Вимірювальна техніка та метрологія
Permanent URI for this communityhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2123
Browse
15 results
Search Results
Item Аналіз методів і видів вимірювань у кваліметрії(Видавництво Львівської політехніки, 2017-03-28) Мотало, Андрій; Стадник, Богдан; Мотало, Василь; Motalo, Andrij; Stadnyk, Bogdan; Motalo, Vasil; Газопромислове управління “Львівгазвидобування”; Національний університет “Львівська політехніка”Розглянуто й проаналізовано шляхи поєднання методології метрології та кваліметрії – наукової галузі, предметом вивчення якої є кількісне оцінювання якості продукції. З позиції сучасного розвитку світової метрології розглянуто види вимірюваних величин у кваліметрії та методи їх вимірювань. Розроблено концепцію вибору методів вимірювань величин у кваліметрії з урахуванням специфіки досліджуваних об’єктів та методику оцінювання точності отриманих результатів вимірювань, що істотно розширює можливості кваліметрії щодо забезпечення єдності вимірювань, підвищення точності та достовірності отриманих результатів вимірювань характеристик якості продукції.Item Основи квантової термометрії(Видавництво Львівської політехніки, 2016) Стадник, Богдан; Яцишин, Святослав; Національний університет “Львівська політехніка”Доведено існування кванта температури, зумовленого дисипацією одного електрона на фононах за одиницю часу, та теоретично визначено його значення через фундаментальні фізичні сталі з установленою непевністю, залежною від непевностей методів визначення цих сталих. Показано можливість створення сучасного еталона температури на базі фундаментальних фізичних сталих із залученням еталона електричного опору на базі інверсного значення кванта електропровідності та еталона напруги на базі масиву переходів Джозефсона. Доказано существование кванта температуры, обусловленного диссипацией одного электрона на фононах в единицу времени, теоретически определено его значение через фундаментальные физические постоянные с установленным значением неопределенности, зависящей от неопределенности методов определения этих постоянных. Показано возможность создания современного эталона температуры на базе фундаментальных физических постоянных с привлечением эталона электрического сопротивления на основании инверсного значения кванта электропроводности и эталона напряжения на основании массива переходов Джозефсона. At this moment the Temperature Unit remains the last, among 7 major units of SI, value that is not regulated at the atomic level. Such state of affairs cannot be deemed adequate for the advanced technology. After implementation of current CODATA “Temperature” redefinition, the next step in provision of scientific support for realizing the Temperature Measurement of new generation seems to be a creation of Quantum Standard on the basis of the fundamental physical constants. The Boltzmann constant consideration related only to the energy of electrons scattering in process of collision with atoms may be incomplete and therefore not quite correct. While ignoring the process of acquiring energy by electrons to which may be involved in another fundamental physical constant such as Planck constant, the obtained model would be not quite perfect. These both sides of process combine a balanced approach to the problem of temperature arising as the heat manifestation (in the case of transmission of electric current through the substance) of the conduction electrons interacting with atoms. Therefore, occurrence of the Planck constant in proposed by us the Quantum Unit of Temperature becomes reasonable. It is proved the existence of Quantum Unit of Temperature caused by single electron-phonon dissipation per second and determined its value with the uncertainty defined by the set of different physical methods. The possibility of researching the most contemporary measure of temperature on the basis of fundamental physical constants with involvement of the Standard of Electrical Resistance on the basis of Inverse of Conductance Quantum as well as the Standard of Voltage based on the Josephson junctions array is considered. For this purpose are involved the Standard of electrical resistance on the basis of Inverse of Conductance Quantum as well as the Standard of voltage based on the Josephson junctions that can produce voltage pulses with time-integrated areas perfectly quantized in integer values of h/2e. As mentioned resistance we propose to study FET construction, namely the CNTFET with built-in CNT which has to be superconductive. Source and drain have to be manufactured from two dissimilar conductive metals (for example constantan and copper) that constitute the T-type thermocouple via CNT quasi-junction. The last is inherent in resistance Kl 2R he= which is equal to 25812.807 557 ± 0.0040 Ώ, due to transient resistance of contacts. While studying the dissipation of electric power on such an electric resistance in temperature measurement area, it becomes able the estimation of temperature jump conjugated with I Net= which is formed per unit time t by N conduction electrons of each charge e that transfer energy 32 kT to atoms of matter. Resulting value of temperature jump is deduced, and it is reduced later to single electron-phonon dissipation per second. Received value is identified as Reduced Quantum Unit of Temperature: 1 . [ ]12 1 .3 . t sN BT h K sk s D ®®D = é ù × êë úû. On condition of power supply from Johnston junctions array, it appears an opportunity to pass a discrete, clearly appointed number of electrons through Standard’s CNT. The studied temperature jump is easiest to measure with minimal methodical error with help of built-in high-mentioned thermocouple. It is determined by electric energy dissipated on CNTFET contacts at passing a current, via ratio of h and kB and is equal to 3.199 493 42 ∙ 10-11 K with relative standard uncertainty 59.2∙10-8 (defined by well-known values h and kB of NIST tables). It can be extremely helpful at Quantum Temperature Measurement Standard design.Item Розумні вимірювальні засоби для кіберфізичних систем(Видавництво Львівської політехніки, 2016) Микийчук, Микола; Стадник, Богдан; Яцишин, Святослав; Луцик, Ярослав; Національний університет “Львівська політехніка”Праця спрямована на розвиток кіберфізичних систем, які стають ключовим фактором повсякденного життя, а розумні вимірювальні прилади вважають невід’ємним компонентом цієї системи. Розглядається верифікація метрологічних підсистем за параметрами, що визначають керованість обладнання та процесів, розробленням, впровадженням та реалізацією конкретних метрологічних методів та інструментів, які успішно описуються термінами “апаратна підтримка, основне і проміжне метрологічне програмне забезпечення”. Работа направлена на развитие киберфизических систем, которые становятся ключевым фактором повседневной жизни, а умные измерительные приборы считаются неотъемлемым компонентом этой системы. Рассматривается верификация метрологических подсистем по параметрам, определяющим управляемость оборудования и процессов, путем разработки, внедрения и реализации конкретных метрологических методов и инструментов, которые успешно описываются терминами “аппаратная поддержка, основное и промежуточное метрологическое программное обеспечение”. Smart measuring instruments are the prerequisite for CPS design as they constitute the essential units of informationmeasuring subsystems. There is a set of smart measurement instruments which is divided into the following subsets: smart sensors, smart transducers, their grids etc. that can be joined together in modern wireless sensor networks. The emerging field of cheap and easily deployed sensors offers an unprecedented opportunity for a wide spectrum of various applications. When combined, they offer numerous advantages over traditional networks. These include a large-scale flexible architecture, high-resolution data, and application-adaptive mechanisms as well as a row of metrological specific features and performance (self-check, self-validation, self-verification, self-calibration, self-adjustment). Milestones in everyday work aiming to ensure reliable wireless sensors networks operation lie in the direction of functional and probabilistic verifications. We provide the software and middleware development aiming to reach predetermined behavior. The easiest way to achieve this may be demonstrated on the example of widespread wireless fire detector networks. They are characterized by a number of special algorithms directed on as fast as possible and accurate triggering and actuating the automation of higher level. So, it becomes necessary to research and implement the original operation algorithms for fire sensors and also check algorithms for periodic real-time software examination. Considering their structural complexity (presence of smoke and heat sensitive elements, various principles of elaboration of the received signals, their drift of characteristics, and pollution of translucent elements, etc.) the development of such algorithms is a daunting task. Herein, human life may be the price for a bug. Equally important seems to be probabilistic verification that is to boost the probability of reaching wireless sensors network declared goals (estimation of their chances being achieved). Each network consists structurally of a large number (up to 103) of nodes which are individual sensors able to radio communicate with one or several neighboring units. The most common wireless sensors network is the fire alarm sensors network each branch of which has up to 26 sensors which was caused by limiting the length of microcontroller register. Topology of every network may differ: star, cluster tree, mesh, up to advanced multi-hop mesh network. Propagation technique between hops of network can be routing or flooding. Nowadays, problem arises to adapt traditional network topologies to contemporary communicating conditions. If a centralized architecture is used in a sensor network and the central node fails, then the entire network will collapse, however the reliability of sensor network can be increased by using distributed control architecture. Distributed control is used in such networks for the following reasons: sensor nodes are prone to failure; for better collection of data; to provide nodes with backup in case of the central node failure; resources have to be self -organized. Aiming at the substantial development of Cyber-Physical systems, which are becoming a key element of everyday life,the smart measuring instruments are considered below as an indispensable part of entire systems. Verification of the metrological subsystems for parameters determining the controlled equipment and processes through the development,implementation and realization of specific metrology and standardization methods, instruments, that is successfully described by the terms “metrological hardware, software, and middleware”. Smart sensors are supplied with digital information transmissive means by equipping them with built-in digital controllers to match the universal network interface or by combining technology of analogue and digital transmission in a single measuring channel. According to the structure all smart sensors are divided into 4 groups: sensors of centralized and decentralized types, as well as sensors with digital and analogue buses. According to correction methods the analogue interfaces with smart sensors are divided into the groups: with manual error correction, with auto correction of errors in analogue-digital form, and with digital correction of errors. Specific measurement consists in evaluating MIs performance reliability, trueness, and other metrological properties, due to the quality of a certain kind of metrological software, or the software linked to metrological features of MIs. MI software metrological verification raises the problem of appropriate methods choice of software and middleware assessing, testing, and certifying. The metrological validation must result in confirmation or discarding of the studied ware following the requirements indicated in normative documents. Procedures and methods of checking software, and determining its disadvantages are considered below. Software study includes first of all the fulfilling the procedures of inambiguity ensuring the operating functions for generated data. Selection of the procedures is determined by regulation requirements, as well as by the software developer or the user’s desires to confirm its compliance with the target specification.Item Метрологія, кваліметрія та кваліметричні вимірювання: теорія і практика(Видавництво Львівської політехніки, 2015) Мотало, Василь; Мотало, Андрій; Стадник, БогданРозглянуто й проаналізовані основні проблеми розвитку кваліметрії. Обґрунтовано використання в теорії та практиці кваліметрії концептуального поняття “кваліметричні вимірювання” як одного із видів вимірювань, що дозволяє поєднати методологію кваліметрії та метрології, істотно розширити можливості кваліметрії щодо достовірності й точності отриманих оцінок якості продукції. Розглянуто і проаналізовано основні завдання кваліметрії з оцінювання якості вуглеводневих газів. Рассмотрены и проанализированы основные проблемы развития квалиметрии. Обосновано использование в теории и практике квалиметрии концептуального понятия “квалиметрические измерения” как одного из видов измерений, что позволяет совместить методологию квалиметрии и метрологии и существенно расширить возможности квалиметрии в достоверности иточности полученных оценок качества продукции. Рассмотрены и проанализированы основные задачи квалиметрии в области оценивания качества углеводородных газов. In the article, the main issues of interrelation between qualimetry and metrology reviewed and analyzed. Qualimetry is a branch of science where research subject is product quality quantitative assessment and as an each new science it has some theoretical and methodological problems. Solving these problems, according to the authors, is possible only in a complex combination of quality control methodology and metrology. Metrology, the science of measurement and its application, has the strong scientific, practical and legal tools, which allows research in any field of knowledge. Analysis of the ways of solving these problems is the subject of this study. The authors propose to use the concept of “qualimetrical measurements” as one of the types of measurements in the theory and practice of quality control. That allows combine the methodology of qualimetry and metrology and significantly extend qualimetry opportunities in the reliability and accuracy of the product quality estimates. Qualimetrical measurements, by the authors definition, is indirect measurements of product quality level, the meaning of which can be obtained by the way of measurement results processing of its characteristics according to multidimensional scaling methodology. Product quality level is a relative characteristic of product quality grounding on the comparison of values of products quality assessed indexes and basic values of corresponding indexes. Generally, qualimetrical measurements as any other one consists of two principal stages: • carrying out the measuring experiment during which different characteristics (mechanical, dimensional, electric, magnetic, thermic and chemical composition etc.) of studied products are measured; • measuring experiment results processing during which the studied products quality Q is defined. This is the qualimetrical measurements results. Therefore, the mentioned above approach of qualimetrical measurements essence and purpose enables to treat them as one of the indirect measurements types and to use the main principles of measuring theory for their analysis. The procedure of qualimetrical measurements for measuring of product quality level is developed and its practical implementation described in this article and such tasks of research to achieve the work goal solved: • a synthesis of the product quality measure; • developing of the procedure of qualimetrical measurements; • a synthesis of the one-dimensional qualimetrical scale of product quality level; • a practical implementation of the qualimetrical measurements methodology on the example of the determining the quality level of natural gas as an energy source. The basis of any measurement is the comparison ofmeasured value and measure which reproduce and (or) keeps one ormore known values of a given quantity. Qualimetrical measurements specificity is absence of specific physical (material) quality measures of some products. Product quality virtual measure used formethodological providing of qualimetricalmeasurements procedure realization and their accuracy and quality assessment. Virtualmeasure is the theoretical analog of corresponding physical (material)measure of studied product and it’s the reflection of real physical (material) measure of current product quality is expressed by mathematical and programmeans. In this case, the product quality virtualmeasure is a weighted basic profile of product qualityPK,bz , formed from single relative weighted basic quality indexes Kbz,i , і = 1,2,…,п, where n – number of product quality indexes, equal to the number of properties of the investigated product. To measure the quality level of the investigated product Q, namely for full implementation of qualimetric measurements procedures, it is necessary to compare the weighted estimated profile of product quality PK,oz , formed from single relative weighted estimated quality indexes Koz,i , with weighted basic profile PK ,bz , namely with virtual quality measure. To compare profiles of quality PK,oz and PK,bz is used the methodology ofmultidimensional scaling – one of the sections of mathematical statistics, the subject of research of which is data processing on pairwise similarities, connections and relationship between objects that are analyzed in order to present these objects in the form of points of some multidimensional space. In the case of statistic independent (non-correlated) single relative quality indexes for comparision profiles of quality PK,oz and PK,bz it should be used weighed Euclidean individual differences model. In the case of correlation between the single quality indexes to determine product quality level it should be used three-model multidimensional scalingmodel. In both cases it should be defined the absolute difference or deviation function DП between profiles of quality PK,oz and PK,bz . On the basis of obtained deviations DП the scale of product quality level Q determination can be build, and as result bigger numerical quality Q level value will correspond for higher product quality: Q = 1 –DП or Q = (1 –DП)×100%. Thus, based on the methodology of qualimetrical measurements, developed in the article, the complex evaluation of the Natural Gas quality as an energy source was realized, in which were taking into account a ratio of themost important gas characteristics, such as caloric content, humidity, density, composition, availability and quantity of non-flammable and harmful components.Item Розроблення та аналіз варіантів апаратної реалізації портативних частотних аналізаторів імпедансу(Видавництво Львівської політехніки, 2015) Стадник, Богдан; Хома, Володимир; Хома, ЮрійОписано та проаналізовано три варіанти побудови портативних частотних аналізаторів імпедансу на сучасній елементній базі та розглянуто можливості їх використання в поєднанні із ПК, а саме: на базі спеціалізованих мікросхем AD5933/AD5934, сигнального мікроконтролера STM32F4, програмованої логічної матриці сім’ї Cyclone. Також наведено алгоритми функціонування ЧАІ, з описом процедур калібрування та визначення параметрів АВП, коригування та опрацювання результатів вимірювання. Описаны и проанализированы три варианта построения портативных частотных анализаторов импеданса на современной элементной базе и рассмотрены возможности их использования в сочетании с ПК, а именно: на базе специализированных микросхем AD5933 / AD5934, сигнального микроконтроллера STM32F4, программируемой логической матрицы семейства Cyclone. Также приведены алгоритмы функционирования ЧАИ, включающие описание процедур калибровки и определения параметров АИП, корректировки и обработки результатов измерения. Impedance spectroscopy is widely used to study biological, physical and chemical objects, for example in biomedical measurements, in study of the materials properties, particularly on micro- and nanoscale, for corrosion monitoring and diagnostics, for control of batteries, fuel cells. Often research is carried out on a objects under non-laboratory conditions. A good example of such research is the use of impedance spectroscopy for testing of corrosion-resistant coatings on various steel structures such as bridges, pipelines and other. This leads to the need for cheap, small portable measuring devices – impedance analyzers. A novel concept for design of portable impedance analyzers have been developed in the article. Themain idea is based on minimization of the analog part ofmeasurement channel, aswell as on the replacement of a number of functions to a personal computer. Three variants of design of portable impedance analyzers are described and analyzed in the article. The first option involves the use of single-chip converter AD5933, combined with universal processor Atmega16U2 and external operational amplifier. The hardware implementation is quite simple, but the main disadvantage is limited frequency band (maximum frequency converter AD5933 is 100 kHz). Also this approach has no possibility for tuning and optimization of measuring channel parameters. The second implementation of portable impedance analyzers is based on the STM32F4 digital signal controller with built-in DACs and ADCs, which makes it an extremely attractive in terms of flexibility and simplicity in the design. However, the drawback of this implementation includes limited frequency band (100 kHz). The third option involves the implementation of digital part of the impedance analyzer (CPU, DDS and DSP blocks) on FPGA in combination with external DAC and ADC. This method is the most flexible in terms of configuration, as the digital part enables optimization of measurement channel parameters and DAC and ADC specifications can be chosen according to current application needs. The main disadvantage of this approach is relatively high price and power consumption.Item Делькометрія: стан та перспективи розвитку(Видавництво Львівської політехніки, 2014) Івах, Роман; Стадник, Богдан; Домінюк, ТарасРозглянуто розділ такої галузі метрології, як діелькометрія, проаналізовано її фізичні підстави, а також сучасний стан та перспективи. Розглянуто коло питань застосування діелектричних вимірювань, оцінено їх переваги та недоліки, запропоновано шляхи розвитку діелькометрії. Статья посвящена разделу такой области метрологии, как диэлькометрия, проанализированы ее физические основания, а также современное состояние и перспективы. Рассмотрен круг вопросов применения диэлектрических измерений, оценено их преимущества и недостатки, предложены пути развития диэлькометрии. Section of this article is devoted to the field of metrology as dielectrometry analyzed its physical base, as well as the current state and prospects. We consider a range of issues the use of dielectric measurements, assessed their strengths and weaknesses, the ways of dielectrometry.Item Контроль роботи автоматизованого обладнання за акустичними сигналами(Видавництво Львівської політехніки, 2014) Стадник, Богдан; Озгович, Андрій; Тищенко, ОленаПропонується спосіб контролю процесу виробництва за акустичними сигналами, які виникають під час роботи технологічного обладнання та розглядаються перспективи подальшого створення системи автоматизованого контролю виробництва. Проаналізовано засоби програмного середовища LabVIEW для роботи з акустичними сигналами. Описано створений віртуальний пристрій, який дає змогу записувати, зберігати, відтворювати, порівнювати звукові сигнали, а також оцінювати рівень та спектральний склад цих сигналів, представлена структура та інтерфейс користувача віртуального приладу. Предлагается способ контроля процесса производства по акустическим сигналам, которые возникают при работе технологического оборудования и рассматриваются перспективы дальнейшего создания системы автоматизированного контроля производства. Проводится анализ средств программной среды LabVIEW для работы с акустическими сигналами. Описан созданый виртуальный прибор, позволяющий записывать, хранить, воспроизводить, сравнивать сигналы, а также оценивать уровень и спектральный состав этих сигналов, представлена структура и интерфейс виртуального прибора. A method of controlling the production process the acoustic signals that arise when working process equipment and perspectives of further creation of automated production control. The analysis tools LabVIEW programming environment for working with acoustic signals. Described created a virtual device that allows you to record, store, display, compare audio signals as well as to assess the level and spectral composition of the signals provided structure and user interface of the virtual appliance.Item Вимірювальний комплекс для калібрування, перевірки і атестації засобів вимірювання температури на базі еталонного ядерно-квадрупольного термометра першого розряду ЯКРТ-5М(Видавництво Львівської політехніки, 2013) Леновенко, Анатолій; Стадник, Богдан; Столярчук, Петро; Паракуда, Василь; Ковальчук, НадіяНа основі ядерно-квадрупольного термометра ЯКРТ-5М розроблено автоматизований вимірювальний комплекс для калібрування, перевірки і атестації засобів вимірювання температури з високою точністю. Він дає змогу у 10 і більше разів підвищити продуктивність праці під час виконання метрологічних робіт. На основе ядерно-квадрупольного термометра ЯКРТ-5М разработан автоматизированный измерительный комплекс для калибровки, проверки и аттестации средств измерения температуры с высокой точностью. Он позволяет в 10 и более раз поднять производительность труда при выполнении метрологических работ. Based on the nuclear quadrupole thermometer YAKRT-5M developed automated measuring system for calibration, inspection and certification of temperature measurement with high accuracy. It allows you to more than 10 times to raise productivity when performing metrological work.Item Забезпечення рівномірності нагріву та точного вимірювання температури наночастинок магнітних матеріалів при проектуванні устави для їх дослідження(Видавництво Львівської політехніки, 2013) Самченко, Ростислав; Стадник, БогданПроведено аналітичний огляд відомих методів і засобів метрологічного забезпечення вимірювачів різниці температур. Запропоновано структуру вимірювача різниці температур для сенсорів з дводротовою лінією зв’язку з можливістю проведення процедури автоматичного калібрування. Проаналізовано параметри ліній зв’язку. Проведен аналитический обзор существующих методов и средств метрологического обеспечения измерителей разности температур. Предложена структура измерителя разности температур для сенсоров с двухпроводной линией связи с возможностью проведения процедуры автоматической калибровки. Проанализированы параметры линий связи. An analytical review of existing methods and means of metrological assurance of measuring temperature difference is conducted. Temperature difference measuring structure for sensors with two-wire line connection with the possibility of automatic calibration procedure is proposed. Parameters of lines connection are analyzed.Item Термоперетворювачі опору з металевих стекол для вимірювання температури розтопів металів(Видавництво Львівської політехніки, 2011) Стадник, Богдан; Скоропад, Пилип; Маньковська, ЕміліяДоведено перспективність застосування як чутливих елементів термоперетворювачів серії ТПР/ТВР-2085 термоперетворювачів опору з металевих стекол. Доказана перспективность применения в качестве чувствительных элементов термопреобразователей серии ТПР/ТВР-2085 термопреобразователей сопротивления из металлических стекол. It is proved an availability of using resistance thermoconvertor made of metallic glasses as sensors for thermoconvertors of TPR/TWR-2085 series.