Розвиток теоретичних основ та створення методів і алгоритмів мінімізації похибок термоперетворювачів на базі статистичної термодинаміки (стр. 3 )

За результатами експериментальних досліджень температурної функції впливу, проведених на партії 100 шт. ТП ТВР 301-01, оцінено як 4. Тобто, термоциклювання (300 К – 1800 К; 12 с. при часовому ресурсі 50 термоударів – 10 хв.) посилює сумарну функцію впливу у 4 рази: від 0,021 % за 10 хв. відпалу при 1800 К до 0,084 % при термоударах (рис.6).

Рис. 6. Сумарна функція впливу (1) та її поле середньо-квадратичних відхилень (2) залежно від числа термоударів амплітудою 300 К -1800 К (на прикладі 100 шт. ТП ТВР-301-01)

Вивчення ФП за складних процесів перенесення в умовах одночасної дії температури К та слабких електромагнетних полівА/м) на ТМ показало, що функція впливу практично рівна нулеві (рис.7). Лише у феромагнетних ТМ (нікель, алюмель) при дії поля від 300 А/м і вище зауважено імпульси завад за температур від кімнатних до Кюрієвських (~900 К), вище яких вони щезають.

Проведено дослідження функції впливу вольфрамренієвих стопів при високотемпературній повзучості (рис. 8), коли Cr3 ≈ 1, а дифузійні й дислокаційно-деформаційні механізми проявляються сукупно, доповняючи один одного.

Внаслідок необоротності термодинамічних процесів за високих температур у термометричній субстанції виникає додаткова складова методичної похибки, для зменшення якої удосконалено відому методику дослідження функції впливу.

Рис. 7. Амплітуди імпульсів напруги , наведених у електромагнетному полі напруженістю H: а) за відсутності; б) за наявності - зовнішніх механічних напружень

Для цього температуру гарячого злюту ТП, один з електродів деформований, а інший - недеформований, підвищують рівномірно зі швидкістю до 1 К/с. Це дозволяє розділити на 2 складові дію напружено-деформованого стану і його поетапної релаксації на зміни ФП. Перша з них вважається сталою після досягнення ТМ (гарячим злютом і близькою до нього ділянкою термоелектродів) температури повернення; друга складова змінюється за подальшого підвищення температури гарячого злюту.

Це дало змогу дослідити модифіковані складною присадкою, вмістом одно-, дво - й трикратним приведеному: 0,013 % К; 0,015 % Na; 0,01 % О2 - моно - і полікристалічні молібденові дроти діаметру 0,5 мм при деформуванні на 7,8; 15,0; 26,4 % шляхом протягування крізь філь’єри.

Рис. 8. Температурні зміни функції впливу та її сумарне значення для металокерамічних стопів ВР-5 (а) і ВР-20 (б) при напруженнях: 1 – 52 МПа; 2 – 83 МПа; 3 – 203 МПа; 4 – 355 МПа; 5 – 808 МПа

Як установлено (рис. 9), підвищеному вмісту присадки відповідає більший нахил прямих залежності сумарної функції впливу та механічної функції впливу , що її визначає, від ступеню деформування.

Рис. 9. Механічна функція впливу і деформаційний коефіцієнт термо-ЕРС монокристалічного молібдену з різним вмістом присадки: 1 – 1Н; 2 – 2Н; 3 – 3Н - залежно від ступеню деформування протягуванням

Вивчено також ряд інших метрологічних характеристик: відтворюваність ФП, локальна термо-ЕРС, електропровідність, а також мікротвердість, розподіл механічних напружень й інших властивостей у зв’язку зі складом і розподілом основних компонентів і домішок у ТМ. Особливу увагу приділено вивченню структурно-чутливої локальної термо-ЕРС, для чого розроблено методику й сконструйовано уставу, з дискретністю вивчення до 0,1 мм і можливістю співставлення цих досліджень із вивченням мікротвердості й розподілу домішок. Похибка вимірювання локальної термо-ЕРС становить 5 ... 7 % за 350 К, а відтворюваність показів - 3 %. Встановлено, що у ряду: полікристалічні, монокристалічні й аморфні ТМ - нерівномірність розподілу локальної термо-ЕРС істотно зменшується.

У цілому, виходячи з температурного діапазону експлуатації ТМ, обмеженого зверху процесами кристалізації/рекристалізації, та інструментальної похибки, зв’язаної з процесами перенесення, ТМ можна розмістити у ряд (рис. 10). Верхні місця займають ТМ, кращі за метрологічних і експлуатаційними характеристиками.

Рис. 10. Порівняння метрологічних і експлуатаційних характеристик термоелектричних ТП із різними термометричними субстанціями: полі - та монокристалічна; аморфна та модифікована присадками; виготовлена за умов дії фізичних полів

Досліджено ТМ, отримані за умов дії фізичних, зокрема електромагнетних, полів на субстанцію у процесі виготовлення. Так, термічним випаровуванням у вакуумі, що дає змогу виготовляти як стабільні, так і метастабільні ТМ, отримано тонкі плівки аморфних інтерметалевих систем Me-Ge, Sc-Me-Ge, Al-Ge. Вивчено їх електропровідність і ряд інших характеристик у діапазоні 4,2 КК.

Для конденсатів , отриманих осадженням у прикладених паралельно до підкладки електричному (Е=2,5•104 В/м) й магнетному (Н=24•104 А/м) полях (дискретне випаровування за 10-3 Па і 300К на ситалові підкладки з швидкістю 2 нм/с), виявлено залежність від методу і умов виготовлення. Температурну залежність електричного опору вивчено, проводячи вимірювання у напрямках, що співпадали з лініями електромагнетного поля, накладеного при виготовленні. Окрім того, досліджено температурні залежності коефіцієнту термо-ЕРС та кінетику переходу «аморфний – кристалічний» стан тонких плівок «рідкоземельний метал (Sc, La, Y) - перехідний метал (Fe, Co, Ni) – германій», виготовлених при дії полів на субстанцію під час напилення.

Змінюючи умови виготовлення з дією фізичних полів включно, можна на мікро - і нанорівні спрямовано чинити вплив на функцію перетворення, що відповідає суті тематики [EU: FP-6, NMP-2002-3.4.2.1-1. Understanding materials phenomena; Complex metallic alloys]. Остання передбачає виготовлення й використання матеріалів із специфічними властивостями, закладеними на етапі виготовлення, де від матеріалів вимагаються гібридні властивості, одночасно структурні та функціональні, або забезпечення незвичного їх поєднання.

У п’ятому розділі приведено запропоновані і реалізовані методи мінімізації похибок ТП, причому послідовно на етапах вивчення й підготовки ТМ, добору певних елементів довжини їх із бухти, проектування й виготовлення ТП із покращеними метрологічними і експлуатаційними характеристиками, а також описано спеціальні конструкції ТП зі зниженою інструментальною похибкою та з підвищеним ресурсом роботи при бездемонтажній експлуатації.

Безпосереднім джерелом впливу на сумарну функцію впливу є процеси деформування зі зміною механічної функції впливу . Практично нульові значення притаманні ТП із використанням аморфних ТМ в силу технології їх виготовлення: за нею градієнт механічних напружень при експлуатації не виникає, оскільки деформація є пружною, а - оборотною. За тих самих умов ТП з полікристалічними ТМ досягає 10 %, що зумовлено значною функцією , як наслідком пластичного деформування термометричної субстанції. У цьому випадку зниження може бути реалізоване зменшенням механічних напружень у елементах конструкції ТП і, головне, у ТМ.

Зазначене реалізовано у терморезистивному ТП для вимірювання температури швидкісних газових потоків у каналах з неоднорідним і наперед невідомим радіальним розподілом температури й швидкості; тут ковзаюча підтримка ТМ павутиною ізоляційних волокон дозволяє йому плавно добирати оптимальну форму, з мінімальними напруженнями і зменшеною механічною функцією впливу .

Зменшення хемічної функції впливу досягнуто завдяки тривалій витримці термоелектродів в полі поздовжнього градієнту температури. Цим створено новий клас термоелементів для ТП засобів електротермометрії - функціонально-градієнтні термоелементи зі зниженою на 25 … 35 % інструментальною складовою похибки.

Рекристалізаційну функцію впливу можна звести до мінімального значення, рівного 1, а відтак суттєво знизити сумарну функцію впливу шляхом заміни полікристалічних ТМ на монокристалічні (аморфні чи інші їм подібні та технологічно доступні) ТМ. Так, розроблено, виготовлено і впроваджено ТП типу ТВММ-002-01 з чутливим елементом "вольфрам - молібден монокристалічний”.

Вивченням ТП із різними термометричними субстанціями у широкому діапазоні температур, у тому числі дослідженнями рекристалізаційної функції впливу , доведено, що ТМ, модифіковані складними калієво-алюмосилікатними присадками, де визначаючим компонентом вважається калій, нерозчинний у матриці тугоплавких металів, вирізняються найвищою стабільністю у часі за тих самих температурно-часових умов порівняно з іншими ТМ.

Подібний механізм стабілізації метрологічних характеристик у часі притаманний ТМ, які підлягають додатковій, на етапі виготовлення термоелектричних ТП, обробці шляхом відпалу термоелектродів у атмосфері аргону. Тут атоми останнього впроваджуються у наявні мікропори і за рахунок значних власних розмірів істотно пригальмовують дифузійне переміщення й коалесценцію мікропор у термометричній субстанції, що й зумовлює ефект стабілізації метрологічних характеристик за рахунок зменшення їх дрейфу.

Дія поруватистої функції впливу на сумарну функцію є незначною, за винятком металокерамічних ТМ поруватості, більшої ніж 2 %, що трапляється вкрай рідко; проте, цією дією не можна нехтувати для нитковидних кристалів з розвинутою поверхнею, а тим більше для ТМ засобів мікроелектроніки. Проте, у випадку використання металокерамічних ТМ із незавершеною термомеханічною обробкою на етапі їх виготовлення процес стабілізації метрологічних характеристик ТП затягується за рахунок ущільнення ТМ.

Істотною для ТП можна вважати дію температурної та ентропійної функцій впливу, мультиплікативних між собою в силу термодинамічних засад, для яких не має значення чи діючі флуктуації термодинамічних параметрів зумовлені самою термометричною субстанцією - - чи зовнішнім середовищем стосовно даної субстанції - .

Відносно температурної функції впливу , існує сукупність можливостей злагодження дії зовнішнього середовища. До їх числа можна віднести спосіб поетапного підвищення температури термометричної субстанції ТП. При цьому, температура проміжного етапу добирається, виходячи з діапазону температур повернення, як половина різниці її та вихідної температури. Зокрема, температура повернення відповідає температурі полігонізації термометричної субстанції.

Важливим є спосіб виведення ТП на температуру експлуатації: за попереднього прогріву ТП до температури полігонізації його метрологічна надійність зростає. Можливе застосування й іншого технологічно доступного способу – кількагодинного відпалу ТМ у середовищі інертних газів, що насичують наявні мікропори й сприяють підвищення формостійкості ТМ і, таким чином, мінімізації інструментальної похибки, вираженої сумарною функцією впливу .

Проте, існує й сукупність способів дії на ТМ, які виходять поза межі підходу, що його відтворюють вирази (23) – (24). Так, безпосереднім джерелом впливу на сумарну функцію впливу можна вважати процеси електроперенесення, реалізовані прикладенням електричної сили до ТМ. У цьому плані запропоновано і реалізовано метод зниження зазначеної функції впливу шляхом періодичної дії струму на термоелектроди ТП, уникаючи демонтування останнього із контрольованого об’єкту.

На базі розроблених засад залучено процеси електроперенесення (шляхом періодичної дії струмом на термоелектроди) для мінімізації похибок термоелектричних ТП засобів атомної енергетики, подовжуючи їх ресурс роботи за рахунок утримання ФП у заданому полі допусків. Так, на 15 … 20 % покращено метрологічну надійність ТП. Сутність методу - зміна в окремі проміжки часу на протилежні, порівняно з періодом вимірювання, напрямків поширення радіальних потоків тепло - та масоперенесення при пропусканні струму тривалістю по термоелектродах радіусу та питомого опору :

(25)

де С = 0,008...0,016; te ‑ тривалість експлуатації до моменту відпалювання; Te ‑ температура експлуатації; Th ‑ температура термообробки; Ea ‑ енергія активації дифузійних змін.

У результаті, для зменшення наслідків дії експлуатаційних факторів, зокрема зниження хемічної функції впливу , на сумарну функцію впливу запропоновано впровадження типової технології виготовлення ТП. Вона передбачає дотримання технологічної дисципліни, включаючи забезпечення чистоти конструктивних елементів, їх відпалювання у точно визначених і заданих температурних режимах, впровадження спеціалізованого обладнання для здійснення технологічних операцій збирання та контролю його якості з метою зменшення інтенсивності механічних напружень у ТМ, а також пригнічення масоперенесення домішок шляхом наповнення підчохольного простору інертним газом. Крім того, рекомендовано оптимальні режими виведення виготовлених ТП на температуру експлуатації.

Виходячи з отриманих результатів досліджень, рекомендовано і реалізовується на даний момент Львівським НВО «Термоприлад» підхід об’єднаного технологічного циклу виготовлення й застосування ТП, починаючи від підготовки ТМ й виготовлення ТП та завершуючи оцінкою відгуку контрольованого середовища на ФП, що дозволяє підвищити метрологічну надійність на%.

Нерозривність виробничо-технологічно-експлуатаційного підходу щодо розробки, виготовлення й експлуатації ТП підвищеної метрологічної надійності реалізована визначенням базової конструкції для кабельних типів термоелектричних ТП. Нею прийнято ТП типу ТХА-1388М з параметрами надійності: = 0,959 за 20000 годин експлуатації.

Увагу приділено технології підбору окремих ділянок довжини із бухти дроту для виготовлення ТП. Запропоновано спосіб контролю якості й вибракування та розроблено пристрій для його реалізації, за яким на ТМ подається імпульсна напруга. Вивчаючи статистичні характеристики окремо на початковій і кінцевій стадіях перехідного процесу для партії зразків, можна за встановленими показниками вибрати зразки підвищеної метрологічної надійності.

Розвинуто й удосконалено засоби вимірювання локальної термо-ЕРС, які застосовано для встановлення стану ТМ на різних етапах їх виготовлення й використання. Для цього з залученням мікроелектроніки виготовлено спеціальний зонд з багаточисельними ТП, що дозволяє, уникаючи його пересування вздовж досліджуваного зразка, проводити дослідження ТМ по їх довжині й вивчати розподіл домішок та механічних напружень.

Для високочастотних устав топлення у складі індуктора з тиристорним блоком живлення й вимірювального приладу розроблено ТП підвищеної завадозахищеності (~ 70 Дб). Його первинний перетворювач виконано у вигляді коаксіальних шарів спіралізованих дротів, де кожен шар складається з почергово спіралізованих двох чутливих елементів протилежних напрямків спіралізації, причому самі елементи з’єднані послідовно. Завдяки цьому електричні імпульси, наведені в окремих чутливих елементах внаслідок довготривалої деформації втоми, взаємно компенсуються, а сумарна функція впливу зменшується або мінімізується.

ВИСНОВКИ

1. Проаналізовано тенденції розвитку і виявлено можливість удосконалення термоелектричних термоперетворювачів шляхом урахування термодинамічного стану термометричної субстанції на основі виявленого зв'язку останнього і стабільності функції перетворення.

2. Обґрунтовано й розвинуто статистично-термодинамічні засади мінімізації похибок термоперетворювачів з аморфними, моно - і полікристалічними та модифікованими термометричними матеріалами. Застосування засад підтверджено комплексними дослідженнями. Оптимізовано методику коректування змін функції перетворення з допомогою функцій впливу, яка дозволяє повернути функцію перетворення у заданий діапазон допустимих значень - ± 1 % і менше.

3. Обґрунтовано й розвинуто науково-методичні аспекти мінімізації інструментальної похибки термоелектричних термоперетворювачів з чутливими елементами із аморфних, моно - і полікристалічних термометричних матеріалів за умов дії на них різних чинників - механізмів деформування, поруватості, слабких електромагнетних полів та домішок, включаючи зміни їх стану й розподілу, а також ряду інших чинників у процесі їх спільної, часто конкурентної дії.

4. Для проектування, виготовлення й дослідження, стабілізації й прогнозування, а також коректування функції перетворення запропоновано введення теоретично обґрунтованої і експериментально підтвердженої сумарної функції впливу, що відповідає інструментальній похибці, зумовленій нестабільністю властивостей термометричної субстанції, і пов’язує воєдино дію множини виробничо-експлуатаційних чинників на метрологічні характеристики термоперетворювачів.

5. Застосування статистично-термодинамічних засад мінімізації похибки поширене на технологічний цикл виготовлення й застосування термоперетворювачів, починаючи від підготовки термометричної субстанції та завершуючи оцінкою відгуку контрольованого середовища на функції перетворення з метою забезпечення бездемонтажної експлуатації термоперетворювачів з підвищеною на% метрологічною надійністю. Розроблено алгоритм мінімізації похибки термоперетворювачів на базі статистичної термодинаміки нерівноважної термодинаміки.

6. Поставлена і вирішена проблема наскрізного проектування, виготовлення та застосування термоелектричних термоперетворювачів з покращеними на% метрологічними і експлуатаційними характеристиками та відповідно зниженою інструментальною складовою похибки.

7. Результати роботи використані при розробці, виготовленні й експлуатації термоперетворювачів (типів ТВР-0173, ТВМ-075, TBP-301-O1, ТМР-0186, ТХА-1388М та інших) для наукових цілей та народного господарства: металургії, атомної енергетики, ювелірної промисловості, тощо.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пути стабилизации эксплуатационных характеристик высокотемпературных термоэлектрических термометров. ТС-6. Приборы и устройства для контроля и регулирования технологических процессов / , , – Москва: ЦНИИТЭИ-приборостроения, 1979. – 41с.

2. Яцишин ідження кінетики структурних перетворень у плівках Fe-Ge методом мікротермоЕРС / , // Вісник ЛДУ. Сер. фіз. : Проблеми фізики конденсованого стану. – 1986. – № 20. – С.72–74.

3. О механизме возникновения импульсных электромагнитных помех в системах температурного контроля / , , // Контрольно-измерительная техника. – 1988. – № 43. – С. 29–33.

4. Саноцкий влияния электромагнитных наводок в термоэлектродах термопреобразователей / , , // Вестник ЛПИ. Технические средства автоматизации измерений и управления научными исследованиями. – 1988. – № 000. – С. 76–79.

5. Миколайчук і властивості аморфних плівок, осаджених в полях / , , // Доповіді АН УРСР. Сер. А. Фіз.-мат. і техн. науки. – 1989. – № 11. –С. 58–60.

6. И. Влияние технологии изготовления термоэлектродной проволоки на ее метрологические характеристики / , , // Контрольно-измерительная техника. – Львов: Вища школа, 1989. – № 46. – С. 53–56.

7. Стаднык неоднородность термоэлектродов в феноменологической модели нестабильности термо-ЭДС / , // Вестник Львовского политехнического института. Технические средства автоматизации измерений и управления научными исследованиями. – 1990. – № 000. – С. 119–123.

8. О феноменологической модели нестабильности интегральной термо-э. д.с. термопар / , , [и др.] // Известия АН СССР. Сер. Металлы. – 1990. –№ 3. – С. 211–214.

9. Залежність термометричних властивостей металічних аморфних сплавів від їх складу та технологічних факторів виробництва / , І., Курітник І. П. [та ін.] // Вісник Львівського політехнічного інституту. Технічні засоби автоматизації вимірів та керування науковими дослідженнями. Львів. – 1991. – № 000. – С. 88–92.

10. Яцишин ічні аспекти змін термоелектричних властивостей молібденового дроту / , // Контрольно-вимірювальна техніка. – 1993. – № 50. – С. 67–71.

11. Bazylevych O.. Flexible Sampling Frame Measurement / Bazylevych O., Ivakhiv O., Yatsyshyn S. // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. April 2002. – V.51, № 2. – P. 203–206.

12. Колодій З. О. Термодинамічні аспекти електричних шумів у твердих тілах / Колодій З. О., І., // Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej № 000. Elektrotechnika. Z.22. Metody i technika przedstawienia sygnalow w pomiarach fizycznych. 2002. – S. 119–124.

13. Колодій З. О. Різновиді флуктуації в твердих тілах та концепція їх поєднаного вивчення / Колодій З. О., , І., // Вісник національного університету „Львівська політехніка”. Автоматика, вимірювання та керування. – 2002. – № 000. – С. 3–11.

14. Домінюк Т. І. До вивчення можливості термодинамічного врахування впливу механічних напружень і деформацій на термо-ЕРС / Домінюк Т. І., // Вимірювальна техніка і метрологія. – 2002. – № 59. –С. 66–69.

15. І. Електрокінетичні властивості металевих стекол системи та особливості технології їх виготовлення / І., І., // Вимірювальна техніка і метрологія. – 2002. – № 60. – С. 65–69.

16. І. Критерії оцінки температурної стабільності термоелектродів з металевого скла / І., І., // Термоелектрика. – 2002. – № 3. – С. 81–85.

17. Яцишин імічні шуми термометричних матеріалів / І., // Термоелектрика– № 1. – С. 56–64.

18. Яцишин імічні шуми в матеріалах чутливих елементів перетворювачів температури та зміни їх основних параметрів / // Вісник національного університету „Львівська політехніка”. Автоматика, вимірювання та керування. – 2003. – № 000. – С. 82–88.

19. Jacyszyn S. Efekty szumowe w termometrii / Jacyszyn S., Stadnyk B., Lucyk J. I [in.] // Pomiary, automatyka, kontrola. – 2003. – № 7/8. – S. 15–17.

20. І.. Вплив хемічних і механічних шумів на метрологічні властивості первинних перетворювачів температури / І., , Домінюк Т. І. // Вимірювальна техніка і метрологія. – 2003. – № 62. – С. 59–64.

21. І. Статистично-деформаційна модель стабілізації метрологічних характеристик термоперетворювачів / І., // Вимірювальна техніка і метрологія. – 2003. – № 63. – С. 99–105.

22. І. Особливості виникнення термо-е. р.с. в тонких плівках германідів перехідних металів з додатками РЗМ у низькотемпературній області / І., , // Вимірювальна техніка і метрологія. – 2003. – № 64. – С. 41–44.

23. Яцишин ія експериментальних досліджень неоднорідних і деформованих термометричних матеріалів на прикладі моно - і полікристалічного молібдену з присадками / , Домінюк Т. І., Курітник І. П. // Вісник національного університету „Львівська політехніка”. Автоматика, вимірювання та керування. – 2003. – № 000. – С. 158–165.

24. Guk O. P. Long life thermoelectric temperature converters. Reliability problems / Guk O. P., Stadnyk B. I., Yatsyshyn S. P. // Thermoelectricity. – 2004. – № 2. – P. 70–75.

25. Фізико-хемічні основи термометричних матеріалів і статистично-термодинамічний алгоритм проектування термоперетворювачів засобів електротермометрії / , І., [та ін.] // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2005. – № 3. – С. 246–249.

26. І. Фізико-хемічні основи термометричних матеріалів і статистично-термодинамічний алгоритм проектування термоперетворювачів засобів механотермометрії / І., , [та ін.] // Вісник Черкаського державного університету. – 2005. – № 3. – С. 249–250.

27. Гамула ічно-термодинамічні аспекти експлуатаційних змін параметрів термометричних матеріалів / , Курітник І. П., [та ін.] // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2005. – № 65. – С. 55–59.

28. Луцик поруватості на зміни термо-ЕРС термометричних матеріалів / , І, [та ін.] // Вісник національного університету „Львівська політехніка”. Автоматика, вимірювання та керування. – 2005. – № 000. – С. 22–28.

29. Луцык аспекты нестабильности термометричних характеристик преобразователей температуры / , , [и др.] // Metody i technika przetwarzania sygnalow w pomiarach fizycznych. Elektrotechnika. Z.28. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. – 2005. – № 000. – S. 177–180.

30. Яцишин ічна оптимізація гранично - допустимої похибки перетворювачів температури / // Вісник національного університету „Львівська політехніка”. Автоматика, вимірювання та керування. – 2006. – № 000. – С. 73–80.

31. І. Перехідні теплові процеси в чутливих елементах шумових термоперетворювачів у режимі реального часу / І., Микитин І. П., [та ін.] // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2006. – № 66. – С. 108–111.

32. Гук і перетворювачі для енергонапружених об’єктів / , І., [та ін.] // Технологические системы. – 2006. – № 1. – С. 15–17.

33. І.. Тепло - і температуропровідність у формуванні похибки термоперетворювачів / І., , // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2006. – Спецвипуск. – С. 247–249.

34. Гук і вимірювання температур термоелектричними перетворювачами у об’єктах атомної енергетики / , , // Пожежна безпека. – 2006. – № 8. - С. 108–111.

35. Jacyszyn S.P. Analiza efektywnosci stosowania w termometrii funkcjonalnie-gradientowych czujnikow termoelektrycznych / Jacyszyn S.P., Stadnyk B.I., Skoropad P.I. // Pomiary, automatyka, kontrola. – 2006. – № 12. – S. 42–45.

36. Яцишин і часова стабільність термометричних параметрів металевих аморфних стопів / , І., // Metody i technika przetwarzania sygnalow w pomiarach fizycznych. Elektrotechnika. Z.28. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszow. – 2006. – № 000. – S. 165–172.

37. Лега іонально-градієнтні термопари у термометрії / , І., та ін. // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2006. – № 4. – С. 81–85.

38. Яцишин нестабильности термометрических характеристик преобразователей температуры / [та ін.] // Proceedings of 13-th International Conference «Knowledge, Dialogue, Solution» formation». ITHEA. – Sofia. – V.1 – 2007. – P. 192–195.

39. І. Багатофакторні інструментальні похибки термоперетворювачів / І., , [та ін.] // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2007. – Спецвипуск. – С. 243–248.

40. Пирометрические преобразователи в автоматических установках подавления взрыва / , П // Вопросы оборонной техники. – Сер. 16: Технические средства противодействия терроризму. – № 1-2. – 2008. – С. 80-81.

41. А. с. 1268969 СССР, МКИ G 01 К 7/02. Способ стабилизации термо-ЭДС термопары / , , [и др.] (СССР) – № 000/24–10 ; заявл. 04.10.84 ; опубл. 07.11.86, Бюл. № 41.

42. А. с. 1362955 СССР, МКИ G 01 К 7/02. Устройство для измерения температуры / , , (СССР). – № 000/24–10; заявл. 14.04.86; опубл. 30.12.87, Бюл. № 48.

43. А. с. 1409054 СССР, МКИ Н 01 В 39/00. Способ контроля качества и отбраковки резистивных элементов / , , (СССР). – № 000/24–10; заявл. 08.10.85; опубл. 10.03.87, Бюл. № 14.

44. А. с. 1413445 СССР, МКИ G 01 К 7/02. Способ определения температуры / , , (СССР). – № 000/24–10; заявл. 14.11.86; опубл. 30.07.88, Бюл. № 28.

45. А. с. 1469413 СССР, МКИ G 01 N 25/32. Устройство для измерения локальных термо-ЭДС / , , [и др.] (СССР). – № 000/31-15; заявл. 09.12.85; опубл. 30.03.89, Бюл. № 12.

46. А. с. 1332214 СССР, МКИ G 01 N 27/02. Устройство для отбраковки тел накала / , , [и др.] (СССР) – № 000/24–25; заявл. 27.05.85; опубл. 23.08.87, Бюл. № 31.

47. Патент України № 000. Спосіб нанесення покрить у вакуумі / , , [та ін.] – Бюл. № 7. – 2000.

А Н О Т А Ц І Я

Яцишин теоретичних основ та створення методів і алгоритмів мінімізації похибок термоперетворювачів на базі статистичної термодинаміки. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю: 05.11.04 - прилади та методи вимірювання теплових величин. Національний університет «Львівська політехніка», 2008.

Дисертація присвячена розробці й використанню термоелектричних термоперетворювачів з підвищеними точністю й метрологічною надійністю. Викладено актуальність проблеми, приділено увагу необхідності врахування термодинамічного стану термометричної субстанції.

Розглянуто механізми нестабільності функції перетворення, досліджено її зміни у типових умов експлуатації; проаналізовано можливості застосування термодинамічних уявлень стосовно термометричної субстанції, як термодинамічно виокремленої системи. Вивчено ефективні методи дії на функції перетворення. Виведено вираз для сумарної функції впливу, як граничного значення відносної інструментальної похибки, у вигляді комбінації трьох адитивних пар безрозмірних функцій впливу. Проведено експериментальні дослідження: спектру термоелектричних властивостей, електричного опору та його температурного коефіцієнту та структурно-чутливих характеристик. Реалізовано способи та розроблено алгоритми побудови і використання термоперетворювачів з мінімальною інструментальною похибкою.

Ключові слова: температура, похибка вимірювання, термоперетворювач, термометричний матеріал, нестабільність метрологічних характеристик, функція перетворення, функція впливу, електричні флуктуації, статистична термодинаміка нерівноважних процесів.

А Н Н О Т А Ц И Я

Яцишин теоретических основ, создание методов и алгоритмов минимизации погрешностей термопреобразователей на базе статистической термодинамики. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности: 05.11.04 - приборы и методы измерения тепловых величин. Национальный университет «Львивска политэхника», 2008.

Диссертационная работа посвящена разработке и использованию термоэлектрических термопреобразователей повышенной точности и метрологической надежности. Обосновано актуальность проблемы, акцентировано внимание на необходимости учета термодинамического состояния термометрических материалов.

Обсуждены указанные характеристики преобразователей контактной и бесконтактной электротермометрии, связанные с термометрическими материалами и особенностями их изготовления. Представлен генезис основных составляющих погрешностей термоэлектрических преобразователей во времени и в зависимости от значительного количества факторов, связанных как с воздействием контролируемой среды, так и с факторами внутренней структуры термометрических материалов, непрерывно изменяющимися в процессе измерения.

На основании привлечения статистической термодинамики неравновесных процессов раскрыто целесообразность развития объединительного подхода к изучению функций влияния, обусловленных сложными процессами переноса в процессе воздействия на термометрические материалы многочисленных производственно-технологически-эксплуатационных факторов, как факторов возмущения.

Изучены функции влияния, как следствие сложных процессов переноса электричества, теплоты, массы и пр. Обнаружено экспериментально и доказано теоретически на основании исследования процесса теплопереноса примесей в монокристаллических термоэлектродах, что возможно создание функционально-градиентных термометрических материалов для целей термометрии. Последним присущи улучшенные метрологические характеристики за счет формирования в них нестационарного термодинамического состояния с неравномерным по длине распределеиием примесей.

Исследованы особенности воздействия слабых электромагнитных полей на термометрические ферромагнитные и неферромагнитные материалы. Уделено внимание изучению влияния пористости, что имеет немаловажное значение для металлокерамических термометрических материалов.

На основе проведенных исследований предложены критерии, позволяющие пренебречь определенными процессами переноса и, как следствие, факторами влияния на метрологические характеристики, включая инструментальную погрешность. Предложены и развиты алгоритмические основы минимизации инструментальной погрешности термопреобразова-телей. В частности, создан алгоритм минимизации погрешности для термоэлектрических преобразователей.

Внимание уделено экспериментальному изучению функций влияния преобразователей с термометрическими материалами (вольфрам, молибден, рений, ниобий, тантал, никель, платина, медь, сплавы на их основе и электропроводные композиты).

Приведены предложенные, разработанные и реализованные способы подготовки, построения и использования термоэлектрических термопреобразователей с минимальной погрешностью.

Предложены и обсуждены различные конструкции термоэлектрических, термошумовых и терморезистивных преобразователей температуры для аэрокосмической, энергетической, металлургической и других отраслей промышленности. Раскрыты особенности их конструктивного исполнения, обеспечивающие максимальный метрологический ресурс и минимальную инструментальную погрешность измерения с их помощью.

Ключевые слова: температура, погрешность измерения, термопреобразователь, термометрический материал, нестабильность метрологических характеристик, функция преобразования, функция влияния, электрические флуктуации, статистическая термодинамика неравновесных процессов.

ANNOTATION

Yatsyshyn S. P. Development of Theory Principles and the Consideration of Error Minimization Methods and Algorithms for Thermoelectric Thermotransducers based on Statistical Thermodynamics

Dissertation is aimed at gaining the scientific degree of Doctor of Engineering Sciences on the specialty: 05.11.04 - Devices and Methods of Thermal Value Measurement. «Lviv Polytechnic» National University, 2008 - Manuscript.

Dissertation is devoted to the development and use of thermoelectric thermotransducers with enhanced accuracy and metrological reliability.

The actuality of a problem is stipulated. Investigating changes at typical external environments, the mechanisms of transformation function instability are considered; possibilities of thermodynamic presentation use is analyzed concerning thermometric substance.

The effective action methods are studied on a transformation function. An expression for the total influence function as the maximum value of a relative instrumental error is shown out. The mentioned value is presented as the combination of three pairs of dimensionless influence functions. The experimental research of thermoelectric properties, electric resistance, microhardness and other structural characteristics is conducted.

The methods of thermotransducer construction are realized with improving metrological operating characteristics. The algorithms of thermotransducer instrumental errors’ minimization are developed.

Keywords: temperature, measurement error, thermotransducer, thermometric substance, metrological instability, transformation function, influence function, electric fluctuations, statistic thermodynamics of irreversible processes.

Підписано до друку 02.10.2008 р. Формат видання 145х210 мм.

Формат 60х90/16. Гарнітура Times New Roman.

Друк на різографі. Умов. друк. арк. 1,9.

Наклад 120 прим.

Надруковано у видавництві Національного університету

«Львівська політехніка»

79013, Львів, в