Рассмотрены координатно-временны́е измерения как один из распространенных видов измерений в различных системах радионавигации и радиолокации в области геодезии и радиосвязи. Показано, что увеличение числа координатно-временны́х средств измерений, а также возросший уровень требований к точности определений координат потребителя обусловили актуальность разработки Государственного первичного специального эталона координат местоположения. Представлен состав разработанного во ВНИИФТРИ Государственного первичного специального эталона координат местоположения ГЭТ 218-2022, который позволит обеспечить единство измерений координат и азимута, спутниковой геодезической и навигационной аппаратуры, использующей сигналы глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo, BeiDou и наземных дополнений. Исследованы метрологические характеристики ГЭТ 218-2022 в части хранения абсолютных координат, воспроизведения/измерения беззапросной дальности по фазам дальномерного кода и несущей частоты, воспроизведения координат потребителя глобальных навигационных спутниковых систем, измерения приращений координат в системы координат. Результаты исследований метрологических характеристик ГЭТ 218-2022 в части хранения абсолютных координат и измерений приращений координат потребителя показали сопоставимый уровень точности с характеристиками международной системы ITRS. С применением ГЭТ 218-2022 можно проводить испытания таких перспективных средств измерений, как высокоточные беззапросные измерительные системы, прецизионные приёмники глобальных навигационных спутниковых систем в режиме абсолютных/относительных фазовых измерений.

Разработана методика построения единого фундаментального уравнения состояния индивидуального вещества для широкого диапазона параметров состояния. Методика базируется на гипотезе Бенедека и методе псевдокритических точек, в основе которых лежит утверждение о том, что изохорная и изобарная теплоёмкости, коэффициент изотермической сжимаемости и скорость звука в окрестности критической точки на критической и некритических изохорах описываются степенны́ми зависимостями с одними и теми же критическими индексами. Создано единое фундаментальное уравнение состояния аргона, которое удовлетворяет требованиям теории скейлинга критических явлений, переходит в вириальное уравнение состояния в области газа, удовлетворительно передаёт опытные данные о плотности, изохорной и изобарной теплоёмкостях и скорости звука в пределах неопределённости исходных экспериментальных данных в однофазной области в широком интервале температур и давлений, на линии фазового равновесия в диапазоне от тройной точки и до критической точки и в околокритической области. На основе единого фундаментального уравнения состояния разработаны и аттестованы таблицы стандартных справочных данных аргона в диапазоне температур 83,806–1200 К и давлений 0,1–1000 МПа и выполнена статистическая оценка точности таблиц.

Рассмотрены контрольные карты – важный инструмент статистического управления процессами, необходимый для обеспечения качества изготавливаемых изделий. Показано, что существующие стандарты описывают построение контрольных карт по измерениям показателя качества, распределённого нормально. Установлено, что в ряде технологических процессов показатель качества имеет распределение в виде двухпараметрического обобщения закона Рэлея, характерное, в частности, для диаметров деталей с наружными и внутренними цилиндрическими поверхностями при определённых способах базирования и обработки. Решена задача построения контрольных карт Шухарта для слежения за технологическим разбросом и уровнем настройки подобных процессов. Решение указанной задачи основано на результатах исследований оценок параметров процесса, полученных в предыдущих работах авторов настоящей статьи. Представлены значения квантилей распределений статистик и других коэффициентов, используемых для построения контрольных карт. Приведён пример построения контрольных карт. Полученные результаты можно применять при мониторинге и обеспечении качества производственных процессов в дополнение к статистическим методам, разработанным для процессов с нормальным распределением и описанным в действующих стандартах.

Рассмотрена возникающая при калибровке/поверке проблема несовпадения диапазонов измерений энергии лазерного излучения Государственного вторичного эталона единицы энергии 2.1.ZZA.0095.2017 и калибруемых средств измерений малых уровней энергии лазерного пучка – джоульметров. Предложен метод расширения диапазона измерений энергии лазерного излучения вторичного эталона при калибровке и поверке лазерных джоульметров. Расширенный диапазон значений энергий лазерного пучка составил 1·10^–9–5·10^–1 Дж. Метрологическая прослеживаемость измерений от джоульметров к вторичному эталону достигнута путём двухступенчатого ослабления излучения источника из состава эталона. Первая ступень ослабления представляет собой набор нейтральных фильтров, вторая – интегрирующую сферу. Метод расширения диапазона измерений энергии вторичного эталона заключается в разбиении алгоритма его работы на два основных режима: аттестация эталона и калибровка/поверка джоульметров. Основные режимы состоят из четырёх этапов. На каждом этапе вторичный эталон аттестуется, а джоульметры калибруются/поверяются в одном из четырёх раздельных диапазонов, попарно перекрывающихся приблизительно в одном порядке энергий лазерного излучения, в совокупности охватывающих требуемый диапазон. Разработана функциональная схема усовершенствованного вторичного эталона единицы энергии, реализующего предложенный метод. Подробно рассмотрены режимы работы усовершенствованного вторичного эталона в расширенном диапазоне измеряемых энергий. Получены расчётные соотношения, подтверждающие реализуемость метода.

Рассмотрены регламентированные действующими стандартами методы измерения расходимости пучка и диаметра эквивалентного круга в сечении пучка лазерного излучения. Показаны источники погрешности измерения распределения плотности мощности в сечении пучка лазерного излучения. Основной источник погрешности заключается в том, что при расчёте диаметра пятна распределения плотности мощности в сечении пучка лазерного излучения учитывается только часть площади распределения плотности мощности и измеряемое распределение плотности мощности не соответствует нормальному закону распределения, на котором основаны рекомендации стандарта. Предложен метод обработки результатов измерений теневым методом диаметра эквивалентного круга в распределении плотности мощности в сечении пучка лазерного излучения. Рассматриваемый метод основан на применении обобщённых параметров. Описана экспериментальная измерительная установка, которую можно использовать для контроля расходимости пучка излучения и диаметра эквивалентного круга в сечении лазерного пучка при серийном производстве лазеров. Представлены результаты обработки измерений расходимости пучка излучения серийного лазера предложенным методом. Рассчитано расхождение результатов измерений распределений плотности мощности теневым методом и методом сканирования щелью согласно рекомендациям действующего стандарта. Расхождение достигает 60 % в зависимости от формы измеряемого распределения плотности мощности. Предложенный метод обработки результатов измерений не требует сложного оборудования, имеет высокую чувствительность и пригоден для измерения распределения плотности мощности других источников излучения.

Рассмотрены вопросы повышения точности лидарных измерений концентрации молекул водорода в атмосфере. Выполнено компьютерное моделирование лидарного уравнения для дифференциального поглощения и рассеяния молекулами водорода при вертикальном зондировании атмосферы на высоту не более 1500 м, при моделировании учтены соотношения полуширин линий генерации лазеров и аппаратной функции лидара. Приведена оптическая схема лидара дифференциального поглощения и рассеяния с двух волновым лазерным излучателем, одна длина волны излучения которого совпадает с максимумом полосы поглощения исследуемой молекулы, а другая находится вне этой полосы. С применением компьютерного моделирования показано, что относительная погрешность измерения лидарного сигнала дифференциального поглощения и рассеяния при зондировании молекул водорода в атмосфере резко уменьшается на расстоянии зондирования менее 50 м. На расстоянии зондирования более 800 м относительная погрешность остаётся практически неизменной и не превышает 0,02. Полученные результаты можно использовать для разработки лидаров дифференциального поглощения и рассеяния для зондирования молекул водорода в атмосфере.

Рассмотрены вопросы формирования и хранения шкал времени. Периодичность внутригруппового контроля хода водородных стандартов является одним из факторов, влияющих на надёжность формирования шкалы времени. Предложен алгоритм формирования аналитической и физической шкал времени группы водородных стандартов времени и частоты, основанный на повышении оперативности внутригруппового контроля хода водородных стандартов. При использовании этого алгоритма время, необходимое для выявления и последующей компенсации вариаций хода отдельных водородных стандартов, сокращается с одних суток до нескольких минут. Сформированная в соответствии с предложенным алгоритмом аналитическая групповая шкала времени даёт детальное представление о вариациях хода отдельных водородных стандартов в течение суток. Показано, что в нестабильность физической шкалы времени вносят основной вклад как вариации хода отдельных водородных стандартов, так и погрешности средств измерений интервалов времени. На Государственном первичном эталоне единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2022 экспериментально подтверждено, что в результате изменения периодичности группового контроля в соответствии с разработанным алгоритмом уменьшается нестабильность формируемой шкалы времени в интервалах времени измерения более 1 ч.

Новое определение килограмма в Международной системе единиц связанно с фиксированием значения постоянной Планка. Новое определение килограмма практически реализуется компарированием механической и электрической мощностей в ватт-весах. Одним из основных узлов ватт-весов является катушка с током, движущаяся в постоянном однородном магнитном поле. Параметры движения катушки влияют на точность работы ватт-весов. Катушка должна двигаться строго вертикально без дополнительных движений, в том числе без поворотов относительно корпуса ватт-весов. Для обеспечения вертикального движения катушки ватт-весов в качестве направляющей предложена ирисовая пружина. Ирисовые пружины характеризуются малой продольной жёсткостью при значительной жёсткости в поперечных направлениях. Развит модельный подход, при котором реальная ирисовая пружина из-за сложной геометрической формы заменена моделью, сохраняющей основные свойства исходной ирисовой пружины. Предложена и исследована модель лепестка ирисовой пружины в форме прямоугольной пластины с соответствующими уравнениями теории тонких пластин. При заданных деформациях (высоте изгиба) лепестка ирисовой пружины вычислены силы, действующие на лепесток. В режиме взвешивания пружина практически не деформирована, а её воздействие на катушку с током составляет приблизительно 10^–6 Н. Вычислены углы поворота внутреннего кольца пружины для заданного набора высот. Рассмотренный подход к конструкции ирисовой пружины можно применить при разработке и создании ватт-весов в Российской Федерации.

Дан краткий обзор бесконтактных методов измерений вязкости жидкостей. Показано, что для измерений высокой (более 10 Па·с) вязкости целесообразно использовать импульсный аэрогидродинамический метод. Изложена суть метода, заключающаяся в деформации поверхности контролируемой жидкости струёй газа и определении вязкости по времени достижения заданной степени деформации с момента подачи струи. Теоретически получены две модели и две функции измерений вязкости импульсным аэрогидродинамическим методом и оценен нижний предел измерений вязкости. Экспериментально исследованы две модели измерений вязкости при углах аэродинамического воздействия 20° и 50° с компенсацией и без компенсации переходного процесса в момент открытия электромагнитного клапана. Установлено, что для определения вязкости по времени достижения заданной степени деформации поверхности жидкости целесообразно применять линейную функцию измерений, не компенсировать переходный процесс в пневмосистеме и использовать аэродинамическое воздействие под углом 20–30° к поверхности жидкости. Экспериментально доказано, что в диапазоне 0,5–100 Па·с относительная погрешность измерений вязкости не превышает 3 %. Результаты актуальны для повышения оперативности измерений вязкости жидкостей в машиностроении, лакокрасочной, пищевой, химической, электротехнической и нефтяной промышленности.

Рассмотрено влияние эффекта теплообмена между внешней средой и воздухом внутри цилиндрического замкнутого объёма с теплопроводными стенками на акустический импеданс воздуха, а также влияние на акустический импеданс волн, отражённых от теплопроводных или теплоизолированных стенок таких объёмов. Для расчёта модуля комплексного акустического импеданса воздуха в замкнутом объёме с теплопроводными стенками использован численный алгоритм, основанный на регуляризованных уравнениях Навье-Стокса с квазигазодинамическим замыканием, в которых учтены вязкость, теплопроводность и сжимаемость воздуха. Установлено хорошее совпадение значений модуля комплексного акустического импеданса воздуха в замкнутом объёме с теплопроводными стенками, рассчитанных численно и аналитически. Формула для аналитического расчёта модуля акустического импеданса воздуха в замкнутом объёме с теплопроводными стенками подтверждена экспериментально для инфразвуковых и низких частот звуковых колебаний. Результаты исследования актуальны как для первичной калибровки измерительных микрофонов на инфразвуковых и низких частотах методом взаимности по давлению и методом пистонфона, так и для изучения акустических процессов в жидких и газообразных средах с применением численного моделирования.