VSE knjižnice (vzajemna bibliografsko-kataložna baza podatkov COBIB.SI)
  • Precizijsko merjenje nizkih tlakov z merilnikom z lebdečo kroglico : doktorska disertacija
    Šetina, Janez
    Viskoznostni merilnik tlaka se je uveljavil v meroslovju nizkih tlakov kot precizen in stabilen referenčni etalon za področje med 10▫$^{-3}$▫ Pa in 1 Pa. Njegove odlične lastnosti, po katerih prekaša ... ostale merilnike v tem merilnem območju, so: (1) dobra dolgoročna stabilnost faktorja občutljivosti, (2) delovanje pri sobni temperaturi, (3) popolna inertnost v večini plinov, (4) linearnost pri tlakih v molekularnem področju, (5) odsotnost vseh histereznih pojavov in (6) zelo velika ločljivost. Dosegljiva merilna negotovost komercialnih merilnikov je ▫$\pm$▫0,5% v območju tlakov med 10▫$^{-3}$▫ Pa in 1 Pa, ob ustrezni kalibraciji s primarnimi vakuumskimi standardi. Izven tega območja se merilna negotovost hitro povečuje. Zaradi naštetih odlik je SRG merilnik zelo primeren za precizijska merjenja tudi izven območja med 1O▫$^{-3}$▫ Pa in 1 Pa, če zmanjšamo moteče vplive in pri merjenjih upoštevamo popravke, s katerimi zmanjšamo merilno negotovost pod zahtevano mejo, na primer pod 1%. Cilj mojega dela je bil raziskati vse vplivne veličine pri merjenjih s SRG merilnikom in izločiti kritične veličine, ki omejijo merilno območje navzdol in navzgor. Nadalje sem si zadal nalogo, da poiščem načine, kako zmanjšati vpliv kritičnih veličin in izračunati ustrezne popravke merilnih rezultatov ter zmanjsati merilno negotovost SRG-merilnika v znatno širšem območju med 10▫$^{-5}$▫ Pa in 100 Pa. Če želimo spodnjo merilno mejo kar najbolj znižati in doseči čim manjšo negotovost pri zelo nizkih tlakih, moramo pred začetkom meritev optimizirati delovne razmere pri meritvi jakost signala, frekvenca vrtenja rotorja) in čimbolj zmanjšati moteče vplive iz okolice (temperatura in vibracije). Rezidualno trenje rotorja je prispevek k merjenemu signalu SRG-merilnika, ki je neodvisen od tlaka plina. Pojavi se zaradi zaradi izgub vrtinčnih tokov pri magnetnem lebdenju rotorja. Pri merjenjih tlaka lahko predhodno izmerimo rezidualno trenje pri zelo nizkem tlaku (ničelni signal) in ga nato odštejemo od merjenega signala kot korekcijo. Stabilnost rezidualnega trenja med meritvijo tlaka pomembno vpliva na spodnjo merilno mejo SRG merilnika. Rezidualno trenje je navadno odvisno tudi od frekvence rotorja. Opisal sem neposredni in posredni postopek določitve frekvenčne odvisnosti rezidualnega trenja, ki sem ju razvil pri svojem delu z SRG-merilnikom. Pokazal sem, da je z upoštevanjem frekvenčne odvisnosti pri korekciji mogoče doseči negotovosti 2x10▫$^{-7}$▫ Pa. Zelo pomembna vplivna veličina pri merjenjih je okoliška temperatura. Rotor v magnetnem ležaju lahko izmenjuje toploto z okolico le s sevanjem. V ravnovesju ima rotor enako temperaturo kot okolica. Če se temperatura okolice spremeni, se poruši toplotno ravnovesje in temperatura rotorja se prične spreminjati proti novemu ravnovesju. Pri tem se zaradi toplotnega raztezanja spreminja premer rotorja, kar po zakonih klasične mehanike povzroči spreminjanje kotne hitrosti rotorja, ki ni odvisno od tlaka plina in predstavlja temperaturni pogrešek pri merjenjih. V disertaciji sem predstavil in preveril dve izvirni rešitvi. Prva je naprava za vzdrževanje konstantne temperature merilne glave, druga pa je modeliranje temperaturnega popravka iz kontinuirano merjenega časovnega poteka temperature merilne cevke. Pokazal sem, da je z dobro temperaturno stabilizacijo merilne glave mogoče doseči merilno negotovost ničelnega signala 3x10▫$^{-7}$▫ Pa. Le malo večje negotovosti, 5x10▫$^{-7}$▫ Pa sem dobil pri modeliranju temperaturnega popravka pri več dni trajajoči meritvi, ko se je temperatura okolice in merilne glave spreminjala v območju med 20°C in 23°C. Pri meritvah s stabilizirano temperaturo merilne glave sem odkril pojav temperaturne odvisnosti rezidualnega trenja, česar doslej v literaturi še nisem zasledil. Pojav je neznaten in ga je mogoče zaznati le pri meritvah, kjer je negotovost zaradi motečih vplivov iz okolice zmanjšana pod 3x10▫$^{-7}$▫ Pa. Pri višjih tlakih merjeni signal ni več linearno odvisen od tlaka plina, zato moramo odziv merilnika linearizirati. Pri linearizaciji se pojavijo dodatne negotovosti. Pri SRG-merilnikih druge generacije je bila uvedena linearizacijska procedura, ki pa ne upošteva kritičnih veličin, kot je geometrija sklopa rotor/merilna cevka in temperaturna odvisnost viskoznosti plina. Pokazal sem, da je zmanjšanje negotovosti v tem območju možno le z uvedbo druge kalibracijske konstante, ki sem jo poimenoval karakteristična Knudsenova dolžina in s temperaturno kompenzacijo zaradi dodatnega segrevanja merilnika pri tlakih nad 1 Pa. Razvil sem model odziva SRG-merilnika v prehodnem območju tlakov. Iz modela sem izpeljal svojo viskoznostno korekcijsko funkcijo (ki vsebuje drugo kalibracijsko konstanto) s katero sem zmanjšal negotovost linearizacije v območju tlakov do 133 Pa. Z nadaljnjimi empiričnimi popravki v obliki polinoma tretje stopnje sem uspel še zmanjšati negotovost svoje linearizacije v meje ▫$\pm$▫0,15 %, kar je izjemen dosežek. S tako zmanjšano negotovostjo je SRG-merilnik enakovreden kapacitivnim membranskim merilnikom v območju tlakov med 1 Pa in 100 Pa. Predstavil sem tudi iterativni postopek za določitev druge kalibracijske konstante in pokazal, da je odvisna od geometrije sklopa rotor/merilna cevka.
    Vrsta gradiva - disertacija ; neleposlovje za odrasle
    Založništvo in izdelava - Maribor : [J. Šetina], 2002
    Jezik - slovenski
    COBISS.SI-ID - 121522432

Knjižnica/institucija Kraj Akronim Za izposojo Druga zaloga
Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana Ljubljana IMTLJ v čitalnico 1 izv.
Knjižnica tehniških fakultet, Maribor Maribor KTFMB v čitalnico 1 izv.
Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana Ljubljana NUK v čitalnico 1 izv.
Univerzitetna knjižnica Maribor Maribor UKM v čitalnico 1 izv.
loading ...
loading ...
loading ...

Vnos na polico