Дисертація є рукопис Робота виконана в Національному технічному університеті "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Себко Вадим Пантелійович,
Національний технічний університет "ХПІ",
завідувач кафедри приладів та методів
неруйнівного контролю.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Гурин Анатолій Григорович,
Національний технічний університет "ХПІ",
завідувач електроізоляційної і кабельної техніки.
кандидат технічних наук, доцент
Мельник Сергій Іванович,
Харківський державний технічний університет
радіоелектроніки, доцент кафедри фізики.
Провідна установа: АТ "Науково-дослідний інститут радіотехнічних
вимірювань Національного космічного агентства
України, м. Харків.
Захист відбудеться " 4 " 10 2001 р. о 1430 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.09 у Національному технічному університеті "Харківський політехнічний інститут" за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут".
Автореферат розісланий " 31 " 07 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Горкунов Б.М.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В даний час підвищений інтерес представляє створення нових і удосконалювання відомих многопараметрових методів і пристроїв для неруйнівного контролю матеріалів, виробів і конструкцій. У цьому плані особливий інтерес представляють електромагнітні (вихорострумові) методи і перетворювачі, у вихідних сигналах яких містяться відомості про магнітні, електричні і геометричні параметри виробу.
У тих випадках, коли необхідно контролювати об'єкти з близькими значеннями параметрів різних виробів, доцільно застосовувати диференціальні методи і перетворювачі, що дозволяють істотно підвищити точність вимірів і роздріблювальну здібність, тобто чутливість перетворювача до параметрів виробу. Однак, використання диференціальних методів і пристроїв дотепер здійснювалося в основному в однопараметровому варіанті. Оскільки абсолютні електромагнітні методи дозволяють контролювати відразу кілька параметрів виробу в одній і тій же зоні контролю тим самим перетворювачем, то становить підвищений інтерес розробити диференціальний багатопараметровий вихорострумовий перетворювач.
Слід зазначити, що до цього часу ще не були розроблені багатопараметрові диференціальні електромагнітні перетворювачі різних типів і з різною орієнтацією зондуючого магнітного поля, не отримані співвідношення, що описують роботу таких перетворювачів, не оцінені методичні та апаратурні похибки визначення відразу декількох параметрів виробу, не створені установки з диференціальними датчиками. Це свідчить про те, що задача розробки і дослідження диференціальних багатопараметрових перетворювачів є актуальної і своєчасною як у теоретичному, так і в практичному плані.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню задачі створення диференціальних електромагнітних методів і пристроїв для спільного визначення радіусу і питомої електричної провідності циліндричних немагнітних виробів трансформаторним, параметричним і комбінованим вихорострумовими перетворювачами з різною орієнтацією зондуючого магнітного поля.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до проектів, що пройшли конкурс Міністерства освіти і науки України: держбюджетні теми М5203, наказ Міністерства №37 від 13.02.97 р. (координаційний план 48/16). В даний час робота проводиться відповідно до двох держбюджетних тем М5204 і М5205, наказ ХДПУ №3-II від 4.01.2000 р.
Мета і задачі дослідження – це створення диференціальних методів і реалізуючих їх пристроїв для спільного контролю радіуса та електропровідності циліндричних немагнітних виробів на основі використання електромагнітних перетворювачів різних типів з повздовжнім і поперечним полем.
Для порівняння у мету даної роботи входить також розгляд абсолютних електромагнітних методів і пристроїв для спільного абсолютного контролю зазначених параметрів. В такому випадку абсолютні і диференціальні пристрої дали би можливість охопити контролем різноманітний асортимент за радіусами і електропровідностями матеріалів і виробів.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:
- розглянути двохпараметровий вихорострумовий метод і його модифікації для одночасного визначення радіусу а та електропровідності s циліндричного немагнітного провідного виробу в абсолютному і диференціальному варіантах трансформаторним електромагнітним перетворювачем (ТЕМП) з повздовжнім полем;
- розглянути модифікації двохпараметрового диференціального методу і роботу ТЕМП із відбудуванням одного параметра від іншого і без такого відбудування;
- описати окремі випадки використання диференціального ТЕМП для роздільного контролю електропровідності або радіусу виробу;
- одержати універсальні функції перетворення і співвідношення, що описують роботу параметричного електромагнітного перетворювача (ПЕМП);
- розглянути теорію роботи ПЕМП для абсолютного і диференціального контролю радіусу та електропровідності циліндричних немагнітних виробів;
- одержати співвідношення, що описують роботу комбінованого електромагнітного перетворювача КЕМП з поперечним магнітним полем;
- реалізувати абсолютний і диференційний контроль радіусу та електропровідності виробу за допомогою КЕМП в поперечному полі;
- розробити схеми установок на основі використання ТЕМП, ПЕМП і КЕМП в абсолютному і диференціальному варіантах; одержати результати експериментів по визначенню двох параметрів циліндричних немагнітних виробів;
- оцінити обумовлені нелінійністю функцій перетворення методичні похибки визначення двох параметрів (радіусу та електропровідності) зразків при контролі їх за допомогою диференціальних ТЕМП і ПЕМП із повздовжнім магнітним полем і КЕМП з поперечним полем;
- навести приклади практичного використання розроблених датчиків.
Об’єкт дослідження – це процес проникнення зондуючих магнітних полів різних напрямків у досліджуваний і зразковий циліндричні вироби і порівняння реакцій цих виробів на сигнали перетворювачів, причому це порівняння породжує проблемну ситуацію одночасного контролю двох параметрів досліджуваного виробу в диференціальному варіанті.
Предмет дослідження є створення диференціальних і абсолютних електромагнітних методів спільного неруйнівного контролю радіусу та електропровідності немагнітних циліндричних виробів за допомогою ТЕМП, ПЕМП і КЕМП, що мають різну орієнтацію магнітного поля, зондуючого виріб.
Методи дослідження базуються на використанні рівнянь Максвелла, Бесселя, закона Ома, електродинаміки суцільних середовищ, теорії електромагнітного поля, функцій комплексних чисел, інтегрального числення й апарату спеціальних функцій, що використовувалися для розробки теоретичних основ прохідних ТЕМП, ПЕМП і КЕМП для абсолютного і диференціального контролю радіуса та електропровідності циліндричних виробів у магнітних полях різної орієнтації; теорія рядів Тейлора і диференціального числення, які реалізовувалися при визначенні співвідношень, що описують роботу диференціальних ТЕМП, ПЕМП і КЕМП, а також для оцінки апаратурних і методичних похибок, викликаних точністними характеристиками вимірювальних приладів і нелінійністю функцій перетворення; теорія електричних ланцюгів використовувалася при створенні схем включення електромагнітних перетворювачів. Достовірність одержаних результатів та висновків, зроблених у роботі, підтверджується результатами експериментів, проведених на конкретних зразках виробів.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:
- на основі введених універсальних функцій перетворення розглянуті диференціальний та абсолютний електромагнітні методи, а також їх модифікації для одночасного контролю радіуса та електропровідності циліндричного виробу при використанні ТЕМП, ПЕМП і КЕМП із повздовжнім і поперечним магнітним полем, зондуючим виріб;
- отримані співвідношення, що описують роботу двохпараметрових ТЕМП, ПЕМП і КЕМП у диференціальному та абсолютному варіантах;
- розроблені схеми включення перетворювачів для спільного диференціального і абсолютного контролю радіуса та електропровідності циліндричних немагнітних виробів у магнітних полях різних орієнтацій;
- оцінені апаратурні і методичні похибки визначення в абсолютному і диференціальному варіантах двох параметрів немагнітного виробу, які викликані точністними характеристиками вимірювальних приладів і нелінійністю універсальних функцій перетворення;
- визначено межі застосування диференціальних і абсолютних електромагнітних методів і реалізуючих їх перетворювачів для контролю геометричних і електричних параметрів циліндричних немагнітних виробів.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розраховані універсальні функції перетворення, отримані співвідношення, що описують роботу перетворювачів, методи спільного визначення радіуса а та електропровідності s циліндричного виробу, алгоритми визначення двох параметрів при абсолютному і диференційному контролі – усе це повною мірою дозволяє проектувати установки на основі застосування ТЕМП, ПЕМП і КЕМП для спільного контролю а і s циліндричних виробів, виконаних з немагнітних матеріалів, оцінити метрологічні характеристики цих установок, що працюють у диференціальному і абсолютному варіантах, розширити межі застосування їх при контролі виробів різноманітного асортименту, вибрати раціональні за апаратурними і методичними похибками режими роботи перетворювачів.