概要:
・物理量を表すための標準単位系（SI単位系）について学習する
・物理量を数値化する上で重要な有効数字の取り扱いや、測定誤差を軽減する手法について学習する
・各種物理量を測定するための測定器の基本動作原理や使用法について学習する
授業の進め方・方法:
・ 授業は講義形式を中心に単元ごとに演習を行う。
・単元ごとに演習問題を課題として課す。
・ 実際の現象を理解するため単元ごとに実験を行う。実験はレポートの提出が必要である。
注意点:
・ 数列の総和や指数関数などの計算を多用するため、関数電卓を準備しておくこと
・1,2年生で学んだ電気電子基礎、電気電子工学、情報工学基礎の知識を必要とする。
・課題、レポートの提出は遅れないよう、必ず提出すること。
・実験では、さまざまなセンサや機器を使用する。取扱いを方を身に着けること。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
講義概要の説明～計測とは
SI基本単位の定義と標準 |
・計測と測定の定義を説明できる
・ＳＩ単位を説明できる
・計測標準とトレーサビリティについて説明できる
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| 2週 |
測定で生じる誤差の種類と原因
誤差の伝搬と測定精度の計画 |
・測定時に発生する誤差と原因について説明できる
・間接測定では、複数の測定誤差が影響する事を説明できる
・誤差の伝搬に基づいた間接測定の精度を推定できる
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| 3週 |
測定値の統計的処理と補完 |
・離散値の標準偏差を導出できる
・線形補間や最小二乗法を用いて、測定値間の数値を推定できる
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| 4週 |
様々な物理量（長さ・温度・光強度・力など）の測定原理１ |
・ノギスのバーニア目盛による拡大原理を説明できる
・マイクロメータのネジ機構による拡大原理を説明できる。
・ダイアルゲージの歯車機構による拡大原理を説明できる。
・アッベの原理について説明できる。
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| 5週 |
長さの測定実験 |
・ノギス、マイクロメータを用いて、長さの測定ができる。
・測定結果から平均、分散、標準偏差を算出できる。
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| 6週 |
電圧・電流の測定原理
抵抗・インピーダンスの測定原理 |
・指示計器の動作原理について説明できる
・倍率器や分流器を利用した電圧、電流の測定範囲の拡大について説明できる。
・A/D変換を利用した電圧測定の原理について説明できる。
・電圧降下法による抵抗値測定の原理を説明できる。
・ブリッジ回路を用いたインピーダンス測定の原理を説明できる。
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| 7週 |
後期中間試験 |
後期中間試験
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| 8週 |
試験返却・解答
電圧・電流（直流）の測定実験 |
・試験返却・解答
・分圧回路を構成し、電圧、及び、電流を測定できる。
・測定結果に対して最小二乗法を用いて直線近似ができる。
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| 4thQ |
| 9週 |
A/D・D/A変換の原理
オシロスコープを用いた測定方法 |
・A/D変換の過程を説明できる。
・サンプリング定理を説明できる。
・量子化誤差について説明できる。
・PWM制御について説明できる。
・オシロスコープを用いた交流電圧の測定方法を説明できる。
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| 10週 |
A/D・D/A変換を用いた測定実験 |
・Arduinoを用いてアナログ電圧をデジタル値へ変換できる。
・分解能とサンプリング周波数を変化させた際の影響を考察できる。
・PWM制御を用いたD/A変換ができる。
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| 11週 |
時間波形（交流）の特性と測定実験 |
・RC直列回路の正弦波入力に対する一次遅れについて説明できる
・RC直列回路の矩形波入力に対する過渡応答について説明ができる。
・RC直列回路を設計し、正弦波入力に対する一次遅れの測定ができる。
・RC直列回路を設計し、矩形波入力に対する過渡応答の測定ができる。
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| 12週 |
様々な物理量（長さ・温度・光強度・力など）の測定原理２ |
・熱電対（ゼーベック効果）、サーミスタ、白金測温抵抗体による温度測定の原理を説明できる。
・CdSセルを用いた光強度測定の原理を測定できる
・フォトダイオードやフォトトランジスタによる光強度測定の原理を説明できる。
・歪みゲージを利用した歪みの測定原理を説明できる。
・オリフィス機構を利用した圧力の測定原理を説明できる。
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| 13週 |
温度の測定実験 |
・サーミスタ、白金測温抵抗体を用いて温度測定ができる。
・温度変化を出力電圧の変化に変換する回路を設計できる
・半導体素子を用いた温度測定にて自己発熱の影響を考察できる。
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| 14週 |
光の測定実験 |
・CdSセルやフォトトランジスタを用いた光強度測定ができる
・CdSセルの特性測定ができる
・可視光フォトトランジスタと赤外光トランジスタの特性測定ができる
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| 15週 |
後期期末試験 |
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| 16週 |
試験返却・解答 |
試験返却・解答
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 基礎的能力 | 工学基礎 | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 工学実験技術(各種測定方法、データ処理、考察方法) | 物理、化学、情報、工学における基礎的な原理や現象を明らかにするための実験手法、実験手順について説明できる。 | 2 | |
| 実験装置や測定器の操作、及び実験器具・試薬・材料の正しい取扱を身に付け、安全に実験できる。 | 3 | |
| 実験データの分析、誤差解析、有効桁数の評価、整理の仕方、考察の論理性に配慮して実践できる。 | 3 | |
| 実験テーマの目的に沿って実験・測定結果の妥当性など実験データについて論理的な考察ができる。 | 3 | |
| 実験ノートや実験レポートの記載方法に沿ってレポート作成を実践できる。 | 3 | |
| 実験データを適切なグラフや図、表など用いて表現できる。 | 3 | |
| 実験の考察などに必要な文献、参考資料などを収集できる。 | 3 | |
| 実験・実習を安全性や禁止事項など配慮して実践できる。 | 3 | |
| 個人・複数名での実験・実習であっても役割を意識して主体的に取り組むことができる。 | 3 | |
| 共同実験における基本的ルールを把握し、実践できる。 | 3 | |
| レポートを期限内に提出できるように計画を立て、それを実践できる。 | 3 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 3 | |
| オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 3 | |
| 正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 3 | |
| 平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 2 | |
| 正弦波交流のフェーザ表示を説明できる。 | 1 | |
| R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 2 | |
| RL直列回路やRC直列回路等の単エネルギー回路の直流応答を計算し、過渡応答の特徴を説明できる。 | 1 | |
| 分野別の工学実験・実習能力 | 電気・電子系分野【実験・実習能力】 | 電気・電子系【実験実習】 | 電圧・電流・電力などの電気諸量の測定が実践できる。 | 3 | |
| 抵抗・インピーダンスの測定が実践できる。 | 2 | |
| オシロスコープを用いて実際の波形観測が実施できる。 | 3 | |
| 電気・電子系の実験を安全に行うための基本知識を習得する。 | 3 | |