КЛАСС 4.
СТАНДАРТЫ НА ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗМЕРЕНИЕ СИСТЕМ
4.1. Обходные пути
4.1.1.
Вместо обнаружения и измерения - изменение системы
4.1.2. Использование копий
4.1.3. Последовательное обнаружение изменений
4.2. Синтез измерительных систем
4.2.1.
Синтез измерительного веполя
4.2.2. Переход к комплексному измерительному
веполю
4.2.3. Переход к измерительному веполю на внешней
среде
4.2.4. Получение добавок во внешней среде
4.3. Форсирование измерительных веполей
4.3.1.
Использование физэффектов
4.3.2. Использование резонанса контролируемого
объекта
4.3.3. Использование резонанса присоединенного
объекта
4.4. Переход к фепольным измерительным системам
4.4.1.
Переход к измерительному "протофеполю"
4.4.2. Переход к измерительному феполю
4.4.3. Переход к комплексному измерительному
феполю
4.4.4. Переход к измерительному феполю на внешней
среде
4.4.5. Использование физэффектов
4.5. Направление развития измерительных систем
4.5.1.
Переход к измерительным бисистемам и полисистемам
4.5.2. Переход к измерению производных
4.1. ОБХОДНЫЕ ПУТИ
Измерения и
обнаружения в системах обслуживают главное - "измерительное" -
действие. Поэтому желательно так перестроить главное действие, чтобы оно
исключало необходимость (или сводило к минимуму) измерительно-обнаружительного
действия. Конечно, не в ущерб точности.
4.1.1. Вместо обнаружения и измерения -
изменение системы
Если дана
задача на обнаружение или измерение, целесообразно так изменить систему, чтобы
вообще отпала необходимость в решении этой задачи.
Авторское
свидетельство № 505706.
Способ индукционного нагрева деталей. Для самофиксации заданной температуры
между индуктором и деталью помещают соль с температурой плавления равной
заданной температуре.
Авторское
свидетельство № 471395.
Индукционная печь для нагрева токами промышленной частоты, включающая тигель и
индуктор, отличается тем, что с целью поддержания заданного режима нагрева
тигель выполнен из ферромагнитного материала, точка Кюри которого равна
заданной температуре нагрева.
4.1.2. Использование копий
Если дана
задача на обнаружение или измерение и при этом нельзя применить стандарт 4.1.1, то целесообразно заменить
непосредственные операции над объектом операциями над его копией или снимком.
Вместо
непосредственного обмера бревен, погруженных на железнодорожную платформу,
измерение ведут по фотоснимку, сделанному в определенном масштабе.
Авторское
свидетельство № 241077.
Измерение деформаций оболочек затруднено тем, что оболочки являются частью
громоздкой конструкции. Предложено изготавливать слепки (до деформации и после
нее) и вести измерения на слепках.
Если нужно
сравнить объект с эталоном с целью выявления отличий, то задачу решают
оптическим совмещением изображения объекта с эталоном, причем изображение
объекта должно быть противоположно по окраске эталону или его изображению.
Аналогично решают задачи на измерение, если есть эталон или его изображение.
Авторское
свидетельство № 350219.
Контроль пластинки с просверленными отверстиями ведут, совмещая желтое
изображение пластинки с синим изображением эталона. Если на экране появляется
желтый цвет, значит, в контролируемой пластинке отсутствует отверстие.
Появление синего цвета означает, что на пластинке есть лишнее отверстие.
Авторское
свидетельство № 359512.
Способ сличения объектов, заключающийся в проектировании изображений сличаемых
объектов на экран и совмещении идентичных участков изображений. Отличается тем,
что с целью повышения надежности процесса сличения, изображения сличаемых
материалов проектируются на экран контрастными, например, негативное и
позитивное или красное и синее.
4.1.3. Последовательное обнаружение
изменений
Если дана
задача на измерение и нельзя применить стандарты 4.1.1 и 4.1.2, то целесообразно перевести ее в задачу
на последовательное обнаружение изменений.
Авторское свидетельство № 186366.
При добыче медных руд камерным способом образуются огромные подземные залы,
камеры. От взрывов и по другим причинам потолок (кровля) камер местами
отслаивается, падает. Необходимо регулярно следить за состоянием потолка,
измерять образующиеся "ямы". Но как это сделать, если потолок на
высоте пятиэтажного дома? Предложено при подготовке камер заранее бурить в
кровле скважины - сбоку, над потолком - и закладывать в них разноцветные,
люминесцирующие вещества. Если в каком-то месте выпала порода и образовался
купол, это легко обнаружить по свечению люминофора. А по его цвету можно судить
о высоте образовавшегося купола.
Пояснения.
Любое измерение производится с определенной степенью точности. Поэтому в
задачах на измерение, даже если речь в них идет о непрерывном измерении, всегда
можно выделить элементарный акт измерения, состоящий из двух последовательных
обнаружений. Рассмотрим, например, задачу об измерении диаметра шлифовального
круга. Измерение надо вести с определенной (и отнюдь не безграничной)
точностью. Допустим, требуется точность в
Переход от
расплывчатого понятия "измерение" к четкой модели "два
последовательных обнаружения" резко упрощает задачу.
4.2. СИНТЕЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ
В синтезе
измерительных систем проявляется тактика, типичная для синтеза
"изменительных" систем: любым путем достроить веполь, вводя
недостающие вещества или поля. Отличается синтез измерительных веполей тем, что
структура веполя должна обеспечить получение поля на выходе.
4.2.1. Синтез измерительного веполя
Если
невепольная система плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают,
достраивая простой или двойной веполь с полем на выходе:
Авторское
свидетельство № 269558.
Способ обнаружения момента начала кипения жидкости (то есть появления в
жидкости пузырьков В2). Через жидкость пропускают ток - при
появлении пузырьков резко возрастает электрическое сопротивление.
А. с.
305395.
Способ обнаружения и счета инородных включений в жидкости, отличающийся тем,
что с целью повышения чувствительности исследуемую среду облучают
электромагнитными колебаниями сверхвысокой частоты и регистрируют форму и
амплитуду рассеянных частицами колебаний, по которым судят о количестве
включений в жидкости.
Примечание.
Вепольные группы:
типичны для
ответов на задачи по обнаружению и измерению.
ЗАДАЧА 12
Как зафиксировать образование первых трещин при испытаниях на усталость
металлических образцов, например, шатуна?
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ 12 по СТАНДАРТУ 4.2.1:
Авторское свидетельство № 246901.
От приведенного выше изобретения по авторского свидетельства № 269558 ситуация
отличается только агрегатным состоянием исследуемого вещества. Но электрическое
сопротивление твердого тела при появлении трещин резко возрастает - как и
электрическое сопротивление жидкости при появлении пузырьков. Предложено
пропускать по исследуемому образцу электрический ток.
4.2.2. Переход к
комплексному измерительному веполю
Если система
(или ее часть) плохо поддается обнаружению или измерению, задачу решают
переходом к внутреннему или внешнему комплексному веполю, вводя легко
обнаруживаемые добавки:
Авторское
свидетельство № 277805.
Способ обнаружения неплотностей в холодильных агрегатах, заполненных фреоном и
маслом (преимущественно в домашних холодильниках), отличающийся тем, что с
целью повышения точности определения мест утечек в агрегат вместе с маслом
вводят люминофор, освещают агрегат в затемненном месте и определяют места
утечки по свечению люминофора в просачивающемся через неплотности масле.
Авторское свидетельство № 110314.
Способ определения фактической площади контакта поверхностей, отличающийся тем,
что для окрашивания поверхностей применяют люминесцентные краски.
4.2.3. Переход к измерительному веполю на
внешней среде
Если систему
трудно обнаружить или измерить в какой-то момент времени и нет возможности
ввести в объект добавки, то эти добавки, создающие легко обнаруживаемое и легко
измеряемое поле, следует ввести во внешнюю среду, по изменению состояния
которой можно судить об изменении состояния объекта:
Авторское
свидетельство № 260249.
Для контроля износа двигателя нужно определить количество
"стершегося" металла. Частицы его поступают во внешнюю среду - масло.
Предложено добавлять в масло люминофоры: металлические частицы являются
гасителями свечения.
4.2.4. Получение добавок во внешней среде
Если во внешнюю
среду нельзя извне ввести добавки по стандарту 4.2.3, то эти добавки могут быть
получены в самой среде, например, ее разложением или изменением агрегатного
состояния.
В частности, в
качестве таких добавок нередко используют газовые или паровые пузырьки,
полученные электролизом, кавитацией и другими способами.
Задача об
измерении скорости потока жидкости в трубе (введение добавок извне исключено по
условиям задачи). Решение: метку получают, используя кавитацию, дающую
скопление мелких и потому устойчивых пузырьков.
4.3. ФОРСИРОВАНИЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ВЕПОЛЕЙ
Измерительные
веполи могут быть форсированы применением физических эффектов и за счет
согласования ритмики.
4.3.1. Использование физэффектов
Если дана
вепольная система, то эффективность обнаружений и измерений может быть повышена
за счет использования физических эффектов.
Авторское свидетельство № 170739.
Исчезновение люминесцентных свойств у некоторых веществ в присутствии очень
небольшого количества влаги.
Авторское
свидетельство № 415516.
Резкое изменение показателя преломления света у алмазного зерна при изменении
температуры.
В частности,
желательно, чтобы вещества в веполе образовывали термопару,
"безвозмездно" дающую сигналы о состоянии системы. "Сигнальное
поле" может быть получено также за счет индукции.
Авторское
свидетельство № 715838.
Подшипник скольжения, содержащий подключенную к блоку защиты термопару и
антифрикционный вкладыш, установленный в токопроводящей обойме, контактирующей
с токопроводящим корпусом. Отличается тем, что с целью повышения быстроты
действия защиты от перегрева термопара образована обоймой и корпусом.
Авторское
свидетельство № 1046636.
Способ регистрации разрушенных изделий, включающий нанесение на контролируемую
поверхность чувствительного слоя, отличающийся тем, что с целью повышения
надежности в качестве чувствительного слоя используют магнитную пленку, на
которой размещают токопроводящий контур, а о разрушении изделий судят по ЭДС
индукции, возникающей в контуре.
4.3.2. Использование резонанса контролируемого
объекта
Если невозможно
непосредственно обнаружить или измерить происходящие в системе изменения, а
также пропустить сквозь систему поле, то задачу решают возбуждением в системе
резонансных колебаний (во всей системы или какой-то ее части), по изменению
частоты которых можно определить происходящие в системе изменения.
Авторское свидетельство № 271051.
Способ измерения массы вещества (например, жидкого) в резервуаре, отличающийся
тем, что с целью повышения точности и надежности измерения возбуждают
механические резонансные колебания системы резервуар - вещество, измеряют их
частоту, по величине которой судят о массе вещества.
Авторское
свидетельство № 244690.
Способ определения линейного веса движущейся нити, заключающийся в том, что
нить располагают на двух опорах, одной из которых сообщают механические
колебания. Отличается тем, что с целью повышения точности измерения в качестве
задатчика частоты колебаний опоры используют измеритель резонансных колебаний
нити, а линейный вес определяют по частоте колебаний на выходе измерителя.
Авторское
свидетельство № 560563.
Способ контроля выдаивания долей вымени животных при машинном доении,
включающий определение степени опорожнения вымени по измерению физических
свойств его с помощью известных устройств. Отличается тем, что с целью
повышения точности контроля определение степени опорожнения долей вымени ведут
по изменению уровня и частоты акустических колебаний, возникающих в них.
ЗАДАЧА 13
Как контролировать - не прерывая работу - процесс электролитического
полирования прецизионных лент?
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ 13 по СТАНДАРТУ 4.3.2:
Решение идентично авторскому свидетельству № 244690. По авторскому
свидетельству № 486078 предложен способ контроля процесса
электролитического полирования прецизионных лент путем замера электрического
параметра и косвенного определения геометрических размеров, отличающийся тем,
что с целью повышения точности ленту размещают в магнитном поле, подключают к
генератору и измеряют частоту собственных колебаний.
4.3.3. Использование
резонанса присоединенного объекта
Если невозможно
применить стандарт 4.3.2, то о состоянии системы судят по изменению собственное
частоты объекта (внешней среды), связанного с контролируемой системой.
Авторское
свидетельство № 438873.
Способ измерения количества материала в кипящем слое (например, в аппарате для
обжига цементного клинкера), отличающийся тем, что с целью повышения точности
измерения количество материала определяют по изменению амплитуды автоколебаний
газа над кипящим слоем.
4.4. ПЕРЕХОД К ФЕПОЛЬНЫМ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ СИСТЕМАМ
Измерительные
веполи имеют особенно выраженную тенденцию перехода в фепольный ряд.
4.4.1. Переход к измерительному
"протофеполю"
Веполи с
немагнитными полями имеют тенденцию перехода в "протофеполи", то есть
веполи с магнитным веществом и магнитным полем.
Авторское
свидетельство № 222892.
Способ
обнаружения герметизированных отверстий (например, в подводной части корпуса
законсервированного корабля), отличающийся тем, что с целью повышения
надежности и ускорения процесса поиска местонахождения герметизирующего
отверстия в патрубок отверстия перед его герметизацией закладывают излучающий
элемент (например, постоянный магнит с направлением создаваемого им магнитного
поля по нормали к наружной обшивке корпуса), обнаруживают это отверстие при
помощи индикатора (например, магнитометра) по наибольшей величине напряженности
магнитного поля.
4.4.2. Переход к измерительному феполю
Если нужно
повысить эффективность обнаружения или измерения "протофепольными" и
вепольными системами, то необходимо перейти к феполям, заменив одно из веществ
ферромагнитными частицами (или добавив ферромагнитные частицы) и обнаруживая
или измеряя магнитное поле:
Авторское
свидетельство № 239633.
Способ определения степени затвердевания (размягчения) полимерных составов,
отличающийся тем, что с целью неразрушающего контроля в состав вводят магнитный
порошок и измеряют изменение магнитной проницаемости состава в процессе его
затвердевания (размягчения).
4.4.3. Переход к комплексному измерительному
феполю
Если нужно
повысить эффективность обнаружения или измерения системы путем перехода к
феполю, а замена вещества ферромагнитными частицами недопустима, то переход к
феполю осуществляют построением комплексного феполя, вводя добавки в
вещество:
Авторское
свидетельство № 754347.
Гидроразрыв пласта осуществляют, действуя жидкостью под давлением на горную
породу. Для контроля за жидкостью в нее вводят ферропорошок и осуществляют
магнитный каротаж.
4.4.4. Переход к измерительному феполю на
внешней среде
Если нужно
повысить эффективность обнаружения или измерения системы путем перехода от
веполя к феполю, а введение феррочастиц недопустимо, то феррочастицы следует
ввести во внешнюю среду.
При движении
модели корабля в воде возникают волны. Для изучения характера волнообразования
в воду добавляют частицы ферропорошка.
4.4.5. Использование физэффектов
Если нужно
повысить эффективность фепольной измерительной системы, необходимо использовать
физические эффекты, например, переход через точку Кюри, эффекты Гопкинса и
Баркгаузена, магнитоупругий эффект и т.д.
Авторское
свидетельство № 115128.
Способ измерения температуры при помощи индуктивного датчика, свойства
магнитопровода которого изменяются в зависимости от изменения его температуры,
отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений магнитопровод
датчика разогревают (или охлаждают) до температуры внешнего магнитопровода, что
вызывает резкое изменение его проницаемости (эффект Гопкинса).
Авторское
свидетельство № 1035426.
Сигнализатор уровня жидкости, содержащий камеру из немагнитного материала,
внутри которой помещен магнит, определяющий положение уровня жидкости, а
снаружи - магнитоуправляемый контакт. Отличается тем, что с целью повышения
надежности работы устройства магнит внутри камеры закреплен на высоте
контролируемого уровня и покрыт термочувствительным материалом, точка Кюри
которого ниже температуры контролируемой жидкости.
Авторское
свидетельство № 332758.
Устройство для непрерывного индукционного нагрева штучных заготовок, перемещаемых
с регулируемой скоростью под действием подающего механизма, связанного с
электродвигателем, в камеру высокочастотного нагрева с цилиндрическим
индуктором. Отличается тем, что с целью обеспечения автоматического контроля и
регулирования температуры нагрева заготовок оно снабжено индукционной катушкой,
устанавливаемой в нагревательной камере индуктора в зоне нагрева заготовок до
температуры, вызывающей потерю магнитных свойств, и связанной с ней и
электродвигателем исполнительной преобразующей схемой.
Авторское
свидетельство № 266029.
Магнитная муфта скольжения, содержащая корпус и многополюсный ротор с
постоянными магнитами, отличающаяся тем, что с целью обеспечения
автоматического включения и выключения муфты при заданной температуре она
снабжена шунтами, установленными между полюсами ротора и выполненными из
термореактивного материала, имеющего характеристику магнитной проницаемости с
точкой Кюри, соответствующей заданной температуре, а корпус и ротор изготовлены
из материала с точкой Кюри, соответствующей температуре выше заданной
("бисистемный" переход через точку Кюри).
Авторское
свидетельство № 504944.
Способ измерения усилия, заключающийся в изменении микроструктуры элемента,
имеющего доменную структуру, и преобразовании изменений микроструктуры в
электрический сигнал. Отличается тем, что с целью повышения чувствительности и
точности измерения в нем регистрируют число скачкообразных изменений
микроструктуры элемента, по которому судят о величине измеряемого усилия
(эффект Баркгаузена).
Авторское свидетельство
№ 563556.
Способ измерения толщины металлопокрытий, заключающийся в том, что
металлопокрытие подвергают электролитическому растворению, окончание которого
фиксируют по сигналу электролитического взаимодействия с основой. Отличается
тем, что с целью повышения точности измерения немагнитных металлопокрытий на
ферромагнитной основе б качестве сигнала электролитического взаимодействия с
основой используют шумы Баркгаузена.
4.5. НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Развитие
измерительных веполей совершается обычными системными переходами, но имеет и
специфические особенности.
4.5.1. Переход к измерительным бисистемам и
полисистемам
Эффективность
измерительной системы - на любом этапе развития - может быть повышена путем
перехода к бисистеме и полисистеме.
ПРИМЕР
Задача об измерении температуры тела маленького жука-долгоносика. В стакан
помещают много жуков. Между жуками возникает внутренняя среда, температура
которой равна температуре жуков. Измерение ведут с помощью обыкновенного
медицинского термометра.
Авторское
свидетельство № 256570.
Устройство для измерения длины прыжка воднолыжника. Если под трамплином
установить два микрофона: один над водой, а другой под водой, то разность
времени прохождения воздушной и подводной волн будет пропорциональна длине
прыжка.
4.5.2. Переход к измерению производных
Измерительные
системы развиваются в направлении:
измерение функции -
измерение первой производной функции -
измерение второй производной функции.
Авторское
свидетельство № 998754.
Способ определения напряженного состояния горного массива, при котором измеряют
не само электросопротивление породы (как было раньше), а скорость изменения
электросопротивления.
