Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
3 results
Search Results
Item Розвиток теоретичних основ та створення методів і алгоритмів мінімізації похибок термоперетворювачів на базі статистичної термодинаміки(Національний університет "Львівська політехніка", 2008) Яцишин, Святослав ПетровичДисертація присвячена розробці й використанню термоелектричних термоперетворювачів з підвищеними точністю й метрологічною надійністю. Викладено актуальність проблеми, приділено увагу необхідності врахування термодинамічного стану термометричної субстанції. Розглянуто механізми нестабільності функції перетворення, досліджено її зміни у типових умов експлуатації; проаналізовано можливості застосування термодинамічних уявлень стосовно термометричної субстанції, як термодинамічно виокремленої системи. Вивчено ефективні методи дії на функції перетворення. Виведено вираз для сумарної функції впливу, як граничного значення відносної інструментальної похибки, у вигляді комбінації трьох адитивних пар безрозмірних функцій впливу. Проведено експериментальні дослідження: спектру термоелектричних властивостей, електричного опору та його температурного коефіцієнту та структурно-чутливих характеристик. Реалізовано способи та розроблено алгоритми побудови і використання термоперетворювачів з мінімальною інструментальною похибкою.Диссертационная работа посвящена разработке и использованию термоэлектрических термопреобразователей повышенной точности и метрологической надежности. Обосновано актуальность проблемы, акцентировано внимание на необходимости учета термодинамического состояния термометрических материалов. Обсуждены указанные характеристики преобразователей контактной и бесконтактной электротермометрии, связанные с термометрическими материалами и особенностями их изготовления. Представлен генезис основных составляющих погрешностей термоэлектрических преобразователей во времени и в зависимости от значительного количества факторов, связанных как с воздействием контролируемой среды, так и с факторами внутренней структуры термометрических материалов, непрерывно изменяющимися в процессе измерения. На основании привлечения статистической термодинамики неравновесных процессов раскрыто целесообразность развития объединительного подхода к изучению функций влияния, обусловленных сложными процессами переноса в процессе воздействия на термометрические материалы многочисленных производственно-технологически-эксплуатационных факторов, как факторов возмущения. Изучены функции влияния, как следствие сложных процессов переноса электричества, теплоты, массы и пр. Обнаружено экспериментально и доказано теоретически на основании исследования процесса теплопереноса примесей в монокристаллических термоэлектродах, что возможно создание функционально-градиентных термометрических материалов для целей термометрии. Последним присущи улучшенные метрологические характеристики за счет формирования в них нестационарного термодинамического состояния с неравномерным по длине распределеиием примесей. Исследованы особенности воздействия слабых электромагнитных полей на термометрические ферромагнитные и неферромагнитные материалы. Уделено внимание изучению влияния пористости, что имеет немаловажное значение для металлокерамических термометрических материалов. На основе проведенных исследований предложены критерии, позволяющие пренебречь определенными процессами переноса и, как следствие, факторами влияния на метрологические характеристики, включая инструментальную погрешность. Предложены и развиты алгоритмические основы минимизации инструментальной погрешности термопреобразователей. В частности, создан алгоритм минимизации погрешности для термоэлектрических преобразователей. Внимание уделено экспериментальному изучению функций влияния преобразователей с термометрическими материалами (вольфрам, молибден, рений, ниобий, тантал, никель, платина, медь, сплавы на их основе и электропроводные композиты). Приведены предложенные, разработанные и реализованные способы подготовки, построения и использования термоэлектрических термопреобразователей с минимальной погрешностью. Предложены и обсуждены различные конструкции термоэлектрических, термошумовых и терморезистивных преобразователей температуры для аэрокосмической, энергетической, металлургической и других отраслей промышленности. Раскрыты особенности их конструктивного исполнения, обеспечивающие максимальный метрологический ресурс и минимальную инструментальную погрешность измерения с их помощью. Dissertation is devoted to the development and use of thermoelectric thermotransducers with enhanced accuracy and metrological reliability. The actuality of a problem is stipulated. Investigating changes at typical external environments, the mechanisms of transformation function instability are considered; possibilities of thermodynamic presentation use is analyzed concerning thermometric substance. The effective action methods are studied on a transformation function. An expression for the total influence function as the maximum value of a relative instrumental error is shown out. The mentioned value is presented as the combination of three pairs of dimensionless influence functions. The experimental research of thermoelectric properties, electric resistance, microhardness and other structural characteristics is conducted. The methods of thermotransducer construction are realized with improving metrological operating characteristics. The algorithms of thermotransducer instrumental errors’ minimization are developed.Item Вимірювання температури шумовими методами. Теорія і практика(Національний університет "Львівська політехніка", 2009) Микитин, Ігор ПетровичДисертація присвячена розробці й використанню шумових термометрів для відтворення та передачі термодинамічної температурної шкали. Викладено актуальність проблеми, обґрунтовано переваги шумового методу вимірювання температури. Розглянуто основні проблеми, які виникають під час проектування засобів вимірювання шумової термометрії. Досліджено джерела похибки методів вимірювання середнього значення квадрату шумової напруги, пропорційного до вимірюваної температури, та виведено вираз для граничної похибки кожного з методів. Для покращення метрологічних характеристик шумових термометрів запропоновано перенести операції множення та усереднення шумових сигналів у цифрову частину, фільтрацію шумових сигналів проводити з допомогою цифрових фільтрів на основі перетворення Фур’є та використовувати первинні перетворювачі з мінімальним температурним коефіцієнтом опору. Сформовано основні концепції створення інтелектуальних фільтрів на основі перетворення Фур’є. Експериментально підтверджено коректність запропонованих математичних моделей вхідного кола шумового термометра, методики оцінки граничної похибки вимірювання температури, методу фільтрації шумових сигналів на основі перетворення Фур’є, теоретичного обґрунтування рівня обмеження гармонік спектру шумового сигналу та використання гістограми спектру як критерію оцінки якості проведеної фільтрації. Реалізовано способи та розроблено алгоритми функціонування шумових термометрів, що передбачають усереднення за частотою та за часом. Диссертационная работа посвящена разработке и использованию шумовых термометров (ШТ) для воспроизведения и передачи термодинамической температурной шкалы. Изложена актуальность проблемы, обоснованно преимущества шумового метода измерения температуры. Рассмотрены проблемы, возникающие в процессе проектирования средств измерения шумовой термометрии: длительное время измерения, предопределенное случайным характером измеряемого сигнала; наличие неинформативных шумовых сигналов во входной цепи; зависимость сопротивления первичного преобразователя (ПП) от температуры; низкий уровень измеряемого сигнала; необходимость использования малошумящих широкополосных усилителей; недостаточная помехоустойчивость средств измерения шумовой термометрии. Исследованы источники погрешности методов измерения среднего значения квадрата шумового напряжения, пропорционального измеряемой температуре. Получены выражения для предельной погрешности каждого из методов. Для анализа методической составляющей погрешности ШТ рассмотрены варианты построения входной цепи ШТ с учетом шумовых параметров ПП, операционного усилителя и резисторов обратной связи первого каскада усилителя, а также линии связи. Кроме того, проанализированы двух-, трех- и четырехпроводные схемы соединения ПП с измерительной частью ШТ, а также проведен анализ методических погрешностей ШТ с использованием одноканальных и двуканальных усилителей. Поскольку принцип работы SQUID преобразователей не позволяет устранить влияние фликер-шума на результат измерения, а метод измерения мощности шумового сигнала, метод замещения и метод сравнения с мерой нуждаются в более длительном времени измерения, оптимальным для построения ШТ с улучшенными метрологическими и техническими характеристиками является метод непосредственной оценки среднего значения квадрата шумового напряжения. Для улучшения метрологических характеристик ШТ предложено перенести операции умножения и усреднения шумовых сигналов в цифровую часть, фильтрацию шумовых сигналов осуществлять посредством цифровых фильтров на основе преобразования Фурье и использовать ПП с минимальным температурным коэффициентом сопротивления. С учетом предложенных изменений синтезирована структурная схема ШТ на основе метода непосредственной оценки среднего значения квадрата шумового напряжения и произведена оценка относительной предельной погрешности измерения температуры. Определена стандартная неопределенность измерения температуры в температурном диапазоне, отвечающем наибольшему температурному промежутку между двумя реперными точками МТШ ‑ 90: алюминия (933.473 К) и серебра (1234.93 К), не превышающая ±0.05 % (время измерения 1000 с, значения сопротивления ПП 1000 Ом, частотная полоса 1 МГц). Учитывая длительное время измерения, предложено проводить усреднение за короткие промежутки времени, а затем усреднять полученные результаты. Реализованы способы и разработаны алгоритмы функционирования шумовых термометров во время проведения усреднения за частотой и по времени. Сформирована концепция создания интеллектуальных фильтров с использованием преобразования Фурье. Исследованы погрешности метода фильтрации по уровню для различных видов помех (синусоидальной, трапециеподобной и прямоугольной). Теоретически обоснован оптимальный уровень ограничения гармоник спектра шумового сигнала. Критерием оптимума фильтрации выбрана гистограмма спектра шумового сигнала. Проведена проверка метрологических и технических характеристик ШТ в температурном диапазоне 273.15 ... 372 К с использованием реперной точки таяния льда, реперной точки кипения воды и дополнительных реперних точек, на основе эвтектических сплавов Ga - In - Sn (283.74 К) и In ‑ In2Bi (345.89 К). Экспериментально подтверждено правильность предложенных математических моделей входной цепи ШТ, методической погрешности шумового метода, методики оценки предельной погрешности измерения температуры, метода фильтрации шумовых сигналов на основе преобразования Фурье, теоретического обоснования уровня ограничения гармоник спектра шумового сигнала и использования гистограммы спектра как критерия оценки качества фильтрации. Результаты экспериментальных исследований воспроизводимости показаний ШТ в реперной точке таяния льда (при времени измерения 1 с погрешность измерения не превышает ± 1.5 %, а при 1000 с ‑ ± 0.07 %) практически соответствуют теоретической оценке погрешности измерения температуры методом непосредственной оценки среднего значения квадрата шумового напряжения (± 2 % и ± 0.072 % соответственно). Dissertation is devoted to development and use of noise thermometers for a recreation and transmission of thermodynamics temperature scale. It was expounded the actuality of problem, grounded advantages of noise method of measuring of temperature. Basic problems which arise up during planning of facilities of measuring of noise thermometry are considered. Investigational sources of error of methods of measuring to the square of mean value of noise voltage, proportional to the measurable temperature and expression is shown out for a maximum error each of methods. For the improvement of metrology descriptions of noise thermometers it is suggested to carry the operations of multiplying and integration of noise signals in digital part, to conduct filtration of noise signals with the help of digital filters on the basis of transformation of Fourier and to use transformers with the as possible less the temperature coefficient of resistance. It was formed basic conceptions of creation of intellectual filters on the basis of transformation of Fourier. It was experimentally confirmed the correctness of the offered mathematical models of entrance circle of noise thermometer, method of estimation of maximum error of measuring of temperature, method of filtration of noise signals on the basis of transformation of Fourier, theoretical ground of level of limitation of spectral components of noise signal and use of histogram of spectrum as a criterion of estimation of quality of the filtration. It was realized methods and the algorithms of functioning of noise thermometers, which are utilize integration after frequency and time.Item Забезпечення єдності вимірювання витрати рідини(Національний університет "Львівська політехніка", 2008) Косач, Наталія ІгорівнаДисертаційна робота присвячена розв’язанню важливої науково-прикладної проблеми забезпечення єдності вимірювання витрати рідини та належного її обліку шляхом створення сучасної системи відтворення та передачі одиниць витрати та кількості рідини. Показано, що проблема, яка розв’язується, є дуже актуальною для України. Для її вирішення створено нову єдину повірочну схему для засобів вимірювання як об’ємної та масової витрати, так і об’єму та маси рідини, що протікає по трубопроводу, а також єдиний державний еталон одиниць об’ємної та масової витрати, об’єму та маси рідини, що протікає по трубопроводу, (ДЕТУ 03-04-04), розширена невизначеність якого не перевищує 0,02 %. Розвинуто електромагнітний метод і розроблено на його основі, атестовано та впроваджено в метрологічну практику України еталонний витратомір ЕМВВ-2 з похибкою вимірювання ± 0,2 %, високоточні ЗВТ витрати, зокрема, для трубопроводів великих діаметрів, витратомірну установку ВЗУ-180 з похибкою вимірювання ± 0,2 %. Розроблено методологію калібрування (повірки) ЗВТ швидкості рідинних потоків із застосуванням проливних витратомірних установок. Розроблено 18 гармонізованих з європейськими МДМ, які регламентують забезпечення єдності вимірювання витрати та кількості рідини в Україні, а також ряд методик калібрування (повірки) конкретних ЗВТ витрати. Thesis is devoted to solving an important applied science problem concerning the liquid flow measurement assurance for its proper accounting by means of establishing an up-to-date system of realization and transfer of the units of liquid flow and quantity. It is shown that the problem being solved is of high importance for Ukraine. A new single hierarchy scheme for measuring instruments both for volume and mass flow and volume and mass of liquid in the pipeline, as well as a single national standard of the unit of volume and mass flow, volume and mass of liquid in the pipeline, DETU 03-04-04, the expanded uncertainty of which does not exceed 0.02 %, were created in order to solve this problem. An electromagnetic method was developed and the EMVV-2 standard flow meter with the measurement error of ± 0.2 %, high-accuracy measuring instruments for flow, in particular for pipelines with large diameters, VZU-180 flow-measuring setup with the measurement error of ± 0.2 % were created on the basis of this method. The methodology of calibration of liquid streams velocity MTM on flow equipment is developed. A set of 18 MDM harmonized with the corresponding European MDM that regulates the liquid flow and quantity measurement assurance in Ukraine, and also a set of calibration procedures of liquid flow МТМ. Диссертационная работа посвящена решению важной научно-прикладной проблемы обеспечения единства измерения расхода жидкости для ее надлежащего учета путем создания современной системы воспроизведения и передачи единиц расхода и количества жидкости, а также внедрения созданной системы в метрологическую практику Украины. При проведении исследований установлено, что проблема обеспечения единства измерения расхода жидкости, включая все ее аспекты от разработки соответствующей государственной поверочной схемы, создания государственного первичного эталона единиц расхода жидкости, высокоточных рабочих эталонов и средств измерительной техники (СИТ) до разработки (гармонизации) соответствующих нормативно-методических документов по метрологии (МДМ), весьма актуальна для Украины. Разработана новая современная организационно-структурная модель единой поверочной схемы для средств измерения как объема и объемного расхода, так и массы и массового расхода жидкости, протекающей по трубопроводу, в которой введен эталон переносчик, вторичный и два разряда рабочих эталонов, расширено поле рабочих СИТ с целью обеспечения преемственности и возможности введения новых приборов измерения расхода и количества жидкости, внедренных в народное хозяйство Украины в последнее время, а так же предусматривающее развитие расходомерной техники в будущем. Разработан и внедрен соответствующий стандарт Украины ДСТУ 4403:2005 „Метрология. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расхода жидкости и объема и массы жидкости, протекающей по трубопроводу”. В результате выполненных теоретических и репрезентативных экспериментальных исследований гидродинамических процессов в проточном тракте эталонных расходомерных установок, систем взвешивания жидкости и перенаправления потока во взвешиваемый бак и обратно и т.д. усовершенствованы в сравнении с зарубежными аналогами физико-математическая и метрологическая модели эталона, реализующего статический весовой метод. На основе анализа этих моделей разработаны принципы построения и определен конструктив оптимального для Украины эталона единиц массового и объемного расхода, массы и объема жидкости, протекающей по трубопроводу, которые послужили базой при создании соответствующего ггосударственного первичного эталона единиц объемного и массового расхода, объема и массы жидкости, протекающей по трубопроводу, – ДЕТУ 03-04-04. Определены основные источники погрешности воспроизведения указанных единиц созданным эталоном и пути сведения их к приемлемому минимуму. Показано, что метрологические характеристики (МХ) созданного государственного первичного эталона ДЕТУ 03-04-04 находятся на уровне лучших аналогичных эталонов (стандартов) передовых стран мира – его расширенная неопределенность находится на уровне 0,02 %. Развиты теоретические основы, усовершенствованы физико-математическая модель измерений и принципы построения высокоточных электромагнитных расходомеров со стабильными МХ. Результаты выполненных исследований реализованы в разработанных эталонных расходомерах ЕМВВ-2 (погрешность измерения не превышает ± 0,2 %), относительно недорогих высокоточных рабочих СИТ расхода жидкости, которые послужили основой для создания электромагнитных преобразователей расхода жидкости ПРЕМ-1 для трубопроводов малых и средних диаметров (DN ≤ 300) и клинкетного (вводимого через клинкет) электромагнитного расходомера для измерения расхода жидкости методом «площадь-скорость» с нормированными МХ в трубопроводах больших диаметров (DN > 300), относительная погрешность измерения которых не превышает ± 1,0 %. Разработаны и экспериментально апробированы рекомендации и принципы построения компактных относительно недорогих высокоточных проливных динамических установок, которые обеспечивают аттестацию и калибровку (поверку) всех типов и исполнений СИТ расхода жидкости. Создана, внедрена в метрологическую практику Украины и успешно эксплуатируется на протяжении более 10 лет в Национальном научном центре «Институт метрологии» расходомерная эталонная установка ВЗУ-180 с погрешностью воспроизведения и передачи единицы объемного расхода ± 0,2 %. Рабочим органом ВЗУ-180 является набор разработанных ЕМВВ-2. Разработана и внедрена в гидрометрическую практику методология аттестации и калибровки (поверки) СИТ скорости как жидкостных русловых потоков, так и тех, которые непосредственно применяются в качестве преобразователей расхода в трубопроводах средних и больших диаметров, в частности, клинкетних ЭМР, с применением существующих проливных расходомерных установок. Разработаны и внедрены в практику метрологических работ 18 гармонизированных с европейскими организационно-методических нормативных документов по метрологии, регламентирующие нормы и правила при обеспечении единства измерения расхода жидкости, в частности: Технический регламент подтверждения соответствия счетчиков води, разработанный в соответствии с Приложением МІ-001 Директивы 2004/22/ЕС Европейского Парламента и Совета ЕС по измерительным приборам от 31.03.2004 г.; ДСТУ ISO 6817:2006. Измерения расхода электропроводящей жидкости в закрытых трубопроводах. Метод с применением электромагнитных расходомеров; ДСТУ ISO 9104:2006. Измерения расхода жидкости в закрытых трубопроводах. Метод оценки характеристик электромагнитных расходомеров жидкости; ДСТУ 3954-2000 (ГОСТ 8.571-2000). Межгосударственный стандарт. Измерители скорости жидкостных потоков. Методы и средства поверки; ДСТУ 4403:2005. Метрология. Государственная поверочная схема для средств измерения объемного и массового расхода жидкости и объема и массы жидкости, протекающей по трубопроводу, а также методики поверки (калибровки) конкретных СИТ расхода.