автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка диэлькометрических измерительных преобразователей для систем экологического мониторинга пресноводных сред

На правах рукописи ,

МИШКОВ Михаил Юрьевич

РАЗРАБОТКА ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ СИСТЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРЕСНОВОДНЫХ СРЕД

Специальность 05.11.13 - «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск - 2009

003471585

УДК 621.317.335

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» (ИжГТУ).

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки УР

доктор технических наук, профессор Куликов Виктор Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Миловзоров Георгий Владимирович

кандидат технических наук, доцент Подгорный Юрий Владимирович

Ведущая организация: Физико-технический институт УРО РАН (гЦИжевск)

Защита состоится 26 июня 2009 г. в 14® часов на заседании диссертационного совета ДМ 004.013.02 при Институте прикладной механики (ИПМ) УрО РАН по адресу: 426067, г.Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью организации, просим высылать по указанному адресу, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПМ.

Автореферат разослан 17 мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор'

В.В. Тарасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Экологический мониторинг поверхностных пресных вод является важнейшей частью системы контроля состояния окружающей среды. В настоящее время оценка показателей качества воды производится в специализированных лабораториях с применением методов химического анализа, спектрофотометрии и хроматографии. Значительные временные затраты на проведение лабораторных исследований не позволяют непрерывно отслеживать динамику состава проб пресноводных сред и оперативно реагировать на внезапные изменения экологических показателей водоёма, связанные с выбросами промышленных и сельскохозяйственных отходов, а относительно высокая стоимость лабораторного оборудования не позволяет организовывать повсеместный контроль водоёмов.

Вместе с тем, внезапное появление в водной среде многих загрязняющих веществ и их комбинаций можно зафиксировать по изменению макроскопических физических показателей среды, таких как диэлектрическая проницаемость, удельная проводимость, оптическая плотность, спектральные характеристики и т.д. Из известных методов физического контроля диэлькометрия наиболее чувствительна к экологическим патологиям, поскольку диэлектрические характеристики определяются не только составом, но и структурой водных систем.

Вопросам, связанным с измерением диэлектрической проницаемости и удельной проводимости посвящены многочисленные исследования от классических работ по теории диэлектриков Дебая, Сканави, Фрелиха до современных трудов Ермакова, Подгорного, Подкина, Потапова, Челидзе, Ханаи и других исследователей. Поскольку непосредственное измерение диэлектрических характеристик невозможно, в диэлькометрии эти величины выражают через параметры электрического эквивалента -параллельно соединенных емкости и проводимости (Сб-двухполюсник).

Диэлькометрический метод позволяет осуществлять экспресс-контроль электрофизических параметров различных веществ, включая водные системы и с этой точки зрения перспективен для интегрального мониторинга пресноводных сред. Однако большинство известных диэлькометрических средств измерений, ориентируется в основном на однопараметровое преобразование и поэтому далеко не полностью использует информационный потенциал метода.

Второй недостаток известных диэлькометрических средств состоит в ограниченном диапазоне удельных проводимостей контролируемых сред. Недоступны для оперативного контроля диссипативные среды, т.е. природные и искусственные водоёмы с повышенными диэлектрическими

потерями контролируемой среды, в частности минерализированные, газо- и бионасыщенные воды.

Эти недостатки в основном связаны с несоответствием технических и, следовательно, информационных характеристик современных диэлькометрических средств задачам экологического мониторинга водных сред. Номенклатура известных средств диэлькометрического спектрального анализа в широкой полосе частот весьма ограничена, а стоимость таких приборов зачастую превышает стоимость многофункционального комплекса приборов для лабораторных исследований.

Таким образом, научные разработки по созданию диэлькометрических измерительных преобразователей, обеспечивающих обнаружение внезапных изменений экологических показателей пресноводных сред, с возможностью оценки уровня и вида загрязнения за счет увеличения чувствительности к действительной составляющей комплексной диэлектрической проницаемости и расширения полосы рабочих частот, весьма актуальны.

Исследования выполнены в соответствии с планом обучения в аспирантуре по теме «Разработка информационно-измерительной системы диэлькометрического контроля диссипативных сред» в течение 3-х лет с 2005 г. по 2008 г., а также планом работы кафедры КиПР СПИ ИжГТУ по научному направлению «Исследование и разработка методов и средств дистанционного контроля и управления технологическими системами» с 2005 по 2009 г.

Объектом исследования являются измерительные преобразователи диэлькометрических систем контроля.

Предметом исследования являются математические модели двухпараметрового измерительного преобразования диэлектрических характеристик диссипативных сред, способы и алгоритмы независимого измерения составляющих комплексной диэлектрической проницаемости диссипативных сред, возможность оценки вида и уровня экологического загрязнения.

Цель работы - научное обоснование технических и методических решений при разработке диэлькометрических измерительных преобразователей для систем интегрального экологического мониторинга пресноводных сред с возможностью оценки уровня и вида загрязнения.

Задачи исследования:

1 Выработка критериев применимости диэлькометрических средств к системам экологического мониторинга водных сред, сравнение известных методов и средств измерения составляющих комплексной проводимости

(адмитанса) ССг-двухпошосников по этим критериям и определение путей их адаптации к диэлькометрии водных сред.

2 Разработка и исследование математической модели двухпараметрового измерительного преобразования диэлектрических характеристик диссипативных сред.

3 Разработка на основе адаптированных методов измерения составляющих адмитанса СО-двухполюсников диапькометрических измерительных преобразователей с повышенной чувствительностью к отклонениям диэлектрических характеристик контролируемых объектов от равновесных значений.

4 Разработка конструкции емкостного первичного измерительного преобразователя, пригодного к диэлькометрии водных сред.

5 Разработка методики выявления экологических патологий.

6 Экспериментальные исследования созданных диэлькометрических измерительных преобразователей, диэлектрических характеристик чистых и загрязненных водных сред, изучение возможности оценки уровня и вида экологического загрязнения.

Методы исследований. В работе использовались: методы физики диэлектриков и электрохимии растворов для классификации видов экологических патологий; методы математического моделирования эквивалентных СС-двухполюсников и измерительных преобразователей для теоретического описания процесса измерительного преобразования; методы конструкторского проектирования средств диэлькометрического контроля для создания макетов измерительных преобразователей; методы математической статистики для определения действительных метрологических характеристик разработанных средств измерений; экспериментальные исследования созданных измерительных преобразователей.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена применением научно обоснованных методов получения и обработки измерительной информации; данными натурных испытаний; использованием поверенных измерительных средств, сходимости расчетных и экспериментальных данных, применением градуировочных жидкостей с известными диэлектрическими свойствами.

На защиту выносятся:

- способ оценки инвариантности ортогональных каналов при формировании диэлькометрической информации с использованием функции разрешения по составляющим эквивалентного адмитанса;

- широкополосный измерительный преобразователь параметров СО-двухполюсников с линейными функциями преобразования за счет параметрической модуляции элементов измерительных цепей;

- релаксационный измерительный преобразователь параметров СС-двухполюсников, с каналами измерения составляющих эквивалентного адмитанса;

- резонансный фазокомпенсационный измерительный преобразователь параметров диссипативных СО-двухполюсников с повышенной разрешающей способностью за счет переноса спектра информативного сигнала в низкочастотную область;

- конструктивное решение первичного измерительного преобразователя со встроенным термопреобразователем для исследования и экологического мониторинга водных сред;

- результаты экспериментальных исследований диэлектрических характеристик чистых и загрязненных водных сред.

Научная новизна результатов диссертационного исследования заключается в следующем:

- развита теория формирования диэлькометрической измерительной информации с использованием для оценки инвариантности ортогональных каналов функции разрешения по составляющим адмитанса СО-двухполюсников;

- предложено новое техническое решение широкополосного измерительного преобразователя параметров СС-двухполюсников, позволяющее снизить погрешность получения диэлектрических спектров водных систем в широкой полосе частот;

предложено новое техническое решение релаксационного измери-.тельного преобразователя параметров Сб-двухполюсников, обеспечивающее ввод дополнительных каналов измерения составляющих эквивалентного адмитанса;

- предложено новое техническое решение резонансного фазоком-пенсационного измерительного преобразователя параметров Сй-двухполюсников, позволившее расширить область применения диэлько-метров на диссипативные водные среды;

- проведено экспериментальное исследование диэлектрических характеристик водных систем, подтвердившее возможность оценки вида и уровня некоторых экологических патологий.

Практическая полезность работы. Развитые в диссертации положения теории формирования диэлькометрической измерительной информации и выявленная корреляция диэлектрических свойств и некоторых экологических патологий водных систем позволяют создавать диэлькометрические измерительные преобразователи для систем интегрального экологического мониторинга пресноводных сред, обеспечивающих фиксацию внезапных отклонений диэлектрических

характеристик от равновесных значений с оценкой уровня и идентификацией некоторых видов загрязнений.

Введение функции разрешения по составляющим комплексной диэлектрической проницаемости для оценки инвариантности ортогональных каналов измерительного преобразования облегчает анализ потенциальной информативности диэлькометрических измерительных преобразователей и адаптацию методов и средств измерений к прикладным задачам.

Предложенные в работе новые технические решения измерительных преобразователей параметров CG-двухполюсников могут быть использованы при создании:

- компьютеризированных спектроанализаторов диэлектрических сред в полосе рабочих частот 102... 107 Гц;

- релаксационных приборов экспресс-анализа состава и свойств неполярных диэлектриков;

- резонансных фазокомпенсационных диэлькометров диссипатив-ных сред;

- первичных измерительных преобразователей со встроенным термопреобразователем для контроля диссипативных жидких сред.

Результаты экспериментальных исследований загрязненных водных сред удовлетворительно согласуются с известными сведениями об их диэлектрических свойствах и могут служить основой для формирования базы данных по диэлектрическим свойствам экологических патологий пресноводных систем.

Результаты диссертации используются при изучении дисциплины «Материаловедение».

Реализация результатов работы. Результаты работы в виде макетов измерительных преобразователей позволили провести комплексные экспериментальные исследования ряда чистых и загрязненных водных систем, внедрены в учебный процесс и используются при проведении научно-исследовательской и учебно-исследовательской работы на кафедре КиПР СПИ ИжГТУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях: IV электронная заочная конференция с международным участием «Молодежь, студенчество и наука XXI века», Ижевск, 2004г.; VIII международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», Москва, 2005г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций», Самара, 2006г.; VIII международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и

прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», Москва, 2006г.; «Приборостроение в XXI веке», Ижевск, 2007г.; «Теория управления и математическое моделирование», Ижевск. 2008г.; «Информационные системы в промышленности и образовании», Ижевск, 2008г.; «Информационное обеспечение инновационных технологий», Сарапул, 2008 г.; «Электронные устройства и системы», Уфа, 2008.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 15 научных публикациях, в том числе 3 статьях в изданиях, рекомендуемых ВАК, и 2 патентах на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы и заключение на 184 страницах машинописного текста. В работу включены 78 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 160 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы объект и предмет исследования, определены цель и задачи работы, приведена краткая характеристика её структуры и содержания.

Первая глава посвящена анализу существующих методов и средств диэлькометрического контроля состава и свойств диссипативных сред, применимых для экологического мониторинга пресноводных сред. Установлено, что хотя в теории диэлектриков составляющие комплексной диэлектрической проницаемости полагаются сильно коррелированными, фактически во многих реальных средах, особенно жидких и коллоидных системах степень их корреляции существенно снижена. Следовательно, экологическая информативность диэлькометрических средств контроля может быть повышена за счет обеспечения инвариантного измерения обеих составляющих комплексной диэлектрической проницаемости. Анализ справочных данных о диэлектрических свойствах водных растворов различных веществ показал, что технические характеристики диэлькометров систем контроля пресноводных сред должны удовлетворять следующим требованиям: диапазон измеряемых е' = 1 ...140 ед; диапазон измеряемых = 0,1 ...20 ед; время единичного измерения < 0,5 с.

Среди известных способов измерения параметров СО-двухполюсников выделены, как наиболее перспективные, способ вариации параметров Г-образных четырехполюсников, релаксационный и фазокомпенсационный способы, поскольку они охватывают широкий диапазон рабочих частот, измеряемых емкостей проводимостей, а также легко поддаются

автоматизации. Для адаптации указанных способов к экологическому мониторингу необходимо устранить их недостатки: вариационного -высокие погрешности измерения составляющих адмитанса; релаксационного - низкая информативность, связанная с отсутствием разделения измеряемого времени релаксации на составляющие адмитанса; резонансного фазокомпенсационного - низкая чувствительность к б' и неинвариантность к е" при высоких 1§5.

Вторая глава посвящена построению теоретической модели диэлькометрического преобразования и адаптации известных методов и средств задачам экологического мониторинга.

Анализ справочной информации позволил выявить корреляцию диэлектрических и экологических характеристик четырех групп загрязняющих веществ [11]. Измерение е' и о бинарных водных растворов загрязняющих веществ с известным химическим составом позволяет определять общую минерализованность (хлориды, сульфиды) и концентрацию вредных примесей. Связь концентраций примеси с диэлектрическими характеристики устанавливается на основе законов смешивания Кольрауша, Лихтенеккера:

А = А0-бТс; е = ще,+(1-ц,)е2, С)

где а - удельная проводимость; - эквивалентная удельная проводимость; д - эквивалентная проводимость при бесконечном разведении; с —

молярная концентрация

электролита; Ь - константа; е'

смеси и компонентов; Ц], (1-цО

"12'

6, -

диэлектрические проницаемости объемные доли компонентов.

Определение параметров СО-двухполюсников относится к косвенным измерениям. При любом измерительном преобразовании составляющих комплексной проводимости У=й+ушС определяются вспомогательные

функции Ус и Уа с последующим преобразованием Кс—»С, К0—♦О. Для формирования этих функций требуется два независимых канала измерительного преобразования. В общем случае

'511 512 V йС

_с1У0_ $21 А ¿0

где Я,у при / =] - функции преобразования, а при Щ - функции влияния:

дс ' 12 дв ' " дв ' " дС

Функции N(2 =5|2/5ц и 21^22 характеризуют

неинвариантность каналов измерения емкости и проводимости, относятся к инструментальным погрешностям и при проектировании измерительных

$22

>21

преобразователей (ИП) должны минимизироваться. Это означает, что при разработке двухканального ИП параметров СС-двухполюсников необходимо задать критерии 1С, 1с, так, что /с < дс, 1() <, Аа, где дс, д0 -допустимые абсолютные пофешности измерительного преобразования, а при проектировании обеспечить

Ис<1с,Мс<1а. (2)

Область значений С, С, ш, в которой двухканальный ИП обеспечивает выполнение условия (2), характеризует его разрешающую способность по составляющим адмитанса. Потенциальная информативность диэлькометров при понижении разрешающей способности каналов измерения составляющих адмитанса снижается [14]. Экспериментально разрешающие способности по каналам адмитанса определяются отношениями относительных приращений емкости ДС/С и проводимости ДС/ С, обеспечивающих равные приращения с1Ус и

(3)

Ыс ДС в 0с лгс № с

Случайная составляющая погрешности измерения диэлектрических характеристик выражается среднеквадратическим отклонением (СКО) средства измерения, определенным статистически в диапазоне измеряемых С и С; систематическая составляющая - неинвариантностыо:

е() =еизм(1 + Лгс)±^.СКО, а, =а1В|1(1 + ЛГс)±/-СКО, где Ел, о „, 8,.,, ,ст - действительные и измеренные значения

о о изм изм

составляющих диэлектрических характеристик; I - коэффициент, зависящий от закона распределения случайной величины и доверительной вероятности.

Для проведения диэлькометрического спектрального анализа предложено использовать схему, реализующую способ варьирования затухания а={/)/С/2 в измерительном Г-образном четырехполюснике (рис. 1) [2]. Для измерения емкости Сх следует ключом 51 в качестве элемента связи выбрать конденсатор С\, и измерить затухания а к ат при подключенном к вариатору - конденсатору Ст и разомкнутом ключе 52 соответственно.

Функция преобразования емкости схемы становится линейной: .2

Сг =

_ су

2 С„

(4)

где С0 =С, +С2- Это позволяет по результатам наблюдений за разностью квадратов затуханий уСт = -а2 определять Сх.

Проводимость Ох можно определить, вводя резистивный элемент связи и вариатор Тогда

-У0т-0,5Ст-С0,

2 в.

где С0=О,+О2;

(5)

Использование принципа

последовательной вариации емкости Ст и проводимости б,,, позволяет понизить порядок функций преобразования до первого, при этом емкости С| и С, и проводимости 61 и От оказываются параметрами преобразования.

Рисунок 2. Релаксационный ИП параметров СС-двухполюсников. 1,2 - генераторы

уставки; 3, 10 - ключи; 4, 5, 6 - измеряемый СО-двухполюсник и составляющие его адмитанса; 7 - компаратор; 8 - блок управления зарядом-разрядом; 11 - буфер; 12 - делитель частоты; 13 - блок анализа и управления.

Простейшим автоматизированным преобразователем; времени релаксации в период (т = С/С? —>7) является мультивибратор на основе триггера Шмидта, в котором период генерируемых прямоугольных импульсов определяется временем релаксации образца! т.; Однако информативность такого преобразования невысока, поскольку отсутствует разделение измеряемого времени релаксации на составляющие адмитанса.

Повысить информативность релаксационного преобразования можно за счет вариации параметров измерительного преобразователя (рис. 2) [3]. Такой преобразователь позволяет измерять не только время релаксации, но и разделить составляющие эквивалентного адмитанса. Измерение емкостной составляющей обеспечивает вариатор Ст. Для линеаризации характеристики преобразования по емкости в цепь обратной связи автогенератора введен блок управления зарядом-разрядом подключаемого двухполюсника, причем заряд происходит в форсированном режиме, а разряд - за время релаксации образца. Таким образом, релаксационно-вариационное преобразование значительно повышает количество информативных каналов до трёх и расширяет сферу применения релаксационных ИП на пресноводные среды. Функции преобразования для емкости, проводимости и времени релаксации описываются ' выражениями:

сх =——Со; С, = о0 ; тх=т, (6)

(Тт/Т)-1 и т 0

где А - множитель, определяемый значениями напряжений источников 1 и 2, при верхнем и нижнем порогах, Сх - измеряемая емкость, йх, 1Х -' проводимость и время релаксации подключаемого образца; С„, - емкость модулирующего конденсатора; С'«, Со - начальные емкость и проводимость измерительной цепи; 7', Т„, - период следования выходного сигнала при отключенном и подключенном вариаторе, соответственно.

При измерении параметров СС-двухполюсников резонансным методом наивысшую чувствительность обеспечивает поиск резонанса по отклонению фазы от равновесного значения. Однако прецизионный контроль отклонения фазы на рабочей частоте затруднен.. Предложена система двухканального переноса спектра информационного сигнала в область низких частот, обеспечивающая минимизацию погрешностей за счет симметрии каналов переноса [4]. На её основе разработана функциональная схема резонансного измерителя: параметров диссипативных СС-двухполюсников с системой автоматического уравновешивания по фазе, рис. 3 [9]. При подключении двухполюсника Схйх эквивалентная емкость Сэ возрастает на величину измеряемой емкости Сх и для восстановления равновесия нужно уменьшить емкость

варикапа на Сх. По уменьшению емкости варикапа можно судить о емкости двухполюсника инвариантно к активной проводимости [8].

Введение системы фиксации отклонений фазы от нуля в резонансный преобразователь параметров СО - двухполюсников (рис. 3) позволило повысить чувствительность каналов измерения емкости и проводимости и повысить их перекрестную инвариантность. Кроме того, расширен динамический диапазон измеряемых проводимостей. Такая система управления универсальна и может использоваться в любых измерительных преобразователях с системой фазового контроля и уравновешивания. Функции преобразования резонансного измерителя при

использовании в качестве отсчетного управляющего напряжения на варикапе:

Сх = А{<р,+и)

устройства измерителя

V

г и

Рисунок 3. Резонансный ИП параметров СО-двухполюсников с системой автоматического уравновешивания по фазе. 1,2- генераторы высокой частоты; 3, 6 - перемножители частоты; 4 - преобразователь напряжение-ток; 5 -подключаемый СО-двухполюсник; 7,9 - фильтры низких частот; 8 -измерительный контур; 10-фазовращатель; 11,12-компараторы; 13 -О-триггер; 14-выпрямитель; 15-интегратор; 16, 17-индикаторы проводимости и емкости.

Исследование промышленно выпускаемых диэлькометрических влагомеров показало, что необходимо учитывать деградационные факторы, проявляющиеся при длительной эксплуатации [1].

Третья глава посвящена разработке диэлькометрических ИП для экологического мониторинга пресноводных сред.

Автоматизация широкополосного ИП, рис. 1 производилась путем введения программно управляемого генератора Г4-158, преобразователя

импеданса, совмещенного с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), ЭВМ, реализующей функции блока управления и индикаторов емкости и проводимости, электронно-управляемого модулирующего элемента Ут, рис. 4. [6]. Анализ воздействия тепловых и ВЧ шумов показал, что при рабочем напряжении в измерительной ячейке и < 1В погрешность измерения затуханий а и ат не превысит 1 % в диапазоне частот 104...107 Гц. Для обеспечения указанных погрешностей необходимо экранировать сигнальные цепи и применять помехоподавляющие сигма-дельта АЦП.

Рисунок 4. Широкополосный ИП параметров СС-двухполюсников. 1 -генератор; 2 - электронно-управляемый элемент связи, 3 - измерительный контур, содержащий электронно-управляемый модулирующий элемент Ут; 4 -подключаемый СС-двухполюсник; 6 — преобразователь импеданса, совмещенный с АЦП; 5, 7, 8 - ЭВМ, реализующая функции блока управления и индикаторов емкости и проводимости.

-> Т,х и

"Индикация

режима"

Рисунок 5. Релаксационный ИП параметров СС-двухполюсников. Схема

принципиальная

На основе модернизации ранее известной схемы разработан релаксационный ИП параметров СО-двухполюсников, рис. 5. Показано, что для реализации релаксационного преобразователя с повышенной информативностью не требуется сложного оборудования, что позволяет широко использовать такие ИП для оснащения учебных лабораторий.

Разработка резонансного ИП параметров СС7-двухполюсников велась на основе функциональной схемы, рис. 3. Анализ процессов аналого-цифрового преобразования информативных сигналов показал, что только привязка порога срабатывания компаратора к нулю обеспечивает инвариантность ИП к изменению адмитанса. Введение синхронного детектора, построенного на О-триггере и интеграторе позволило сформировать ступенчатую функцию преобразования отклонения фазы от нуля, исключить дребезг и повысить точность фиксации равновесного состояния. Работа а резонансном режиме дала возможность уменьшить амплитуду напряжения на измерительном преобразователе, что снизило погрешности нелинейности, связанные с использованием варикапа, а также расширило динамический диапазон по С [5, 10. 13]. Оценка влияния индуктивности сигнальной шины, через которую образец подключается к измерительной цепи, показала необходимость применения планарного монтажа с радиальным или многослойным размещением элементов измерительного преобразователя.

Рисунок 6. Резонансный ИП параметров диссипативных СО-двухполюсников. Внешний вид. 1 - блок управления и индикации; 2 - выносной блок; 3 - ПИП.

Конструктивно резонансный фазокомпенсационный ИП состоит из двух блоков: выносной субблок формирования измерительных сигналов и субблок управления, обработки информации и индикации [7]. Внешний вид преобразователя представлен на рис. 6.

На основе проведённого анализа существующих конструкций емкостных датчиков и влияющих факторов разработана методика проектирования первичных измерительных преобразователей (ПИП) для экологического мониторинга водных сред, основанная на минимизации индуктивности электродной системы, ограничения заполнения рабочего объема ПИП образцом, контроле температуры и экранировании рабочего зазора [15]. Спроектирован и изготовлен цилиндрический ПИП погружного типа (рис. б поз. 3). Геометрические размеры датчика определены по результатам анализа влияния индуктивности электродной системы на измеряемую емкость. Для компенсации зависимости измеряемой емкости от глубины погружения рабочий объём ПИП ограничен и экранирован корпусным электродом. Заполнение и очистка датчика от исследуемого образца происходит через отверстия на корпусном электроде и в нижней крышке. Для учета температуры образцов предусмотрен термопреобразователь, размещаемый в полости центрального электрода.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям метрологических характеристик созданных средств измерений и диэлектрических характеристик чистых и загрязненных водных сред.

При определении метрологических характеристик созданных ИП использовался набор типовых электрорадиоэлементов с нормированными метрологическими характеристиками. Действительные метрологические характеристики макетов широкополосного, релаксационного и резонансного фазокомпенсационного ИП сведены в таблицу 1. Созданные ИП отвечают техническим требованиям, определенным в главе 1.

Предложена методика учета систематической составляющей погрешности, вызванной неинвариантностью измерительного преобразователя. Предложен, сконструирован и изготовлен кондуктивный образцовый образцовый элемент на основе термосопротивления, с помощью которого определена функция влияния шунтирующей проводимости образца (7Х на измеряемую емкость.

Для определения функции преобразования ПИП использовался метод калибровки по двум эталонам. В. качестве градуировочных жидкостей использованы дистиллированная вода и этиловый спирт (б'шо= 80; е'сгшон = 25). Определены функции преобразования ПИП: Си = 0,77 пФ, Со =5,88 пФ, позволяющие исследовать образцы водных сред се' < 250.

Проведены экспериментальные исследования диэлектрических характеристик бинарных растворов дистиллированной воды и четырех веществ, представляющих различные группы загрязняющих веществ, для которых предварительно были найдены справочные данные (е', а).

В качестве представителя группы электролитов выбран раствор ИаС1 с молярными концентрациями с = 0,004...3,7 моль/л, рис. 7. Чувствительность удельной проводимости в области предельно допустимой концентрации (ПДК) достигает 0,5 См-л/моль-см, что вполне достаточно для однозначной фиксации по экспериментальным данным превышения ПДК.

Таблица 1. Метрологические характеристики макетов широкополосного,

релаксационного и резонансного фазокомпенсационного ИП

Параметр / характеристика Широкопол осный ИП . РИП-1 ИПД-]

Рабочие частоты, Гц 102...10' 2104...106 8-Ю6

Диапазон измеряемых С, пФ 1 ...80 1...560 1...200

Диапазон измеряемых С, мСм 10 3... 10"1 10"' 0,1...28,5

Диапазон измеряемых е', ед 1...100 1 ...700 1...250

Диапазон измеряемых о, мСм/м 0,01...1,15 0,01...1,15 1,15...328

Диапазон измеряемых 1^5, ед 0,002... 2 0,001...2 0.08... 60

Предел допускаемой основной погрешности измерения емкости, % 21,8 10,6 4,6

Предел допускаемой основной погрешности измерения проводимости, % 20 15,3 5

Предел допускаемой основной погрешности измерения емкости в режиме фиксации малых отклонений, % 2 1,5 0,5

Предел допускаемой основной погрешности измерения проводимости в режиме фиксации малых отклонений, % 2 1,5 0,5

Разрешающая способность по каналу С, ед 10,5 12,5 25

Разрешающая способность по , каналу б, ед 5,3 20 100

Продолжительность единичного измерения, с 0,4 0,5 0,3

В качестве представителя группы неполярных и слабополярных диэлектриков выбран этиловый спирт, рис. 8. Для расчета е' использована формула Лихтенеккера. Соответствие экспериментальных и расчетных

данных свидетельствует о достоверности полученных результатов. Вместе с тем, в известных справочных данных имеются значительные расхождения, предположительно связанные с различиями в степени очистки используемых дистиллятов и спиртов.

В качестве представителя группы полярных диэлектриков взята аминоуксусная кислота, рис. 9. Качественное сравнение экспериментальных данных со справочными подтверждает достоверность полученных данных. Рост диэлектрической проницаемости позволяет фиксировать наличие полярного диэлектрика в водной среде.

о, См/см 0.01 г——

105,5

91.6 мкСм

ПДК;

мкСм.

.Л.»

у" <

У х-" 1

С

0 0.2 0.4 0.« 0.8 1

С, моль/л

Рисунок 9. е'(с) раствора амино-укеусной кислоты в диет. воде. I -справочные данные, X = 3,2 см; 2 -эксперимент,/= 8 МГц.

S', ед

ч + "•А '"Ч + 3 2 -г jt .......

X ч

I ю

с, моль/л

Рисунок 7. ст(с) раствора NaCl в диет, воде: 1 справочные данные, Х=3,2 см; 2 -эксперимент,/= 8 МГц

е' ед

Ш %

Рисунок 8. s'(M-) раствора С2Н5ОН в диет. воде. 1,2- справочные данные,/= 180 кГц; 3 - расчет (Лихтенеккер); 4 - эксперимент,/= 8( МГц

Рисунок 10. £'(/) системы «диет, вода-масло» при молярной концентрации: 1) 0 моль/л; 2) 0,1 моль/л 3) дисперсия е'.

В качестве представителя группы нерастворимых и слаборастаоримых диэлектриков выбрано трансформаторное масло, которое является дисперсной фазой в системе «вода-масло», рис. 10. На частоте 5,6-106 Гц наблюдается дисперсия е1, отражающая появление дополнительного времени релаксации контролируемого объекта.

В соответствии с принятой концепцией интегрального экологического мониторинга предложена методика выявления экологических патологий на основе фиксации отклонений диэлектрических характеристик от равновесных значений. Если скорости изменения диэлектрических характеристик за время Д/ на интервале частот А/в диапазоне 102... 107 Гц у£г = Ае' /Аг, vъ.U) = Ае' /А/, va=Ao/At превышают определяемые

экспериментально для каждого пресноводного объекта максимальные скорости ____ таблица 2, следует вывод о введении в

о ШаХ О ГПаХ

пресноводную среду загрязняющего вещества, тип которого определяется по критериям установленным в таблице 3. После определения типа загрязнителя необходимо провести химический анализ для подтверждения факта превышения ПДК загрязняющего вещества. В случае отсутствия превышения ПДК необходимо переопределить границы диэлектрических характеристик соответствующего водного объекта [12].

Таблица 2. Дрейф диэлект рических характе рисгик пресноводных объектов

Объекты р. Кама р. Юрманка р. Малая Сарапулка

Границы Е'т;п-е'тах> еД 78,9...81,1 77,5., .78,7 75,4...76,5

Границы отЬ..л тах, мСм/м 27...35 62...77 42... 56

Скорость у£'тах, ед/с 0,02 0,02 0,018

Скорость у „ л, ,ед/кГц е(/)тах 0,02 0,018 0,017

Скорость у„ „„, мСм/м-с ОШаХ 0,2' 0,25 0,23

Таблица 3. Критерии выявления экологических патологий по фиксации

отклонений диэлектрических характеристик от равновесных значений

Загрязняюгц ие вещества Электроли -ты Полярные диэлектрики Неполярные и слабополярные диэлектрики Нерастворимые и слаборастворимые вещества

Б' , , ст ^ст *> v<з шах ст>ашах V >уе'тах ь ьтах >уе'шах г . г е Бтах Уе'(/) > Ув'(/)тах

Для учета влияния температуры на диэлектрические характеристики природных водных сред были проведены исследования температурных зависимостей е'(7) и а(7) воды из р. Юрманка и дистиллированной. Получены экспериментальные аппроксимированные температурные зависимости е' и о:

Г8'(г)=еГо[1-Р(Г-Г0)1 (8)

\о{т) = аТо[\-ЫТ-Т0)\

где еТо, сг7. - значения диэлектрических характеристик при Т0=23 °С; р, Ра- коэффициенты температурного расширения, таблица 4.

Таблица 4. Коэффициенты для учета температурных зависимостей диэлектрических характеристик дистиллированной и речной вод._

Коэффициент Дистиллированная вода Вода, р. Юрманка

еГо,ед 78 85

ат >мСм '0 3,5 77

р-103,1/°С 4,61 4,61 -0,0023- (Т -Г0)

рст-ю3,1/°с 20 15+0,015-(Г-Г0)

Из таблицы 4 видно, что коэффициенты температурного расширения р для дистиллированной воды и вода из р. Юрманка существенно различаются. Это означает необходимость адаптации блоков температурной коррекции к конкретным водоемам.

Динамика диэлектрических характеристик пресноводных сред при воздействии залпового сброса загрязняющих веществ исследовалась на примерах систем: вода - №С1; вода - аминоуксусная кислота; вода -пропантриол (глицерин). ПИП помещался в пресноводную среду и выдерживался в ней до установления равновесных значений измеренных диэлектрических величин. Затем в образцы примешивался концентрированный раствор загрязняющего вещества в объеме, рассчитанном на превышение ПДК (для хлоридов 350 мг/л по СанПиН 2.1.5.980-00; для 1,2,3-пропантриола 0,5 мг/л; для нефтепродуктов 0,1 мг/л по ГН 2.1.5.689-98; для аминоуксусной кислоты ПДК не нормирован, поэтому принято условное среднее значение для аминокислот 1 мг/л). Предполагалось, что изначально загрязняющее вещество в образце отсутствует. Результаты исследований представлены на рис. 11-14.

0.03

0.07

0.06

0.05

... ЗА \........■...............

77 мС "ч 62 мС и м ______

1 2 3 4 5 6 I, мин

Рисунок 11. Реакция удельной проводимости пресноводной среды на сброс ЫаС1. 1 - до сброса; 2 -скачок; 3 - после сброса.

е\ ед

80

78

76

__________I. . .2.1............... ?

1 78.7 \ / А

77,5 | 1

0.5

1.5 2

I, мин

Рисунок 12 Реакция диэлектрической проницаемости пресноводной среды на сброс аминоуксусной кислоты. 1 - до сброса; 2 -скачок; 3 - после сброса.

0.5 1 и

I, мин

Рисунок 13 Реакция диэлектрической проницаемости пресноводной среды на сброс глицерина. 1 - до сброса; 2 -скачок; 3 - после сброса.

Рисунок 14 Реакция £'(/) пресноводной

среды на сброс трансформаторного масла. 1 - до сброса; 2 - после сброса. 3) дисперсия е'.

На графике рис. 11 после сброса №С1 наблюдается кратковременный частично обратимый скачок диэлектрической проницаемости от равновесного значения. Скорость изменения va = 0,2 См/м-с и установившееся после сброса абсолютное значение удельной проводимости а = 78,8 мСм/м превышают установленные в таблице 2 границы, что свидетельствует о сбросе электролитов. Анализ графиков 1214 позволяет зафиксировать наличие полярного, слабополярного и нерастворимого загрязняющих веществ. Следовательно, предложенная методика позволяет фиксировать превышение ПДК для хлоридов, 1,2,3-пропантриола, аминокислот и нефтепродуктов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе изложено научное обоснование технических и методических решений при разработке диэлькометрических измерительных преобразователей для систем интегрального экологического мониторинга пресноводных сред с возможностью оценки уровня и вида загрязнения.

1 Анализ справочных данных о диэлектрических характеристиках ряда водных растворов позволил определить технические требования к диэлькометрическим измерительным преобразователям по времени измерения ( < 0,5 с) и диапазонам контролируемых е1 (1... 140), (0,1.. .20).

2 Предложен, обоснован и исследован способ оценки инвариантности ортогональных каналов при формировании диэлькометрической измерительной информации с использованием функций разрешения и неинвариантности по составляющим адмитанса, позволяющий снизить трудоемкость анализа процессов измерительного преобразования за счет уменьшения числа исследуемых характеристик с 4 до 2.

3 Предложено, обосновано и реализовано новое техническое решение широкополосного диэлькометрического измерительного преобразователя, позволившее снизить до 16 % (по составляющим адмитанса) предел погрешности получения диэлектрических спектров водных растворов неполярных загрязняющих веществ в широкой полосе частот (102...107 Гц) путем линеаризации функций преобразования за счет параметрической модуляции элементов измерительных цепей.

4 Предложено, обосновано и реализовано новое техническое решение релаксационного измерительного преобразователя с повышенной информативностью, достигнутой введением дополнительных каналов измерения эквивалентного адмитанса (с погрешностью по емкости и проводимости не более 15 %) за счет вариации емкости измерительной ячейки.

5 Предложено, обосновано и реализовано новое техническое решение фазокомпенсационного измерительного преобразователя, позволившее повысить разрешающую способность по каналу измерения емкости и расширить диапазоны измеряемых с погрешностями не более 5 % емкостей до 1...200 пФ и проводимостей до 0,1...28,5 См за счет переноса спектра информативного сигнала в низкочастотную область.

6 Разработан, изготовлен и исследован первичный измерительный преобразователь со встроенным термопреобразователем, пригодный к ди-элькометрии водных сред с е'< 140 ед.

7 Проведены экспериментальные исследования взаимосвязи диэлектрических характеристик водных систем с видами и уровнями экологических патологий на примере растворов из четырех групп загрязняющих веществ. Сравнение с теоретическими и полученными ранее данными о

диэлектрических свойствах водных растворов подтвердило достоверность получаемых диэлькометрических данных.

8 Предложена, обоснована и экспериментально подтверждена методика идентификации четырех видов и уровней экологических патологий пресноводных водоёмов путем фиксации отклонений диэлектрических характеристик от равновесных значений. Превышение установленных экспериментально пределов скоростей изменения е'ис позволяет фиксировать введение в пресноводную среду растворов NaCl, аминоуксусной кислоты, 1,2,3-пропантриола и нефтепродуктов в количествах, превышающих ПДК для соответствующих веществ, что подтверждает соответствие созданных измерительных преобразователей требованиям экологического мониторинга.

9 Результаты диссертационной работы внедрены в учебную и научно-исследовательскую работу на кафедре КиПР СПИ ИжГТУ.

НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 Запорожец A.C., Коряков В.И., Мишков М.Ю., Подкин Ю.Г Сравнительный анализ основных потребительских характеристик нового поколения влагомеров зерна. //Практика приборостроения//.-2003.-№3(4). - с.56-63.

2 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Вариационное измерение параметров CG-двухполюсников в широкой полосе частот// IV Электронная заочная конференция с международным участием «Молодежь, студенчество и наука XXI века»// -Ижевск, 2004. - с.24-28.

3 Патент Ns 2260190 (Россия), МКИ G01R 27/26- / Релаксационный измеритель параметров CG-двухполюсников/ Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Заявл. 06.02.2004,- № 2004103523/28 (Россия); Опуб. - 10.09.2005.-Бюл. 25.

4 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Особенности применения систем фазового слежения в резонансных преобразователях CG-двухполюсников. //Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики// Научные труды VIII международной науч. практ. конф. - Москва, 2005. - с. 84-86.

5 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Особенности варикапного управления генераторными преобразователями CG-двухполюсников. // Всероссийская конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» //, Самара, 2005 г

6 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Широкополосный характериограф составляющих адмитанса на базе персонального компьютера //Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики// Научные труды IX международной науч. практ. конф. - Москва.-2006.-с.151-156.

7 Мишков М.Ю. Особенности конструирования вторичных измерительных диэлькометрических преобразователей. //Приборостроение в XXI веке// Труды 4-й научно-технической конференции с междунар. уч. - Ижевск, 2007, с. 31-36.

8 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Резонансный диэлькометрический преобразователь с системой фазового слежения. // «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика» //, 2007, №8, с. 45-50.

9 Патент № 2314544 (Россия), МКИ G01R 27/26 / Измеритель параметров диссипативных CG-двухполюсников / Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Заявл. 14.04.2006.- №2006112511/28 (Россия); Опуб. - 10.01.2008.-Бюл. 1.

10 Куликов В.А., Мишков М.Ю. Моделирование характеристик варикапов //Теория управления и математическое моделирование// Труды конференции-семинара. - Ижевск, 2008, с. 56.

11 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю., Лихачев A.M. Оценка разрешающей способности системы диэлькометрического экологического мониторинга. Теоретические основы // «Экологические системы и приборы» //, 2008, №7, с. 1115.

12 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю., Лихачев A.M. Оценка разрешающей способности системы диэлькометрического экологического мониторинга. Способы повышения разрешения // «Экологические системы и приборы» //, 2008, №9, с. 11-16.

13 Куликов В.А., Мишков М.Ю. Моделирование характеристик варикапов для систем диэлькометрии //Теория управления и математическое моделирование. //Информационные системы в промышленности и образовании// Сб. трудов молодых ученых. - Ижевск, 2008, с. 114-117.

14 Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Оценка инвариантности измерения составляющих комплексных проводимостей // Информационное и техническое обеспечение инновационных технологий // Сб. трудов молодых исследователей, Сарапул, 2008, с. 18-25.

15 Куликов В.А., Мишков М.Ю. Погружной емкостный датчик для контроля жидких диссипативных сред // Электронные устройства и системы II Межвузовский научный сборник, Уфа, УГАТУ, 2008, с. 171-174.

Подписано в печать 5.05.2009. Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 1,40. Тираж 100 экз. Заказ № 204

Издательство Ижевского государственного технического университета Отпечатано в типографии издательства ИжГТУ 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7

Условные обозначения и сокращения

Введение

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИ-ЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТАВА И СВОЙСТВ ДИССИПАТИВНЫХ СРЕД

1.1 Особенности диэлькометрии пресноводных сред

1.2 Анализ видов экологических патологий пресноводных сред и определение технических и информативных требований, к диэлькометрическим ИП для систем экологического мониторинга

1.3 Электрические модели диссипативных диэлектрических сред

1.4 Обзор принципов построения и конструктивных решений первичных измерительных преобразователей

1.5 Анализ известных методов измерения составляющих диссипативных CG-двухполюсников

1.6 Оценка потенциальной информативности диэлькометрии. Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ CG-ДВУХПОЛЮСНИКОВ ДЛЯ СИСТЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

2.1 Анализ корреляции диэлектрических и экологических характеристик загрязненных водных систем

2.2 Разрешающая способность по составляющим комплексной проводимости как основной критерий потенциальной информативности

2.3 Обоснование принципов построения и математическое моделирование широкополосных измерительных преобразователей параметров CG-двухполюсников

2.4 Обоснование принципов построения и математическое моделирование релаксационных измерительных преобразователей параметров CG-двухполюсников

2.5 Обоснование принципов построения и математическое моделирование резонансных измерительных преобразователей параметров CG-двухполюсников

2.6 Исследование деградационных характеристик серийно выпускаемых диэлькометрических средств измерений

Выводы ко второй главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ПОВЫШЕННОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ ПО СОСТАВЛЯЮЩИМ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

3.1 Разработка широкополосного измерительного преобразователя параметров CG-двухполюсников

3.2 Разработка релаксационного измерительного преобразователя параметров CG-двухполюсников

3.3 Разработка резонансного фазокомпенсационного измерительного преобразователя параметров CG-двухполюсников

3.4 Разработка первичных измерительных преобразователей для систем экологического мониторинга пресноводных сред

Выводы к третьей главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ОЦЕНКА

ИХ ПРИМЕНИМОСТИ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ СРЕД

4.1 Определение метрологических характеристик измерительных преобразователей параметров CG-двухполюсников

4.1.1 Определение действительных метрологических характеристик образцов электрических емкостей и проводимостей

4.1.2 Градуировка вторичных ИП по образцам емкости и проводимости. Определение погрешностей измерения емкостей и проводимостей

4.1.2.1 Экспериментальное исследование широкополосного ИП параметров CG- двухполюсников

4.1.2.2 Экспериментальное исследование релаксационного ИП параметров CG- двухполюсников

4.1.2.3 Экспериментальное исследование резонансного фазокомпен-сационного ИП параметров CG-двухполюсников

4.1.2.4 Методика учета систематической составляющей погрешности, вызванной неинвариантностью измерительного преобразования

4.1.3 Определение действительных метрологических характеристик

ПИП по градуировочным жидкостям

4.2 Экспериментальные исследования чувствительности диэлектрических характеристик загрязненных бинарных растворов дистиллированной воды к концентрации загрязняющих веществ

4.2.1 Исследование диэлектрических свойств водных растворов электролитов

4.2.2 Исследование диэлектрических свойств водных растворов неполярных и слабополярных диэлектриков

4.2.3 Исследование диэлектрических свойств водных растворов полярных диэлектриков

4.2.4 Исследование диэлектрических свойств водных дисперсных систем нерастворимых и слаборастворимых диэлектриков

4.3 Методика выявления экологических патологий на основе фиксации отклонений диэлектрических характеристик от равновесных значений

4.4 Экспериментальные исследования динамики диэлектрических характеристик пресноводных сред на залповые сбросы загрязняющих веществ 159 Выводы к четвертой главе 161 Заключение 163 Список библиографических источников 165 Приложения

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ИП - измерительный преобразователь;

ИИС — информационно-измерительная система

ДС - диэлькометрическое средство;

PC - разрешающая способность;

ДП — диэлектрическая проницаемость;

УП - удельная проводимость;

ТКе - температурный коэффициент диэлектрической проницаемости

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ПИП — первичный измерительный преобразователь;

НЧ - низкочастотный;

СЧ - среднечастотный;

ВЧ - высокочастотный;

СВЧ - сверхвысокочастотный;

СО — стандартный образец;

ИПД - измерительный преобразователь диэлькометрический.

Актуальность темы. Экологический мониторинг поверхностных пресных вод является важнейшей частью системы: контроля-состояния окружающей среды. В настоящее время оценка показателей качества воды производится в специализированных лабораториях с применением методов химического анализа, спектрофотометрии и хроматографии. Значительные временные затраты на проведение лабораторных исследований не позволяют непрерывно отслеживать динамику состава проб пресноводных сред и оперативно реагировать на внезапные изменения^ экологических показателей водоёма, связанные с выбросами промышленных и сельскохозяйственныхотходов, а относительно высокая;, стоимость лабораторного оборудования не позволяет организовывать повсеместный контроль водоёмов:

Вместе с тем, внезапное появление в водной среде, многих загрязняющих веществ и их комбинаций; можно зафиксировать по изменению макроскопических физических показателей среды, таких' как диэлектрическая1 проницаемость, удельнаяшроводимость, оптическая плотность, спектральные характеристики- и т.д. Из известных методов физического контроля диэлькометрия наи. более чувствительна к экологическим; патологиям^ поскольку диэлектрические; характеристики определяются не только составом, но и структурой водных систем;.

Вопросам, связанным с измерением диэлектрической проницаемости и удельной проводимости посвящены многочисленные исследования от классических работ по теории диэлектриков Дебая, Сканави, Фрелиха до современных трудов Ермакова, Подгорного, Подкина, Потапова, Челидзе, Ханаи и других исследователей. Поскольку непосредственное измерение диэлектрических характеристик невозможно, в диэлькометршг эти величины выражают через параметры электрического эквивалента - параллельно соединенных емкости и проводимости (CG-двухполюсник).

Диэлькометрический метод позволяет осуществлять экспресс-контроль электрофизических параметров различных веществ, включая водные системы и с этой; точки зрения перспективен для интегрального мониторинга пресноводных сред. Однако большинство известных диэлькометрических средств измерений. ориентируется-в основном на однопараметровое преобразование и поэтому далеко не полностью использует информационный потенциал метода.

Второй недостаток известных диэлькометрических средств состоит в ограниченном диапазоне удельных проводимостей контролируемых. сред. Недоступны для оперативного контроля диссипативные среды, т.е. природные и искусственные водоёмы с, повышенными; диэлектрическими потерями контролируемой среды^ в частности минерализированные, газо- и бионасыщенные воды.

Эти недостатки в основном связаны с несоответствием технических и, следовательно; информационных характеристик современных диэлькометрических средств задачам экологического мониторинга водных сред., Номенклатура известных средств диэлькометрического спектрального анализа в широкой полосе частот весьма ограничена, а стоимость таких приборов зачастую превыша-г ет стоимость- многофункционального комплекса- приборов для лабораторных; исследований.:

Таким образом, научные разработки по созданию диэлькометрических измерительных преобразователей, обеспечивающих, обнаружение внезапных изменений экологических: показателей пресноводных сред, с возможностью' оценки уровня и вида загрязнения за счет увеличения чувствительности к действительной составляющей комплексной диэлектрической проницаемости и расширения полосы рабочих частот, весьма актуальны.

Исследования выполнены в- соответствии с планом обучения в аспирантуре по теме «Разработка информационно-измерительной системы диэлькометрического контроля диссипативных сред» в течение.3-х лет с 2005 г. по 2008 г., а также планом работы кафедры КиПР СПИ ИжГТУ по научному направлению

Исследование и разработка методов и средств дистанционного контроля и управления технологическими системами» с 2005 по 2009 г.

Объектом исследования являются измерительные преобразователи ди-элькометрических систем контроля.

Предметом исследования являются математические модели двухпара-метрового измерительного преобразования диэлектрических характеристик диссипативных сред, способы и алгоритмы независимого измерения составляющих комплексной диэлектрической проницаемости диссипативных сред, возможность оценки вида и уровня экологического загрязнения.

Цель работы — научное обоснование технических и методических решений при» разработке диэлькометрических измерительных преобразователей для систем интегрального экологического мониторинга пресноводных сред с возможностью оценки уровня и вида загрязнения.

Задачи исследования:

1. Выработка критериев применимости диэлькометрических средств к системам экологического мониторинга водных сред, сравнение известных методов и средств измерения составляющих комплексной проводимости (адмитанса) CG-двухполюсников по этим критериям и определение путей их адаптации к диэлькометрии водных сред.

2. Разработка и исследование математической модели двухпараметрового измерительного преобразования диэлектрических характеристик диссипативных сред.

3. Разработка на основе адаптированных методов измерения составляющих адмитанса CG-двухполюсников диэлькометрических измерительных преобразователей с повышенной чувствительностью к отклонениям диэлектрических характеристик контролируемых объектов от равновесных значений.

4. Разработка конструкции емкостного первичного измерительного преобразователя, пригодного к диэлькометрии водных сред.

5. Разработка методики выявления экологических патологий.

6. Экспериментальные исследования созданных диэлькометрических измерительных преобразователей, диэлектрических характеристик чистых и загрязненных водных сред, изучение возможности оценки уровня и вида экологического загрязнения.

Методы исследований. В работе использовались: методы физики диэлектриков и электрохимии растворов для классификации видов экологических патологий; методы математического моделирования эквивалентных CG-двухполюсников и измерительных преобразователей для теоретического описания процесса измерительного преобразования; методы конструкторского проектирования средств диэлькометрического контроля для создания макетов измерительных преобразователей; методы математической статистики для определения действительных метрологических характеристик разработанных средств измерений; экспериментальные исследования созданных измерительных преобразователей.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена применением научно обоснованных методов получения и обработки измерительной информации; данными натурных испытаний; использованием поверенных измерительных средств, сходимости расчетных и экспериментальных данных, применением градуировочных жидкостей с известными диэлектрическими свойствами.

На защиту выносятся: способ оценки инвариантности ортогональных каналов при формировании диэлькометрической информации с использованием функции разрешения по составляющим эквивалентного адмитанса; широкополосный измерительный преобразователь параметров CG-двухполюсников с линейными функциями преобразования за счет параметрической модуляции элементов измерительных цепей;

- релаксационный измерительный преобразователь параметров CG-двухполюсников, с каналами измерения составляющих эквивалентного адми-танса;

- резонансный фазокомпенсационный измерительный преобразователь параметров диссипативных CG-двухполюсников с повышенной разрешающей способностью за счет переноса спектра информативного сигнала в низкочастотную область;

- конструктивное решение первичного измерительного преобразователя со встроенным термопреобразователем для исследования и экологического -мониторинга водных сред;

- результаты экспериментальных исследований диэлектрических характеристик чистых и загрязненных водных сред.

Научная новизна результатов диссертационного исследования заключается в следующем:

- развита теория формирования диэлькометрической измерительной информации с использованием для оценки инвариантности ортогональных каналов функции разрешения по составляющим адмитанса CG-двухполюсников;

- предложено новое техническое решение широкополосного измерительного преобразователя параметров CG-двухполюсников, позволяющее снизить погрешность получения диэлектрических спектров водных систем в широкой полосе частот;

- предложено новое техническое решение релаксационного измерительного преобразователя параметров CG-двухполюсников, обеспечивающее ввод дополнительных каналов измерения составляющих эквивалентного адмитанса;

- предложено новое техническое решение резонансного фазокомпен-сационного измерительного преобразователя параметров CG-двухполюсников, позволившее расширить область применения диэлькометров на диссипативные водные среды;

- проведено экспериментальное исследование диэлектрических характеристик водных систем, подтвердившее возможность оценки вида и уровня некоторых экологических патологий.

Практическая полезность работы. Развитые в диссертации положения теории формирования диэлькометрической измерительной информации и выявленная корреляция диэлектрических свойств и некоторых экологических патологий: водных систем позволяют создавать диэлькометрические; измерительные преобразователи для систем интегрального экологического мониторинга пресноводных сред; обеспечивающих фиксацию внезапных отклонений диэлектрических характеристик от равновесных значений с оценкой: уровня* и. идентификацией некоторых видов загрязнений.

Введение функции разрешения по составляющим комплексной диэлектрической проницаемости для; оценки инвариантности ортогональных каналов измерительного прербразования облегчает анализ потенциальной? информативности диэлькометрических измерительных преобразователей; и адаптацию методов и средств измерений к прикладным задачам.

Предложенные в работе новые, технические решения измерительных преобразователей параметров С(7-двухполюсников могут быть использованы при? создании:

- компьютеризированных спектроанализаторов диэлектрических сред

2 7 ' в полосе рабочих частот 10 .10 Ец;

- релаксационных приборов экспресс-анализа состава и свойств неполярных диэлектриков;

- резонансных фазокомпенсационных диэлькометров диссипативных сред;

- . первичных измерительных преобразователей1 со встроенным термопреобразователем для контроля диссипативных жидких сред.

Результаты экспериментальных исследований загрязненных водных сред удовлетворительно согласуются с известными сведениями об их диэлектрических свойствах и могут служить основой для формирования базы данных по диэлектрическим свойствам экологических патологий пресноводных систем.

Результаты диссертации используются при изучении дисциплины «Материаловедение».

Реализация результатов работы. Результаты работы в виде макетов измерительных преобразователей позволили провести комплексные экспериментальные исследования ряда чистых и загрязненных водных систем, внедрены в учебный процесс и используются при проведении научно-исследовательской и учебно-исследовательской работы на кафедре КиПР СПИ ИжГТУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на конференциях: IV электронная заочная конференция с международным участием «Молодежь, студенчество и наука XXI века», Ижевск, 2004г.; VIII международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и-экономики», Москва, 2005г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций», Самара, 2006г.; VIII международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», Москва, 2006г.; «Приборостроение в XXI веке», Ижевск, 2007г.; «Теория управления и математическое моделирование», Ижевск. 2008г.; «Информационные системы в промышленности и образовании», Ижевск, 2008г.; «Информационное обеспечение инновационных технологий», Сарапул, 2008 г.; «Электронные устройства и системы», Уфа, 2008.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 15 научных публикациях, в том числе 3 статьях в изданиях, рекомендуемых ВАК, и 2 патентах на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы и заключение на 184 страницах машинописного текста. В работу включены 78 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 160 наименований.

Выводы к четвертой главе 1Система диэлькометрического контроля, состоящая из трёх-диэлько-метрических ИП'перекрывает диапазоны: рабочих частот;— ,10". .,10 Гц,;измеряемых ёмкостей:-; 1.560гпФ; измеряемых^проводимостей - OjOOl.28,5 мСм; измеряемых, tg5;-0;001. 60s ед. Продолжительность единичного измерения не превышает 0,5 с.

2 Известные справочные данные по бинарным водным растворам ограничены, противоречивы и требуют уточнения.

3 Экспериментально полученные концентрационные зависимости4 диэлектрических характеристик бинарных растворов, дистиллированной воды и четырех типов загрязняющих веществ удовлетворительно согласуются со справочными и расчетными данными, что: свидетельствует о достоверности- получаемых диэлектрических данных. . ,

4 Предложена и экспериментально; подтверждена методика выявления? экологических патолргий- на основе фиксации отклонений диэлектрических характеристик от равновесных значений.

5 Экспериментально исследована динамика диэлектрических характеристик при залповых сбросах загрязняющих веществ четырех типов. Превышение ПДК для хлоридов, аминокислот, 1,2,3-пропантриола и нефтепродуктов фиксируется по критериям сравнения текущих диэлектрических характеристик с граничными, определяемыми для каждого пресноводного объекта.

6 Разработанные диэлькометрические ИП внеднены в учебный процесс на кафедре конструирования и производства радиоаппаратуры в виде исследовательской установки и методического пособия по дисциплине «Материаловедение и материалы электронных средств», Приложения А, В.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ , : '.

В работе изложено научное обоснование технических, и методических решений при разработке диэлькометрических измерительных преобразователей для- систем интегрального' экологического мониторинга пресноводных сред с возможностью оценки уровня и вида загрязнения.

1. Анализ справочных данных. о диэлектрических характеристиках ряда водных, растворов, позволил определить технические требования1 к диэлькометрическим измерительным преобразователям по* времени измерения ( < 0;5 с) и диапазонам контролируемых с' (1. 140); tg8:(0; 1'. ,20): •

2. Предложен^ обоснован и исследован способ оценки инвариантности ортогональных каналов при формирований»диэлькометрической? измерительной информации с использованием функций разрешения и неинвариантности по составляющим- адмитанса; позволяющий, снизить трудоемкость,-, анализа процессов • измерительного . преобразования за счёт уменьшения числа исследуемых;характеристикс;4; др-2. : „

3. Предложено; обосновано'и реализовано-новое.техническое решение широкополосного диэлькометричёского: измерительного; преобразователя, позволившее снизить до 16 %• (по составляющим адмитанса) предел погрешности получения диэлектрических спектров водных растворов

2 7 неполярных; загрязняющих веществ в широкой полосе частот (10 .10* Рц) путем линеаризации функций преобразования за счет, параметрической модуляции элементов измерительных цепей.

4; Предложено; обосновано и реализовано новое техническое решение релаксационного измерительного преобразователя; с повышенной информативностью;, достигнутой введением» дополнительных каналов/ измерения эквивалентного адмитанса (с погрешностью, по емкости и проводимости.не более 15 %) за счет вариации емкости, измерительной;1 ячейки:

5. Предложено, обосновано и реализовано новое техническое решение фазокомпенсационного измерительного преобразователя, позволившее повысить разрешающую способность по каналу измерения емкости и расширить диапазоны измеряемых с погрешностями не более 5 % емкостей до 1.200 пФ и проводимостей до 0,1.28,5 См за счет переноса спектра информативного сигнала в низкочастотную область.

6. Разработан, изготовлен и исследован первичный измерительный преобразователь со встроенным термопреобразователем, пригодный к диэлькометрии водных сред с е'< 140 ед.

7. Проведены экспериментальные исследования взаимосвязи диэлектрических характеристик водных систем с видами и уровнями экологических патологий на примере растворов из четырех групп загрязняющих веществ. Сравнение с теоретическими и полученными ранее данными о диэлектрических свойствах водных растворов подтвердило достоверность получаемых диэлькометрических данных.

8. Предложена, обоснована- и экспериментально подтверждена -методика идентификации четырех видов и уровней экологических патологий пресноводных водоёмов путем фиксации отклонений диэлектрических характеристик от равновесных значений. Превышение установленных экспериментально пределов скоростей изменения е'иа позволяет фиксировать введение в пресноводную среду растворов NaCl, аминоуксусной кислоты, 1,2,3-пропантриола и нефтепродуктов в количествах, превышающих ПДК для соответствующих веществ, что подтверждает соответствие созданных измерительных преобразователей требованиям экологического мониторинга.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебную и научно-исследовательскую работу на кафедре КиПР СПИ ИжГТУ.

1. Тамм И.Е. Основы теории электричества. — М.: Наука, 1989. 504 с.

2. Челидзе Т.Л., Деревянко А.И., Куриленко ОД. Электрическая спектроскопия гетерогенных систем. Киев: Наукова думка, 1977. - 231с.

3. Сканави Г.И: Физикадиэлектриков (область слабых полей). М.:, JL: Техтеориздат, 1949. — 500с.

4. Фрелих Г. Теория диэлектриков. -М.: HJI, 1960. 248с.

5. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. — М.: Высшая школа, 1977. 352с. •

6. Подкин /О./Т Теоретические основы диэлькометрического контроля неравновесных дисперсных систем.- М.: Научтехлитиздат.-2003.-159с.

7. Хакен Г. Информация и- самоорганизация. , Макроскопический подход к сложным системам.- М.: Мир, 1991.-240 с.

8. Хакен Г. Синергетика: Иерархия. ' неустойчивостей в самоорганизующихся системах;и устройствах. Ml: Мир, 1985\- 419 с.9., Жаботинский-А. М., Отмер X., Филд Р. и др. Колебания и бегущие * волны в химических системах. М: Мир, 1988.- 720 с.

9. Одолевский В. И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем. //Журн. техн.фйз.- 1951.- 21.- выпуск 6.- С. 667-685:

10. Ханаи Т. Электрические свойства эмульсий. В кн.: Эмульсии. JI.: 1972, с.363-382. •

11. Харитонов Е.В. Диэлектрические материалы с неоднородной структурой. М.: Радио и связь, 1983, 128 с.

12. Лоренц Г.А. Теория электронов. М.: - Л.: Наука.-1934.-246 с.

13. Дебай П. Полярные молекулы. Пер. с нем.-М.-Л.: Тосуд. научно- ! техн. издательство.-1931.-247 с.

14. Григин А.П. Неравновесный импеданс бинарного электролита // Электрохимия.-1993.-29 -№10;-С. 1221 1228.

15. JIoop F. П. Де. Диэлектрические^ свойства гетерогенных влагосодержащих смесей. // Приборы и системы управления.-1974,- N9.- С.19

16. Андреев М.В., Борулько В.Ф., Дробахин О.О. О реализации метода квазирешений при определении параметров слоев диэлектрических слоистых структур// Дефектоскопия.-1996.^-№91-6.61-72.

17. Gonzalez M., Ibarra A. The dielectric behavior of commercial polycrystalline aluminum nitride // Diatond and Relat. Mater.-2000.-9.-№3,-6.-C.467-471.:.

18. Wagner K. W. Erklflmng der dielektrishen Nachwirkungsvorgflnge auf gmnd Maxwellischer Vorstellungen//Arch-Ebektrotechni-1914.-2.- C. 371-387.

19. Arrouo F.J. Dielectric dispersion of colloidal suspensions in the presence of Stern layer conductance particle-size effect// J. Colloid and lnterface Sci.-1999.-210.-№1.-C. 194-199.

20. Folgero K. Bilinear calibration of coaxial transmission reflection cellos for permittivity measurement of low-loss liquids//Meas. Sci and Technol J. Phys.E.-.- 1996.- 7.-№9.-C.1260-1269. ;

21. Ахадов Я. Ю. Диэлектрические параметры чистых жидкостей.- М.: Изд.-во МАИ.-1999.- 854 с.

22. Baar G., Buchner R., Kunz W. Dielectric relaxation of cationic surfactants in aqueous solution. 2.Solute relaxation // J. Phus. Chem.- 2001.- 105.-№15.- C. 2914-2922.

23. Xu M. Experimental evidence of picosecond to femtosecond molecular motion of macrocycles 12-grown-4 and 15-grown-5 in cyclohexane at 25°C// Phys.Chem.Chem.Phys.-2000.-2.-№10.-C.2297-2300.

24. Ang C., Yu Z., Cross L.E. Oxygen-vacancy-related low-frequency dielectric relaxation and electrical conduction in Bi:SrTi03// Phys. Rev.-2000.-62,-№1.-0.228-236.

25. Bertotto P. Valutazione dell interezza nelle misure di SAR / CSELT Techn/ Repts. 1998. -26, № 6, C. 973 - 985.

26. Скворцов Б.В., Забойников E.A., Васильев И.P. Определение диэлектрических параметров материалов в широком диапазоне частот// Изм. техн.-№9.-1997.-С.10-13.

27. Minor М., Leeuwen Van Н.Р., Luklema J.L. Low-frequency dielectric responses, static conductivities and streaming potentials of polymer-coated latex dispersions and porous plugs// The ACS J. of surfaces and colloids.-1999.-15.-№20.-C.6677-6685.

28. Kumagai H., Sugiyama Т., Iwamoto S. Effect of water content on dielectric relaxation of gelatin in a glassy state// J. Agr. and Food Chem.-2000.-48.-№6.-C.2260-2265.

29. Saum A.G.E., Cumming R.H., Rowell F.J. Detection of protease activity in the wetted» surface of gelatin-coated electrodes in air by AC impedance spectroscopy// Biosens. and Bioelectron.-2000.-15.-№5-6.-C.305-313.

30. Einfeldt J. Dielectric spectroscopic results and chemical accessibility of sulfite pulps// Macromol. Mater, and Eng.-2000.-№283.-C.7-14.

31. Малышкина И. А. Низкочастотная диэлектрическая спектроскопия полиамфоритных гелей // Высокомолекулярные соединения // 2001.-43.-№6.-С.1085-1088.

32. High-Speed-Analyse im hohem GHz-Bereich// Electronik.-2000.-№24.1. C.94.

33. Сырников Ю.П. Проблемы микро динамики в жидкостях и растворах.//Сб. Растворы — электролитные системы. //Иваново.- 1988.- С. 10.

34. Бриллиантов Н. В. Диэлектрическая релаксация растворов биополимеров.// Сб. Физико-химические свойства водных смесей./ С-Пб.: Изд. С-Пб университета.-1991.-С. 110-119.

35. Духин С.С., Шилов В.Н. Диэлектрические явления и двойной слой в дисперсных системах и полиэлектролитах.- Киев: Наук, думка.-1972.-271 с.

36. Paar V., Pavin N. Overlapped КАМ patterns for linearly coupled asymmetric oscillators// Fisika A. //-2000.-9.-№3.-C.95-104.

37. Zheng Z., Ни В., Ни G. Collective phase slips and phase synchronizations in coupled oscillator systems// Phys. Rev.-2000.-62.-№ 1 .-C.402-408.

38. Alekseeva N.Y., Barashenkov I.V., Tsironis G.P. Impurity-induced stabilization of solitons in arrays of parametrically dived nonlinear oscillators// Phys. Rev. Lett.-2000.-84.-№14.-C.3053-3056.

39. Ф. Эме. Диэлектрические измерения. JI.: Химия, 1967.-263с.

40. Wolter F., Thorn F. A paralle-plate capacitor used to determine the complex perittivity of supercooled aqueous solutions in the 1MHz range // Meas. Sci. and Technol. J. Phys. E. 1996.-7.- № 6 .-C. 969-975.

41. Усиков С. В. Электрометрия жидкостей. JI.: Химия, 1974.- 144 с.

42. Жуков Ю.П., Кулаков М.В. Высокочастотная безэлектродная кондуктометрия. М.: Энергия.-1968.-256 с.

43. Агамалов Ю.Р. Обобщенный анализ пассивных четырехплечих цепей переменного тока на основе дескриптивного логико-математического подхода// Измер. техника.-2003.-№9.-С.55-61.

44. Подкин Ю.Г. Электротехника и электроника.- Ижевск: Изд-во ИжГТУ.-2003 .-684 с.

45. Матис И.Г. Электроемкостные преобразователи для неразрушающего контроля. Рига: ЗИНАТНЕ.- 1982.- 304 с.

46. Подкин Ю.Г. Особенности проектирования емкостных преобразователей средств контроля неравновесных дисперсных систем// Приборы и системы. Контроль. Диагностика.-2004.-№ 3.-С.27-33.

47. Бухголъц В.П., Тисевич Э.Г. Емкостные преобразователи в системах автоматического контроля и управления. М.: Энергия.- 1972.- 77 с.

48. Гвоздев В.И., Кузаев Г.А., Линев А.А., Назаров И.В. Датчик для .измерения диэлектрической проницаемости среды в замкнутых системах//

49. Измер. техника. 1996, №1.-С. 44-45.

50. Гусев В.Г., Мирина Т.В. Измерительные электроды для биологии и1медицины// Измерит. техника.-2002.-№6.-С. 54-58.

51. Abraham D., Maclhagger R. A comparison of dielectric monitoring with thermal analysis and mechanical techniques for glass fiber epoxy // ICAC 97: 5 the Int. Cont. Autom. Compos, Glasgow, 4-5 Sept, 1997. London, 1997. - C. 149.

52. Пат.2812724(Франция) G01R27/00 Способ и устройство для определения электрических характеристик биомассы/ F. Osart.- № 2812724 (Франция) 14.04.00.-Опубл. Бюл.Вып.-085.-№2.-2003.

53. Пат. 403528 Abctp.G 01№27/30 Urban G. Mikro-Mehrelektrodenstruktur fbr elektrochemische Anwendungen und Verfaren zu ihrer Hestellung. Опубл. 1998г.

54. Запускалов В.Г., Маслов А.И., Редъкин В.И., Егиазарян А.В.

55. Электромагнитный метод определения электрофизических параметров плазмы1 (с использованием ее нелинейных свойств// Контроль. Диагностика.- 2000.-№8.-С.37-40.

56. Hool К. О/, Saundera R.C. Ploehn Н. J. Measurement of thin ligwid film drainage using a novel high — Speed impedance analyzer // Biomaterials. — 1998, V 19, №16, P. 3232-3239.

57. A.c.№1226998(CCCP) МКИ G 01 N 27/22. Емкостный преобразователь для контроля фазового состава диссипативных систем / Ю. Г. Подкин, О.М. Розенталь, Л. В. Степурова. -№ 3805204.-12.09.84(СССР).- Опуб. -Бюл.№24.- 1985.

58. Ройфе B.C./ В кн. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов// Е.С.Кричевский и др. М.: Энергия.-1980:-240 с.

59. Кнеллер В.Ю., Боровских Л.П. Определение параметров» элементов » двухполюсников.-М.: Энергоатомиздат.- 1986.- 143 с.

60. Мартяшии А.И. Преобразователи параметров многополюсных электрических цепей. -М.: Энергоатомиздат.-1981.- 71 с.

61. Основы инвариантного преобразования параметров электрических цепей. Под. ред. Мартяшина А.И. М.: Энергоатомиздат.- 1990,- 215 с. >

62. Хасцаев Б. Д. Построение инвариантных преобразователей импеданса на основе структурно-итерационного метода проектирования// Измерит, техника.-1997.- №8.- С. 53-58.

63. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Измеритель-анализатор параметров комплексных сопротивлений на основе ПЭВМ// Измерит, техника.-1996.-№6.- С.56-60.

64. Гринев С.Н., Шмелев Б.В. Цифровой анализатор текущего спектра// Вестн. Волгоградского госунивер. Сер1.-1999.-№4.-С.128-130.

65. Пат. 6049297 (США) Н 03 М 1/48/ Digital phase measuring system and method/ C.Visidyne, A.D. Ducharme, P.N. Baum № 09/196016.-19.11.98(США).-Опубл. Бюл. Вып.085.-№4.-2000.

66. Зверев А. С. Малогабаритные цифровые регистраторы данных. «Импеданс» как инструмент для многопараметрического мониторинга окружающей среды. //Слабые и сверхслабые поля в биологии. и медицине/ Международный конгресс. С-П6.-1997.-С. 227-228.

67. Патюков В.Г. Фильтрация сигналов при фазовых измере-ниях//Измер.техника.-2003.-№7.- С.53-54.

68. Подкин Ю.Г. Разработка методов и средств диэлькометрического контроля неравновесных дисперсных систем. Диссертация на соискание ученой степени доктора.технических наук.-М.: НИИИН.-2004.-362 с.

69. Эпштейн C.JI. Измерение характеристик конденсаторов. Емкость и тангенс угла потерь. — M.;JI.: Энергия, 1965, 286 с.

70. Электронно-технические измерения при физико-химических исследованиях / В. В. Ветров, С. Н. Долгов, В. П. Катушкин, А. А. Маркелов//Л.: Изд-во Ленингр. университета, 1979.- 117 с.

71. Надь Ш.Б. Диэлектрометрия. М.: Энергия, 1976.-200 с.

72. Митрофанов Г. А., Стрельников М.Ю. Измеритель диэлектрических потерь с автоматической балансировкой моста// ПТЭ. 1997, №3.- С 165.

73. Ерошенко Г.П., Парусов В.П., Шаруев В.Н. Автогенераторный преобразователь параметров емкостного датчика с высокими потерями// ПТЭ.-2001.-№1.- С. 65-65.

74. Чураков П.П., Голышевский О.А. Автогенераторные преобразователи параметров двухполюсных электрических цепей// ИИТ / Межвузовский сборник научных трудов.-ПенГТУ.-1998.-вып.- 23.- С.138-142.

75. Парусов В.П., Шаруев Н.К., Шаруев В.Н. Расширение диапазона преобразования активной проводимости емкостных датчиков в электрический сигнал с помощью автогенератора с термисторным мостом// Приборы и техника эксперимента.- 2002.- №3.-С.54-56.

76. Подкин Ю.Г. Особенности проектирования модулей релаксационных преобразователей для систем контроля диэлектрических дисперсных материалов// Приборостроение и средства автоматизации.-2004.-№1.-С.62-69.

77. Грохольский A.JI. Измерители добротности — куметры. "Наука", Новосибирск, 1966.

78. Подкин Ю. Г., Федингин Е.И. Расширение пределов измерения ку-метров // Приборы и техника эксперимента.-1977.-№3 .-С. 107-108.

79. Кесслер Ю.М., Подгорный Ю.В. Анализ чувствительности и статические характеристики диэлькометра «Тангенс~2М»// Измер. техника.-1977.-№3. С. 75.

80. Куроедов С.К. Резонансный измеритель емкости и тангенса угла потерь//ПТЭ.-№6.-1997.-С. 82.

81. Полулях КС. Резонансные методы измерения.-М.: Энергия.-1980.119 с.

82. Каменев Л.В., Левин A.M., Митрофанов В,А. Измерение ёмкости конденсаторов с большими потерями// Измерит. техника.-1968.-№8.- С.58-61.

83. Нестеров В.Н. Двухканальные параметрические измерительные преобразователи с линейной функцией преобразования// Измерит, техника.-1999.-№5,- С.39-45.

84. Богданов Н.Г., Приходъко В.А. Автоматическое определение резонанса колебательных контуров//ПТЭ.-2001.-№3.-С.89-92.

85. Сахненко Н.Д., Байграчный Б.И., Ведь М.В. Импеданс электродов с блокированной поверхностью // Электрохимия.-1994. -30.- №12.-С. 1442-1449.

86. Шкатов П.Н., Шатерников В.Е. Вихретоковый экспрессконтроль сплошности металла в процессе эксплуатации// Приборы и системы управления.-1999.-№ 10.- С. 38-40.

87. Подкин Ю.Г. Особенности диэлькометрической акваметрии дисперсных систем/ Измерит, техника. -1980.- №3.-С.65-69.

88. Подкин /О. /'. Методика исследования динамики износа сопряженных поверхностей // Вопросы механики и.топологии производства машин и материалов/ Сб. научн. трудов. Ижевск: Изд-во ИжГТУ.-1997. С. 96-100.

89. А.с. №> 661409 (СССР) G 01 R 27/00. Автоматический измеритель компонент проводимости RC-двухполюсников/ Ю. Г. Подкин, Е.И. Федингин .-• № 2447713 01.02.77(СССР).- Опуб. Бюл. № 17.- 1979. / - v '

90. Подкин Ю.Г. Оценка ' потенциальной, информативности-, . диэлькометрии дисперсных систем// Информационные технологии винновационных проектах/ доклады международной конференции. Ижевск : ; ИжГТУ.-1999.- С. 48 -51. ■ : .:■

91. Подкин Ю.Г. Оптимизация диэлькометрических средств» контроля неравновесных дисперсных систем.по информационным критериям//Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика.-2004.-№2 .-С.42-50.

92. Подкин ЮГ. Особенности получения и обработки информации в диэлькометрии// Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения;; информатики, экономики и права/ Научные труды IV Международной научно-практической конференции М.-2001.-С. 172-175.

93. Новицкий; ПВ., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. 2-е;изд.,перераб: и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1991.-304 с. . ; ■ ;

94. Подкин Ю.Г., Мишков МАО. Вариационное измерение параметров CG-двухполюсников в широкой полосе частот//. IV Электронная заочная конференция с международным участием «Молодежь, студенчество и наука XXI века». Ижевск, январь 2004. - с. 24-28.

95. ГОСТ 25242-93 Измерители параметров иммитапса цифровые. Общие технические требования и методы испытаний.

96. Запорожец А.С., 'Коряков В.И., Мишков МАО.,- Подкин Ю.Г Сравнительный .анализ, основных, потребительских характеристик нового . поколения влагомеров зерна. Практика.приборостроения.-2003.-№3(4). - с. 5663. Л '

97. Подкин Ю.Р., Мишков М:Ю. Особенности проектирования влагомеров 'зерна//Информационные технологии в инновационных проектах/

98. Труды IV Международной научно-технической конференции. ч.4.1. Ижевск.- 2003. с.98-101.

99. Патент № 2260190 (Россия) Кл. G 01R 27/26 / Релаксационный• ' ■ 1 ' 1 ■измеритель параметров CG-двухполюсников/ Подкин ЮГ., Мишков ■ ; МЖ/ Заявл.06.02.2004.- № 2004103523/28 (Россия); Опуб. 10.09.2005.-■' ■ Бюл. 25. '" ; : ':' /

100. Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Резонансный диэлькометрический преобразователь с системой фазового слежения «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика»,,2007, №8, с. 45-50.

101. Балыко А.К., Гусев А.И, Гусельников НА. и др. Кратковременная нестабильность фазы сигналов. «Радиотехника» №2, 2002 г. с. 36-40.

102. Шарапов Ю.И. Преобразование сигнала и помехи при Fn4-Fr-Fc, без комбинационных составляющих. «Радиотехника», 2001 г., с. 91-98.

103. Подгорный Ю.В., Бородкин Д.К. Подбор контактов высокочастотных реле//ПТЭ.- 2002.-№3.-С.65-68.

104. Подгорный Ю.В. Повышение надежности диэлькометрических анализаторов//Измерит.техника.- 2003.-№7.- С. 48-52.

105. Экологический словарь. Электронное издание. http://dic.academic.ru/contents.nsf/ecolog.

106. Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю. Особенности варикапного управления генераторными преобразователями CG-двухполюсников. Всероссийская конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций», Самара, 2005г.

107. Автоматизация метода замещения // Известия ВУЗОВ серия «Приборостроение».- 1976.-19.- №9.-С.25-26.

108. Шишков М.Ю., Куликов В. А. Моделирование характеристик варикапов для систем диэлькометрии//Теория управления и математическое моделирование// Труды конференции-семинара. -Ижевск. -2008, с. 56.

109. Калантаров П.Л.; Цейтлин JI.A. Расчет индуктивностей: справочная книга. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. — 488с.: ил.

110. Миловзоров Г.В. Моделирование и исследование инструментальных погрешностей трехкомпонентного акселерометрического преобразователя наклона // М.: Измерительная техника. 1996. №10. С.22-26.

111. Справочник. Резисторы. Под ред. И. И. Четвертакова и В.И. Терехова -М.: «Радио и связь», 1991.

112. Коряков В.И., Запорожец А.С. Приборы в системах контроля влажности твердых веществ и их метрологические характеристики// Практика приборостроения, 2002. №1. С.5-11.

113. Стандартные образцы во влагометрии твердых веществ и материалов/ Коряков В.И.; Запорожец А.С.// Стандартизация, метрология, сертификация, 1999. №4. С.22.

114. ГОСТ 17.1.4.01-80. Общие требования к методам определения нефтепродуктов в природных и сточных водах.

115. СанПиН 4630-88. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения.

116. Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю., Лихачев A.M. Оценка разрешающей способности системы диэлькометрического экологического мониторинга..;. ',•:''■•:" 177

117. Способы повышения разрешения. // «Экологические системы: и приборы» //, 2008, №9, с. 11-16.

118. Подкин; Ю.Г. Организация диэлькометрического мониторинга водных экосистем. //Экологические системы и приборы// 2004, №1, с. 2-9l

119. Мишков М.Ю. Особенности конструирования; вторичных измерительных диэлькометрических преобразователей. //Приборостроение в XXI веке// Труды 4-й научно-технической конференции с международным участием. -Ижевск, 2007, с. 31-36: '

120. ГН: 2Л.5.690—98s; «Ориентировочные допустимые уровни: (ОДУ) . химических веществ в воде;: водных объектов; хозяйственнотпитьевого и культурно-бытового водопользования»'.

121. Потапов;. А.А. Температурно-диэлектрическая спектроскопия растворов.//ПТЭ //, 1993, №5, с. 170-177.

122. Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф. Функция? определения времен релаксации для жидкого кристалла;4-п-пентил-4'-цианобифенил. // ФТТ // т. 47, выпуск 9, с. 1722-1726. :

123. Шавлов А.В., Горелик Р.Я., Писарев А.Д., Емельянов . Р.Н. Методика и прибор для исследования низкочастотной диэлектрической проницаемости тонких пленок аморфного льда с регистрацией данных на компьютере. // ПТЭ //, 2003; №1,'с;131-133.

124. Куликов; В:А:, Мишков М.Ю. Погружной емкостный датчик для контроля жидких диссипативных сред // Электронные; устройства, и системы- // Межвузовский научный сборник, Уфа, УГАТУ, 2008, с. 171-174.

125. Алыкова Т.В. Химический мониторинг объектов окружающей среды: Монография. Астрахань: Изд-во Астраханского гос. пед. ун-та, 2002, 210 с.

126. Горяева Л.И. Разработка стандартных образцов минерального состава природных вод// Измерит, техника,- 2003 -№4.- С. 57-60.

127. Материалы изоляционные. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь при частоте 1ч5 МГц. ГОСТ 9141-65.

128. Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю., Лихачев A.M. Оценка разрешающей способности системы диэлькометрического экологического мониторинга. Теоретические основы. // «Экологические системы и приборы» //, 2008, №7, с. 11-15.

129. Патент № 2314544 (Россия) Кл. G 01R 27/26 / Измеритель параметров диссипативных CG-двухполюсников / Подкин Ю.Г., Мишков М.Ю./ Заявл. 14.04.2006.-№ 2006112511/28 (Россия); Опуб. 10.01.2008.-Бюл. 1.

130. А.С. № 661409 (СССР) G01R27/26 Автоматический ■ измеритель компонент проводимости CG-двухполюсников / Подкин Ю.Г., Федингин Е.И. (Россия), 1977.

131. Пат. №2184958 (Россия) G01R27/22. Устройство для определения влажности жидких сред, преимущественно нефти и нефтепродуктов// Бургун С.А., Гершгорен В.А., Пискарев А.В. №2000101396 24.01.00(Россия), опубл. Бюл.Вып. 085.-№7.-2002.

132. Пат. 320657 (Япония) G 01N27/07. Устройство для анализа содержания спирта / С. Курихара, К. Кадзимицу. -№3564873.-16.08.89(Япония), опубл. Бюл. Вып 085.-№1.-1991.

133. Пат.№2192646(Россия) G01R27/26, G01N22/01. Устройство для определения диэлектрической проницаемости жидкости/ Дмитриев Д.А. и др. №2001116234 13.06.01 (Россия).-Опубл. Бюл. Вып.085.-№11.-2002.

134. Гвоздев В.И., Иовалъский В.А., Линев А.А. Фазовый метод контроля диэлектрических проницаемостей различных сред //Измерит. Техника //.- 1996.-№4.- С. 53-55.

135. Маркитанова Л.И. Мониторинг загрязненности водных систем органическими веществами.// Уфим. гос. унив. нефти.

136. Ахадов Я.Ю. Диэлектрические свойства бинарных растворов. Справочник. — М.: «Наука», 1977, 400 с.

137. Справочник химика. Под ред. Никольского Б.П. Том 1. JL: «Химия», 1965.

138. Справочник химика. Под ред. Никольского Б.П. Том 3. JL: «Химия», 1965.

139. Беспамятное Г.П. и др. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. Изд. 2-е, пер. и доп. JL: «Химия», 1975, 465с.

140. Шапошник В.А. Кинетическая теория водных растворов электролитов. // Вестник ВГУ // Воронеж: 2003. Серия: Химия, биология, фармация, с. 81-85.

141. Каталог «Государственные стандартные образцы», 2004 г.

142. Подкин Ю.Г. Исследование и разработка диэлькометрических средств оперативного контроля дисперсных систем с повышенной проводимостью. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Свердловск.: 1980, 353с.

143. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов. — М.: Изд-во стандартов, 1975, 336с.

144. Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений. Учеб. для вузов. — М.: Высш. шк., 2001, 205 с.

145. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод

146. Потапов А.А. Вириальная теория деформационной поляризации // электронный журнал «Исследовано в России» //, 2003 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/186.pdf

147. Потапов А.А. Диэлектрический метод исследования вещества. — Иркутск: Изд-во иркут. ун-та, 1990, 256с.

148. Кричевский Е.С. Высокочастотный контроль влажности при обогащении полезных ископаемых. — М.: «Недра», 1972, 216с.