Анотація до роботи:

Сергієнко Р.П. Побудова та дослідження радіаційної температурної шкали. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.15 - метрологія та метрологічне забезпечення. – Хар-ківський державний науково-дослідний інститут метрології, Харків, 2003 р.

Дисертацію присвячено побудові та метрологічному дослідженню радіаційної температурної шкали, що реалізується на основі фазового переходу тверднення реперної точки міді. Для реалізації температурної шкали було розроблено комплекс еталонної апаратури, який складається зі: випромінювача, що містить графітову ампулу з чистою міддю; одноканального еталонного фотоелектричного пірометра (ЕОП), побудованого за принципом прямого підсилення та вимірювання сигналу фотоприймача, котрим як таким використовується кремнієвий фотодіод ФД-288; екстраполятора (подвоювача яскравостей). Проведена метрологічна атестація Державного первинного еталона одиниці температури за випроміненням в діапазоні температур від 1084,62 до 2000 ⁰С показала, що еталон забезпечує відтворення одиниці температури зі середнім квадратичним відхиленням результату, який не перевищує 1,1 ⁰С для 5-ти незалежних спостережень, а границя невилученої систематичної похибки при цьому не перевищує 0,5 ⁰С. В процесі реалізації радіаційної температурної шкали і атестації первинного еталона були проведені дослідження метрологічних характеристик еталонного устаткування, а саме: відтворюваності стану фазового переходу тверднення реперної точки міді; впливу наявності ефекту розміру джерела на величину вихідного сигналу еталонного пірометра під час реєстрації плато тверднення міді; впливу температурної варіації ефективної довжини хвилі еталонного пірометра, який містить як систему монохроматизації випромінення інтерференційний фільтр з піковим пропусканням в області 660 нм, на значення температур, що екстраполюються; впливу наявності температурного коефіцієнта, тобто залежності яскравісної температури від температури цоколя лампи, в даному діапазоні відтворюваних стрічковими вольфрамовими лампами типу СИ 10-300, ТРУ 1100-2350 і ЛТВВ температур; лінійності вихідної характеристики ЕОП.

Розроблено Державну повірочну схему для засобів вимірювання температури за випроміненням, у відповідності з котрою виконано переатестацію еталонних засобів монохроматичної та радіаційної пірометрії. Наведено результати звірень радіаційних температурних шкал, що реалізуються в Україні та в Росії на рівні вторинних еталонів.

1. Вперше виконано побудову і метрологічне дослідження радіаційної температурної шкали, що реалізується на основі фазового переходу тверднення реперної точки міді.

2. Проведено метрологічну атестацію первинного еталона одиниці температури за випроміненням в діапазоні температур від 1084,62 до 2000 ⁰С, в результаті якої встановлено, що еталон забезпечує відтворюваність одиниці температури з СКВ результату, що не перевищує 1,1 ⁰С для 5-ти незалежних спостережень, а межа невилученої систематичної похибки при цьому не перевищує 0,5 ⁰С.

3. Для реализації температурної шкали безконтактними засобами розроблено комплекс еталонної апаратури, що складається зі: випромінювача з моделлю АЧТ, який містить ампулу з чистою міддю; оптичного пірометра-компаратора та екстраполятора.

4. Проведений аналіз методів і засобів реалізації температурної шкали виявив, що розробка одноканального еталонного фотоелектричного пірометра, який містить кремнієвий фотодіод як приймач випромінення та працює за принципом прямого підсилення та вимірювання сигналу фотоприймача, є найбільш перспективною, оскільки дозволяє реалізувати температурну шкалу як із застосуванням систем екстраполяції, так і на основі лінійності вихідної характеристики ЕОП.

5. В процесі метрологічного дослідження побудованої радіаційної шкали отримано наступні результати:

5.1. Зі застосуванням розробленого еталонного оптичного фото-електричного пірометра досліджено відтворюваність стану фазового переходу тверднення реперної точки міді. Оцінка відтворюваності показала, що на етапі градуювання еталонного пірометра СКВ відтворення АЧТ температури Т_Cu=1084,62 ⁰С складає 0,06 ⁰С, а на етапі наступного градуювання еталонної лампи – 0,04 ⁰С.

5.2. Виконано теоретичні та експериментальні дослідження температурної залежності ефективної довжини хвилі еталонного пірометра, що містить інтерференційний фільтр з піковим пропусканням в області 660 нм як систему монохроматизації випромінення. Встановлено, що похибка у значенні температури, що екстраполюється, обумовлена похибкою визначення , складає 0,02 ⁰С за умови температури Т₂=1200 ⁰С; 0,06 ⁰С за умови Т₂=1400 ⁰С и 0,25 ⁰С за умови Т₂=2000 ⁰С.

5.3. Вперше проведено експериментальні дослідження стосовно визначення температурного коефіцієнта стрічкових вольфрамових ламп типу СИ 10-300, ТРУ 1100-2350 і ЛТВВ в залежності від температури їх цоколя. З урахуванням результатів стосовно дослідження часового температурного дрейфу цоколя виконано оцінку впливу температурного коефіцієнта на відтворюваність градуювальної характеристики еталонних газонаповнених ламп. Визначено величину поправки Т_t для градуювальної характеристики еталонних газонаповнених ламп в залежності від інтервалу часу , котрий лампа відпрацювала на заданому режимі з моменту включення. В статичному режимі роботи лампи за умови температури Т_Cu для =30 хвилин дана поправка Т_t складе 0,19 ⁰С; для =1 година - Т_t =0,27 ⁰С і для =3 години - Т_t =0,43 ⁰С.

5.4. Вперше досліджено еквівалентність прямого і непрямого методів визначення коефіцієнта ефекту розміру джерела для площадок, які візуються, з діаметрами до 50 мм. Встановлено, що обидва методи являються еквівалентними в діапазоні діаметрів d площадок, що візуються, до 30 мм, а для 30d50 мм виявлена нееквівалентність характеризується виконанням нерівності .

5.5. Для еталонного пірометра ЕОП виконано визначення функціональної залежності q=f(d), на підставі якої досліджено вклад ефекту розміру джерела до значення похибки температури Т_Cu, яка вимірюється еталонним пірометром. Встановлено, що поправка для температури фазового переходу тверднення міді, що фіксується еталонним пірометром і обумовлена наявністю ефекту розміру джерела, складає 0,20 ⁰С.

5.6. На підставі досліджень лінійності вихідної характеристики ЕОП виконано оцінку збіжності двох методів реалізації температурної шкали – на основі подвоєння потоків і на основі лінійності вихідної характеристики еталонного пірометра. Встановлено, що метод реалізації температурної шкали на основі лінійності вихідної характеристики ЕОП в діапазоні температур від 1084,62 до 1400 ⁰С характеризується в 2 рази меншою випадковою похибкою, ніж метод побудови шкали на основі подвоєння потоків.

6. Проведено порівняння радіаційних температурних шкал, що реалізуються в Україні та в Росії на рівні вторинних еталонів. В діапазоні від 1084,62 до 2000 ⁰С величина максимальної розбіжності шкал склала мінус 1,2 ⁰С.

7. Виконано розробку Державного стандарту на повірочну схему для засобів безконтактної термометрії (термометрів випромінення).

8. З урахуванням розробленої Державної повірочної схеми виконано метрологічну переатестацію вторинних і робочих еталонів монохроматичної та радіаційної пірометрії.

Публікації автора:

1. Сергиенко Р.П. Температурный коэффициент ленточных вольфрамовых ламп // Измерительная техника. – 2002. - № 4. – С. 43-46.

2. Сергиенко Р.П. К вопросу об эффекте размера источника в оптической пирометрии // Український метрологічний журнал. – 2001. – Вип. 2. – С. 29-34.

3. Сергиенко Р.П. Эффективная длина волны эталонного фотоэлектрического пирометра // Український метрологічний журнал. – 2002. – Вип. 2. – С. 34-39.

4. Сергиенко Р.П. Особенности международных сличений национальных температурных шкал, реализуемых по ИК-излучению // Український метрологічний журнал. – 2001. – Вип. 1. – С. 31-36.

5. Сергиенко Р.П. Исследование эффекта размера источника при реализации температурной шкалы // Український метрологічний журнал. – 2002. – Вип. 3. – С. 25-29.

6. Сергиенко Р.П., Назаренко Л.А. Оценка возможности использования линейной характеристики эталонного пирометра при реализации температурной шкалы по излучению // Приборы. – 2002. - № 7. – С. 34-37.

7. Назаренко Л.А., Ромоданов І.С., Кисіль О.М., Сергієнко Р.П. Еталонний оптичний пірометр ЕОП-93 // Український метрологічний журнал. – 1996. – Вип. 2-3. – С. 46-48.

8. Назаренко Л.А., Бєлих В.В., Кисіль О.М., Ромоданов І.С., Сліпушенко В.П., Криворотенко О.Д., Сергієнко Р.П. Державний первинний еталон одиниці температури Кельвіна за випромінюванням в діапазоні 1357,77-2800 К // Український метрологічний журнал. – 1995. – Вип. 1. – С. 26-30.

9. Кисель А.Н., Ромоданов И.С., Сергиенко Р.П., Веретенченко Б.А. Порог чувствительности спектропирометра // Измерительная техника. – 1991. - № 7. – С. 35.

10. Ромоданов И.С., Сергиенко Р.П., Веретенченко Б.А. Фотоэлектрический пирометр с частотно-временным выходом // Метрология. – 1994. - № 5. – С. 30-32.

11. Machin G., Sergienko R. A comparative study of size of source effect (SSE) determination techniques // Temperature and Thermal Measurement in Ind. and Sci.: Proc. of Int. Symp. “Tempmeko`2001”. – Germany, Berlin, 2001.- P. 155-160.

12. Batuello M., Chimenti V., Machin G., McEvoy H., Perez J., Ricolfi T., Sergienko R. A comparison of the primary standard zinc point blackbody cavities of NPL and CEM with IMGC // Temperature and Thermal Measurement in Ind. and Sci.: Proc. of Int. Symp. “Tempmeko`2001”. – Germany, Berlin, 2001. – P. 857-862.

13. Machin G., McEvoy H., Sergiyenko R. NPL results for the TRIRAT LT thermometer comparison // NPL Report CBTLMS22, August 2000.

14. Machin G., McEvoy H., Sergiyenko R. NPL results for the TRIRAT MT thermometer comparison // NPL Report CBTLMS17, May 2000.

15. Сергиенко Р.П., Кисель А.Н., Безносова В.И. Аттестация вторичных эталонов единицы температуры по излучению с учетом действующей поверочной схемы // Метрологія та вимірювальна техніка: Наук. праці 2 Міжн. наук.-техн. конф. – Харків: ХДНДІМ, 1999. - Т. 2. – С. 26 – 30.

16. Назаренко Л.А., Сергиенко Р.П. Построение радиационной температурной шкалы в диапазоне 1357,77 – 2300 К // Метрологія та вимірювальна техніка: Наук. праці 3 Міжн. наук.-техн. конф. – Харків: ХДНДІМ, 2002. - Т. 2. - С. 227-230.

17. Кисель А.Н., Сергиенко Р.П., Безносова В.И. К вопросу об эффективной длине волны фотоэлектрических спектропирометров // Вопросы метрологического обеспечения высокотемпературных измерений: Сб. науч. тр. ВНИИМ. – Л.: НПО “ВНИИМ им. Д.И.Менделеева”, 1989. – С. 24-28.

18. Кисель А.Н., Ромоданов И.С., Сергиенко Р.П. Яркостный фотоэлектрический пирометр прямого усиления // Метрологическое обеспе-чение температурных и теплофизических измерений в области высоких тем-ператур: Тез. докл. 4 Всесоюзн. науч.- техн. конф. – Харьков, 1990. – С. 22-23.

19. Кисель А.Н., Ромоданов И.С., Сергиенко Р.П. Разработка образцового фотоэлектрического яркостного пирометра // Електричні методи та засоби вимірювання температури: Тези допов. 7 Міжн. наук.-техн. конф. – Львів, 1992. – С. 57.

20. Кисель А.Н., Ромоданов И.С., Сергиенко Р.П. О метрологическом обеспечении в Украине измерений температуры по монохроматическому излучению // Метрологічне забезпечення температурних і теплофізичних вимірювань: Тези допов. 5 Міжн. наук.-техн. конф. – Харків, 1994. – С. 15-16.

21. Ромоданов И.С., Сергиенко Р.П. Простой фотоэлектрический пирометр // Метрологічне забезпечення температурних і теплофізичних вимірювань: Тези допов. 5 Міжн. наук.-техн. конф. – Харків, 1994. – С. 39.

22. Кисель А.Н., Ромоданов И.С., Сергиенко Р.П. К вопросу об эффективной длине волны яркостных фотоэлектрических спектропирометров // Метрологічне забезпечення температурних і теплофізичних вимірювань: Тези допов. 5 Міжн. наук.-техн. конф. – Харків, 1994. – С. 25.