекции
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Поисковый метод
Проектный метод
Исследовательский метод
Тренинг
Мастеркласс
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
СРС
х
х
х
х
х
х
х
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (СРС)
6.1
Общий объем самостоятельной работы студентов по дисциплине включает две
составляющие: текущую СРС и творческую проектно-ориентированную СР (ТСР).
6.1.1. Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студентов, развитие практических умений и представляет собой:
 применение основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования для решения вопросов проектирования аналоговых устройств;
 подбор, анализ и оформление материалов для описания методов измерения по темам курсового проектирования по дисциплине;
 анализ технического задания и задач проектирования приборов на основе изучения технической литературы и патентных источников;
6.1.2. Творческая проектно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР), ориентирована на развитие интеллектуальных умений, комплекса общекультурных и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов и представляет
собой:
 умение выбрать и разработать функциональные, структурные и принципиальные
схемы приборов;
 умение проектировать и конструировать типовые детали и узлы с использованием
стандартных средств компьютерного проектирования, умение проводить проектные расчеты и технико-экономическое обоснование конструкций приборов в соответствии с техническим заданием;
 умение составлять отдельные виды технической документации, включая технические условия, описания, инструкции и другие,
 умение проводить монтаж, наладку, испытания и сдачу в эксплуатацию опытных
образцов техники;
 умение проводить измерения и исследования по заданной методике с выбором
средств измерений и обработкой результатов;
6
 умение использовать математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований;
 умение составлять описания проводимых исследований разрабатываемых проектов и собирать данные для составления отчетов;
 умение организовать маршруты технологического прохождения элементов и узлов
приборов и систем при изготовлении и планировать размещение технологического оборудования, а также технически оснащать и организовать рабочие места;
 уметь осуществлять технический контроль производства приборов, включая внедрение систем менеджмента качества.
6.2.
Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Самостоятельная работа студентов состоит в проработке лекционного материала,
подготовке к лабораторным работам и изучении материала, не вошедшего в лекционный
курс и написании рефератов.
На подготовку к лабораторным работам выделяется 20 часов.
На проработку лекционного материала отводится 11 часов.
Общий объем самостоятельной внеаудиторной деятельности студентов составляет 31 час.
6.2.1.Темы индивидуальных заданий, в форме рефератов:
1. Датчик, понятия и функции
2. Датчиr и OSI
3. Модели ИД
4. Функции ИД
5. Методы самокалибровки ИД
6. Коррекция ошибки в ИД
7. НАRT_протокол
8. Сеть Profibus
9. Foudation Fieldbus
10.Протоколы RS 232,485
6.3. Контроль самостоятельной работы
Контроль СРС студентов проводится путем проверки рефератов, предложенных для
выполнения в качестве домашних заданий согласно разделу 6.2. и рейтинг-плану освоения
дисциплины. Одним из основных видов контроля СРС является защита индивидуальных
домашних заданий. Результаты защиты контрольных заданий определяют умения и навыки
в проведении литературного поиска по необходимой теме и ее самостоятельного изучения.
6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для организации самостоятельной работы студентов рекомендуется использование
литературы и Internet-ресурсов согласно перечню раздела 9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины. Предусмотрено также использование электронных учебников, а также специализированного программного обеспечения в процессе
освоения дисциплины.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
7.1. Входной контроль. Целью проведения входного контроля является выявление
остаточных знаний и умений по дисциплинам, используемых при изучении данной дисциплины.
7.2. Текущий контроль. Целью проведения текущего контроля является определение усвоения прочитанного материала и определение способности применения его на прак-
7
тике. Осуществляется путем проверки подготовленности студентов к лабораторным и практическим занятиям. Для допуска к работе необходимо ответить на вопросы о содержании
работы и порядка выполнения.
7.3. Промежуточный контроль необходим для определения усвоения студентами
лекционного материала. Контроль проводиться в виде двух контрольных точек, проводимых после прочтения двух модулей.
Вопросы:
1. Что такое датчик?
2. Основные характеристики датчика?
3. Что такое интеллект?
4. Что такое интеллектуальный датчик (несколько определений)?
5. Преимущества ИД по сравнению с обычными датчиками?
6. Различия между микропроцессорными и интеллектуальными датчиками?
7. Устройство интеллектуального датчика?
8. Метод автоматической коррекции погрешности?
9. Метода вспомогательных измерений?
10. Метод уменьшения дифференциальной нелинейности АЦП с помощью микропроцессора?
11. Что такое градуировка?
12. Коррекция погрешности с помощью микропроцессора?
13. Что такое самодиагностика?
14. Что такое интерфейс?
15. Классификация интерфейсов:

По структурному типу?

По способу передачи сигналов?

По способу организации передачи данных во времени?

По режиму обмена информацией?
16. Области применение интеллектуальных датчиков?
17. Дополнительные функции интеллектуальных датчиков:

Функции преобразования?

Функции самодиагностики?

Информационные функции?

Функции конфигурирования?

Функции форматирования?

Управляющие функции?
Данный вид деятельности оценивается отдельными баллами в рейтинг-листе
7.4. Итоговый контроль. По результатам проведенного текущего контроля и промежуточного формируется допуск студента к итоговому контролю – зачету, проводимому в
форме контрольной работы по пройденному материалу.
8
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Таблица 3
Рейтинг-план освоения дисциплины
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
Дисциплина
Институт
Институт неразрушающего контроля
Кафедра
Информационно- измерительной техники
Семестр
8
Группы
1Б02
Число кредитов - 2
Лекции -14 час
Лаб.работы - 30час.
Всего аудит.работы 44 час
Юрченко Алексей Васильевич, профессор
Преподаватель
Число недель - 15
Самост.работа – 31 час
Зачет
ВСЕГО, 75 час
Рейтинг-план дисциплины «Интеллектуальные средства измерений» в течение семестра
Недели
Текущий контроль
1
Название модуля
Темы лекций
Баллы
Название лабораторных работ
ВВЕДЕНИЕ
Введение. Функции преобразования-1.
1
Функции преобразования-2
1
Функции самодиагностики
и калибровки
Коррекция характеристик датчиков по методу вспомогательных измерений
1
Информационные функции
1
2
3
4
Практическая деятельность
Теоретический материал
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИИ ДАТЧИКОВ
Ультразвуковой уровнемер.
9
Баллы
12
12
Итого
Индивидуальные задания по разделам дисциплины
Баллы
Реферат
33
5
Функции конфигурирования. Функции форматирования
1
6
Алгоритмы построения интеллектуальных датчиков,
решение различного вида
задач. Связи с цифровыми
полевыми сетями
1
Перспективы. Тенденция
развития
1
7
ПЕРСПЕКТИВЫ. ТЕНДЕНЦИЯ
РАЗВИТИЯ
Метод уменьшения дифференциальной нелинейности АЦП с
помощью микропроцессора.
Всего по контрольной точке (аттестации) № 1
Метод уменьшения дифференциальной нелинейности АЦП с
помощью микропроцессора.
8
9
10
Цифровой осциллограф.
11
12
13
14
15
Теплосчетчик.
Итого
7
Всего по контрольной точке (аттестации) № 2
4
64
8
12
12
60
33
36
Итоговая текущая аттестация
100
Экзамен (зачет)
100
Итого баллов по дисциплине
200
Зав.кафедрой ___Гольдштейн А.Е.____
Преподаватель _Юрченко А.В,_______
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Осадчий Е.П., Тихонов А.И., Карпов В.И. и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М.: Машиностроение, 1979 - 480 с.
А.А. Сазонов, А.Ю. Луничев, В.Т. Николаев и др. Микро-электронные устройства автоматики. Учебное пособие для вузов / Под ред. А.А. Сазонова. М.: Энергоатомиздат, 1991-384 с.
Сабинин Ю.А. Электромашинные устройства автоматики: Учебник для вузов. Л.: энергоатомиздат, 1986 - 408 с.
Краснопрошина А. А., Скаржена В.А., Кравец П.И. Электроника и микросхемотехника. ч.2. Электронные устройства промышленной автоматики: Учебник. Киев, 1989 - 100 с.
Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с
англ. / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.: Мир, 1992 - 592 с.
Брускин Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины: Учебник для вузов.
3-е изд. М.: Высш.шк. 1990 - 528 с.
Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Датчики (перспективные
направления развития): Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. проф.
М. П. Цапенко. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 286 с.
Алейников А. Ф., Ланцева Н. Н., Мотовилов К. Я. Основы измерений: Учеб. пособие / Новосиб. гос. аграр. ун-т.-Новосибирск, 2002. - 202 с.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Освоение дисциплины производится на базе учебной лаборатории кафедры
ИИТ ИНК ауд. 208 10 учебного корпуса ТПУ. Лаборатория оснащена современным
оборудованием, позволяющим проводить лекционные, практические и лабораторные занятия. Выполнение лабораторных работ, а также самостоятельной работы
студентов осуществляется на рабочих местах (в количестве 7 шт.), оснащенных лабораторными стендами.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 200100 Приборостроение
Программа одобрена на заседании кафедры ИИТ Института неразрушающего
контроля (протокол № 72 от «1» сентября 2010 г.).
Автор
доцент кафедры ИИТ ИНК Юрченко А.В.
Рецензент доцент каф. ИИТ ИНК Винокуров Б.Б.
11