Математическая модель долговременного температурного воздействия для диагностики электрических контрольно-измерительных приборов: исследование и моделирование

Алексей Павлович Бобрышов

doi:10.22213/2413-1172-2026-1-67-77

Авторы

А. П. Бобрышов Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-1-67-77

Ключевые слова:

долговременное температурное воздействие, электрические контрольно-измерительные приборы, математическая модель, точность измерений, деградация элементов, уравнение Аррениуса

Аннотация

Оценка долговременной стабильности работы электрических контрольно-измерительных приборов представляет собой сложную задачу, связанную с влиянием внешних факторов, главным из которых является температура окружающей среды. Продолжительное влияние температуры приводит к деградационным процессам электрических, магнитных и механических элементов конструкции измерительных устройств, что выражается в падении точности приборов. Главной задачей данного исследования является построение математической модели, описывающей долговременное температурное воздействие на техническое качество контрольно-измерительных приборов. Отличием от ранее предложенной автором модели кратковременного воздействия является описание необратимых температурных процессов. В разработанной модели учтены изменения сопротивления и температурного коэффициента сопротивления, магнитной индукции и температурного коэффициента магнитной индукции, а также упругости и момента возвратной пружины аналогово-стрелочных контрольно-измерительных приборов. Для описания динамики деградационных процессов за основу взято уравнение Аррениуса, позволившее сформировать зависимости для оценки изменения точностных параметров во времени. По результатам моделирования получены кривые изменения точности приборов аналогово-стрелочных и цифровой систем. Результаты показывают, что механические и магнитные узлы оказываются более чувствительными к температурным изменениям по сравнению с электронной частью цифровых измерительных устройств. Предложенная модель позволяет прогнозировать снижение качества функционирования электрических контрольно-измерительных приборов в реальных условиях эксплуатации, учитывать климатические факторы при выборе оборудования и корректировать межповерочные интервалы с учетом условий эксплуатации. Практическая значимость работы заключается в возможности интеграции разработанных инструментов в систему оценки качества контрольно-измерительных приборов, что повышает надежность эксплуатации приборов и обеспечивает более объективную количественную оценку их состояния.

Биография автора

А. П. Бобрышов, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

аспирант, старший преподаватель кафедры электромеханики и робототехники, заведующий образовательной фабрикой по электрическим зарядным станциям инженерной школы

Библиографические ссылки

Suqin X., Jiahai Z., Baoliang Z., Guodong S., Zhen C., Jia Q., Yongquan S. (2021) Effects of Environmental and Electrical Factors on Metering Error and Consistency of Smart Electricity Meters. Applied Sciences, no. 11. DOI: 10.3390/app112311457

Бобрышов А. П., Соленый С. В., Кузьменко В. П. Анализ и оценка ключевых конструктивных особенностей, определяющих качество электрических контрольно-измерительных приборов // Инновационное приборостроение. 2024. Т. 3, № 4. С. 5-13.

Зимина П. С., Печерская Е. А. Исследование температурной зависимости сопротивления проводников электрического тока // Инжиниринг и технологии. 2025. Т. 10, № 1. С. 63-67. DOI: 10.21685/2587-7704-2025-10-1-15

Marangoni T.A., Benny G., Borup K.A., Hansen O., Petersen D.H. (2021) Determination of the temperature coefficient of resistance from micro four point probe measurements. Journal of Applied Physics, no. 16. DOI: 10.1063/5.0046591

Филимонов С. С. Магнитные полупроводники для эффективных термоэлектрических преобразователей энергии // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2021. № 10. С. 44-45. EDN IPNMFS

Манаков Н. А., Еремин А. М., Чирков Ю. А. Особенности магнитных свойств быстрозакаленных микрокристаллических сплавов на основе редкоземельных металлов // Южно-Сибирский научный вестник. 2023. № 2(48). С. 34-39. DOI: 10.25699/SSSB.2023.48.2.013. EDN OQIKHV

Zhang Tu, Yiliang Lv., Liang Li. (2021) Study on the Effect of Temperature on Magnetization of Permanent Magnet. IEEE 2nd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE), 2021. DOI: 10.1109/CIYCEE53554.2021.9676949

Козлов В. А. Силовая полупроводниковая электроника и микроэлектроника: полупроводниковые материалы, технологии, компонентная база // Наноиндустрия. 2021. Т. 14, № S7(107). С. 882-883. DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.7s.882.883. EDN IDNNZX.

Рузиев Ш. Восстановление упругости пружин методом термомеханической обработки // Общество и машиностроение. 2020. № 1. DOI: 10.47689/2181-1415-vol1-iss1/s-pp1-7

Cyrulies E. (2023) The effect of temperature on the coefficient of elasticity of a spring: Construction of a device for its determination and calculation of its internal energy as a training practice. European Journal of Physics, no. 2. DOI: 10.1088/1361-6404/acb46f

Механизмы возникновения температурных погрешностей тонкопленочных резистивных структур / А. А. Рыжов, С. А. Гурин, М. Д. Новичков [и др.] // Надежность и качество : труды международного симпозиума. 2025. Т. 2. С. 385-389. EDN LJWCLO

Литвишков Ю. Н. О физическом смысле параметров уравнения Аррениуса // Kimya Problemləri. 2019. С. 456-464. DOI: 10.32737/2221-8688-2019-3-456-464

Добрышкин А. Ю., Сысоев О. Е., Сысоев Е. О. Экспериментальное исследование влияния воздействия температурного режима на модуль Юнга // Труды МАИ. 2020. № 115. С. 2.

Кочетков А. В., Федотов П. В. Уравнение состояния газа и модель идеального газа // Вестник Евразийской науки. 2017. Т. 9, № 3. С. 57.

Шарипов М. Л. Исследование сопротивления и удельного сопротивления медных проводов в зависимости от температуры // Вестник Бохтарского государственного университета имени Носира Хусрава. Серия: Естественные науки. 2025. № 2-3(138). С. 78-83. EDN TLHZBN

Suqin X., Jiahai Z., Baoliang Z., Guodong S., Zhen C., Jia Q., Yongquan S. (2021) Effects of Environmental and Electrical Factors on Metering Error and Consistency of Smart Electricity Meters. Applied Sciences, no. 11. DOI: 10.3390/app112311457

Ремизова В. М. Электрическая проводимость полупроводников // Университетская наука. 2021. № 1 (11). С. 174-176. EDNTDKTUM

Корячко М. В., Попов А. Ю., Авдонин Д. Е. К вопросу термической устойчивости межсоединений полупроводниковых приборов // Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций. 2024. № 7. С. 131. EDN GWQZVH

Магнитоэлектрический эффект в области магнитоакустического резонанса в структуре ИЖГ/ниобат лития/ кремний / М. И. Бичурин, О. В. Соколов, С. В. Иванов, И. Ю. Марков // Челябинский физико-математический журнал. 2025. Т. 10, № 2. С. 207-215. DOI: 10.47475/2500-0101-2025-10-2-207-215. EDN PBFTHZ

Бобрышов А. П. Математическая модель зависимости точности электрических измерительных приборов от температурных воздействий: экспериментальное исследование и моделирование // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2025. Т. 28, № 2. С. 4-21. DOI: 10.22213/2413-1172-2025-2-4-21

Карасева У. П., Фрейдин А. Б. Релаксация напряжений и структуры в неравновесном вязкоупругом материале // XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике : сборник тезисов докладов : в 4 томах. Санкт-Петербург, 21-25 августа 2023 года. Санкт-Петербург: Политех-Пресс, 2023. С. 895-897. EDN PKQNWT.