К истории научного направления «Электрические измерения неэлектрических величин» в Ленинградском политехническом институте

В. Г. Кнорринг

К ИСТОРИИ НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН»

В ЛЕНИНГРАДСКОМ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ ИНСТИТУТЕ

Электрические измерения неэлектрических величин представляют собой обширную самостоятельную область измерительной техники, находящую применение в научных исследованиях, производственных испытаниях и процессах технологического контроля. Периодом наиболее бурного развития этой области были 40-60-е гг. XX в.

Именно в этот период кафедра электроизмерительной техники, существовавшая тогда на электромеханическом факультете ЛПИ (теперь это кафедра измерительных информационных технологий ФТК), выдвинулась на лидирующие в стране позиции по этому направлению.

Оно было определяющим для самой кафедры и довольно заметным в масштабах Политехнического института. Об этом говорят три прижизненных (1951, 1954, 1959) и два посмертных (1966, 1975) издания книги доцента Афроима Моисеевича Туричина с соответствующим названием, организация в 1955 г. Проблемной лаборатории физикотехнических измерений, большое число выполненных хоздоговорных работ и защищенных диссертаций по данной тематике, активная консультационная деятельность сотрудников кафедры. Данная работа имеет целью осветить некоторые факты, относящиеся к периоду возникновения этого научного направления.

Формирование электрических измерений неэлектрических величин как самостоятельной области измерительной техники в развитых странах было подготовлено в течение XIX в. развитием электротехники, с одной стороны, и открытием разнообразных физических эффектов (впоследствии примененных для измерений неэлектрических величин) — с другой стороны. Однако потребность в измерениях неэлектрических величин появилась только в первых десятилетиях XX в.

В это время стали быстро расти такие параметры машин, как температура и давление рабочих сред, скорость вращения, механическое напряжение в деталях. В связи с этим потребовалось совершенствование методов испытаний сложных изделий гражданского и военного назначения. Развивались также сейсмометрия, электрические методы геологоразведки и т. п. Во всех этих областях появлялись устройства для электрических измерений неэлектрических величин.

В качестве примера ранней разработки, относящейся к этому направлению, можно привести известный сейсмометр академика Бориса Борисовича Голицына с дистанционной электрической передачей показаний (1906). Ряд интересных примеров приведен в книге немецкого инженера Георга Кейната1, вышедшей в оригинале в 1928 г. Правда, Г. Кейнат еще счел нужным оговориться: электрические устройства «на первый взгляд могут показаться сложными и неудобными». Однако тут же он рассказывает о применении «двойной реактивной катушки» (в нынешней терминологии — дифференциального индуктивного преобразователя) в 1915 г. для передачи на расстояние уровня воды в котлах высокого

© В. Г. Кнорринг, 2008

давления, «где все до того известные способы не давали результатов», и в 1918 г. для измерения угла закручивания корабельного вала. Как видно, в это время речь еще шла о единичных разработках, принципы действия которых не были систематизированы.

В другой книге Г. Кейната2 прослежена история развития одного из электрических методов газового анализа (метода теплопроводности), который был предложен в 1904 или 1906 гг. и получил практическое применение в 1916-1919 гг.

На фоне этих прикладных работ выгодно выделяется статья3 Марка Львовича Цук-кермана (1886-1959), окончившего электромеханическое отделение Политехнического института в 1913 г. В следующем году, в котором и была опубликована статья, М. Л. Цук-керман был стипендиатом в Электромашинной лаборатории, у профессора Семена Николаевича Усатого.

Конечно, задача, решение которой М. Л. Цуккерман описывал в статье, — исследование электромагнитной муфты — сама по себе тоже была сугубо прикладной. Да и проф. С. Н. Усатый в аннотации к статье своего стипендиата увидел в ней только «простое решение довольно трудной экспериментальной задачи».

Однако сам стипендиат начал статью с довольно общих рассуждений, предметом которых послужил «некоторый не электрический процесс (движение механизма, вибрация тела, колебания давления, температуры и т. п.)». Для его записи с помощью электромеханического осциллографа «необходимо, очевидно, создать связь между временными изменениями этого процесса и тока в некоторой электрической цепи, заключающей петлю осциллографа».

М. Л. Цуккерман отмечает, что связь может быть прямой и косвенной, и далее так характеризует это различие: «Мы можем заставить его [процесс] при помощи некоторого промежуточного тела или среды генерировать на зажимах А цепи электродвижущую силу, зависящую в каждый данный момент от величины, изменения которой желательно проследить. Но можно поступить и иначе, а именно прилагать в А некоторый независимый источник постоянной или переменной электродвижущей силы, а исследуемый процесс заставить при помощи связи, т. е. тех же средств, менять Я или Ь цепи»4. Дальнейшую конкретизацию этой мысли («связь может быть образована при помощи магнитного поля...») можно не рассматривать — уже ясно, что перед нами набросок общей теории измерения неэлектрических величин, в какой-то степени уникальный для того времени.

Историки науки обычно обращают большее внимание на статью А. А. Чернышева и М. В. Шулейкина5, помещенную в том же издании годом раньше. Утверждают, что Чернышев и Шулейкин применили осциллограф к изучению движения машин. Однако в статье этих авторов рассмотрен всего лишь второстепенный вопрос о компенсации постоянной составляющей сигнала для лучшего выделения переменной составляющей, и ее содержание не идет ни в какое сравнение с глубокими мыслями, высказанными в статье М. Л. Цуккермана.

По-видимому, как сам Михаил Андреевич Шателен, читавший курс измерений, так и его сотрудники по электромеханическому отделению, не оценили значимости работы М. Л. Цуккермана.

Не оценили они и изобретения другого замечательного политехника — Льва Сергеевича Термена (1896-1993), сделанного им в 1919-1920 гг., еще до защиты дипломного проекта (1926). Вот как рассказал о нем сам автор в книге воспоминаний об А. Ф. Иоффе6 (в следующей длинной цитате опущены многочисленные детали, менее важные для рассматриваемой темы):

«Абрам Федорович очень интересовался повышением чувствительности экспериментальных устройств для исследований физических процессов в газах... В связи с этим я начал работу по применению электронных ламп для всевозможных измерительных целей.

Я показал, что радиосхемы по своей чувствительности и точности могут на несколько порядков превзойти широко применявшиеся тогда электрометры и чувствительные гальванометры для измерения потенциалов и токов...

Однажды Абрам Федорович пришел ко мне в лабораторную комнату. Увидев большое количество разных электронных схем в полумакетном выполнении. он предложил мне занять значительно большее помещение — всю большую чертежную, специальный зал электротехнического факультета Политехнического института (на третьем этаже) с 20 рабочими столами и 14 большими окнами.

Итак, я начал действовать в новом помещении; построил конденсаторное устройство для измерения диэлектрической проницаемости газов с чувствительностью до миллионных долей процента посредством применения метода биений электрических колебаний высокой частоты и измерения частоты разностного тона.

Когда я продемонстрировал Абраму Федоровичу действие всего этого устройства, он очень удивился получаемой чувствительности и точности и предложил также подумать, где еще, помимо газовых измерений, может быть применен разработанный мною метод гетеродинирования частот».

Как видно из этого текста, эксперименты Л. С. Термена выполнялись в аудитории 325 Главного здания — кабинете электромеханического («электротехнического» у Термена — очевидная описка) факультета. Казалось бы, находящиеся рядом сотрудники этого факультета не могли не знать о них. Тем не менее, разработанный Терменом высокочувствительный метод измерения не нашел на этом факультете немедленного применения (кафедра электроизмерительной техники стала широко применять частотную модуляцию только в 60-е гг.). Не стал развивать его в измерительном плане и сам автор. Вместо этого он создал на его основе сначала охранное устройство, сигнализирующее о приближении человека, а затем известный электромузыкальный инструмент «Терменвокс». Впоследствии Л. С. Термен занялся телевидением и, по-видимому, совсем отошел от измерительной тематики.

Сравнивая работу Л. С. Термена с публикацией М. Л. Цуккермана, можно отметить два существенных различия. Во-первых, М. Л. Цуккерман ни единым словом не упомянул о возможности измерений неэлектрических величин на основе изменений емкости, а Л. С. Термен именно на емкости целиком построил свою работу. Это, очевидно, связано с тем, что М. Л. Цуккерман мыслил как электромеханик, а Л. С. Термен — как радиотехник. Во-вторых, М. Л. Цуккермана интересовала сама возможность реализации электрических методов измерения, а Л. С. Термен (хотя мы не находим у него того общеметодологического подхода, каким характеризуется работа Цуккермана) решал более тонкие задачи повышения чувствительности и точности измерений, правда, не слишком различая эти два понятия. В целом создается впечатление, что обе работы, разделенные всего пятью-шестью годами, принадлежат к разным эпохам.

Еще одна разработка в области измерений неэлектрических величин, выполненная в Политехническом институте и не оцененная своевременно сотрудниками электромеханического факультета, — это струнный метод измерения деформаций7, разработанный на рубеже 1920-1930-х гг. Николаем Николаевичем Давиденковым (1879-1962) на кафедре

физики металлов и металловедения физико-механического факультета. Струнные преобразователи послужили предметом исследования на кафедре электроизмерительной техники только в те же 6Q-e гг.; последняя диссертация по этой тематике была защищена всего несколько лет назад.

Итак, представляется, что ученые электромеханического факультета, для которых электроизмерительная техника была хотя и важной, но всего лишь вспомогательной областью электротехники, проглядели перспективное направление в измерительной технике, которым они могли бы заняться уже в 2Q-e гг.

В явном виде это направление появилось уже не на электромеханическом факультете, а в созданном на его основе в 193Q г. самостоятельном Ленинградском электромеханическом институте (ЛЭМИ). В начале сентября 193Q г. директор ЛЭМИ получил заявление инженера Георгия Павловича Кульбуша: «Вследствие личных переговоров с С. М. Шрейбер настоящим изъявляю согласие на ведение курса Электрических измерений неэлектрических величин (для специализации Электрические измерения). При сем прилагаю свое Curriculum vitae»s.

Две детали здесь примечательны: во-первых, Кульбуш ссылается на переговоры с Самуилом Марковичем Шрейбером, а не с заведующим специализацией Евгением Георгиевичем Шрамковым; во-вторых, сразу возникает самое общее название курса, сохранившееся на многие последующие годы и даже десятилетия.

Что касается самого Г. П. Кульбуша, то деятельность этого замечательного инженера и ученого, по чьему-то навету расстрелянного в сентябре 1937 г., заслуживает специального изучения. Частично ей посвящена диссертация Анны Андреевны Митичук9, а краткие сведения о Кульбуше, полученные при работе над этой диссертацией, приведены в статье111.

Здесь достаточно отметить, что Г. П. Кульбуш явился фактическим инициатором и организатором производства на заводе «Термоэлектроприбор», вскоре переименованном в «Пирометр» (впоследствии — завод № 218). Он играл руководящую роль и в создании Ленинградского научно-исследовательского института пирометрии Всесоюзного объединения точной индустрии (ВОТИ), который отделился от этого завода и фигурирует во многих документах под названием ЛИВОТИ.

Масштаб деятельности Г. П. Кульбуша хорошо виден из отзыва М. А. Шателена, датированного 19 декабря 1933 г.: «Название “Пирометрический” для завода и для Института слишком узко: фактически работы их затрагивают всю область измерений неэлектрических величин. Всеми этими работами руководит инж. Кульбуш. Все сказанное позволяет мне считать инж. Кульбуша исключительно подходящим кандидатом для занятия в ЛЭМИ кафедры по Электрическим измерениям неэлектрических величин».

Можно только порадоваться тому, что М. А. Шателен, наконец, осознал значимость нового направления и целесообразность его оформления в самостоятельную кафедру.

Но такая кафедра не была создана, и вся деятельность Г. П. Кульбуша в Политехническом институте протекала в рамках сначала специализации, а затем кафедры электроизмерительной техники, официально начавшей работу с весны 1932 г. под руководством Е. Г. Шрамкова.

Г. П. Кульбуш начал вести занятия по курсу электрических измерений неэлектрических величин уже с весеннего семестра 1931 г. В следующем году появляются аспиранты, работающие под номинальным руководством Е. Г. Шрамкова, а фактическим — Г. П. Кульбуша: в феврале остается в аспирантуре выпускник Натан Исаакович Штейнбок, в апреле — Михаил Петрович Кобелев.

В декабре 1933 г. Г. П. Кульбуш сообщает в академической характеристике о том, что аттестуются «аспиранты Штейнбок и Кобелев, работающие под моим руководством», и далее: «... Штейнбок работает над организацией лаборатории неэлектрических величин. Кобелев . аспирантура только что начата. Работает над курсом неэлектрических величин, принимает участие в организации лаборатории неэлектрических величин»11.

Организация этой лаборатории, по-видимому, заняла значительное время. Уже в приказе по ЛЭМИ № 28 от 17 сентября 1930 г. в перечне лабораторий института фигурирует «Лаборат. электр. измерений и электр. величин» (очевидно, «и электр.» напечатано ошибочно вместо «не электр.»). Ввод этой лаборатории в действие в 1934 г. был упомянут в отчетной статье директора ЛЭМИ А. Ф. Шингарева12 в качестве крупного достижения.

Лаборатория вначале не была учебной, в ней выполнялись научно-исследовательские работы по договорам с заводом «Пирометр», и за счет получаемых сумм оплачивалась работа сотрудников13.

Н. И. Штейнбок при поступлении в аспирантуру получил тему «Электрические газоанализаторы», а на защиту, состоявшуюся 28 ноября 1936 г., представил диссертацию под названием: «Электрический анализ газов методом теплопроводности»14.

Напомним, что в это время ЛЭМИ уже не существовал: в 1934 г. часть институтов, на которые был расколот Политехнический институт, снова объединилась под названием Ленинградского индустриального института (ЛИИ); название же Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина было возвращено еще позже, в 1940 г.

После защиты Штейнбок продолжал заниматься газовым анализом, но другими методами, с применением радиоактивных изотопов. Вместе с ним по этой же тематике работала выпускница 1933 г. Ирина Ивановна Иванова15.

Применение электрических методов для анализа состава веществ стало также темой исследований выпускника 1927 г. Афроима Моисеевича Туричина. Его кандидатская диссертация «Измерение концентрации водных растворов методом электропроводности» была защищена 25 сентября 1938 г.16 Происхождение этой темы неясно.

Наряду с работами по аналитической тематике, в лаборатории электрических измерений неэлектрических величин выполнялись исследования и разработки другого плана, связанные с измерениями механических величин. Упомянутый выше М. П. Кобелев работал в аспирантуре над темой «Пьезоэлектрический метод измерения высоких быстропеременных давлений», а диссертацию защитил (только в 1948 г., после большого перерыва в работе) по другой теме: «Емкостный метод измерения давления (анализ источников погрешностей и способы их устранения)». В тексте диссертации можно найти намеки на то, что в ней были использованы имевшиеся — возможно, довоенные — кафедральные заделы.

Над сходной тематикой работал и выпускник 1935 г., аспирант Николай Петрович Халько. В его характеристике от 3 января 1937 г. заведующий кафедрой Е. Г. Шрамков упомянул интереснейший факт: «В течение указанного [1936] года Н. П. Халько работал в группе инженеров под руководством проф. Н. Н. Пономарева по разработке и изготовлению (по заданию промышленности) приборов для измерения высоких быстропеременных давлений»17. Николай Николаевич Пономарев, один из основателей кафедры Электроизмерительной техники, был крупным специалистом в различных областях электротехники, а здесь мы видим его в роли руководителя целой группы инженеров, занимающихся неэлектрическими величинами! Это позволяет по-новому оценить его роль в развитии кафедры.

Предполагалось, что Н. Н. Пономарев возьмет на себя и руководство аспирантурой Н. П. Халько, но официальным руководителем был назначен Е. Г. Шрамков. К сожалению,

Н. П. Халько по объективным причинам не успел закончить диссертацию до начала Великой Отечественной войны, и эта работа осталась незавершенной.

Выше уже было сказано, что Г. П. Кульбуш был оклеветан и погиб в 1937 г. С кафедры он был уволен уже в начале 1935 г., а еще раньше, в декабре 1934 г., на должность старшего научного сотрудника в лабораторию электрических измерений неэлектрических величин был принят сотрудник Кульбуша по заводу «Термоэлектроприбор» Дмитрий Львович Оршанский. С февраля 1935 г. он начал преподавать курс Кульбуша, а в его лаборатории организовал учебные занятия.

Д. Л. Оршанский работал на кафедре до начала Великой Отечественной войны. С 1938 г. к преподаванию курса электрических измерений неэлектрических величин подключился А. М. Туричин, который вел по нему лабораторные занятия. Возможно, он какое-то время также читал лекции.

Таким образом, в довоенные годы внутри кафедры сложился небольшой, но достаточно работоспособный коллектив, развивавший научное направление, связанное с измерениями неэлектрических величин. Вот как вспоминала об этом Ирина Ивановна Иванова:

«Группа сотрудников вела большую научную работу в области электрических измерений неэлектрических величин. Здесь было два направления: одна подгруппа, в составе ассистента Михаила Павловича Кобелева, аспиранта Николая Петровича Халько и научного сотрудника Аркадия Семеновича Качко, занималась измерением давления газов, а вторая подгруппа, в составе преподавателя Натана Исааковича Штейнбока и научного сотрудника Ирины Ивановны Ивановой (автора настоящих воспоминаний) занималась газовым анализом»18.

Заметим, что Ирина Ивановна не упомянула в этом отрывке ни Г. П. Кульбуша, ни Н. Н. Пономарева — руководителей этих исследований и разработок. Перечислила она только непосредственных исполнителей. Нет в ее перечне и А. М. Туричина, который, видимо, работал самостоятельно.

Опыт работы Ирины Ивановны в области газового анализа пригодился ей в годы блокады, когда институт получил задание разработать и изготовить образцы поглотительных фильтров для бомбоубежищ города на случай применения немцами отравляющих веществ.

Пожалуй, еще важнее, чем формирование коллектива (ведь работы по измерениям неэлектрических величин, наверняка, велись тогда во многих организациях), была постановка учебного курса Г. П. Кульбуша — вероятно, первого в стране по данной тематике.

Действительно, в послевоенные годы от довоенного коллектива, занимавшегося неэлектрическими величинами, остались только А. М. Туричин и И. И. Иванова (Н. Н. Пономарев умер в первую блокадную зиму, М. П. Кобелев после защиты диссертации ушел с кафедры, а другие сотрудники по разным причинам не вернулись). Однако кафедре удалось очень быстро создать новый коллектив, основой которого стали фронтовики, заканчивавшие учебу в первые послевоенные годы. Что касается учебного курса, то его чтение взял на себя А. М. Туричин, который стал фактическим лидером неэлектрического направления в послевоенные годы.

Нужно отметить, что актуальность электрических измерений неэлектрических величин в это время резко возросла. Одна за другой стали выходить монографии по отдельным сторонам этой области, а в 1949 г. московские авторы Ф. Е. Темников и Р. Р Харченко издали учебное пособие, которое так и называлось: «Электрические измерения неэлектрических величин». Значительная часть дипломных проектов на кафедре электроизмерительной техники ЛПИ стала защищаться по этой тематике.

То же можно сказать и о кандидатских диссертациях, выполненных на кафедре. Так, в течение десятилетия 1950-1959 гг. неэлектрическим величинам были посвящены диссертации Л. А. Островского (1951), И. И. Ивановой (1952), С. А. Красик (1952), П. В. Новицкого, впоследствии профессора кафедры (1953), Е. А. Корепина (1958), М. М. Фетисова, впоследствии ведущего доцента (1959).

Уже в 1951 г. накопленный кафедрой опыт позволил А. М. Туричину опубликовать в Госэнергоиздате книгу «Электрические измерения неэлектрических величин» объемом 688 страниц. Она сразу была оценена и студентами, и инженерной общественностью.

В посвященной А. М. Туричину статье19 приведен характерный факт: ленинградские студенты, проходившие в 1952 г. практику на киевском заводе «Точэлектроприбор», обнаружили, что киевляне хорошо знают книгу А. М. Туричина и полагают, что ее автор по меньшей мере возглавляет кафедру. Многие приезжие из других организаций тоже, случалось, разыскивали в Политехническом институте «кафедру Туричина». Учениками А. М. Туричина стали ведущие преподаватели кафедры — П. В. Новицкий, М. М. Фетисов, Е. С. Левшина и др.

Началом 50-х гг. можно закончить настоящую статью. К этому времени научное направление «Электрические измерения неэлектрических величин» окончательно сформировалось, а его дальнейшее развитие достаточно подробно описано в той части юбилейного издания20, которая посвящена нынешней кафедре измерительных информационных технологий.

1 Кейнат Г. Электроизмерительная техника: В 2 т. / Пер. с нем. сотрудников ЛПИ; под ред. проф. Н. Н. Пономарева и Е. Г. Шрамкова. М., 1937. Т. 2.

2 Кейнат Г. Электрические приборы для измерения температуры / Пер. с нем. Л., 1930.

3Цуккерман М. Л. К вопросу о применениях осциллографа // Известия Санкт-Петербургского политехнического института. 1914. Т. XXII. Вып. 2 (Отдел техники, естествознания и математики). С. 515-531.

4 Цуккерман М. Л. К вопросу о применениях осциллографа // Известия Санкт-Петербургского политехнического института. 1914. Т. XXII. Вып. 2 (Отдел техники, естествознания и математики). С. 517.

5 Чернышев А. А., Шулейкин М. В. Применение осциллографа к изучению движения машин // Известия Санкт-Петербургского политехнического института. 1913. Т. XX. Вып. 1 (Отдел техники, естествознания и математики). С. 293-297.

6 Воспоминания об А. Ф. Иоффе. Л., 1972. С. 116-117.

7Давиденков Н. Н. Струнный метод измерения деформаций. М., 1933.

8 Архив СПбГПУ Оп. 44. Д. 2288. 1935 г. [Кульбуш Георгий Павлович].

9Митичук А. А. История развития научной школы электроизмерительного приборостроения в Ленинградском политехническом институте в 10-40-е годы XX века: Дисс. ... канд. ист. наук. СПб, 2003.

10 Митичук А. А., Митичук Д. И. Георгий Павлович Кульбуш — инженер и исследователь (по материалам личного архива Андрея Георгиевича Кульбуша // Датчики и системы. 2002. № 1. С. 65-66.

11 Архив СПбГПУ. Оп. 48. Д. 213. 1948 г. [Кобелев Михаил Павлович].

12 Шингарев А. Ф. О работе ЛЭМИ // ЛЭМИ: Сб. Ленинградского электромеханического института. Л., 1934. № 2 (IV). С. 3-13.

13 Архив СПбГПУ. Оп. 44. Д. 1855. 1937 г. [Качко Аркадий Семенович].

14 Архив СПбГПУ. Оп. 44. Д. 4855. 1937 г. [Штейнбок Натан Исаакович].

15 Иванова И. И. Предвоенные и военные годы кафедры ИИТ. Воспоминания // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2005. № 3. С. 86-92.

16 Архив СПбГПУ. Оп. 116. Д. 793. 1961 г. [Туричин Афроим Моисеевич].

17 Архив СПбГПУ. Оп. 45. Д. 5090. 1941 г. [Халько Николай Петрович].

18 Иванова И. И. Предвоенные и военные годы кафедры ИИТ. Воспоминания // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2005. № 3. С. 88.

19 Левшина Е. С., Кнорринг В. Г. Афроим Моисеевич Туричин // Датчики и системы. 2001. № 8. С. 71-72.

20 К 25-летию факультета технической кибернетики / Под ред. Т. К. Кракау, И. Г. Черноруцкого; отв. за вып. С. А. Александрова. СПб., 2002. С. 29-50.