автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Магнитострикционные преобразователи перемещения с подвижным магнитом для систем управления

.. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

~ "-' По ВЫСШЕМУ.: ОБРАЗОВАНИЮ'....." ' __

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ / 'п^ --

1 Г Б ОД ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ / Сч Л '}

\ 2 Дси 1Г, ^......~

На правах рукописи МУКАЕВ Роберт Юнусович

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ С ПОДВИЖНЫМ МАГНИТОМ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность: 05.13.05 Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 1094

Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника» Уфимского государственного авиационного технического университета.

Научный руководитель — заслуженный деятель науки и

техники Республики Башкортостан, доктор технических наук, профессор Ураксеев М. А.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Хайруллин И. X., кандидат технических наук, доцент НадеевА. И.

Ведущее предприятие: Уфимское агрегатное производственное! объединение. < - ,

Защита состоится «_»,__ 1994 г. в_час.

на заседании диссертационного совета по автоматике К—063.17.01 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450025, г. Уфа, ул. Карла! Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан «____1994 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

А. М. Аминев

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

i Актуальность. Информация о контролируемых процессах в слоте- '

мах управления поступает с первичных измерительных преобразователей, от метрологических характеристик которых зависит' качество функционирования системц в целом.

Измерительные преобразователи перемещений широко используются в системах автоматического управления, для определения ' параметров технологических процессов. Дх удельный вес в отечественном машиностроении составляет более 30 По 'мэре совершенствования технических устройств требования к преобразователям непрерывно возрастают. Наиболее жесткие требования предъявляются к преобразователям, работающим в системах управления силовыми установками изделий авиакосмической техники .

В реальных условиях эксплуатации параметры преобразователей зависят от температура окружающей среда, изменяющейся на сотни градусов. При стендовых испытаниях таких изделия возникает необходимость измерения перемещений объектов, находящихся внутрн герметичных металлических резервуров с односторонним доступом {гидроцилиндры рулевых приводов, сильфоны ).

Из многообразия известных методов измерения перемещений в. герметичных резервуарах можно выделить ионизационный п ультразвуковой методы, которые наиболее часто используются в промышленности.

Известные устройства не в полней мере удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям со стороны систем управления.

Преобразователи должны удовлетворять следующему комплексу требований, предъявляемым к ним со стороны САУ:

-рабочая .Температура до +250°С (например, встроенный. в гидроцилиндр преобразователь перемещений японской фирмы "Каяба коге" имеет максимальную рабочую температуру до +9.0°С );

-ограниченный объем (до 150 см3) для размещения элементов пребразоватэля и односторонний доступ к резервуару; -погрешность измерения перемещения не более 0,5 % -перемещение контролируемого объекта 250-360 мм ; -минимальная зависимость параметров преобразователя от характеристик немагнитного материала стенок, резервуара}

-отсутствие потерь информации при временном отключении Питания,

Перспективным является применение магнитоотрикционных преобразователей положения объекта (МППО) с подвижным магнитом, которые могут быть использованы для измерения перемещений, в герметичных резервуарах со стенками из немагнитных сплавов, -

В МППО подвижный объект жестко соединен с /постоянным магнитом, положение которого определяется по времени распространения ультразвуковых волн в магнитострикционном волноводе на рснове ДЕ-эффекта, эффекта Джоуля к Виллари.

В связи о тем, . что создание высокотемпературных МППО позволит решить важную научно-техническую задачу,-тема исследования является актуальной.

Актуальность также подтверждается выполнением ее в рамках целевой комплексной программы Минавиапрома ' "Авиационная технология", комплексной программы МинВУЗе РСФСР "Датчики" и по планам НИР Уфимского авиационного института, Уфимского Государственного авиационного технического университета ( Л Гос. регистрации 01850083605,01817007957 }.

В настоящее время работа связана с Планами Академий наук Республий» Башкортостан (регистрационный номер темы. 216/ АН РВ), ■Цель работы й вадачи исследования.

Целью диссертационной работы является создание магнитоотрикционных преобразователей перемещения объектов для проведения стендовых испытений изделий авиакосмической техники.

Для ее достижения в работе решены.следующие научные задачи: -созданы математические мбдеди новых ШЛО с подвит» магнитом, позволяющие определить основные технические характеристики преобразователей?

, -разработаны новые.принципы построения ШЛО для. систем управления объектами, назсодящмися в герметичных резервуарах;

-исследованы технические возможности МППО с подвижным магнитом и установлены пути их практической реализации;

-разработаны МППО с расширенным диапазоном рабочих температур, повышенной точностью преобразования и помехоустойчивость»; -проведены экспериментальные исследования МППО. ' Метода исследования. Исследования выполнены с использовали

ем теории 'ферромагнетизма (эффект Э.Еиллари и Д.Джоуля, ¿Е- эффект) .основ математического анализа и теории дифферен-" вдалышх уравнений. При решении волноеых уравнений использовалась ЭВМ,

Научная новизна

Разработана магматическая модель, в которой учтено влияние А Е-э$фэкта и локальное изменение коэффициента магнито-механической связи волновода о распределенной обмоткой в подмаг-}гиченной зоне волновода. Получека эналипгческая зависимость скорости ультразвуковых волн от параметров подмагничиваодего поля, частоты и геометрических размеров волновода, позволяющая производить более полное математическое описание и расчет основных характеристик нового подкласса >ЯШ0, предложенных автором (авторские свидетельства П294Э0, 1295220, 1158865, 1309313, 1105922).

На основе теоретических исследования разработаны новый принцип построения и способы улучпения характеристик ШЛО. В частности установлено:

з) для распирения функционалышх возможностей { измерение перемещений в герметичном рззервуэре ) необходимо осуществлять изменение постоянным магнитным полем локального коэффициента магнитомеханической связи при возбуждении и приеме ультразвуковых волн (а.сЛ105922,1309313 );

б) для повышения чувствительности необходимо использовать локальный дельта Е^зффект, создаваешй постоянным магнитным полем

• (возникновение. неоднородности волнового сопротивления, используемое для отражения ультразвуковой волны (а.с.П29490));

в) для повышения точности 1ЯШ0 следует использовать измерительный канал, в котором достигается стабилизация скорости ультразвуковой волны путем изменения частоты излучаемых колебаний в дополнительном опорном канале (а.с.1252667)

Практическая ценность работы.

На основе теоретических и экспериментальных исследований разработан МГО10 с подвижным магнитом для рабочих температур до +250°С. МППО имеет погрешность 0,5 % при измерении перемещения от О до .350 мм в герметичных резервуарах с ограниченным доступом.

Разработана математическая модель ШЛО с подвижным магнитом,

позволяющая произвести в аналитической форме расчет чувствительности и уровня выходного сигнала с учетом подмагничивающего поля, частоты ультразвуковых волн и геометрических размеров волновода.

Предложены структурные схемы повышения точности измерения, позволяющие использовать МЩЮ с подвижным магнитом в составо САУ при стендовых испытаниях изделий авиакосмической техники.

Использование результатов.

Разработанные в диссертации ШЛО внедрены в системе управления штоками гидроцилиндров рулевых приводов изделий авиакосмической техники в Волжском филиале НПО ."Энергия" в г.Самаре и в специальной установке для проведения стендовых испытаний изделий авиационной техники в Научно-исследовательском институте физических измерений в г.Пензе.

На защиту выносятся:

-математические модели МШО, учитывающие влияние ¿Е-эфрзкта, параметров магнитного поля на скорость ультразвуковых волн и уровень выходного сигнала; •

-способ . повышения точности измерения перемещений, заключающийся в изменении частоты излучаемых ультразвуковых волн в измерительном и опорном канале;

- способ измерения перемещений, заключающийся- в .получении отраженных акустических волн от локально подмагничегаого участка волновода;

-методы повышения точности, помехоустойчивости и расширения функциональных возможностей МППО .

Публикации. По результатам работы опубликовано 36 печатных работ, из них 17 авторских свидетельств на изобретения.

Ашробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Ш Всесоюзном совещании "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Гурзуф, 1993), семинаре "Твердотельные волновые датчики для прецизионного машиностроения" (Каунас, 1990), Ш научно-техническом семинаре по электронным датчикам "С8нсор-89и (Ленинград, 1989), II республиканской научно-технической конференции "Физические основы построения первичных измерительных преобразователей"'(Винница, 1982), республиканской научно-технической конференции "Проблемы внедрения достижений научно-

технического прогрессе в области автоматизации и механизации производственных процоссов" -(Уфа, I98S)," Third China-Russia~ Ukraine symposium on Astronautical Science and Tecnology"(Сиань, Китай, 1994).

Структура, и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения ,5 глав, заключения, изложенных на 108 страницах ' машгаописного текста,30 страниц рисунков и списка использованной литературы из 127 наименований , приложения.

С0ЯЕК5АНЙЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и положения, выносимке на защиту.

S первой главе сформулгрозая; основные требования, предъявляемые к преобразователям перемещения объектов в герметичных резервуарах с огроничешгым доступом, дан обзор известных принципов построения и предложены• новые принципы построения МППО.

На основе зна-таза известных пржвдаюз построения преобразователей перемоаеши объектов з герметичных резервуарах выявлено, что положение подвижной детали внутри резервуара определяется по излучения расположенного на нем радиоактивного изотопа,по времени прохождения ультразвуковых волн до объекта и обратно ,а также по коордзизте соединенного с объектом -ферромагнитного сердеч!шка (магнита),взаимодействующего с индуктивным (магнитомодуляционкым) преобразователем.

Установлено, что наиболее перспективным является создание магнито.чувствительных устройств на акустических волнах, распространяющихся в волноводе, "вдоль которого перемещается постоянный магнит, соединенный с контролируемым объектом. Выбор магнита, обусловлен тем, что постоянное магнитное поле без потерь проникает через немагнитные стенки герметичного резервуара. Жесткие условия эксплуатации обусловили выбор преобразователя с линейной статической характеристикой, которая может -наиболее эффективно использоваться при структурных методах повышения точности.

На рис,1 представлена одна из схем построения МГШО с подвижным магнитом,

а х

рис Л. ШЛО

МППО состоит из сосредоточенной обмотки I, магнита 2 и распределенной обмотки 3, расположенной на магнитострихционном волноводе 4. по концам которого расположены акустические демпферы 5. На участке волновода 4, подмагничиваемом магнитом 6, создается область с существенно большим коэффициентом магнитомеханической связи. Перемещение подвижного магнита 6 пропорционально времени прохождения ультразвуковой волной расстояния X и равно XXV, где V - скорость волны (около 5000 м/с). Для возбуждения и приема ультразвуковых волн используются эффекты Джоуля й Виллари,

На рис.2 показана схема построения нового МППО • с использованием локального ¿Е-зффекта [53.

X ,

4 i /' с 2 .......

/ W I

Рис.2, Устройство, реадизуещее новый способ измерения

перемещений на дельта Е-эффектб В волноводе 1 из магкитострикционного Материала при помощи постоянного магнита 2 создается зона 3 с увеличенным значением модуля Юнга, от которой происходит отражение ультразвуковых волн» Для возбуждения и приема ультразвуковых волн используется электроакустический преобразователь 4, Перемещение магнита пропорционально времени задержки 2X/V,

Преимуществом .hobiíx преобразователей является высокая

рабочая температура, ограниченная точкой Кюри используемых магнитных материалов, и линейность статической характеристики. '

Влияние внешних дестабилизирующих фзктсров ' (температура и др.) значительно уменьшается, при использовании дополнительного опорного канала, служащего для Измерения скорости вол-ы • на участке -волновода между двумя неподвижно расположенным!: магнитами. Например, -если МППО изображенный на рис.1, будет содержать второй коподаихнкй магнит 7, расположенный на неизменном расстоянии • а от мапшта 6-'(т.э: систему двух перемещающихся магнитов), то Ее дичина отношения (X/V) / (o/Y) времен прохождения волн участков и X будет определять величину перемещения в масзтабе oepssncsorö интервала а , более стабильного при действии дестабилизирующие факторов, чем скот;рсть звука в волноводе.

Достоинством рассмотренной схемы построения является идентичность опорного и измэрительиого канэлоэ при всэдойстеии внешних дестабилизирующих факторов, .

Итогом проведенной работы является создание нового подкласса высокотемпературных ШЛО с подвизаем магнитом для. /измерения перемещений в герметичных резервуарах с ' односторонним' доступом. Чувствительный элемент в виде волновода располагается снаружи резервуара' вдоль пути перемещения постоянных магнитов, соединенных с подвижным объектом.

Вторая гла'ва посвящена разработке математических моделей МППО, в которых исггользуктся те же эффекты Джоуля и Виллари, что и в магнитострикционных-линиях задери: (МЛЗ). Различные айда МЛЗ были исследованы в работах Волкова A.C., Бережного Б.О., Шикаловз B.C., Еремеева В.П., Тимофеева Г.Д.и др. Магнитострикциокныа преобразователи перемещения с сосредоточенная!. излучателями н приемниками ультразвуковых волн (магнитные головки, сосредоточенные катушки с магнитами) бил: исследованы в работах Надеева А.И., Артемьева Э.А. и Шпиня А.П.

Известные математические модели были созданы для преобразователей, в которых отсутствовало локальное подмагничива-ние и изменение модуля, упругости ( Юнга ) или коэффициента магнитомеХанической связи в волноводе.

При разработке математической модели были принята следующие

допущения!• I) бегущая волна является гармонической и любая форма сигнала в волноводе может быть представлена разложением сигнала в ряд Фурье, 2) ширина ленточного волновода не менее, чем в 10-20 раз превышает его толщину, 3) упругие напряжения линейно зависят от деформации (нет нелинейных явлений), 4) толщина ленточного волновода постоянна, 5') механические напряжения на поверхности волновода -отсутствуют (краевые условия

Сиотема волновых дифференциальных уравнений имеет вид ;

' 0г и / <Э X2 + Зг I! / а + Х^ и =* 0; . аг и / о хг + аг ш / о гг + к| и * о,

где и и № - потенциалы смещения частиц продольных и сдвиговых, волн в волноводе;

К

и

К2 = 2 те 1

2р(1+у)

-волновые числа для продольных и поперечных волн соответственно; р- плотность материала звукопровода, 1- частота волн, Е- модуль упругости, ^-коэффициент Пуассона,

Методом наименьших квадратов была получена . аппроксимация решешш дифференциальных уравнений при 2/г/Лг<0,3 в виде полинома

В,+ В£(-

2 Л/

) + В3(

2Н/

)г,

ил

гдэ V,

пд

Е

V = V 2

1-У ~2~

Значения коэффициентов равны В? = 0,999;Ве=0,01б; В3=0,169.

Использование безразмерной величины 'позволяет

»полутать аналитическое выражение при разных величинах толщины' волновода 2Н, частотах / и модуле упругости Е.

Существенное влияние на модуль упругости материала волновода из никеля и пэрмэндара оказывает нодаагничивание и температура (рио.3,4).

Рис.3. Изменение модуля упругости от индукции магнитного поля и температуры для волновода из никеля Ка рис,4 .представлена экспериментальная зависимость - относительной амплитуды выходного сигнала МППО от теьагаратуры.

ч

и«0

0,75

0,50 0,25

100 гоо зоо 4оо 4 «

Рис.4. Изменение амплитуды выходного сигнала МППО от тешературы ( и100 - амплитуда выходного вигнала при температуре +100?0 ) Третья глава посвящена исследованиям основных характеристик МППО: расчету амплитуда выходного сигнала, коэффициента отражения от нэодвородностей волнового сопротивления.

Амплитуда выходного сигнала МППО не является информативным параметром.При расчетах принят ряд допущэнкй:прямой я обратный

магнитострпкционшй эффекты описываются линейкой функцией, • зависимость между намагниченность» и напряженность» магнитного поля .рассмотрена только в линейном приближении.

Величина амплитуда пыхсдаого сигнала определена по формуле и=Э И ДВ/лг = 5 И Л,о 7/.Т ,гдо Б-площадь поперечного сечения волновода; те - число ьнткоа распределенной обмотки на волноводе, который подмагничек постоянным магнитом на участке длиной ; о - амплитудное значение механического наряжения в зоне 1п; Л8~ аффективное значение мзгнитострикцконной постоянной чувствительности , дв/лг - скорость изменения индукции в подмагниченной зоне.

Эффективное значение л& с учетом влияния вихревых токов и размагничивающего фактора *\гр определяется по формуле Л0 = Л ца/ц, где л и - магнктострихционная постоянная чувствительности и магнитная проницаемость на низких частотах (для пермендора 49КФ

Л=27 • 10"° Тмг/Н ) ,е - магнитная проницаемость на рабочей 1

частоте, цэ= ( — + Мр)

Численное значение N определяется из соотношения длины, толщины и ширины намагниченной зоны. Значение механического напряжения определяется по формуле о = о£1 Ш/1 , где I - макси- .

ш Ш К ГП

мальное значение тока возбуждения; а- магнитостршцконная константа, связывающая относительную механическую деформацию в с напряженностью магнитного поля К (з= а Н) „V/— число витков сосредоточенной катушки длиной .

Приведенные формулы позволяют сделать вывод о том, .что уровень выходного сигнала ШЛО возрастает при увеличении отношения Л0/2п. В известных устройствах стремились уменьшить . значение Хп использованием концентраторов магнитного поля к экранов. Увеличение отношения ло/1 ' в ШЛО с подвижным магнитом достигается при ' йспользоважш двух или четырех магнитов, обращенных друг к другу разношенными полюсами. Этот же эффект монет быть достигнут при подмагничивании волновода при помощи распределенной обмотки,через которую пропускается постоянный ток, и обеспечивается встречная направленность магнитных потоков в материале волновода и Подвижной магнитной системе. Возникновение большого градиента магнитного поля (перепада

намагниченности волновода и магнитной проницаемости) позволяет получить выходной сигнал такой ко величину, как • и при использовании концентраторов магнитного поля.

Использование более эффективней магнитной системы позволило применить разработанные МПП0 с подвижным магнитом для измерения перемещений в герметичных резервуарах в жестких условиях эксплуатации.

Модуль коэффициента отражения волк о,т подмагничзкной зоны

1 определяется по формуле

, 2т

п

31П(-|-

где волновое сопротивление волновода г-на участке_ X аппроксимируется экспоненциальной зависимость» ZU)= ехр(х/1п 1п £а), I - волновое сопротивление волновода без подмагкичнвакия постоянным магнитом (г = р V; р- плотность материала, V- скорость звука); Z - максимальное значение волнового ".сопротивления в под-магниченной зоне; длина волны.Формула может быть использована при следующих'допущениях: амплитуда падающей волны вдоль' подмаг-[шченной зоны постоянна, суммирование' отраженных волн происходит без многократных отражений и 1п> 0,7 К,

Полученное выражение позволяет сделать вывод о том, что для высокотемпературных материалов (никель, пермзндюр) с величиной ЛЕ-эффекта не более 15-20%, коэффициент отражения достаточно мал, поэтому целесообразно использовать, новые аморфные материалы с величиной ДЕ-эффекта более 50 %.

В четвертой главе описаны защищенные авторскими свидетельства!.® способы преобразования и ШЛО с улучшенными техническими характеристиками.

•Предложен способ измерения перемещения С9], в котором повышение точности достигается за счет стабилизации скорости ультразвуковой волны путем изменения частоты излучаемых колебаний. Новый способ по сравнении с известными (тестовыми) обладает большим быстродействием, .так как в нем отсутствуют операции арифметического преобразования (например, в известном логозштрическом способе Время задержки в измерительном- канале

долится на время задэркки в опорном канале). На рис. б' представлена схема устройства, реализующего новый способ. •■

Генератор 9 периодически возбуждает о помощью катушки продольные ультразвуковые волны. В катушках 4 м 6 наводятся импульсы напряжения за счет обратного магнитостриквдонного аффекта (эффекта Виллари).

X

»магнитострикционный преобразователь; ¡5- волновод; 3- катушка возбуждения; 4,5- катушки приема;Б и 7 - неподвижные магнити; 8- подвижный магнит; 9- генератор; 10- опорный канал; II- рабочий канал; 12, 17- управляемые полосовые фильтра; 13, 18- усилители-формирователи; 14 - блок вычитания; 15 - преобразователь время --напряжение; 16- генератор образцовых временных интервалов; измеритель временных интервалов.

Рис.5. Схема МППО со стабилизацией скорости волны.

В опорном канале 10 время задержи а/У зависит только от скорости звука V, так как катуажи 3 и 4 неподвижны,а в рабочем . канале II время Х/У зависит от координаты X подвижного магнита 8. При воздействии дестабилизирующих Факторов время задоржки в опорном канале 10 изменяется. Изменением несущей частоты / излучаемого сигнала изменяется скорость продольных волн и поддерживается постоянное значение Изменение несущей частоты импульсов осуществляется генератором 9, управляемым напряжением с преобразователя время-напряжение 15.

Дестабилизирующие факторы (температура и др.). как правило, изменяются медленно. поэтому время преобразования МППО определяется только максимальным временам распространения волны по волноводу Х„ /V.

Установлено, что для повышения точности . МППО следует осуществлять подмагничнвание. всего Еолновода полем, создаваемым распределенной обмоткой СИ 1.При подаче достаточно большого тока ■в распределенную обмотку - материал волновода ' приобретает новое качество ¡уменьшается зависимость модуля упругости от температура (рис.ЗЬ, . .

В работе описаны различные варианты построения ?Ш0 с повышенной помехоустойчивостью п точностью. Предложено для приема ■ультразвуковых волн использовать две распределенные обмотки, подключаемые к дифференциальному усилителю -(11 1. Это устройство позволяет уменьшить влияние внешних помех г воздействующих на распределенные обмотки. Для повышения точности измерения предложено располагать подвижные магниты на расстоянии, равном половине расстояния между приемниками ультразвуковых волн [7] . Подключение' конвертора отрицательного сопротивления к катушкам индуктивности !,0Ш0(л.о.1114126) позволяет также повысить точность ШЛО. ' ■ ,

Повысить помехоустойчивость при воздействии синхронных помех на ШПО возможно при использовании нескольких, линий задержки и схем селекции импульсов при возбуждении и приеме волн, причем . время задержек выбирается кратным ряду простых чисел (201.

В пятой главе рассмотрена обобщенная конструкция МППО с подвижным магнитом и произведена оценка погрешностей МШО.

Устройство содержит волновод в виде ленты толщиной 0,2 мм и длиной 420 мм, закрепленный в зажимных фиксаторах волновод выполнен из. пермендюра '49КФ с точкой Кюри 980°С. Подзикные магниты выполнены из сплава ЮНДК24'с точкой Кюри 850°С. Обмотки катушек выполнены из провода в керамической изоляции с •максимальной рабочей температурой до +500°0, Для возбуждения ультразвуковых воля "используется распределенная обмотка, расположенная на тонкостенной трубке, внутри которой 'располагается волновод. .Для приема ультразвуковых волн используются две сосредоточенные обмотки, расположенные по концам волновода. Для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов в устройстве используется два канала (опорный , измерительный) -и . усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Схема 'включения усилителя с АРУ защищена авторским свидетельством t21l.

Для МП110 были оценены следующие погрешности: погрешность от изменения амплитуда выходного сигнала и погрешность от изменения температуры окружающей среды. Установлено, что наиболее существенное влияние оказывает изменение температуры окружающей среды (0,001 %/град). _ ■

Созданное устройство в реальной системе управления гидроцилиндрами рулевых приводов с диапазоном перемещения до 350 мм имеет погрешность 0,5« в диапазоне температур от +15°С до +260°С.

Основные выводы и результаты работы

1. Установлено, что мзьеотныо устройства для измере>шя перемещений объектов в герметичных резервуарах не удовлетворяют . в полной мере комплексу требований, предъявляемых к ним со стороны САУ гидравлическими приводами. При решении данной технической задачи перспективно использование магнитострикционных преобразователей перемещения с подвижным магнитом. Однако отсутствие исследований их технических возможностей и путей реализации препятствует созданию преобразователей с диапазоном перемещений до 350 мм при рабочих температурах до +2Б0°С и погрешностью измерения не более 0,6 '%.

2. Разработана математическая модель, в которой учтено влияние ДЕ- эффекта и локальное изменение коэффициента магнитомеха-

нической связи волновода о распределенной обмоткой в. подмагкичен-кой зоне волновода. Впервые получена аналитическая зависимость скорости ультразвуковых волн от параметров подмагничиеавдого поля, частоты и геометрических размеров волновода, позволяющая производить более полное Математическое описание и расчет основных характеристик нового подкласса преобразователей.Расхождения между экспериментальными и теоретическими зависимостями не на превышают 12 % ,

' 3. Получено значение коэффициента отражения волн в волноводе, локально подмагничизаемсм постоянным магнитом.

4. Установлено, что для повышения точности МПГО и расширения диапазона рабочих температур следует использовать измерительный канал, в котором достигается стабилизация скорости ультразвуковой волны путем изменения частоты излучаемых колеба-.ний в дополнительном опорком канале.

5. Предложен способ измерения- перемещений (А.С.л 1252667) .объектов, находящихся к . герметичных резервуарах, в котором

существенно уменьшено влияние внешних дестабилизирующих факторов (например, температуры) на результат измерения и уменьшено время преобразования по сравнению с известными логометрическими устройствами на время, а течении которого в известных устройствах .выполняется операция деления.

6. Разработан новый принцип построения МППО на основе ДЕ-эффекта и предложен способ измерения перемещений (A.C. Я I129490), заключающийся в тем, что при помощи постоянного магнита в волноводе создается неоднородность волнового сопротивления, а о положении подвижного магнита судят по времени прохождения волны от излучателя волн до Неоднородности и обратно, В магнитострих-ционных преобразователях дельта Е-эффект (зависимости изменения модуля упругости от подмагничивающего поля) использован впервые. Это повысило юс чувствительность в 2 раза.

7. Создан и экспериментально исследован ШТПО с диапазоном перемещения до 350 мм, имеющий погрешность 0,6 % в диапазоне температур от +15°С до +250°С.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Мукаев Р.Ю» .Ураксеэв М.А»Магнитострикционшй метод измерения

перемещений //В кн.применение методов и средств тензометрии для измерения механических параметров -М.: ПНТ0Ш1, 1982. -С.75-76

2. Мукаев Р.Ю. Анализ математической модели магнитострихционкых датчиков перемещений с использованием общей теории чувствительности //В кн.:Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических устройств систем",-М.'.Радио и связь, 1983.

-с.30.

3. Теоретическое и экспериментальные исследования преобразователя больших перемещений //Ураксеев М.А., Мукаев Р.Ю., Яоовеев В,Х. и др. - отчет по НИР инв.Л Г37 257, » Гос.рег. У84853, М.:ВИМИ., 1903. - 73 с.

4. A.c. 1105922 СССР. Преобразователь перемещения в код. /Мукаев Р.Ю. - ОпубЛ, В Б.И., 1984, * 28.

5. A.c.1129490 СССР. Способ бесконтактного измерения перемещений. /Мукаев Р.Ю., Ясовеев В.Х., Ураксоев М.А. - Опубл. в Б.И,, 1984, Jf 46.

6. Разработка методов расчета электромагнитных цепей преобразователей больших перемещений (магнитострикционного и электромаг-ного типа //Ураксеев М.А., Мукаев Р.Ю., Шарапов Е.М. и др. -Отчет О НИР ИНВ. А Г47147, J6 Гос.рег.темы 0I8I7007957, М.: ЦОСНТЙ "Поиск", 1984. - 42 с,

7. А,о.1158865 СССР. Устройство для измерения перемещений. /Мукаев Р.Ю. - Опубл. в Б.И., 1985, JS 20.

8. Мукаев Р.Ю. Исследование чувствительности магнитострикцион-ных преобразователей линейных перемещений, с подвижным магнитом //В кн.: Проблемы чувствительности электронных и электромеханических систем. -, М.: Радио и связь, 1985.-с.40-41.

9. А.с.1252667 СССР. Способ измерения перемещений и устройство для его реализации' / Ясовеев В.X.,Мукаев Р.Ю..Ураксеев М.А., Щипенов Ю.В., Щербаков М.М.- Опубл. в Б.И.,1986, я 31.

10, А.с,S295220 СССР. Устройство бесконтактного измерения линейных перемещений объекта внутри герметичного резервуара. /Мукаев Р.Ю. - Опубл. в Б.И., 1987, * 9.

11, А.с.1309313 СССР. Магнитострикщюнный преобразователь перемещения в код. /Ясовеев В.Х., Мукаев Р.Ю., Ураксеев М.А., Варивода В.Д., И&танов Ю.В. - Опубл. в Б.И., 1987, * 17.

.12. мукаев Р.Ю., Клестова Р.В., Ураксеев М.А. Регулируемый преобразователь с распределенными магнитными и акустическими параметрами для измерения перемещений объектов //В кн.:Актуальные проблемы моделирования и управления системами с распределенными параметрами.-.Киев, тип.КГУ, 1987,с. 40-41.

13. Экспериментальное исследование преобразователей с электронным блоком коррекции выходных характеристик //Ураксеев М.А., Мукаев Р.Ю., Валеева Г.В. и др. - Отчет о КИР (заключительный), инв..402870031802,JS Гос.per.01850083605,М.:ВНТИЦентр, 1987.-33с.

14. Ясовеев В.X. .Мукаев Р.¡0. .Трофимов А.Н.Магнитострихционниэ преобразователи перемещений с улучшенными динамическими характеристиками // В кн.:Измерение перемещений в динамическом режиме: Тез.докл.семинара по теории машин и механизмов АН СССР-Каунас, тип."Райде",1987,с.86-87.

15.Исследование преобразователя перемещений и вторичного электрон ного блока //Ураксеев М.А..Мукаев Р.Ю..Рюкова Л.Д.и др.-Отчет по •НИР ИНВ.А 02870031802, J6 Го С. per.01850083605, М.! ВНТИЦ, 1988. -32 С.

16.A.C.1504487 СССР.Дискретный преобразователь линейных перемещений./Ураксеев М.А.,Мукаев Р.Ю..Абакумов A.A.,-Опубл.в Б.И.,1989,Ж32. ' .

17. А.с.1562700 СССР. Мапштострикционный преобразователь перемещений. /Ураксеев М.А., Мукаев Р.Ю., Виноградова И.Л., Трофимов А.Н., Быченков В.И. - Опубл. в Б.И., 1990, Л 17.

•18. Мукаев Р.Ю., Ясовеев В.Х. Магнитострикционный преобразователь перемещений //В кн.: Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. - М.: Тип.МИЭМ, I99I.-c.I59.

19. А.с.1696845 СССР. Дискретный магнитострикционный преобразователь перемещений. /Мукаев.Р.Ю,, Ясовеев В;Х., Вершинин С.Н. -Опубл. в Б.И., 1991, JS 45.

20. А.с.1742618 СССР. Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений. /Ураксеев М.А., Мукаев P.Ö., Виноградова И.Л., Трофимов А.Н., Быченков В.И. - Опубл. в 0.И., 1992, Л 23.

21. Заявка СССР 4910765 Преобразователь линейных перемещений в код. Мукаев Р.Ю.,Ясовеев В.Х..Вершинин О.Н.,Осадчук А.Й., ааявл. 12.02.91. Положительное решение НИИ Государственной патентной Экспертизы Российской федерации от 28.08.93.

мотров движения, /Ясовеев В,ХМ Мукаев Р.Ю,, Березовская Е.С., Маркин Л.А,, Измерлиев ОД. - Опубл. в Б,И., 1993,' ji II,

23. Яоовеев В.Х., Мукаев Р.Ю., ."Березовская Е.О. Магшнитострик-циснные преобразователи параметров движения //В (сн,; Тезисы докладов международной конференции "Датчики и преобра ователи информации систем измерения, контроля и управления", часть 2. -Гурзуф, 1993, - с,164.

24. Нсовеев В.Х,, Мукаев Р.Ю., Березовская Е.С, Магнитострик-ционкке датчики параметров движения. //В кн.: Методы и средства измерения механических параметров, в системах контроля и управления: Тезисы докладов. - Пенза,: ППИ, 1994, с. 26-27.

25. Yasoveey V.H.,MuKaev R.Y.Transducer of linear displacement lor fuel metering systems of gas turbine engines ft Procedings of third China - Russia - Ukraine Symposium on Astronautical Scienceand Technology - Publishing Northwestern Polytechnical University Press, Xlan, China, 1994- p.129-131.

__с^/.

Лодшсано к печати Формат 60x84 1/16, Бумага писчая К I. Печать плоская. Усл.пвч.лЛ. Усл.кр.отт.1,0. Уч.-изд. л. 0,9. Тираж ЮО экз. Заказ К 8С«. Бесплатно.

Уфимский государственный авиационный технический университет Уфимская типография N 2 Министерства печати и массовой информации Республики Башкоргсган 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12.