Актуальность исследований воспроизведения и передачи единицы ускорения в гравиметрии определяется развитием средств измерений абсолютного ускорения свободного падения и его изменений. Качественные и количественные изменения приборной базы обусловлены расширением области практического применения абсолютных гравиметров и требованиями прикладных задач, решаемых с использованием гравиметрических данных в таких областях, как геодезия, навигация, геодинамика. Для решения прикладных задач наряду с требованиями по точности на уровне, близком к предельно достижимому на современном уровне развития техники, зачастую необходим максимальный территориальный охват мест измерений на территории Российской Федерации. Точность результатов, полученных с помощью средств измерений, определяется их метрологическим обеспечением, основными этапами которого являются воспроизведение соответствующей единицы эталоном и её передача средству измерений. Анализ возможных источников погрешностей гравиметрической аппаратуры показал, что при воспроизведении и передаче единицы ускорения в гравиметрии необходимо учитывать влияние геофизических факторов, проявляющихся как дополнительные ускорения гравитационной или инерционной природы. Распределение гравитационного поля в пределах гравиметрического пункта может обнаруживаться как дополнительное постоянное ускорение. Сейсмические процессы и лунно-солнечные приливы проявляются как переменные ускорения. Для различных этапов метрологического обеспечения гравиметрических приборов исследованы механизмы воздействия таких ускорений, а также разработаны методы их учёта и уменьшения влияния с использованием дополнительной аппаратуры. В состав Государственного первичного специального эталона единицы ускорения в области гравиметрии ГЭТ 190-2023 введены дополнительный гравиметрический пункт с криогенным относительным гравиметром и широкополосным сейсмометром, а также транспортируемые абсолютный баллистический и относительный кварцевый гравиметры.

Описана проблема метрологического обеспечения оптико-электронных средств измерений пространственных координат. Для удовлетворения современных требований потребителей к точности измерений пространственных координат электронными тахеометрами и их аналогами (лазерными сканерами, абсолютными трекерами) в состав Государственного первичного специального эталона единицы длины ГЭТ 199-2024 включены технические средства воспроизведения, хранения и передачи единицы длины в режиме трёхмерных измерений. Разработан и исследован эталонный комплекс трёхмерных измерений (измерений координат, приращений координат). Представлены средства и методы передачи единицы длины, а также метрологические характеристики ГЭТ 199-2024 в режиме измерений приращений координат (длины). Определены источники неисключённой систематической погрешности и среднее квадратическое отклонение результата измерения. В результате выполненных исследований стало возможным воспроизведение единицы длины в режиме измерений приращений координат в диапазоне 0–60 м со средним квадратическим отклонением не более 25 мкм при 10 независимых измерениях и неисключённой систематической погрешностью (при доверительной вероятности 0,99) 19 мкм. Функциональные возможности ГЭТ 199-2024 позволят решать актуальные задачи метрологического обеспечения высокоточных электронных тахеометров и их аналогов в режиме трёхмерных измерений.

Рассмотрены проблемы метрологического обеспечения высокоточных средств измерений крутящего момента силы менее 1,0 Н·м. Показаны области деятельности, в которых измерения крутящего момента силы имеют важное значение. Описана история развития эталонной базы высшего уровня как важного звена метрологического обеспечения измерений крутящего момента силы в Российской Федерации. Приведены краткие сведения об уровне развития эталонной базы в данной области измерений за рубежом. В результате увеличения количества средств измерений крутящего момента силы, верхний предел измерений которых менее 1,0 Н·м, возникла необходимость расширения измерительных и калибровочных возможностей Российской Федерации в этой области, в частности, в диапазоне 0,1–1,0 Н∙м. Приведён состав Государственного первичного эталона единицы крутящего момента силы ГЭТ 149-2023. Описаны принципы действия четырёх эталонных установок, входящих в состав ГЭТ 149-2023, и структура построения эталона. В состав ГЭТ 149-2023 включена созданная современная эталонная установка ЭУ-250-2 для воспроизведения, хранения и передачи единицы крутящего момента силы в диапазоне 0,1–200 Н∙м. Приведены результаты исследований эталонной установки ЭУ-250-2 и метрологические характеристики ГЭТ 149-2023.

Рассмотрены двусложные термины метрологии, так прочно вошедшие в менталитет и практику деятельности метрологов, что неадекватность этих терминов проявляется только тогда, когда не удаётся решить какую-либо важную задачу. Такой задачей в рамках моментного подхода к оцениванию точности оказался расчёт дефинитной неопределённости, а термин-словосочетание прямые измерения вызывает ряд парадигматических ассоциаций – косвенные, совокупные, совместные и прочие псевдоморфные измерения, похожие по форме названия и различные по определению. Но погрешности результатов этих измерений уже нельзя оценивать так, как оценивают погрешности средств измерений. Проанализирована семантика двусложных терминов со словом измерение. Показана роль прямого и переносного смысла слова измерение в проблеме неадекватности моделей, решение которой в рамках композиционного подхода к оцениванию точности обозначено словом метод перед перечисленными выше двусложными названиями. Приведение термина измерительная задача в соответствие семантике слова задача стало наиболее простым исправлением этого терминологического недоразумения. Одновременно устранена несогласованность соподчинённых терминов метод измерений и метод решения измерительной задачи.

Исследовано уменьшение потерь в стали магнитопроводов электрических машин. Данные потери составляют до 5 % вырабатываемой электроэнергии, не зависят от нагрузки и могут возрастать в течение срока эксплуатации оборудования. Для эффективного проектирования и конструирования трансформаторов с низкими потерями холостого хода полные потери в стали минимизируют путём оптимизации размеров кристаллического зерна и толщины листов сердечников, совершенствования текстуры стали и конструкции магнитопровода и пр. Однако данные меры по-разному влияют на гистерезисную, вихретоковые классическую и аномальную составляющие потерь в стали, что не позволяет эффективно минимизировать полные потери. Разработана методика определения трёх составляющих потерь с применением модернизированного метода трёх частот, в котором учтена зависимость коэффициента гистерезисных потерь от частоты. Выведена формула для коррекции этого коэффициента. Показано, что приведённый в большинстве современных научных источников показатель степени магнитной индукции в выражении для вихретоковых аномальных потерь стал неактуальным. Представлена методика расчёта данного показателя для сердечника конкретного трансформатора, в которой используются найденные методом трёх частот составляющие потерь и полные потери в стали при пониженном первичном напряжении. Для исследуемого трансформатора показатель степени магнитной индукции в аномальных потерях составил 1,88. Полученные результаты можно применять при проектировании сухих и масляных трансформаторов разных мощностей, работающих при синусоидальном магнитном потоке.

Измерения разностей фаз несущей частоты сигналов глобальных навигационных спутниковых систем между несколькими антеннами используются во многих прикладных технологиях координатного и навигационного обеспечения потребителей. Для определения и контроля инструментальных погрешностей навигационной аппаратуры потребителей с помощью имитатора сигналов глобальных навигационных спутниковых систем необходимо нормировать систематическую погрешность по фазе несущей частоты формируемых сигналов. Для этой цели предложен и опробован метод калибровки имитатора сигналов глобальных навигационных спутниковых систем на основе уточнённой модели погрешностей формирования разности фаз между выходами имитатора. Предложенный метод реализован с применением широкополосного осциллографа в качестве аналого-цифрового преобразователя. Метод калибровки имитатора апробирован путём сравнения с результатами измерений, полученными с использованием Государственного вторичного эталона единиц комплексных коэффициентов передачи в диапазоне 0…–60 дБ и комплексных коэффициентов отражений в диапазоне 0,002–1 в диапазоне частот 0,05–65 ГГц (регистрационный № 2.1.ZZT.0210.2015). Предложенный метод калибровки имитатора позволяет определять калибровочные поправки к воспроизводимым имитатором разностям фаз несущих частот радиосигналов с расширенной неопределённостью 1° при коэффициенте охвата 3. Применение предложенного метода обеспечивает требуемую точность формирования разности фаз несущих частот сигналов глобальных навигационных спутниковых систем для имитаторов современных типов.

Рассмотрены вопросы испытаний и настройки электронной аппаратуры с помощью генераторов импульсов с точно выдержанными временны́ ми параметрами выходных сигналов, синхронизированных с тестируемым устройством. Описана зависимость погрешности временны́ х параметров выходных импульсов генераторов от выбранного метода синхронизации, при этом необходимый для синхронизации временно́ й интервал может ограничивать максимальную частоту тестирующих сигналов. Показано, что основным источником погрешностей формирования временны́ х интервалов при внешнем запуске (режиме работы с внешней синхронизацией) измерительных генераторов импульсов группы Г5 является вариация положения опорных импульсов тактового генератора относительно импульсов внешнего запуска. Дан аналитический обзор методов синхронизации, базирующихся на дискретизации временны́ х интервалов многоотводной линией задержки при распространении в ней импульсного сигнала. Исследован метод мгновенной синхронизации выходных импульсов. В методе использованы дискретизация периода опорных импульсов тактового генератора многоотводной линией задержки и фиксация триггерами положения фронта импульса внешнего запуска внутри периода опорной частоты. Триггеры управляют мультиплексором, подключающим к выходу устройства вывод многоотводной линии задержки, на котором фронт очередного опорного импульса тактового генератора отстаёт на минимальное время от фронта импульса внешнего запуска. Представлено устройство, позволяющее реализовать данный метод. Для иллюстрации деталей функционирования устройства выполнено компьютерное моделирование. На макете устройства с использованием интегральных пятиотводных линий задержки при полной задержке 20 нс оценён джиттер. Метод можно применять в измерительных генераторах импульсов и другой импульсной технике. Результаты исследования полезны разработчикам устройств формирования сигналов синхронизации вычислительных и измерительных систем, функционирующих в асинхронном режиме.

Рассмотрена проблема учёта влияния воздуха на свойства дистиллированной воды, а именно отсутствие единого общепризнанного метода расчёта такого влияния. Описана чувствительность структуры воды к воздействию внешних факторов и показана возможность регистрации и изучения таких факторов по изменениям температурного коэффициента электропроводности воды. Исследованы зависимости температурного коэффициента электропроводности дистиллированной воды от скорости изменения температуры воды, степени заполнения кондуктометрических ячеек, а также от интенсивности обмена углекислым газом между водой и воздухом через границу их раздела. Отмечено, что данные обменные процессы в настоящее время недостаточно изучены. Разработан и изготовлен аппаратно-программный измерительный комплекс для исследования температурного коэффициента электропроводности воды при изменении её температуры в пределах 20–55 °С. Измерен температурный коэффициент электропроводности воды в герметичных кондуктометрических ячейках при разных степенях заполнения ячеек дистиллированной водой и скорости нагрева и охлаждения воды. Степень заполнения ячеек изменялась в пределах 10–100 %, скорость изменения температуры воды – в пределах 0,04–2,00 °С/мин. При постоянном во всех экспериментах времени нагрева и охлаждения воды 15 мин изменение скорости достигалось изменением температуры нагревательного элемента. Интегральный температурный коэффициент электропроводности рассчитан по начальным и конечным значениям электропроводности и температуры воды в каждом измерительном цикле. Получены зависимости температурного коэффициента электропроводности от скорости изменения температуры воды при нескольких постоянных степенях заполнения ячеек. Показано, что при постоянном соотношении объёмов воды и воздуха в ячейке и увеличении скорости нагрева воды температурный коэффициент электропроводности воды уменьшается на 19–22 %. Установлено, что при постоянной скорости нагрева воды с уменьшением объёма воды в ячейке температурный коэффициент электропроводности воды уменьшается на 40–42 %. Полученные результаты можно применять для количественной оценки коэффициента диссоциации угольной кислоты, подвижности ионов водорода, а также интенсивности процесса газообмена при различных внешних воздействиях на воду. Уточнение данных по электропроводным свойствам воды и процессам на границе раздела вода/воздух необходимо для разработки моделей атмосферных явлений и климатических изменений, а также для создания датчиков слабых изменений параметров окружающей среды в целях как экологического мониторинга, так и медицинской диагностики.

Представлена современная концепция метрологического обеспечения газоаналитических средств измерений с применением стандартных образцов состава газовых смесей в баллонах под давлением. Данные стандартные образцы наиболее часто используют в газоаналитических измерениях в качестве средств передачи единиц молярной доли и массовой концентрации компонентов в газовых и газоконденсатных средах. В стандартных образцах аттестуется содержание целевого компонента (компонентов) в газовой среде (аналитической матрице). С целью обеспечения единства газоаналитических измерений выпускаемые стандартные образцы состава газовых смесей прослеживаются к Государственному первичному эталону единиц молярной доли, массовой доли и массовой концентрации компонентов в газовых и газоконденсатных средах ГЭТ 154-2019. Представлена методология обеспечения метрологической прослеживаемости стандартных образцов состава газовых смесей с использованием ГЭТ 154-2019, учитывающая постоянно увеличивающийся объём газоаналитических средств измерений и появление новых измерительных задач в различных областях промышленности и экологического контроля. В настоящее время создан парк вторичных и рабочих эталонов на предприятиях – производителях стандартных образцов состава газовых смесей и реализована их прослеживаемость к ГЭТ 154-2019 согласно государственной поверочной схеме. Показано, что многообразие и большое количество актуальных газоаналитических измерительных задач в различных отраслях промышленности и социальной сферы определяет необходимость выбора приоритетных направлений совершенствования существующей эталонной базы, включая состав ГЭТ 154-2019 и номенклатуру эталонных газовых смесей. Проанализирована разработанная на период 2021–2030 гг. стратегическая программа Рабочей группы по газовому анализу Консультативного комитета по количеству вещества Международного бюро мер и весов и дан обзор перспективных задач газоаналитических измерений. Функционирующий в настоящее время ГЭТ 154-2019 последнего поколения обеспечивает воспроизведение, хранение и передачу единиц молярной доли компонентов в газовых и газоконденсатных средах в диапазоне 1,5·10 –8–99,99999 % и массовой концентрации компонентов в диапазоне 1,0·10 –6–2,0·105 мг/м3. Характеристики ГЭТ 154-2019 подтверждены результатами участия примерно в 90 сличениях. Приведены результаты этих международных сличений, подтверждающие сопоставимость полученного и опорного значений содержания целевого компонента в эталонных газовых смесях. В базе данных калибровочных и измерительных возможностей Международного бюро мер и весов опубликованы около 400 позиций по газоаналитическим измерениям.

Рассмотрены результаты ключевых сличений как наиболее убедительный и объективный показатель подтверждения правильности и точности разработанного и применённого в сличениях метода измерений. Описаны результаты сличений и методы измерений, применённые на вторых ключевых сличениях национальных эталонов единицы звукового давления в воде CCAUV.W-K2, организованных Консультативным комитетом по акустике, ультразвуку и вибрации Международного комитета мер и весов. Особенность данных сличений – диапазон калибровок расширен в область низких частот на две октавы по сравнению с первыми ключевыми сличениями CCAUV.W-K1. Результаты сличений CCAUV.W-K2 признаны успешными. Важными научными результатами участия в данных сличениях стали подтверждение корректности разработанных во Всероссийском научно-исследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений методов калибровки гидрофона по полю (на сверхнизких для отражающего звук бассейна частотах и в шумовом реверберационном звуковом поле бассейна), а также эквивалентности результатов калибровки при излучении сигналов различного вида – линейно-частотно-модулированного, шумового и тонально-импульсного. В процессе выполнения контрольных калибровок лабораторией-пилотом обнаружены нарушения стабильности опорного гидрофона сличений. При сопоставлении результатов, полученных участниками, выявлено увеличение расхождения результатов в области частот 60–100 кГц, которая считается наименее проблемной.