МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Методы измерений физических величин
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.06.01. Физика и астрономия
НаправленностьПриборы и методы экспериментальной физики
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_06_01_Физика и астрономия_Приб-1-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 24
самостоятельная работа 57
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 4

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (4) Итого
Недель 18
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 12 12 12 12
Практические 12 12 12 12
Сам. работа 57 57 57 57
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
к.т.н., доцент кафедры радифизики и теоретической физики, А.Я. Суранов

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности, Д.Д. Рудер

Рабочая программа дисциплины
Методы измерений физических величин

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.06.01 ФИЗИКА И АСТРОНОМИЯ (уровень подготовки кадров высшей квалификации). (приказ Минобрнауки России от 30.07.2014г. №867)

составлена на основании учебного плана:
03.06.01 Физика и астрономия
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Срок действия программы: 2018-2019 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор А.А. Лагутин

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор А.А. Лагутин

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Подготовка аспиранта к осуществлению научно-исследовательской деятельности, связанной с проведением измерительных экспериментов, оценкой погрешностей результатов измерений, работой с пакетами готовых программ, а также с работой в междисциплинарных областях научных исследований.
Подготовка ученого исследователя, способного представлять, обосновывать и отстаивать результаты собственных исследований и выводов, осознавать ответственность за принятие профессиональных решений.
Формирование социально-личностных качеств научного сотрудника: целеустремленности, организованности, трудолюбия, ответственности, гражданственности, коммуникабельности, толерантности, повышения общей культуры.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.03

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-3: cпособностью демонстрировать системное понимание в профессиональной области и получать научные результаты, удовлетворяющие установленным требованиям к содержанию диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по направленности Приборы и методы экспериментальной физики
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Основные понятия и термины метрологии.
Виды и методы измерений, классификацию погрешностей.
Принципы нормирования метрологических характеристик средств измерений.
Современный уровень развития методов и средств измерений в области научных интересов и в смежных областях.
3.2.Уметь:
3.2.1.Проводить первичную обработку результатов измерений и оценку погрешностей измерений.
Выбирать, конфигурировать и получать результаты с систем сбора данных.
Планировать измерительный эксперимент.
Обеспечивать и оценивать качество измерений.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Сборки и конфигурирования автоматизированных экспериментальных установок на основе систем сбора данных для проведения измерений.
Проектирования и тестированияя нетандартных средств измерений
Системным подходом к созданию и эксплуатации систем автоматизации научных исследований

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Основы метрологии
1.1. Основные понятия и термины метрологии. Физические свойства, величины и шкалы. Системы физических величин и их единиц. Международная (единая) система единиц. Универсальные постоянные и естественные системы единиц. Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров. Лекции 4 2 Л2.1, Л1.4, Л2.2, Л2.5
1.2. Основные понятия и термины метрологии. Физические свойства, величины и шкалы. Системы физических величин и их единиц. Международная (единая) система единиц. Универсальные постоянные и естественные системы единиц. Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров. Сам. работа 4 4 Л1.4, Л2.2, Л2.5
1.3. Измерения. Модель измерения и основные постулаты метрологии. Виды и методы измерений. Прямые, косвенные, статистические и динамические измерения. Практические 4 2 Л1.1, Л1.2, Л2.4
1.4. Измерения. Модель измерения и основные постулаты метрологии. Виды и методы измерений. Прямые, косвенные, статистические и динамические измерения. Сам. работа 4 4 Л1.2, Л2.4
1.5. Методы измерения напряжения, тока и сопротивления. Методы измерения времени, частоты и разности фаз. Методы измерения в оптическом диапазоне. Дифференциальные, интерферометрические и другие виды измерений. Лекции 4 2 Л1.1, Л1.2, Л1.3, Л2.4
1.6. Методы измерения напряжения, тока и сопротивления. Методы измерения времени, частоты и разности фаз. Методы измерения в оптическом диапазоне. Дифференциальные, интерферометрические и другие виды измерений. Сам. работа 4 4 Л1.2, Л1.3, Л2.4
1.7. Погрешности измерений. Классификация погрешностей. Математическое описание погрешностей. Примеры законов распределения погрешностей. Практические 4 2 Л2.3
1.8. Погрешности измерений. Классификация погрешностей. Математическое описание погрешностей. Примеры законов распределения погрешностей. Сам. работа 4 4 Л2.3
1.9. Принципиальные ограничения на точность измерений (физические пределы). Фундаментальные шумы в измерительных устройствах. Тепловой шум. Формула Найквиста. Теорема Каллена-Вельтона. Дробовой шум в электронных и оптических приборах. Шумы 1/f. Лекции 4 2 Л1.2, Л2.2
1.10. Квантовые эффекты в физических измерениях. Условия, когда классический подход становится неприменим. Соотношения неопределенности. Сам. работа 4 5 Л2.2
1.11. Шумы и помехи при измерении электрических, акустических и оптических величин. Лекции 4 1 Л1.2, Л1.3, Л2.2
1.12. Шумы и помехи при измерении электрических, акустических и оптических величин. Сам. работа 4 5 Л1.2, Л1.3, Л2.2
Раздел 2. Нормирование метрологических характеристик средств измерений
2.1. Нормирование инструментальной погрешности пределом допускаемой погрешности. Нормирование погрешностей средств измерений статистическими методами. Погрешности косвенных измерений. Внесение поправок в результаты измерений. Оценка неисключённой составляющей систематической погрешности измерений. Качество измерений. Суммирование погрешностей. Лекции 4 1 Л2.3, Л2.5
2.2. Нормирование инструментальной погрешности пределом допускаемой погрешности. Нормирование погрешностей средств измерений статистическими методами. Погрешности косвенных измерений. Внесение поправок в результаты измерений. Оценка неисключённой составляющей систематической погрешности измерений. Качество измерений. Суммирование погрешностей. Сам. работа 4 6 Л2.3, Л2.5
2.3. Обработка результатов прямых многократных измерений. Идентификация формы распределения погрешности. Обработка результатов наблюдений, содержащих грубые погрешности. Совместные и совокупные измерения. Лекции 4 2 Л1.2, Л1.4, Л2.3, Л2.5
2.4. Обработка результатов прямых многократных измерений. Идентификация формы распределения погрешности. Обработка результатов наблюдений, содержащих грубые погрешности. Совместные и совокупные измерения. Сам. работа 4 6 Л1.2, Л2.3
2.5. Динамические измерения и динамические погрешности. Харак-теристики детерминированных линейных измерительных цепей Лекции 4 1 Л1.3, Л2.3
2.6. Динамические измерения и динамические погрешности. Харак-теристики детерминированных линейных измерительных цепей Сам. работа 4 4 Л2.3
2.7. Нормирование метрологических характеристик средств измерений. Виды средств измерений. Метрологические характеристики средств измерений. Классы точности средств измерений. Расчёт погрешности измерительной системы. Практические 4 2 Л1.2, Л2.3, Л2.4
2.8. Метрологические характеристики средств измерений. Модели нормирования метрологических характеристик. Нормирование динамических погрешностей средств измерений. Сам. работа 4 9 Л2.3
2.9. Метрологическая надёжность средств измерений. Математические модели изменения во времени погрешности средств измерений. Метрологическая надёжность и межповерочные интервалы. Практические 4 2 Л1.2, Л2.5
Раздел 3. Принципы метрологического обеспечения
3.1. Основы метрологического обеспечения. Нормативно-правовые основы метрологии. Метрологические службы и организации. Государственный метрологический надзор и контроль. Государственные испытания средств измерений. Поверка средств измерений Лекции 4 1 Л1.2, Л2.5
3.2. Основы метрологического обеспечения. Нормативно-правовые основы метрологии. Метрологические службы и организации. Государственный метрологический надзор и контроль. Государственные испытания средств измерений. Поверка средств измерений Сам. работа 4 2 Л1.2, Л2.5
3.3. Калибровка средств измерений. Метрологическая аттестация средств измерений и испытательного оборудования. Система сертификации средств измерений. Методики выполнения измерений. Метрологическая экспертиза. Анализ состояния измерений. Практические 4 2 Л1.2, Л2.5
3.4. Калибровка средств измерений. Метрологическая аттестация средств измерений и испытательного оборудования. Система сертификации средств измерений. Методики выполнения измерений. Метрологическая экспертиза. Анализ состояния измерений. Сам. работа 4 2
Раздел 4. Системы сбора данных.
4.1. Структура систем сбора данных. Программное обеспечение систем сбора данных. Технология виртуальных приборов. Построение систем сбора данных для измерения основных физических величин. Достижения в области современных измерительных систем. Практические 4 2 Л1.3
4.2. Структура систем сбора данных. Программное обеспечение систем сбора данных. Технология виртуальных приборов. Построение систем сбора данных для измерения основных физических величин. Достижения в области современных измерительных систем. Сам. работа 4 2 Л1.3
4.3. Контроль знаний и компетенций Экзамен 4 27 Л1.1, Л1.2, Л1.4, Л2.5

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
1.Дайте определение физической величины. Приведите примеры физических величин, относящихся к механике, оптике, магнетизму и электричеству.
2.Дайте определение системы физических величин и систем единиц физических величин. Приведите примеры основных и производных физических величин и единиц.
3.Сформулируйте основные принципы построения систем единиц физических величин.
4.Дайте определение понятия измерение.
5.В чем заключается единство измерений?
6.Назовите основные виды измерений.
7.Назовите основные методы измерений.
8.Охарактеризуйте основные виды погрешностей измерений.
9.Какими методами корректируются (уточняются) результаты измерений?
10.Что такое качество измерений?
11.Дайте характеристику принципа обработки результатов различных видов измерений.
12.Что такое динамические измерения и их погрешности?
13.На чем основана теория расчетного суммирования погрешностей?
14.Расшифруйте понятия коррелированных и некоррелированных случайных величин.
15.Как суммируются случайные и систематические погрешности?
16.Назовите виды средств измерений (СИ).
17.В чем заключается нормирование метрологических характеристик?
18.Назовите виды погрешностей СИ.
19.Дайте характеристику погрешностей цифровых СИ.
20.Что такое класс точности СИ?
21.В чем различие метрологических характеристик аналоговых и цифровых СИ?
22.Как осуществляется нормирование динамических характеристик СИ?
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств
См. Приложения
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 В.К. Батоврин [и др.]. LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий : учеб. пособие М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009. https://e.lanbook.com/book/1096.
Л1.2 А. С. Волегов, Д. С. Незнахин, Е. А. Степанова Метрология и измерительная техника: электронные средства измерений электрических величин: учебное пособие для вузов М. : Издательство Юрайт // ЭБС "Юрайт", 2018 https://biblio-online.ru/book/4A39CE6C-477D-4AB6-980A-82FBFFF4BE4C/metrologiya-i-izmeritelnaya-tehnika-elektronnye-sredstva-izmereniy-elektricheskih-velichin
Л1.3 О. А. Агеев [и др.] ; под общ. ред. О. А. Агеева, В. В. Петрова. Информационно-измерительная техника и электроника. Преобразователи неэлектрических величин: учебное пособие для вузов М. : Издательство "Юрайт" // ЭБС "Юрайт", 2018. https://biblio-online.ru/book/E9083298-A69E-4EAF-9F37-679125167739/informacionno-izmeritelnaya-tehnika-i-elektronika-preobrazovateli-neelektricheskih-velichin
Л1.4 Ю.Г. Голых; Т.И. Танкович Метрология, стандартизация и сертификация. LabVIEW практикум по оценке результатов измерений: учебное пособие Красноярск : Сибирский федеральный университет,ЭБС «Университетская библиотека онлайн», 2014 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=364557
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 А. В. Аминев, А. В. Блохин ; под общ. ред. А. В. Блохина Измерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие для вузов ЭБС "Юрайт" , 2018 https://urait.ru/book/izmereniya-v-telekommunikacionnyh-sistemah-416132
Л2.2 Ю. И. Воронцов ; под ред. В. Б. Брагинского Теория и методы макроскопических измерений: М. : Наука, 1989
Л2.3 П. В. Новицкий, И. А. Зограф. Оценка погрешностей результатов измерений: Л. : Энергоатомиздат, 1991
Л2.4 Х. -И. Кунце Методы физических измерений: М. : Мир, 1989
Л2.5 Сергеев А.Г., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация и сертификация в 2 ч. Часть 2. Стандартизация и сертификация:/- 3-е изд.- ,.- : Учебник и практикум М. : Издательство Юрайт, 2018 https://biblio-online.ru/book/4573F340-3BC9-4076-B475-99681B96A072/metrologiya-standartizaciya-i-sertifikaciya-v-2-ch-chast-2-standartizaciya-i-sertifikaciya
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Методы измерения физических величин Курс в ЭОИС АлтГУ [Электронный ресурс] https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6711
Э2 ЭБС "АлтГУ" http://elibrary.asu.ru
Э3 ЭБС «Юрайт» http://www.biblio-online.ru/
Э4 ЭБС «Университетская библиотека онлайн» http://www.biblioclub.ru/
Э5 ЭБС «Лань» http://e.lanbook.com/
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Windows
Microsoft Office
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
519М электронный читальный зал с доступом к ресурсам «ПРЕЗИДЕНТСКОЙ БИБЛИОТЕКИ имени Б.Н. Ельцина» - помещение для самостоятельной работы Учебная мебель на 46 посадочных мест; 1 Флипчарт; компьютеры; ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" и доступом в электронную информационно-образовательную среду; стационарный проектор: марка Panasonic, модель PT-ST10E; стационарный экран: марка Projecta, модель 10200123; система видеоконференцсвязи Cisco Telepresence C20; конгресс система Bosch DCN Next Generation; 8 ЖК-панелей
304К лаборатория телекоммуникаций и цифрового телевидения центр систем автоматизации и управления - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; стеллажи под лабораторное оборудование; проектор: марка INFOCUS модель IN24 - 1 единица; программно-аппаратный комплекс измерения технологических параметров на базе плат, система сбора данных AFS, средства отладки и программирования DL-NEXYS, станции паяльные ERSA (2шт.), телефон системный Panasonic KX-DT321RU-B (2шт.), IP-платформа Panasonic KX-NCP1000RU, Анализатор спектра R&S FSH8, модальная система анализа и генерации сигналов, персональные портативные устройства сбора данных NI myDAQ; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсам "Техника приема и обработки сигналов", "Проектирование устройств на ПЛИС", "Цифровая и микропроцессорная техника".

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

При изучении тем курса следует самостоятельно повторить рассмотренные вопросы, пользуясь рекомендованной литературой, и ответить на контрольные вопросы. Возможен вариант опережающего знакомства с материалом лекции с тем, чтобы на лекции получить ответ на возможные вопросы. Целесообразно постараться "привязать" рассматриваемые вопросы к теме своей диссертационной работы. Также желательно проверить все рассматриваемые математические вопросы с помощью моделирования или использования реального оборудования. Рекомендуемой средой программирования для этого является среда графического программирования LabVIEW.