Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Научно-технический журнал «Приборы и методы измерений» 

Целями издания журнала являются:

– оперативное информирование научной общественности о достижениях в области отечественного и мирового приборостроения;

– освещение результатов научных исследований, разработок и инновационной деятельности отраслевой, вузовской и академической науки;

– расширение, углубление и повышения качества подготовки кадров высшей квалификации в области приборостроения.

На страницах журнала публикуются оригинальные статьи прикладного и фундаментального характера, а также обзорные статьи о современном состоянии, важнейших достижениях и тенденциях развития приборостроения и методов измерений в Республике Беларусь и за рубежом.

Основные тематические направления журнала:

  • техническая физика;
  • приборы и методы измерения (по видам измерений);
  • приборы навигации;
  • акустические приборы и системы;
  • оптические и оптико-электронные приборы и комплексы;
  • радиоизмерительные приборы;
  • приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы;
  • приборы и методы контроля природной среды, материалов и изделий;
  • технология приборостроения;
  • метрология и метрологическое обеспечение;
  • информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям);
  • приборы, системы и изделия медицинского назначения;
  • приборы и методы преобразования оптических изображений и звука;
  • методы контроля и диагностика в машиностроении;
  • стандартизация и управление качеством продукции.

Текущий выпуск

Том 11, № 3 (2020)
Скачать выпуск PDF

Средства измерений

171-178 135
Аннотация

В статье для исследования явления перколяции и визуализации каналов перколяции использован высоковольтный частичный пробой. Частичный пробой очень похож на квантовое явление туннелирования, наблюдаемое в нанокомпозитах металл-диэлектрик. Как в первом, так и во втором случаях для протекания электрического тока не требуется контакт между частицами металлической фазы.

Разработана и изготовлена измерительная установка, предназначенная для измерений моделей нанокомпозитов металл-диэлектрик с использованием высоковольтного частичного пробоя. В состав установки входят: высоковольтный трансформатор с максимальным напряжением до 110 кВ, регулятор напряжения первичной обмотки высоковольтного трансформатора, обеспечивающий постоянную скорость увеличения напряжения, измерительный зонд, вольтметры и компьютер. Сигналы от зонда и вольтметра с целью ограничения помех, связанных с сильным электрическим полем, передаются с использованием оптоэлектронного кабеля.

Разработаны и изготовлены двумерные модели нанокомпозитов, в которых частицы металлической фазы в форме металлических дисков размещены случайным образом на поверхности диэлектрической матрицы. Число металлических дисков во время измерений увеличивалось по 40 штук в серии до максимальной величины 1520.

Определена зависимость от концентрации металлической фазы одного из существенных параметров высоковольтного частичного пробоя – пороговое напряжение, выше которого между электродами начинает течь ток. На основании этих измерений определён порог перколяции для матрицы со случайным распределением элементов металлической фазы.

С помощью фотоаппарата, входящего в состав установки, зарегистрированы фильмы и фотографии явления частичного пробоя между элементами металлической фазы моделей, на которых видны каналы перколяции.

179-186 151
Аннотация

Кристаллы иттрий-алюминиевого перовскита YAlO3 (YAP), легированные ионами редкоземельных элементов интенсивно изучались в качестве активных сред лазеров с диодной накачкой. Интерес к данным кристаллам обусловлен их высокими теплофизическими и механическими свойствами, высоким двулучепреломлением, возможностью роста по широко распространённому методу Чохральского. Целью данной работы было изучение кристалла Yb3+:YAlO3  в качестве активной среды лазера  с высокой средней выходной мощностью, работающего в режиме синхронизации мод.

Кристаллы YAlO3, легированные трёхвалентными ионами иттербия имеют уникальные спектроскопические и теплофизические свойства, что позволяет использовать данные кристаллы в качестве активных сред лазеров с высокой средней выходной мощностью и диодной накачкой, работающих в режимах непрерывной генерации и пассивной синхронизации мод.

В работе исследованы спектроскопические характеристики кристалла Yb:YAP, а также выходные характеристики лазеров на основе данного кристалла, работающих в режимах непрерывной генерации и пассивной синхронизации мод. Средняя выходная мощность 4 Вт с оптической эффективностью 16.3 % и длительностью импульса 140 фс получена для E//c-поляризации при пропускании выходного зеркала 10 %. Диапазон перестройки 67 нм подтверждает высокие перспективы использования кристалла Yb:YAP в качестве активной среды лазеров, работающих в широком спектральном диапазоне.

187-195 126
Аннотация

В работе представлена разработанная и изготовленная установка для исследования одной из главных составляющих изоляции энергетических трансформаторов – электротехнического картона, пропитанного трансформаторным маслом.

В состав установки входит специально разработанная климатическая камера с высокой точностью измерения, стабилизации и поддержания в течение длительного времени температуры. Точность поддержания и измерения температуры в течение нескольких десятков часов измерений не превосходит

± 0,01 °C. Электрические измерения на постоянном токе выполнены с использованием метода токов поляризации и деполяризации (англ. Polarization Depolarization Current, сокр. PDC), а на переменном токе – методом импедансной спектроскопии (англ. Fquency Domain Spectroscopy, сокр. FDS). Управление работой установки и процессом измерений осуществляется с помощью разработанной компьютерной программы, которая позволяет дистанционно проводить измерения, изменять вид измерений, величины напряжения и температуры, а также регистрировать результаты измерений.

Разработан и изготовлен измерительный конденсатор нового типа, конструкция которого значительно уменьшает вероятность загрязнения образцов в процессе измерений. Благодаря увеличению точности стабилизации и поддержания температуры во время измерений уменьшен шаг изменения температуры при измерениях методами FDS и PDC. Это позволило увеличить точность определения энергии активации измеряемых параметров.

Представлена также основная информация по анализу результатов измерений на постоянном и переменном токе композита – электротехнический картон, пропитанный трансформаторным маслом, содержащим нанокапли воды. В качестве примера представлены результаты нескольких измерений основных параметров электротехнического картона, пропитанного трансформаторным маслом, содержащим нанокапли воды в концентрации (5,2 ± 0,1) % вес., полученные на установке.

Методы измерений, контроля, диагностики

196-203 153
Аннотация

Корреляционный метод измерения расхода теплоносителя, широко применяемый для эксплуатационной диагностики ядерных энергетических установок, может находить широкое применение в том числе и в исследовательской практике. Целью данной работы являлась отработка корреляционного метода измерения расхода теплоносителя с применением кондуктометрических систем.

В работе представлен вариант применения корреляционного метода для исследования турбулентных потоков на основе кондуктометрической измерительной системы ‒ пространственных кондуктометров сетчатой конструкции. В качестве пассивной примеси используется незначительная концентрация раствора соли (NaCl или Na2SO4 ), создающей градиент проводимости среды, регистрируемый

кондуктометрической системой. В качестве переносимых возмущений в работе используются тур-

булентные пульсации на границе раздела двух спутных струй с одинаковыми скоростями в канале квадратного сечения. Представлена методика проведения исследований на лабораторном стенде, результаты оценки отношения сигнал‒шум измерительной системы, проведена обработка сигналов пространственных датчиков и сравнение измеренной скорости в модели со среднерасходной скоростью, определяемой с помощью показаний расходомеров стенда.

Результаты измерений дают приемлемое согласие с показаниями штатных расходомеров для характерных турбулентных режимов течения (погрешность измерения скорости потока при помощи кондуктометров составляет менее 5 %). Показано, что точность измерений резко падает для потоков с низким числом Рейнольдса.

Представленная работа является апробацией данного подхода для его применения в составе экспериментальной модели ядерного реактора с целью определения поканальных расходов в каналах имитатора активной зоны при помощи сетчатых кондуктометрических датчиков.

204-211 135
Аннотация

Оценка экологичности и экономичности работы предохранительного клапана требует информации о расходе вещества через клапан при его срабатывании. Целью данной работы являлось определение величины расхода сбрасываемого вещества и массовой скорости поступления вещества в предохранительный клапан при его срабатывании.

Для описания процессов, протекающих в клапане, предложена математическая модель, включающая систему дифференциальных уравнений, описывающих физические законы сохранения во внутреннем объёме клапана и дифференциальные уравнения, связывающие величину расхода газа через клапан с давлением и величиной перемещения запорного диска. Для решения газодинамических уравнений применялся модифицированный метод С.К. Годунова.

Установлено, что определение расходной и силовой характеристик клапана требует предварительного построения математической модели функционирования предохранительного клапана. На основании чего предложена методика определения величины расхода сбрасываемого вещества и массовой скорости поступления вещества в предохранительный клапан при его срабатывании.

Получены расходные характеристики рассматриваемых клапанов и динамика перемещения запорного диска клапана, а также зависимость изменения давления от времени открытия клапана. Сопоставление расчётных значений с имеющимися экспериментальными данными даёт хорошее совпадение (не более 5,6 % для расхода газа, менее 10 % для перемещения клапана и изменения прихода газа во времени при среднеквадратичных отклонениях функции расходных характеристик 0,6 %) результатов, подтверждает корректность сформулированной математической модели, используемых численных схем и алгоритмов, предложенной методики и возможность восстановления прихода газа по кривой давление – время.

212-221 142
Аннотация

Одной из важных характеристик свойств поверхности металлических деталей, подвергающихся трению, является твёрдость. Измерения твёрдости важны для определения эксплуатационных характеристик деталей и контроле технологических режимов модификации поверхности. Однако измерения твёрдости тонких модифицированных слоёв, выполненные разными методами, могут приводить к различию результатов измерений. Целью данной работы являлось исследование твёрдости поверхности металла, модифицированной ультрадисперсными частицами минералов, двумя различными методами (инструментального индентирования и измерения твёрдости по Виккерсу) и сравнительный анализ результатов измерений, полученных этими методами.

Стандартные измерения твёрдости по Виккерсу при нагрузках 0,025, 0,1 и 0,5 кгс показали качественное отличие значений твёрдости двух образцов, модифицированных разными смесями ультрадисперсных частиц минералов и большую неоднородность значений твёрдости по площади. Методом инструментальной твёрдости выполнены стандартные измерения без предварительного выбора места индентирования (при нагрузке 1,05 Н) и измерения при индентировании в ровные участки (при малых нагрузках 10 мН).

Отмечено, что высокая прецизионность измерений, реализуемая методом инструментального индентирования, из-за большой шероховатости образцов приводит к большим значениям погрешности при расчёте результатов измерений. Дополнительную разницу результатов измерений, выполненных двумя методами на малых глубинах индентирования, может вносить то, что исследуемый объект имеет сложную структуру, состоящую из матрицы металла и частиц, распределённых по глубине образца. Возможный выход из ситуации заключается в переходе от использования мер твёрдости при калибровке приборов к стандартным образцам свойств, для которых будет обеспечено постоянство механических свойств в измеряемом диапазоне глубин индентирования, но которые пока отсутствуют в исследовательской практике. Поэтому в настоящее время при проведении работ, связанных с поиском оптимальных условий получения тонких износостойких слоёв на поверхности металлов, модифицированных ультрадисперсными частицами минералов, рекомендуются сравнительные измерения, выполненные одним методом измерения.

222-227 154
Аннотация

Основным технологическим параметром процесса ручной дуговой сварки, покрытым электродами, существенно влияющим на эффективность его протекания, является характер плавления и переноса расплавленного электродного металла. Поэтому актуальным является вопрос максимально точного определения параметров переносимых капель расплавленного электродного металла и их последующего перехода в сварочную ванну. Целью данной работы являлась разработка методики и визуального представления формы и геометрических параметров (объём, площадь, масса) капли расплавленного электродного металла.

Разработан метод имитационного моделирования и визуализации переноса капель расплавленного электродного металла и их параметров, что позволит получить входные данные с высокой степенью достоверности для разработки математических моделей распределения температурных полей по поверхности свариваемого изделия и её верификации. Алгоритм реализован в виде расчётных программ для определения параметров капли расплавленного металла и средств визуального представления её геометрии и пространственной формы. С помощью данного метода определён ряд параметров капель расплавленного электродного металла: объём, масса, положение центра масс, площадь поверхности.

Установлено, что возможно с максимальной достоверностью производить измерения, увеличить число измеряемых параметров, а также наглядно представить происходящие процессы.

Предложенный метод значительно упрощает трудоёмкость проведения экспериментальных исследований по определению размера капель электродного металла в сравнении со стандартными методами. Зная размер капель при определённых режимах сварки, можно управлять процессом каплепереноса, т. е. уменьшать тепловложение в свариваемое изделие и получать сварные соединения с заданными эксплуатационными свойствами.

228-235 87
Аннотация

В статье отмечены преимущества метода построения абсолютно инвариантных измерительных преобразователей для работы в условиях с возмущающими воздействиями. Однако этот метод не является универсальным. Его ограничения обусловлены невозможностью «симметричной» передачи всех возмущающих воздействий в параллельные измерительные каналы. Для преодоления названных ограничений предложена более широкая трактовка принципа двухканальности. Целью исследования являлись обоснование и реализация метода построения квазиинвариантных измерительных преобразователей и систем, которые сохраняют свои метрологические характеристики в условиях внешних возмущений неизвестной физической природы.

Представлена теория, развивающая принцип двухканальности до полноценного технологического метода, включающего необходимые и достаточные условия его физической реализуемости. В работе решены две принципиальные задачи. Первая из них заключается в выявлении признаков, отражающих сущность технологического метода применительно к конкретным случаям, вторая – в реализации методики, позволяющей эти признаки эффективно применить на практике.

В примерах определён комплекс технологических мероприятий для групп элементов квазиинвариантных преобразователей, которые обеспечивают компенсацию действующих на них влияющих факторов с приемлемой точностью.

Рассмотренный метод имеет существенные преимущества. Он даёт надежду на приемлемые результаты измерений в условиях, когда характер и даже физический принцип влияющих факторов априори неизвестны.

236-244 113
Аннотация

Все измерения физико-механических свойств материалов в магнитном структурном анализе являются косвенными, а связи между параметрами имеют корреляционный характер. Важным физическим параметром стали является твёрдость. Исследователи добились повышения коэффициента R корреляции и снижения среднего квадратичного отклонения при контроле твёрдости сталей двухпараметровым магнитным методом по сравнению с однопараметровым. Но оптимальные условия применения двухпараметрового метода остаются не установленными. Целью статьи являлся анализ условий и достижимого предела снижения погрешности двухпараметрового косвенного определения твёрдости сталей по сравнению с однопараметровым.

Исследовано среднее квадратичное отклонение σF косвенного определения физической величины F с использованием двух параметров x1 и x2 , корреляционно связанных с F. Получено, что эффект снижения σF сильнее всего проявляется при обратной корреляционной связи между x1 и x2 с максимальным модулем |R| коэффициента R корреляции между ними. Наиболее существенное снижение

σF имеет место при близких величинах средних квадратичных отклонений σ1 и σ2 между истинными значениями F и значениями, рассчитанными по результатам косвенных измерений F с использованием каждого из параметров x1 и x2 . Результаты анализа подтверждены примером снижения среднего квадратичного отклонения определения твёрдости углеродистых сталей по результатам измерения их остаточной намагниченности и коэрцитивной силы по сравнению с использованием любого из этих параметров.

Область применения результата – измерения в неразрушающем контроле и смежных областях физики и техники. Результаты анализа позволят выбрать оптимальные параметры для косвенного двухпараметрового определения твёрдости сталей, оценить достижимую погрешность определения твёрдости.

245-254 101
Аннотация

Целью работы являлось исследование контраста изображения объекта, наблюдаемого в задымленной среде, с применением поляризационной фильтрации излучения, рассеянного частицами дыма в сторону наблюдателя, и сопоставление данного контраста с контрастом изображения, формируемого без фильтрации, для оценки возможности разработки комплекта оптических принадлежностей пожарного-спасателя, улучшающего видение объектов в условиях дымообразования при пожаре.

Достижение поставленной цели осуществлялось методом экспериментального моделирования процесса передачи изображений чёрно-белого объекта с резкой границей перехода чёрное / белое через различные типы аэрозолей дыма с применением поляризационной фильтрации излучения, рассеянного частицами дыма, и без фильтрации и оценке контрастов изображений.

Проведены исследования контрастов изображений для различных оптических плотностей дымов в двух схемах регистрации, когда приёмная оптическая система расположена вблизи источника подсветки объекта на расстоянии ≈ 150 мм от него, и когда она расположена на удалении от источника подсветки объекта на расстоянии ≈ 800 мм.

Установлено, что способ формирования изображения объекта с применением поляризационной фильтрации излучения помехи обратного рассеяния (ПОР) позволяет снизить скорость уменьшения контраста изображения с увеличением оптической плотности дыма в сравнении с регистрацией изображения без фильтрации ПОР. Существенная разница в контрастах изображений, регистрируемых с поляризационной отсечкой ПОР и в отсутствие фильтрации, наблюдается для «светлых» дымов (пиролиз древесины, тление хлопка) на средних удельных оптических плотностях дыма.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке оптических принадлежностей пожарного-спасателя для улучшения условий наблюдения объектов в неблагоприятных условиях видения: задымлении, парообразовании, тумане.

 



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.