Программа дисциплины «Датчики и устройства связи с объектом в технических системах»



жүктеу 175.58 Kb.
Дата03.05.2016
өлшемі175.58 Kb.
түріПрограмма дисциплины
: data -> 2013
2013 -> Кафедра финансового менеджмента
2013 -> Программа дисциплины Системы искусственного интеллекта  Для направления 230100 «Информатика и вычислительная техника»
2013 -> «Мягкая сила во внешней политике Турции с 2002 г по настоящее время»
2013 -> Программа дисциплины «Командообразование»
2013 -> Ветеринарска станица ''коцељева'' ад објављује извештај о битном догађАЈУ
2013 -> «Особенности Индийско-Пакистанского противостояния»
2013 -> Семинар «Введение в специальность»
2013 -> Учебная программа по истории философии для 2-го курса Московской Православной духовной семинарии
2013 -> Федеральное государственное автономное образовательное



Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Московский институт электроники и математики Национального

исследовательского университета "Высшая школа экономики"


Факультет электроники и телекоммуникаций

Программа дисциплины

«Датчики и устройства связи с объектом в технических системах»

для направления 220400.62 «Управление в технических системах» подготовки бакалавра

Автор программы:

Каперко Алексей Федорович, д.т.н., профессор, e-mail: akaperko@hse.ru

Одобрена на заседании кафедры

«Микросистемная техника, материаловедение и технологии» «___»____________ 2013 г.

Зав. кафедрой Кулагин В.П.

Рекомендована профессиональной коллегией

секцией УМС по электронике «___»____________ 2013 г.

Председатель Увайсов С.У.

Утверждена Ученым Советом МИЭМ «___»_____________2013 г.

Ученый секретарь Симонов В.П.


Москва, 2013



Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.


1Область применения и нормативные ссылки


Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.

Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 220400.62 «Управление в технических системах», изучающих дисциплину «Датчики и устройства связи с объектом в технических системах».

Программа разработана в соответствии с:


  • ФГОС ВПО по направлению подготовки 220400.62 «Управление в технических системах»;

  • Образовательной программой 220400.62 «Управление в технических системах».

  • Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки 220400.62 «Управление в технических системах», утвержденным в 2012 г.


2Цели освоения дисциплины


Цель преподавания дисциплины: студенты должны овладеть теоретическими и практическими знаниями по датчикам и устройствам связи с объектом управления в технических системах.

3Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины


В результате освоения дисциплины студент должен знать:

  • основные физические принципы, используемые для построения датчиков;

  • основы построения и функционирования амплитудных, фазовых, частотных и время импульсных датчиков;

  • основные характеристики и особенности работы датчиков физических величин;

  • основные типы устройств связи с объектом управления;

  • особенности функционирования устройств ввода и вывода дискретных и число импульсных сигналов;

  • основные типы и принципы действия устройств отображения информации технических систем.

Студент должен уметь применять датчики и устройства связи с объектом основных типовых технических средств для систем автоматизации и управления.

Студент должен приобрести опыт разработки, моделирования и тестирования датчиков физических величин и устройств связи с объектом для систем и средств автоматизации, контроля и управления.



В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:

Компетенция

Код по ФГОС/ НИУ

Дескрипторы – основные признаки освоения (показатели достижения результата)

Формы и методы обучения, способствующие формированию и развитию компетенции

Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования

ОК-10

Демонстрирует способность применять методы математического анализа и моделирования в процессе решения поставленной преподавателем задачи

Практические занятия и самостоятельная работа студентов

Способность владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации

ОК-12

Владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации с использованием программно – технических комплексов

Лекционный курс, практические занятия и самостоятельная работа студентов

Способность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико – математический аппарат

ПК-2

Владеть основными методами выявления естественнонаучной сущности проблем в профессиональной деятельности

Лекционный курс, практические занятия и самостоятельная работа студентов

Способность владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных

ПК-5

Владеет основными приемами обработки и представления экспериментальных данных

Практические занятия и самостоятельная работа студентов

Способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования систем и средств автоматизации и управления

ПК-9

Владеет основными методами сбора и анализа исходных данных для расчета и проектирования систем и средств автоматизации и управления

Практические занятия и самостоятельная работа студентов

Способность производить расчеты и проектирование отдельных блоков и устройств систем автоматизации и управления и выбирать стандартные средства автоматики, измерительной и вычислительной техники для проектирования систем автоматизации и управления в соответствии с техническим заданием

ПК-10

Владеет основными методами и способами расчета и проектирования отдельных блоков и устройств систем автоматизации и управления

Практические занятия и самостоятельная работа студентов



4Место дисциплины в структуре образовательной программы


Настоящая дисциплина относится к циклу профессиональных дисциплин вариативной части, обеспечивающих подготовку бакалавра по направлению 220400.62 «Управление в технических системах».

Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:



  • «Физика»;

  • «Химия»;

  • «Материаловедение»;

  • «Электротехника и электроника»;

  • «Метрология и измерительная техника».

Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями и компетенциями:

  • иметь навыки самостоятельной работы с литературой;

  • владеть методами использования поисковых систем для поиска информации в сети Интернет.

Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:

  • «Технические средства автоматизации и управления»;

  • «Электронные устройства технических систем»;

  • «Теория автоматического управления»;

  • «Моделирование систем управления».


5Тематический план учебной дисциплины




Название раздела

Всего часов

Аудиторные часы

Самостоя­тельная работа

Лекции

Семинары

Практические занятия

1

Основные принципы построения датчиков

16

8

8




8

2

Амплитудные, фазовые, частотные и время импульсные датчики

20

10

6

4

10

3

Датчики физических величин

84

36

34

14

8

4

Основные типы устройств связи с объектом управления

18

10

8




8

5

Устройства ввода и вывода дискретных и число импульсных сигналов

4

4







10

6

Устройства отображения информации

4

4







10

6Формы контроля знаний студентов


Тип контроля

Форма контроля

2курс

3 курс

Параметры

3

4

5

6

Текущий

(неделя)


Контрольная работа





*

*




2 письменные работы 80 минут

Промежу­точный

Зачет




*







Устный ответ, подготовка 60 минут

Итоговый

Экзамен








*




Устный ответ, подготовка 60 минут



6.1Критерии оценки знаний, навыков

Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.

6.1.1. Текущий контроль

Формы контроля:



  • Контрольная работа – письменная работа 80 минут.

Критерии оценки:

  • «Отлично» (8-10 баллов) – вопрос полностью раскрыт;

  • «Хорошо» (6-7 баллов) – вопрос раскрыт с несущественными ошибками;

  • «Удовлетворительно» (4-5 баллов) – вопрос раскрыт с существенными ошибками;

  • «Неудовлетворительно» (0-3 балла) – вопрос не раскрыт.


6.1.2. Итоговый контроль представляет собой устный ответ на 2 теоретических вопроса.

Критерии оценки:



  • «Отлично» (8-10 баллов) – вопрос полностью раскрыт;

  • «Хорошо» (6-7 баллов) – вопрос раскрыт с несущественными ошибками;

  • «Удовлетворительно» (4-5 баллов) – вопрос раскрыт с существенными ошибками;

  • «Неудовлетворительно» (0-3 балла) – вопрос не раскрыт.

7Содержание дисциплины:





    Раздел 1. Основные принципы построения датчиков.

    Тема 1. Физические принципы, используемые в датчиках технических систем.

    Содержание лекции (2 часа):

    Физические принципы, используемые в датчиках. Классификация датчиков. Генераторные и параметрические преобразователи.

    Тема 2. Структурные схемы датчиков.

    Содержание лекции (2 часа):

    Структурные схемы датчиков. Характеристики управления. Чувствительность и погрешность преобразователя.

    Тема 3. Характеристики сигналов в устройствах технических систем.

    Содержание лекции (4 часа):

    Характеристики электрических сигналов в датчиках и устройствах автоматики и управления. Амплитудная, частотная, фазовая, время – импульсная, широтно – импульсная модуляция.

    Раздел 2. Амплитудные, фазовые, частотные и время импульсные датчики

    Тема 1. Амплитудные датчики.

    Содержание лекции (4 часа):

    Измерительные схемы с параметрическими датчиками: потенциометрическая, реостатная, мостовая. Мостовые схемы Уитстона, Нернста, Саути, Максвелла, Гея. Генераторная схема включения датчиков.

    Тема 2. Фазовые датчики.

    Содержание лекции (2 часа):

    Фазовые датчики: трансформаторные, емкостные, фотоэлектрические. Структурные схемы, принципы работы.

    Тема 3. Частотные датчики.

    Содержание лекции (2 часа):

    Частотные датчики: позиционные, колебательные, электронные преобразователи свободных колебаний. Структурные схемы, принципы работы.

    Лабораторная работа «Исследование выходных характеристик датчиков скорости вращения».



    Тема 4. Время - импульсные датчики.

    Содержание лекции (2 часа):

    Время - импульсные датчики. Структурные схемы, временные диаграммы работы, параметры и характеристики.

    Раздел 3. Датчики физических величин

    Тема 1. Датчики положения и перемещения.

    Содержание лекции (2 часа):

    Индуктивные датчики положения и перемещения, дифференциальные трансформаторы, микросины, индуктивный потенциометр. Особенности построения и основные параметры.

    Тема 2. Резистивные датчики.

    Содержание лекции (2 часа):

    Реостатные датчики перемещений. Тензорезистивные датчики. Полупроводниковые датчики. Особенности работа и основные характеристики.

    Тема 3. Емкостные датчики.

    Содержание лекции (2 часа):

    Емкостные датчики перемещений, давления, уровня. Особенности работа и основные характеристики.

    Тема 4. Пьезоэлектрические датчики.

    Содержание лекции (4 часа):

    Классификация пьезоэлектрических датчиков. Пьезоэлектрические материалы. Энергосиловая структура пьезокерамического элемента. Особенности построения и основные параметры.

    Тема 5. Электромагнитные преобразователи.

    Содержание лекции (4 часа):

    Электромагнитные преобразователи: индуктивные, взаимоиндуктивные, индукционные. Датчики Холла. Особенности работа и основные характеристики.

    Лабораторная работа «Исследование выходных характеристик датчиков напряжения».



    Тема 6. Датчики для измерения механических величин.

    Содержание лекции (2 часа):

    Датчики для измерения механических величин: массы, силы, давления, разницы давлений, крутящих моментов. Особенности построения и основные параметры.

    Тема 7. Датчики температуры.

    Содержание лекции (2 часа):

    Датчики температуры. Терморезистивные и термоэлектрические преобразователи температуры. Радиационные пирометры. Кварцевые термодатчики. Особенности построения и основные параметры.

    Лабораторная работа «Исследование выходных характеристик датчика температуры».



    Тема 8. Оптические датчики.

    Содержание лекции (6 часов):

    Оптические датчики. Фотометрия, оптические материалы. Волоконные световоды. Приемники оптического излучения. Электрооптические и акустооптические модуляторы. Интерферометрическая оптоволоконная модуляция.

    Тема 9. Датчики газоанализаторов.

    Содержание лекции (4 часа):

    Датчики газоанализаторов: оптические, фотоколориметрические, масс – спектрометрические. Особенности построения и основные параметры.

    Тема 10. Датчики влажности.

    Содержание лекции (2 часа):

    Датчики влажности. Датчики электрических влагомеров жидких и твердых тел.

    Тема 11. Электрохимические и биохимические датчики.

    Содержание лекции (2 часа):

    Датчики электрохимические, биохимические. Кондуктометрические устройства.

    pH – преобразователи.



    Тема 12. Датчики давления.

    Содержание лекции (2 часа):

    Расходомеры переменного перепада давления, переменного уровня. Дифференциальные манометры. Лазерные расходомеры.

    Лабораторная работа «Исследование выходных характеристик датчика давления»



    Тема 13. Датчики и приборы летательных аппаратов.

    Содержание лекции (2 часа):

    Пилотажно – навигационные датчики, применяемые в летательных аппаратах. Акселерометры, гироскопы, высотомеры, вариометры. Основы проектирования датчиков.

    Раздел 4. Основные типы устройств связи с объектом управления

    Тема 1. Основные типы устройств связи с объектом управления.

    Содержание лекции (4 часа):

    Аналого – цифровые преобразователи (АЦП). Цифро – аналоговые преобразователи (ЦАП). Классификация. Основные параметры. Оценка точности АЦП и ЦАП.

    Тема 2. Аналого - цифровые преобразователи.

    Содержание лекции (4 часа):

    Аналого –– цифровые преобразователи: пространственного кодирования, временного типа, уравновешивания, сигма – дельта модулирование.

    Тема 3. Цифро – аналоговые преобразователи.

    Содержание лекции (2 часа):

    Цифро – аналоговые преобразователи параллельного типа: с весовыми резисторами, с токовыми ключами.

    Раздел 5. Устройства ввода и вывода дискретных и число импульсных сигналов.

    Тема 1. Устройства ввода и вывода дискретных и число импульсных сигналов.

    Содержание лекции (4 часа):

    Устройства ввода и вывода дискретных и число импульсных сигналов.

    Раздел 6. Устройства отображения информации.

    Тема 1. Устройства отображения информации.

    Содержание лекции (4 часа):

    Классификация и характеристики устройств отображения информации. Светоиндикаторные диоды. Жидкокристаллические индикаторы. Газоразрядные индикаторы. Электролюминесцентные индикаторы.


8Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента

8.1Тематика заданий текущего контроля


Контрольная работа №1: Расчет мостовых схем.

Выполнить преобразование схемы «треугольник в звезду» и «звезды в треугольник» и произвести расчет эквивалентной индуктивности, эквивалентного сопротивления, эквивалентной емкости мостовой схемы.



Контрольная работа №2: Определение параметров резистивных, емкостных, индуктивных датчиков и датчиков Холла.

Выполнить расчет добротности, полного сопротивления, температурного коэффициента емкости емкостного датчика. Рассчитать чувствительность, напряжение и коэффициент Холла для датчика Холла изготовленного из полупроводниковых материалов.



Контрольная работа №3: Определение основных характеристик последовательности импульсов.

Выполнить расчет среднего, средневыпрямленного и среднеквадратичного значения напряжения последовательности импульсов (прямоугольных, треугольных, трапецеидальных).



Контрольная работа № 4: Определение основных параметров температурных датчиков.

Выполнить расчеты напряжения и коэффициента Зеебека для различных материалов и для различных температурных шкал.


8.2Вопросы для оценки качества освоения дисциплины


Примерный перечень вопросов к экзамену:

  • Классификация датчиков непрерывного и дискретного действия.

  • Особенности построения параметрических и генераторных датчиков.

  • Физические принципы, используемые в датчиках технических систем.

  • Структурные схемы датчиков прямого преобразования и компенсационные.

  • Дифференциальная, логарифмическая и логометрическая структурные схемы датчиков.

  • Чувствительность датчика и погрешность преобразования для различных структурных схем датчиков.

  • Измерительные схемы с резистивными датчиками. Особенности построения для увеличения чувствительности датчика.

  • Мостовая схема Уитстона. Условие для обеспечения максимальной чувствительности.

  • Устранение влияния соединительных проводов для мостовых схем.

  • Четырех проводная схема включения датчика.

  • Трех проводная схема включения датчика.

  • Измерение параметров емкостного датчика на примере моста Нернста.

  • Измерение параметров емкостного датчика на примере моста Саути.

  • Измерение параметров индуктивного на примере моста Максвелла.

  • Измерение параметров индуктивного на примере моста Гея.

  • Принципиальные схемы мостов с дифференциальным включением датчиков.

  • Особенности функционирования мостовых схем, работающих на переменном токе.

  • Фазовые датчики параметрического типа. Емкостные фазовые преобразователи.

  • Частотные датчики. Классификация и принцип действия датчиков.

  • Время импульсные преобразователи. Структурная схема, особенности работы и основные параметры.

  • Датчики положения и перемещения на основе резисторного потенциометра.

  • Индуктивные датчики перемещения. Чувствительность и особенности конструкции.

  • Дифференциальные трансформаторы. Чувствительность для низких и высоких частот возбуждения.

  • Микросин и индуктивный потенциометр. Принцип действия и основные параметры.

  • Пьезоэлектрические преобразователи. Область применения.

  • Тензопреобразователи. Основные характеристики и способы применения.

  • Электромагнитные преобразователи. Датчики Холла.

  • Оптические датчики. Волоконные световоды.

  • Оптические датчики ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов.

  • Приемники оптического излучения. Приемники с внешним и внутренним фотоэффектом.

  • Датчики электрических влагометров жидких и твердых тел. Принцип действия и основные парамеры.

  • Электрохимические и биохимические датчики. Принцип действия и основные параметры.

  • Датчики газоанализаторов: оптические, фотоколориметрические, масс – спектрометрические. Особенности построения и основные параметры.

  • Расходомеры переменного перепада давления, переменного уровня. Область применения.

  • Дифференциальные манометры. Лазерные расходомеры. Принцип действия и основные параметры.

  • Пилотажно – навигационные датчики, применяемые в летательных аппаратах. Акселерометры, гироскопы, высотомеры, вариометры.

  • Аналого – цифровые преобразователи (АЦП). Цифро – аналоговые преобразователи (ЦАП). Классификация. Основные параметры.

  • Оценка точности АЦП и ЦАП. Особенности построения для увеличения точности преобразования.

  • Аналого –– цифровые преобразователи: пространственного кодирования, временного типа, уравновешивания, сигма – дельта модулирование. Область применения.

  • Цифро – аналоговые преобразователи параллельного типа: с весовыми резисторами, с токовыми ключами. Область применения.

  • Устройства ввода и вывода дискретных и число импульсных сигналов. Область применения.

  • Классификация и характеристики устройств отображения информации. Светоиндикаторные диоды. Жидкокристаллические индикаторы.

  • Классификация и характеристики устройств отображения информации. Газоразрядные индикаторы. Электролюминесцентные индикаторы.

9Порядок формирования оценок по дисциплине


Преподаватель оценивает самостоятельную работу и работу студентов на практических занятиях по результатам решения задач. Оценки за самостоятельную работу и работу на практических занятиях преподаватель выставляет в рабочую ведомость.

Текущая оценка рассчитывается по формуле:



Отекущий = 0,4·Ок/р + 0,3×Олабр. раб.+ 0,3·Одз .
Накопленная оценка равна оценке за текущий контроль:

Онакопленная= Отекущий .

Промежуточная оценка по результатам первого этапа (по окончании 4 семестра) рассчитывается следующим образом:



Опромежуточная 1 = 0,5×Онакопленная 1 + 0,5×Оитоговая 1.
Результирующая оценка за дисциплину рассчитывается следующим образом:
Орезульт = 0,3×Онакопленная 2 + 0,3×Оитоговая 2 + 0,4×Опромежуточная 1.
Для округления всех типов оценок используется арифметический способ (до ближайшего целого числа).

В диплом выставляется результирующая оценка за дисциплину.



10Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

10.1Базовый учебник


Топольский В.Б. Микроэлектронные измерительные преобразователи / В. Б. Топольский. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 493 с.

10.2Основная литература


  1. Датчики: Справочное пособие / Под общ. Ред. В.М. Шарапова, Е.С. Полищука. – М.: Техносфера, 2012. – 624 с.

  2. Интеллектуальные сенсорные системы. Под ред. Дж. К.М. Мейджера. – М.: Техносфера, 2011. - 464 с.

  3. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. – М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

  4. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем. /В двух книгах. Пер. с фр. – М.: Мир, 1992. – 480 с., ил; 421 с., ил.

  5. Косинский А.В., Матвеевский В.Р., Холомонов А.А. Аналого – цифровые преобразователи перемещений. – М.: Машиностроение, 1991. 186 с.



10.3Дополнительная литература


  1. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование выходных характеристик датчиков скорости вращения», М., МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.

  2. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование выходных характеристик датчиков давления», М., МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.

  3. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование выходных характеристик датчиков напряжения», М., МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.

  4. Методические указания к выполнению лабораторной работы «Исследование выходных характеристик датчиков температуры» », М., МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013.

11Материально-техническое обеспечение дисциплины


Практические занятия выполняются в форме лабораторных работ и проводятся в лаборатории «Электронные и микропроцессорные устройства систем управления».

Для проведения лабораторных работ используется Комплект типового лабораторного оборудования «Датчики технологических параметров» ДТП1 – Н – Р в количестве 3 шт., находящихся в комнате 326. Данный комплект включает блоки датчиков линейного положения, датчиков углового положения, датчика давления, датчиков тока и напряжения, датчиков скорости вращения, датчиков температуры.







©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет