Учебна програма на дисциплината
" Електрически измервания "


Електрически измервания е задължителен фундаментален учебен курс от бакалавърската програма на специалносттаЕлектроника.

Знанията и уменията по Електрически иозмервания изграждат базова подготовка на студентите, необходима за усвояването на учебния материал в редица следващи специализиращи курсове на обучение, както и в бъдещата дейност на инженери, провеждащи научни изследвания и осигуряване на производствен процес.

Целта на учебната дисциплина е студентите да усвочт конкретни базови знания и умения, необходими при реализиране на измервателни схеми, избор на необходими средства за измерване, провеждане на измервния и последваща обработка на резултатите от измерванията.

В края на обучението си студентът ще:

·                    познава понятийния апарат в областта на електрическите измервания и метрологията;

·                    познава основните методи и средства за измерване, както и техните метрологични характеристики;

·                    прави избор и реализира конкретни електрически ехеми за измерване;

·                    събира и обработва резултати от измервания с цел получаване на обективна оценка за измерваните величини;

·                    може да сравнява в метрологияно отношение различни методи и средства за измерване;

Учебно съдържание

2.1  Извадка от учебния план за учебната дисциплина.

по ред

Вид на занятията

Семестър

Хорариум, ч.

седмично

Общо за семестъра

1.

Лекции

III

2

30

2.

Лабораторни упражнения

III

1,5

22,5

3.

Семинарни упражнения

-

-

-

4.

Курсов проект

-

-

-

5.

Курсова работа

-

-

-

6.

Самоподготовка

III

5,5

82,5

 

Всичко

 

9

135

 

Кредити

III

 

6

2.2 Входно-изходни връзки:

2.2.1 Необходими предварителни знания по: физика, математика, електротехника, теория на вероятностите..

2.2.2  Учебни курсове, ползващи дисциплината: електроника, електронни измервателни преобразуватели, цифрови и аналогови средства за измерване, метрология, изформационни-измервателни системи.

2.3 Лекции

Раздел 1 – Въведенеие в метрологията                                                                       5 ч.     

1. Основни понятия и определения. Метрология. Измерване, контрол, величина, сигнал. Размерност и единици на физичните величини. Система единици SI. Основни измервателни операции. Eлементарен измервателен процес.                                                                                   0.5 ч.

2. Видове измервания (преки, косвени, съвкупни, съвместни; еднократни, многократни; статични, динамични). Методи за измерване (нулев, диференциален, на заместването; с уравновесяване). Особенности.                                                                       0.5 ч.

3. Точност и грешка. Грешки на средствата за измерване (aбсолютна, относителна, приведена; основна, допълнителна; систематична, случайна; адитивна, мултипликативна; статична, динамчна) Грешки при измерванията (инструментална, методична, субективна). Примери.                                                                                                                             0.5 ч.

4. Измервателни преобразуватели. Видове преобразуватели. Основни преобразования. Блокови схеми. Функция и коефициент на преобразуване. Специфични особености. Характеристики. Примери.                                                                                                                           1 ч.

5. Средства за измерване. Видове средства за измерване. Структурни схеми на средствата за измерване. Статични характеристики и параметри. Динамични характеристики. Метрологични характеристики. Класове на точност.                                                      1 ч.

6. Обработка на резултатите от измерванията. Представяне на резултатите като случайни величини. Закони на разпределение. Статистически моменти и оценки.  Интервална и точкова оценки. Проверка на хипотези. Обработка на резултати при многократни (преки и косвени) и при еднократни измервания.                                       1 ч.

7. Сумиране на грешки. Методи на сумиране. Определяне на общата систематична грешка и на общата случайна грешка. Сумиране на неизключени систематични грешки. Примери.                                                                                                                              0.5 ч.

 

Раздел 2 – Електромеханични измервателни преобразователи и уреди   5 ч.

8. Устройство на електромеханичните измервателни преобразователи и уреди. Структурна схема. Обобщен израз за двигателния момент. Конструктивни елементи. Галванометрични и логометрични механизми. Статичен режим. Динамичен режим (при стъпаловидно, при импулсно, при синусоидално входно въздействие).                                                                                          1 ч.

9. Магнитоелектрически измервателни механизми. Устройство и принцип на действие. Функция на преобразуване. Магнитоелектрически амперметри, волтметри, омметри. Разширяване на обхватите. Магнитоелектрически (обикновени, балистични, вибрационни) галванометри. Метрологични характеристики. Приложение.                    1 ч.

10. Магнитоелектрически измервателни уреди с преобразуватели. Обща структурна схема. Детекторни (еднополупериодни, двуполупериодни) амперметри и волтметри. Термоелектрически измервателни уреди. Схеми, графики, функция на преобразуване. Метрологични характеристики. Приложение.                                                                       0.5 ч.

11. Електродинамични измервателни механизми. Устройство и принцип на действие. Функция на преобразуване – при постоянен и при променлив ток. Феродинамични измервателни механизми. Електродинамични амперметри, волтметри, ватметри. Разширяване на обхватите. Метрологични характеристики. Приложение.                   1 ч.

12. Електромагнитни измервателни механизми. Устройство и принцип на действие. Функция на преобразуване – при постоянен и при променлив ток. Електромагнитни амперметри и волтметри. Разширяване на обхватите. Вибрационни честотомери. Метрологични характеристики. Приложение.                                                                0.5 ч.

13. Електростатични измервателни механизми. Устройство и принцип на действие. Функция на преобразуване – при постоянно и при променливо напрежение. Електростатични волтметри. Електрометри. Метрологични характеристики. Приложение.                 0.5 ч.

14. Индукционни измервателни механизми. Индукционни електромери. Устройство и принцип на действие. Функция на преобразуване. Векторна диаграма. Регулировки. Метрологични характеристики. Приложение.                                                                        0.5 ч.

 

Раздел 3 – Измерване на основни електрически величини                                    7 ч.

15. Измерване на електрическа мощност във вериги за постоянен ток и във вериги за еднофазен променлив ток. Преки и косвени методи - с амперметър и волтметър, с ватметър, VA и AV схеми, грешки.                                                                                                           0.5 ч.

16. Измерване на активна мощност в трифазни (трипроводникови и четирипроводникови) симетрични и несиметрични вериги – с  едноелементни, двуелементни и триелементни ватметри, схема на Арон. Векторни диаграми.                                     0.5 ч.

17. Измерване на реактивна мощност в еднофазни и трифазни вериги. Обща постановка, преки и косвени методи. Реактивни ватметри. Схеми с активни ватметри, схема със заменени напрежения. Векторни диаграми.                                                                  0.5 ч.

18. Измерване на електрическа енергия (активна и реактивна) в еднофазни и трифазни вериги. Еднофазни и трифазни (двуелементни и триелементни) електромери. Схеми на свързване.                                                                                                                                0.5 ч.

19. Измервателни трансформатори. Токови измервателни трансформатори. Напрежителни измервателни трансформатори. Устройство. Схема на свързване, работен режим, векторна диаграма, модулна и ъглова грешки. Приложение.                           1 ч.

20. Измерване на напрежения и токове. Компенсационен метод - същност, особености, предимства. Компенсатори за постоянно напрежение. Компенсатори за променливо напрежение (полярно-координатен и правоъгълно-координатен компенсатори). Компаратори за променливи напрежения и токове. Блокови и принципни схеми. Метрологични характеристики. Приложение.                                                                   1.5 ч.

21. Измерване на електрически съпротивления при постоянен ток. Измерване с амперметър и волтметър (VA и AV схеми, грешки), с омметър. Измерване с мoстове за постоянен ток. Четирираменен мост. Шестраменен мост. Автоматичен мост. Схеми, условие за равновесие. Метрологични характеристики. Приложение. Измерване на много големи съпротивления.                                                                                                                  1.5 ч.

22. Измерване на параметри на електрически вериги при променлив ток. Moстове за променлив ток. Условия за равновесие. Уравновесяване, сходимост. Квазиуравновесени, честотно-зависими и трансформаторни мостове – схеми, условия за равновесие. Метрологични характеристики. Приложение.                                                                       0.5 ч.

23. Измерване на капацитети и на индуктивности. Мостов метод (мостове на: Вин, Нернст, Шеринг; Максуел-Вин, Андерсен). Схеми, условия за равновесие. Резонансен метод - схеми, зависимости. Метрологични характеристики. Приложение.                             0.5 ч.

 

Раздел 4 – Електронни аналогови и цифрови измервателни  уреди          3 ч.

24. Електронни аналогови уреди. Обобщена структурна схема. Входни и функционални преобразуватели, аналогови отчитащи устройства. Основни характеристики. Електронни измервателни усилватели. Еквивалентна схема. Видове. Принципи за изграждане. Основни параметри.                                                                                              1 ч.

25. Електронни волтметри (за постоянно и за променливо напрежение). Електронни амперметри. Електронни омметри. Обобщена структурна схема. Принципи за изграждане. Основни характеристики.                                                                                                          0.5 ч.

26. Електроннолъчев осцилоскоп. Обобщена структурна схема. Основни функционални блокове. Видове осцилоскопи. Основни характеристики. Приложение за измерване на основни електрически и магнитни величини.                                               0.5 ч.

27. Цифрови измервателни  уреди. Основни понятия. Дискретизация и квантуване на непрекъсната величина. Грешки. Основни цифрови блокове и преобразователи – общо описание и характеристики.            Функция на цифровото преобразуване.                            0.5 ч.

28. Цифрови честотомери, периодомери и фазомери. Цифрови волтметри. Цифрови уреди за измерване параметри на електрически вериги. Цифрови постояннотокови омметри. Цифрови мостове. Структурни схеми и принципи на изграждане. Основни характеристики.                                                                                                                                       0.5 ч.  

 

Раздел 5 – Измерване на магнитни величини                                                            4 ч.

29. Измервателни преобразуватели на електрически величини в магнитни и на магнитни величини в електрически. Измерване на магнитен поток, магнитна индукция, интензитет на магнитното поле и магнитовъзбудителен ток. Структурни схеми. Функция на преобразуване. Основни характеристики.                                                                             1 ч.

30. Основни статични и динамични характеристики на магнитните материали. Образци за изследване и устройства за намагнитване – конструктивно изпълнение, схеми, зависимости, приложение.                                                                                                          1 ч.

31. Изследване на феромагнитни материали при постоянно намагнитване. Индукционно-импулсен (балистичен) метод. Схеми, процедури, зависимости. Приложение.                                                                                                                                    1 ч.

 32. Изследване на феромагнитни материали при променливо намагнитване. Метод с електроннолъчевия осцилоскоп. Ватметричен метод. Специфични особености на методите,  схеми, зависимости. Приложение.                                                                                    1 ч.

 

Раздел 6 – Измерване на неелектрически величини                                                4 ч.

33. Измервателни преобразуватели на неелектрически величини в електрически (съпротивителни, индуктивни, капацитивни, пиезоелектрически, топлинни и др). Принцип на действие на преобразователите, зависимости. Функция на преобразуване. Приложение.                                                                                                                                                           2 ч.

34. Методи и уреди за измерване: на линейни и ъглови размери; на механични сили, напрежения и налягания; на температура. Структурни и принципни схеми. Специфични особености. Приложение                                                                                                                              1 ч.

35. Методи и уреди за измерване: на ниво на течности, на налягане, на разход. Структурни и принципни схеми. Специфични особености. Приложение.                                                          1 ч.

 

Раздел 7 – Съвременни измервателни уреди и системи                               2 ч.

36. Интелигентни сензори, преобразователи и средства за измерване. Обобщени структурни схеми. Специфични особености, основни принципи за изграждане. Виртуални средства за измерване. Приложение.                                                                                  1 ч.

37. Информационно-измервателни системи. Архитектура и йерархия на системите. Централизирани и разпределени системи. Основни принципи за изграждане. Обобщени структурни схеми. Организация на измервателните потоци. Планиране на измеревателния експеримент. Основни положения. Приложение.                                                            1 ч.          

 

2.4. Лабораторни упражнения

1. Измерване на ток, напрежение и мощност с електромеханични

аналогови уреди                                                                                            3 ч.

2. Грешки при измерванията и обработка на резултатите

от измерване                                                                                                 3 ч.

3. Измерване на съпротивления с мостове за постоянен ток                            3 ч.

4. Измерване с компенсатор за постоянно напрежение                                     3 ч.

5. Проверка и регулиране на еднофазен индукционен електромер                  3 ч.

6. Измерване на магнитни евличини с електронно лъчев осцилоскоп                        3 ч.

7. Изследване на тензорезистори и приложението им за измерване

на сила                                                                                                           3 ч.

8. Защита на протоколи                                                                                         1,5 ч.

Преподаване и учене

3.1 Лекционно обучение. Лекциите се провеждат калсически с тебешир и черна дъска. Предвижда се в някои от лекциите да се използва мултимедиен- или шрайбпроектор, чрез които на екран се представя структурата на лекцията, най-съществени схеми, чертежи, зависимости, графики и формули.

3.2 Лабораторните упражнения. Цялата лабораторна група предварително е разделена на три лабораторни бригади. Всяка бригада изпълнява едно лабораторно упражнение(тема) под ръководството на асистента. Студентите предварително изучават теоретичната част от “Ръководство за лабораторни упражнения по Електрически измервания” и се подготвят за устно изпитване по основните задачи от упражнението и теоретичните постановки свързани с тях. Студентите предварително изучават теоретичната част. След завършване на упражнението получените резултати се проверяват от ръководителя и въз основа на тях студентите изработват самостоятелен протокол за всяко едно упражнение. Заверка за лабораторните упражнения се получава само, ако студентът е присъствал на всичките упражнения и е направил съответните протоколи.

3.3 Семинарните упражнения

3.4 Специфични особености на разписванието на занятията: Лекциите се провеждат в блок по два часа, а лабораторните упражнения – в блок по три часа.

3.5 Форми на сътрудничество между студентите и преподавателския екип по дисциплината. Възможностите са: консултации в приемните часове на преподавателите, електронна поща и съвместна работа с преподавателския екип по научни и професионални задачи.

Ресурси по дисциплината

Академични ресурси

Преподавателите по дисциплината следва да имат научна специалност от направления 02.05.43 Електроизмервателна техника и/или 02.05.12 Метрология и метрологично осигуряване.

Титуляр на учебната дисциплина е доц. д-р Иван Николов Коджабашев с научна специалност 02.05.43 Електроизмервателна техника. За контакти: тел. 965 23 82 и e-mail: kodjabashev@tu-sofia.bg .

Ръководители на лабораторните упражнения са преподаватели от катедра Електроизмервателна техника, като всеки семестър ръководителят катедра разпределя асистентите по лабораторни групи. Най-често лабораторните упражнения се възлагат на:

Гл.ас.д-р Деница Държанова с научна специалност 02.05.43 Електроизмервателна техника, има публикувани научни трудове и участия в международни и вътрешно университетски проекти, свързани с тематиката на дисциплината; за контакти: тел. 965-34-91, e-mail: dpetrova@tu-sofia.bg

Гл.ас. Николай Гуров, има публикувани научни трудове и участия в международни и вътрешно университетски проекти, свързани с тематиката на дисциплината; за контакти: тел. 965-23-66, e-mail: nrg@tu-sofia.bg .

Ст.ас. Светослав Дичев, има участия в международни и вътрешно университетски проекти, свързани с тематиката на дисциплината; за контакти: тел. 965-33-81, e-mail: slv@tu-sofia.bg .

Ас. Николай Симеонов Стоянов, има публикувани научни трудове и участия в вътрешно университетски проекти, свързани с тематиката на дисциплината; за контакти: тел. 965-34-63, e-mail: n_stoyanov@tu-sofia.bg .

4.3 Материални ресурси:

            Лаборатории 2419, 2421, 2422 и 2424 в които се провеждат лабораторните упражнения. Всяка лаборатория е 100% обурудвана с необходимите лабораторни стендове и технически съоръжения.

 

Информационни ресурси

Основна:

1. Електрически измервания, под редакцията на проф. Б. И. Матраков. Трето           издание С., Изд-во на ТУ, 1998. Второ издание С., Изд-во на ТУ, 1993.  Първо издание С., Т, 1989,

2. Ръководство за лабораторни упражнения по “Електрически измервания”, под редакцията на проф. д-р Д. С. Русев, С., Изд-во на ТУ, 1998, под редакцията на проф.Ил. М. Панамски, С. Т., !990.

3. Measurement and Instrumentation. Kalchev I., Kodjabashev. I., Kolev N., Petrov I., Tashev T., Yordanova S. S., TU, 1998.

Допълнителна:

4  Основы метрологии и злектрические измерения, под редакции Е. М. Душина, Л., ЕИ, 1987 -   налична в библиотеката.

5. Методы и средства измерений. К.Л.Куликовский, В.Я.Купер, М., З., 1986 – налична в библиотеката.

6. Приборы и методы измерения злектрических величин, Е. Г. Алтамян, второе издание, М., Высшая школа, 1989 - налична в библиотеката.

7. Злектрические измерения злектрических и незлектрических величин. Под редакции В. С. Полищука, К., Виша школа. 1984 – налична в библиотеката.

8. Electronic Instruments and Measurements, Jones L., Chin A., Prentice-Hall Int. 1991– налична в библиотеката (ОИОАЕ на ТУ).

 

WWW адреси:

Instrumentation and Measurement Society

http://ewh.ieee.org/soc/im/imnew/index.htm

Measurement, Sensors Instrumentation and NDT

http://www.iee.org/oncomms/pn/measurement/

Test, Measurement & Instrumentation

http://www.industrysearch.com.au/suppliers.aspx?sicId=4079

Система за оценяване на студентите

5.1 Форма и начин за оценяване

Постигането на поставената цел на обучението по учебната дисциплина се контролира чрез обща оценка, която се формира от две съставки: текущата оценката от лабораторните упражнения и оценката от писмения изпит.

Текущата оценката от лабораторните упражнения включва   две съставки: работа по време на лабораторните упражнения и изработване и защита на протоколите. Тази оценка носи максимум 20 точки (отличен 6), 15 точки (мн.добър 5), 10 точки (добър 4) и 5 точки (среден 3).

Оценката от писмения изпит се формира на базата на пет въпроса и една задача, които носят общо 80 точки. За изпита през сесията се подготвят два билета като всеки билет съдържа пет въпроса и една задача. Студентите излъчват свой представител, който тегли един билет. Петте въпроса включват елементи от лекционния материал и носят максимум 70 точки. Задачата е свързана със задачи от проведените лабораторните упражнения и носи максимум 10 точки.

5.2 Изисквания за формиране на крайната окончателна оценка по шестобалната скала.

Оценка Отличен (6) се получава при брой на точките .

Оценка Мн.добър (5) се получава при брой на точките .

Оценка Добър (4) се получава при брой на точките .

Оценка Среден (3) се получава при брой на точките .

Оценка Слаб (2) се получава при брой на точките .

 

5.3 Схема за образуване на крайната оценка в съответствие с т.5.1.

 

Компонент

Брой точки

Пример

1

Лабораторни упражнения

max 20

Добър(4). – 10 точки

2

Изпит

max 80

58 точки

 

Крайна оценка:

max 100

68 точки – Добър(4).