Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Метрология и метрологическое обеспечение

Диссертационная работа:

Садковская Ирина Владимировна. Разработка и исследование лазерного интерференционного жидкостного манометра высшей точности с целью повышения уровня обеспечения единства измерений низкого абсолютного давления : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.01, 05.11.15 СПб., 2005 140 с. РГБ ОД, 61:07-5/1639

смотреть введение
Введение к работе:

з Актуальность работы.

Необходимость обеспечения единства измерений низкого абсолютного давления в СССР привела к созданию в 1973 г. во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева (ВНИИМ) государственного эталона (ГЭ) единицы давления для области низкого абсолютного давления.

Создание ГЭ явилось результатом научных исследований известных ученых - метрологов М.А. Гуляева, А.В. Ерюхина, В.А. Рыжова. В основной состав ГЭ входили следующие средства измерений (СИ) высшей точности, обеспечивавшие воспроизведение единицы давления: набор из четырех компрессионных ртутных манометров, мембранно-емкостный манометр и установка с калиброванными объемами.

В настоящее время в состав ГЭ единицы давления (ГЭТ 49-80) входят мембранно-емкостные вакуумметры и специальная аппаратура для создания и поддержания низкого абсолютного давления. В соответствии с ГОСТ 8.107-81 ГЭ возглавляет государственную поверочную схему (ГПС) для СИ давления в диапазоне 1-Ю"8 - 1-Ю3Па.

Сегодня национальные эталоны единицы низкого абсолютного давления передовых стран мира, применяемые в ведущих метрологических институтах -NIST (США), NPL-UK (Великобритания), IMGC-CNR (Италия), NRLM (Япония), CSIRO (Австралия), - используют в качестве основы жидкостные манометры с интерференционными измерителями разности уровней. Причина этого - высокая точность таких манометров и возможность определения давления на основании прямых измерений основных величин Международной системы единиц - длины и массы, и использовании значения ускорения свободного падения.

Потребности приоритетных направлений развития науки, технологий и техники России в создании и развитии критических технологий дали толчок к

обновлению парка СИ низкого абсолютного давления. Получили применение прецизионные специализированные измерители и преобразователи давления нового поколения с повышенной точностью, расширенными диапазонами измерений и улучшенными функциональными возможностями. Это требует общего повышения уровня обеспечения единства измерений низкого абсолютного давления в стране, как в части создания новых более точных средств поверки и калибровки, так и в части повышения точности ГЭ. Проведенные в этой связи в Санкт-Петербургском государственном университете (СПбГУ) и во ВНИИМ в последние годы исследования показали, что одним из наиболее эффективных путей решения этой проблемы является создание U-образного лазерного интерференционного жидкостного манометра (ИЖМ), способного в настоящее время обеспечить высшую точность измерений. Это свойство ИЖМ позволяет использовать его как в основном составе ГЭ для повышения точности воспроизведения единицы давления, так и в составе рабочих (вторичных) эталонов (РЭ), создание которых предусмотрено ГПС. Вполне возможно и актуально применение интерференционных жидкостных манометров в качестве компараторов давления, а также в потокометрических вакуумных установках.

В связи с изложенным выше важность и актуальность диссертационной работы представляется очевидной.

Цель работы.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование лазерного интерференционного жидкостного манометра высшей точности для повышения уровня обеспечения единства измерений низкого абсолютного давления.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести аналитический обзор существующих наиболее точных методов и СИ низкого абсолютного давления (включая национальные эталоны промыш-ленно развитых стран) и осуществить выбор направления работы;

разработать конструкцию, изготовить и испытать макет ИЖМ;

теоретически и экспериментально исследовать влияние молекулярных свойств рабочей жидкости на точность измерений давления ИЖМ;

провести исследование метрологических и технических характеристик макета ИЖМ с последующим анализом и оценкой результатов исследований.

Новизна результатов исследований.

1. Создан действующий макет лазерного интерференционного жидкост
ного манометра высшей точности, который является первой в истории отечест
венной метрологии разработкой, направленной на построение современного
эталона единицы давления для области низкого абсолютного давления, имею
щей положительные результаты.

Получен патент РФ на изобретение "Лазерный интерференционный масляный манометр".

  1. Предложен и реализован новый метод уменьшения поверхностных колебаний рабочей жидкости в масляном ИЖМ с помощью поплавков - демпферов специальной конструкции, позволивший существенно снизить уровень составляющей погрешности измерений давления от влияния случайных вибраций и расширить диапазон измерений давления.

  2. Впервые предложен и осуществлен метод определения составляющей погрешности измерений давления ИЖМ, обусловленной капиллярными явлениями, основанный на прямых измерениях кривизны поверхности рабочей жидкости с помощью оптического интерферометра.

  3. С помощью разработанных алгоритмов и программ численного решения математической задачи о форме поверхности жидкости получена зависимость радиуса кривизны мениска от радиуса манометрической трубки ИЖМ, а также получено значение коэффициента поверхностного натяжения масла ВМ-1 по методу висящей капли.

6 Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Создан и исследован макет U-образного лазерного ИЖМ, позволивший доказать возможность разработки СИ давления высшей точности в диапазоне 5-1000 Па.

  2. Создана и исследована специальная конструкция поплавков-демпферов для масляного манометра, снижающих уровень интерференционных шумов, связанных с вибрациями (от 2-3 до 0,01-0,03 интерференционной полосы), и уменьшающих влияние капиллярных явлений на погрешность ИЖМ.

3. Предложен и реализован новый вариант оптической схемы лазерного интерферометра, наиболее просто решающий задачу формирования квадратурных интерференционных сигналов и задачу уменьшения влияния излучения, возвращенного интерферометром, на работу лазера.

  1. Предложен и осуществлен метод определения составляющей погрешности измерений давления ИЖМ, обусловленной капиллярными явлениями, основанный на прямых измерениях кривизны поверхности рабочей жидкости с помощью оптического интерферометра.

  2. С помощью разработанной программы рассчитана зависимость кривизны мениска от радиуса трубок лазерного интерференционного манометра.

  3. Разработан алгоритм и программа расчета для метода экспресс - анализа коэффициента поверхностного натяжения жидкости по геометрическим размерам висящей капли.

Личное участие автора в получении результатов научных исследований, изложенных в диссертации.

Автор диссертационной работы лично

- разработал проект и принимал участие в создании макета лазерного интерференционного масляного манометра (ИЖМ) высшей точности;

провел теоретическое исследование источников погрешности манометра и экспериментальное определение составляющей погрешности, связанной с капиллярными явлениями, предложенным им методом;

провел испытания разработанного ИЖМ, в том числе, во время международных сличений эталонов России и Республики Словакия;

провел измерение коэффициента поверхностного натяжения масла (рабочей жидкости ИЖМ) с помощью разработанной им методики;

в результате проведенных на ЭВМ расчетов получил форму мениска рабочей жидкости ИЖМ и зависимость радиуса его кривизны от диаметра манометрической трубки;

- исследовал метрологические характеристики макета ИЖМ.

Практическая значимость.

Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при создании ГЭ и РЭ единицы давления нового поколения и компараторов давления с целью повышения уровня обеспечения единства измерений низкого абсолютного давления, а также при создании потокометрических вакуумных установок.

Разработка макета ИЖМ была включена на конкурсной основе в Программу важнейших прикладных научно-исследовательских, опытно-конструкторских, технологических работ ГНЦ РФ "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева" на 2001 -2003 гг., раздел 3.4, № ГР 01.2.001.07654 и № ГР 01.2002.03204 раздела "Исследования и разработки, выполняемые государственными научными центрами Российской Федерации" ФЦНТП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 гг.

Апробация работы.

Результаты работы были представлены на следующих конференциях и семинарах:

Четвертый международный семинар - совещание "Разработка, производство, применение и метрологическое обеспечение средств измерения давления и вакуума" 25-27 апреля 2000 г., Санкт- Петербург;

Вторая всероссийская научно-техническая конференция (Computer-Based Conference) "Методы и средства измерений". Октябрь 2000 г., Нижний Новгород;

- Третья всероссийская научно-техническая конференция (Computer-
Based Conference) "Методы и средства измерений". Август 2001 г., Нижний
Новгород;

Пятая всероссийская научно-техническая конференция (Computer-Based Conference) "Методы и средства измерений". Май 2002 г., Нижний Новгород;

Научно-технический семинар в PIE (Институт промышленной электроники). 20 февраля 2003г., г. Варшава, Польша;

Научно-технический семинар "Вакуумная техника и технология - 2003". Июнь 2003г., Санкт-Петербург;

Научно-технический семинар "Вакуумная техника и технология - 2004". Июнь 2004г., Санкт-Петербург;

Международный вакуумный конгресс (IVC-16). 28 июня-2 июля 2004г., Венеция, Италия;

Европейский вакуумный конгресс (EVC-9). 5-7 апреля 2005г., Париж, Франция.

Публикации.

Результаты работы изложены в 10-ти публикациях, получен патент на изобретение.

Структура и объем работы.

Подобные работы
Федоров Александр Михайлович
Методология обеспечения единства измерений высокочастотного электрического напряжения
Компан Татьяна Андреевна
Создание государственной системы обеспечения единства измерений нового поколения в области дилатометрии
Хворостов Борис Александрович
Разработка и создание элементов государственной системы обеспечения единства измерений комплексного коэффициента отражения в СВЧ диапазоне
Лысенко Валерий Григорьевич
Разработка и исследование системы обеспечения единства координатных измерений геометрических параметров обработанных поверхностей
Гогин Валерий Алексеевич
Метрологическое обеспечение приборов для измерения артериального давления и частоты сердечных сокращений
Степанов Олег Сергеевич
Разработка и исследование научно-технических основ метрологического обеспечения производства и эксплуатации счетчиков воды
Телитченко Геннадий Петрович
Разработка и исследование методов и образцовых средств измерений электрического напряжения амплитудно-импульсного модулированного сигнала в диапазоне частот 100 кГц + 1000 МГц
Бабаджанова Марианна Леоновна
Разработка и исследование мер толщины покрытий для поверки магнитных толщиномеров
Мусин Ильгиз Азданович
Разработка и исследование способов повышения точности оценок погрешностей средств измерений (на примерах средств измерений расхода, объема, массы жидкостей и газов)
Горелова Нонна Евгеньевна
Исследование и разработка метрологического обеспечения средств измерений массового расхода жидкости нефтяных скважин

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net