Научные стремления 2011-1

Рисунок 2 – Зависимость предела прочности при сдвиге полиэтиленовой композиции от концентрации модифицирующей добавки (ОЭКК) и ПДК

691

Как известно [2], способы модификации полимеров по методам воздействия разделяют условно на химические, физические и комбинированные, так как эти методы всегда взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Химическая модификация полимеров заключается в направленном изменении свойств полимера путем проведения взаимодействий макромолекул полимера с низкоили высокомолекулярными веществами-модификаторами.

Физическая (структурная) модификация – направленное изменение физических свойств полимеров, осуществляемое преобразованием их надмолекулярной структуры под влиянием различных физических воздействий.

Наиболее эффективными оказываются комбинированные методы модификации полимерных материалов, когда на них последовательно или одновременно осуществляется воздействие химическим реагентом и физическим полем. При этом физическое воздействие на полимер влечет изменение химического строения макромолекул, а также меняется и физическая структура полимера, что проявляется в перестроении надмолекулярных образований.

По нашему мнению, олигоэфирокарбоновая кислота, имеющая в своем составе большое количество функциональных групп, может вступать в химическое взаимодействие с основными компонентами древесины: лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза [3]. С учетом частичной термоокислительной деструкции полиэтилена, которая сопровождает процесс переработки полиэтилена, можно предположить, что кислота может образовывать химические связи с макрорадикалами, а так же физические связи собственного углеводородного фрагмента с молекулой полиэтилена. Об образовании химических связей между модифицированной пленкой и древесиной можно судить по типу разрушения при испытаниях на сдвиг. Химический тип связей подтверждается когезионным характером разрушения исследуемых образцов.

Результаты испытаний показали, что ОЭКК с концентрацией 5,0% в сочетании с концентрацией ПДК 0,05% дает увеличение прочности при сдвиге на 34,6% по сравнению с композицией без модифицирующих добавок.

Переработка композиций, с большим содержанием ПДК 0,2% затруднена из-за резкого нарастания вязкости материала, так как наряду с прививкой ОЭКК к ПЭВД возможно его сшивание по С-С связи [4], что частично подтверждается увеличением прочности композиции на 13%.

Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что поверхностная модификация полиэтилена олигоэфирокарбоновой кислотой является перспективным способом получения полиэтиленовой пленки, характеризующейся высокой адгезионной способность к древесине, что можно объяснить образованием связей различного типа полиэтилен–ОЭКК– древесина.

Литературные источники

1.Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. – М.: Химия, 1977. – 352 с.

2.Назаров В.Г. Поверхностная модификация полимеров: монография. – М.: МГУП,

2008. – С. 15-42.

692

3.Авербух А.Я., Богушевская К.К. Что делает химия из древесины. – М.: Лесная промышленность, 1970. – 165 с.

4.Щерба В.Я. Конструкционные материалы на основе сшитых полиолефинов / В.Я. Щерба, В.В. Яценко, В.Я. Полуянович, О.М. Касперович; под общ. ред. М.М. Ревяко. – Мн.: Высшая школа, 2001. – 136 с.

A.F. Petrushenia, E.Z. Khrol

RESEARCH OF INFLUENCE OF MODIFICATION BY OLIGOESTER ACID ON ADHESIVE PROPERTIES OF POLYETHYLENE COMPOSITION

Belarusian State Technological University, Minsk

Summary

The analysis of influence of polyethylene modification for the increasing of adhesive characteristics to wood is carried out in the work. Attempt to modify polymer by oligoester acid because of its small adhesive ability explained by the macromolecule non-polarity has been undertaken. The received dependences allow drawing the conclusion on efficiency of chemical modification which is carried out during the processing and compounding of compositions on the basis of low density polyethylene. The developed composition can be used for creation of composite materials on the basis of thermoplastics and wood-filler.

693

УДК 621.382.2:535.6.08(045)

Д.В. Скумс

ОСВЕЩЕНИЕ СВЕТОДИОДАМИ, КАК ПРОБЛЕМА СОВРЕМЕННОЙ КОЛОРИМЕТРИИ

Республиканское унитарное предприятие «Белорусский государственный институт метрологии»

До 15 % потребляемой в стране электроэнергии приходится на освещение улиц и помещений [1, 2]. В последнее время широкое распространение получили компактные люминесцентные лампы (т.н. энергосберегающие). Однако их применение сопряжено с рядом трудностей. В частности, такие лампы являются ртутьсодержащими и требуются специальные меры для утилизации, что, безусловно, снижает экономический эффект от их внедрения и загрязняет окружающую среду. Подобных недостатков лишены светодиодные источники. Выполненные в тех же форм-факторах, что и стандартные лампы накаливания, они имеют энергопотребление до 10-20 раз меньшее при сопоставимом времени жизни [3]. Так применение LED-освещения снизило энергопотребление шведского аэропорта Арланды на 50%. Помимо низкой стоимости обслуживания и малого энергопотребления, светодиоды имеют еще одно существенное преимущество: в отличие от использовавшихся ранее стандартных металлогалогенных ламп, они быстро включаются и выключаются, что позволяет использовать датчики движения для дополнительного сокращения энергопотребления [4].

Одним из основных параметров, наряду с потребляемой электрической мощностью, позволяющим конечному пользователю судить о качестве источника освещения, является индекс цветопередачи (далее ИЦП). ИЦП характеризует сходство или различие цветовых стимулов при восприятии наблюдателем, когда объект освещается исследуемым и стандартным источником света[5]. В качестве тестового объекта при определении ИЦП используются 8 стандартных образцов из атласа Мансела. Общий индекс цветопередачи Ra, рекомендованный МКО, определяется как:

где Ri – частный индекс цветопередачи, расчитаный для одного стандартного образца

ΔEa – цветовое различие между исследуемым и стандартным источником освещения, расcчитаное в колориметрической системе W*U*V* [6]. Величина коэффициента 4,6 была подобрана таким образом, что бы ИЦП галофосфатных флуоресцентных ламп Ra был равен 50.

Стандартный ИЦП МКО имеет ряд существенных недостатков, заложенных в основание метода. Цветовое пространство, применяемое при расчѐте цветовых различий, более не рекомендуется МКО для колориметрических расчѐтов, поскольку имеет большую неоднородность в красной области. Также большим источником погрешности является то, что при измерении ИЦП, в качестве эталонного, рекомендовано использовать

694

источник с той же или максимально близкой коррелированой цветовой температурой (ЦТ), что и испытуемый. До 5000 К это абсолютно чѐрное тело, свыше 5000 К – источник типа D65 (дневной свет). Расчѐты показывают, что источник с ЦТ 4999 К, имеющий ИЦТ Ra=100, получит индекс цветопередачи значительно более низкий, если его температура поднимется всего на 2 К [7]. Большой проблемой ИЦТ является то, что он рассчитывается, как среднее арифметическое 8 частных индексов цветопередачи. Таким образом, источник, имеющий крайне низкую цветопередачу в какой либо части спектра, получит высокий ИЦП за счѐт усреднения. При этом потребитель не сможет всесторонне оценить качество источника освещения. Особенно ярко эта проблема проявляется при расчѐте ИЦП современных энергосберегающих осветителей, таких как компактные люминесцентные лампы и светодиоды. Последние имеют спектральное распределение, существенно отличающееся от такового у абсолютно чѐрного тела и стандартных излучений МКО. В [8] описаны проблемы вызванные этим:

в качестве испытуемого, был взят светодиодный кластер на основе диодов синего (460 нм.), зелѐного (540нм.) и оранжевого (605 нм.) свечения. Коррелированная цветовая температура – 3300 К, Ra – 81. После этого была построена математическая модель аналогичного осветителя с пиками 455 нм, 534 нм и 616 нм. Его индекс цветопередачи равен 67. Что делает такой источник неприемлемым для освещения жилых помещений. Однако исследования частных индексов Ri показали, что данный кластер значительно лучше передаѐт большинство цветов, за исключением синей области, которые и вызвали существенное снижение ИЦП. При этом потребители отдают предпочтение именно таким типам осветителей.

Опираясь на все вышеизложенные доводы, МКО в 2007 году опубликовал технический доклад CIE 177:2007 ―Измерение цветопередачи белых светодиодов‖. В его результирующей части сказано, что ИЦП МКО нельзя применять для оценки цветопередачи источников освещения на основе (или имеющих в своѐм составе) белые светодиод. Комитет рекомендует разработать новый индекс цветопередачи. Новый дополнительный индекс (или набор индексов) должен быть применим ко всем типам источников света, а не только к белым светодиодам [9].

По состоянию на середину 2011 года автору известно о семи предложенных методиках для замены действующего ИЦП:

Rank-order based color rendering index (RCRI), авторы Bodrogi, Bruckner, Khanh. Является модификацией действующего метода с 17 тестовыми образцами [10].

Feel of contrast index (FCI), авторы Hashimoto, Yano, Nayatani

Модификация ИЦП МКО с использованием другого цветового пространства. Предназначен для дополнения действующего индекса [11].

CRI-CAM02UCS, авторы Li, Luo, & Li. Модификация ИЦП МКО с устранением приведѐнных выше недостатков [12].

695

Color quality scale (CQS), авторы Davis, Ohno. Шкала основана на 15

манселовских образцах, имеющих более насыщенный цвет, чем в методе ИЦП МКО [7].

Harmony rendering index (HRI), авторы Szabo, Bodrogi, Schanda. Индекс определяется, как разность в цветовой гармонии тестовых образцов при освещении эталонным и испытуемым источником [13].

Categorical color rendering index (CCRI), авторы Yaguchi, Endoh,

Moriyama, Shioiri. В основе метода лежит визуальная оценка наблюдателями большого количества (в экспериментах авторов 295) образцов при освещении эталонным и испытуемым источником [14].

Memory CRI (MCRI), авторы Smet, Forment, Hertog, Deconinck, Hanselaer

Основан на эффекте памяти цвета. В качестве тестовых образцов используются реальные объекты (фрукты и т.п.) [15].

Следует отметить, что каждый из этих методов, исправляя те или иные недостатки ИЦП МКО, не решает полностью задач, поставленных в [9].

Анализ действующих в Республике Беларусь технических нормативных правовых актов (далее ТНПА) показал, что к значению ИЦП для источников освещения предъявляется ряд требований, выход за рамки которых влечѐт запрет на применение данного типа осветителей, например [16]. В то же время отсутствуют какие-либо ТНПА нормирующее процедуру измерения индекса. Единственным ГОСТом, нормирующим методы измерения цветовых характеристик источников освещения, является ГОСТ 23198-94 [17]. Данный стандарт был разработан в 1994 году и устарел, как морально (содержит обязательное требование поверки измерительного оборудования в органах Госстандарта России, предусмотренное в нем оборудование давно нигде не применяется), так и концептуально (стандарт основан на публикации МКО 1974 года ―Методы измерения и спецификации свойств цветопередачи источников света‖ в то время как действующей является версия 1994 года. В аналогичной ситуации Министерство энергетики США рекомендовало просто не использовать ИЦП для определения качества светодиодных осветителей. Однако данное решение неприемлемо в Республике Беларусь, поскольку, как указывалось выше, имеется ряд ТНПА регулирующих допустимую величину ИЦП.

В связи с этим БелГИМ в настоящее время ведѐт мониторинг систем предложенных на замену действующему индексу цветопередачи МКО. Запланировано проведение работ с целью выбора лучшей метрики и создания на еѐ основе ТНПА в дополнение к действующим.

Литературные источники

1)И.И. Кирвель Энергосбережение. Конспект лекций для студентов всех специальностей БГУИР всех форм обучения. М. 2007

2)А.С. Кузьминов. Маркировка энергоэффективности как инструмент снижения энергопотребления электробытового оборудования.

3)С.И. Лишик и др. О светодиодных лампах прямой замены. М. Светотехника, №1,

2010 г.

696

4)http://technologyworld.blog.ru/80642627.html

5)Меламед О.П. Оценка индекса цветопередачи источников излучения при низких уровнях яркости адаптации. Режим доступа: http://www.lightonline.ru

6)CIE (Commission Internationale de l'Eclairage), Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources. 3ed ed. Publication CIE

7)W. Davisa, Y. Ohno. Approaches to color rendering measurement. Journal of Modern Optics Volume 56, Issue 13, Cnh 1412 - 1419

8)M. Wood. CRI and the Color Quality Scale, Part 2 Режим доступа: http://www.mikewoodconsulting.com

9)CIE 177:2007. Technical report. Color rendering of white LED light sources.

10)Khanh, Bodrogi, Brückner. Rank-order based description of colour rendering: definition, observer variability and validation. CIE 2010 "Lighting Quality & Energy Efficiency", 17.März

2010, Wien. Wien

11)Hashimoto, Yano, Shimizu, Nayatani. New method for specifying color-rendering properties of light sources based on feeling of contrast. Color Research & Application Vol. 32, Issue 5, pp 361–371, October 2007

12)Cheng Li, Ming Ronnier Luo , Changjun Li. Assessing Colour Rendering Properties of Daylight Sources Part II: A New Colour Rendering Index: CRI-CAM02UCS Режим доступа: http://cie2.nist.gov/TC1-69/Leeds/CIE-CLi%202-final.pdf

13)F. Szabo. New Metric on Light Source Colour Quality: Colour Harmony Rendering Index Режим доступа: http://www.create.uwe.ac.uk

14)Hirohisa Yaguchi, Nanako Endoh, Takayoshi Moriyama, Satoshi Shioiri. Categorical Color Rendering of LED Light Sources. CIE Expert Symposium on LED Light Sources: - Physical Measurement and Visual and Photobiological Assessment, 2004

15)Smet, Forment, Hertog, Deconinck, Hanselaer. Validation of a color rendering index based on memory colours. CIE Conference on "Lighting Quality and Energy Efficiency" vol:x035:2010 pages:136-142

16)ТКП 45-2.04-153-2009 Естественное и искусственное освещение. Строительные нормы проектирования.

17)ГОСТ 23198-94 Лампы электрические. Методы измерения спектральных и цветовых характеристик.

D.V. Scums

LED LIGHTING, AS A PROBLEM OF MODERN COLORIMETRY

Belarusian State Institute of Metrology (BelGIM)

Summary

The principles of measuring the color rendering index of light source a considered. Showing limitations of the current methods. Contains a brief review of alternative metrics of measuring color proposed for replacement.

697

УДК 006.91.034:621.3.011.4(476)

Т.Г. Сосновская

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НАЦИОНАЛЬНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ

Республиканское унитарное предприятие «Белорусский государственный институт метрологии»

Вступление. В настоящее время на предприятиях и в организациях Республики Беларусь (далее - РБ) эксплуатируется большая номенклатура средств измерения электрической емкости. Для организации производства и метрологического обеспечения выпуска и эксплуатации этих средств измерений в Белорусском государственном институте метрологии (далее - БелГИМ) создан эталон единицы электрической емкости, который по своим метрологическим характеристикам соответствует международным требованиям и экономическому развитию страны.

Электрическая емкость, методы ее воспроизведения. Электрическая емкость – характеристика проводника, количественная мера его способности удерживать электрический заряд. Электрическая емкость определяется геометрическими размерами проводника, его формой и электрическими свойствами окружающей среды (диэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили следующие методы воспроизведения емкости.

1.Метод расчетного конденсатора. Принципиальным достоинством эталона электрической емкости на основании расчетного конденсатора является возможность воспроизведение единицы емкости в абсолютной мере – через основную единицу Международной системы единиц SI – метр. С другой стороны, эталон на расчетном конденсаторе представляет собой достаточно сложную конструкцию, изготовить которую на необходимом технологическом

иметрологическом уровнях – достаточно трудная и дорогостоящая задача.

2.Метод воспроизведения электрической емкости на основании квантового эффекта Холла. Данный метод является самым точным методом воспроизведения единицы электрической емкости. После того, как в ходе международных сличений Международное бюро мер и весов (далее - МБМВ) продемонстрировало точность связи на основе квантового сопротивления Холла с емкостью 10 и 100 пФ, этот метод был предложен для использования при создании эталонов. Данная работа требует проведения измерений квантового сопротивления Холла при частоте 1,6 кГц. Недостаток: дорогостоящий метод. Реализация эффекта Холла – это сложная инфраструктура криогенной техники для получения жидкого азота и гелия, специальные холловские структуры металл-диэлектрик-полупроводник; это сильные и высокостабильные магнитные поля, специально оборудованные помещения, сложная электрическая и электронная техника.

3.При создании эталона единицы электрической емкости национальные

698

производителей ведущих фирм, имеющую в своем составе эталонные средства для воспроизведения, хранения и передачи размера единицы и обеспечения функционирования эталона. Таким образом, эталон хотя и не будет воспроизводить автономно размер единицы, однако он способен «принять» и «хранить» единицу электрической емкости, реализованную другими способами.

Проанализировав вышеизложенный материал и учитывая, что эталон единицы электрической емкости относится к эталонам производных единиц, а также учитывая экономическое развитие РБ и потребность в такого рода измерениях, использование третьего подхода для создания эталона считается самым рентабельным и целесообразным.

Национальный эталон единицы электрической емкости, состав, основные метрологические характеристики

Национальный эталон единицы электрической емкости состоит из:

комплекса эталонного оборудования для хранения опорного значения единицы электрической емкости и тангенса угла потерь;

комплекса эталонного оборудования для измерения электрической емкости методом замещения;

комплекса эталонного оборудования для хранения и передачи

единицы электрической емкости с номинальными значениями емкости от 1 пФ до 10 мФ и тангенса угла потерь в диапазоне от 1х10-5 до 1;

вспомогательного оборудования, состоящего из системы кондиционирования, ПЭВМ.

Комплекс эталонного оборудования для хранения опорного значения единицы электрической емкости и тангенса угла потерь состоит из 6 эталонных мер электрической емкости модели AH11А: 3 меры с номинальным значением 10 пФ и три меры с номинальным значением 100 пФ. Данные эталонные меры электрической емкости используют плавленый кварц как диэлектрик и калибруются относительно расчетного конденсатора в Национальном институте метрологии США NIST.

Комплекс эталонного оборудования для измерения электрической емкости методом замещения состоит из моста электрической емкости многочастотного серии АН2700А, блока коммутации БК8х2 восьмиканального для измерения емкости, пакета прикладных программ для обработки результатов измерений.

Мост электрической емкости АН2700А представляет собой многочастотный прецизионный мост с диапазоном измерения электрической емкости от 1 10-12 до 1 10-6 Ф и частотой от 50 до 20 кГц, точность измерения от

5 ppm 1000 ppm. Использование в конструкции моста АН2700А трансформатора отношений со специальной конструкцией обмоток, а также термостатированного конденсатора на основе плавленого кварца являются главными факторами, обеспечивающими прецизионные измерения емкости (тангенса угла потерь) в частотном диапазоне от 50 Гц до 20 кГц.

699

Блок коммутации БК8x2 был специально разработан БелГИМ совместно с фирмой ОДО "ТКС-МиСБоС" для Национального эталона единицы электрической емкости. Блок коммутации позволяет проводить измерение мостом АН2700А электрической емкости до восьми конденсаторов путем управляемого переключения измерительных каналов коммутатора. При измерении емкости блок коммутации обеспечивает реализацию трехпроводной схемы измерений при соединении моста АН2700А с объектами измерений.

Программное обеспечение коммутатора открывает широкие возможности при обработке и анализе полученных результатов измерений: расчет общих статистических параметров и значений неопределенности; визуализация результатов измерений: график значения во времени, гистограммы распределения плотности вероятности, результаты в табличной форме; гибкие возможности по управлению графиками и гистограммами: растягивание по двум осям, масштабирование и др.

Комплекс эталонного оборудования для хранения и передачи единицы электрической емкости с номинальными значениями емкости от 1 пФ до 10 мФ

итангенса угла потерь в диапазоне от 1 10-5 до 1 состоит из:

мер электрических емкости эталонных однозначных серии SCA с

номинальными значениями 1, 10, 100 пФ, 1, 10, 100 нФ, 1, 10, 100, 1000 мкФ, 10

мФ, магазина емкости HACS-Z-A-9E-10 pF и пределами допускаемой основной

относительной погрешности электрической емкости (от 1 10-2 до 1,5 10-1) %;

магазина мер тангенса угла потерь с диапазоном воспроизведения тангенса угла потерь от 1 10-5 до 1, предел абсолютной погрешности воспроизведения не более ± (0,001 tg + 2х10-5 );

RLC-метр МНС 1100, от 10-17 до 10 Ф.

В таблице 1 представлены метрологические характеристики Национального эталона электрической емкости.

Таблица 1 - Метрологические характеристики Национального эталона электрической емкости

Результаты исследований метрологических характеристик Национального эталона единицы электрической емкости. Было установлено, что нестабильность эталонных мер за год и СКО не превышают значений, установленных в техническом задании на эталон. Исследование тангенса угла потерь эталонных мер подтвердили характеристики мер, заявленные производителем: не более 0,000003.

700