Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування

ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ЄМНІСНОГО ВИМІРЮВАЧА ПОВІТРЯНОГО ПРОМІЖКУ МІЖ СТАТОРОМ ТА РОТОРОМ У ГІДРОГЕНЕРАТОРАХ НА ОСНОВІ ДИФЕРЕНЦІАЛЬНОГО МЕТОДУ

2025-12-24T18:57:30+02:00

Повітряний проміжок(ПП) між статором і ротором гідрогенератора(ГГ) відіграє визначальну роль у формуванні електромагнітного поля машини, тому його номінальне значення має підтримуватись із високою точністю. Відхилення цієї величини може спричинити зниження динамічної стійкості та надійності роботи агрегату. Тому є необхідність постійного контролю ПП як в процесі роботи ГГ, так під час оглядів і ремонтів з використанням ефективних сучасних методів вимірювання та діагностування. Метою даної статті є створення та дослідження ємнісного вимірювача (ЄВ) ПП, який в порівняні з аналогами забезпечує більш високу точність вимірювання. Основними функціональними частинами запропонованого ЄВ є ємнісний сенсор (ЄС), блок вимірювання (БВ), який використовується в якості вторинного вимірювального перетворювача і з’єднувальні кабелі. ЄС складається зі змінного та постійного вимірювальних конденсаторів, і інформативним параметром ЄВ є відношення ємностей зазначених конденсаторів, що дає можливість усунути вплив на точність вимірювання зміни параметрів повітряного середовища, що оточує ЄС: температури і відносної вологості. Описано конструктивну схему ЄС, яка запропонована до реалізації як багатошарова друкована плата з тонкими провідними та діелектричними шарами. В провідних шарах сформовані електроди змінного та постійного вимірювальних конденсаторів, а також екрануючі поверхні. Зазначено, що для забезпечення оптимальної функції перетворення ЄВ електрична ємність постійного конденсатора повинна бути рівною ємності змінного конденсатора в середині його діапазону вимірювання. Плоский активний електрод змінного конденсатора для усунення впливу крайових ефектів оточений по периметру плоским охоронним електродом, потенціал якого рівний потенціалу активного електрода, але вони не зв’язані між собою гальванічно. При цьому змінний вимірювальний конденсатора з’єднаний з блоком вимірювання кабелем з подвійним екраном, в якому центральна жила з’єднана з активним електродом, внутрішній екран із охоронним електродом, а зовнішній із землею. Визначено аналітичні залежності для функції перетворення ЄВ ПП, призначеного для використання на ГГ будь якого типу. Показано графік функції перетворення ЄВ, який призначений для використання на ГГ типу СВ 1230/140-56. Вимірювач може бути використаний як окремий прилад, так і як складова частин систем моніторингу та діагностування ГГ.

АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА ОЦІНЮВАННЯ ЯКОСТІ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ СЕРЦЕВО-ЛЕГЕНЕВОЇ РЕАНІМАЦІЇ

2025-12-25T00:50:18+02:00

Стаття присвячена актуальній проблемі  автоматизації оцінки якості дій рятувальників при серцево-легеневій реанімації (СЛР) постраждалих в позалікарняних умовах. Оцінка правильності та ефективності дій непрофесійних рятувальників, що проводять СЛР постраждалих безпосередньо на місці пригоди до прибуття медичних працівників, а також вчасне коригування їх дій відповідно до вимог нормативних медичних документів, є надзвичайно важливою проблемою. Успішне вирішення цієї проблеми підвищує шанси постраждалих на виживання в несприятливих позалікарняних умовах.

Аналіз відомих рішень щодо автоматизації оцінки якості дій рятувальників при СЛР показав, що проблема оцінки якості усієї процедури СЛР та автоматизованої корекції дій непрофесійних рятувальників під час проведення СЛР постраждалих безпосередньо на місці пригоди до прибуття медичних працівників ще не повністю вирішена. У зв'язку з цим у статті запропоновано автоматизовану систему оцінювання якості та ефективності серцево-легеневої реанімації (АСЯ СЛР). Пропонована АСЯ СЛР дозволяє автоматизовано оцінювати правильність та ефективність дій рятувальників при СЛР, та якість СЛР у цілому, з високою точністю в режимі реального часу. Розроблена АСЯ СЛР орієнтована на використання непрофесійними рятувальниками, які надають первинну домедичну допомогу постраждалим в критичних умовах. Ці умови характеризуються морально-психологічним тиском та швидкою фізичною втомлюваністю рятувальників. Це з високою ймовірністю може призводити до помилок рятувальників при СЛР на первинній стадії, яка проводиться безпосередньо на місці пригоди до прибуття медичних працівників. Саме тому непрофесійні рятувальники потребують сторонньої зовнішньої допомоги направленої на контроль та корегування їх дій, а також контроль ознак життя постраждалих.

Розроблена АСЯ СЛР дозволяє автоматизовано в режимі реального часу контролювати множину параметрів СЛР відповідно до нормованих значень, що регламентуються множиною нормативних медичних документів, а також показники ознак життя постраждалих, вчасно проводити коригування дій рятувальників. Коригування дій рятувальників щодо виконання СЛР здійснюється шляхом автоматичного формування повідомлень у зручній для них формі, зокрема введенні на екран у вигляді світлових індикацій та формування звукового попереджувального сигналу. Передбачається, що застосування пропонованої розробки матиме значний соціальний ефект, що проявлятиметься у зменшенні втомлюваності рятувальників, підвищенні їх стресостійкості та збільшенні шансів постраждалих на виживання.

СПЕКТРАЛЬНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ФОТОДИСОЦІАЦІЇ ОКСИГЕМОГЛОБІНУ ПІД ДІЄЮ БЛИЖНЬОГО ІНФРАЧЕРВОНОГО ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

2025-12-25T01:08:28+02:00

Фототерапія є неінвазивним методом впливу неіонізуючого випромінювання на біотканини, який реалізує свої ефекти через фотобіомодуляційні та фотодисоціаційні процеси. У ближньому інфрачервоному (ІЧ) діапазоні фотонна енергія здатна змінювати стан гемоглобіну, модифікуючи насичення крові киснем (SaO₂) шляхом часткового розриву зв’язку Fe–O₂ у молекулі гему. Актуальність дослідження зумовлена потребою у розробці персоналізованих методів фотомодуляції мікроциркуляції та тканинного дихання, а також у кількісному визначенні спектральних характеристик цього ефекту. Для реалізації поставлених завдань була розроблена та апробована методика неінвазивного моніторингу змін сатурації крові з високою часовою роздільною здатністю під впливом лазерного опромінення різних довжин хвиль (808, 830, 850 і 980 нм). З метою усунення індивідуальних відмінностей у початковій сатурації розраховувалася відносна величина ΔSaO₂/SaO₂. Вимірювання проводилися транскутанно з використанням фотоплетизмографічного сенсора, що дозволяло фіксувати динаміку оксигенації крові в реальному часі. Результати показали, що найбільша зміна відносної сатурації спостерігалася при довжині хвилі 808 нм (ΔSaO₂/SaO₂ = 4,26 ± 0,67 %), тоді як при 830 нм вона становила 3,92 ± 0,71 %, для 850 нм — 2,72 ± 0,63 %, а для 980 нм — 0,79 ± 0,45 %. Виявлена майже лінійна залежність зменшення ΔSaO₂/SaO₂ зі збільшенням довжини хвилі у межах 800–1000 нм свідчить про спектральну селективність процесу фотодисоціації HbO₂, зумовлену особливостями поглинання гему та оптичними властивостями біотканин. Отримані дані узгоджуються з теоретичними моделями фотонної взаємодії та попередніми експериментами авторів, що підтверджує відтворюваність і стабільність ефекту. Показано, що випромінювання у діапазоні 800–850 нм є найбільш ефективним для ініціювання часткового розриву зв’язку Fe–O₂, що свідчить про можливість цілеспрямованого регулювання локальної оксигенації крові за допомогою низькоінтенсивного ІЧ-випромінювання. Отримані результати формують наукове підґрунтя для подальшої розробки неінвазивних технологій фотомодуляції мікроциркуляції та тканинного дихання, а також для оптимізації параметрів фототерапевтичних пристроїв у медичній і реабілітаційній практиці. Наступними етапами дослідження передбачено аналіз комбінованої дії кількох спектральних компонентів та розширення статистичної вибірки для підвищення достовірності висновків.

АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ТА ПЕРСПЕКТИВ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТУНЕЛЬНИХ ВАФЕЛЬНИХ ПЕЧЕЙ

2025-12-24T23:53:05+02:00

У статті проведено огляд та аналіз останніх публікацій в галузі автоматизації промислових технологій випікання вафель. За результатами цього аналізу проведено узагальнення характеристик відомих систем автоматизації та визначено перспективні напрями їх досліджень. Особливу увагу приділено аналізу тунельної печі як об’єкта керування. Встановлено, що температура є основною вихідною величиною при регулюванні процесу випікання вафель у тунельній печі. Також виділено характерні особливості систем регулювання температури у печах, зокрема значна інерційність теплових процесів, а також промислових первинних вимірювальних перетворювачів температури.

В статті виконано аналіз відомих методів вимірювання температури у тунельних печах: контактного методу із застосуванням термопар, безконтактного методу з застосуванням інфрачервоних пірометрів а також комбінованого методу, який поєднує названі методи. Розглянуто переваги та недоліки кожного методу, зокрема відзначено, що інфрачервоні пірометри забезпечують прийнятну для промисловості точність вимірювання температури на поверхні випікаючих плит, а додатковий сигнал про температуру в камері випікання від термопари є хорошою проміжною точкою, що додає системі стійкості та зменшує коливні процеси.

Основну увагу приділено розгляду різних систем регулювання температури в тунельній печі. Зокрема, проаналізовано такі технічні рішення, як багатопальникова газова система та електричний нагрів із матричним керуванням елементами. Встановлено, що система імпульсного регулювання потужності полум’я має переваги перед неперервною. Основними перевагами імпульсного регулювання є економічність застосовуваних елементів та спрощене технічне обслуговування такої системи. Серед методів електричного нагріву найбільш ефективним рішенням, яке не потребує істотних конструктивних змін тунельної печі, є застосування резистивних нагрівачів із безпосереднім монтажем на поверхні плити для випікання. Використання електричної енергії дає можливість зменшити кількість ресурсів для реалізації керування нагрівом індивідуальних сегментів печі.

СИСТЕМА КЕРУВАННЯ МОБІЛЬНИМ АГРОРОБОТОМ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВОЇ ДЕТЕКЦІЇ ОБ'ЄКТІВ

2025-12-25T00:21:30+02:00

У роботі вирішується актуальна науково-технічна задача автоматизації процесів догляду за сільськогосподарськими культурами в контексті парадигми Precision Agriculture 4.0.

Метою дослідження є розробка архітектури та дослідження ефективності бюджетної кіберфізичної системи (CPS) для автономного моніторингу посівів та точкового фізичного знищення бур'янів у режимі реального часу. Це дозволяє мінімізувати використання хімічних гербіцидів, вирішуючи проблему резистентності шкідливих рослин та екологічного навантаження на ґрунти.

Авторами запропоновано та реалізовано дворівневу ієрархічну систему керування мобільним агророботом. Верхній рівень обчислень базується на одноплатному комп'ютері Raspberry Pi 4 Model B, який виконує задачі комп'ютерного зору та стратегічного планування. Для семантичної сегментації рослинного покриву обґрунтовано вибір нейромережевої архітектури YOLOv8 Nano.

Застосовано комплекс методів оптимізації для Edge-пристроїв: конвертацію моделі у формат ONNX та динамічне квантування ваг до формату INT8, що дозволило зменшити розмір моделі до 6 МБ та забезпечити стабільний інференс на CPU. Навчання мережі проводилося на датасеті з 10 000 зображень із використанням функції втрат, що комбінує метрику IoU, бінарну крос-ентропію та Distribution Focal Loss. Нижній рівень керування реалізовано на мікроконтролері ESP32 (архітектура Dual Core) під керуванням операційної системи реального часу FreeRTOS. Розроблено багатопотокове програмне забезпечення, що розділяє задачі комунікації, опитування інерціальних датчиків (IMU) та генерації ШІМ-сигналів.

Реалізовано дискретний PID-регулятор для стабілізації кутових швидкостей коліс платформи з диференціальним приводом, що нівелює похибки від проковзування на ґрунті. Взаємодія між рівнями здійснюється через UART-інтерфейс (115200 бод) за авторським протоколом на базі JSON. Для керування маніпулятором запропоновано метод прямого відображення координат (Direct Mapping), що виключає необхідність ресурсомістких обчислень оберненої кінематики. Результати польових випробувань підтвердили високу ефективність системи: досягнуто точність детекції mAP@0.5 на рівні 92.4% при середній швидкості обробки кадру 65–70 мс (14.5 FPS). Загальна затримка в контурі керування не перевищує 75 мс, а похибка позиціонування платформи становить ±2.5 см.

Енергетичний моніторинг показав споживання на рівні 18–22 Вт, що забезпечує до 60 хвилин автономної роботи.

ВПЛИВ НІТРАТНИХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ У РІДИННІЙ КОМІРЦІ АТОМНО-СИЛОВОЇ МІКРОСКОПІЇ НА ТОЧНІСТЬ ВИМІРЮВАННЯ МІКРОРЕЛЬЄФУ МІКРОЕЛЕКТРОННИХ КОМПОНЕНТІВ

2025-12-24T19:30:17+02:00

У практиці сканувальної мікроскопії все частіше необхідно проводити вимірювання нанорельєфу металізованих зразків у рідких середовищах, де вибір провідного розчину для комірки напряму впливає на стабільність зворотного зв’язку, рівень шуму та коректність реконструкції висот. При цьому відомо, що в рідинах, точність вимірювання методом атомно-силової мікроскопії (АСМ) визначається балансом між товщиною подвійного електричного шару, гідродинамічним демпфуванням кантилевера та можливими локальними електрохімічними процесами. Проте, вплив саме нітратних сольових розчинів на метрологію вимірювань металевих плівок на оптичному склі описано фрагментарно. В роботі проводиться кількісна оцінка впливу концентрації нітратних електролітів у рідинній комірці АСМ на відтворюваність та коректність вимірювань мікрорельєфу досліджуваних поверхонь. Запропоновані практичні рекомендації щодо вибору середовища, режимів сканування та калібрування. Серії експериментів із розчинами KNO₃/NaNO₃ показали, що підвищення іонної сили зменшує товщину подвійного шару та стабілізує контакт зонда, але одночасно посилює в’язке демпфування і спектральну щільність шуму, що погіршує відтворення дрібних просторових деталей. Оптимальним виявився інтервал невисоких концентрацій, у якому досягається найкращий компроміс між стабільністю зворотного зв’язку та мінімальною похибкою реконструкції профілю поверхні. Показано, що вихід за межі цих концентрацій призводить до зростання невизначеності вимірювань через гідродинамічні та електрохімічні артефакти. Показано, що електронно-променева модифікація металевих плівок знижує кількість нанодефектів і забезпечує сталість оцінок шорсткості в часі навіть за механічних збурень, тоді як немодифіковані зразки демонструють суттєве погіршення метрологічних показників. Отже доведено, що концентрація нітратного електроліту є критичним параметром точності АСМ у рідині. Рекомендовано проводити дослідження з використанням АСМ в області малої іонної сили, стабілізувати температуру й силу натиску, застосовувавши еталони висоти та корекцію за провідністю розчину. Зроблено висновок, що поверхнева електронно-променева модифікація зразків підвищує відтворюваність і достовірність оцінок мікрорельєфу, що важливо для контролю якості мікроелектронних компонентів.

СЛАБКОПОЛЬОВА РУХЛИВІСТЬ ЕЛЕКТРОНІВ В АНТИМОНІДІ ГАЛІЮ

2025-12-24T20:39:28+02:00

Науково-технічна література показує, що протягом кількох десятиліть удосконалюються технології вирощування антимоніду галію (GaSb) та всебічно вивчаються його властивості. З огляду на отримані результати досліджень властивостей GaSb, розробники розглядають його як матеріал із величезним потенціалом для створення пристроїв із різноманітними функціональними можливостями.

У наукових публікаціях представлені теоретичні та експериментальні дані досліджень слабкопольової рухливості електронів у GaSb. Досліджено залежності рухливості від температури, рівня легування антимоніду галію. Температурна залежність рухливості розглянута у вузькому діапазоні значень концентрації атомів домішки. Залежність рухливості від концентрації визначена для значень температури кристалічної ґратки 77 К і 300 К.

У цій роботі ставиться завдання моделювання слабкопольової рухливості електронів в кристалі антимоніду галію в широкому діапазоні як концентрацій, так і температур.

Дослідження проведено на основі тридолинної моделі зони провідності. Наведено детальний аналіз процесів розсіювання електронів в антимоніді галію. Визначено температурні залежності швидкостей розсіювання у Г-, L-, Х-долинах. Для кожної долини виявлено характерні особливості механізмів домішкового та фононного розсіювання в широкому діапазоні температур та отримано кількісні оцінки швидкостей розсіювання.

Вперше розрахована температурна залежність слабкопольової дрейфової рухливості електронів в антимоніді галію в широкому діапазоні температур та концентрації домішки. Проведено порівняння з експериментальними даними результату моделювання залежності рухливості електронів від концентрації атомів домішки. Отримано задовільну відповідність.

Для дослідження електричних властивостей електронів в антимоніді галію в режимі слабкого електричного поля визначено параметри моделювання, що забезпечують найкращу відповідність до експериментальних даних.

Проведено порівняння рухливості електронів в антимоніді галію та арсеніді галію при 300 К. Показано, що рухливість електронів в антимоніді галію при зазначеній температурі кристалічної ґратки перевищує відповідні значення в арсеніді галію при концентраціях домішки менше 1021 м^-3.

МОДЕЛЬ ПОГЛИНАЛЬНОЇ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ МЕТАМАТЕРІАЛУ

2025-12-24T21:25:41+02:00

У статті представлено математичну модель багатошарової мікрохвильової поглинальної системи на основі метаматеріалів, спрямовану на ефективне зниження коефіцієнта відбиття електромагнітних хвиль у діапазоні 2–18 ГГц. Робота актуалізує проблему розробки тонкошарових та недорогих матеріалів із широкосмуговими поглинальними властивостями, що мають значення як у цивільних, так і у військових застосуваннях (захист від електромагнітного впливу, радіолокаційна маскувальна техніка тощо). У дослідженні проаналізовано вплив комплексних діелектричної та магнітної проникностей на коефіцієнт відбиття, а також побудовано залежності S-параметрів для різних типів метаатомів. Проведено порівняння найпоширеніших резонансних структур — кільцевих, спіральних, H-типу та Split-Ring Resonator (SRR) — з погляду їх ефективності в широкому діапазоні частот. Показано, що концентричні кільцеві резонатори забезпечують найбільшу кількість резонансних піків.

Запропоновано конструкцію семикільцевого метаатома, оптимізовану за результатами чисельного моделювання (розмір елементарної комірки — 9×9 мм). Моделювання показало наявність шести піків поглинання в межах –8,8…–10,5 дБ, що засвідчує резонансний характер системи. Для підвищення ефективності поглинання розроблено комбіновану структуру, де поверхня метаматеріалу покрита модельним поглинальним матеріалом. Отримана система демонструє коефіцієнт поглинання понад 10 дБ у широкій смузі 3,3–18 ГГц, а при збільшенні товщини поглинального шару до 2 мм — від 15 до 25 дБ.

Обґрунтовано перспективність застосування багатошарових метаматеріальних структур для створення широкосмугових мікрохвильових поглиначів. Подальші дослідження мають бути спрямовані на експериментальну реалізацію та оптимізацію геометричних параметрів, зменшення товщини покриття і розширення діапазону поглинання нижче 3 ГГц.

ОЦІНЮВАННЯ ВІДТВОРЮВАНОСТІ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИПРОБУВАНЬ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МІКРОСТРУКТУР

2025-12-24T23:20:49+02:00

У статті основну увагу зосереджено на ключовій властивості таких інформаційно-вимірювальних систем (ІВС), а саме: здатності давати стабільні результати за зміни умов і виконавців. Адже саме відтворюваність визначає довіру до виміряних параметрів і можливість їхнього практичного використання. Постановка проблеми статті ґрунтувалася на тих фактах, що при дослідженні мікроструктур необхідно дотримуватися числово обґрунтованих меж допустимих розбіжностей між лабораторіями для комплексів, що поєднують сканувальні зонди, вимірювальну електроніку та програмні модулі оброблення. Аналіз попередніх досліджень показав, що наявні роботи переважно обмежувалися внутрішньолабораторними перевірками повторюваності й не давали міжлабораторних свідчень узгодженості для інтегрованих ІВС, а також рідко пропонували прозорі критерії прийнятності для контролю якості. Метою роботи є кількісне підтвердження відтворюваності результатів випробувань ІВС і встановлення зрозумілих порогових значень для подальшої валідації вимірювань мікроструктур. В роботі виконано дві незалежні серії по 32 вимірювання у двох лабораторіях на контрольному тест-зразку з використанням сканувальної зондової мікроскопії та розробленої ІВС на базі приладу NT-206.

Отримані протоколи було гармонізовано, а порядок вимірювань рандомізовано. Проведене калібрування еталона, його статистичне опрацювання включало виділення лабораторного фактора, оцінювання дисперсій компонентів і побудову 95% меж згоди. Для обох серій зразків було отримане однакове середнє значення мікрогеометрії поверхні на рівні 10,48 нм. Суми квадратів відхилень при цьому складали, відповідно, 0,0512 і 0,0480 за дисперсії міжсерійної відтворюваності 0,0032 і стандартного відхилення 0,056. При цьому, гранична різниця при 95% довіри становить R = 0,155, тоді як максимальна спостережена різниця між лабораторіями дорівнює 0,08 (розподіли залишків нормальні, трендів за порядком вимірювань і систематичного зсуву не виявлено). В результаті випробувань результати отримані на ІВС є стабільними та метрологічно сумісними між лабораторіями.

Запропонована процедура оцінювання відтворюваності придатна для включення до регламентів валідації, а встановлені порогові значення можуть слугувати базою для регулярного міжлабораторного контролю й масштабування на інші параметри та сценарії вимірювань при розроблені та дослідженні функціональних мікроструктур.

СТАБІЛІЗОВАНЕ ЗА АМПЛІТУДОЮ ДЖЕРЕЛО ГАРМОНІЙНОГО СТРУМУ ДЛЯ МЕМС МІКРОНАГРІВАЧІВ ІЗ ЗАЗЕМЛЕНИМ НАВАНТАЖЕННЯМ

2025-12-24T22:42:15+02:00

У статті представлено проєктування та експериментальну перевірку багатокаскадного джерела змінного струму зі стабілізацією амплітуди, спеціально призначеного для роботи з мікронагрівачами із заземленим навантаженням у вимірюваннях теплофізичних характеристик газів методом 3ї гармоніки.

Запропонована система побудована на основі мікроконтролера Raspberry Pi Pico, зовнішнього ЦАП на резистивній драбині, інвертуючих каскадів підсилення та покращеного джерела струму Хоуленда, що забезпечує точну стабілізацію амплітуди збуджувального струму. Такий підхід дозволяє генерувати спектрально чистий синусоїдальний сигнал у діапазоні частот 20 Гц – 20 кГц, із можливістю регулювання амплітуди струму до 5 мА, контролем нульового зсуву, підтримуючи роботу з системами типу «нагрівач-послідовний резистор» із опором від 50 Ω до 3 кΩ. У порівнянні з традиційними схемами збудження напругою, струмове збудження в методі 3-омега забезпечує вищу відтворюваність, кращу стабільність калібрування та точніший аналіз теплових відгуків.

Розроблене джерело є компактною та економічною альтернативою громіздкому лабораторному обладнанню, дозволяючи проводити як вимірювання на фіксованій частоті, так і у широкому діапазоні частот.

Експериментальні результати засвідчують, що джерело струму забезпечує стабільність частоти на рівні понад 99,9% та коефіцієнт гармонічних спотворень нижче 1%, при цьому відхилення амплітуди струму в межах підтримуваного діапазону навантажень не перевищують 1%, що підтверджує можливість його застосування як джерела сигналу для МЕМС нагрівачів для визначення теплофізичних характеристик газового середовища. Значущість цієї роботи полягає не лише у практичній реалізації надійного джерела струму, а й у його потенціалі підтримувати інтеграцію МЕМС-газових сенсорів у портативні та вбудовані системи.

Модульна архітектура та генерація сигналу під контролем програмного забезпечення дозволяють легко налаштовувати систему та впроваджувати майбутні вдосконалення, зокрема впровадження цифрового зворотного зв’язку, використання прецизійних резисторних збірок або живлення від джерела однополярного струму. Загалом, розроблене джерело струму є цінним і гнучким інструментом для використання у тепловому аналізі газів, що становить вагомий крок до мініатюризації та доступності систем аналізу газів.

ОСОБЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДУ ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТИ ВОДИ В ТРУБАХ ВЕЛИКИХ ДІАМЕТРІВ

2025-12-24T23:05:41+02:00

У зв'язку з постійним зростанням тарифів на ресурси, зокрема водні, проблема їхньої економії стала ще більш актуальною, ніж раніше. А яка ж економія може бути без точного обліку? Точне вимірювання витрати особливо в трубах великих діаметрів є дуже важливою задачею, оскільки навіть маленькі похибки призводять до неврахування значних об’ємів рідини, що проходить по таких трубах. Виникає питання, який метод вимірювання краще підходитиме для подібних об’єктів.

Чим більший діаметр, тим суттєвіші непрогнозовані збитки, пов'язані з низькою точністю вимірювання. У зв'язку з цим спостерігається підвищення потреби у високоякісних засобах виміру витрат саме на великих діаметрах, хоча ринок таких витратомірів дуже обмежений. З прийнятних за метрологічними показниками підходять лише електромагнітні та ультразвукові прилади, похибки яких зазвичай не перевищують кількох відсотків. Однак електромагнітні, як правило, на діаметри більше 300-400 мм не випускаються у зв'язку з різким ускладненням конструкції та збільшенням металоємності приладів. Проаналізовано також і інші найбільш використовувані методи з точки зору їх переваг і недоліків. На сьогоднішній день у світі існує тенденція, коли саме ультразвукова технологія задає планку для решти технологій вимірювання витрати. Досліджень особливостей застосування ультразвукового методу в трубах великих діаметрів вочевидь мало, хоча тут є достатньо специфічних питань, і вони були розглянуті в даній роботі.

Автор статті намагається оцінити фактори, що впливають на хід вимірювання, зокрема, монтаж, місцеві опори, гідродинамічні ефекти, що ймовірно впливають на метрологічні характеристики приладів обліку. Кількісно оцінюється вплив відмічених факторів, визначається найкраще застосування цих приладів і надаються відповідні рекомендації. За основу взято ультразвуковий неінвазійний метод.

При використанні неінвазійних ультразвукових технологій існують три потенційні технології, які можна застосувати. На їхній основі вирізняють ультразвукові час-імпульсні витратоміри, допплерівські ультразвукові витратоміри та крос-кореляційні ультразвукові витратоміри. Матеріал цієї статті обмежується використанням час-імпульсних приладів, оскільки вони, ймовірно, дозволять реалізувати метод вимірювання з найширшим діапазоном застосування, найвищою точністю та найнижчою невизначеністю.

Робота базується на багаторічному практичному досвіді використання ультразвукових витратомірів за різних умов експлуатації, розумінні технології, а також даних, що є у відкритому доступі.