Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal

Дослідження автотрансформаторних мостів для вимірювання параметрів імпедансу

Сергій Курсін — 2024-12-27

Аналіз існуючих методів вимірювання імпедансу показав, що для створення прецизійних компараторів, які працюють у широкому діапазоні значень у діапазоні звукових частот, оптимальним є використання трансформаторних і автотрансформаторних мостів. Автотрансформаторні мости застосовуються при вимірюваннях у широкому діапазоні значень імпедансів. Застосування автотрансформаторних мостів дозволяє знизити похибку вимірювань до 10^-7–10^-9.

Високі метрологічні характеристики трансформаторних мостових схем надають можливість використовувати їх у комерційних приладах і прецизійній вимірювальній апаратурі. Прості автотрансформаторні мости не надають можливості вимірювати параметри імпедансу в широкому діапазоні значень тангенсу кута втрат (фазового зсуву). Для синтезу вимірювальних кіл мостів та їх зрівноважування необхідно мати прецизійний квадратурний канал, який забезпечить високу точність коефіцієнта передачі як за фазою, так і за модулем.

Структури універсальних автотрансформаторних компараторів та їхні властивості визначаються двома основними факторами: способом формування джерела комплексного зрівноважувального сигналу і видом схем заміщення імпедансів порівнюваних об’єктів. Для визначення шляхів удосконалення універсальних прецизійних компараторів імпедансу на основі автотрансформаторних мостів необхідно розробити і проаналізувати математичні моделі універсальних компараторів.

Проведений теоретичний аналіз показав, що у процесі компарування можна порівнювати імпеданси з різною схемою заміщення при прямому відліку за реактивними та активними параметрами. Вибираючи відповідний напрям передач, при нескладній перебудові вимірювального кола можна порівнювати два імпеданси з паралельною схемою заміщення, два імпеданси з послідовною схемою заміщення або два імпеданси з різною схемою заміщення. Отримані результати дозволили їх впровадити в універсальному автотрансформаторному мості-компараторі.

Подання калібрувальних та вимірювальних можливостей акредитованих калібрувальних лабораторій у діапазоні вимірювань

Ігор Захаров — 2024-12-27

У статті розглянуто питання, пов’язане з формуванням “Сфери акредитації” калібрувальної лабораторії, яка акредитується відповідно до вимог ДСТУ EN ISO/IEC 17025:2019 “Загальні вимоги до компетентності випробувальних та калібрувальних лабораторій”. Найкращою мірою якості калібрувань, які проводяться калібрувальною лабораторією, є найменше значення невизначеності вимірювань, яке досягається цією лабораторією під час калібрування вимірювального обладнання відповідної категорії.

Проаналізовано форму вираження калібрувальних та вимірювальних можливостей акредитованих калібрувальних лабораторій діапазоном значень і розглянуто забезпечення належної лінійної інтерполяції для знаходження невизначеності при середніх значеннях.

Для мінімізації розширеної невизначеності пропонується розраховувати коефіцієнт покриття за допомогою методу ексцесів так, щоб він відповідав композиції законів розподілу вхідних величин.

Запропоновано застосування методу найменших квадратів (МНК) для апроксимації калібрувальних та вимірювальних можливостей лабораторії при вираженні їх у вигляді явної функції вимірюваної величини. Для неполіноміальних залежностей їх необхідно спочатку перетворити шляхом заміни змінних на лінійні з наступним використанням МНК. Для полегшення апроксимації СМС пропонується використання функції “лінія тренду” MS Excel. Розглянуто чотири додаткові нелінійні функції, які апроксимуються гіперболічною та дрібно-лінійними функціями виду 1 і 2 та квадратурним додаванням, яке також можна перетворити на лінійну функцію, і за допомогою МНК отримати оцінки їхніх параметрів.

Наведено приклад виконання апроксимації різними функціями калібрувальних та вимірювальних можливостей лабораторії при калібруванні цифрового штангенциркуля.

Дослідження метрологічних характеристик побутових лічильників газу при вимірюванні об’ємної витрати газоводневих сумішей

Денис Кепещук — 2024-12-27

Наведено результати досліджень впливу чистого газоподібного водню та газоводневих сумішей на працездатність і метрологічні характеристики лічильників газу мембранного типу, які застосовуються в побутовому секторі. Для проведення досліджень попередньо було відібрано лічильники мембранного типу провідних вітчизняних та європейських виробників. Для лічильників проведено серію статичних та динамічних випробувань. Статичні випробування передбачали перевірку герметичності лічильників під дією газоподібних сумішей. Динамічні випробування передбачали проведення вимірювань на імітаційному полігоні з робочим середовищем – чистий водень та суміші водню з метаном. Розроблено структурну схему вимірювальної системи. Вимірювання проводилися шляхом порівняння об’єму газу, який пройшов через дослідний лічильник з об’ємом, виміряним еталонним лічильником. Як еталонний засіб у зібраній вимірювальній системі використовувався лічильник газу барабанного типу з попередньо визначеною в лабораторних умовах градуювальною характеристикою з робочим середовищем – повітря. Після проведення експериментальних досліджень із робочим середовищем – водень та газоводневі суміші в умовах полігону для еталонного лічильника проводилося повторне визначення метрологічних характеристик у лабораторних умовах. Для проведення експериментів із максимально можливою точністю та виключення впливу додаткових похибок на результат вимірювання, для автоматизації вимірювання було розроблено спеціалізоване програмне забезпечення. Наведено результати проведених експериментів для декількох лічильників у вигляді табличних значень та графіків. Зроблено загальні висновки стосовно впливу водню та газоводневих сумішей на зміну метрологічних характеристик побутових лічильників газу.

Пристрій для калібрування машин для термозварювання

Сергій Грудзинський — 2024-12-27

Технології термозварювання пластмас передбачають вимірювання та підтримання певних значень трьох фізичних величин: температура, притискна сила та час витримки виробу під навантаженням.

У статті розглядається розроблений та досліджений новий пристрій для калібрування машин для термозварювання плівки з термопластичних матеріалів за притискною силою. Новий пристрій забезпечує калібрування різних типів машин із робочим зазором від 13 мм.

Калібрування самого пристрою здійснювалося методом навантаження гирями за допомогою спеціального пристосування.

Також було досліджено роботу суматора плати контролера, який дозволяє контролювати силову характеристику машин для термозварювання у випадку нерівномірного розподілу сили та неідеальної геометричної форми притискних елементів.

Показано, що новий пристрій дозволяє контролювати одну з основних характеристик машин для термозварювання різних конструкцій та виробників. Цей пристрій дозволив періодично контролювати фактичне значення притискної сили активного елементу машини при реалізації технологічного процесу зварювання.

Якщо в конкретній моделі машини вимірюваною величиною є тиск у пневмосистемі замість притискної сили, то при первинному калібруванні складається градуювальна характеристика залежності притискної сили від тиску в пневмосистемі, а надалі контролюється її стабільність.

Метрики невізуального впливу світла

Леонід Назаренко — 2024-12-27

Результати вивчення незорової дії світла вже успішно застосовуються в циркадному освітленні, що базується на зміні корельованої колірної температури (ККТ) джерел випромінення освітлювальної системи приміщення протягом доби відповідно до природної зміни цього параметра і сприяють підтримці біологічних процесів бадьорості та підготовки до сну.

Однак дослідження параметрів джерел світла освітлювальних систем, що можуть впливати на самопочуття людини, не обмежені тільки їхньою ККТ, і після детальнішого вивчення впливу спектра випромінення на концентрацію і динаміку меланопсіну Міжнародний комітет з освітлення запропонував алгоритм визначення меланопічної опроміненості та меланопічної освітленості саме за спектральним розподілом джерел випромінення.

Для кількісної оцінки відношення невізуального впливу параметрів світлового середовища на самопочуття людини може бути застосовано співвідношення меланопічного потоку М до фотопічного світлового потоку P тестового джерела світла. За визначенням це відношення нормовано до 1 для референсного випромінювача денного світла D65. Особливого значення це співвідношення може набути для створення нової освітлювальної метрики, яка може характеризувати світлодіодні джерела світла з точки зору потенціалу щодо невізуального впливу залежно від спектрального складу.

Визначення колірних відмінностей при розрахунку індексу передачі кольору

Катерина Говорова — 2024-12-27

Важливість точної передачі відтінків освітлюваних предметів джерелами світла було усвідомлено ще в минулому столітті. Існують окремі сфери людської діяльності, де рівень якості передачі кольорів освітлюваних об’єктів – необхідна й обов’язкова умова успішної роботи. Крім того, важливим питанням під час здійснення менеджменту стосовно охорони здоров’я робітника та безпеки його праці є якість освітлення. Для розв’язання цього питання в 1965 році було запропоновано метод обчислення індексу передачі кольору – Color Rendering Index (CRI). Важливим аспектом розрахунку CRI є визначення еталонного джерела світла на основі розрахунку різниці кольорів. Цей підхід спрямований на мінімізацію невизначеності шляхом використання еталонного випромінювача з колірною температурою, максимально математично близькою до досліджуваного джерела світла. Однак цей критерій частково нехтує особливостями сприйняття кольору оком людини. Для розв’язання наведеної проблеми було розглянуто чинні стандарти, що належать до колориметрії, та на основі проведеного аналізу вперше запропоновано використання формули визначення колірної різниці при розрахунках індексу передачі кольору, що забезпечує більш комплексний підхід до розрахунку CRI.

Дослідження невизначеності вимірювань гамма-випромінювання з джерелами цезій-137 та кобальт-60

Андрій Пустовий — 2024-12-27

Дозиметрія випромінювання є ключовим елементом у медичній, промисловій та науковій діяльності, пов’язаній із використанням іонізуючого випромінювання. Точність вимірювання доз випромінювання забезпечує безпеку та ефективність радіологічних практик, що є критично важливим для захисту пацієнтів у медичних процедурах, дотримання промислових стандартів безпеки та проведення наукових досліджень. Для досягнення високої точності вимірювань проводяться міжнародні дослідження.

ННЦ “Інститут метрології” бере активну участь у міжнародних проєктах, спрямованих на підвищення точності й узгодженості дозиметрії випромінювання. Ці проєкти об’єднують національні метрологічні інститути (NMI) для стандартизації методів вимірювання та калібрування, що сприяє вдосконаленню систем дозиметрії іонізуючого випромінювання.

Актуальність таких проєктів зумовлена широким використанням іонізуючого випромінювання в медицині та промисловості. У медицині, зокрема в радіотерапії, точність дозиметрії забезпечує ефективне лікування з мінімальним впливом на здорові тканини. У промисловій радіографії високоточна дозиметрія гарантує дотримання стандартів безпеки, знижуючи ризик надмірного опромінення працівників.

У рамках міжнародного проєкту за участю PTB (Фізико-технічного федерального інституту) та GUM (Головного управління мір) розробляються нові протоколи калібрування для різних видів випромінювання, створюються нові ланцюги простежуваності для забезпечення точності вимірювань, а також відбувається обмін практиками між учасниками.

Для досягнення мети проводилися попередні звірення між NMI, де два інститути були опорними (зразковими). Такий підхід дозволив учасникам звірити свої результати з контрольними даними та внести необхідні корективи. Колаборація сприяла обміну знаннями й стимулювала розробку нових технік дозиметрії, що в довгостроковій перспективі забезпечить поліпшення точності й надійності вимірювань.

ННЦ “Інститут метрології” брав участь у проєкті як провідна організація з галузі іонізуючих випромінювань в Україні. У статті наведено результати співпраці, а саме звірень іонізуючого випромінювання з джерелами ¹³⁷Cs і ⁶⁰Co. Також у рамках проєкту було виконане звірення рентгенівських пучків із якостями випромінювання: N-40, N-100, N-200.

Метрологія та економіка: обґрунтування оптимальних варіантів розвитку метрологічних систем за критерієм мінімуму необхідних витрат – огляд

Олександр Прокопов — 2024-12-27

Сформульовано загальний підхід до обґрунтування оптимальних шляхів розвитку національних метрологічних систем, що базується на умові мінімізації необхідних для цього фінансових інвестицій. Виконано аналіз розроблених в ННЦ “Інститут метрології” методів оцінювання ефективності інвестицій для можливих варіантів функціонування елементів метрологічної інфраструктури, що стосуються окремих видів вимірювань. Варіанти є такими: існує державний первинний (національний) еталон одиниці вимірювання, який пройшов міжнародні звірення; первинного еталона немає, але він розробляється; первинного еталона немає, і він не розробляється; за відсутності первинного еталона як вихідного використовується вторинний еталон, відкалібрований за кордоном.

Представлено математичні алгоритми аналізу економічної доцільності інвестицій, що дозволяють обрати найменш затратні рішення. Запропоновано підхід до розрахунку часу окупності інвестицій, що враховує інфляційні процеси.

Наведено приклади застосування розроблених алгоритмів для аналізу економічної доцільності створення конкретних еталонів, зокрема державних первинних еталонів одиниці об’ємної активності радону-222 та одиниці сили світла. Описані в статті алгоритми вибору оптимальних варіантів розвитку метрологічних систем і підвищення ефективності інвестицій у метрологію є особливо актуальними для країн з обмеженими фінансовими ресурсами.