Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal

Побудова ланцюга калібрування засобів вимірювання з використанням реляційної бази даних

2025-06-27T09:53:06+03:00

Одним із показників точності вимірювань є метрологічна простежуваність, яка відображається у вигляді ланцюга калібрувань, що є задокументованою послідовністю між результатами вимірювань засобу вимірювання та еталонами вищого рівня точності.

На основі проведеного аналізу для засобів вимірювання, при калібруванні яких використовується кілька еталонів, запропоновано застосовувати не лінійний ланцюг калібрування, а розгалужений у вигляді графа. Для прикладу, калібрувальний ланцюг для лічильників та витратомірів газу повинен бути розгалуженим, тому що має охоплювати всі засоби для властивостей газу: тиск, температуру, засоби вимірювання часових інтервалів та імпульсів.

Метою роботи є пошук рішення для зберігання даних про калібрування засобів вимірювання та побудови за цими даними ланцюга калібрувань для конкретного засобу вимірювання для забезпечення простежуваності в простий спосіб.

У більшості вітчизняних і закордонних метрологічних центрів існує практика надавати й зберігати інформацію у паперовому вигляді чи в Excel таблицях, але це не дає змоги чітко підтвердити й відтворити ланцюг калібрування для певного засобу вимірювання. Тому запропоновано рішення формувати калібрувальні дані з використанням реляційної бази даних PostgreSQL для зберігання інформації про засоби вимірювання та їхні калібрування. При цьому забезпечується узгодженість даних, а також є можливість отримання історичних даних про калібрування.

Крім того, для побудови документованого ланцюга калібрування до еталона найвищої точності для розгалужених ланцюгів простежуваності запропоновано використовувати відомий із лінійної алгебри алгоритм DFS (Depth-First Search) – “Пошук у глибину”.

Практичне значення полягає в розробленні програмного продукту для засобів вимірювання об’єму та об’ємної витрати газу. Вказане програмне забезпечення дасть можливість метрологічній установі ДП “Івано-Франківськстандартметрологія” зберігати свої калібрувальні дані в узгодженій формі й дозволить забезпечити метрологічну простежуваність конкретних засобів вимірювання до національних еталонів.

Дослідження та розробка методу і засобу ультразвукового контролю феромагнітних виробів із підвищеною чутливістю

2025-06-27T11:35:49+03:00

Сучасні вимоги до якості металовиробів значною мірою забезпечуються методами неруйнівного контролю, серед яких провідним є ультразвуковий. Одним із перспективних ультразвукових методів оцінки якості є електромагнітно-акустичний (ЕМА), оскільки він не вимагає спеціальної підготовки поверхні об’єкта контролю (ОК) і не використовує контактну рідину, має високу продуктивність контролю. Проте вважається, що ЕМА метод має низьку чутливість. Частина фахівців вважає можливим підвищити чутливість ЕМА методу за рахунок використання імпульсного намагнічування ОК. Однак комплексного підходу щодо вирішення технічного і технологічного завдань у відомих публікаціях не виявлено. Тому авторами статті виконано актуальні дослідження та аналіз сучасних інформаційних джерел, у яких фрагментарно розглянуто деякі рішення з розробки методів і засобів для вимірювання, контролю та діагностики з застосуванням ультразвукових електромагнітно-акустичних перетворювачів (ЕМАП) з імпульсним намагнічуванням, які потенційно дають можливість підвищити чутливість ЕМАП за рахунок збільшення відношення амплітуди ультразвукового корисного сигналу до шуму. За результатами аналізу розроблено ЕМА метод неруйнівного ультразвукового контролю, який визначає операції, параметри та послідовність їх виконання при імпульсному намагнічуванні ОК. Визначено необхідність встановлення раціональних значень відносних часових положень імпульсів намагнічування та коротких високочастотних імпульсів живлення котушки індуктивності ЕМАП, що дає можливість суттєво (до 40%) підвищити ефективність перетворювача при оцінці якості виробів із феромагнітних матеріалів.

Для дослідження можливостей нового ЕМА методу виготовлено спеціальний засіб, який включав ЕМАП, генератор потужних високочастотних імпульсів струму, генератор потужних імпульсів струму намагнічування, підсилювач прийнятих ультразвукових імпульсів, параметри яких можливо регулювати в широких діапазонах, та цифровий двопроменевий осцилограф. За допомогою засобу експериментально показано, що використання нового ЕМА методу та засобу, що його реалізує, збільшує відношення амплітуд прийнятого ультразвукового сигналу та шуму по відношенню до використання традиційних ЕМАП перетворювачів на постійних магнітах.

Ідентифікація параметрів вимірювальних модулів на основі піроелектричних матеріалів

2025-06-27T12:02:05+03:00

Розглядаються актуальні питання використання піродетекторів, які знаходять дедалі ширше застосування у складі вимірювальних модулів сучасних систем моніторингу, зокрема екологічного. Наголошується на проблемі оптимального вибору первинних піроелектричних перетворювачів, яка ускладнюється через неповноту або відсутність ключових параметрів у технічній документації комерційних зразків. Ця невизначеність ускладнює використання математичних моделей для прогнозування характеристик детекторів та вимірювальних модулів на їхній основі.

Запропоновано та детально описано методику ідентифікації важливих параметрів піроелектричних детекторів, таких як теплова (τ_T) та електрична (τ_E) сталі часу, за даними експериментальних досліджень їхніх ключових характеристик. Продемонстровано можливість знаходження цих параметрів шляхом апроксимації експериментальних залежностей, отриманих як у частотній області (аналіз амплітудно-частотної характеристики), так і в часовій області (аналіз перехідної характеристики). Детально описано експериментальну установку та процедуру для реєстрації піроелектричного відгуку на східчасту зміну інфрачервоного випромінювання.

Показано, що апроксимація отриманих експериментальних кривих перехідного процесу за допомогою математичної моделі, що враховує дві сталі часу, дозволяє з високою точністю визначити їхні значення. Адекватність отриманих оцінок часових характеристик та знайдених параметрів підтверджується порівнянням модельних розрахунків із даними експериментальних вимірювань тривалості перехідних процесів для декількох комерційних піроелектричних детекторів ІЧ діапазону різних виробників, яка варіюється в широких межах (від 30 с до 7 хв). Обговорюється питання однозначної ідентифікації теплової та електричної сталих часу. Розроблена методика сприяє вдосконаленню метрологічного забезпечення піроелектричних вимірювань та може бути застосована для оптимізації вибору детекторів і проєктування вимірювальних модулів.

Розумна світлофорна система для підвищення безпеки пішоходів

2025-06-27T12:30:57+03:00

Розумні світлофори є основним компонентом розумного міського освітлення для забезпечення його стійкості. У поєднанні з новими технологіями, які дозволяють економити енергію та використовувати інтелектуальне керування освітленням, можна досягти найкращої продуктивності. Створення безпечних умов для всіх учасників дорожнього руху – запорука збереження їхнього здоров’я та зменшення кількості дорожньо-транспортних пригод. Але, на жаль, ця установка не може гарантувати безпеку для пішоходів, коли вони перетинають широку високошвидкісну та інтенсивну дорогу або чекають на пішохідному острівці безпеки (PRI). Найбільш поширена конструкція острівця безпеки в сучасному місті складається зі світлофорів і невеликих бетонних обмежувачів по обидва боки PRI або двох металевих стовпчиків без світлофора. Такі типи PRI не можуть захистити пішоходів від ДТП у разі швидкого руху автомобіля в острівну зону через руйнування або недоступність швидкості та напрямку транспортного засобу. Ймовірність ДТП з потерпілим пішоходом вища в темний час доби, тому застосування металевого стовпчика без освітлення не забезпечує достатньої його видимості для водіїв у сутінках або пізно ввечері. Зважаючи на огляд досліджень, оптична система болардів, які є на ринку і використовуються для організації дорожнього руху, не розглядається в жодній роботі. Тому для покращення оглядовості боларда пропонується конструкція боларда з принципово новою оптичною системою. На підставі вищезазначених міркувань метою статті є розгляд шляхів підвищення безпеки будівництва PRI в розумному місті. Розв’язати цю проблему можна за допомогою боларда з освітлювальним блоком для його виявлення водіями при обмеженій видимості у вечірній час. У роботі запропоновано та проаналізовано конструкцію PRI з болардом, що має вдосконалений оптичний блок зі світлодіодами малої потужності.

Математичні моделі системно-орієнтованих засобів вимірювальної техніки

2025-06-27T12:57:08+03:00

Системно-орієнтовані засоби вимірювальної техніки (ЗВТ) відрізняються від традиційних ЗВТ здатністю інтегруватися в складні системи керування та автоматизації. Це інструменти, які використовуються в різних складних технічних системах для збору, аналізу, передачі та використання даних вимірювань у реальному часі. Такі ЗВТ є важливим елементом у реалізації концепції Індустрії 4.0, де важливо не тільки вимірювати параметри, а й використовувати їх для інтелектуального керування різними технічними процесами.

Математичні моделі дозволяють теоретично змоделювати роботу певної складної технічної системи з метою виявлення можливостей її оптимізації та покращення окремих її технічних характеристик. Побудова певної математичної моделі технічної системи має передбачати максимальне відображення всіх основних властивостей модельованої системи. Існують різні методи математичного моделювання складних технічних систем. Однак загальної методології створення таких математичних моделей не існує.

Встановлено основні компоненти системно-орієнтованих ЗВТ та запропоновано їх узагальнені структурні схеми двох типів таких ЗВТ. Наведено узагальнену структурну схему інформаційно-вимірювального комплексу на основі комбінації системно-орієнтованих ЗВТ, який дозволяє проводити вимірювання та обробку даних вимірювань від великої кількості об’єктів вимірювання.

Для математичного моделювання системно-орієнтованого ЗВТ як системи використовувався графоаналітичний апарат загальної теорії систем. Поєднання графічної та аналітичної інтерпретацій отриманої математичної моделі дає необхідну інформацію про властивості ЗВТ як складної технічної системи. Отримані математичні моделі можуть стати основою для оцінки специфічних компонентів невизначеностей вимірювань при використанні системно-орієнтованого МІ.

Метод контролю функціонування інформаційно-вимірювальних систем у процесі експлуатації

2025-06-27T14:02:31+03:00

Розглянуто узагальнений метод контролю функціонування інформаційно-вимірювальних систем, який враховує дію випадкових факторних впливів на результат контролю. Зазначено, що на точність і достовірність результатів вимірювань впливають зовнішні та внутрішні фактори, які діють як окремо один від одного, так і взаємно. Саме тому постає завдання оцінки рівнів факторного впливу для забезпечення необхідної точності та достовірності вимірювань. Для вирішення поставленого завдання запропоновано узагальнений метод контролю функціонування інформаційно-вимірювальних систем, який об’єднав переваги наявних структурно-алгоритмічних методів, методів тестового контролю, статистичного аналізу, теорії нечітких множин, а також алгоритму розрахунку невизначеності вимірювань.

Метод полягає у формуванні адитивних і мультиплікативних незалежних тестових впливів для інформаційно-вимірювальних систем та, залежно від отриманих результатів, за допомогою блока аналізу метрологічної ситуації, що діє на підставі нечіткої логіки, обрання одного із двох шляхів подальшого аналізу. Перший шлях обирається за необхідності врахування дії випадкового факторного впливу на роботу інформаційно-вимірювальних систем, а саме: розробляється модель факторного впливу на підставі дисперсійного аналізу, виконується коваріаційний аналіз рівнів факторного впливу та дискримінантний аналіз з оцінюванням кількості інформації за показниками контролю. Другий шлях обирається за необхідністю перевірки гіпотез про відсутність порушень метрологічної надійності елементів системи. Два шляхи ґрунтуються на розробці ситуаційної системи із нечіткою логікою для визначення ступеня факторного впливу на показник контролю. Встановлюється наявність чи відсутність кореляції між факторами. Проводиться розрахунок сумарної стандартної невизначеності для корельованих або некорельованих даних і подальший розрахунок розширеної невизначеності. Завдяки використанню запропонованого методу стає можливим підвищення достовірності контролю функціонування інформаційно-вимірювальних систем.

Невизначеність вимірювання масової частки загального заліза в залізних рудах, концентратах, агломератах і окатках

2025-06-27T14:21:38+03:00

Розглянуто методику вимірювання масової частки загального заліза титрометричним методом. Наведено опис методики вимірювань. Показано, що особливістю виконання титрометричного методу є необхідність використання стандартного зразка з відомим значенням масової частки загального заліза, який у цьому випадку виконує роль еталонної міри, зі значенням якої порівнюється відповідне значення в пробі речовини, що досліджується. Оскільки стандартний зразок відтворюється на початку робочої зміни і є основою для подальших вимірювань робочих проб відповідного вмісту загального заліза, потрібно скласти бюджети невизначеності окремо для титру та загального заліза. Під час реалізації методики вимірювання вимірюються дві узгоджені вхідні величини – маса наважки та об’єм титрованого розчину. Це приводить до виникнення кореляції між результатами спостережень цих величин та для її врахування – до необхідності використання методу редукції для визначення як титру, так і масової частки загального заліза. У цьому випадку потрібно окремо оцінити сумарну інструментальну невизначеність вимірювань і стандартну невизначеність повторюваності, на основі яких можна розрахувати сумарну стандартну та розширену невизначеності вимірювань. Розроблено процедури оцінки невизначеності вимірювань титру та масової частки загального заліза, які складаються з п’яти етапів: складання моделі вимірювання; оцінювання числових значень вхідних величин та вимірюваної величини; оцінювання стандартних невизначеностей вхідних величин та вимірюваної величини; оцінювання розширеної невизначеності вимірюваної величини; побудова бюджетів невизначеності, які можуть лягти в основу створення програмних засобів на основі MS Excel. Розглянуто приклади оцінювання невизначеності вимірювань титру та масової частки загального заліза на основі реальних лабораторних даних та метрологічних характеристик використаного вимірювального обладнання, в яких для обчислення значень вимірюваних величин та їх стандартних невизначеностей використовується метод редукції.

Cуміші нанотрейсерів оксиду мангану і заліза для контролю якості рідких кормів для тварин

2025-06-27T16:26:44+03:00

Сучасні тенденції годівлі тварин (особливо молодих) вимагають дедалі складніших рецептур, що збільшує необхідність застосування однорідних сумішей. Це збалансований корм, який сприяє швидкому росту тварин та ефективному споживанню поживних речовин. Рівномірність змішування сухих кормів контролюють із використанням феромагнітних (на основі ферум оксидів) мікротрейсерів. Завдяки магнітним властивостям мікротрейсерам можна легко та ефективно виявляти та контролювати рівномірність змішування кормів. Однак використання таких індикаторів для кормів у рідкому стані є менш ефективним, що спонукало до розробки нових магнітних нанотрейсерів із ферум оксидом, які підходять саме для рідких сумішей. Наведено етапи та процеси перспективних методів отримання феромагнітних матеріалів – магнітних наночастинок, які забезпечують стабілізацію магнітних нанотрейсерів та їх рівномірний розподіл у рідких кормах. Описано методику приготування ферорідини на основі оксиду заліза/оксиду марганцю. Лабораторні дослідження суспензії нанотрейсерів, змішаних із рідким ферментом, доданим до корму з подальшою екстракцією феромагнітних наночастинок, показали не менше 75% відновлення. Особливо важливо, щоб при змішуванні рідкі корми залишались однорідними. На цей процес впливають різні ПАР. Наприклад, амоній олеат та диметиламін олеат (DMAOA) по-різному можуть впливати на агрегацію наночастинок та їх розмір. Встановлено, що кращі стабільність та дисперсію частинок забезпечує саме DMAOA, що є критичним для збереження якості корму. Для визначення концентрації марганцю у складі магнітних наночастинок Fe_xMn_yO_z використано модифікований спектрофотометричний метод. Це дозволяє отримати точні дані про склад наночастинок, що важливо для забезпечення ефективності контролю якості при виробництві кормів.

Впровадження нових методів обробки геодезичних вимірів із використанням супутникових технологій

2025-06-27T16:47:58+03:00

Метою дослідження є розкриття сучасних підходів застосування спеціальних геодезичних мереж, що опираються на державне геодезичне обґрунтування. Це особливо важливо для будівництва складних об’єктів – доріг, мостів і забезпечує високу точність у виконанні розбивочних робіт за рахунок зменшення похибки визначення координат.

Аналіз світових тенденцій показує, що використання GNSS є оптимальним для побудови спеціалізованих геодезичних мереж. Однак цей метод не може повністю замінити всі інші через наявні обмеження. Запропоновано поєднання GNSS із полігонометрією, що дозволяє суттєво зменшити час вимірювань, знизити трудомісткість, забезпечити економічну ефективність та відповідати вимогам щодо точності створення таких мереж.

У роботі сформульовано структуру геодезичних державних, місцевих розбивочних мереж як прийом для користування при проєктуванні та будівництві великих промислових і енергетичних об’єктів. У результаті виконаних досліджень запропоновано алгоритм послідовності обчислення точок на основі опорної базової мережі з урахуванням похибок поширення сигналу супутника, приймача та похибок визначення координат обумовлених пунктів. Пропонуються формули розрахунку середнього вагового з урахуванням значень диференційних виправлень при визначенні координат пунктів геодезичних мереж. Пропонується застосування опорних базисних мереж. Це дозволить значно підвищити точність одержання відносних координат. Також пропонується використовувати більше однієї базової станції, що надасть можливість уточнювати координати супутників, тобто прив’язати їх до обмірюваних баз.

Моделювання та обробка зображень інтерференційних картин у лінійному інтерферометрі

2025-07-09T15:52:52+03:00

Роботу присвячено відновленню профілю рельєфу дзеркальної поверхні за зображенням її інтерференційної картини. Побудовано математичну модель інтерферометра, що дає змогу синтезувати зображення інтерференційної картини за заданим рельєфом поверхні та налаштуваннями мікроінтерферометра. Модель враховує неідеальності оптичного тракту мікроінтерферометра і приймача. Розроблено алгоритм, заснований на cпостереженні заінтерференційними смугами, що дає змогу визначати висоту кожної точки зображення відносно деякого нульового рівня, тобто, визначати рельєф поверхні. Створені моделі та алгоритми реалізовано у вигляді програмного комплексу, що дає змогу як моделювати зображення інтерференційних картин, так і відновлювати рельєф поверхні за реальними зображеннями, отриманими за допомогою інтерферометра. Тестування програмного забезпечення здійснювалося за допомогою чисельного експерименту, під час якого використовували параметри рельєфу, схожі з реальними. Створені моделі, методи та програмне забезпечення можуть бути використані як у наукових дослідженнях, так і в заводських лабораторіях, а також для створення навчальних вибірок, для тренування систем машинного зору.