Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal

Дослідження державного первинного еталона одиниці кута зсуву фаз між двома напругами

Олег Величко — 2024-09-26

Фазові вимірювання важливі для визначення основних параметрів коливального процесу в складних електричних мережах. Найчастіше вимірюється саме кут зсуву фаз (КЗФ) між двома коливальними процесами однакової частоти. Важливим показником якості електричної енергії є коефіцієнт несиметрії в трифазній електричній мережі, на який впливає навантаження споживачів у цій мережі. На цей показник впливає КЗФ між двома фазними напругами.

До засобів вимірювання (ЗВ) для вимірювань фази відносяться еталони фази, вимірювачі фази та фазоперетворювачі. Вони широко застосовуються в таких галузях, як радіолокація, радіонавігація, неруйнівний контроль, радіотехніка, телекомунікації, акустика, металургія, машино- та авіабудівна галузь, космічна галузь, а також наукові дослідження та оборона.

Державний еталон України одиниці КЗФ між двома напругами в діапазоні частот від 0,01 Гц до 10 МГц зберігається в ДП “УКРМЕТРТЕСТСТАНДАРТ”, м. Київ. Він забезпечує метрологічну простежуваність фаз, виміряних у країні. Основні компоненти еталона були відкалібровані в національному метрологічному інституті Німеччини – PTB. В Україні використовується велика кількість еталонів і засобів для вимірювання фази (понад 500 тис. одиниць), зокрема калібратори фази, фазометри, фазообертачі, синхроноскопи тощо.

Проводяться регулярні дослідження метрологічних характеристик еталона ДЕТУ 09-07-11 як в основному (від 5 Гц до 200 кГц), так і в розширеному (від 0,01 Гц до 10 МГц) діапазоні частот. Отримані в результаті досліджень значення СКВ в основному діапазоні частот не перевищують 0,001° (максимум за вимірюваннями у всіх точках калібрування 0,00015°), а у розширеному діапазоні частот – 0,01° (максимум за вимірюваннями у всіх точках калібрування 0,0053°). Для виключення систематичної складової невизначеності вимірювання еталона фази регулярно проводиться спеціальне калібрування з використанням набору резистивних і ємнісних фазових мостів.

Верифікація результатів калібрування голкових гідрофонів на еталоні НДЕТУ AUV-02-2018

Олександр Шпак — 2024-09-26

У статті наведено результати верифікації калібрування голкових гідрофонів на національному державному первинному еталоні одиниці ультразвукового тиску у водному середовищі (НДЕТУ AUV-02-2018). Основною метою дослідження є підтвердження точності калібрування голкових гідрофонів № 2538 та № 2515 шляхом порівняння з результатами калібрування, отриманими на еталоні у РТВ (Німеччина).

Описано методи калібрування гідрофонів, зокрема метод взаємності з двома перетворювачами та метод порівняння, що використовувалися лабораторіями для визначення чутливості гідрофонів. Проведено порівняння результатів калібрування голкових гідрофонів та невизначеності вимірювань, отриманих від НМІ Німеччини (РТВ) і України (ДП НДІ “Система”) на частотах у діапазоні від 1 до 10 МГц. Результати дослідження продемонстрували добру узгодженість результатів вимірювань та підтвердили достовірність результатів калібрування голкових гідрофонів на еталоні НДЕТУ AUV-02-2018 з використанням обраного методу калібрування та вимірювального обладнання.

Висновки підтверджують правильність функціонування національного еталона НДЕТУ AUV-02-2018 та його відповідність міжнародному стандарту IEC 62127-2, що підвищує довіру до отриманих результатів на міжнародному рівні.

Оцінка невизначеності вимірювань при калібруванні мірників металевих еталонних 2-го розряду

Олег Новосьолов — 2024-09-26

У статті розглядаються проблемні питання, пов’язані із забезпеченням однаковості вимірювань у законодавчій метрології, а саме при калібруванні робочих еталонів, які застосовуються при повірці законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки. Однією з умов забезпечення єдності вимірювань є відповідність будь-якого засобу вимірювальної техніки усім вимогам технічної специфікації. Порядок проведення повірки законодавчо регульованих засобів вимірювальної техніки встановлює співвідношення між розширеною невизначеністю вимірювань, що забезпечує еталон, та максимально допустимою похибкою засобу вимірювальної техніки, не більш ніж один до трьох. Однак при цьому порівнюються неоднорідні величини – похибка визначає відхилення показів засобу вимірювальної техніки від опорного значення, а невизначеність вимірювань характеризує якість калібрування цього засобу в конкретній калібрувальній лабораторії. І ця невизначеність вимірювань при калібруванні залежить від багатьох факторів, наявних у лабораторії. При цьому достовірність оцінки невизначеності вимірювань під час калібрування робочого еталона залежить від правильного вибору процедур оцінювання невизначеності вимірювань при калібруванні. Тому в Законі України “Про метрологію та метрологічну діяльність”, тобто на законодавчому рівні, встановлено, що калібрування та оформлення його результатів проводяться відповідно до національних стандартів, гармонізованих із відповідними міжнародними та європейськими стандартами, та документів, прийнятих міжнародними та регіональними організаціями з метрології.

У статті зазначені проблеми актуалізації наявної нормативної бази для калібрування засобів вимірювальної техніки на прикладі мірників еталонних та забезпечення метрологічної простежуваності результатів калібрувань засобів вимірювань об’єму рідини. Запропоновано процедуру оцінки невизначеності вимірювань при калібруванні мірника еталонного 2-го розряду об’ємним методом.

Вплив порогових значень на стандартну невизначеність типу А при вимірюваннях масової витрати рідини

Валерій Ащепков — 2024-09-30

У метрологічних дослідженнях одним із ключових завдань є точне виявлення та усунення викидів у вимірювальних даних, оскільки їх наявність негативно вплине на точність результатів. Раніше проведені нами дослідження були спрямовані на виявлення та усунення викидів за допомогою різних статистичних методів, таких як метод міжквартильного розмаху (IQR) і метод медіанного абсолютного відхилення (MAD), а також методу машинного навчання ізольованого лісу (Isolation Forest). Ці методи показали свою ефективність за певних умов, дозволяючи значно знизити невизначеність типу А та покращити точність вимірювань.

Однак, попри досягнутий прогрес, залишається невирішеним питання визначення оптимальних порогових значень, при яких невизначеність вимірювань стає мінімальною. Це особливо важливо в контексті завдань, де навіть незначне збільшення невизначеності може суттєво вплинути на результати.

Основна увага приділяється вивченню взаємозв’язку між пороговими значеннями та змінами в невизначеності, а також аналізу можливих причин цих змін. Дослідження спрямоване на виявлення оптимальних умов обробки даних, за яких досягається мінімальна невизначеність вимірювань, що є важливим для підвищення точності метрологічних досліджень.

Дослідження точності та достовірності дозиметричних вимірювань рентгенівських пучків з якістю випромінення N-40, N-100, N-200

Андрій Пустовий — 2024-09-30

Дозиметрія випромінювання є критично важливим аспектом медичних, промислових та наукових застосувань, що включають іонізуюче випромінювання. Точне вимірювання доз випромінювання забезпечує безпеку та ефективність радіологічних практик, що є надзвичайно важливим для захисту пацієнтів у медичних процедурах, безпеки в промислових застосуваннях та точності в наукових дослідженнях.

Провідні міжнародні організації проводять дослідження, направлені на підвищення точності вимірювань. Одним із методів, який використовується в цьому напрямку, є міжнародні проєкти. В одному з них узяв участь ННЦ “Інститут метрології”.

Міжнародний проєкт, до якого було залучено декілька національних метрологічних інститутів (NMI), мав на меті підвищити точність та узгодженість дозиметрії випромінювання по всій Європі. Стандартизуючи методики вимірювання та процедури калібрування, проєкт прагнув удосконалити систему для вимірювання доз випромінювання, тим самим підвищуючи надійність дозиметрії іонізуючого випромінювання.

Цей проєкт є особливо значущим з огляду на постійне збільшення використовуваних технологій, заснованих на випромінюванні, у різних сферах. Наприклад, високоточне вимірювання іонізуючих величин є важливим у медичній галузі, особливо в радіотерапії, щоб пацієнти отримували необхідну дозу з мінімальним опроміненням навколишніх здорових тканин. Аналогічно, у промисловій радіографії точна дозиметрія є важливою для виконання стандартів безпеки та запобігання перевищенню дози опромінення працівників.

Міжнародний проєкт, у якому Фізико-технічний федеральний інститут (PTB, Німеччина) та Головне управління мір (GUM) брали участь як провідні організації для підвищення рівня контролю, ставив за мету поліпшити ключові фактори в дозиметрії іонізуючого випромінювання. Серед них – розробка надійних протоколів калібрування для різних типів випромінювання, встановлення ланцюгів простежуваності для забезпечення точності вимірювань та поширення найкращих методів дозиметрії серед учасників проєкту. Для цього були проведені попередні звірення між NMI, в яких були два контрольних учасники як опорні, інші NMI брали участь анонімно (знали тільки свій номер та номери опорних учасників). Кожен з учасників мав змогу звірити отримані значення з контрольними значеннями та внести корективи для участі в подальших звіреннях. Такий формат співпраці також сприяв обміну знаннями та досвідом, стимулюючи інновації та вдосконалення в техніках дозиметрії.

Від України в цьому проєкті активну участь узяв ННЦ “Інститут метрології” як провідна організація з метрології в галузі іонізуючого випромінювання. У статті наведені результати міжнародних звірень для рентгенівських пучків з якістю випромінення N-40, N-100, N-200.

Вимірювання теплофізичних параметрів штучної шкіри

Микола Кокодій — 2024-09-30

У біології та медицині зараз широко застосовуються комп’ютерні методи дослідження процесів і методи обробки результатів вимірювань параметрів цих процесів. Тому проблема автоматизації біофізичних вимірювань і комп’ютерної обробки результатів вимірювань є актуальною.

При лікуванні поранень і опіків із великою поверхнею пошкоджень тканин у медицині застосовується штучна шкіра. Розроблено методику досліджень теплових процесів у штучній шкірі та вимірювань її теплофізичних параметрів. Описано процес вимірювань. Знайдено теплофізичні параметри зразків штучної шкіри, які застосовуються в медицині при лікуванні ран і опіків.

Були використані зразки штучної шкіри, виготовлені в Україні. Виготовлено зразок із шести шарів шкіри. Для контролю розподілу температури в зразку між сусідніми шарами шкіри й на поверхні зразка розташовані термопари. Нагрівання поверхні зразка проводилося лампою розжарювання. Сигнали з термопар вводилися в аналого-цифровий перетворювач (АЦП), підсилювалися і в цифровому вигляді передавалися в комп’ютер. Обробка проводилася за допомогою математичного забезпечення АЦП і програми MATHCAD. Побудовано математичну модель. Для цього розв’язано диференціальне рівняння, яке описує теплові процеси в зразку. Знайдена функція розподілу температури і її зміни в часі добре узгоджується з експериментальними даними. Аналіз функції дозволяє знайти коефіцієнт теплопровідності штучної шкіри, її об’ємну теплоємність, коефіцієнт температуропровідності, коефіцієнт теплообміну з зовнішнім середовищем.

Запропоновано метод вимірювань і обробки експериментальних даних, який дозволяє знайти головні термофізичні параметри штучної шкіри. На основі результатів побудовано теоретичну модель, яка добре описує хід теплових процесів у штучній шкірі й дозволяє прогнозувати хід цих процесів.

Запропоновано метод вимірювання теплофізичних параметрів штучної шкіри, який базується на нагріванні шкіри оптичним випромінюванням. Виміряно теплопровідність, температуропровідність, об’ємну теплоємність, коефіцієнт теплообміну із зовнішнім середовищем. Теплопровідність та температуропровідність у штучної шкіри значно менші, ніж у шкіри людини, що треба враховувати при її застосуванні.

Феромагнітні нанотрейсери на основі оксидів Fe та Co: синтез та їхня роль в оцінці якості змішування рідких кормів

Тамара Сахно — 2024-09-30

Забезпечення однорідності змішування кормів має важливе значення для здоров’я та продуктивності тварин. Зростаюча складність рецептур кормів підвищує потребу в однорідних сумішах, особливо для молодих особин, тому що збалансований корм суттєво впливає на ріст і споживання. Феромагнітні мікроіндикатори, розроблені MicroTracers Inc., використовуються для контролю рівномірності змішування при виробництві сухих кормів. Ці мікроіндикатори, розроблені на основі заліза, ефективні завдяки своїм магнітним властивостям, що полегшує їх виявлення та розділення. Однак ці мікроіндикатори менш придатні для рідких кормів, що призвело до розробки магнітних наноіндикаторів на основі оксиду заліза для рідких кормів. Розроблено метод отримання феромагнітного нанотрейсера Fe_xCo_yO_z на основі оксидів заліза та кобальту, що демонструє можливість утворення стабільної суспензії наноіндикатора у водних розчинах поверхнево-активних речовин. Аналіз відстеження наночастинок (Nanoparticle Tracking Analysis) (NTA), який дає можливість прямої візуалізації й аналізу наночастинок у рідинах у реальному часі, використовується для вимірювання розміру та розподілу наночастинок у рідкому кормі, що забезпечує контроль ефективного змішування рідких кормів. Стабільність і рівномірний розподіл магнітних наночастинок є вирішальними, оскільки різні поверхнево-активні речовини, такі як диметиламін олеїнової кислоти (DMAOA) і олеат амонію, впливають на розмір частинок і їх агрегацію. Доведено утворення стабільної суспензії нанотрейсера Fe_xCo_yO_z у водних розчинах цих поверхнево-активних речовин. Наведено порівняльний аналіз результатів дослідження нанотрейсера Fe_xCo_yO_z методом NTA з різними поверхнево-активними речовинами. DMAOA забезпечує кращу дисперсію та стабільність, необхідну для контролю якості у виробництві кормів. Концентрацію вмісту кобальту в Fe_xCo_yO_z визначали модифікованим спектрофотометричним методом. Нанотрейсер Fe_xCo_yO_z перевірено в лабораторних і виробничих випробуваннях. Його може бути застосовано для контролю якості змішування рідких кормів (у лабораторних умовах і на виробництві); кодування рідких добавок (наприклад, ферментів); оцінки розподілу рідких добавок у готових кормах і преміксах.