Микитин Ігор Петрович. Вимірювання температури шумовими методами. Теорія і практика : Дис... д-ра наук: 05.11.04 - 2009.
Анотація до роботи:
Микитин І. П. Вимірювання температури шумовими методами. Теорія і практика. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.04 - прилади та методи вимірювання теплових величин. Національний університет “Львівська політехніка”, 2009.
Дисертація присвячена розробці й використанню шумових термометрів для відтворення та передачі термодинамічної температурної шкали. Викладено актуальність проблеми, обґрунтовано переваги шумового методу вимірювання температури. Розглянуто основні проблеми, які виникають під час проектування засобів вимірювання шумової термометрії. Досліджено джерела похибки методів вимірювання середнього значення квадрату шумової напруги, пропорційного до вимірюваної температури, та виведено вираз для граничної похибки кожного з методів. Для покращення метрологічних характеристик шумових термометрів запропоновано перенести операції множення та усереднення шумових сигналів у цифрову частину, фільтрацію шумових сигналів проводити з допомогою цифрових фільтрів на основі перетворення Фур’є та використовувати первинні перетворювачі з мінімальним температурним коефіцієнтом опору. Сформовано основні концепції створення інтелектуальних фільтрів на основі перетворення Фур’є.
Експериментально підтверджено коректність запропонованих математичних моделей вхідного кола шумового термометра, методики оцінки граничної похибки вимірювання температури, методу фільтрації шумових сигналів на основі перетворення Фур’є, теоретичного обґрунтування рівня обмеження гармонік спектру шумового сигналу та використання гістограми спектру як критерію оцінки якості проведеної фільтрації. Реалізовано способи та розроблено алгоритми функціонування шумових термометрів, що передбачають усереднення за частотою та за часом.
Для побудови високоточних ШТ доцільно використовувати метод безпосередньої оцінки СЗКШН, який забезпечує покращення метрологічних характеристик внаслідок перенесення операції множення й усереднення шумових сигналів у цифрову частину, фільтрації шумових сигналів за допомогою цифрових фільтрів на основі перетворення Фур’є та використання матеріалів з мінімальним температурним коефіцієнтом опору ЧЕ ПП.
Проведено дослідження методичної похибки засобів вимірювання шумової термометрії для різних моделей вхідного кола ШТ. Мінімальне значення похибки отримано для моделі вхідного кола на основі неінвертуючого кореляційного підсилювача з використанням операційних підсилювачів із низьким значенням власних шумових струмів.
Встановлено наявність мінімального значення граничної похибки, яке залежне від опору ПП, параметрів вхідного кола ШТ, частотної смуги вимірюваного сигналу та часу вимірювання.
Сформовано концепцію розроблення інтелектуальних фільтрів шумових сигналів на основі перетворення Фур’є, здатних адаптуватися до зміни амплітуди та частоти завади. Запропоновано використовувати гістограму спектру шумового сигналу як критерій якості фільтрації.
Визначено стандартну непевність вимірювання температури методом безпосередньої оцінки у температурному діапазоні, що відповідає найбільшому температурному проміжку між двома сусідніми реперними точками МТШ – 90: реперних точок алюмінію (933.473 К) та срібла (1234.93 К). За часу усереднення 1000 с, значення опору ПП 1000 Ом та частотної смуги 1 МГц непевність вимірювання не перевищує ±0.05 % .
Експериментально підтверджено, що використання методу фільтрації шумових сигналів на основі перетворення Фур’є дає змогу мінімізувати вплив завад синусоїдної, трапецієподібної та прямокутної форми на результат вимірювання.
Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено значення рівня обмеження гармонік шумового сигналу за використання цифрової фільтрації.
Результати експериментальних досліджень відтворюваності показів ШТ у реперній точці топлення льоду (за часу вимірювання 1 с похибка вимірювання не перевищує ±1.5 %, а за часу вимірювання 1000 с – ±0.07 %) практично відповідають результатам теоретичних досліджень похибки вимірювання температури методом безпосередньої оцінки СЗКШН (±2 % та±0.072 % відповідно), що підтверджує коректність прийнятих математичних моделей вхідного кола ШТ, методичної похибки та методики оцінки граничної похибки вимірювання температури.
За умов швидкого нагріву ЧЕ ПП виявлено нестабільність показів ШТ у часі, причиною якої може бути частина внутрішньої енергії, нагромаджена у виді напружень біля дефектів. Вивільнення запасеної енергії спричиняє додаткове нагрівання ПП перед виходом його на режим теплової рівноваги з оточенням, що супроводжується сплеском шумової напруги в широкому інтервалі частот.
Публікації автора:
Микитин І. П. Математична модель шумового термометра на основі кореляційного підсилювача / Ігор Микитин, Богдан Стадник, Михайло Дорожовець // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2000.– № 57. – С. 63-66.
Микитин І. П. Методична похибка вимірювання шумовим термометром / Ігор Микитин, Богдан Стадник // Вісник Національного Університету “Львівська політехніка” Автоматика, вимірювання та керування. – 2001.– № 420. – С. 102-104.
Микитин І. П. Застосування одноканального та кореляційного підсилювачів для шумового термометра / Ігор Микитин, Богдан Стадник // Вісник Національного Університету “Львівська політехніка” Автоматика, вимірювання та керування. – 2002.– № 445. – С. 51-54.
Микитин І. П. Математична модель шумового термометра на основі одноканального підсилювача / Ігор Микитин, Богдан Стадник // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2002.– № 59. – С. 60-62.
Микитин І. П. Проблеми створення вторинної апаратури у шумовій термометрії / Ігор Микитин, Богдан Стадник // Вимірювальна техніка та метрологія. За матеріалами 8-ї Міжнародної конференції “Температура - 2003”. – 2003.– № 64. – С. 99-105.
Микитин І. П. Вибір інтерфейсу для шумового термометра / Ігор Микитин, Любомир Литвинський // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2003.– № 62. – С. 50-52.
Mykytyn I. Analiza doswiadchen w konstruowaniu termometru szumowego / I. Mykytyn, B. Stadnyk, A. Kowalchyk. // Miesicznic Naukowo-Techniczny “Pomiary Automatyka Kontrola”. – 2003.– № 7/8. – С. 18-20.
Микитин І.П. Фільтрація шумових сигналів з використанням швидкого перетворення Фур’є / Ігор Микитин // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Автоматика, вимірювання та керування. – 2006. – № 551. – С. 37-42.
Домінюк Т.І. Методика досліджень змін стану термоелектродного матеріалу за миттєвими значеннями термоелектрорушійної сили / Тарас Домінюк, Ігор Микитин, Богдан Стадник // Збірник наукових праць “Електромагнітний, ультразвуковий та оптичний неруйнівний контроль матеріалів”. Серія “Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів”. – 2006.– № 11. – С. 149-152.
Яцишин С.П. Перехідні теплові процеси у чутливих елементах шумових термоперетворювачів у режимі реального часу / Святослав Яцишин, Ігор Микитин, Тарас Домінюк, Богдан Стадник // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2006.– № 66. – С. 108-111.
Mykytyn І. Stanowisko do badania wzorcowych przetwornikow termometrow szumowych / I.Mykytyn, B.Stadnyk, A.Kowalchyk // Miesicznic Naukowo-Techniczny “Pomiary Automatyka Kontrola”. – 2006.– № 12. – С. 45-47.
Стадник Б. І. Пірометричні перетворювачі у автоматичних установках пригнічення вибуху / Б. І. Стадник, С. П. Яцишин, Р. Т. Ратушний, І. П. Микитин // Пожежна безпека. Збірник наукових праць. – 2007.– № 10. – С. 70-75.
Стадник Б. І. Багатофакторні інструментальні похибки термоперетворювачів / Б. І. Стадник, С. П. Яцишин, І. П. Микитин [та ін.] // Вісник Черкаського Державного технологічного університету. – 2007.– Спецвипуск. – С. 245-248.
Микитин І. Критерій оцінки якості фільтрації шумових сигналів з використанням швидкого перетворення Фур’є / Ігор Микитин, Наталя Кобіщанова // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” Автоматика, вимірювання та керування. – 2007.– № 574. – С. 37-42.
Микитин І. П. Похибки методу фільтрації під час розрахунку інтегральних характеристик шумових сигналів / Ігор Микитин, Богдан Стадник // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2007.– № 67. – С. 8-13.
Микитин І. П. Засоби та методика дослідження шумових сигналів / Ігор Микитин, Богдан Стадник // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2008.– № 68. – С. 14-20.
Микитин І.П. Шумові моделі вхідного кола шумового термометра на основі одноканального підсилювача / Ігор Микитин, Андрій Серкіз// Вісник Національного університету “Львівська політехніка” Автоматика, вимірювання та керування. – 2008. – № 608. – С. 3-9.
Микитин І.П. Шумові моделі вхідного кола шумового термометра на основі двохканального підсилювача / Ігор Микитин // Вимірювальна техніка та метрологія. – 2008. – № 69. – С. 10-17.
Микитин І.П. Математичні моделі методичної похибки одноканальних та двоканальних шумових термометрів / Ігор Микитин // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” Комп’ютерні науки та інформаційні технології. – 2008. – № 616. – С. 90-97.
Микитин І. П. Програмна модель методу усереднення шумових сигналів / Ігор Микитин // Вісник Національного університету “Львівська політехніка” Комп’ютерні науки та інформаційні технології. – 2008 – № 629 – С. 21-24.
Стадник Б.І. Алгоритми функціонування фільтрів на основі перетворення Фур’є для шумових термометрів / Богдан Стадник, Пилип Скоропад, Ігор Микитин // Збірник наукових праць “Комп’ютерні технології друкарства”. – 2008.– № 629. – С. 114-122.
