Повышение точности и быстродействия неразрушающего контроля коэффициента диффузии в тонких изделиях из анизотропных пористых материалов

Представлен метод неразрушающего контроля (НК) коэффициента диффузии в тонких изделиях из анизотропных пористых материалов, обеспечивающий возможность получения требуемых результатов при отсутствии реальной статической характеристики применяемого преобразователя диффузанта в твердой фазе. Анализируются условия эффективного применения метода в плане возможности использования различных участков кривой отклика на импульсное воздействие дозой диффузанта. Цель исследований — оптимизация метода по точности и быстродействию. Для решения задачи использованы методы математической метрологии и теории погрешностей. Проанализировано влияние на точность и быстродействие метода НК соотношений максимумов вы ходной характеристики преобразователя концентрации E_max, наблюдаемых в экспериментах, и значений выходной характеристики E_cal, при которых фиксируются входящие в расчетные соотношения моменты времени. Доказано закономерное снижение погрешностей фиксирования моментов времени, входящих в расчетные соотношения, и снижение производительности метода НК при увеличении разности (E_max – E_cal). Решена задача многопараметриче ской оптимизации по Парето при наличии двух несводимых друг к другу критериев: минимальной погрешности и минимальной длительности процесса измерения коэффициента диффузии. Представлены результаты эффективности метода НК для определения коэффициента диффузии с учетом найденных оптимальных значений параметров по сравнению с исходными данными.

1. Рудобашта С. П. Массообмен в процессах сушки, адсорбции, экстрагирования, диффузионной проницаемости: Монография. М.: Колос-с, 2024. 573 с.

2. Беляев В. П., Беляев М. П., Мищенко С.В ., Беляев П. С. Неразрушающий контроль коэффициента диффузии в тонколистовых и массивных изделиях из пористых материалов: Монография. Тамбов: Изд. центр ТГТУ, 2020. 160 с.

3. Мочалин С. Н., Исаева И. Н., Пономарев С. В. Выбор оптимальных условий измерения характеристик влагопереноса в тонколистовых капиллярно-пористых материалах методом „мгновенного“ источника влаги // Вестн. ТГТУ. 2010. Т. 16, № 3. С. 533–545.

4. Дивин А. Г., Пономарев С. В., Мищенко С. В. и др. Применение лазерной сканирующей термографии и регрессионного анализа для определения характеристик дефектов полимерных композиционных материалов // Дефектоскопия. 2024. № 1. С. 40–48. DOI: 10.31857/S0130308225010065.

5. Селиванова З. М., Скоморохов К. В. Алгоритм формирования баз знаний в интеллектуальных измерительных системах теплофизических свойств объектов // Вестн. ТГТУ. 2024. Т. 30, № 3. С. 388–398. DOI: 10.17277/vestnik.2024.03.pp.388-398.

6. Головин Д. Ю., Дивин А. Г., Самодуров А. А. и др. Новый экспресс-способ определения коэффициента температуропроводности материалов и готовых изделий // Инженерно-физический журн. 2020. Т. 93, № 1. С. 240–247.

7. Hallaji M., Seppänen A., Pour-Ghaz M. Electrical resistance tomography to monitor unsaturated moisture flow in cementitious materials // Cement and Concrete Research. 2015. Vol. 69. P. 10–18. DOI: 10.1016/j.cemconres.2014.11.007.

8. Олиферович Н. М., Гринюк Д. А., Оробей И. О., Сухорукова И. Г. Динамика радиальной пропитки материала дисперсной средой // Инженерно-физический журн. 2019. Т. 92, № 4. С. 1065–1073.

9. Мищенко С. В., Беляев П. С., Фролов А. П. Определение локальных значений содержания жидкой фазы в дисперсных материалах // Метрология. 1988. № 8. С. 55–61.

10. Nizovtsev M. I., Stankus S. V., Sterlyagov A. N. et al. Determination of moisture diffusivity in porous materials using gamma-method // Intern. J. Heat Mass Transfer. 2008. Vol. 51, N 17. P. 4161–4167. DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.01.013.

11. Koptyug I. V., Sagdeev R. Z. Applications of NMR tomography to mass transfer studies // Russian Chemical Rev. 2002. Vol. 71, N 10. P. 789–835. DOI:10.1070/RC2002v071n10ABEH000743.

12. Zhang M., He Y., Ye G. et al. Computational investigation on mass diffusivity in Portland cement paste based on X-ray computed microtomography (μCT) image // Construction and Building Materials. 2012. Vol. 27, N 1. P. 472–481. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.07.017.

13. Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Определение коэффициента диффузии при неразрушающем контроле тонких изделий из анизотропных пористых материалов // Измерительная техника. 2017. № 4. С. 60–64.

14. Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Оперативный контроль коэффициента диффузии в тонких анизотропных пористых материалах // Письма в ЖТФ. 2019. Т. 45, № 1. C. 31–33. DOI: 10.21883/PJTF.2019.01.47153.17513.

15. Беляев В. П., Беляев М. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Сравнение метрологических характеристик методов неразрушающего контроля коэффициента диффузии в тонких пористых материалах // Измерительная техника. 2022. № 5. С. 69–75. DOI: 10.32446/0368-1025it.2022-5-69-75.

16. Беляев В. П., Мищенко С. В., Беляев П. С. Реализация неразрушающего контроля массивных изделий при измерении коэффициента диффузии растворителей // Инженерно-физический журн. 2017. Т. 90, № 3. С. 733–741.

17. Пономарев С. В., Мищенко С. В., Дивин А. Г. и др. Теоретические и практические основы теплофизических измерений / Под ред. С. В. Пономарева. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 408 с.

18. Шашков А. Г., Волохов Г. М., Абраменко Т. Н., Козлов В. П. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. М.: Энергия, 1973. 336 с.

19. Пономарев С. В., Буланова В. О. Методические рекомендации по получению целевой функции и решению задач оптимизации методов и устройств для измерения теплофизических свойств веществ // Инженерно физический журн. 2022. Т. 95, № 5. С. 1343–1356.

20. Ehrgott M. Multicriteria optimization // Springer Science & Business Media, 2005. Vol. 491.