автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.04, диссертация на тему:Высокоточные ЯКР термометры

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ 5 ОА державним УНІВЕРСИТЕТ $ 1\0П ^05<<ЛЬВ,ВСЬКА політехніка»

На правах рукопису

ПИЛИП’ЮК

Василь Євгенович

• УДК 621.396

ВИСОКОТОЧНІ ЯКР ТЕРМОМЕТРИ

Спеціальність 05.11.04. — Прилади і методи вимірювання

теплових величин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук

ЛЬВІВ — 199 5

Дисертація є рукопис Робота виконана у Львівському науково-виробничому об’єднанні

"Гермолрилад"

Науковий керівник :

Науковий консультант:

Офіційні опонента:

доктор технічних наук, професор В.І.Лах кандидат фізико-математичнкх наук, доцент А.М.Леновенко доктор фізико-математичних наук, професор В.Я.Прохоренко кандидат технічних наук, доцент Б.Я.Благітко

Провідне підприємство: ИЗО "Система", к.Львів

Захист відбудеться

1995 року

о'/±. год. (/%) хв.на засіданні слеціалізованвої вченої ради Л 04.06.11' при Державному університеті "Львівська політехніка’' ( 290013, Львів, вул. Ст.Бандери, 12 ). ■

. З дисертацією мскка ознайомитися у бібліотеці Державного університету "Львівська політехніка" ( 290013, Львів, вул. Професорська , і ;.

Автореферат розісланий

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук

Я.Т.Луцик

Актуальність. На даний час найточніші вимірювання різних Фізичних величин забезпечують квантові перетворювачі, які взяті за основу при створенні багатьох еталонів (наприклад, цезієвий еталон часу, еталон напруги на ефекті. Джозефсона, еталон довжини 1 т.д.). В галузі термометрії найперспективнішим квантовим пристроєм є ЯКР термометр, ідо грунтується па температурній залежності частоту ядерного квадрупольного резонансу (ЯКР). - явищі, резонансного поглинання (або випромінювання) електромагнітних, хвиль ядерною системою чутливого матеріалу, частота яких відповідає різниці енергій квадрупольних рівнів. Температурна залежність частоти ЯКР характеризується високою чутливістю 1 винятковою стабільністю, що дозволяв будувати на її базі термометри з високою точністю 1 відтворюваністю. • '

Незважаючи на високі потенційні можливості ЯКР термометра, реалізація їх на практиці зв’язана з труднощами перетворення ЯКР в зручний для вимірювання сигнал. На даний час за офіційними публікаціями існує тільки один промислово освоєний ЯКР термометр моделі 2571 (фірма Японія). Згаданий термометр вдалося

розробити за сприятливих обставин:, використання матеріалу з унікальними термометричними властивостями, : який, однак,

характеризується відносно вузьким робочим діапазоном (верхня межа складає 400 К). Наявні ж дослідження перспективних матеріалів вказують на можливість побудови ЯКР термометра з розширеним діапазоном вимірювання. Найбільша складність, яка стоїть на шляху створення такого термометра, пов’язала з мізернім проявом ЯКР при иЦніщоїші температурах 1 значною смугою частот резонансу в

досліджуваних матеріалах . Це потребує, перш за все, розробки якісно нових методів вимірювального перетворення ЯКР в таких матеріалах і на їх основі засобів вимірювання. Розв’язанню згаданих проблем і пов'язаних з ними досліджень присвячена дана робота.

Робота проводилась в рамках ініціативних і договірних науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт, які виконувались при безпосередній участі автора. .

Метою дисертаційної роботи є теоретичні 1 експериментальні дослідження, спрямовані на розробку принципів побудови та створення серійноздатного ЯКР термометра з розшир®ними можливостями (підвищеною точністю, розширеним температурним діапазоном, автоматизованим процесом вимірювання, тощо). .

Основні задачі дослідження: аналіз наявних можливостей створення, вибір 1 обгрунтування наї^ямку розробки ЯКР термометра з розширеними можливостями; розробка точного і чутливого методу вимірювального перетворення ЯКР; вибір термометричних матеріалів і технології їх виготовлення; дослідження характеристик і оптиміза-ція режимів роботи перетворювача ЯКР; розробка і створення ЯКР термометра; визначення метрологічних характеристик приладу.

Методи дослідження. Теоретичний аналіз грунтується на використанні положень класичного аналізу математичних рівнянь, спектрального аналізу 1 теорії похибок. Експериментальні дослідження проводились за спеціально розробленою методикою з використанням сучасних вимірювальних засобів. Результати випробувань оброблялись методами математичної статистики з використанням ЕОМ. Основні теоретичні результати провірллись експериментально. ,

Наукова новизна роботи полягає в тому, ідо:

- розроблено 1 досліджено комплексну модоль регенеративного перотлорк.'вача ЯКР в різних режимах роботи (включ ыичи і нетрадицій-

ні регати середньої регенерації та порушення квазіетьціонаршіл умоп Існування ЯКР), що дало змогу запропонувати деякі маловивчоні сигнали ЯКР і режими роботи перетворювача для розширення можливостей побудованого на його основі термометра та провести оптимізацію останнього; . •

- розроблена метод вимірювального перетворення, що грунтується на застосуванні сигналів ЯКР в неквазістаціонарних режимах їх Існування,який через відсутність паразитного сигналу дозволяв значно підвищити точність 1 збільшити кількість використовуваних термометричних матеріалів за рахунок збільшення ширини вимірюваної лінії (до 16 кГц); '

- досліджено залежність похибки вимірювання температури від

технології виготовлення хлорату калію та закису міді,- на основі чого здійснено вибір останньої для побудови первинного термоперетворювача; ' > ’ . ’ -

- запропоновано шлях розробки 1 створено повністю автоматичний прецезійішй ЯКР термометр для роботи в розширеному діапазоні температур (від -200 до 500‘С) та визначено його метрологічні характеристики; .

- знайдено точну температурну залежність частоти ЯКР в закису

міді для діапазону 0-500°С. ■ . •

Особистий вклад. Всі теоретичні і основна частина експериментальних досліджень складових частин ЯКР термометра виконані автором самостійно. Розробка термометра в цілому 1 його випробування виконані в співавторстві згідно наведеного списку літератури, впровадження створених приладів в промисловість здійснено при безпосередній участі автора.

- б -

Практична цінність роботи полягає в тому, що:

- запропоновано, досліджено 1 доведено до серійного випуску

принципово нові засоби електротермометрії- прецезійні автоматичні ЯКР термометри з розширеним діапазоном вимірювання, які не мають аналогів в світі; '

- розроблено методику проектування ЯКР термометра з використанням регенеративного перетворювача 1 температурної залежності частоти ЯКР в хлораті калію та закису міді;

- проведені дослідження сигналів ЯКР в неквазістаціонарному режимі їх існування в основою для створення но^их методів вимірювання;

- розроблено методи вимірювального перетворення ЯКР, які

дозволяють підвищити точність 1 розширити клас застосовуваних термометричних матеріалів; .

- одержано та систематизовано у вигляді таблиць, графіків і

формул характеристики регенеративного перетворювача ЯКР, термометричних матеріалів та термометра в цілому. .

Реалізація результатів роботи. Одержані в дисертаційній роботі результати використано в розроблених при безпосередній участі автора ЯКР тёрмометрах типів ГН-Ц021, ТН-Ц009, ТПК-0485, ЯКРГ-3, КЯТ-1 1 1н.

Цифровий термометр ТН-Ц009 випускається серійно згідно ТУ 25-БІІЗ 829.004-89. Прилад демонструвався в 1989 році на В/ШГ СРСР 1 нагороджений срібною медаллю.

Цифровий термометр ТН-Ц021 включено Держстандартом України п доржреєстр під № У84-92 як зразковий засіб вимірювання і дозеолп-но серійний випуск згідно ТУ 311-4850458.104--02.

Економічний ефект ВІД впровадження результатів дисертаційної роботи екладчв 240 тис. крб. в цінах !9Уг-1?‘.і9 рр.

На захист виносяться:

- результати теоретичних, та експериментальних досліджень регенеративного перетворювача ЯКР в різних режимах роботи (включаючи 1 нетрадиційні режими середньої регенерації та порушення квазіста-Піонярнму умпо Ігнурпння ЯКР) 1 оптимізації рекимів з метою розшириш;,. молушшсї'ой ЯКР термометра;

- комплексний аналіз основних сигналів регенеративного пере-

творювача, включаючи 1 нетрадиційні для ЯКР термометрії квадратурні складові сигналу ядерного резонансу; , '

- методи вимірювального перетворення ЯКР з розширеними можливостями; 1

- результати досліджень залежності похибки вимірювання температури від технології виготовлення хлорату калію та закису міді 1 вибору останньої для побудови первинного термоперетворювача;

- принципи побудови ггрецезійного автоматичного'ЯКР термометра з розширеним діапазоном вимірювання;

- результати випробувань 1 градуювань створених приладів;

- аналітичний вираз градуювальної характеристики ЯКР термометра на основі закису міді.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на 2-й республіканській н.-т. конференції "Физические основи построения первичных измерительных -преобразователей" (Вінниця, 1982 р.); Всесоюзному н.-т. семінарі "Современные метода її прибори автоматического контроля и регулирования технологическими процессами" (Москва, 198-1 р.); Б-й Всесоюзній н.-т. конференції "Состояние и перспективи развития средств измерения температури" (Х'і.вів, 1984 р.); Всесоюзній конференції "Метрологическое обеспечение тешкфгамческих измерений при низких температурах" (Хаба-¡•"Пськ, 1985 р.); Всесоюзній н.-т, конференції "Метода и средства

теплофизических измерений" (Севастополь, 1987 р.); 6-Й Всесоюзній конференції "Электрические методы и средства измерения температуры" (Луцьк, 1988 р.). '

■ Публікації. За результатами виконаних досліджень 1 розробок опубліковано 14 друкованих робіт, із яких 3 авторських свідоцтва на винаходи. .

Структура 1 об'єм роботи. Дисертація викладена на 129 сторінках основного друкованого тексту, містить 34 рисунки, 3 таблиці 1 складається з вступу, трьох розділів, завершення, списку використаних джерел з 55 найменувань та додатку на 2 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ, .

У вступі показано актуальніші дисертаційної роботи, дано короткий аналіз задачі побудови ЯКР термометра з розширеним діапазоном вимірювання. Визначено мету 1 задачі досліджень, сформульовано наукову новизну та положення, які виносяться на захист.

В парашу розділі роботи .зроблено огляд літературних даних, присвячених сучасному стану 1 принципам побудови ЯКР термометрів. Основна увага' звертається на проблеми розширення можливостей ЯКР термометра, зокрема розширення діапазону вимірювань. В світлі цього розглянуто термометричні матеріали, основні типи вимірювальних перетворювачів ЯКР, технічні реалізації термометрів 1 деякі їх метрологічні характеристики.

Розглянуто фізичні основи температурних вимірювань на базі ЯКР. При цьому розкрито фізичну суть явища ЯКР, визначено основні його спектральні иврьмотри. На основі аналізу теоретичної температурної залежності частоти ЯКР зроблено висновок, що на даний час з допомогою ЯКР термометра неможливо проводити абсолютні вимірювання.

Проаналізовано основні характеристики електричного сигналу ЯКР в моделі найпростішого первинного вимірювального перетворювача, яка складається з магніто-зв'язаних котушки Індуктивності і чутливого матеріалу. Вказано, що основною причиною труднощів побудови ЯКР термометра з розширеним діапазоном вимірювання е мізерна величина сигналу ЯКР при підвищених температурах.

Розглянуто класичні принципи побудови ЯКР термометра, зокрема конструктивні та технологічні особливості побудови первинного перетворювача температури і принципи побудови вимірювачів з аналізом методів вимірювання. Встановлено, що ефективність реалізації термометра в першу чергу залежить від властивостей термометричного матеріалу, який повинен мати по можливості мінімальну ширину лінії

ЯКР АГ , максимальну інтенсивність резонансного сигналу і, оче-

аі

видно, високу температурну чутливість частоти резонансу -ду2-. широкий робочий діапазон температур тощо. На основі ’вказаного критерій здійснено вибір двох термометричних матеріалів: хлорату калію, який внаслідок своїх унікальних властивостей знайшов виняткове застосування при низькотемпературних вимірюваннях, 1 закису міді, як найгорспективнішго матеріалу для розширення верхньої межі температурного діапазону (вище 400 К). Встановлено, що закис міді мав відносно широку лінію ЯКР, точне вимірювання центру якої на даний час е проблемою. Цим ке і пояснюється слабка вивченість властивостей закису міді. Теж мало вивчені властивості хлорату »тлію вітчизняного виробництва. •

Для перетворення ЯКР в згаданих матеріалах вибрано регенератор (чутливий генератор неперервних коливань), як найточніший 1 уручний для технічної реалізації вимірювальний перетворювач. Й склад коливального контура регенератора входить первишшй ііир-лїюрйвач, яіздії впливає на амплітуду його колишні (зміна амп-

літуда виступає як сигнал ЯКР регенеративного перетворювача). Розглянуто найпростішу модель регенеративного перетворювача І сигнал ЯКР на її виході. Вказано, що вимірювання частоти ЯКР зводиться до вимірювання центру резонансного сигналу. .

Розглянуто наявні методи вимірювання частоти ЯКР, що грунтуються на застосуванні регенеративного перетворювача ЯКР з частотною модуляцією. Показано механізм виникнення зміїшого сигналу ЯКР на виході перетворювача, частотні форми його гармонік. Особлива увага звертається на першу гармоніку, яка внаслідок своєї величини і дискримінаційної форми набула найбільшого попВгрення в ЯКР термометрах.

Вказано на основний недолік регенеративних перетворювачів з частотною модуляцією - наявність паразитної амплітудної модуляції, яка в відомих методах поротворошя приводить до значної похибки вимірювання. Причому в першому наближенні похибка прямопропорційна квадрату ширини вимірюваної лінії ЯКР. В зв'язку’з цим вказано на необхідність розробки якісно нових методів, які б дозволили проводити вимірювання частоти ЯКР в,, матеріалах з відносно широкими резонансними лініями (типу закису міді). Поряд зі створенням методу визначено інші науково-технічні питання, які необхідно розв’язувати при розробці ЯКР термометра з розпираними можливостями, 1 вказано на моютві шляхи їх розв’язку. Це: дослідження можливостей регенеративного перетворювача в різних рекимах роботи, включаючи І нетрадиційні, з наступним вибором 1 оптимізаціею деяких, з них для розширення можливостей термометра; дослідження маловивчаних сигналів ЯКР з матою створення на їх базі нових методів вимірювання; дослідження 1 вибір технології виготовлення хлорату калію та закису міді для побудови первинного термоперетворювача; оптиміза-иія ЯКР термометра на основі хлорату калію 1 закису міді.

Другий розділ присвячений розробці, дослідженню 1 оптимізації регенеративних методів вимірювального перетворення ЯКР з розширеними можливостями. Вказані роботи проводились за двома напрямками: дослідження сигналів ЯКР, в тому числі 1 маловивчених, для побудови' нових методів вимірювання та дослідження можливостей ефективної реалізації згаданих сигналів (а відповідно і методів) в реальних пристроях регенеративного перетворювача з передбаченою можливістю використання в ньому різних режимів, в тому числі і нетрадиційних.

Теоретична частина згаданих досліджень виконана, на базі розробленої комплексної моделі регенеративного перетворювача ЯКР, основу якої складав частотно-модульований коливальний контур з еквівалентною добротністю 2ДГг) (де ґ Ш - відповідно частота 1 смуга пропускання регенератора). Основні сигнали перетворювача: сигнали ЯКР, паразитної, амплітудної модуляції, шумів, перехідних процесів, які зумовлені частотною модуляцією, моделювались ■ як збурення малого^ порядку, що не взаємодіють між собою. В результаті досліджень моделі регенеративного перетворювача в різних режимах робота (включаючи 1 нетрадиційні режими середньої генерації- коли еквівалентна добротність співрозмірна з добротністю коливального контура С^- та порушення квазістаціонарних умов існування ЯКР) знайдено аналітичні вирази для основних сигналів регенеративного перетворювача, їх співвідношення, динамічні- характеристики перетворювача і зумовлені ними обмеження на параметри модуляції в випадку її здійснення послідовними прямокутними імпульсами. Такий комп-льшпій розгляд, проведений вперше автором, дав змогу накреслити шшхи розширення границь застосування регенеративного перетворювача (відповідно і методів вимірювання), а лри експериментальному і Ші-ленні параметрів останнього визначити ці границі, розрахувати м-і складові похибки р.имірмитшя і за ними оіииміауватя режим робо-

-12-

ти перетворювача та термометра в цілому. .

Досліджено спвктральні характеристики сигналу ЯКР при модуляції частоти регенератора гармонічним сигналом та послідовними прямокутними імпульсами. Виведено співвідношення і побудовано графіки частотних форм для синфазних та квадратурних складових першої 1 другої гармонік сигналу ЯКР в загальному випадку його Існування, включаючи неквазістаціонарний резким. Наприклад, найперспективніша для використання в нових методах вимірювання квадратурна складова

першої гармоніки сигналу ЯКР має амплітуду, яка описується наступним виразом:

и Т С (С -С )

1« Хо ¿і г> г>*і . п-і *

Д1+пГм ' ^ АІ-пї’^

~її~— 2 тг

1/2

і ,.г,

1+[2-їг^-

■ 2 р яіп Тте(р-п)/2] '

де С =----------------;--------- (причому С =0);

ТС р -П

р=Аґ0/Рм ; - амплітуда сигналу ЯКР; їм- частота модуляції;

&То - амплітуда девіації; ІГ=ї~ї0. .

Розглянуто два нових методи вимірювального перетворення, ідо грунтуються на застосуванні сигналів ЯКР в ■неквазістаціонарних умовах їх існування. В першому методі, близькому до традиційних, використовується синфазний з модуляцією сигнал, який служить і для визначання паразитного сигналу. Визначення останнього проводиться почергово в часі при підвищеній частоті модуляції (ЛГМ- 2.5ДГ^2), коли крутизна сигналу ЯКР в точці ДГ=0 зменшується більше, ніж в 200 разів.

В другому методі використовується квадратурна складова першої гармоніки сигналу ЯКР, в якій паразитний сигнал відсутній. Максимальне значвіпія крутизни сигналу (див. рис.)) до-

Рис.1. Залежність крутизни квадратурної складової першої • гармоніки сигналу ЯКР від частоти модуляції,

сягаеться при частоті модуляції Рм % Мі/г/2.

В мзтоді застосовується' прямокутна модуляцій. Для запобігання виникненню похибки даретворэння, зумовленої перехідними процесами в регенераторі, використовується періодичне переривання процесу перетворення ЖР на час дії перехідних процесів tn 1 додаткова затримка сигналу управління синхронним детектором на час t /2.

- Досліджено границі застосування методу 1 обгрунтовано можливість проводити на floro базі високоточні' виміршатгя центру лінії ЯКР з шириною до 16 кГц (на порядок перевищує аналогічний показник для відомих методів) та відповідно розширити клас використовуваних термометричних матеріалів. . . ' 1 •

Розглянуто експериментальні дослідження регенеративного перетворювача ЯКР порогового тину, які підтвердили правильність вибору

моделі перетворнвача та результатів її дослідження, дали змогу зна йти реальні параметри основних сигналів та зв'язаних з ними динамічні« характеристшГперетворювача і на основі цього оптимізувати його редам роботи за мінімальним значенням похибки вимірювання ча-

*

слот ЯНР. Оптимальний режим регенеративного перетворювача характеризується наступними значеннями сумарної похибки вимірювання 1 амплітуди коливань: ЛТсум=0.57 мК при ио=0.25 мВ 1 ДТсум-1? мК при ио=1.0 В відповідно для випадків застосування ЯКР в хлораті килію та закису міді. .

Для оптимізованого перетворювача ЯКР досліджено залежність похибки вимірювання температури в потрійній точці вода від технології виготовлення хлорату калію та закису міді, на основі чогр здійснено вибір останньої для нобудоьи первинного термоперетворю-ьача. Результати досліджень приведені в таблицях 112.

Таблиця 1.

ч л зразка виХ хлорату м1рю\кал1ю ЕШНИЙ \ параметрЧ нелерекристалізовані зразки перекристалізовані . : ЗР83КИ (

1 2 ' 3 4 і 2 3 4‘ сер. 1...4

Г0, Гц 28213 20213 28213 26213 26213 28213 28213 28213 28213

375 . 393 356 396 342.5 347.1 347.8 344.3 345.4

^0~^0Свр’ ^ -ЗО -48 -11 -51 -2.9 1.7 2.4 -1.1 -

ІТ, мК -Й.2 -9.9 -2.3 -11 -0.60 0.35 0.49 -0.23 -

Таблиця 2.

ч Л зразка биХ закису мірюХ міді ваний \ ппрямотрч Закис міді марки "чистий*’ "Зразки закису міді, які виготовлені шляхом .окислення в повітрі наступних заготовок

мідь МІ оезкисішва мідь МОб анодна мідь МОку

і ■ ~~~2' " І) 4 Ь То —7— с.4-7

г« 26081030 26082 26080ІЗО 26079 26080 26080 26079 26080

620 970 060 .140 990 .040

^о'^осер’ ^ 990 2580 90 -70 20 100 -50 ' -

. ЛТ, мК -290 -760 -25 21 -6 -29 15 -

С.к.в. результатів вимірювань частота ЯКР в кожному з чотирьох різних зразків хлорату калію, які. піддавались повторній кристалізації та очищенню від домішок, складало в температурному еквіваленті 0.51 мК, а для закису міді, яка виготовлялась шляхом оточення в повітрі міді чистото«} 99.97%, дорівнювало 23 мК,

В третьому розділі описано технічну реалізацію 1 випробування ЯКР термометрів з розширеними можливостями, які розроблені на ОСНОВІ проведених в даній роботі досліджень 1 впроваджені у виробництво при безпосередній участі автора. При цьому розглядаються наступні типи ЯКР термометрів: цифровий термометр ТН-Ц021 на основі

хлорату калію (та його ранні варіанти ТН-Ц009, .ТПК-0485, КЯТ-1, ЯКРТ-1) і термометр ЯКРТ-3 на-основі закису міді- перший в світовій практиці автоматичний прилад з розширеним діапазоном вимірювання. Описано їх структурну схему (рис. 2) 1 принцип дії, який грунтується на автоматичному розгортанні 1 синхронізації частоти регенеративного перетворювача за центром квадратурного сигналу ЯКР. Наведено опис основних структурних елементів термометра: електричні схеми регенеративного перетворювача, синхронного детектора та регулятора, конструкції первинних термоперетворювачів. Конструкція термоперетворювача на основі закису міді показана на рис. 3.

Наведено результати лабораторних 1 промислових випробувань ЯКР термометрів, які дали змогу визначити їх основні метрологічні характеристики: похибку вимірювання, динамічні характеристики, діапазон робочих, температур, в якому вимірювання здійсілпвались в автоматичному режимі (для термометра на основі, закису міді вперше досягнуті автоматизовані високоточні вимірювання в діапазоні -220 + 500’С) тощо.

керапічна мШ/юзакисний мідно котуі/ха трубка ц и/іінвр . іиЗунтцІнасті

Рис. 3. Конструкція первинного ЙКР термоперетворювача на основі закису міді.

Розглянуто результати градуювання термометра ЯКРТ-3 на основі иакису міді, за якими методом найменших квадратів знайдено граду-хвальну характеристику для діаразону 0-500'С в вигляді поліному третього степеня:

9 -

• Тапр ГС1 = 2 аА(Гц 1МГц) - 26.08),

і

де а,= -2Й5.72; аг= -13.4; аа- -2.74. . '

Похибка апроксимації но виходить за межі і 0.1 "С в діапазоні 0-300‘С 1 ± О.Б'С в діапазоні 300-500’С, що на порядок перевищу в точність визначання температурної залежності частоти ЯКР в закису міді, яке проводилось з допомогою імпульсних спектрометрів.

Проірадуйовано термометр ТН-Ц021 на основі хлорату калію, в результаті чого для діапазону 77-373 К знайдено номінальну статичну характеристику перетворення у шгляді поліному 12-го степеня 1 атестовано прилад як зразковий, засіб вимірювання з границею допустимої похибки ± 0.01"С (для потрійної точки вода і 0.005’С) при довірчій Імовірності 0.95. Крім того, для температур вище 90К під-

Ряс.2. Структурна схема ЯКР термометра (1- регенеративний перетворювач з первинним перетворювачем 2, варікапами 3,4 і регенератором 5,

6- генератор прямокутних Імпульсів, ?- комутатор, а- одновіОратор з запуском, 9- регулятор, 10- генератор повільнозмінної напруги, И- ключ, 12- частотомір, із- лінія затримки, 14 і 15 - синхронні детектори, 16- обчислювальний пристрій, 17- пристрій індикацІГ, 18- пороговой пристрій). '

тьорджоно результати градуювання термометра моделі 2571 (фірма УКИ, Японія), а відповідно 1 високу відтворюваність методу ЯКР (в потрійній точці види в межах 3 мК>.

Досліджено температурну залежність складових похибки 1 оцінено Інструментальну похибку термометрів в діапазоні вимірювання. Границя допустимої похибки термометра на основі закису міді ЛТ т =10.05-0 При -220<Ть200"0 1 =±(0.05 + 0.001Т)*С

с-ум.ір« иум.ір.

при 200<Гз500*С,а у випадку застосування хлорату калію знаходиться на рійні 0.00!"С. Причому ь останню входить складова похибки, яка зумовлена відгьорюваністю частоти ЯКР. Дані спільних досліджень трьох термометрів ТН-Ц021 показали, ідо відхилення результатів вимірювань приладів ьід середнього їх значення не перевищували ±1 мК ь трьох характерних, точках робочого діапазону (77, 273 , 373 К).

Розглянуто перспективи розвитку ЯКР термометрів, основна з яких є метрологічна атестація термометра на основі хлорату калію в якості робочого еталону. ■ ■

На даний час термометр ТН-Ц021 включено Держстандартом України в даржреестр під Я У84-92 нк зразковий засіб вимірювання 1 дозволено, серійний випуск згідно ТУ 311-4850458.104-92. його попередник - термометр ТИ-Ц00Э випускається сорІЯно згідно ЯЦ2 829.004-69. '

£ додатку приведений акт про впровадження.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Визначено перспективні напрямки створення ггрецезійного ЯКР термометра з розширеним діапазоном ьимірюьашш. Показано перспективність 1 проблеми використання в ЯКР термометрах регенеративного перетворювача з двома термометричними матеріалами: традиційніш

хлоратом калію і закисом міді, як найкращим матеріалом для }юботи в розширеному діапазоні температур. .

2. Розроблено 1 ДОСЛІДКЄІЮ комплексну модель регонерэтнвного перетворювача ЯіСР в різних режимах роботи (включати I нетрадиційні), що дало.змогу визначити основні характеристики перетворювача і його сигналів та накреслити шляхи розширення можливостей регеие-ративних методів вимірювального перетворення.

3. Запропоновано і розроблено два точних метода Еиміршяльно-

і'о перетворення, що грунтуються на застосуванні сигналів ЯКР в №>-кзазістаціонарних умовах їх існування. Для одного з методів обгру нтована можливість використання його при вимірюваннях частот» ЯКР в термометричних матеріалах з підносно широкою резонансною ліні сю (шириною до 16 кГц). .

4. Проведено експериментальні дослідження регенеративного перетворювача порогового типу і оптимізовано режим його роботи Т’П мінімумом похибки вимірювання частоти. ЯКР в хлораті калію і аакиоу міді.

Б. Досліджено залежність похибки гаїміртвання температури в потрійній точці води від технології виготовлення хлорату калію та закису міді і на основі цього здійснено вибір останньої чля побудови первинного термоперетворювача.

- 6. Розроблено і створено кілька типів пропейійного автоматичного ЯКР термометра, в тому числі на основі закису міді для вимірювань в розширеному діапазоні температур. Досліджено їх метрологічні і експлуатаційні характеристики. Проблено оцінку похибки риміртшшя.

7. Проведено граду тепшш термометра ЯКРЇ 3 па опиті зпкіпу міді в діапазоні температур від -200 до ІЗОо’п. Для діапазону

0-500"С ЕваПдено точну гемперлтурпу ппл«кп!оть частоти №Т п

- 20 -

закису міді в вигляді поліному третього степеня.

8. Проведено градуювання цифрового термометра ТН-Ц021 на основі хлорату калію'в"діапазоні температур від -196 до І00“С. Знайдено номінальну статичну характеристику перетворення в вигляді по-

ff

ліному 12-го степеня. Термометр ТН-Ц021 включено Держстандартом України f¡ деркревстр під Jí У84-92 як зразковий засіб вимірювання 1 дозволено серійній випуск згідно ТУ 311-4850458.104-92. Термометр ТИ-Ц009 випускається серійно згідно ТУ 25-БЦ2 829.004-89.

Економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи складав 240 тис. крб. в цінах 1982-1989 pp.

ПУБЛІКАЦІЇ-

1. Пилипш В.Е. Исследование эквивалентной схемы, моделирующей явлеїте ядерного резонанса. Н Респ. мажвед. науч.- техн. сборник: Теоретическая электротехника. - Львов: Вида школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1982. - Вып. 33. - С. 40-47. ,

2. Гашпар Э.М., Кушнирчук И.А., Оиыка М.М., Пилипкк D.E., Репиц-кий В.В. Квадрупольшй ядерний термоііреобрааователь КЯТ-1. // Приборы и техника ьксиермданта. - 1985, ЛЬ. - С. 232.

3. Осика М.И., ІІилшіш В.Е., Реішцкий Б.В. Автоматизация процесса преобразования частоти в температуру в ЯКР-термометрах. // Прибори и системы управления. - 133ß, X и. - с.21.

4. A.c.979396 (СССР). ШИ U01K 7/32. Квадруиодьный ядерний термометр / Пилшпак В.Е., Лановенко А.М., Лах В.И., Столярчук И.Г., Осыка М.И., Рвпицкий В.В.. - Опубл. 07.12.82; Бач.’ X 45.

5. А.С.П51Й35 £ СССР) МКИ 00 Ж 7/32. Способ измерения температуры и устройство для его осуществления. / Пшншюк В.Е. - Опубл. 23.04.66; Тт. * 16.

6. А.С.15ЄЮ86 (СССР), МКИ G01K 7/00. Способ изготовлошт квпдру-польного ядерного термопреобразрвателя./ Осика М.И., Пили-пкж В.Е..Регашкий В.В.,Ардан В.Н. -Опубл. 30.04.90; Бвл. » 16.

7. Пилшшс U.K., ЛоіЮиьіти A.M., Гашпар Э.М. Метол повышения точности измерительного квадруполыюго ядерного преобразователя.-В кн.: Тезисы докладов Второй республиканской н.-т. конфе-, ренции "Физические основы построения первичных измерительных преобразователей". - Вишпща, 1982. - С. 77.

8. Осыка М.II., Шшптюк В.Е., Репицкий В.В. Автоматический КЯТ. -В кн.: Материалы семинара "Современные методы и приборы автоматического контроля и регулирования технологическими процес сами". - Москва: Знание, 1-984. - С. 89-93.

9. Осыка М.П., Пилипюк В.Е., Репицкий В.В. Точная градуировка ПКГ термометра на основе закиси меди. - В кн.: Тезисы докладов 5-й Всесоюзной н.-т. конференции "Состояние и перспективы развития средств измерения температури". - Львов, 1984. - С. 159.

10. Осыка М.И., Пастернак Я.А., ІІилиток В.Е., Репицкий'В.В. Низко температурный термопреобразователь на основе ЯКР. - В кн.: Тезиси докладов Всесоюзной конференции "Метрологическое обеспечение твшгофизических измерений при низких температурах". • Хабаровск, 1985. - С. 172.

И. Пилипюк В.Е., Лах В.И. Кввдрупольннй ядерный термометр для измерения низких температур. - В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Метрологическое обеспечение теплофизических измерений при низких температурах”. - Хабаровск, 1985. - 0. 173.

\г. Лах В.И., Пилипюк В.Е. Квадрупольный ядерный термометр с расширенным диапазоном измеряемых температур.- В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной н.- т. конференции "Me тоді» и средства теплофизических: измерений”.-Севастополь, 1987. - С. 1Пв.

.о. исыка и.К., Пилштк В.Е., Рогшцкий В.В., Котыс М.И. Цифровой квадрупольшй ядерный термометр ТН-Ц009. - В кн.: Тезисы докладов 6-й Всесоюзной конференции "Электрические метода и средства намерения температуры”. - Луцк, 1988. - С. 326.

1-1. Маг&ра Р.В., Кричковский Я.И., Осика М.М., ПИлшюк В.6., Репи-нкий В.В., Щушшк Н.М. Исследование метрологических характеристик регенеративного и импульсного устройств квадруполыюго ядерного термометра. // Деи. - Укр. ШЙ1ГГМ, рукопись № 1334. -1984. - 14 с.

АНОТАЩЯ ‘

Нилиаш В.Е. Высокоточное ЯКР термометры.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук но специальности 05.11.04 - Приборы и метода измерения тепловых, величин; Львовский государственный университет "Львивська политехника", Львов, 1995. , •

Защищается 14 научных работ и 3 авторских свидетельства, которые содержат исследования, направленные на разработку принципов построения сериймопригодных прецизионных автоматических ИКР термометров с расширенным ' температурным диапазоном. Приведены теорнтические и экспериментальные исследования регенеративного преобразователя ЯКР, соаданио на их основе 'новых методов измерительною преобразования с расширенными возможностями, технологические особенности построения термопреобразователя с использованием хлората калия и закиси меди. Описаны техническая реализация и медитани». цифрового термометра ТИ -Ц021 для метрологического обеспечения' измерений в диапазоне от -196 до юо°с

и ЯКРТ-З на основе закиси меди для диапазона ог -200 до ,с;(1и0С.'

- 23 -

V.E.PylypiuK,. Hlgh-accuracy HQR Thermometers.

The dissertation presented lor the candidate ol technical degree competition. Speciality 05.11.94 - The devices and the techniques lor the measuring thermal Talus s. State University or Lviv "lylvska Polltechnlka" , 1995. ,

Offered' for defending are 14 scientific works and 3 autorshlp certeflcates which cover Investigations aimed at development of design principles of mass-prodJictlon-oriented precision automatic liQR thermometers having an expanded measurement range. Presented are the result of theoretical and experimental Investigations of the regenerative NOR transmitter and related new methdd of data conversion having wider possibilities; technological features of constructing a temperature transducer using KC10s and Сиг0. Also described are engendering realisation, test procedure and data obtained for the digital thermometer ГН-Ц021 Intended for metrological support ol measurements in the range Ггош minus 196 to 100“ C as well as ЯКРТ-3 thermometer based on Сиг0 for use In the range from minus-200 to 500° C. ' .

Ключові.слова: .

термометр, ядерний кзадрупольний резонанс (ЯКР), метод вимірювального перетворення, регенеративний неретворкввч,

точність.

Підписано зо друку ТО. Формат 60x84/16. Обсяг І лруи.лист. ?ам.55й.ТЛті.І00.Бвзпттао. Льтїв.Ллчвкіусіжа 3,Друкарня УАД.