Расчет метрологических характеристик системы контроля pH смеси кислот и щелочей

The paper proposes a model of method to control a pH index of acid and alkali solution mixtures. This model is based on the measurement of the material amount in mixed solutions. It permits to calculate the required metrological characteristics of measuring channels.The calculation of admissible concentration and mass values of solutions to be mixed is given in the paper. The limits of admissible measurement error values are also calculated.It is shown that the proposed method that is to control a pH index is applicable for automation of technological neutralization processes of acids and alkalis contaminated by fine-disperse inclusions under conditions of industrial plants.В работе предложена модель метода контроля показателя pH смеси растворов кислот и щелочей, основанная на измерении количества вещества в смешиваемых растворах и позволяющая производить расчет требуемых метрологических характеристик измерительных каналов.Произведен расчет допустимых значений концентраций и масс смешиваемых растворов, а также пределов допустимых значений погрешностей их измерений.Показано, что предложенный метод контроля показателя pH применим для автоматизации технологических процессов нейтрализации загрязненных мелкодисперсными включениями кислот и щелочей в условиях промышленных предприятий

Peculiarities of Optoacoustic Excitation and Propagation of Plate Waves in Thin-Walled Оbjects

Increasing the efficiency of non-destructive control of lamellar materials with single and double-layer structure is an urgent scientific and technical task. The aim of the work was to investigate the peculiarities of excitation and reception of plate waves (PW) in single-layer and two-layer materials by pulsed laser radiation in relation to detection of cracks in them and estimation of layer thickness at one-sided sounding. A methodology has been developed and experimental studies of the influence of moving the area of laser generation of PW over the surface of dural samples relative to the crack simulator of different depth with the subsequent reception of the signal at a characteristic angle of inclination have been carried out. A significant change in the structure of the wave front at localization of the moving wave source zone in the vicinity of the crack simulator was found, accompanied by a change in the ratio of extreme values of amplitudes of the received asymmetric mode Aextr up to 14–15 dB. At receiving the symmetric s0 mode the value of Aextr does not exceed 3–4 dB. The interpretation of this effect is given. A method and scheme of thickness measurement of twolayer materials with metallized coating and non-metallic base (glass-textolite) is proposed and developed, where samples with copper coating and glass-textolite base of different thickness are used as an example. In this case, the velocity or propagation time of PW, between two small aperture (non-directional) transducers with an acoustic base of 43 mm, is used as an informative parameter. In this case, the estimated sensitivity of the measured circuit to changes in the thickness of the metal coating is of 0.5 μm, and the base – twice as much

Особенности оптоакустического возбуждения и распространения пластинчатых волн в тонкостенных объектах

Increasing the efficiency of non-destructive control of lamellar materials with single and double-layer structure is an urgent scientific and technical task. The aim of the work was to investigate the peculiarities of excitation and reception of plate waves (PW) in single-layer and two-layer materials by pulsed laser radiation in relation to detection of cracks in them and estimation of layer thickness at one-sided sounding. A methodology has been developed and experimental studies of the influence of moving the area of laser generation of PW over the surface of dural samples relative to the crack simulator of different depth with the subsequent reception of the signal at a characteristic angle of inclination have been carried out. A significant change in the structure of the wave front at localization of the moving wave source zone in the vicinity of the crack simulator was found, accompanied by a change in the ratio of extreme values of amplitudes of the received asymmetric mode Aextr up to 14–15 dB. At receiving the symmetric s0 mode the value of Aextr does not exceed 3–4 dB. The interpretation of this effect is given. A method and scheme of thickness measurement of twolayer materials with metallized coating and non-metallic base (glass-textolite) is proposed and developed, where samples with copper coating and glass-textolite base of different thickness are used as an example. In this case, the velocity or propagation time of PW, between two small aperture (non-directional) transducers with an acoustic base of 43 mm, is used as an informative parameter. In this case, the estimated sensitivity of the measured circuit to changes in the thickness of the metal coating is of 0.5 μm, and the base – twice as much.Повышение  эффективности   неразрушающего   контроля   пластинчатых   материалов с однослойной и двухслойной структурой является актуальной научно-технической задачей. Цель работы заключалась в исследовании особенностей возбуждения и приёма пластинчатых волн (ПВ) в однослойных и двухслойных материалах импульсным лазерным излучением (ЛИ) применительно к обнаружению в них трещин и оценки толщины слоёв при одностороннем прозвучивании. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования влияния перемещения области лазерной генерации ПВ по поверхности дюралевых образцов относительно имитатора трещины разной глубины с последующим приёмом сигнала под характерным углом наклоном βI  . Установлено существенное изменение структуры волнового фронта при локализации зоны движущегося источника волн в окрестности имитатора трещины, сопровождающееся изменением отношения экстремальных значений амплитуд принимаемой асимметричной моды Aextr  до 14–15 дБ. При приёме же симметричной s0 моды величина Aextr  не превышает 3–4 дБ. Дана трактовка этому эффекту. Предложена и разработана методика и схема толщинометрии двухслойных материалов с металлизированным покрытием и неметаллическим основанием (стеклотекстолит), где в  качестве  примера  использованы  образцы  с  медным  покрытием и основой из стеклотекстолита разной толщины. В данном случае в качестве информативного параметра используется скорость или время распространения ПВ, между двумя малоапертурными (ненаправленными) преобразователями. При этом оценённая чувствительность измеряемой схемы к изменению толщины металлического покрытия составляет 0,5 мкм, а основы – более чем в 2 раза хуже

Приборный ряд фотоэлектрических преобразователей на основе полупроводников с собственной фотопроводимостью

One of the ways to solve multiple problems of optical diagnostics is to use photovoltaic converters based on semiconductors with intrinsic photoconductivity slightly doped with deep impurities which form several energy levels with different charge states within the semiconductor′s bandgap. Peculiarities of physical processes of recharging these levels make it possible to construct photodetectors with different functionality based on a range of simple device structures.The aim of this work is to analyze peculiarities of conversion characteristics of single-element photovoltaic converters based on semiconductors with intrinsic photoconductivity, to systematize their properties and to represent structures of photovoltaic convertors as a device structures suitable for implementation in measurement transducers of optical diagnostics systems.Based on the analysis of the characteristics of the conversion characteristics of single-element photovoltaic converters based on semiconductors with intrinsic photoconductivity and the requirements for their design, a dash series of photovoltaic converters was developed for use in the measuring transducers of optical diagnostics systems. The possibility of constructing functional measuring transducers for multiparameter measurements of optical signals is shown.Одним из способов решения многообразных задач оптической диагностики является использование фотоэлектрических преобразователей на основе полупроводников с собственной фотопроводимостью, слабо легированных глубокими примесями, формирующими несколько уровней с разными зарядовыми состояниями в запрещённой зоне. Особенности физических процессов перезарядки этих уровней позволяют создавать фотоприёмники с различными функциональными возможностями на основе ряда простых приборных структур.Целью работы является анализ особенностей преобразовательных характеристик одноэлементных фотоэлектрических преобразователей на базе полупроводников с собственной фотопроводимостью, систематизация их свойств, и представление структур, представленных ФЭП в виде приборного ряда фотоэлектрических преобразователей для применения в измерительных преобразователях систем оптической диагностики.На основе анализа особенностей преобразовательных характеристик одноэлементных фотоэлектрических преобразователей на базе полупроводников с собственной фотопроводимостью и требований к их конструкции разработан приборный ряд фотоэлектрических преобразователей для применения в измерительных преобразователях систем оптической диагностики. Показана возможность построения функциональных измерительных преобразователей для многопараметрических измерений оптических сигналов

Зарядочувствительный метод исследования деформационных процессов

Surface charge can be used as an information parameter about the change in the state of the material under the action of mechanical stresses. The aim of the work was to develop methods for studying deformation processes in metallic and polymeric materials using a charge-sensitive method.Experimental studies of deformation processes under tensile, compressive and impact loads were carried out on samples of various materials: aluminum alloy of AMg2 grade, steel of grade 08PS, high-pressure polyethylene of grade 12203-250 and samples of composite materials based on it, F4 polytetrafluoroethylene. As a research method, the analysis of changes in the relative values of the surface electron work function in the case of metals and the surface electrostatic potential in the case of polymers and composite materials is used. A scanning modification of a charge-sensitive probe is used as a measuring instrument.The results of experimental studies of materials in a stress-strain state demonstrate the high efficiency of the proposed method. The research methodology makes it possible to detect local changes in the surface potential of the material in the area of deformations, which are not detected on a macroscopic scale using standard methods. The results obtained can serve as a basis for the development of new methods and techniques for studying the mechanical properties of both metals and dielectric materials. В качестве информационного параметра об изменении состояния материала под действием механических напряжений может быть использован поверхностный электростатический потенциал (заряд). Целью работы являлась отработка методик исследования деформационных процессов в металлических и полимерных материалах с использованием зарядочувствительного метода.Проведены экспериментальные исследования деформационных процессов при растягивающих, сжимающих и ударных нагрузках на образцах различных материалов: алюминиевый сплав марки АМг2, сталь марки 08ПС, полиэтилен высокого давления марки 12203-250 и образцы композиционных материалов на его основе, фторопласт-4. В качестве метода исследований использовался анализ изменений относительных значений работы выхода электрона поверхности в случае металлов и поверхностного электростатического потенциала в случае матричных и композиционных полимерных материалов. В качестве средств измерений использовалась сканирующая модификация зарядочувствительного зонда.Результаты экспериментальных исследований материалов в напряжённо-деформированном состоянии демонстрируют высокую эффективность предложенного метода. Методика исследований позволяет обнаруживать локальные изменения поверхностного потенциала материала в области действия деформаций, которые не обнаруживаются в макроскопическом масштабе с использованием стандартных методов. Полученные результаты могут служить базой для разработки новых методов и методик исследования механических свойств как металлов, так и диэлектрических материалов

АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОКОМПОЗИТНЫХ ПОЛИМЕРОВ МОДИФИЦИРОВАННЫМ ЗОНДОМ КЕЛЬВИНА

At present for analysis of the homogeneity of materials properties are becoming widely used various modifications of a scanning Kelvin probe. These methods allow mapping the spatial distribution of the electrostatic potential. Analysis of the electropotential profile is not sufficient to describe any specific physical parameters of the polymer nanocomposites. Therefore, we use an external energy impact, such as light. Purpose of paper is the modification of the Kelvin scanning probe and the conduct of experimental studies of the spatial distribution and response of the electrostatic potential of the actual polymer nanocomposites to the optical probing.Carried out the investigations on experimental Low density polyethylene composites. Carbon nanomaterials and nanoparticles of silicon dioxide or aluminum as fillers are used. As a result, maps of the spatial distribution of the electrostatic potential relative values and the surface photovoltage. Statistical analysis of the electrophysical and photoelectric properties homogeneity, depending on the component composition of the composites carried out. In addition, with reference to matrix polymers, the Kelvin scanning probe, in combination with the optical probing, made it possible to detect a piezoelectric effect. The latter, can used as a basis for the development of new methods for studying the mechanical properties of matrix polymers.В настоящее время для анализа однородности свойств материалов широкое распространение получают различные модификации сканирующего зонда Кельвина, позволяющие картировать пространственное распределение электростатического потенциала поверхности. В случае диэлектриков анализ однородности электропотенциального профиля не является достаточным для описания каких-либо конкретных физических параметров. Поэтому используется внешнее энергетическое воздействие, в частности оптическое излучение. Целью данной работы являлись модификация сканирующего зонда Кельвина и проведение экспериментальных исследований пространственного распределения электростатического потенциала актуальных композитных полимеров и его отклика на зондирующее воздействие оптическим излучение.Исследования выполнены на опытных образцах композитов на основе полиэтилена высокого давления, наполненных углеродным наноматериалом и наночастицами диоксида кремния или алюминия. В результате исследования получены карты пространственного распределения относительных значений электростатического потенциала и поверхностной фото-ЭДС. Проведен статистический анализ однородности электрофизических и фотоэлектрических свойств композитов в зависимости от их компонентного состава. Также применительно к матричным полимерам сканирующий зонд Кельвина в совокупности с оптическим зондированием позволил обнаружить пьезоэлектрический эффект. Последнее может быть использовано в качестве основы для разработки новых методов исследования механических свойств матричных полимеров

Применение метода дифракции рентгеновских лучей для изучения напряжённого состояния поверхности металла при статическом и ударном деформировании

Study of the stress field in a plastic imprint and around it is of great practical importance. Processes similar to indentation are used in shot blasting to harden the surface of materials and generate compressive stresses in the surface layers. The purpose of this work was to study the change in the stress-strain state in the area of the plastic imprint with increasing load, in the transition from small to large deformations, as well as to study the change in stress at different strain rates.X-ray diffraction method was used to study the field of residual stresses generated on the surface of a plastically deformed region – in the zone of an imprint formed when a spherical indenter is pressed into the metal. An analysis of the change in the stress distribution with increasing load in the range of plastic imprint depths of 10–60 µm for steels and aluminum was made. Influence of the loading rate on the change in the values of residual stresses under normal contact of colliding bodies was studied. It is shown that the stress distribution has a complex character with areas of compression and tension of the metal and is determined by the ratio of the indentation depth to its diameter.The obtained experimental data make it possible to determine the choice of optimal modes of shot blasting, including for increasing the endurance limit of products.Изучение поля напряжений в пластическом отпечатке и вокруг него имеет большое прикладное значение. Процессы, подобные вдавливанию индентора, используются при дробеструйной обработке для упрочнения поверхности материалов и генерации сжимающих напряжений в поверхностных слоях. Целью работы являлось изучение изменения напряжённо-деформированного состояния в области пластического отпечатка при увеличении нагрузки, при переходе от малых деформаций к большим, а также изменения напряжения при различных скоростях деформации.Методом дифракции рентгеновских лучей изучено поле остаточных напряжений, сгенерированных на поверхности пластически деформированной области – в зоне отпечатка, образующегося при вдавливании в металл сферического индентора. Проанализировано изменение распределения напряжений при увеличении нагрузки в диапазоне глубин пластического отпечатка 10–60 мкм для сталей и алюминия. Изучено влияние скорости нагружения, при нормальном контакте соударяющихся тел, на изменение значений остаточных напряжений. Показано, что распределение напряжений имеет сложный характер с областями сжатия и растяжения металла и определяется соотношением глубины отпечатка к его диаметру.Полученные экспериментальные данные позволяют определять выбор оптимальных режимов дробеструйной обработки, в том числе для повышения предела выносливости изделий

Определение типа и концентрации растворов электролитов на основе анализа потенциодинамических кривых

The paper shows the results of experimental investigation of non-stable regimes of excitation of electrode system of conductivity measuring cell. The analysis of experimental data based on existing theory of electrode processes has been made. The interpretation of non-conventional results concerning the dependence of conductivity measuring cell current on voltage excitation has been given. It has been shown that with certain parameters of excitation potentiodynamic curves significantly differ for various types of solutions (in particular for acid and alkali media) that makes it possible to use the regime of analysis of these curves for determination of type and concentration of a solution. Operational diagram of the device using the detected effect is given in the paper.Рассмотрены результаты экспериментального исследования неустановившихся режимов возбуждения электродной системы кондуктометрической ячейки. Приведен анализ экспериментальных данных на основе существующей теории электродных процессов. Предложена трактовка результатов, отклоняющихся от канонической закономерности зависимости тока кондуктометрической ячейки от напряжения возбуждения. Показано, что при определенных параметрах возбуждения потенциодинамические кривые существенно различаются для растворов различных типов (в частности, для кислотных и щелочных сред), что позволяет использовать режим анализа данных кривых для определения типа и концентрации раствора. Приведена функциональная схема устройства, использующего обнаруженный эффект

РЕЖИМ САМОКАЛИБРОВКИ ЗОНДА КЕЛЬВИНА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН

Improvement of repeatability and reliability of semiconductor wafers properties monitoring with a probe charge-sensitive methods is achieved by realization of Kelvin probe self-calibration mode using a wafer’s surface itself as a reference sample. Results of wafer surface scanning are visualized in the form of parameter distribution color map. A method of measurements based on Kelvin probe self-calibration mode is realized in a measurement installation for non-destructive non-contact monitoring of semiconductor wafer defects. Method can be used to define defects’ physical properties including minority carrier diffusion length and lifetime, trapped charge density and energy distribution etc.Повышение воспроизводимости и достоверности результатов контроля электрофизических параметров полупроводниковых пластин зондовыми зарядочувствительными методами обеспечивается в работе за счет реализации режима самокалибровки зонда Кельвина, при котором в качестве образца для калибровки используется поверхность самой контролируемой пластины. Измерения выполняются в сканирующем режиме с визуализацией результатов контроля в виде цветной карты распределения контролируемого параметра. Методика измерений, основанная на использовании режима самокалибровки зонда Кельвина, реализована в конструкции измерительной установки, обеспечивающей бесконтактный неразрушающий контроль и визуализацию дефектов полупроводниковых пластин и определение их основных электрофизических параметров, таких как длина диффузии и время жизни неравновесных носителей заряда, плотность и энергетический спектр заряда на ловушках и некоторых других.