автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Электромагнитный метод и комплекс средств измеренийдинамических параметров жидкостных сред в экологическом мониторинге.

ХОРШСЬШ ДЕРШНИЯ П0Л1ГЕХН1ЧНИЯ УН1ВЕРСИТЕТ

РГ8 ОД

на правах рукопису

ШМШВ Володтнр Борисович

ЕЛЕКТРОИАГШТНИИ МЕТОД I КОМПЛЕКС ЗАСОБIB ВИШРВВЙНЬ ДИНШЧШ ПАРАМЕТР IB Р1ДИННИХ СЕРЕДОВЩ В ЕШ0Г1ЧН0МЗ Н0Н1Т0Р1НГН

Сreopia, розробка, впровадаення)

05.11.13 Прилади i методи контролю та захисту нав-колишнього середовица, речовин, Ma?epia-лi в та в проб i в.

05.11.15 Метрологia га метрологйчне забезпечення.

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступеня доктора техн!чних наук

Дисертащя е рукопис Роботу викокано у ДЙВО "Метролопя" Державного компету Укражи по сгандаргизацп, метрологи та сетрифжацп

Науковий консультант - доктор техн1чних наук, професор,

д]йсний член Нью-йорксько! ака-демП наук

СЕБКО Вадим Пантелшович

0фшйн1 опоненти: доктор техн1чних наук, професор,

член-кореспондент НЙН Укра!ни, заслуяений д!яч науки Укра!ни ППВХ 1ван Лукич;

доктор техн1чних наук, професор БАБйК В1тал1й Павлович;

доктор техн1чних наук, професор РйIСОВ йр1й Абрамович

Пров 1 дна орган1зац1я: Дераавне конструкторське оюро

"Заное" 1м. М.К.Янгеля, м. Дюпропетровськ

Захист еЦоудеться 13 червня 1396 р. на засианн1 спец!ал1зовано1 вчено! Ради Д 02.03. И у Харювському дераавному пол1техн1чному уюверситет! ( 310002, Украина, Харк1в, МСП. вул. Фрунзе. ¿1.) 3 дисертац!ею модна ознайоыитися у б!0Л10тец1 л.1рк1вського державного полтхн^чного ун1верситету.

Автореферат роз Алании А. травня 1336 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано! вчено! ради

Горкунов 5.

ЗАШЫШ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Актуальнкть тени. Техн1чний прогрес породив нов! проблем« та нову в1дпов1лальн!сть лящства перед майбутн1ми поко-лшнями за становища природнього середовища та забезпечення необхЦних умов аиттн на Земл!. Осташим десятир{ччям прийю-ла реальна свЦоьасть гостростьсуперечносп Mis обмеяеними иояливостями б5.осферя засвоивати без noaiTHoi вкоди вЦходи яиттед1яльност! лвдиш та зростаннан сусп1льних потреб. 3mi-ни еколоНчних сиспа, що исторично сформувалися, набувавть характер, при якоиу tee биьш Яковiрнiшими стаить небезпечн! для ладини та часто j-еоборогн! лоррення природних зв'язк1в. В ситуацИ, що склалгся, уявляеться надзвичайно актуальным передуам мати гарнс орган1зованкй контроль становища природнього середовияа та його неперервних зм!нивань, тобто систему еколог1чного MOHiTopiHry - спец!альну 1нфор«ац1йно-вим1равальну систему спостереження, контроля, анал!зу, прогнозу та управления становищем природнього середовища у стратеги оптим1зацП взесмодМ сусп1льства з природой.

Одним з найбмьв небезпечних та 1нтенсивних фактор1в антропогенного д1яннй .на природне середовище сл!д тепер виз-нати карнотратне використання та забруднення вод суши, морis i грунту. Всупереч економному, дбайливому в1дноаенню до води. людина у cBoift господарськ1й д!яльносп настгльки зло-в-яивала П використання«, що зараз вне стала очевидною необ-х1дюсть докладати значних зусиль для негайного зменвення дисбалансу, що виникнув. Я противному pa3i вода буде основ-ним л1мйуючим факторов для людини як бШопчного виду.

9се це ставить перед вченими складн1 задач! п1знання природних процесс28 у цыому. та 1х пдроф!зичних аспектов, зокрема, ani вимагають для свого розв'язання застосдвання самих досконалих та оучасних досягнень науки i техн{ки та. передуам, - створення високоефективного метролог1чного забезпечення (МЗ) г1дрздинам1чних вим1рввань (ГДВ) у самому широкому його розумпн1, що в!дпов1дае вимогам сьогодення: вiд створення засобп вим1р0вань (ЗВ) до розробки кер1вних нормативних документа (КНД). як! реглааентуить метролог1ч-ний наглад за ними у lpoueci експлуатацП, На цей день такого МЗ ГДВ немае.

Особливе значены! при створешй МЗ ГЛВ набувають удое-

коналшвання та розробка вим1рювальних перетворювач1в (ВП), як первинних засо61в збору ¿нформаци, тому цо вони власне й визначають мовливосп, р!вень та метролопчн1 характеристики (ИХ) ЗВ. ¡нформащйно-виьпрювальних систем (1ВС), систем ке-рування ■ та контролю. О.сташпм часом широкий розвиток наби-рають багатофункщональн! ВП, 1 передам - електромагнпт (НГД), як т!, що в найбиы»1й м!р1 в1дюв1даить вимогам на-турних вим!рввань: у них в!дсутк1 рух:ш частини, 1 в цьому зв'язку вони безв1Дмовн! та над!йн1, «ало1нерц!йн1 та мають високу чутливхсть, 1х схемотехн1чн1 р!иення забезпечують роботу без утручання оператора та пергстроювання на всьому д1апазон1 м1нливост1 г1дродинам!чного ноля швидкостей (ГДПШ), 1нфораац1я о вим1рншаних параметрах п;>даеться в електричшй форм!, зручн1й для перешкодоспйкого передавання по кабель-ним л1н1ям, автоматизовано! обробки. реестрацП. МГД ВП знайшли вироке застосрання в витра-ометри, морськ1й та речшй г!дрометр! 1, судноплавствк Велике практичне значения _вони набувать й при розв'язанн1 задач еколог!чного аон!то-р!нгу та охорони-навколианього середовща.

Над проблемами створення НГД~ВПЧ:йП8Лятенсивно працю-вть фах!вц1 в багатьох закордонних ушверситетах, лаборато-— р1ях. ф!рмах. Починаючи з 60-х рок!в дс них активно приедна-лися вчею коливнього СРСР 1, передуешь, Ризька школа на чо-з КМ.Кирко, Талл1нська - з Х.КЛзнго, Московська - з КД.Вельтоы, Донецька - з I .Оовхоы, Севастопольська - з й.I.Пантелеевим, Харк1вська - з Л.М.Ксрсунським. Результати виконаних робп, з одного боку, стали ссновою для створення електроматтних витратоы1р1в (ЕМВ) дгя трубопроводгв малих та середшх д1аметр!в та ЗВ турбулентних пульсашй швидкоси раинних поток!в, з другого - Шцпрували подалып досл1д-аення. Тепер1шнього часу роботи в ц!й галузь як! охоплюють саме широке коло народногосподарських задач, але об'еднан1 сниьним метролог1чним походом, еформувалися в самоспйний напрям та продоваують 1нтенсивно розвивзтися.

Основними необх1дними та у визначйн!й ы1р! достатни параметрами ГДПй у рамках еколопчного аонйор^гу I охорони навколишнього середовица е вектор середяьо! швидкосп V течи водяного потоку або окремих його д!лянок, як правило, поблизу дна, берег1в та р1зних констр^кц1й пдротехтчних

споруд, вертикаль^ град^енти ЪУ ввидкосп течП, масопере-нос або витрата О, , число Ричардсона $.1 та частота Вяйсяля-Брента N , За значениями перших параметр!в ¡пркувть про спк р!чок. його динам!ку коливання часу та територП; про авид-юсть розповсадвенн:: забруднень; про об'еми скидань промис-лових виробництв, сгчних вод м!ських колектор!в { гл.; про процеси розподиу -а нагроыадаення зыулених компонен'пв сгчних вод у донниз; в1дкладеннях р1чок, озер. ставк!в-в!д-спйникхв, мор1в; про динаьичн! процеси у водоочисних спору-дах. 1х ефективнкть. Вони е основнийи вихЦнини даними для систем водообл!ку та водорозподиу. Число Ш , яке е в1дно-венняи потемЦально: енерги до турбулентно!, характеризув процес перем^аування, вертикальны дифузгя тепла, планктону, киснга 1 тЛ. в стратщпкованих теч1ях. Частота N таков б ьи-рош вертикально! ги.ростатично! спйкосп етратиф!кованих потаив - покаэником, який характеризуе дина«1чний стан во-дяних середовищ.

Створення багатсфункц!ональних МГД 5П, вид!лення в!до-мостей о значениях Еим!рюваних характеристик з жформацП, яка моститься в !х сигналь визначення оптимальних парамет-р!в, техн1чних моялиЕостей та МХ 35, с загалом д!лом далеко нетрив1альним. До тегер!1знього часу не було розроблено висо-конад!йних МГД ЗВ ГДГИ з МХ, ян! вЦповЦають вимогам цього дня, не запропонован! способи, методи та апаратура вим^рв-вання з норыованими похибками та високою розд1лювальнов здатн1сти в реальному масштаб! часу Щ I N , були висут науков! основи !х створення та нормативна база, яка регла-ментуе атестац1в, поверку та метролог1чний нагляд за ними у . процесс експлуатацП - все це стримуе роботи, як1 проводять-ся в рамках еколоНчиого мон!тор!нгу та охорони наколишнього середовища, робить !х малоефективними. У зв'язку з цим, до-слЦаення, розробка та упровадзення в пдроиетричну практику ЗВ, 1ВС, засоб!в регулявання 1 контролю на баз1 багатофунк-ц!ональних МГД ВП становить надзвичайно актуальну наукову проблему, яка мае вааливе народногосподарське значения.

Робота виконувалася на основ 1 планових НДР, як! зд!йс-нввалися в ДНВО "Метрология" за Постановами Презид!! СРСР N64 в!д 10.03.78р., N227 в1д 01.09.78р., N255 в!д 02.08.80р.. N305 В1д 18.08.82р., N473 в!д 31.12.83р. та Постановоа АН

СРСР N 0024 BiR 19,02.73р. для забезпеченна роб!г 1кституту KOCMiMHHX дослхдяень (Щ) АН СРСР, ы.Москва, за постановами ЦК КПРС та СМ СРСР N 433-15? в1д 10.06.69р. та N 136-46 вЦ 27.01.86р. в рамках 4 тем з 1978р. по 1990р.; а також - для Держстандарту СРСР, м.Москва, з 1989р. по 1991р.;- для Дерк-стандарту Укра'1ни, м.Ки!в, по 3 темам, з 1992р. по 1995р.; -для УкрЩЦГйЗу, M.XapKiB, по 2 темам з 1970р. по 1976 р.; -для НВО XAPTPQH, M.XapKiB.y 1990р.;- для СОЮЗМОР1Н8ГЕ0Л0Г1I, м.Рига, з 1986р. по 1989р.

Мета та задача дослижень полагали в розв'язашп проб-леми ст8орення наукових основ, розробки та упровадаення електроыагнпного методу i комплексу засоб1в вим1рввань ди-нам1чних параметр1в рЦинних середовищ у г1дроф!зику, еколо-пчний «oHitopiHr та охорону навкояианього середовща на ос-HOBi багатофункц1ональних НГД ВП з односторонн1м магнпним индуктором. Досягнення поставлено! мети зв'язано з необх!д-н1стю розв'язання кола ключових задач, як1 наведен! на рис.1. ~ —Наукова новизна роботи полягае в такому:

1. Створено науков1~основи-будування багатофункцйналь-ного ЙГД ВП з односторонн1м ¡ндуктором, шо дозволяе-зондува^_ ти piflHHHi потоки без '1х збурення, адаптованого до р1зних умов застосування.

2. Розв'язано наукову проблему розробки, дослшень та МЗ комплексу г1дроыетрично1 апаратури з високими MX на ссно-Bi розробленого багатофункшонального МГД ВП.

3. Розроблено теоретичш основи створення НГД ЗВ вектора швидкост! (EBBffi) у безпосвредн1й близькост1 в1д кокструк-ц!й пдротехшчних споруд та у вЦкритих потоках.

4. Розроолено принципи будування компактных, що мають невисоку металом1стк!сть, простих при монтаай та експлуата-цП накладних ЕМВ ЕМВВ-Н на баз1 МГД ВП з односторонн!м 1н-дуктором.

5. Запропоновано методи та ЗВ вектора швидкосп р1дко1 Фази t РФ J розшарованих газорЦинних поток1в у газо- та трубопроводах, на основ1 накладних МГД ВП.

6. Розаинуто cnoci6 вим1рювань з нормованини похибкаии та високою просторовош розд1лювальною здатн1ств вертикального градгента пдроф1зичних характеристик р!динних поток1в за допомогою сканувчих ЗВ, коли прир1сти в град1енп визнача-

ються за вертикально компонентом швидкосп сканування, що BHMipae ЕВВ!5, та часо*.

7. Розроблено KJHuenqiD будування багатоканальних IBC "Ri-метр", 3ki признаки! для комплексного вивчення Cbítobo-го океану - проведена? пдро^нзичних та еколопчних роб!т у його найбиьи д1яльно{у поверхневому стратиф!кованому шар i -

8. Розроблено ьитодолопй МЗ ЗВ ГДПИ у трубопроводах, лотках, р1чках, каналах, р!зних водоймищах, морях, пдротех-hí4hhx спорудах i т.i , яка забезпечуе едн!сть вим1рювань,

0риг!нальн1сть основних ргшень, що одержан! та реализован! в дисертацП, зпхищена б авторськими св!доцтвами СРСР та патентом РосШько- ФедерацП.

Практична uihhic"b та реал!зац!я. Висновки, пропозицп та алгоритми, як! oflefisahi в робот!, uíjikom використан! при розробц! метод!в рограхунку, проектування та експлуатацп багатофункц!овального МГЛ ВП з одностороннем !ндуктором для

ЗВ пап».

Найбиьи íctothhíи прикладними результатами роботи е: розробленё та eKcnepfrментально п!дтвердаен! алгоритми буду-вання багатофункц!она/ьних ИГД ВП; запропонований способ ви-м1ривань вертикальногс градкнта пдроф!зичних характеристик за допомогои скануючи> ЗВ, вар1ацх! мкцеположення яких виз-начааться за вертикальною швидккта сканування та часом; ре-комендац!i по забезпеченню коректност! вим!рввань характеристик середовища "in situ" за допомогов нестац!онарних ЗВ; алгоритми розрахунку К i та N : створення IBC "Ri-метр" та широкого класу електромагниних аим!рювач!в: вектора авид-кост! (ЕВВ12) теч!й у безпосередтй близькост! в i я конструк-ц!й пдротехн!чних споруд. у вЦкритих потоках; витрати (ЕМВВ-Н) р1'дини в колекторах та трубопроводах великих д!а-метрёв: осьово! (ЕВГШ-i) та танген1пально1 (ЕВП1-2) авидкос-Ti РФ розшарованих газэрЦинних noTOKiB у газо- та трубопроводах; методи та засо5и атестацП та експеринентальних до-сл!даень створених ЗВ ra IBC; ИНД 50-052-95 "Державна система забезпечення едностi вим!рювань. 8им!рюаач1 авидкосп pi-динних noTOKiB. Метод! та засоби пов1рки", що регламенту метролог!чний нагляд ja ЗВ ГДПШ. якё використовувться в Ук-pa'iHí.

Ochobhí результат:! дослЦяень та розробок упровадхен! в

s

wem PmpúCQHfí гй чАстоти fyùca-/¡Я'бренгй у поверхневому

[^¡ШйНОМУ ujftpi

Океану

со

I

fißox компонента?, &ВКТОРА шзидкос-п придоиних reuiù

2

ocoom'i тй гянгеищ-мьнО/ швщкоаей PßKOt сраыребшяро-вашк mopßt/HMX потоки* УГЯЛР-тй rpyD'C>i¡)X>ñOfl,flX

3

ьиттц дп9 ко-лектора та трубоПРОВОД! Ô 6ШКИХ ftJHMQTplñ

4

вгкторя LUßUfiKctTi revît тй ï'i вертикального Грв^ЬН-гй it ящкришх ПОТОКАХ

Рис 1

to

практику таких пдрофгзичних та еколопчних робiт:

ЕВШП-i та ЕВ1Ш-2 установлен! на Юебелинському газовому родовищ! та в ВкрЩЦГйЗ! для вим1рювання пвидкосп руху РФ розшарованих газорхдинних потоков у системах подготовки природного газу, що добуваеться, до далекого транспорту:

EBB!, ЗВ вертикального град1ента швидкосп течП та IBC "Ri-метр" знайшли широке застосування як комплексний засгб МЗ вим!рювань характеристик внутр!BHix хвиль: "ix взасмоди з поверхневим хвилюванням, теч1ями, р1зниии турбулентними ут~ BipaMH; вертикального тепломасопереносу, спйкосп руху i T.i. в аерокосм!чних експериментах, як1 проводилися з 1986р. по 1992р. 1КД АН СРСР у Тихому океан!, включаячи MapiaHCbKy западину ( мкцевосп rip Макарова. KiTa-Koxo, Хан-Кок та банки Рамапо), а такок у захЦн!й частит йтлантичного океану (эельфова зона СЮ) в шзнародному аерокосм]чному експе-римент1 "Pre cherry".

Нпровадаення розроблених у дисертаци метод!в, ЗВ та ЧВС-у-хДдрометричну практику пЦтверджено 7 актами.

За cBoiMii експлуатацЦниыи та MX IBC "Ri-метр" переви-

¡¡¡уе краац cbitobi аналоги, a iнш! розроблет_ЗВ знаходяться

на 'ix piBHi. " —

На захист виносяться:

1. Teopia багатоФункц!ональних МГД ВП з однсстороншм 1ндукторои двох компонента вектора ивидкосп piдинних пото-KiB. адаптованих до р!зних умов застосування в рамках еколо-гхчного мон1тор!нгу та охорони навколишнього середовича.

2. Застосування розроблено! теори для створення методов визначення протяжное^ та конфзгурацп облаетi просторо-вого осереднення i дгаграми спрямованоси МГД ВП; способу i методологи вим1рввань вертикального град{ента за допомогов скануачих ЫГД ВП: cnoco6iB пол1пшення 'ix MX та поширення техн!чних моаливостей.

3. Розроблений комплекс ЗВ ГДШ - прилади EBBSI, ЕВМ-1, ЕВ1П-2 та IBC "Ri-метр".

4. ЙЗ розроблених ЗВ та IBC, КНД 50-052-95.

flnpooauia роботи. Основнi полоаення дисертаци1но1 робота допов1далися та ооговорввалися на: III Всесоюзна нарад! по електромагниним витратом1рам, к.Таллш, 1967р.; IV, UI, U11» UIII та IX Таллшських нарадах по електромагнпним вит-

ратом1рам та електротехнхщ рших про81дншав, м.Таллш, 1969р.. 1973р. Сдв! доповш), 1976р.. 1979р., 1982р; Укра-1нськ1й республ1канськхй н.-т. конф. присвячен!й 50-р1ччв аетролопчно! слуяби УРСР. м.Харк1в, 1972p,; Ulli та X Ризь-ких нарадах по магнин1й г1дродинам!ц1, м.Рига, 1975р. та 1981р.: I Всесоизн1й конф. "Метрология в гидродинамических измерениях", м.Москва, 1977р.: I та IU Всесовзних н.-т.конф. "Развитие система метрологического обеспечения измерений расхода и количества веществ", м.Казань, 1979р. та 1991 р.: U Всесоюзной школ1 "Автоматизация научных исследований морей и океанов", м.Севастополь, 1980р.: III та 1U Республ1кансь-ких конф. по прикладн!й г!дродинам1ц1 "Проблемы гидромеханики в освоении Мирового океана", и.Ки1в, 1984р. С дв! допов1-дП, 1987р.; IU Всесоюзна Hapaai "Автоматизация процессов управления, средств исследования и освоения Мирового океана", м.Одеса, 1987р.; I та II Всесоязних конф. "Проблемы стратифицированных течений", м.Юрмала, 1988р., м.Канев, 1991р.; III та IU Всесошзних аколах-сем1нарах "Методы гидрофизических исследований", м.КалШнград, 1989р.; I Всесоюзна якол1 "Технические средства и методы исследования Мирового океана", м.Гелендаик. 1991р.; I 9кра1нськ1й н.-т. конф. "Метролопя в електронхц!", м.Харк1в, 1994р. С дв i доповш); н.-т. конф. з м1внародною участю "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика", м.Харк!в, 1995р.; Укра1нськ1й н.-т. конф. "Метролопя та ви«1рн)8альна техтка", и.XapKiв, 1995р. (три доповш).

Публ1кацП. За темой дисертацП опубликовано 58 праць, з них 6 а.с. СРСР та патент Рос1йсько1 Федерацп.

Особистий внесок автора в отримання наукових результа-т1в, викладених у роботi, полагае в розробц1 концепци МЗ вим1рввань ГДПШ в задачах еколопчного мон1торшгу та охоро-ни навколиинього середовища, методолог1й вим1рювань верти-кальних град1ент1в г1дроф!зичних характеристик, числа RL i частоти N за допомогою сканувчих ЗВ та авидкосп РФ розваро-ваних газорЦинних поток1в у трубо- та газопроводах, КНД 50052-95; будуванн1 на основ1 струмово! 1нтерпретацП закон1в иагн1тно1 г!дродинам!ки теорП МГД ЗВ ГДПШ, ф1эично! та ма-теыатично! моделей механ1зму формування сигналу Ix ВП; уве-денн1 узагальнено! вагово! ФункцП, як шструыента дослЦ-

аень протяжносп I конф^гурацП обласп просторового осеред-нення та д1аграми спрямованосп МГД ВП; постанови! та роз-в'язанн1 задач! синтезу багатофункц!ональних МГД ВП з одно-сторонн1м ¡ндуктором; визначент на основI розв'язанн! задач! синтезу шлях!в пол1паення О, розширення техн1чних можли-востей багатофункц^ональних ЙГД ВП та алгоритв розрахунку Тх оптимальних параметр1в залеано в 1д конкретно"! гЦромет-рично1 задач!; створенн! на основ! розробленого ВП прилад!в ЕМВШ. ЕМВВ-Н, ЕВИ1П-1, ЕБШП-2, 1ВС "Ш-метр": проведенн! за допомогою розроблено! апаратури пдроф!зичних дослЦяень у р1зних рег!онах Тихого та Атлантичного океан!в.

Ус! основн! полокення та результати, що виносяться на захист, отриман1 автором самоспйно. 3 роб!т, що опубл1кова-н! в ствавторсгв!. використан! пльки п результати, в як1 автор вн1с основний вклад.

Методолог!я та метод дослщень предмета дисертацП складалися з теоретичного анал!зу, постановки та розв'язання ^задача-синтезу багатофункщональних ИГД ВП з метош одерзання алгориткйв для визначення^х-оптимальнюНМ та конструктив-них параметров при створент апаратури для МЗПдрометричних^ задач та експериментальному пЦтвердаенн! спромояносп отри-маних результатов, рекомендац!й, положень, алгоритм^.

Структура та обсяг дисертацП. Робота екладаеться з1 вступу, шести глав, висновку, списку лиератури (448 найме-нуеань) та восьми додатков. Вона м!стить 262 сторшки основного тексту та 51 стор1нку з рисунками та таблицами. Додатки м1стять 109 стор1нок.

КОРОТКИЙ ЗЫ1СТ Р0Б0ТИ.

У встцп! розглянуто роль та мкце пдроф!зичних вим1рю-вань у систем! зколопчного монётор!нгу та охорони навколиш-нього середовища; обгрунтована актуальн!сть проблеми ство-рення багатофункц1ональних МГД ВП для ЗВ ГДПШ. Проанал!зова-но причини, як1 стримуить розвиток електромагниного методу, розробку та упровадхення в пдроыетричну практику багато-Функцхональних адаптованих до р^зних умов застосування МГД ВП. Обгрунтовано новизну та арактичну ц1нн!сть роботи. Наведено структуру дисертац!!.

У пери1й глав1 розглянуто характерно особливосп ЗВ ГДП11!. Визначено основн! вимоги до ВП. як первинних елемент!в

автоматизованих ЗВ. IВ С. систем контроля. Проведено анал1з кнувчих иетод1в та ЗВ вектора швидкосп, И град!ента. числа Яг , частоти N , витрати риинних середовищ та швидкосп РФ розшарованих газорЦинних потоков в трубо- та газопроводах. Показано переваги та недол!ки 1снувчих методов, ЗВ та пристро!в. Обгрунтовано доц1льн!сть створення сучасних ЗВ ГДП13 в натурних умовах на баз1 багатофункц1ональних МГД ВП з односторонн1м магнпним индуктором, який розм1щуеться за ме-аами потоку. Сформульовано напряии теоретичних та експери-ментальних дослЦзень у створ! наукового та утил!тарного ас-пект1в ЙЗ г1дроиетричних задач.

Другу главу присвячено розгляду питань теорП роботи електромагнпних 8П та. зокрема. ЙГД ВП з односторонн1м дуктором. Проанал1зовано магн1тог1дродинам1чн1 ефекти, як1 спостер1гавться в пров!дних р1динах. ио переш'цавться в маг-нпному пол1 МГД ВП. Виявлено, що дон1нувчим ефектом у родинах - середовищах з 1онною провЦн1стю <5* , е виникнення в них 1ндуцьованого електричного поля £ та зв'язаних з його градиентами електричних струмз'в ^ . Звернено увагу на те. що суть електромагштного методу вим1рпвань, на в!дм1ну в!д традиц1йних уявлень, як 1 полягають в тому, що сигнал И МГД ВП визначасться 1ндуцьованою ЕРС. полягае в вим1рвванн1 спаду напруги на електродах ВП, яке шлком визначаеться густи-ною ¡ндуцьованих у вим1риваному потощ електричних струмгв

£г Егг ' 1

(1)

¿1 £1 > £1 Це обумовлено тим, що спад напруги - р!зниця потентате Ц1 , яка зн1маеться з електрод1в ВП. визначаеться роботов, яка зд!йснюбться силами поля по перемещении зарядов в 1д одного електрода £1 до другого Ег . та тим, що авидккть течп на них внаслЦок в'язкосп р1дини дор1внюе нули (VI- 0).

У В1дпо81дносп з цим. запропонована струмова модель механ1зму формування сигналу МГД ВП, на основ1 яког досл1д-5ено вплив неоднорЦносп вим1рюваного середовииа на ЙХ МГД ЗВ. Одержано алгоритки, як! визначавть ступ1нь показхв таких ЗВ вЦ б" при р1эних 1х виконаннях. Указано аляхи зведення ц!б! залеяносп до припустииого мШмуму за рахунок збыь-вення вхЦного опору ЗВ та зменшення обласп просторового

осереднення !х ВП. Показано, цо у випадку перевищення вх!д-ного опору ЗВ опору середовица у ьпжелектродному пром1яку у 5*102, раз 1 в, похибка виьпрввань вае не буде перевищувати 0,2'/.: при "стягуваннГ' облает! просторового осереднення до ьйкелектродного пром!»ку вона буде ще зменшуватися.

На основ! струмово! 1нтерпретац11 механ!зму роботи МГД ВП розроблена математична модель МГД ЗВ ГДП1. Сформульована задача синтезу ЗВ, що розроблвються, яка базуеться на р1 в -няннях електромагниного поля у електродинан^чному наближен-н1 та закон! Ома

Ъ—ъУгп, А ^Рт — 0 у

та полягае у визначенн! сигналу 11 =11( Г . К V ,&.Л/) ВП, як Функц!оналу в!д його геометричних Г та конструктивних К пс1раметр!в, розподиу !ндуцьованих сгрум!в у вим1рюваному ^тотбцГ^идини-дмамках кола пдроиетричних задач /2е , V ,0, . Ях , N . що розглядаеться. ТцгВ ^В^,Ъг-,3? ) - вектор маг-н!тно! 1ндукц1: у пол) розс!яння ВП, %,- магн!тний потенц1ал^-

Запропоновано апарат узагальнено! вагово! ФункцИ W , яка описуе вклад р!знях елеиентарних об'ен!в Л. р^дини, що рухаеться, у сигнал ЗП

■гЬеГ-Ш М)(1л, т

л.

як ¿нструмент дослшення облает! просторового осереднення та д!аграми спрямованост! МГД ВП з ктотньо неоднор!дним магн!тним полем. На основ! анализу узагальнено'! вагово! функц!х МГД ВП з односторонн1м !ндуктором, який установлено П1д оот!чним довиьним рЦинним потоком елементом конструк-цП ако!-небудь г1дротехн1чно1 споруди,

де Ц - рад1уе центрального полюса магниопроводу: х , ¿ -= <1 /2- безрозм!рн1 параметра, як! характеризуясь величину паза в магниопровод! пЦ катушку збудаення магн!тного поля. в!дстань с! - 1ЕгЕг\ М1Я електро-

дами та цилшдричними координатами, вЦповЦно;

показано, що 1х основний сигнал формуеться в безпосередн1й близькост1 в!д конструкцП г!дротехн1чно'1 споруди у квазёко-н1чному об'ем1 рёдини висота та рад1альний розм1р якого порядку ЗИ. Вклад решти потоку в сигнал не перевищус ['/.. Область просторового осереднення мае ёстотнв асиметр!ю - дом1-нуича частина сигналу формуеться в площин1 розмиення елек-трод1в ВП. Одераано точн1 та ¡няенерн! Снаблиаен! з нормова-нои похибкои) алгоритм«, як! зв'язувть протявнёсть та конф1-гурац!а облает! просторового осереднення та розподиу маг-нНного поля ВП з параметрами його ¿ндуктора та хёсцеположе-нням електрод1в. Отрииан! алгоритми е основополояними при розробц! ЗВ ГЛПЗ.

Третю главу присвячено розробц! та дослЦаенню багато-Функцёональних МГД ВП з одностороннем 1ндуктором стосовно до забезпечення вим1рювань авидкосп течёй у-довёльно спряыова-них рЦинних потоках як у безпосаредтй близькосп вЦ дна та обт!чних конструкций пдротехнечних споруд (в1дст1йники, опори, гребл1 1 тл.). так 1 у вёдкритих акватор1ях. Розв'я-зано задачу синтезу таких ЗВ. Отримано функцёю перетворення, яка виобрааае зв'язок конструктивних та геометричних пара-ыетр1в ВП з МХ ЗВ у рёзних уыовах експлуатацп

Пека-К VBdJ

(5}

де Л1 , Ал ,Аъ ,А4 - безрозмёрн! (в1днесен1 до И) глиоина потоку; товщина примезового шару над ВП. яка визначаеться ступеней шорсткосп конструкцП та ре$имом течИ; товщина осадка; товщина конструкцП, п!д якою розмёщуеться ВП; -бсе/5' - вёдносна провёднёсть осадка;

л™=

<аг 5

/. , - 2йгВг,т 1

Опт ; р^ОЯГ^ГП1)0'*

ДослЦяено вплив глибини вим1рюваного потоку та появи осадка на електродах ВП на ортогональн!сть, чутливкть та похибку викйрввань. Розроблено алгоритми розрахунк1в багатофункщо-нальних МГД ВП та шляхи опти&пзацП IX МХ. Визначено умови, при яких вони машть ортогональн1сть, т.т. забезпечушть синх-ронне, незалежне вим1рювання двох компоненпв вектора швидкосп довиьно спряыованих пототв рЦини, нав1ть при вар1а-ц1ях 1х глибини та наявносп осадив. Показано, що для зни-ження залеяносп показ!в ЗВ в1д глибини виьцрованого потоку та осадка на електродах ВП його характерний лШйний розы!р не повинен перевищувати 0,02 глибини потоку, оптимальна м1аелектродна база - При цьому похибка виы1рввань.

яка зв'язана з1 зм!ною глибини потоку в межах в!д плшс 20% до М1 нус 20У. вЦ його середньо! величини, не буде перевищу-вати (1-2)2: поява осадка на електродах ВП товщинон до 1,0мм -—буде_приводити до додатково! невиключено'1 систематично'! по-хибки (НСПУГ~яка~не-первви«ще 1,0%, при товщин1 осадка в!д 1,0 до 5,0 мм - ця похибка иоае досягати~8гОХ.-при_подальшо-му збиьиенн! товцини осадка вона р!зко наростае 1 ЗВ у цьому випадку рекомендуеться використовувати пльки як 1ндика-тор руху середовииа. Чутливкть й -11/4 ЗВ з оптим!зовани-ми параметрами його ВП при В~ 4*10"'" Тл та 3 см порядку 0,5 мВ/м/с, т.т. близька до чутливосп сер!йних ЕМВ. що доз-воляе використовувати !х електронн1 схеми для вим1ршвання вихЦного сигналу ЗВ. що розробляеться.

Зг!дно з результатами теоретичних дослЦаень розробле-ний та виготовлений прилад £БВШ. Проведен! його експеримен-тальн! досл1даення за розробленою ПНй на дослЦовому басейн! Iнституту пдромехашки НАЙ Чкра'1ни. м.КиТв. Показано, що ЕВВШ мае ортогональн1сть; вшилення його д1аграми спрямова-носп в гд ¿деально! в самому широкому д1апазон1 кута наб1-■ гання потоку в (дослЦяення виконувалися при 14 значениях 9 в !нтервал! в!д м1нус 5е до 185° при V = 4 см/с, 30 см/с та . 60 см/с) не перевицуе 5,02: мае лшйну градуавальну характеристику 1 реверсивнкть (визначалися методом найменших квадрат1в по 10 значениям ивндкосп в д1апазон! в!д м!нус 90 см/с до 90 см/с, в коашй серп эксперименту було прове-

дено по 10-19 в1шрювань); йога вЦносне середне квадратичне в!дхилення (СКВ) результату вим!рювань не перевищуе Ъ,Т/. при НСП ^ 0,32. порогова чутлив1сть - на piBHi 1 см/с; результа-ти експериментальних досл1днень позн1стш гпдтвердили корект-HiCTb постановки та розв'язання задач1 синтезу МГД ЗВ ГДПй рЦинних поток1в та справедлив!сть отриманих алгоритмов, ре-комендац!й, висновкгв.

Викладен1 питания упровадзення EBBE в практику океано-лопчних робiт як ЗВ ивидкосп та вертикального градиента авидкост! теч!й у поверхневому стратиф1кованому napi Тихого океану, як! проводилися з 1982 р. по 1989 р. 1КД ЙН СРСР у рамках аерокосм1чних експериментгв "Сх1д", За його допомогою був виконаний цикл poöiт по дослЦяенню в реальному масштаб! часу тонкоi структури пдроф1зичних полов поблизу сезонного термоклина.

Подано розроблений КНД 50-052-95, який запровадзуе ме-тоди та засоби визначення ИХ ЗВ ивидкосп рЦини в лотках, р1чках, каналах, розних водоймищах i t.i. в npoueci 'ix екс-плуатаци, та s обов'язковим для ус ix п1дпри8мств, установ i орган1зац1й, що дть а Укра'Ш.

Чертерту главу присвачено розв'язанню проблеми ИЗ BHMi-равань числа Рхчардсона та частоти Вяйсяля-Брента

параметр!в. як! характеризуясь тепломасообм1н. динам1чн1 процеси, ст1йк1сть руху i T.i. у стратиф!кованих потоках. Тут CJ- - прискорення в1льного падання, Q - густина середо-вица. с - вертикальна координата.

Виявлено. що принципово досяагна на сьогодн1шн!й день точн!сть вим1рввань Ri та N за допомогою скануючих ЗВ. вертикальна координата яких визначаеться за тиском - одного з крацих до uiеI роботи метод1в вим1рювань цих параметр1в, моне досягати 250% i 6jv~60Z; таю низъю точносп ви-MipBBaHb Hl та N обумовлен1 як малими град1ентами середо-вища в реальних умовах, так i невисокими MX 1снуючих до цьо-го часу cnocoöiB та засоб!в 'ix вим1рввання. Показано, но поставлен^ задач1 в найбйыпй Mipi в1дпов1дае метод скануючих ЗВ, коли вертикальн1 град1енти вим1рвваних napauetpiB

визначаються за часом та вертикальною швидюств сканування. Моалив1сть реал1зацП такого методу визначено розробленим у попередтй глав1 приладом ЕВВИ. Розроблено методологш та алгоритми визначення осереднених за часом Т та як! викли-кашть найб!льший практичний iHTepec при натурних доел имениях значень числа Ричардсона та частоти Вяйсяля-брента

ь-тк^г.^Цо1' <»

о о

в яких як вихЦний г1дроф1зичний параметр поряд з V викорис-товуеться температура середовища Т та 'ix. згйдно з сзхдомо справедливо» у застосуваннях, що розглядаються, ггпо^езоа Тейлора, вертикальн! град1енти в форм! а такоя вертикальний компонент ивидкосп сканування VI ЗВ; ввидккть течП V вим1риеться одним з канал!в ЕВВШ, швид-KicTb сканування VI - другим.

Вибрана методика (?) вилучае невизначенкть в алгоритмах, що реалхзувться, яка обуиовлена тим, що число Hi мае у своему знаменнику—квадрат__випадково! величин« - град1ент швидкосп течП, який у реальних т'урбулентних-потоках_з__ве^_ ликим ступеней ймовipHOCTi мо»е дор18нювати нулю, i цим, за-безпечуе високу стабыьнкть обчислення осереднених значень Hi тп N .

Особливу увагу в глав! прид^ено метрологгчниы аспектам методу, який розробляетьея: обгрунтуванню та анал1зу точнос-Ti методики вшпривань та алгоритме розрахунку Hi та N . схемотехшчним питаниям "ix реал1зацП. визначенни форми та конструктивного виконання скануючого "in situ" занурюючого пристрою (ЗП) з ЗВ, i, як насл1Док, точносп вим1рювань. що заоезпечуеться, та роздиювально! здатносп методу. Показано, що НСП зам1ни класичних визначень R.I та N (6) запропонова-ними (7) не перевищують 5'/.: метод, що розробляетьея, забез-печуе !стотне перевищення T04H0CTi та розширення просторово! роздиювально! здатноей вим^ривань RI та N . Це доеягаеться за рахунок того, що вертикально компоненти град^енпв V та Т обчислюються за результатами вим1рювань 'ix часових при-pocTiB АЪ - \АлЬ, a 4acoBi ¡нтервали At , якi визначаються сталою часу ЕВВШ, достатньо незначн! -Ai.^0,2 с. Розиирення простороБо! розд1лшвально! здатносп обумовлено тим, що при

переход! в!д просторово! метрики до часовое !нтервал розд1-лення ДЪ , який с аналогом використовуваного часового ёнтер-валу д-Ь . за яким обчислюються прирости V та Т (?), при характерна ивидкостё сканування ЗВ за рахунок хитавицё нау-ково-дослшого судна (НДС) \4.~ 0.5 м/с, дор1внвб 0,1 м, т.т. на порядок менше нез у традищйних способах.

Зг1дно з результатами виконаних дослёдяень розроблена та виготовлена багатоканальна 1ВС "й!-метр", яка забезпечуе синхронне вим1рювання в реальному масштаб! часу теыператури середовица, вертикального та горизонтального в напрямку те-чП. компонентов вектора швидкосп, азимута теч!1, числа Ш та частоти N у найбёльш дуальному поверхневому стратиф!ко-ваному иар1 океану глибиною до 300 м.

Виконан1 експериментальн! дослёдження IВС "Нё-метр" за розробленою ПНй. Каналам вимёрювання ивидкост! сканування . швидкостё течгг V , його напряму 8 ! температури Т середо-вища, якё оснащен! атестованими приладом ЕВВЙ, аимёрввачем кут1В просторово! ор!ентац!'! ЗП (розробка СКТБ ПЕ НВО "По-тенц!ал", м. Харкёв) та вимёрювачем температури ЙРТ-5 (розробка СКТБ "Турбулентнёсть" при Донецькому Держун1верситет!, м.Донецьк) приписан! МХ цих ЗВ. Показано, ао канали ви«!рю-вання та N мають л1н1йн! градуивальнё характеристики: зведене ёнструментальнё СИВ резуяыат1в вим!рювань та N при моаливих у натурних умовах варёацёях термогёдродинамёч-них параметров (1,5 \7г\/*102(м/с/м) 5 та О ч< °С/м) ч< 4 5) не перевииують 0.52. т.т. б^-бы- 0,5* при НСП < 1.0Х: зведен! основн! СКВ результатёв вимёрювань, як! зв'язан! з максимально можливими змонюваннями швидкост 1 та частоти сканування ЗВ при виконаннё робёт з дрейфуючого НДС з умовах вёдкритого океану (0.3 ч< \Л(м/с) 1 та 0,6 $ а) (с"') ^ 1,0) не перевищувть по Ыг- 6,0%, по Й. - 9,07. при довёрчёй ймо-а!рностг Р - 0,95; роздёлювальна здатнёсть IВ С практично на порядок перевищус мояливост! традиц!йних метод!в та досягае 0,1 м. Доказано коректнёсть розроблено"! методологП. прийня-тих алгоритмёв та метод1в розрахунку Щ та N , а тако« висок! МХ розроблено'ё 1ВС "¡*о~метр".

Наведен! дан! широкого упровадаення 1ВС "Яё-метр" у практику гёдрологёчних роб!т як комплексного засобу ИЗ вимёрювань характеристик тонко! структури гёдрофёзичних полов у

поверхневому дуальному шар1 в р1зних регионах Тихого та Ат-лантичного океанов при дослшенн! внутр!|шх хвиль. вертикального тепломасопереносу, спйкосп руху 1 тл. у багато-р!чному цикл! аерокосм1чних експерименпв [КД АН СРСР.

П'яту главу присвячено створеннв та дослшенням еконо-мгчних, компактних, простих п1д час монтаяу та експлуатацп накладних електромагнпних витрато»пр!в ЕМББ-Н для колекто-р!в та трубопровод!в великих Д1аметр!в на основ! розроблених багатофункц!ональних 1ГД ВП. Суть ЕМВВ-Н полягае в тому, що Чх !ндуктор моае розьйщатися зовн! трубопроводу та зондувати р!дину магн!тним полем, яке локал1зовано в прист!нн1й облает! трубопроводу; сигнал ЕМВВ-Н зшмаеться за допомогою електродхв, як! розмщувться ур!вень з внутр!шньоа поверхнеп трубопроводу; на основ! ви«1рввання цього сигналу визнача-еться середня швидкхсть Ус потоку та витрата ® середовища в трубопровод! (¡3 = . де 3 - апола перер1зу трубопроводу;.

Одержан! алгоритми роботи ЕМВВ-Н. ВЦм!чено, що оск1Ль-"ки~основна~частина сигналу ЕМВВ-Н формуеться в безпосередн!й близькост! в!д поверхн^рубопроводу.-т^х, в применовому шар! р!дини, '1х покази моауть гстотно залежати в!д його^струк— тури та товщини ¿, в цьому зв'язку, в!д ф!зико-х1м!чних властивостей вим1раваного середовиша та параметр!в трубопроводу. Показано, що обмеяен!сть протя$носп полюс1в магнитно! системи ЕМВВ-Н приводе до появи к!нцевих зр!внювальних стру-м1в, як1 спроможн!, запкаючи в робочу область ВП, приводити до посередн!й залезносп показ1В витратом!ра В1д розпод!лу ввидкостей у потоц!. Звернуто увагу на те, що ЕМВ схилььп до впливу зовн!шн!х перешкод ! тому потр1бно забезпечення необидного перевищення сигналу над перешкодами. Збхльшення сигналу не мояе бути досягнуто пльки за рахунок збиьшення по-тужносп, яка споживаеться магнпною системою ВП ЕМВ. так як 1М властив! квадратурна переикоди та виникнення фазово! не-СТ!ЙКОСТ!, ЯК1 ПрИВОДЯТЬ ДО 1СТОТНЬОГО ЗНИЖеННЯ Т0ЧН0СТ1 ви-

м!рювань. У цьому зв'язку дуге банано при фшсован1й потун-ност1 яивлення магттно! системи забезпечити максимальний сигнал ВП ЕМВВ-Н. Одним з алях!в досягнення цього с правиль-ний вио1р параметр!в магнитного !ндуктора.

Визначен! на основ! розв'язанна задач! синтезу ЕМВВ-Н електромагнйне поле, яке !ндуцьоване в його робоч!й облас-

п. та функщя перетворення К (5) витратсшра, як фуншонал в 1д параметр1в МГД ВП: аирини центрального полюса ^ магн1-топроводу, розмору сС = паза п1д котуику збудаення. дов-аини Ь - (1)( 1ндуктора, тобцини й спнок трубопроводу та розташування р - £)[ електрод1в при уах числах Рейнольдса. Показано, що найбиьш значн1 зьйни величини К в1дбуваиться при зм!нх характера течП в канал! ВП ЕМВВ-Н - при переход! в!д ламшарного режиму течП до турбулентного, ! для вим!рю-вання в трубопроводах пор1вняно малих д!аметр1в, де моме бути як перший, так ! другий реаими течи р!дини, так! ЗВ, очевидно, не можуть застосовуватися; для вим!рввання у трубопроводах великих д!аметр1в (Ду >, 400 мм), коли весь робо-чий д1апазон перевищуе числа Яг порядку 105 , застосування ЕМВВ-Н при вшовЦному вибор! параметр!в ВП стае мояливим. Зд1йснено оптим!зац!и метролог!чних та конструктивних характеристик ЕМВВ-Н на основ! анализу одеряаних алгорит«1в. як функц!0нал!в в1д параметр!в а. ,5 . к та Не ■ Показано, ио похибка вим!рввань Суде оптимальной - не буде перевиаува-ти 1,0%, якщо ВП ЕМВВ-Н виконати з параметрами % = 3*10~2, к - 2. 6 - 3,7, СЬ^ 10. Чутливкть такого ЗВ при вим!-рюваннях в трубопроводах великих д!аметр!в буде порядку 1.5 мВ/м/с.

У з!дпов1дносп до результат дослдаень розроблено накладний витратом!р ЕМВВ-Н, акий дозволив розв'язати над-звичайно актуальну на сьогодн! проблему вим!рввань витрати скиданих вод, у колекторах та трубопроводах великих д!анет-р1в. МХ ЕМВВ-Н знаходяться на р1вн! показник!в крацих ЕМВ для трубопровод!в малих та середн!х д!аметр!в, як1 сер1йно аипускаиться, прим!ром, ИР—51 1 ИР-51М. Знайден! розв'язання дозволяать використовувати як вим1рювальний пристр!й вихгд-ного сигналу ВП ЕМВВ-Н ун!ф1К0ван! електронн! блоки цих ЗВ.

¡¡¡осту главу присвячено розробц! та досл!даенна ЗВ вектора ивидкосп РФ розшарованих газор!динних поток!в, яка пе-ремщаеться у вигляд! тонких р!динних пл!вок по внутр!шн1й поверхн1 газо- та трубопровод1в, на баз! розроблених МГД ВП з односторонн1м !ндуктором.

Одержан! основополояш сп!ввиношення, як! визначають роботу МГД ВП в умовах реальних розшарованих газорнинних поток1в. Створено алгоритми розрахунк!в МГД ВП з односторон-

hîm пщуктором стосовно до зиморювань осьового та тангенц!-ального компонентов вектора авидкосп рЦинних плёвок. Виз-начено оптимально конструктивно параметри ВП та MX ЗВ в ков-ному з зазначених застосувань. Показано, «о у випадку вимо-рювань осьового компонента оптимальними параметрами ВП s % - 6*10~2, k. - 2, £ = 3,8, у випадку тангенцёального -^ = 0,66?, k - 0,5, В - 0,8 при цьому похибки, якё зв'язан! зо зм!ною товщини плёвок у ¿нтервало Biд 1 мм до 7 мм. а сане так1 'ix змони моауть мати мосце в реальних розшарованих газорёдинних потоках у газо- та трубопроводах, g самому широкому доапазон1 Bapiauifl епюр швидкостей порядку 1,07., чут-ливкть - на piBHi 0,2 мВ/м/с та 1,0 мВ/м/с у первого та другого ЗВ, в!дпов1дно.

Одераано результати теоретичних дослияень лягли в основу розробки прилад1в ЕВ01П-1 та ЕВ8П-2 - ЗВ, яко забезпечу-вть вим1рвваяня виповодно осьово! та тангенщальноо складо-вих вектора швидкосто РФ розшарованих газородинних потокёв, яка перемГщаеться—п£ьвнутр!!шй поверхн1 газо- та трубопровод! в. Розроблено ПИЙ та засоби для експериментальних^до^ слёдаень ЕВ1П-1 та ЕВИП-2. Показано, що кнуючи методи ство-рення та контролю р1динних пловок з ф!ксованими товщиною та осьовои i тангенцоальноп швидкостями в канал! ВП ЕВМП трудо-mîctk! та не забезпечують Hsûoxiдну точность завдання та в!дтворення характеристик потоку. Запропоновано ефективн!ший спос! б створення р!динних пл!вок з наперед заданими легко вшворюваними параметрами в канал! ВП за допомогои прокачу-вання роднни в щолинному зазоро nia непров!дними обточними цилшдричними обертовими валами розних дхаметр i в. skî розмо-щуштьса в канал!. та його по8ерхнев. Товщина пловки визнача-еться розницею рад1усов каналу ВП та вала, ио розмщуеться в ньому, осьова авидкть - витратов родини та площею ицлини, тангенц!альна - швидкитю обертання вала. Помочено, що умо-ви. як! накладушться на !ндуцьоване в родин!, що рухаеться, електромагн!тне поле, у данному випадку !дентичн1 умовам у реальних розшарованих газорЦинних потоках, тому що газове ядро та вали, що розм1щуються в канал! ВП ЕВН1П - д1електрики. Запропонований спос i б реалёзовано у в!дпов!дн!й установи!.

Визначено та оойнено методичн! похибки дослодаень вихо-дячи з оазично! природи !х иозливих джерел: iMÎTauil коакс!-

альнох родинно! шпвки рухом рЦини в к1льцев1й «цлин1, моа-ливсц асиметрП Длинного зазора. вим1рювань середньо! швид-кост 1 р!дини та вала, неспйкоси потоку в щ!лин1. яка обу-новлвна перехЦним режимом руху рЦини в елементах установки. вIд лам1нарного до турбулентного. Одержано сп1ввЦношен-ня, як1 зв'язуить похибки екслерииенту з результатами вим1-ривань 1 контроля геонетричних та к1нематичних параметр1в пристро!в. як1 1м1туать пл1вку, та запропонован1 способи зведення цих похибок у першу чергу, НСП до припустимого мШмуму - 2,0%.

Проведено експериментальн! дослЦяення МХ ЕВ1П-1 та ЕВ13П-2. Для забезпечення репрезентативности одержаних ре-зультапв досл1дяення зд!йснен1 при п'яти товцинах плавок (1; 2: 3; 4; 7 мм) у конному з 10 значень показав ЗВ - 10; 20; ...; 100% його шкали. В кояной серп експерименту було проведено по 17 вим!рювань. Показано, цо ЕВ1П-1 та ЕВШП-2 маить Л1н1йн1 градуювалью характеристики 1 1х в!дноснх похибки вим1рювань в!дпов1дно осьового та тангенц1ального компонентов вектора швидкосп р1динних пл!вок при вар!ац!ях товщини останн!х у всьому д1апазон1 "1х мооиво! зм1ни не пе~ ревиауять (1-3)2, що циком вЦповЦае реальним задачам ви-¡арювання РФ розшарованих газор!динних поток1в. Результати експериментальних досл1дяень доказали коректнкть одерганих алгоритм1в, розрахункових формул та рекомендаций по стзорен-ню ЗВ осьово! та тангенц1альчо1 складових вектора швидкост! р1динних шнвок у технолог1чних газо- та трубопроводах без унесення пдродинам!чних збурень в газорЦинний поток.

Наведено результати упровадяення ЕВЙП-1 та ЕВШП-2 на Небелинському газовому родовиай та в УкрНДIГЯЗг для вимора-вання ивидкост1 руху РФ розшарованих газорЦинних поток1в в газопроводах. 3 1х допомогои виконано ц1лий цикл досл1даень 1, зокрема, була одераана залеян1сть величини тангенц1ально1 швидкосп двофазного потоку в1д його газоскладу та парамет-Р1В закручувального пристров, цо дозволило виробити ряд практичних рекомендащй по гпдвищенню ефективност1, удоско-наливанню наявних сепаратор1в та розробленнш нових високо-ефективних установок п1дготовки природного газу, ию добува-сться. до далекого транспорту.

Основю результати 1 виснозки. Виконана дисертац!йна робота присвячена створенню наукових основ. розробц! 1 упро-вадженню електронагнпного методу та комплексу засоб!е вим1-ршвань динам!чних параметр1в рЦинних середовищ в еколопч-ному мониорхнгу та охорон1 навколишнього середовица, що дозволяе говорит^при розв'язання вежливо! народногосподар-сько! задач!. Нпровадяення апаратури, П характеристики, експлуатащйн! якосп та над!йне функщонування в натурних умовах шдтвердили справедлива™ одерганих результатов.

В робот! одераан1 тако основн! результати.

!. Розроблено ыатенатичну модель та сформульовано бага-топараметричну задачу синтезу електромагниних засобхв виы!-ршвання г1дродинам1чного поля швидкостей на основ! розв'я-зання ян;о! одержан! сповводношення для ун!версальних функций перетворення, алгоритми розрахункових та вим!рювальиих процедур, формули для визначення оптимальних параметров та мет-оолог1чних характеристик ЗВ.

2.-Запропоновано багатофункщональн! адаптовано до роз-них умов застосування~~у~склад!~ЗВ,ЛВС, систем контролю електромагниних перетворювач1 з односторонн!м магниним-он-дуктором, що розм!щуеться за межами потоку, дозволяе зонду-вати родинно потоки без поручения 1х пдродинамочно! структура Розроблено теоретичн! принципи ох будування.

3. Запропоновано струмов! штерпрега^я та модель меха-н!зму ф'ормування сигналу електромагниних перетворювачов на основ! яких за допомогою розробленого апарату узагальнено! вагово'о фднкцП визначено !х д1аграма спрямованосто та область просторового осередненна,.з'ясований механ!зм впливу ф!зико~хом!чних властивостей виморшваного середовища на 1х покази та одержан! уи!версально алгоритми, як! дозволяють звести ступень цього впливу до припустимого мШмуму.

4. На баз! розроблених електромагштних перетворювач!в створен! ЗВ вектора швидкссп р1динних потоков у безпссеред-н!й близькосп вЦ р!зних конструкц!й г!дротехн!чних споруд та у в!дкритих потоках. Дослшено вплив структури ви«!р»ва-них поток!в та появи осадка на електродах вим!рввального пе-ретворювача на метролог!чно характеристики ЗВ. Визначено вляхи зведення цього впливу до припустимого мШмуму, опти-мальн! параметри, границ! застосованосп та метролопчн! ха-

рактеристики ЗВ. У в¡дповодност! до одеряаних результате виготовлено прилад ЕВ30. Проведен! його експериментальн! до-слодження. Показано, що вон мае ортогональность, лхн!йну градуювальну характезистику, порогову чутливкть на piani 1 см/с, похибку виморзвань, яка нв перевииуе 3X, що водповЬ дае сучасному свпово<у piвню натурних пдродинамочних BHMi-рювань, i, як наслши - доказана коректнкть постановки та розв'язання задач! силтезу багатофункцхональних електромаг-HiTHHX перетворюзач!:). одеряаних алгоритм!в, рекомендац!й,

BHCHOBKiB.

5. Запропоновано cnociб та принципи реалхзац!1 вим!рю-вань з нормованими посибками та високои просторовои розд!лю-вальною здатн1сти вертикального град!ента г!дроф1зичних характеристик рЦинних iioroKlB за допомогоа скануачих ЗВ, коли прирост« в град!ент! шзначааться за вертикальним компонентом ивидкосп, який :зим1р!оеться ЕВВИ, та часом. Розглянуто коректн!сть вим!равен> характеристик середовища "in situ" за допомогою нестац1она|)них ЗВ. Визначено умови, якх MiHiMi3y-вть похибки таких вим.рювань. Cnocifi та методолог!я були по-кладен! в основу стварених ЗВ вертикального град!ента авид-KOCTi T84iх, як! пройили широку anpo6auia у ряд! аерокосм1ч-них експеди!пй у Тихиму та йтлантичному океанах i показали, що за свохми метролоНчними характеристиками б!льш, чим на порядок, перевицують .снугач! методи та апаратуру.

6. Розроблено та виготовлено багатоканальну 18С "Ri-метр", яка призначена для комплексного эивчання Сэiтового океану - синхронне вмпрювання в реальному масштаб! часу з нормованими похибками температури, вертикального та горизонтального в напряму темП компоненте вектора швидкост!, азимута течП, числа IZi та частоти N . Виконано теоретичн1 та експериментальн! досл:д8ення IBC "¡Н-метр". Визначено опти-мальн! алгоритми розрахунк!в Rx та. N , !х cxeM0T8XHi4Hi ви-рхшення. метрологi4Hi аспекти скануючих ЗВ. Показано, ад похибки вим!ри!вань iВС. при моаливих в натурних умовах варга-ц!ях термогодродинампних параметров середовища, швидкост! i частоти сканування, ни перевицувть по N2- 6,0'/., пой- 9.0?.. при роэд1лввалъшй здатносп, яка практично на порядок пере-вищуе можливосп традшпйних методов та досягае 0,i м.

?. Розроблено на 6a3i багатофункоцональних електромаг-

н!тних перетворювачёв принципи будування компактних, техно-лопчних, простих под час монтаау та експлуатацн накладних витратоьпров ЕМВВ-Н, яко забезпечушть виморювання з нормова-ними похибками витрати риинних середовищ у колекторах та трубопроводах великих дзаметрёв. Визначено оптимальн! реаими та конструктив^ параметри ЗВ. Дослшено ох метролопчн! характеристики. Показано, що похибка вим1ривань ЕМВВ-Н порядку 1,02, чутливкть - 1,5 ыВ/м/с - знаходяться на р1вн! показникёв кращих витратом1р1в для трубопроводёв иалих та середнёх дёаметрёв, як! серийно випускаються.

8. Запропоноеан! иетоди та пристроЧ вим1равань вектора ввидкост1 р!дко! фази розиарованих газорЦинних поток1в, як! перемщаються у виглад1 шпвок по внутр!шн1й поверхн! газо-та грубопроводёв, на основё накладних електромагниних пере-творювачёв. Розроблено теоретичн! основи та алгоритми буду-вання таких ЗВ в умовах реальних розиарованих газор!динних потоков. Створено прилади ЕВ13П-1 та ЕВШП-2, як1 забезпечують вимгрювання в!дпов1дно-осьово1 та тангенц1ально1 ивидкост1 рЦко1 фази розиарованих газорЦинних поток1в~Розроблено^ способи, методики та засоби 1х експериментальних дослодаень

1 атестацП. Виконано експериментальн! дослёдкення ЕВВП-1 та ЕВИП-2. яко подтвердили коректнить теоретичних висновков, алгоритм!в, методик та показали, що вони маить висок! метролопчн! характеристики - похибки вим!рввань не перевищують (1-3)2. чутливгсть на р!вн1 1,0 см/с.

9. Основт способи та техопчн! виршення виконано на р!вн 1 винахШв та захищен! б авторськими сводоцтвами СРСР та патентом Роспкькоо ФедерацП. За створення метод1в та засо01в експериментальних дослодкень та атестацП ЕВЙП автор роботи нагородаений знаком "ВинахЦник СРСР".

10. Основн! теоретично та прикладн! результати дисерта-ц!'1 використовано при створеннй упровадяенн! та експлуатацн приладов ЕВйП-1, ЕВШП-2, ЕВВ111, ЗВ вертикального градёен-та швидкосп течой ! IВ С -метр", як! водпов!дно розм1щен1 на Иебелинському газовому родовшц ё в УкрНД1ГАЗ1 (м.Харкой) для вимёрювань швидкосп руху р!дкоё фази розиарованих газо-р!динних поток!в у системах п!дготовки природного газу, що добуваеться, до далекого транспорту та застосовувалися як ЗВ характеристик тонко! структур« пдроф!зичних полов у поверх-

невому дiajibhomy aapi океану при дослЦаешп внутрííühíх хвиль, вертикального тепломасопереносу, ctíSkoctí руху i т.i.. дослЦаенням яких був присвячений багатор1чний цикл аерокосмгчних ексиеримент1в 1нституту космхчних досл1дяень АН СРСР у рамках грограми "Сх1д" у рхзних репонах Тихого океану та MisHapoiHoro експерименту "Pre cherry" - в йтлан-тичному. Упровадхеьня розроблених у дисертаци ЗВ та IBC у пдрометричну практику пшверджено 7 актами.

11. Розроблено кер1вний нормативний документ КНД 50052-95 "Дераавна система забезпечення едносп вим1рввань, Йим1рваач1 ввидкосп рЦинних поток1в. Методи та засоби по-в!рки", який запроваджуе методи та засоби визначення метро-лог!чних характеристик ЗВ г1дродинам1чного поля швидкостей у трубопроводах, лпках, р1чках. каналах, р1зних водоймищах i т.i. та регламентче метролопчний нагляд за'цими ЗВ niд час експлуатацп. ИНД с обов'язковим для yeix п!дприбмств, установ i орган1зац\й, як1 д1ють в Укра1н1.

Ochobhí полоаення дисертацП опубл1ковано в таких пра-

цях:

1. КНД 50-052-Í5 "ДСВ. Вим!рювач! ввидкосп рЦинних потоков. Методи та засоби nosipKH".

2. Корсунский Í.M., большаков В.Б. Об оптимальной протяженности полюсов магнитной системы электромагнитных расходомеров //Магнитная гидродинамика.-Рига.-1968.-Ni.-С.141-146.

3. Больааков В.5., Корсунский О. 0 влиянии зпары скоростей на электричэское поле, индуцированное при течении электропроводящей жидкости в круглом канале в поле рассеяния одностороннего инду<тора //йагнитная гидродинамика.-1969.-N 1.-С.111-116.

4. Больааков B.Ü., Корсунский Л.М., !ейко Т.й. К вопросу об уравнительных токах в неоднородном магнитном поле // "Магнитная гидродинамика" .-Рига.-1971.~!í 1.-С.149-151.

5. Корсунский Л.Й., Больиаков В.Б., Королев В.Б., Кузь-менко В.М. Электромагнитный метод измерения скорости аидкой пленки //Приборы и смтени управления.-1972.-М10.-С.15-17.

6. Больиаков В.Е.. Корсунский О. Область пространственного осреднения электромагнитных преобразователей скорости с полем рассеяния одностороннего индуктора // "Метрология" .-1974.-Н 11.-С.55-52.

7. Большаков Б.Б., Королев В.Б.. Корсунский Л.М. Электромагнитный измеритель тангенциальной скорости яидкостных пленок в трубопроводах //Измерительная техника.-1979.-N 6.-С.18-21.

8. Большаков В.Б., Дунаевский И.Г., Корсунский Ü.M., Повх И.Л. Зависимость чувствительности МГД-измерителей пульсаций скорости от конструктивных параметров // Магнитная гидродинамика.-Рига.-1981.-Я 4.-С.120-126.

9. Большаков В.Б.. Дунаевский И.Г., Коренев В.Д. Исследование зависимости чувствительности МГД-измерителя пульсаций скорости от числа Рейнольдса // "Магнитная гидродинамика", -1988.-Н4.-С.115-120.

10. Большаков В.Б., Королев В.Б., Косач Н.Й., Купко B.C. Метрологическое обеспечение измерений гидрофизических параметров срёды //Измерительная техника.-1991.-N4.-С.23-25.

11. Александров А.П., большаков В.Б., Народницкий Г.Ю. -Состояние и перспективы развития метрологического обеспечения средств измерений—уровня.-расхода и объема аидкости //9кра1нський метролопчний яурн'ал. -1995.-вип. 17=0765-68.—

12. Большаков В.Б., Корсунский Л.М. 0 методике градуировки и поверке электромагнитных измерителей скорости движения аидкой фазы расслоенного газожидкостного потока в газопроводах //Сб.трудов метрологич. институтов СССР "Исследования в области линейных и механических измерений".-Л.-1972. -вып.И.-С.42-50.

13. Большаков В.Б. Измерение вектора скорости в задачах метрологического обеспечения дальномерных измерений в Океане //Сб. н.тр. "Дальнометрия и ее метрологическое обеспечение", НПО ВНИИМ.-Л.-1987.-С.83-30.

14. Большаков В.Б., Королев В.Б., Косач Н.И. Метрологическое обеспечение градиентных измерений гидрофизических параметров среды в дальнометрии //Сб.н.тр. "Вопросы разработки дальномерных систем и их метрологического обеспечения", НПО ВНИИМ.-Л.-С.85-91.

15. Большаков В.Б. Измерение вектора скорости в поверхностном слое Океана //Сб.н.тр. "Методы и средства метрологического обеспечения измерений характеристик ветрового волнения и гидродинамических параметров в поверхностном слое океана" .-Харьков.-! 991 .-С. 42-49.

16. Больиаков В.Б., Королев В.Б., Косач Н.И. Экспериментальное исследование диаграммы направленности сферических МГД-измерителей скорости //Сб.н.тр. "Методы и средства МО измерений характеристик ветрового волнения и гидродинамических параметров в Океане".-Харьков.-1991.-С.67-74.

17. Больиаков В.Б.. Косач H.H. Исследование влияния нестационарности контактннх измерителей на их метрологические характеристики //Сб. научн.тр. "Методы и средства метрологического обеспечения измерений характеристик ветрового волнения и гидродинамических параметров в поверхностном слое океана". НПО "Метрология".-Харьков.-1991.-С.75-92.

18. Корсунский Л.М., Большаков В.Б, К вопросу о концевых. эффектах электромагнитных расходомеров //Сб. матер, к III Всесовзн.совещ, по электромагнитным расходомерам.-Таллин, -1967.-С.72-81.

19. Большаков В.Б., Корсунский О. О зависимости чувствительности от геометрических соотношений измерителя расхода с односторонним индуктором //Сб.матер, к III Таллинскому совещанию по электромагнитным расходомерам.-Таллин.-1969.-С. 18-26.

20. Большаков В.Б., Корсунский Л.М., Тимченко П.В. Об учете концевого эффекта при разработке электромагнитных расходомеров повышенной точности // Тр. Харьковского Гос.НИИ Метрологии. Изд-во "Комитета стандартов".-Н.-1970.-С.65-71.

21. Большаков В.5.. Гусейнов Ч.С.. Иевский А.И., Корсунский Л.М. Об оптимальных параметрах электромагнитного измерителя скорости жидкостной пленки в газопроводах //Тр. УкрНЙЙГаз "Развитие газовой промышленности Украинской ССР". Изд-во "Недра".-М.-1971.-вып.UIC11).-С.34-46.

22. Больиаков В.Б.. Гусейнов Ч.С., Королев В.Б., Корсунский Л.М., Невский А.й. Электромагнитный измеритель скорости видкой пленки - ЗИСП-l //Сб.мат. к UI Таллинскому совещании по электромагн. расходомерам и электротехнике яидких проводников. Электромагнитные расходомеры.-Таллин.-1973.-С. 126-133.

23. Больиаков В.Б.. Корсунский Л.М., Водкин Е.В., Раппопорт А.Я. Оптимальные параметры электромагнитных измерителей тангенциальной составляющей скорости яидкостных пленок в трубопроводах //Сб.матер. Ulli Таллинского совещания по

электромагнитным расходомерам и электротехнике яидких проводников .-Таллин.-1976.-внп.2.-С Л 8-28.

24. Большаков В.Б. Электромагнитный измерительный преобразователь вектора скорости жидкости //Матер. I Всесоюзн. конф, "Метрология в гидродинамических измерениях".-М.-1977. ГС.68-72.

25. Большаков В.б., Корсунский Д.Н. Электромагнитный измеритель расхода, скорости и толщины нидкой фазы расслоенных газожидкостннх потоков //Авт.св. СССР N 558154, БИ N 18. -1977.

26. Большаков В.Б., Королев В.Б., Корсунский Л.М. Электромагнитный измеритель тангенциальной скорости яидкостных пленок //А.С.СССР N 661341, БИ N 17.-1979.

27. Большаков В.Б., Александров В. А., Корсунский Л.М. Устройство для градуировки электромагнитных измерителей тангенциальной скорости жидкой фазы расслоенного газожидкостного потока в трубопроводе //A.C. СССР N 690396, БИ N 37.-1979.

28г~Болынаков-В.Б.-Электромагнитный измеритель гидродинамических характеристик noTCKV^HiKocTH^z/ATCTCCCP-N-BgeS^S^ БИ Н 2.-1982.

29. Больиаков В.Б. Электромагнитный преобразователь параметров потока //А.с.СССР N 1007015, БИ N 11.-1983.

30. Большаков В.Б., Королев В.Б., Косач H.H., Щупак Н.Е., Щупак U.E. Электромагнитный измеритель расхода //Пат. РФ N 2030713, per. в Госреестре 10.03.95.

31. Большаков В.Б., Королев В.Б., Косач H.H. Влияние неоднородности среды на метрологические характеристики МГД-измерителей гидродинамических параметров //Тез. докл. I Всесоюзн. конф. "Проблемы стратифицированных течений". -Юрмала. -1988.-Т.2.-С.182-185.

32. Больиаков В.Б., Королев В.Б., Косач Н.й. Метрологическое обеспечение измерений числа Ричардсона и частоты Вяйсяля-Брента в поверхностном стратифицированном слое Океана //Тез.докл.II Всесоозн.конф. "Проблемы стратифицированных течений".-Канев.-1991.-Т.2.-С.13-14.

33. Большаков В.Б.. Косач Н.И.. Королев В.Б. Измеритель числа Ричардсона - "Ri - метр" //Сб.тез.докл. Всесоюзн. шко-лы-семин. "Технические средства и методы исследования Мирового Океана".-М.-1991.-Т.2.-С.33.

Bolsnakov U.B. Electromagnetic raethod and measuring instruments complex of dynamic parameters of liquid medium in ecological monitoring.

ft dissertation for the corapetition of a doctor's degree in the field of the technical specialities 05.11.13 - the devices and methods of control and defence of the environment, aatters, materials and articles and 05.11.15 - metrology and metrological assurance. The Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, 1996.

The results presented in 51 scientific papers, 5 a.c. of the USSR and a patent of Russia have to be defended, uhich contain the scientific bases, the construction principles and the netrological assurance of multifunctional electromagnetic transducers with a onesided inductor, on the basis of uhich the measuring instruaents complex of a hydrodynamic velocities field, of discharge, of Richardson's number and Uäisaiä-Brendt frequency has been created and inculcated in the problems of ecological monitoring. The inforaations about the operation of the equipment is presented. Большаков В.Б. Электромагнитный метод и комплекс средств измерений динамических параметров жидкостных сред в экологическом мониторинге.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальностям 05.11.13 - приооры и метода контроля и защиты окружающей среды, веществ, материалов и изделий и 05.11.15 - метрология и метрологическое обеспечение. Харьковский государственный политехнический университет. Харьков, 1996.

Защищается 51 научная работа, б а.с. СССР и' патент России, которые содержат научные основы, принципы" построения и метрологическое обеспечение многофункциональных электромагнитных преобразователей с односторонним индуктором, на основе которых создан и внедрен комплекс средств измерений гидродинамического поля скоростей, расхода, числа Ричардсона и частоты Вяйсяля-Брента в задачах экологического мониторинга. Приводятся сведения об эксплуатации аппаратуры. Ключов! слова: електромагнпн1 вим^рювал

MipBBaHb, швидк!сть, риинний