Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal

Міжлабораторні звірення лабораторій з калібрування лічильника активної електричної енергії

Олег Величко, Юлія Куліш, Денис Нікітенко, Андрюс Веркявичюс — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Лічильники електричної енергії призначені для вимірювання, реєстрації та контролю споживання електричної енергії в житлових, комерційних і промислових приміщеннях. Робочі еталони одиниці активної електричної енергії використовуються для повірки електролічильників, які підлягають регулярному калібруванню. Калібрувальні лабораторії (КЛ) здійснюють калібрування робочих еталонів. Міжлабораторні звірення (МЗ) для калібрування засобів вимірювання мають важливе значення для забезпечення точності, надійності та відтворюваності результатів вимірювань у лабораторіях. Результати МЗ щодо конкретного калібрування є важливим доказом для національних органів з акредитації лабораторій.

У МЗ для калібрування лічильника активної енергії взяли участь дві КЛ: ДП “УКРМЕТРТЕСТСТАНДАРТ” – UMTS, Україна та ELGAMA-ELEKTRONIKA, Литва. Лабораторії-учасники МЗ проводили вимірювання активної електричної енергії при змінному струмі напругою 230 В на частоті 50 Гц у точках калібрування від 0,05 до 10 А при коефіцієнтах потужності ±1 і ±0,5 Lag. Вимірювання енергії обох КЛ можна простежити до КЛ Німеччини. Результати проведеного МЗ еталонів енергії показали хорошу узгодженість отриманих результатів калібрування. Лабораторії відповідають встановленим вимогам щодо показника E_n (UMTS – від 0,02 до 0,20; ELGAMA – від 0,02 до 0,19) і підтверджують свою технічну компетентність.

КЛ UMTS акредитована Національним агентством з акредитації України (НААУ), а КЛ ELGAMA ‒ Національним бюро акредитації Литви (LNAB). НААУ та LNAB є одними з учасників Угоди про взаємне визнання результатів калібрування Міжнародної співпраці з акредитації лабораторій (ILAC). Обидві КЛ задовольняють вимоги міжнародного стандарту ISO/IEC 17025. Усе це сприяє визнанню результатів калібрування лабораторій за їхньою сферою акредитації як на національному, так і на міжнародному рівнях.

Високовольтний широкосмуговий вимірювальний підсилювач для діапазону частот до 30 МГц і максимальної вихідної напруги до 30 В

Юліан Туз, Артем Довгаль — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Основною сферою застосування високовольтного широкосмугового вимірювального підсилювача (ВШВП) є підсилення вихідної напруги вимірювальних калібраторів до рівня, достатнього для метрологічної атестації найбільш поширених термоелектричних перетворювачів у їх частотному діапазоні. Характерною рисою існуючих операційних підсилювачів (ОП) є те, що чим у ширшому діапазоні частот вони працюють, тим менша їх максимальна вихідна напруга.

У статті запропоновано створювати ВШВП шляхом багатокаскадного включення низьковольтних операційних підсилювачів із віртуальним живленням і незалежним паралельним струмовим зворотним зв’язком.

Створено принципові схеми ВШВП, матричні рівняння для знаходження в аналітичному і чисельному вигляді коефіцієнта підсилення, рівняння похибок як функції елементної бази.

Виготовлено зразок підсилювача на керамічній платі з нітриду алюмінію, яка виконує функції як друкована плата і є радіатором для розсіювання тепла завдяки високій теплопровідності нітриду алюмінію.

Проведено метрологічні дослідження, які підтвердили придатність виготовленого зразка у військовому вторинному еталоні одиниці електричної напруги в діапазоні напруг від 0,1 до 1000 В змінного струму в діапазоні частот від 10 Гц до 30 МГц ВВЕТУ 08-07-01-09.

Розробка методу і засобу вимірювання в галузі дослідження параметрів низькочастотного магнітного поля

пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Проведено дослідження в галузі вдосконалення метрологічного забезпечення вимірювань магнітних величин шляхом розробки методу та засобу вимірювання величин дипольних магнітних моментів (Ам²) та напруженості низькочастотного (50–1000 Гц) магнітного поля джерела. Розроблено метод вимірювання, що відноситься до індукційних, а саме так званих точкових методів вимірювань, що передбачає використання розташованих у визначених точках простору навколо досліджуваного об’єкта n первинних вимірювальних перетворювачів. Показано переваги, недоліки та сфери застосування точкових магнітометричних методів.

Метод базується на аналізі мультипольного представлення магнітного поля та використанні дванадцяти індукційних давачів, розміщених на екваторіальній площині та циліндричній поверхні. Це дозволяє виключити вплив гармонік вищих порядків і зменшити методичну похибку вимірювань.

Запропоновано систему первинних вимірювальних перетворювачів, які розташовані в точках із заданими лінійно-кутовими координатами та з’єднані певним чином. Запропоновано структурну схему вимірювальної системи. Отримано аналітичні вирази для вимірюваних параметрів – компонент дипольного магнітного моменту M_x, M_y, M_z. Виконано аналіз методичної похибки та доведено, що запропонований метод забезпечує точність вимірювань у межах 0,1–5,2% на відстані 1,5...4 габаритних розмірів джерела. Виконано аналіз похибок, пов’язаних із неточністю позиціювання первинних вимірювальних перетворювачів.

Запропонований метод, а також пристрій для вимірювання параметрів магнітного поля низької частоти, практично призначено для вимірювання параметрів зовнішнього магнітного поля, таких як магнітні дипольні моменти та напруженість магнітного поля, що необхідно для моніторингу й розв’язання певних науково-технологічних завдань у різних галузях технологій.

Забезпечення простежуваності одиниць об’єму та об’ємної витрати газу до Національної еталонної бази України

Андрій Барчук, Денис Середюк, Тарас Кепещук, Володимир Лемішка, Юрій Пелікан — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Процеси глобалізації світової економіки вимагають усунення технічних бар’єрів у міжнародній торгівлі, зокрема у сфері енергоносіїв. Для врегулювання суперечностей між постачальниками та споживачами газу актуальним стає впровадження концепції метрологічної простежуваності засобів вимірювання до основних одиниць системи SI через безперервний ланцюг калібрування. Одночасно необхідно застосовувати концепцію невизначеності для оцінювання точності вимірювань.

Важливим аспектом вимірювань є забезпечення простежуваності, адже одним із найефективніших способів визначення невизначеності є оцінка точності засобу. Це поняття відіграє ключову роль у процесах калібрування, оцінювання відповідності та повірки засобів вимірювання, а також є необхідним для участі в міжнародній торгівлі. Завдяки простежуваності досягається надійність результатів вимірювань через створення безперервного ланцюга калібрувань.

Роботу спрямовано на вдосконалення методів, розробку засобів і створення нормативно-документальної бази, яка забезпечує зв’язок робочих засобів вимірювання, що використовуються для обліку природного газу, з національним державним первинним еталоном. Розроблено ланцюг простежуваності вимірювань від національного первинного еталона одиниці об’єму та об’ємної витрати газу до робочих засобів вимірювань із нормованими значеннями невизначеностей по всій ієрархії передавання розміру одиниці витрати газу. Впроваджено у метрологічну практику України нормативні документи, які регламентують методики проведення калібрування для забезпечення простежуваності вимірювань. Здійснено теоретичні та експериментальні дослідження лічильників для використання їх як еталонів передавання. Особливу увагу приділено стабільності, відтворюваності результатів і адаптації методів до міжнародних стандартів.

Вібраційний метод вимірювання статичної неврівноваженості жорстких роторів

Олександр Мамонтов — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Розроблено вібраційний метод вимірювання статичної неврівноваженості жорстких роторів. Метод заснований на вимірюванні періоду вільних коливань системи, що складається з маятникової рами та ротора. Після встановлення та фіксації ротора на рамі збуджують вільні коливання системи та вимірюють їх період. Вимірювання повторюють три рази у різних положеннях ротора щодо своєї осі. Положення відрізняються одне від одного шляхом повороту ротора на сто двадцять градусів. За формулами обчислюють дисбаланс ротора та кут дисбалансу. У статті виводяться формули для розрахунку дисбалансу та його кута за трьома значеннями періоду вільних коливань рами. Через розрив функції виникла неоднозначність визначення кута дисбалансу. Для її усунення пропонується розбити кругову шкалу на три однакові сектори по сто двадцять градусів залежно від чисельних значень періодів. Для кожного сектора пропонується окрема розрахункова формула кута. Оцінка метрологічної точності методу показала, що допустимий залишковий питомий дисбаланс ротора відповідає класу точності G6,3 при швидкості обертання 2000 об/хв. Експериментальні дослідження проводилися шляхом перевірочних вимірювань неврівноваженості з відомими значеннями маси та кута дисбалансу. Отримані значення дисбалансу та його кута дорівнюють фактичним значенням з урахуванням похибки вимірювального пристрою.

Дослідження складових бюджету невизначеності при дозиметрії рентгенівського та гамма-випромінювання

Андрій Пустовий, Костянтин Озерський, Володимир Скляров — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Дозиметрія рентгенівського та гамма-випромінювання широко використовується в медицині, де точність і відтворюваність вимірювань безпосередньо впливають на ефективність і безпеку променевої терапії та клінічної діагностики. Помилки при відпуску дози пацієнту можуть згодом негативно впливати на його здоров’я. Однак невизначеності вимірювань можуть виникати через нестабільність джерел випромінювання, вплив параметрів навколишнього середовища та складність калібрування дозиметричних камер. Незважаючи на постійне вдосконалення методик, ці проблеми залишаються невирішеними і потребують подальшого вивчення для забезпечення надійного дозиметричного контролю.

В умовах зростаючої необхідності уніфікації дозиметричних вимірювань рентгенівського та гамма-випромінювання міжнародні та національні лабораторії проводять міжлабораторні звірення. Це дозволяє оцінити можливості лабораторії та розробити практичні шляхи для покращення уніфікації стандартів і мінімізації величини невизначеності.

Були проаналізовані результати міжнародних звірень щодо рентгенівського та гамма-випромінювання. Проведено порівняння складових часток бюджету невизначеності при вимірюванні величин рентгенівського та гамма-випромінювання. Надано рекомендації щодо зниження невизначеностей та підвищення точності вимірювань. Проведено порівняння бюджету невизначеності ННЦ “Інститут метрології” з бюджетами невизначеності інших лабораторій, що брали участь у звіренні. Порівнявши отримані невизначеності ННЦ “Інститут метрології” з невизначеностями інших лабораторій-учасників звірення, зроблено висновок про необхідність впровадження актуальної нормативної бази та модернізації еталонної бази, що дозволить знизити складові частини невизначеності до рівня лабораторій, які є лідерами у цьому виді вимірювань.

Запропоновані рекомендації та практичні підходи до зниження невизначеності вимірювань сприяють підвищенню точності в дозиметрії, що є важливим для медичного та наукового застосування іонізуючого випромінювання.

Експериментальні вимірювання температури з використанням термоперетворювачів

Марія Морозова — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

У статті розглянуто експериментальні методи вимірювання температури з використанням різних видів термометрів, включаючи рідинно-скляні, провідникові термоперетворювачі опору та термоелектричні термоперетворювачі. Особливу увагу приділено принципам роботи, детальному порядку проведення експериментальних вимірювань. Описано принципи роботи, конструктивні особливості, робочі діапазони температур, формульні залежності опору від температури. Для підвищення точності вимірювань розглянуто методи корекції похибок, зокрема похибки паралакса і неповного занурення термометра у вимірювальне середовище, необхідність введення поправки на температуру вільних кінців термопар. Склад експериментальної установки включає термостат, універсальний цифровий вольтметр, контактні рідинно-скляні термометри, мідні й платинові термоперетворювачі опору та термопару. Наведено покроковий опис експерименту: від налаштування контактного рідинно-скляного термометра до вимірювання опору термоперетворювачів та термоЕРС термопари у контрольних точках. Відзначено важливість дотримання стабільності температури та особливості підключення приладів до схеми вимірювань. Методика вимірювань передбачає поетапне визначення температури, опору, термоелектрорушійної сили для провідникових та термоелектричних термоперетворювачів, із подальшим знаходженням температури згідно з градуювальними таблицями. Описано приклади обчислень із використанням методики за допомогою порівняння табличних та виміряних значень температур, що дає змогу оцінити ефективність використання даних термоперетворювачів при вимірюванні певних температур у термостаті. Наведено приклади розрахунку дійсної температури на основі опору платинових і мідних термоперетворювачів, а також термоелектричної сили хромель-копелевих термопар. Пояснено методику врахування поправок на температуру та розрахунку абсолютних і відносних похибок для кожного типу термоперетворювачів. Результати підкреслюють важливість комплексного підходу до вимірювань, включаючи правильне налаштування обладнання, дотримання умов експерименту та ретельний аналіз похибок.

Водневі зберігачі частоти, відновлення та продовження терміну використання магніторозрядних насосів

Володимир Солдатов, Руслан Котельников — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Розглянуто практичні аспекти технічного догляду, обслуговування та продовження терміну використання одного із ключових елементів водневого зберігача частоти, міри Ч1-70, у складі якої використовуються магніторозрядні іонно-гетерні насоси, та заходи щодо підтримання його метрологічних характеристик на високому рівні. Під час використання квантових генераторів виникає потреба в складному обслуговуванні одного із ключових елементів водневого зберігача – магніторозрядного іонно-гетерного насоса. Описано конструкцію, принцип роботи та основні технічні характеристики цього типу насосів. Проаналізовано стан насосів після тривалої експлуатації, виявлено типові дефекти, такі як утворення порошку титану, виробка катодів та погіршення діелектричних властивостей ізоляторів. Розроблено та реалізовано заходи з відновлення насосів, включаючи очищення, заміну пошкоджених компонентів та перевірку параметрів вакууму. Результати експериментальних досліджень підтвердили відновлення короткочасної нестабільності частоти та інших метрологічних характеристик міри Ч1-70. Запропоновано шляхи подальшого вдосконалення обладнання для продовження терміну його використання та оптимізації метрологічних показників, зокрема магніторозрядного іонно-гетерного насоса міри Ч1-70.

Проаналізовано стан устаткування, запропоновано та виконано заходи з відновлення метрологічних характеристик міри Ч1-70 та інших еталонів часу та частоти даного типу.

Діагностика та розпізнавання видів механічних дефектів складних металевих конструкцій методом акустичної емісії

Юрій Смолін — пт, 28 бер 2025 00:00:00 +0200

Показано, що розуміння зносу та переважаючих механізмів пошкодження конструкцій має велике значення для систем, критично важливих для безпеки, до яких відносяться складні металеві конструкції. Для них при довготривалій експлуатації постає завдання постійного відстеження місць виникнення мікротріщин та тенденцій їх розвитку. Основною метою роботи є розробка методики розпізнавання виду механічної деформації в складних металевих конструкціях, заснованої на відмінності форм сигналів акустичної емісії, та експериментальне підтвердження працездатності цієї методики. Запропоновано методику визначення оптимальної кількості каналів, необхідних для моніторингу. Запропоновано також методику збору даних на основі сигналів акустичної емісії та їх обробки з подальшим оцифруванням і розпізнаванням за допомогою нейромережевих технологій із використанням карти Кохонена. Відмінна риса цієї методики полягає у можливості класифікувати результати за трьома категоріями: втомна тріщина; пластична деформація; тертя (механічний шум). Практичне значення полягає у можливості створювати оптимальні системи моніторингу різних складних конструкцій, що дозволять отримувати диференційні ознаки механічних пошкоджень.