Методы динамического контроля температуры и температурозависимых величин при исследованиях объектов в условиях Крайнего Севера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.01, кандидат наук Степанов Анатолий Анатольевич

• Степанов Анатолий Анатольевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Степанов Анатолий Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АППАРАТНО - ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА И ИНСТРУМЕНТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1.1 Первичные преобразователи (датчики)

1.2 Аппаратура и техника для автоматизации экспериментальных работ

1.3 Средства программирования

Выводы к главе

ГЛАВА 2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И КРИОГЕННОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ОДНОМЕРНОМ ПРОМЕРЗАНИИ ВО ВЛАЖНОМ ДИСПЕРСНОМ МАТЕРИАЛЕ

2.1. Градуировка барорезисторов по температуре

2.2. Градуировка барорезисторов по давлению

2.3. Описание автоматизированной установки

2.4. Программа для измерения температуры и давления с использованием термопар и полупроводниковых датчиков на основе моносульфида самария

2.5. Методика проведения и результаты эксперимента

Выводы к главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

3.1. Натурные испытания сосудов высокого давления с целью оценки влияния электрического воздействия на пластичность металла

3.2. Измерение скорости распространения трещины при хрупком

разрушении материалов в условиях низких температур

Выводы к главе

2

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С

НЕПРЕРЫВНОЙ РЕГИСТРАЦИЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

4.1 Мониторинг температурного режима грунтов при устройстве буронабивных свай в г. Якутске

4.2 Испытания зимнего чехла «Сахатент»

4.3 Мониторинг температуры тела пловца при заплыве через реку Лена.

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы динамического контроля температуры и температурозависимых величин при исследованиях объектов в условиях Крайнего Севера»

Актуальность работы

Суровые климатические условия Крайнего Севера накладывают дополнительные требования на эксплуатацию различного оборудования и сооружений. Для проведения исследований, связанных с изучением влияния таких условий на различные объекты, очень важное значение имеет динамический контроль температуры и температурозависимых величин. В настоящее время существует большое количество готовых методик и специализированных приборов, которые могут быть применены при проведении натурных исследований включающих в себя контроль данных параметров. Тем не менее, перед исследователями регулярно встают задачи, для решения которых эффективнее и зачастую дешевле применить нетривиальный подход.

Актуальнейшей задачей для Республики Саха (Якутия) является контроль температурного режима грунтов в условиях вечной мерзлоты, так как он напрямую влияет на устойчивость сооружений, возведенных на таком основании. Интенсивное строительство, освоение месторождений, прокладка магистральных нефте- и газопроводов - все это требует не только предварительных тщательных геокриологических исследований, но и пристального контроля температурного режима грунтов в процессе эксплуатации, так как устранение негативных последствии деградации вечномерзлых грунтов в основании несущих конструкций чреваты многомиллионными убытками. Кроме того, наличие сезонных факторов влияния, а также существенная тепловая инерция вечномерзлых грунтов подразумевает длительное многолетнее натурное наблюдение, а это в свою очередь накладывает особые требования к надежности и безотказности оборудования, его длительной автономности, необходимым объемам памяти для хранения большого массива данных. Примененные нами для этой цели

термологгеры iBDL (iButton Data Logger) в полной мере отвечают этим требованиям.

Еще одной задачей, возникающей при исследовании вечномерзлых грунтов, является измерение криогенного давления, возникающего при промерзании влажного грунта. Для измерения давления в грунте в общем случае используются либо косвенные методы, которые отслеживают изменение параметров, характеризующих состояние грунта, либо прямой метод — путем заложения в грунт датчиков. Основными недостатками косвенных методов являются небольшая точность и существенная инерция измерений, зависимость косвенных показателей, кроме давления, еще от ряда факторов (влажности, начальной плотности, вида грунта и т. п.). В данной работе в качестве чувствительного элемента для измерения прямым методом нами были выбраны полупроводниковые датчики локального давления на основе моносульфида самария - барорезисторы. Датчики такого типа обладают целым рядом преимуществ: небольшие размеры, хорошая чувствительность, хорошая точность благодаря индивидуальной градуировке.

В суровых климатических условиях Республики Саха (Якутия) особенную важность имеют исследования процессов разрушения при низких температурах. Разрушение металлических конструкций под воздействием низких климатических температур имеет катастрофические последствия. Наблюдаются более высокие скорости распространения трещины и ее микро и макроветвление, вследствие этого площадь дефекта значительно увеличивается. Последствия таких аварийных ситуаций (разрывы трубопроводов и емкостей, утечки газа, нефтепродуктов, воды, загрязнение окружающей среды) и их устранение весьма трудозатратно и дорого. Для проведения натурных исследований в данной области нами была разработана недорогая, легковоспроизводимая и надежная методика экспериментального

определения скорости трещины при хрупком разрушении материалов под воздействием низкой температуры.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью работы является разработка и совершенствование существующих методов динамического контроля температуры и температурозависимых величин при проведении натурных исследований объектов с использованием автоматизированных комплексов и полупроводниковых датчиков, проведение измерений температурных полей в замерзающих и оттаивающих грунтах, анализ влияния температуры на прочность материалов.

Задачи, которые были решены для достижения поставленной цели:

1. Разработка методик применения термологгеров iBDL при изучении различных процессов, требующих регистрации температуры в течение продолжительного времени без вмешательства оператора.

2. Построение автоматизированного комплекса и разработка метода для измерения криогенного давления с помощью полупроводниковых датчиков давления на основе моносульфида самария.

3. Разработка методики и автоматизация измерений скорости распространения трещины с использованием быстродействующей платы АЦП при низкой температуре.

Научная новизна работы

1. Получены новые экспериментальные данные по изучению изменения температурного поля грунта вблизи буронабивной сваи, полученные на основании проведенных наблюдений с помощью термологгеров.

2. Создана установка и разработан метод для измерения криогенного давления при одномерном промерзании во влажном дисперсном материале с помощью полупроводниковых датчиков давления на основе моносульфида самария.

3. Разработана программа для персонального компьютера, позволяющая измерять давление с помощью датчиков давления на основе моносульфида самария.

4. Экспериментально измерена скорость распространения трещины при разрушении полиметилметакрилата в условиях низких температур с использованием метода регистрации моментов разрыва токопроводящих полос.

Положения, выносимые на защиту

1. Метод измерения криогенного давления при одномерном промерзании во влажном дисперсном материале основанный на комбинированном использовании полупроводниковых барорезисторов на основе моносульфида самария и термопар.

2. Методика экспериментального определения скорости трещины при разрушении полиметилметакрилата, которую можно использовать и в случае стальных конструкций и емкостей в условиях низких температур.

3. Новые экспериментальные данные по изучению изменения температурного поля грунта вблизи буронабивной сваи, полученные на основании проведенных наблюдений с помощью термологгеров.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты работы были представлены автором и соавторами на 8 международных и всероссийской научно-технических конференциях: V Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата EURASTRENCOLD-2010 (Якутск, 2010), международная научно-техническая конференция «Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ» (Санкт-Петербург, 2010), ХШ Российская конференция по теплофизическим свойствам (Новосибирск, 2011), IX Международная научно-техническая конференция «Методы и средства измерения физических величин» -«Температура-2012» (Львов, Украина 2012), II Международная научно-

7

техническая конференция «Современные методы и средства исследования теплофизических свойств веществ» (Санкт-Петербург, 2012), Х-ая научно-техническая конференция, посвященная памяти профессора Н.С. Иванова «Современные проблемы теплофизики и теплоэнергетики в условиях Крайнего Севера» (Якутск, 2011), VI Евразийский международный симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2013), VIII Международная конференция «Проблемы промышленной теплотехники» (Киев, 2013).

По теме диссертации опубликовано 33 работы. Из них 6 в журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, а также получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Практическая значимость результатов работы

Термологгеры iBDL используемые в данной работе внедрялись при выполнении исследований для ООО НВЦ «Геотехнология» и Якутского государственного проектного научно - исследовательского института строительства в качестве датчиков для долговременного наблюдения температуры грунтов, а также для оценки эффективности теплоизолирующего тента производства ООО «Сахатент».

Результаты работы, касающиеся прочности стали при низких температурах, использовались ООО «Якутгазпроект» для анализа повреждений и разрушений газопроводов. Эти результаты были получены благодаря барорезисторам, которые были отградуированы на установках, созданных в ходе выполнения данной работы.

Методика измерения скорости распространения трещины, отработанная на образцах из полиметилметакрилата будет применена при измерениях на реальных стальных конструкциях.

Достоверность научных положений, полученных в диссертации

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием в экспериментах поверенной измерительной аппаратуры,

8

сравнением полученных результатов с данными других авторов, проведением натурных испытаний, критическим обсуждением результатов работы на научно-технических конференциях.

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное активное участие в разработке методик и программно - аппаратных решений, в проведении испытаний и экспериментов. Планирование работ, обсуждение результатов и подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами. Цель и задачи исследований в рамках диссертационной работы сформулированы совместно с научным руководителем работы В.А. Ивановым.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы, который включает 84 наименования. Общий объем составляет 120 страниц, работа содержит 53 рисунка и 5 таблиц.

В первой главе описываются аппаратно-программные средства и инструменты автоматизации натурных исследований и экспериментов, использованные датчики. Рассматриваются назначение, характеристики и способы использования. В конце главы описываются программные средства разработки, такие как Turbo Pascal и среда разработки приложений Turbo Delphi. Приводятся их возможности для реализации систем автоматизации физических экспериментов. Дана краткая характеристика, описание программных модулей КИС «АК-6,25», протоколов обмена и примеры применения.

Вторая глава посвящена автоматизированной установке для измерения температуры и криогенного давления при одномерном промерзании во влажном дисперсном материале. Описывается методика индивидуальной градуировки полупроводниковых датчиков на основе моносульфида самария (барорезисторов) по температуре и давлению. Приводятся схемы установок и результаты экспериментов.

Третья глава посвящена разработанным методикам исследования процессов хрупкого разрушения материалов при низких температурах. Описывается установка для проведения натурных испытаний сосудов высокого давления. Далее приводится разработанная методика определения скорости трещины в хрупких материалах при низких температурах, а также установка на основе быстродействующей платы сбора данных АЦП ЛА-н10М8-100 для проведения экспериментов по данной методике и примеры полученных результатов.

В четвертой главе описывается методика проведения натурных исследований с непрерывной регистрацией температуры исследуемых объектов на основе технологии iBDL (iButton Data Logger). Приводятся результаты проведенного мониторинга температурного режима грунтов при устройстве буронабивных свай в г. Якутске. Далее рассматриваются данные, полученные в ходе натурных испытаний зимнего автомобильного чехла «Сахатент». В конце главы приводятся результаты регистрации температуры тела пловца при заплыве через реку Лена.

ГЛАВА 1. АППАРАТНО - ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА И ИНСТРУМЕНТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ И

ЭКСПЕРИМЕНТОВ

При всем многообразии современного рынка измерительной и лабораторной аппаратуры, большинство этих средств труднодоступны для рядового исследователя. В то же время, вместо того, чтобы приобретать дорогостоящее и редкое узконаправленное оборудование, предназначенное для решения только одной конкретной экспериментальной и измерительной задачи, в условиях ограниченного финансирования научных исследований весьма разумным представляется подход, заключающийся в использовании универсальных измерительных систем и разработка на их базе экспериментальных установок, измерительных приборов и стендов натурных испытаний своими силами.

Ниже приводятся описания тех универсальных программно -аппаратных средств, которые были использованы нами в ходе выполнения данной работы.

1.1 Первичные преобразователи (датчики)

Первым звеном в измерительной цепочке является датчик -чувствительный элемент, реагирующий на изменение наблюдаемой характеристики или параметра.

В нашей работе основной фиксируемой характеристикой объектов исследования является их температура. Поэтому особое внимание мы уделяем датчикам температуры.

Термометры сопротивления и термопары

Основным измеряемым параметром в теплофизических экспериментах является температура. Для того чтобы преобразовать температуру в

11

электрический сигнал используется две разновидности датчиков: термометры сопротивления (ТС) и термопары.

При работе с термометрами сопротивления используют зависимость электросопротивления материалов от температуры [64]. Миниатюрный резистор, который является чувствительным элементом в ТС, обычно изготавливается из полупроводника или металла. Широко используются ТС из таких материалов как медь, платина и никель [17]. В данное время на рынке присутствует большое разнообразие форм, конструкций и размеров термометров сопротивления (рисунок 1).

Рисунок 1 - Различные типы ТС.

Термометры сопротивления, как правило, изготавливаются в виде пленки либо имеют защитную цилиндрическую оболочку выполненную из керамики или металла. Чувствительный элемент расположен внутри оболочки и представляет собой тончайшую проволоку, скрученную в спираль, что позволяет исключить натяжение [47]

Для того чтобы измерить сопротивление ТС используются различные (2-х, 3-х и 4-х проводные) схемы подключения.

Рисунок 2 - Различные схемы подключения ТС: 2-х проводная (а), 3-х проводная (б) и 4-х проводная (в).

При использовании 2-х проводной схемы подключения термометра сопротивления необходимо учитывать сопротивление подводящих проводов Ял и (рисунок 2,а). Сопротивлением проводов можно пренебречь, если оно значительно меньше сопротивления терморезистора.

При использовании 3-х проводной схемы подключения термометра сопротивления (рисунок 2,б) измеряются два значения напряжения и и и2, при этом провода должны быть подобраны так, чтобы выполнялось равенство Ял = Я2 =Яз .

Используя наиболее точную, 4-х проводную схему (рисунок 2,в), предполагают, что измерительный канал имеет сопротивление намного большее, чем сопротивление терморезистора (в большинстве случаев это утверждение верно).

В мостовой схеме подключения (рисунок 3) ТС выступает в роли одного из элементов моста. Если меняется его сопротивление, то баланс моста нарушается и между точками 1 и 2 возникает разность потенциалов

О -I

2

о -I

Рисунок 3 - Схема подключения мостом

Применяя все эти схемы подключения необходимо также использовать образцовое сопротивление, чтобы измерять напряжение на нем и знать величину тока в цепи. Таким образом, сокращается доступное количество измеряемых точек, так как дополнительный канал измерения оказывается занят образцовым сопротивлением.

Также термометры сопротивления в защитной оболочке характеризуются большой тепловой инерцией [12], что затрудняет их использование при наблюдениях за быстро развивающимися процессами.

Термопары обладают несомненными преимуществами при работе с измерительными системами. Будучи простыми в изготовлении и монтаже, они являются надежными в работе, обеспечивают необходимую точность (0,01 К) [63] и характеризуются малой инерционностью (сотые доли секунды) измерений.

В основе принципа действия термопары лежит термоэлектрический эффект Зеебека. Эффект заключается в появлении ЭДС при возникновении разницы температур в двухсоставном проводнике, причем ЭДС пропорциональна этой разнице температур. Термопары различают на обыкновенные и дифференциальные. Обыкновенные термопары имеют один рабочий спай и измерение температуры происходит относительно

температуры разьема, к которому они подключаются. При использовании дифференциальных термопар, имеющих два спая, происходит измерение разницы температур между этими двумя спаями (одним рабочим и одним опорным). Основные характеристики термопар описываются ГОСТами: ГОСТ 6616-94 «Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия» и ГОСТ 3044-84 «Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования» [16, 15].

Рисунок 4 - Обыкновенная хромель-алюмелевая термопара.

Широкое распространение получили хромель-алюмелевые, медь-константановые и хромель-копелевые термопары [24, 30].

При использовании обыкновенных термопар для того, чтобы учесть температуру разъема применяют схему подключения термопар с компенсацией (рисунок 5). Используя такую схему, термопары подключают к измерительной системе через термостатированный блок, температуру которого измеряют образцовым термометром сопротивления, подключаемым по 4-х проводной схеме.

Рисунок 5 - Схема включения термопар с компенсацией.

Для того чтобы избежать дополнительных погрешностей, при определении температуры в термостатированном блоке, применяется схема подключения термопары с помещенным в сосуд Дьюара холодным спаем. В сосуде при этом находится тающий лед.

Индивидуальная градуировка термодатчиков может еще больше повысить точность измерения. В нашей лаборатории для этих целей был разработан низкотемпературный криостат КТЛТ (рисунок 6).

Данный криостат представляет собой сосуд Дьюара цилиндрической формы, внутри которого (рисунок 7) помещается измерительная ячейка изготовленная из меди (рисунок 8). Ячейка оборудована нагревателем представляющим собой обмотку на которую подается напряжение. Три последовательно расположенных столбика сопротивления теплоизолируют верхнюю часть сосуда. Подключение к измерительной системе реализуется через интерфейсный вывод, которым оснащена установка. В ячейке располагаются датчики, требующие градуировки, и образцовый термометр сопротивления.

Рисунок 6 - Криостат КТЛТ.

Рисунок 7 - Схематичное изображение криостата в разрезе

Рисунок 8 - Ячейка, в которую помещаются датчики для градуировки

Измерительная программа в автоматическом режиме управляет измерениями на криостате. В ходе градуировки КИС "АК-6.25" выводит ячейку криостата с находящимися в ней термодатчиками и образцовым термометром на заданную оператором температуру и выполняет измерения. Затем измеренные сопротивления датчиков, равновесная температура ячейки, термоЭДС термопар записываются в файл. После записи "АК-6.25" через заданный температурный шаг выводит ячейку на следующую температуру. Начальные условия эксперимента (температурные шаги, диапазоны температур, количество измерений на каждом шаге) задаются при запуске программы оператором.

Произведя, таким образом, цикл измерений, оператор проводит обработку полученных данных и присваивает свой градуировочный полином каждой термопаре и датчику.

Полупроводниковые цифровые датчики температуры.

Известно, что в биполярных транзисторах и диодах существует температурная зависимость параметров полупроводникового p-n перехода. Так, если соединить генератор постоянного тока с прямосмещенным переходом, то выходное напряжение генератора будет прямо пропорционально зависеть от температуры.

Полупроводниковые датчики серии DS производства Maxim Integrated имеют встроенную схему преобразования сигнала в цифровую форму. В этой патентованной схеме используется 2 генератора частоты с различными температурными коэффициентами, при этом они настроены на одну температурную точку. Разность между количеством выработанных одним и другим генераторами импульсов за единицу времени является исходным значением для определения соответствия цифрового кода и измеряемой температуры. Все нелинейности во всем диапазоне температур корректируются при помощи накопительного сумматора, который входит в функциональное ядро. Благодаря этому дополнительная подстройка или использование АЦП не требуется. Из-за того, что чувствительный элемент и схема преобразования сигнала находятся на одном кристалле, погрешность измеряемой температуры подобных датчиков достаточно мала и составляет от 0,5 до 2°С. Кроме того, при считывании дополнительных регистров и их арифметической обработке, можно достичь высокого разрешения с ценой младшего разряда 0,0625°C, как это реализовано в цифровых датчиках температуры ds18b20 в диапазоне от -55 до +125°C.

Многие датчики с цифровым выходным сигналом могут быть использованы в качестве термостатов с пользовательской регулировкой контрольных точек с гистерезисом. Встроенная энергонезависимая EEPROM память сохраняет максимальные и минимальные пределы, заданные пользователем, превышение которых приводит к включению логических выходов микросхемы. Третий логический выход будет оставаться открытым до снижения температуры до низкого уровня (программируемый гистерезис). Термодатчики выдают информацию о параметрах температуры в виде 9-, 10-, 11-, или 12-битного кода.

Некоторые микросхемы датчиков температуры имеют несколько адресных выводов, благодаря чему к шине может быть подключено до 16 различных устройств. Обмен данными (чтение/запись) может производиться

19

по различным интерфейсам: однопроводному 1-Wire, двухпроводному 2-Wire, SPI, трехпроводному и др.

Температурные логгеры iBDL на основе цифровых полупроводниковых датчиков.

Аббревиатура iBDL расшифровывается как iButton Data Loggers и обозначает семейство регистраторов (логгеров), серийно выпускаемых американской компанией Maxim Semiconductors. Они предназначены для мониторинга температуры и влажности [82].

Логгер iBDL представляет собой уникальный миниатюрный прибор, являющийся полностью автономным и защищенным одноканальным электронным самописцем. Герметичный стальной корпус MicroCAN весом 3,3 г и диаметром 17 мм включает в себя энергонезависимую память, часы реального времени, полупроводниковый температурный датчик, литиевый источник питания и микропроцессор [80] (рисунок 9).

Рисунок 9 - Логгер iBDL.

Чувствительным элементом является цифровой температурный датчик из семейства DS прямого преобразования в цифровой код. В нем используются два генератора частоты с различными температурными коэффициентами. Исходным значением для определения температуры является разность между количеством выработанных генераторами импульсов за единицу времени. Таким образом, имея в составе ядра накопительный сумматор, корректирующий нелинейности на всем диапазоне

температур, дальнейшее преобразование не требует использования АЦП. После произведения преобразования производится проверка выхода значения температуры за заданный диапазон Твыс, и Тниз. По результатам сравнения в памяти прибора может быть выставлен сигнальный флажок.

Самописцы iBDL обладают степенью защиты от влаги и пыли IP56. Это позволяет использовать данные устройства в различных средах без дополнительной изоляции.

Особым преимуществом технологии iBDL является поддержка интерфейса 1-Wire, позволяющего объединять множество устройств в простую единую сеть. Данный интерфейс был разработан фирмой Dallas Semicondudtors в конце 90-х годов. Основой архитектуры 1-Wire-сетей является топология общей шины, когда каждый из абонентов подключён непосредственно к единой магистрали, без каких-либо каскадных соединений или ветвлений. При этом в качестве базовой используется структура сети с одним ведущим или мастером и

многочисленными ведомыми абонентами. 1-Wire-магистраль состоит из шины данных (DATA) и возвратной шины (RET). Ограничение максимальной протяжённости кабеля 1-Wire-магистрали регламентировано разработчиками на уровне 300 м [77].

Основой информационных ресурсов электронной схемы всех регистраторов семейства iBDL является память различного назначения. Ее структура включает [72]:

- 64-битное идентификационное ПЗУ регистрационного номера, питающееся паразитно от средства обслуживания, что позволяет идентифицировать любой регистратор iBDL на 1-Wire-магистрали даже в случае отказа источника энергии, входящего в состав его конструкции.

- 256-битную промежуточную блокнотную память, являющуюся

предварительным тестовым буфером. Все данные при обмене

записываются вначале в него, и лишь после проверки их достоверности, с

21

помощью встроенного CRC-генератора, переписываются уже в рабочие области памяти устройства. Данная процедура гарантирует правильность передачи данных во время информационного обмена при различных аварийных ситуациях, например, при обрыве шины данных.

- 4096 бит (512 байт (символов)) дополнительной энергонезависимой памяти, доступной для чтения/записи. Именно в эту пользовательскую память может быть записана в текстовом виде любая служебная описательная информация, связанная с характеристикой контролируемого процесса или с особенностями контрольной точки, в которой помещен регистратор. Эта информация при необходимости может быть оперативно изменена пользователем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степанов Анатолий Анатольевич, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автоматизация натурных испытаний труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, З. Е. Петров и др. // X Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современных наук - 2014», Секция «Современные информационные технологии». Перемышль. 2014. С. 3-12.

2. Авторское свидетельство 1717946 СССР МКИЗ G0 1B7/16, 7/18. Тензорезистор / В. В. Каминский, Н. М. Володин, Ю. М. Сосов, В. А. Иванов // Заяв. 11.07.89; Опубл. 08.04.91.

3. Алексеев А. А.. Методика исследования ветвления трещины при низкотемпературных натурных испытаниях / А. А. Алексеев, К. Н. Большев, В. А. Иванов // Заводская лаборатория, № 10, 2006. С. 39-42.

4. Алексеев А.А., Сыромятникова А.С., Большев К.Н. Разрушение твердых тел при быстром распространении и ветвлении трещин. Саарбрюккен: Lambert Academic Publishing, 2013.

5. Баранов Ю.В. Эффект А.Ф.Иоффе на металлах. Москва: МГИУ, 2005.

6. Бедий И.Н. Кинетика быстрых трещин и ветвление: автореф. дис. канд. техн. наук:01.02.06. / И.Н. Бедий. Киев: ИПП АН УССР, 1990. 17 с.

7. Большев К.Н. Методы и автоматизированные измерительные комплексыдля проведения теплофизического эксперимента: Дис. канд. тех. наук / Константин Николаевич Большев. СПб: НИУ ИТМО, 2011. 103 с.

8. Быстродействующая плата аналого-цифрового преобразования для IBM PC/AT-совместимых компьютеров ЛА-н10м8PCI-100. Руководство по эксплуатации (Техническое описание и руководство пользователя). Москва: ЗАО "Руднев-Шиляев", 2002.

9. Ветвление трещины при разрушении цилиндрических оболочек из

углеродистой стали внутренним давлением / А. А. Алексеев, К. Н. Большев, В. А. Иванов и др. // Деформация и разрушение материалов, № 12, 2008. С. 33-39.

10. Гаврильев Р. И. Лабораторные методы определения тепловых свойств мерзлых, промерзающих-протаивающих почв и горных пород: Автореф. дис. канд. техн. наук / Рев Иванович Гаврильев. Якутск: ЯГУ, 1972. 19 с.

11. Гавриш Ю.Е. Теплофизика строительных процессов в условиях вечномерзлых грунтов / Ю.Е. Гавриш. Л.: Стройиздат, 1983. 96 с.

12. Геращенко О. А. Температурные измерения / О. А. Геращенко, А. Н. Гордов, А. К. Еремина. Киев: Наукова Думка, 1989. 704 с.

13. Гныря А.И. Технология бетонных работ в зимних условиях / А.И. Гныря. Томск: ТГУ, 1984 г. 280 с.

14. Голицына О. Л. Языки программирования / О. Л. Голицына, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. Москва: Инфра-М, 2008. 400 с.

15. ГОСТ 3044-84. Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования. Москва: Издательство стандартов, 1985. 27 с.

16. ГОСТ 6616-94 Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия. Москва: Изд-во стандартов, 1999. 12 с.

17. ГОСТ 6651-2009 ГСИ. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний. Москва: Стандартинформ, 2011.

18. Дайчик М.Л. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник / М. Л. Дайчик и др. М.: Машиностроение, 1989. 240 с.

19. Датчик давления АИР-20/М2 [Электронный ресурс]. URL: http:// www.elemer.ru/production/pressure/air_20.php (дата обращения: 10.10.2014).

20. Динамическая стохастичность и скейлинг при распространении

трещины / О.Б. Найнмарк, В.А. Баранников, М.М. Давыдова и др. // Письма в ЖТФ, Т. 26, № 6, 2000. С. 67-77.

21. Ершов В. Д. Экспериментальные исследования особенностей влагопереноса и льдонакопления в мерзлых породах под действием различных движущих сил: Автореф. дис. канд. геол.- минер. наук / В. Д. Ершов. Москва. 1986. 19 с.

22. Зуев Л.Б. Д.В.И..Ф.Р.А..К.Н.В. О вариациях механических характеристик металлов при действии электрического потенциала // Металлы, №. 4, 2010. pp. 39-45.

23. Иванов В. А. Применение компьютерных технологий в автоматизации экспериментальных исследований и промышленных процессов / В. А. Иванов, К. Н. Большев, А. А. Степанов // Труды VIII Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники». Киев. 2013.

24. Измерения в промышленности: Справ. / Под ред. П. Профоса. М.: Металлургия, 1990. 344 с.

25. Испытание полноразмерных сосудов из стали 14Х2ГМР при отрицательных температурах. Бюлеетень НТИ / В. П. Ларионов, Р. С. Григорьев, Т. С. Сосин и др. Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1975. 1117 с.

26. Испытания при низких температурах опытного сосуда, упрочненного «межкритической нормализацией» / А. В. Лыглаев, С. В. Егорова, В. И. Кирьян и др. // Автоматическая сварка., № 9-10, 1992. С. 44-47.

27. Каржавин А.В. Возможности кабельных микротермопар / А. В. Каржавин, В. А. Каржавин, В. А. Иванов // VI Евразийский международный симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Секция «Тепломассоперенос и термомеханика дисперсных сред». Якутск. 2013. С. 224 - 214.

28. Коваленко В. Современные индустриальные системы / В. Коваленко // Открытые системы, № 5, 1997. С. 38-42.

29. Концепция iBDL от НТЛ «Элин» [Электронный ресурс] URL: http:// www.elin.ru/iBDL/?topic=ibdl_elin (дата обращения: 25.03.2013).

30. Кунце Х.- И. Методы физических измерений / Х.- И. Кунце. Москва: Мир, 1989. 216 с.

31. Левин А.И. Автоматизация натурных испытаний труб и сосудов высокого давления и перспективы ее развития / А. И. Левин, З. Е. Петров, С. П. Федоров // В кн.: Испытания металлических материалов и конструкций при климатических низких температурах: Сб. научных трудов. Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1990. С. 18-21.

32. Левшина Е. С. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи / Е. С. Левшина, П. В. Новицкий. Ленинград: Энергоатомиздат, 1983. 320 с.

33. Лыглаев А. В. Методика низкотемпературных испытаний труб и сосудов давления / А. В. Лыглаев, Т. С. Сосин // В кн.: Испытания металлических материалов и конструкций при климатических низких температурах. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО АН СССР, 1990. С. 1-13.

34. Макаров В. И. Термосифоны в северном строительстве / В. И. Макаров. Новосибирск: Наука, 1985.

35. Машина испытательная универсальная Instron 1195 [Электронный ресурс]. URL: http://td-str.ru/file.aspx?id=12712 (дата обращения: 15.2.2014).

36. Методика исследования ветвления трещины при низкотемпературных натурных исследованиях / В. А. Иванов, К. Н. Большев, А. А. Алексеев, Н.Н. Степанов, В.В. Каминский // Научное приборостроение, Т. 20, № 2, 2010. С. 57-62.

37. Миронов С. А. Бетоны твердеющие на морозе / С. А. Миронов, А. В Лагойда. М.: Стройиздат, 1975. 264 с.

38. Натурные испытания магистральных труб и сосудов высокого давления / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Промышленная теплотехника, Т. 1, № 36, 2014. С. 80-90.

39. Натурные испытания труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, З. Е. Петров и др. // X Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современных наук -2014», Секция «Технические науки». Перемышль, Польша. 2014. С. 16-25.

40. Особенности применения полупроводниковых тензо- и барорезисторов на основе сульфида самария / В. В. Каминский, А. А. Молодых, Н.Н.Степанов, С.М. Соловьев, Н.М. Володин, В. А. Иванов // Научное приборостроение, Т. 21, № 2, 2011. С. 53-59.

41. Особенности свойств полупроводниковых тензо- и барорезисторов на основе сульфида самария / Каминский В.В., Соловьев С.М., Степанов Н.Н., Володин Н.М., Молодых А.А., Иванов В.А. // VI Международная научная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций» Материалы конференции ISBN 978-5-77410-1079-2. Оренбург. 2010. С. 261-269.

42. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: Расчет температурного режима буронабивных свай проектируемого жилого дома в квартале 69 (2-я очередь) в г. Якутске., ООО НВЦ "Геотехнология", Москва-Якутск, 2014.

43. Перминов О.Н.. Программирование на языке Паскаль. Москва: Радио и связь, 1988. 221 pp.

44. Петров З. Е. Построение систем автоматизации физического эксперимента: Дис. докт. техн. наук / Зим Егорович Петров. Якутск. 2001.

270 с.

45. Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режим / Е. С. Платунов. Ленинград: Энергия, 1973. 142 с.

46. Повышение пластичности конструкций из углеродистых сталей воздействием внешнего электрического поля при низких температурах / А.В. Бурнашев, А.М.Большаков, К.Н.Большев // Вестник СВФУ, Т. 11, № 2, 2014. С. 55-60.

47. Походун А.И. Экспериментальные методы исследований. Термометры сопротивлений.Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006.

48. Преобразователь сигналов тс и тп прецизионный «ТЕРКОН». Руководство по эксплуатации. Томск: Термекс, 2009.

49. Применение барорезисторов из моносульфида самария при проведении теплофизических экспериментов / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Вестник МАХ, № 3, 2014. С. 15-21.

50. Применение технологии IBDL для мониторинга температурного режима грунтов / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Приборы, № 6, 2013. С. 14-20.

51. Результаты мониторинга температурного режима грунтов фундамента стадиона «Триумф» / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Труды VIII Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники». Киев. 2013. С. 204-214.

52. Результаты мониторинга температурных полей в основании фундамента стадиона «Триумф», г. Якутск / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Вестник МАХ, № 1, 2014. С. 27-30.

53. Результаты натурных испытаний труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, З. Е. Петров и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т. 80, № 10, 2014. С. 53-56.

54. Св. о рег. прогр. ЭВМ № 2014617508 РФ. Программа для измерения температуры и давления с использованием термопар и полупроводниковых датчиков на основе моносульфида самария / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов // Опубл. 24.07.2014.

55. Сваи буронабивные - технология производств [Электронный ресурс] URL: http://svaisnab.ru/bored-piles/ (дата обращения: 15.10.2014).

56. Сергеев О.А. Метрологические основы теплофизических измерений / О. А. Сергеев. Москва: Изд-во стандартов, 1972. 156 с.

57. Серенсен С.В. Прочность пластмасс / Я. Немец, С.В. Серенсен, В.С. Стреляев. М.: Машиностроение, 1970. 335 с.

58. Система автоматизации натурных испытаний труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, З. Е. Петров и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т. 80, № 9, 2014. С. 67-71.

59. Система компьютерно - измерительная «АК 6.25», Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва. 1997. 14 с.

60. Система контроля и сбора данных АК-9.02, Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва. 2004. 10 с.

61. Спицын В.И., Троицкий О.А. Электропластическая деформация металлов. Москва: Наука, 1985. 160 с.

62. Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах / Под ред. Ю.Я. Велли, В.И. Докучаева, Н.Ф. Федорова. Л.: Стройиздат, 1977. 552 с.

63. Теплофизические измерения и приборы / Е. С. Платунов, С. Е. Буравой, В. В. Курепин и др. / под общ. ред. Е. С.Платунова. Ленинград: Машиностроение, 1986. 256 с.

64. Теплофизические измерения. Учебное пособие / Е. С. Платунов, И. В. Баранов, С. Е. Буравой и др. СПб: СПбГУНиПТ, 2010. 738 с.

65. Термопреобразователи ТСМУ-205-Н, ТСПУ-205-Н, ТХАУ-205-Н

[Электронный ресурс] URL: http://www.elemer.ru/production/temperature/ txxu/txxu_205n.php (дата обращения: 25.03.2013).

66. Термостат жидкостный низкотемпературный «КРИО-ВТ-05-01». Руководство по эксплуатации. Томск: Термекс, 2009.

67. Томпкинс У. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC / У. Томпкинс, У. Уэбстер. Москва: Мир, 1992. 592 с.

68. Уваров С.В. Экспериментальное исследование эффектов нелинейной динамики распространения трещин: Дис. канд. физ.-мат. наук/ С.В. Уваров. Пермь: ИМСС УрО РАН, 2000. 131 с.

69. Федорова Г.Д. Бетоны и их свойства для монолитных конструкций, возводимых в районах крайнего севера: автореф. дис. канд. техн. наук / Галина Дмитриевна Федорова. М. 1993. 26 с.

70. Хладостойкая сталь повышенной прочности 09ХГ2СЮЧ для сварных сосудов высокого давления / С. В. Егорова, А. В. Юрчишин, Е. Н. Солина и др. // Автоматическая сварка, № 9-10, 1992. С. 37-42.

71. Хладостойкость и прочность крупногабаритных тонкостенных элементов конструкций / А. В. Лыглаев, С. П. Федоров, А. И. Левин и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, Т. 64, № 6, 1998. С. 52-55.

72. Цифровые датчики температуры от Dallas Semiconductor/ А. Шитиков // Компоненты и технологии, No. 2,3, 2001.

73. Экспериментальное и теоретическое исследование динамической стохастичности и скейлинга при распространении трещины / О.Б. Найнмарк, М.М. Давыдова, О.А. Плехов, С.В. Уваров // Физическая мезомеханика, Т. 2, № 3, 1999. С. 47-58.

74. Электромеханический эффект в металлах / О.А.Троицкий, № 10, 1969.

С. 18-22.

75. Электропластическая деформация металла / О.А. Троицкий, А.Г. Розно // Физика твердого тела, Т. 12, № 1, 1970. С. 203-210.

76. Электропластический эффект в металлах / В.И. Спицын, О.А. Троицкий // Вестник АН СССР, № 11, 1974. С. 10-14.

77. 1-Wire [Электронный ресурс ] URL: http://www.elin.ru/1-Wire/ (дата обращения: 15.04.2014).

78. Fineberg J. Crack front waves in dynamic fracture / J. Fineberg, E. Sharon, G. Cohen // International Journal of Fracture, Vol. 119, 2003. pp. 247-261.

79. Fracture mechanisms during crack branching. Part 2. Steel / A. A. Alexeev, A. S. Syromyatnikova, V. A. Ivanov, K. N. Bolshev // World Applied Sciences Journal, Vol. 24, No. 4, 2013. pp. 421-428.

80. iButtonDataLoggers [Электронный ресурс] URL: http://www.elin.ru/ iBDL/?topic=whatis (дата обращения: 15.04.2014).

81. Ravi-Chandar K. An experimental investigation into dynamic fracture.III. On steady-state crack propagation and crack branching/ K. Ravi-Chandar, W.G. Knauss // International Journal of Fracture, No. 26, 1984. pp. 141-154.

82. Temperature and Humidity Data Logging [Электронныйресурс] URL: http://www.maximintegrated.com/products/ibutton/data-logging/ (дата обращения: 25.03.2013).

83. The results of the temperature field monitoring at the foundation of "triumph" stadium in Yakutsk, Russia / K. N. Bolshev, V. A. Ivanov, M. P. Lebedev, A. A. Stepanov, A. M. Timofeev // Journal of Engineering of Heilongjiang University. China., Vol. 5, No. 3, 2014. pp. 266-269.

84. Turbo Delphi Community [Электронный ресурс] URL: http:// www.turboexplorer.com/delphi (дата обращения: 29.03.2015).

Приложение 1.

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

ООО «Якутгазпроект»

677000, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Курашова, 46, офис 45, тел/факс 43~39~33> e-mail: [e-mail]

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Результаты научно-исследовательских работ коллектива авторов в составе с.н.с., к.т.н. Алексеева Анисия Анисиевича, с.н.с.. к.т.н., Иванова Василия Алексеевича, н.с., к.т.н. Большева Константина Николаевича, ведущего инженера Степанова Анатолия Анатолиевича Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН использовались для анализа причинно-следственных повреждений и разрушений газопроводов, сведения которых учитывались при проектировании объектов нефтяной и газовой промышленности.

Решения комплекса проблем промышленной безопасности на магистральных газопроводах, газораспределительных станциях в Республике Саха (Якутия) осуществляется с учетом анализа аварий, основанных на научно-исследовательские работы по натурным испытаниям вышеупомянутого коллектива авторов.

Генеральный директор

В. А. Харчик

Миронов С.А.

8{4112)2!9-444 доб.ЗОб

Открытое акционерное общество «Якутский Государственный проектным, научно-исследовательский

и HCl hi vi строительства» ОАО «Я к у т П М И И С»

677000.1. Якутск, v.l. Л ii-'p>Kiiiief(Oiо. 20, r/iji (8-<1 1 [-2) ¡5-22-У5, !■-until: YapnMs.tfn$0. ni

«05 »июня 2014 г. №01/387

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Результаты научно-исследовательских работ «Автоматизация установки ИТСМ-1» и $ Автоматизированный комплекс для измерения теплопроводности методом цилиндрического зонда постоянной мощности», проведенных в ИФ'П 1С СО РАН (научи 1>1 й руководитель, к.т.н., с.п.с. Иванов В.А,, исполнители к.т.п., п.с. Большей К.Н., ведущий инженер Степанов A.A.), внедрены в ОАО «ЯкугПНИИС».

Основные результаты работы: Автоматизирована и компьютеризирована установка ИТСМ-1, разработан метод измерения теплопроводности методом цилиндрического зонда постоянной мощности на начальной стадии разогрева, разработай соответствующий измерительный комплекс и произведена его апробация. С помощью автоматизированных установок произведены измерения теплопроводности строительных материалов

ТРАНСНЕФТЬ - ВОСТОК

Транснефть

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ .ТРАНСНЕФТЬ-ВОСТОК-

ул. Олимпийская, д. 14: г Братск, ж.р. Энергетик, Россия; 665734; тел.: [phone]; факс [phone]; www.vostoknefteprovod.nj

ОКПО 77644601: ОГРН 1063801003617; ИНН/КПП 3801079671/997150001

В ответ на Ваш устный запрос подтверждаем, что исследования теплофизических свойств грунтов, отобранных на линейной части МН ВСТО-1 в количестве 39 образцов, проводились в рамках договора №644/48-13 от 22.04.13г. между ООО «Транснефть-Восток» и ООО «ИФТПС-ГЕОДЕЗИЯ» сотрудниками отдела тепломассообмена ИФТПС СО РАН {научный руководитель к.т.н., с.н.с. Иванов В.А., исполнители к.т.н., н.с. Большев К.Н., ведущий инженер Степанов A.A.), с применением автоматизированных установок квазистационарного теплового режима и двухточечного зондирования.

В ходе исследований были определены:

- теплопроводность грунта в талом состоянии;

-теплопроводность грунта в мерзлом состоянии;

- объемная теплоемкость грунта в талом состоянии;

-температура замерзания-опаивания поровой влаги;

- влажность образцов.

Результаты исследований используются для мониторинга и прогнозирования ореола оттаивания и несущей способности грунтов на участках прокладки магистрального нефтепровода ВСТО-1.

Директору ИФТПС СО РАН

профессору

М.П. Лебедеву

На №.

от.

Уважаемый Михаил Петрович!

В .А. Бронников

УТВЕРЖДАЮ : Директор ООО НВЦ^Геотехнология» fix jf^b* Попенко Ф. Е..

_J?0 января .2014 г.

л,' 'ÜIIOV ii? * *. _

Акт внедрения.

Работа «Мониторинг температурного режима грунтов объекта «Строительство универсального спортивного комплекса» выполнена по договору № Т/10-01 в Институте физико-технических проблем Севера СО РАН (Научные руководители - д.т.н. зав. отделом Тимофеев A.M., к.т.н., с.н.с. Иванов В.А. Исполнители: к.т.н., н.с. Большев К.Н., вед. инженер Степанов A.A.) и внедрена в 2010 г., как результат законченной научно -исследовательской работы, на объекте ООО НВЦ «Геотехнология» крытый стадион «Триумф» г. Якутска.

Основные результаты работы: Разработана и апробирована методика мониторинга температурного режима грунтов, получены данные по мониторингу, позволяющие оценить влияние охлаждающих установок на распределение температуры по глубине грунта.

Работы по мониторингу продолжаются.

Экономический эффект внедрения составляет р. в год.

Председатель комиссии Габышев B.C. Члены комиссии: Быков М.А.

Р©€ШШЖАЖ ФЗДЮРАЩШШ

Ш ® $ $ Ш &

ш ш

й

ф

$ ш

ш

&

© т

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы для ЭВМ

№ 2014617508

§ш

Программа для измерения Температуры и давления с использованием терминир к полупроволтжовыч датчиков на основе моносульфида самария

Правообладателя: Большее Константин Николаевич (Яи), Иванов Василий Алексеевич (/?£/>, Степанов Анании ни Анатольевич

(Я1)

Авторы: Большее Константин Николаевич (101), Иванов Василий

-

Алексеевич (НС), Степанов Анатолий Анатольевич (НИ)

Заявкам- 2014615Ш Ля г а поступления 29 мая 2014 Г.

Дата государствекноК рст не грации б Реестре программ для ЭВМ 24 июля 2014 г.

Руководитель Федеральной службы по интепектуальшш сабетвмности

Б П. Симонов

------------------------------------------------.—.--.—~—-у. I

1