Анотація до роботи:

Яцук В.О. Розвиток теорії та методів підвищення якості засобів вимірювальної техніки з використанням кодокерованих мір. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.05 – прилади і методи вимірювання електричних та магнітних величин. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2004.

Дисертація присвячена розвитку теоретичних засад та принципів побудови засобів вимірювання з підвищеними показниками якості – точності, відтворюваності, правильності, збіжності та достовірності (метрологічної надійності). На основі інформаційно-енергетичної теорії концепція такого підходу базується на використанні диференційного методу вимірювання, з побудовою опорного каналу на базі кодокерованих мір електричних величин та корекцією адитивних складових похибки в обох каналах в реальному масштабі часу методом комутаційного інвертування. Показано, що за умови комутаційного інвертування в кожному із часткових циклів дельта-сигма аналого-цифрового перетворення дисперсія не скоригованого значення шумової напруги, зумовленого шумами може бути зменшена пропорційно до відношення тривалостей проміжків часу повного та часткового перетворень. Розроблена структура та проаналізовані похибки диференційного вольтметра із формуванням компенсаційної напруги як суми всіх попередніх кодів часткових перетворень. Розроблена структура і проведений аналіз похибок диференційного омметра і показано, що в широкому діапазоні вимірюваних значень опору його похибка практично визначатиметься похибкою тальки кодокерованої міри. Проведений аналіз методів побудови кодокерованих мір опору в діапазоні відтворюваних значень опорів від 10^-6 до 10¹⁷ Ом показав можливість забезпечення інваріантності до впливу залишкових параметрів комутаційних елементів тільки в структурах активних імітаторів електричного опору для ділянки кола. Розроблені структури низько-, середньо- та високоомних уніфікованих мір електричного опору з автоматичною корекцією похибок. Для корекції додаткової температурної складової похибки засобів вимірювання і кодокерованиих мір запропоновано використовувати метод допоміжних вимірювань з реалізацією температурного каналу на базі напівпровідникових сенсорів, взаємозамінність яких досягається методом модуляції їх вимірювального струму. Подані структури засобів вимірювання з підвищеними якісними показниками.

1. Встановлено, що за умови періодичної автоматичної корекції адитивної складової похибки методом комутаційного інвертування або модуляції вимірювального струму температурна та часова стабільність цифрових електровимірювальних приладів постійного струму визначатиметься практично тільки стабільністю масштабних елементів. При незмінності параметрів елементів вимірювального кола за час проведення корекції серед усіх відомих метод інвертування вхідного сигналу забезпечує мінімальне нескориговане значення адитивної складової, яке визначається практично розкидом залишкових параметрів ключів перемикача полярності.

2. Показано теоретичну можливість суттєвого зменшення дисперсії скоригованого значення вихідного сигналу, зумовлену шумами, в дельта-сигма АЦП з комутаційним інвертуванням в реальному масштабі часу.

3. Доведено, що використання диференційного методу і методу інвертування вимірюваного та опорного сигналів дає можливість здійснювати оперативний контроль процесів вимірювання в приладах без втрат вимірювальної інформації завдяки використанню кодокерованих мір. При цьому відпадає необхідність в періодичному калібруванні засобу вимірювання і є можливість автоматичної корекції адитивної складової похибок практично всього вимірювального тракту перетворення, а не тільки приладу.

4. Встановлено, що для забезпечення якості оперативного контролю процесів вимірювання в середньоомному діапазоні кодокеровані міри опору слід реалізовувати чотирипровідними. Запропоновано та проаналізовано базові структури кодокерованих мір з можливістю автоматичної корекції адитивної складової похибки методом інвертування вимірювального струму.

5. Показано, що в низькоомному (сильнострумовому та низьковольтному) діапазоні відтворення можуть бути реалізовані чотиризатискачеві міри електричного опору з корекцією адитивної складової похибки методом подвійного інвертування напруги.

6. Запропоновано та проаналізовано багатодіапазонні високоомні (високовольтні) кодокеровані міри електричного опору на основі структур активних імітаторів опору з трипровідним підключенням до омметрів будь-якого принципу дії, в яких зменшується вплив залишкових параметрів перемикачів піддіапазонів.

7. Запропоновано та проаналізовано структури послідовних ємнісних кодокерованих подільників напруги, в яких здійснюється автоматична корекція адитивної складової похибки і які можуть бути реалізовані в мікроелектронному виконанні в базисі схемотехніки комутованих конденсаторів.

8. Обґрунтовано, що температурні сенсори на основі p-n переходу є перспективними для засобів вимірювання температури кодокерованих мір електричних величин. В режимі модуляції вимірювального струму з використанням трьох значень струму температурна залежність кремнієвих сенсорів є лінійною у відносно широкому діапазоні перетворюваних температур від 100 до приблизно 500 К з похибкою не більшою +0,1 К.

9. Доведено, що корекцію додаткових похибок малогабаритних кодокерованих мір доцільно здійснювати традиційними конструктивно-технологічними методами, а корекцію додаткової температурної похибки - методом допоміжних вимірювань з використанням сенсорів температури з p-n переходом з модуляцією їх вимірювального струму та апріорним встановленням дійсної температурної залежності кодокерованих мір в декількох точках робочого діапазону.

10. Встановлено, що для здійснення оперативного контролю засобів вимірювання з резистивними перетворювачами, які вже експлуатуються, доцільно використовувати кодокеровані міри опору, автоматичну корекцію адитивної складової похибки яких слід реалізовувати методом інверсії вимірювального струму.

11. На підставі проведених теоретичних досліджень розроблено базові структури і на їх основі реалізовано та впроваджено в практику цифрові засоби вимірювальної техніки з покращеними якісними показниками та засоби для проведення оперативного контролю протікання вимірювальних процесів.

Публікації автора:

1. Метрологія та вимірювальна техніка / Поліщук Є.С., Дорожовець М.М., Яцук В.О, Ванько В.М., Бойко Т.Г. – Львів: Бескид-біт.- 2003. - 544 с.

2. Здеб В.Б., Яцук В.О. Комп’ютерно-інтегровані системи опрацювання сигналів постійного струму // Зб. наук. праць „Комп’ютерні технології друкарства”. - Львів: Укр. акад. друкарства.- 1998.- С. 127-130.

3. Столярчук П.Г., Лилак В.І., Яцук В.О. Прецизійні канали вимірювання темпера-тури для атомної енергетики // Вісник Харківського політех. держ. ун-ту. «Сис-темний аналіз, управління та інформаційні технології».-Вип. 71.-1999.-С. 83-87.

4. Булига С., Здеб В., Зорій В., Івахів О., Огірко Р., Телеп О., Шморгун Є., Яцук В. Аналіз похибок цифрового термометра // Вимірювальна техніка та метрологія.-№60.- 2002.- С. 58-64.

5. Яцук В. Підвищення метрологічної надійності засобів вимірювання у робочих умовах експлуатації //Вимірювальна техніка та метрологія.-2002.-№60.-С. 98-102.

6. Столярчук П.Г., Лилак В.І., Яцук В.О. Переносні багатозначні калібратори для перевірки температурних каналів технічних систем на місці експлуатації // Вісник Харківського політехн. держ. ун-ту. «Системний аналіз, управління та інформаційні технології».- Вип. 71. 1999.- С. 94-96.

7. Байцар Р.І., Засименко В.М., Столярчук П.Г., Яцук В.О. Проблеми бездемонтажної повірки засобів вимірювання температури та тиску // Праці ІІІ міжнар. наук.-практ. конф.”Сучасні інформаційні та енергозберігальні технології життєзабезпечення людини”.- Том. 3 (в 6 т.).- Київ: КУТД.- 1998. - С. 57-58.

8. Бойко О.В., Столярчук П.Г., Яцук В.О. Переносна багатозначна міра опору. // Вимірювальна техніка та метрологія.- 1999.- №54.- С. 39-42.

9. Malacziwskyj P., Jaremczuk S., Yatsuk V. Oprogramowanie do metrologicznego sprawdzania termometrow. // Prace VI Konf. Naukowa „Czujniki optoelektroniczne i elektroniczne”.-– Gliwice (Polska).- Тom II.- 2000. – Р. 197-200.

10. Столярчук П.Г., Бойко О.В., Матвіїв В.І., Яцук В.О. Покращання метрологічних характеристик серійних переносних калібраторів опору, напруги, струму // Вимірювальна техніка та метрологія.- № 56.- 2000.-С. 78-81.

11. Столярчук П., Бойко О., Яцук В. Імітатори опору, інваріантні до впливу опорів ліній зв`язку // Вимірювальна техніка та метрологія.- №57.- 2000.- С. 43-46.

12. Бойко О., Столярчук П., Яцук В. Калібратори для повірки перетворювачів з уніфікованими вихідними сигналами // Вимірювальна техніка та метрологія.-№64.- 2003.- С. 32-36.

13. Магазин опору-калібратор напруги: Пат. 6362. Україна, МКВ G01R27/00 / Р.М. Огірко, Я.В. Пацарнюк, Є.І. Шморгун, В.О. Яцук. - №4096985/SU; Заявлено 19.05.86; Опубл. 29.12.94. Бюл.№8-1. - 2 с.

14. Яцук В.О. Широкодиапазонные кодоуправляемые меры электрического сопротивления // Матеріали IV міжнар. сем. метрологів „MSM`96".- Львів-Жешув (Україна-Польща).- 1996.- С. 87-94.

15. Яцук В.О. Кодокеровані міри електричного опору // Праці ІІ Міжнар. н.-т. конф. „Метрологічне забезпечення в галузі електричних, магнітних та радіовимірю-вань” (Метрологія в електроніці-97).- Харків, НВО „Метрологія”.-1997-Т. 1.-С. 111-113.

16. Яцук В.О. Покращання характеристик дельта-сигма АЦП з робочих умовах експлуатації. // Вимірювальна техніка та метрологія.- 2002.- №61. – С. 101-105.

17. Stolyarchuk P., Vasyluik V. Yatsuk V. Unification, linearization and veryfication of the transistor sensors // Abstracts of the 7-th Int.Symp. on Temp. and Thermal Measurements in Industry and Science TEMPMEKO`99.- Delft (the Netherland).- 1999.– Р. 126.

18. Яцук В., Яцук Ю. Метод покращання характеристик температурних сенсорів на основі p-n переходу // Вимірювальна техніка та метрологія.-№ 59.-2002.–С. 90-96.

19. Яцук В., Яцук Ю. Підвищення точності та метрологічної надійності засобів вимі-рювання температури з напівпровідниковими сенсорами // Вісник Нац. ун. “Львівська політехніка”.- “Автоматика, вимірювання та керування”.- Вип. 475.-2003.– С. 88-93.

20. Спосіб вимірювання температури та пристрій для його здійснення: Декларац. пат. 59763А. Україна, МКВ G01К7/22 / В.О. Яцук, Ю.В. Яцук.- №20021210112; Заявлено 15.12.2002; Опубл. 15.09.2003. Бюл.№9. - 2 с.

21. Бойко О.В., Столярчук П.Г., Крохмальний Б.І., Яцук В.О. Підвищення метрологічної надійності вимірювальних каналів енергетичних об`єктів // Вісник Націон. ун-ту “Львівська політехніка”. „Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - № 487.- 2003.- С. 33-36.

22. Яцук В.О. Диференціальний метод вимірювання електричного опору. // Вимірювальна техніка та метрологія.- 2001.- №58. – С. 32-37.

23. Яцук В. Компенсаційний метод побудови цифрових омметрів // Вісник Нац. ун-ту “Львівська політехніка”, «Автоматика, вимірювання та керування».- 2001.- №420.– С 99-102.

24. Яцук В.О. Принципи побудови кодокерованих мір опору // Вимірювальна техніка та метрологія.- 1999.- №55.- С. 35-43.

25. Яцук В.О. Імітатори активного опору // Вісник держ. ун-ту “Львівська полі-техніка”. «Автоматика, вимірювання та керування».- 1998. - №386. – С. 83-88.

26. Імітатор електричного опору: Декл. пат. 47170А. Україна, МКВ G01R27/00 / О. Бойко, П.Столярчук, В.Яцук.-№2001085761; Заявл. 14.08.2001; Опубл. 17.06.2002. Бюл. №6.- 2 с.

27. Столярчук П.Г. Микийчук М.М., Яцук В.О. Кодокеровані високоомні міри опору // Зб. праць IV міжнар. наук.-техн. конф. "Контроль і управління.в технічних системах" (КУТС-97).- Вінниця: ВПУ.- 1997.- С. 93-96.

28. Бойко О.В., Столярчук П.Г., Яцук В.О. Кодокерована міра провідності // Вісник держ. ун-ту „Львівська політехніка”.- №366.- «Автоматика, вимірювання та керування».- 1999.– С. 167-170.

29. Столярчук П.Г., Яцук В.О. Методи побудови кодокерованих резистивних мір. // Праці ІІ-ї міжнар. наук.-техн. конф. „Метрологія та вимірювальна техніка” (Метрологія-99).- Т.1.- Харків: НВО „Метрологія”.- 1999. - С. 201-203.

30. Магазин опору: Пат. 6361. Україна, МКВ G01R27/00 / Р.М. Огірко, Я.В. Пацарнюк, Є.І. Шморгун, А.М. Чернов, В.О. Яцук. - №4094148/SU; Заявлено 15.05.86; Опубл. 29.12.94. Бюл.№8-1. - 4 с., ил.

31. Імітатор великих опорів: Пат. 5411. Україна, МКВ G01R27/00 / М.М. Микийчук, Я.В. Пацарнюк, В.О. Яцук. - №94250597; Заявлено 19.00. 93; Опубл. 28.12. 94. Бюл.№7-1. - 4 с.

32. Засименко В.М., Яцук В.О. Якісна оцінка метрологічних характеристик темпе-ратурних каналів індивідуальних тепло лічильників // Вісник Нац. ун-ту “Львів-ська політехніка”.-“Автоматика, вимірювання та керування”.-№ 445.– 2002.– С. 155-160.

33. Stolyarchuk P., Zasymenko V., Lozbin V., Yatsuk V. Thermal Energy by Personal Customers.//Abstracts of the 8-th Int. Symp. on Temperature and Thermal Measurements in Industry and Science TEMPMEKO`2001.- Berlin (Germany).- 2001. – Р. 318.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати отримані дисертантом самостійно. У роботах, що опубліковані у співавторстві, дисертанту належить постановка задачі, концепції та принципи побудови, основні математичні викладки, аналіз результатів. Дольова участь співавторів полягала в детальнішому опрацюванні задач, що розв’язувались, розробці програмного забезпечення і виконанні розрахунків. Із публікацій зі співавторами здобувачу належить: 3, 9, 17, 20, 26, 30, 31 - розробка методів корекції похибок засобів вимірювання; 1, 5, 10, 12, 13, 17, 18, 19, 21, 26, 28, 29 - теоретичне обґрунтування способів підвищення якості засобів вимірювальної техніки; 2, 4, 6, 7, 8, 11, 27, 28, 32, 33 – синтез структурної схеми вимірювальних засобів та аналіз похибок.