Метрологія, технологічні вимірювання та прилади

Курс лекцій Рішан, О. Й.
Метрологія, технологічні вимірювання та прилади [Текст] : Курс лекцій для студ. спец. 7.092501 "Автоматизоване управління технологічними процесами" та 7.092502"Комп'ютерно-інтегровані технологічні процеси і виробництва" ден. та заоч. форм навчання / О. Й. Рішан. — К. : НУХТ, 2007. — 163 с. — кафедра Автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій.
Шифр: 006.91 Авторський знак: Р57 Форматний №: 7069
 Методичні вказівки до лабораторних робіт Метрологія, технологічні вимірювання та прилади [Текст] : метод. вказівки до викон. лаборатор. робіт для студ. напряму 6.050202 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" всіх форм навч. / О. Й. Рішан, А. П. Ладанюк, І. В. Ельперін. — Київ : НУХТ, 2011. — 206 с. — каф. Автоматизації та комп'ютерно - інтегрованих систем.
Шифр: 006.91 Авторський знак: Р57 Форматний №: 7677
Метод. вказівки до вивч. дисц. та викон. домашнього завданняРішан, О. Й.
Метрологія, технологічні вимірювання та прилади [Текст] : Метод. вказівки до вивч. дисц. та викон. домашнього завдання для студ. напряму 6.050202 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" всіх форм навч. / О. Й. Рішан, К. С. Архангельська. — Київ : НУХТ, 2009. — 35 с. — каф. Автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій.
Шифр: 006.91 Авторський знак: Р57 Форматний №: 7429

Метод. рекомендації до виконання практичних робіт

 

Метрологія, технологічні вимірювання та прилади [Електронний ресурс] : метод. рекомендації до виконання практичних робіт для студентів напряму 6.050202 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" всіх форм навчання / уклад. О. Й. Рішан. - К. : НУХТ, 2012. – 62 с. - Режим доступу : http://library.nuft.edu.ua/ebook/file/100.05.pdf
 Курсовий проект Метрологія [Електронний ресурс] : метод. рекомендації до виконання курсового проекту для студентів напряму 6.050202 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології" денної та заочної форм навчання / уклад. О. Й. Рішан. - К. : НУХТ, 2013. – 40 с. - Режим доступу : http://library.nuft.edu.ua/ebook/file/100.16.pdf
 

Лектор: Рішан Олександр Йосипович


1. Загальні відомості
Програма вивчення навчальної дисципліни “Метрологія, технологічні вимірювання та прилади” складена відповідно до варіативної частини освітньо-професійної програми підготовки бакалаврів напряму «Автоматизація і комп’ютерно-інтегровані технології». Дисципліна  відноситься до циклу професійної і практичної підготовки.

Предметом вивчення навчальної дисципліни є принципи та методи вимірювання фізичних величин, методи та сучасні засоби вимірювання технологічних параметрів, методи опрацювання результатів вимірювання та підвищення точності вимірювання, методи перевірення та розрахунки метрологічних характеристик засобів вимірювання, методи обгрунтування та вибору вимірювальних комплексів за необхідними метрологічними характеристиками, методи розрахунку вимірювальних схем первинних вимірювальних перетворювачів та вторинних приладів.

Міждисциплінарні зв’язки: дана дисципліна спирається на знання, здобуті студентами при вивченні вищої математики, фізики, хімії, теорії ймовірності, електроніки, мікропроцесорної техніки, обчислювальної техніки та програмування, теорії автоматичного керування та технічних засобів автоматизації.  Подальше застосування одержаних знань та навичок необхідно для вивчення наступних спеціальних дисциплін: “Проектування систем автоматизації”, “Інтегровані системи управління”, “Автоматизація технологічних процесів”, “Проектування комп‘ютерно-інтегрованих систем управління”, „Програмно-технічні комплексі і промислові контролери”, а також є складовою частиною курсових та дипломних проектів, що виконуються студентами спеціальностей напряму «Автоматизація і комп‘ютерно-інтегровані технології».

Мета дисципліни є засвоєння основних принципів та методів вимірювання фізичних величин, методів опрацювання результатів вимірювання та методів підвищення точності вимірювання.

Згідно з вимогами освітньо-професійної програми студенти повинні:
знати: основні принципи та методи вимірювання фізичних величин; методи вимірювання основних технологічних параметрів; принципи роботи і типи стандартних первинних  перетворювачів та вторинних приладів для вимірювання основних технологічних параметрів, їх метрологічні характеристики; методи опрацювання результатів вимірювання; методи перевірення первинних вимірювальних перетворювачів та вторинних приладів;
вміти: вибирати засоби вимірювання для контролю загально-технічних параметрів технологічних процесів; проводити градуювання та перевірення засобів вимірювання; визначати статичні характеристики засобів вимірювання та їх метрологічні характеристики; опрацьовувати результати вимірювання, визначати межі перебування дійсного значення вимірюваної величини та дійсне значення вимірюваної величини; розраховувати та розробляти нестандартні первинні перетворювачі для вимірювання параметрів технологічних процесів; розрахувати необхідні метрологічні характеристики інформаційно-вимірювальних каналів для конкретних виробничих процесів харчової промисловості та вибирати засоби вимірювання промислового виготовлення  для них; розраховувати вимірювальні схеми первинних перетворювачів та вторинних приладів для нових діапазонів вимірювання технологічних параметрів; розробляти системи автоматичного контролю виробничих процесів; самостійно розробляти прості схеми автоматичного контролю та сигналізації технологічних параметрів конкретного виробництва, застосовувати ЕОМ для дослідження та розрахунку метрологічних характеристик засобів вимірювання;
мати навички: аналізу і розрахунку необхідних метрологічних характеристик вимірювальних каналів для об’єкта автоматизації, а також вибору засобів вимірювання в каналі для їх забезпечення; розрахунку класу точності засобу вимірювання по результатам проведених метрологічних досліджень; статистичного опрацювання результатів вимірювання та розрахунку дійсного значення вимірюваної величини;розробки схем  автоматичного контролю та сигналізації технологічних процесів  різного призначення.

Роль у підготовці майбутніх фахівців. Опанування дисципліни дозволить майбутнім фахівцям розробляти проекти, впроваджувати і обслуговувати сучасні мікропроцесорні системи управління. Лабораторні та практичні заняття з дисципліни побудовані таким чином, щоб студенти на основі отриманих знань досконало вибирали вимірювальні комплекси (нижній рівень) для інтегрованих систем управління за необхідними метрологічними характеристиками.  Знання з цієї дисципліни широко використовуються при виконанні дипломних проектів.

Вимоги до навчальної підготовки студентів. Для успішного опанування даної дисципліни студентам необхідно мати досвід роботи з комп’ютерною технікою, добре орієнтуватись у технічних засобах автоматизації, знати основні принципи побудови мікропроцесорної техніки, знати принципи роботи пошукових програм.

На вивчення навчальної дисципліни відводиться 162 години / 4,5 кредита ECTS.

2. Інформаційний обсяг навчальної дисципліни

Модуль 1

Змістовий модуль 1. «Поняття вимірювання та засобів вимірювання. Системи
дистанційної передачі  та теорія мостових схем».

Тема 1. Метрологія – наука про вимірювання. Основні поняття: фізичної величини та її одиниці, основне рівняння вимірювання, істинні та дійсні значення вимірюваної величини, результати вимірювання (кориговані та не кориговані). Основні характеристики якості проведених вимірювань. Поняття систем фізичних величин, міжнародна система одиниць СИ. Класифікація вимірювань /статичні, динамічні, прямі, непрямі (опосередковані, сукупні та сумісні) і інші/. Принципи та методи вимірювань. Вимірювання методами безпосередньої оцінки та порівняння з мірою (заміщенням, повного зрівноважування та диференційним). Поняття єдності та метрологічного забезпечення вимірювань. Технічні основи метрологічного забезпечення вимірювань.
Тема 2. Засоби вимірювання (ЗВ).  Основні визначення. Елементи ЗВ та основні операції перетворення. Сигнали (аналоговий та дискретний) вимірювальної інформації. Структурні схеми ЗВ. Основні види ЗВ /міра, еталон, вимірювальні перетворювачі (первинні, передавальні та нормувальні) і вимірювальні: прилади, установки та системи. Державна система промислових приладів і засобів автоматизації (ДСП). Основні системотехнічні признаки ДСП: агрегатування, уніфікація, мінімізація номенклатури та інші. Розподіл виробів ДСП за родом енергії живлення. Агрегатні комплекси ДСП. Основні метрологічні характеристики ЗВ, які визначаються при його метрологічній атестації. Перевірення та державні випробовування засобів вимірювання, види перевірень. Дистанційні системи передачі сигналів вимірювальної інформації, їх будова та характеристики точності. Мостові схеми: загальна теорія.
Змістовий модуль 2. «Похибки вимірювань. Вимірювання тиску».

Тема 3. Похибки вимірювань, їхня класифікація та математична модель, похибки прямих та непрямих вимірювань. Нормовані значення похибок. Клас точності ЗВ. Визначення систематичної (ССП) та випадкової (ВСП) складових похибки. Інтегральний та диференційний закони розподілу. Числові характеристики та моменти розподілу. Дослідне середньоквадратичне відхилення та його використання. Квантільна оцінка ВСП, довірча межа інтервалу невизначеності. Нормальний закон розподілу та розподіл Стьюдента. Форми запису кінцевого результату вимірювань. Критерії оцінки промахів. Правила округлення значень похибок обробка результатів  вимірювання; розрахунки метрологічних характеристик ЗВ, ІВС (ІВК).
Тема 4. Методи та прилади вимірювання тиску (рідинні, деформаційні та електричні манометри): типи, принцип роботи, будова, метрологічні характеристики та використовування в промисловості.

Змістовий модуль 3. «Методи та засоби вимірювання температури, складу і властивостей рідин та продуктів».

Тема 5. Вимірювання температури. Одиниці температури. Температурні шкали. Два основних методи промислової термометрії. Пірометри:  оптичні, повного випромінювання  та спектрального відношення.  Контактні термометри розширення (скляні рідинні, дилатометричні, біметалеві) та манометричні термометри. Термометри опору (металеві та напівпровідникові) і термоелектричні перетворювачі. Принцип дії, склад  та схеми вторинних приладів (мостів, потенціометрів, магнітоелектричних приладів і нормувальних перетворювачів), які працюють в комплектах з термометрами опору та термопарами, їх використання в промисловості
Тема 6. Роль аналізаторів для контролю складу, стану, властивостей та  якості харчових продуктів. Розподіл аналізаторів по принципу дії. Оптичні методи та прилади аналізу: калориметри, нефелометри, рефрактометри, поляриметри, принцип роботи, будова, типи та використання. Кондуктометричний метод контролю якості рідини. Контактна та безконтактна кондуктометрію, її використання в промисловості. Потенціометричний метод аналізу складу рідин. основні закони реалізації методу. Вимірювальні та порівняльні електроди. Основні типи високоомних перетворювачів та приладів для вимірювання рН, їх використання в промисловості.

Змістовий модуль 4. «Методи вимірювання рівня, витрати, густини, в’язкості та витрати речовин та спеціальні методи та прилади вимірювання показників якості продуктів. Газоаналізатори».

Тема 7. Методи та засоби вимірювання рівня рідин та сипучих  матеріалів. Гідростатичні, п’єзометричні та буйкові рівнеміри. Принцип роботи, будова та використання. Електричні рівнеміри: ємнісні, акустичні, ультразвукові, радарні, радіаційні і інші. Принцип роботи, будова, типи та використання в промисловості.
Тема 8 Методи та прилади для вимірювання витрати, кількості та маси. Одиниці вимірювання кількості та витрати. Основні групи витратомірів. Швидкісні та об’ємні лічильники, принцип роботи, будова, типи та використання. Витратоміри сталого та змінного перепаду тиску, принцип роботи, будова, типи та використання. Індукційні та масові витратоміри, принцип роботи, будова..
Тема 9. Методи та прилади для вимірювання густини і в’язкості. Гідростатичні та п’єзометричні густиноміри. Динамічна та кінематична в’язкість. Одиниці в’язкості. Методи вимірювання в’язкості та їх реалізація в схемах віскозиметрів.
Тема 10. Газоаналізатори. Класифікація газоаналізаторів, принцип їх роботи, будова. Хроматографія. Фізичні основи хроматографії. Основні елементи промислових хроматографів та їх функції. Мас-спектрометри та основи вимірювання ними складу речовин.
Тема 11 Спеціальні методи та прилади вимірювання показників якості продуктів харчових виробництв. Методи вимірювання якості хліба, цукру, масла, води, опари і інших..

Модуль 2

Змістовий модуль 5. Розділи 1-5 курсового проекту.
Розділи 1 і 2.  "Вступ.  Короткий опис технологічного процесу".
Розділи 3 і 4.  "Техноло-гічні вимоги до системи автоматичного контролю. Обґрунтування вибору методів вимірювання.”
Розділ 5. "Спеціальне завдання". Клас точності ІВК. Монтажна схема заданого ПВП              (формат А2).
Змістовий модуль 6. Розділи 6-7 курсового проекту.
Розділ 6.  "Опис схеми автоматичного контролю та сигналізації”
Розділ 7. "Специфікація на прилади та засоби”.  Анотація. Зміст.
Графічна частина. Функ- ціональна схема  контро-лю і сигналізації (формат А1) та принципова схема вимірювального комплексу (формат А2)


3. Рекомендована література

Базова
1. Ладанюк А.П.,Трегуб В.Г., Ельперін І.В., Цюцюра В.Д. Автоматизація технологічних процесів і виробництв харчової промисловості. – Київ, «Аграрна освіта», 2001.
2. Рішан О.Й.    Метрологія, технологічні  вимірювання  та  прилади:   Курс лекцій  для  студентів  спеціальностей:  7.092501  “Автоматизоване управліннятехнологічними процесами” та 7.092502  “Комп'ютерно-інтегровані технологічні процеси і виробництва”   ден. та заочн. форм. навчан. – К.: НУХТ, 2007. –162 с.


Допоміжна
1. Лукінюк М.В. Технологічні вимірювання та прилади; Навч. посіб. – К.: НТУУ «КПІ», 2007. -436 с.
2. Поліщук Є.С.та ін.  Метрологія та вимірювальна техніка. Навч. посіб.  - Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2003. – 544 с.
3. Сергеев А. Г. , Крохин В.В. Метрология. – М.: «Логос», 2001.
4. Головко Д.Б., Рего К.Г., Скрипник Ю.О. Основи метрології та вимірювань. - Київ.: Либідь, 2001. - 408 с.