автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Многопараметровый электромагнитный датчик

ХАРК1ВСБКИЙ ДЕРЖАВНИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

Во Хоай Тхань

УДК 620.179

БАГАТОПАРАМЕТРОВИИ ЕЛЕКТРОМАГН1ТНИИ ДАТЧИК

Спещальнють 05.11.13 - прилади 1 методи контролю та визначення складу речовин

Автореферат дисертацп на здобуття паукового ступеня кандидата техшчних наук

4Ш-

Харгав - 2000

Дисерташя е рукопис

Робота виконана в Харювському державному пол1техшчному университета Мастерства ос в пи 1 науки УкраУни.

Науковий кер!вник: доктор техшчних наук, професор

Себко Вадим Пантел1йович, Харгавський державний шштехшчний ушверситет, зав1дувач кафедри прилад1в та метод1в неруйшвного контролю.

Офщшш опоненти: доктор техшчних наук, професор

Кузнецов Борис 1ванович, Харивська ¡нженерно-педагопчна академш, завщувач кафедри систем управлшня та автоматизацп промислових установок.

кандидат техшчних наук, доцент Смирницький Борис Васильович, Кременчуцький державний полггехшчний ушверситет, доцент кафедри автоматизацп виробничих процеав та робототехнки.

Провщна установа: Харшвський державний техшчний ушверситет

радюелектрошки,

Мпнстерства осв1ти 1 науки УкраТни (м. Харюв).

Захист вщбудеться" У- о Я- 2000 р. о_годиш на заиданш спе-

щал1зовано1 вчено'1 ради Д 64.050.09 у Харювському державному пол1техшчно-му ушверситет1 за адресою: 61002, Харив, вул. Фрунзе, 21.

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютещ Харювського державного полгеехшчного уьпверситету.

Автореферат розкланий " ( " О £ 2000 р.

Вчений секретар спещал1зовано1 вчено! ради

Горкунов Б.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. До цього часу пщвищений штерес викликае ство-рення нових 1 удосконалення ¡снуючих первинних перегворювач!в, датчик!в 1 чутливих елеменпв для контролю р1зних матер1агив, вироб1в 1 конструкцш. Це зв'язано насамперед ¡з тим, що метролопчш характеристики прилад1в, систем керування 1 контролю в основному визначаються характеристиками первинних перетворювач!в.

Серед значноУ кшькоеп метод1в 1 пристрош для контролю матер1ал1в I ви-роб1в особлива увага придшяеться розробкам 1 дослщженшо елекгромагштних (вихорострумових) метод1в I засоб1в. Широкий розвиток зазначених перетво-рювач1в I прилад1в обумовлено тим, що вихщт сигнали таких пристроУв мю-тять шформацйо про параметри матер!ал!в I вироб1в (магштш, електричш, гео-метричш та шил). На даний перюд розроблеш ряд двохпараметров! електрома-гнпш методи, що дозволяють одночасно визначати магштну проникшсть I питому електричну провщшсть цилшдричних магштних вироб1в. 1снують вихоро-струмов! методи стльного контролю ра;нуса й електропровщност1 немагштно-го виробу.

Подальший розвиток таких метсдав отримали трьохпараметров1 електро-магштш методи i пристроУ для стльного контролю рад1уса й елекгромагштних параметров цилшдричних вироб!в. Зокрема в л!тератур! описаш методи 1 засоби для одночасного визначення трьох параметр!в виробу, засноваш на викорис-танш двох часових або двох просторових гармошк магштного поля, що зондуе. Реал1защя на практиш цих мепщв I пристроУв мае певш трудноыи, пов'язаш з видшенням амгантуд I фаз сигншн'в, що вщповщають даним гармошкам 1 з по-дальшим IX опрацюванням. Все це обумовлюс малу точшсть вим1р!в.

Привертае увагу трьохпараметровий метод 1 установка для контролю ци-тндричного виробу, яка заснована на досягненш екстремума уявноУ частини сумарноУ ЕРС арохщного вихорострумового перетворювача. Однак, необх^д-[псть кожного разу на данш частот! поля визначати досить складний нормова-ний електричний параметр I знаходити екстремум в ¡стотшй м!р1 ускладнюе ви-користання такого екстремального методу 1 перетворювача.

Все вденачене вище вказуе на те, що подальший розвиток трьохпарамет-рових метод1в 1 пристроУв повинно здшснюватися в напрямку спрощення методики контролю електричного сигналу перетворювача тим самим спрощення са-моУ процедури втпру.

Таким чином, виникла актуальна задача створення електромагштного методу 1 реалпуючого його пристроУ для сшльного контролю мапптноУ проникно-лт, електропровадюст11 рад1уса цилшдричного виробу в повздовжньому магш-гному полк Дисертащя присвячена питаниям розробки 1 дослщженню трьохпа-

раметрового електромагштного методу I реал1зуючого його трансформаторного перетворювача, робота якого заснована на досягненш екстремума фазового ку-та сумарно! ЕРС перетворювача.

Зв'язок роботи з науковими пг>огпамамн, планами, темами. Робота виконувалася вщповщно за проектами, що пройшли по конкурсу Мшютерства осв!ти i науки Украши, Наказ №37 В1Д 13.02.1997 (шифр теми в Координацш-ному плаш Мшютерства 48/16, шифр щеТ теми в Харк1вському державному по-л!техшчному ушверситег) М5203). Дисертащя здшснювалася також вщповщно до дточоУ теми М 5204, яка включена в Координацшний план Мшктерства осв!ти 1 науки Украши (Наказ ХДПУ № З-П вщ 04.01.2000 р.).

Мета 1 задач! дослшжения. Метою даноТ роботи е створення трьохпара-метрового методу 1 реал1зуючого його перетворювача для одночасного контролю магштноТ проникност!, питомо1 електрично'1 провщност! 1 рад!уса цилшдри-чного виробу на основ! досягнення екстремума фазового кута сумарноТ ЕРС перетворювача 1 комбшащ!' двох магнпних пол!в, що зондують, (змшного та постшного в час!).

Для досягнення поставлено'1 мети необхщно було виршити ряд задач:

- визначити компоненту сигналу електромагштного перетворювача, що дозволяе на основ! досягнення екстремума одержати можлившть одночасного контролю трьох параметр!в виробу;

- одержати сшввщношення для стльного визначення рад1уса, магштноТ проникност!1 питомоУ електрично'1 провщносп цшиндричного виробу в р1зних режимах роботи перетворювача;

- створити одночастотний метод 1 реал1зуючий його пристрш для одночасного неруйшвного контролю трьох параметр1в виробу на основ! фазового экстремума;

- описати схему багатопараметровоТ установки, засновано'1 на викорис-танш екстремалыюго електромагштного трансформаторного перетворювача;

- розробити методику розрахунюв компонент вггадних сигнаив трьох-параметрового трансформаторного електромагштного перетворювача з цилшд-ричним виробом при досягненш екстрмума фазового кута на заданш частот! поля;

- провести експерименти на створенш установд!, що працюе на основ] ек-стремального трансформаторного перетворювача;

- розробити способи полшшення характеристик трьохпараметрового електромагштного прохщного перетворювача, що дозволяють шдвищити точшсть ! чутлив!сть;

- досл!дити багатопараметровий електромагн!тний перетворювач, що працюе на основ! комбшацп пост!йного ! змшного в час! зондуючих однорщних магштних пол!в;

- розробити алгоритм сшльного визначення магштноУ проникносп, пито-мо'1 електричноУ проводное!!1 рад ¡уса виробу в комбшованих магштних полях, та створити установки, що реал!зують трьохпараметровий метод, заснований на суперпозицп постшного 1 змшного магштних шшв;

- одержати результати експериментальних досл!джень багатопараметро-вого електромагштного перетворювача з комбшованим магштним полемо, що зондуе вир1б;

- одержати вирази для розрахунку похибок спшьних вим!р1в рад1уса, магштноУ проникност1 1 питомо1 електричноУ провщност1 екстремальним електро-магштним перетворювачем;

- оцшити числов1 значения вщносних похибок трьохпараметрового контролю I вибрати рацюнальш за похибками режими робота перетворювача;

- привести приклади практичного використання розроблених багатопара-метрових метод!в 1 иристроУв для спшьного контролю магштних, електричних 1 геометричиих параметр1в ! ¡нших залежних вщ них 4нзико-мехашчних параме-тр1в.

Методи дослщження базуються на використанш теор!У електромагштного поля, електродинамки сущльних середовшц, математичного апарата спещаль-них функцш, теори ряд1в, ¡нтегрального 1 диференщального числення, теорп електричних I магштних вим1р1в, функщй комплексного аргументу, теор1Г похибок 1 шип.

Наукова новизна отрпманих результата роботи полягае в тому, що:

- визначено компонент сигналу трансформаторного перетворювача, тобто фазовий кут сумарноУ ЕРС, що дозволяе на основ! досягнення екстремуму цього кута при визначенш частой поля здшснитн трьохпараметровий контроль цил1-ндричного виробу;

- знайдеш вирази для спшьного визначення рад1уса, магштноУ проникнос-т11 питомо1 електричноУ провщност! виробу за допомогою одночастотного екс-тремального перетворювача;

- створено алгоритм одночастотного електромагштного метода, а також реатзуючий його пристрш для спшьного неруйшвного контролю трьох пара-метр1в цилшдричного виробу в послщовному I паралельному циклах робота пристрою;

- розроблено алгоритм 1 реал1зуюча його установка з полшшеними характеристиками при визначенш трьох параметр!в цилшдричного виробу;

- розроблена методика визначення компоненте вихщних сягнал1в трьохпараметрового електромагштного перетворювача з цилшдричним виробом, що працюе на основ! фазового екстремума;

- розроблено алгоритм вим!рювальних 1 розрахункових процедур, а також реал1зуючий цей алгоритм метод \ пристрш, що дозволяе визначати спшьно ма-

пптну проникшсть, питому електричну провщшсть 1 рад1ус цилшдричних ви-роб1в у комбшованому постшному 1 змшному в час! магштному пол1;

- описаш дв! схеми установок для контролю цилшдричних вироб1в, що зондуються комбшащею двох магштних пол1в;

- отримаш сшввщношення для розрахунку похибок стльних вим1р1в магштних, електричних 1 геометричних парамстр1в вироб1в на основ1 пошуку екст-ремуму фазового кута нормовано! сумарно'1 ЕРС перетворювача;

- оцшеш чисельш значения похибки трьохпараметрового вим1р1в 1 вста-новлеш рацюнальш за похибками режими роботи перетворювача.

Практичне значения отрнманих результат1в роботи полягас в тому, що розроблеш алгоритми, методи, отримаш вираження, методики розрахуныв оч1-куваних значень компоненте сигнал1в 1 вщносних похибок вим1р!в багатьох параметр1в цилшдричних вироб1в дозволяють проектувати установки 1 системи (у тому числ1 й автоматизоваш) для багатопараметрового контролю I керування р1зними технолопчними процесами виготовлення й експлуатаци вироб1в I конструкций шддбрати вим1рювальну апаратуру, вибрати рацюнальш за метролоп-чними характеристиками режими роботи перетворювача.

Результати дисертацп можуть знайти широке використання при контрол1 зал!зобетонних армованих конструкцш; проводити розбраковку матер1амв 1 ви-роб1в за IX марками 1 д1аметрами, а також у навчальному процеЫ Харивського державного пол^ехшчного 1 Ханойского технолопчного ушверситепв.

Особистнй внесок здобувача полягае наступному:

- отримаш основш ствввдношення для трансформаторного перетворювача при трьохпараметровому контрол1 магнпно!' проникносп, питомо! електрич-но'1 провщност! 1 рад1уса виробу;

- розроблена структурна схема автоматизовано\' трьохпараметрово'1 установки й отримаш експерименталын залежност1 вихщного сигналу перетворювача вщ узагальнених параметрш функцп перетворювача;

- виконано розрахунок оч!куваних значень параметр!в перетворювача з контролюючим виробом 1 визначеш похибки вим1ру електромагштних 1 геометричних параметр ¡в виробу;

- отримаш основш сшввщношення для визначення похибок контролю електромагштних параметр1в виробу, що описують роботу трансформаторного перетворювача при досягненш екстремуму фазово'1 функцп перетворювача.

Апробацш результат!в дисертацп.

Основш результати роботи доповщалися на:

-М1жнароднш науково-техшчнш конференш'1 "Силова електрошка та енергоефектившсть", Алушта, Крим, 1998 р.

- 1УПжнародшй науково-техшчнш конференц1'1 "1нформацшш технологи: наука, техника, технолопя, ос в ¡та та здоров'я", Харив, 1998 р.

- II М!жнароднш науково-техшчнш конференцп "Метролопя та вим!рю-вальна техшка (Метролопя - 99), Харюв, 1999 р.

Публ^ащУ: основш результата дисертащУ опубл!коваш в 6 наукових працях, ¡з них 3 статп в наукових журналах, одна стагтя в зб1рнику наукових праць 1 2 матер ¡ал и в працях М1жнародних науково-техшчних конференщях.

Структура та обсяг днсертацп. Дисертацшна робота складаеться вступу, чотирьох роздшв, заключения, списку використаних джерел та додат-ка. Повний обсяг дисертащУ складас 146 сторшок: список л!тератури мютить 92 найменувань (9 стор.), 30 шюстрацш (23 стор.), 4 таблиц! (4 стор.), додаток (15 стор.).

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У втсупнш частит обгрунтована акту&тьшсть теми дисертащУ, сформу-льоваш мета 1 задач! теоретичних ! ирактичних досл!джень, визначена наукова новизна робота ! 'ГУ практичне значения, показаний особистий внесок автора в результати роботи, дана шформащя про апробащю робота ! про публ1кашУ автора.

У першому роздии проанал!зован! В1ДОм! методи (одно-, двох- ! багато-параметров!) для безконтактного визначення магн!тних, електричних ! геомет-ричних параметр1в матер1ал!в ! вироб!в. Показано основн! достоУнства електро-магштних засобш, яю полягають в тому, що в Ух вих1дних сигналах мктиться багатопараметрова !нформац!я. I це дозволяе одночасно визначати в!дразу де-к!лька параметр!в виробу одним ! тим же перетворювачем в однш ! т1й же зон! контролю. Показан! трудиоиц вид!лення компонент!в вихщних сигнал!в при-строУв контролю при визначеш магн1тних ! електричних параметр!в контрольо-ваних об'екпв.

На основ! проведеного анал1зу електромагштних метод!в ! засоб!в позначен! шляхи подальших теоретичних ! експериментальних досл!джень у напрям-ку спрощення реал!зац!У багатопараметрових електромагн!тних метод!в ! засо-б!в у сп!льному контрол! вироб!в.

В другому роздип на основ! теор!У вихорострумових перетворювач!в роз-глянутий електромагштний метод одночасного контролю в!дносноУ магштно'У проникност! цг ,питомоУ електрично'У провщност! о ! рад!уса а цилшдричного виробу, основна щея якого полягае в досягненш максимуму фазового кута фотах сумарно'У ЕРС Ет вторинноУ обмотки трансформаторного перетворювача ТЕМП. Ця ЕРС у випадку синусоУдальноУ змши в часу магн!тного поля, що зондуе ци-лшдричшга вир!б може б)'ти записана у вигляд!

Ё, = Ё1 + Ё2 (1)

де -частина сумарноТ ЕРС ТЕМП, обумовлена магштним потоком у пов1тряному зазор! м1ж виробом 1 вим1рювальною (вторинною) обмоткою пере-творювача; Ё2 - частина ЕРС Ё1, пов'язана з магштним потоком у дослщжува-ному виробь Тобто

£,=£,( 1-?) (2) Е2 = КЕйт]/лг (3)

де Ев - ЕРС вим1рювально1 обмотки ТЕМП при вщсутносп в ньому виро-ба; т| - коефшдент заповнення

?] = а2/а2„ (4) Тут ап -рад1ус вимфювальноУ обмотки; К - комплексний параметр, що характеризуе собою питому нормовану ЕРС ТЕМП;

К=-

2 /,(х7/)

(5)

Е0ЩГ хЛ 10(хЛ)' дс /о 11\ - модифшоваш функцн Беселя першого роду нульового \ першого порядив В1Д уявного аргументу, х - узагальнений параметр; г = -7-1.

х - а^2я/л0/лга/, (6)

/А) - мапйтна константа,/- частота магштного поля. Векторна д!аграма розглянутих ЕРС для довшьноУ частоти магштного поля приведен! на мал. 1.

31рочки при позначених вектор!в означають нормуван-ня Ух розм1р!в на ЕРС £ц. Очевидно, що при ЗМ1Ш частоти магнггного поля , що зондуе , в1д нуля до нескшченност! вектор Е* опише годограф, форма якого визначаеться параметром К ¡, отже, с загальний для вс1х цилшдричних вироб1в. 3 мал. 1 випливае, що при деякш часто-■п магштного поля фазовий кут м1ж Е-ц 1 Е0 досягае свого максимального значения, тобто Ро.нах (якщо ¿снус повггряний зазор м1ж виробом 1 вим1рювальною обмоткою).

Векторна д1аграма для випадку фотах приведена на мал. 1 суцшьними лшь ями. При цьому вектор Е£* е дотичним до годографа, тобто виконуеться сшв-в1дношення

Мал.

1. Векторна дтграма

нормованих ЕРС ТЕМП.

(

^Оп

¿1т к ¿Яс К

(7)

де сИтК 1 ¿ЯеК - диференщали уявноГ I реально! частин параметра К. Вираз (7) е функшао одного аргументу, тобто узагальненого параметра л: I може бути протабульованим за допомогою апарата функшй Бесселя. Графж щеУ функщУ поданий на мал.2.

Цжавою особливютю цього методу е те, що умова гЛр0,*&=0, ¡з якого випливае сшввщношення (7), с трет1м р1внянням, що дозво-ляе разом ¡з р1вняниями для Ех 1 фо утворити систему, розв'язуючи яку можна визначити три параметра контрольованого виробу. Для цього вир1б розмшдують у ТЕМН ¡, змшюючи частоту / генератора, домагаються максимального значения фазового кута ф01 фшсують дану частоту /0 та вим1рюють значения Е-ц, Ео I фотах- 1з залежност1 х ИД фотах (див. мал. 2) визначають параметр х, а користуючись довщковими даними для спещальних функщй Бе-селя знаходять значения 11еА^1тАГ.

Потом ¡з сшвввдношень знаходять

10,5 8,5 6,5 4,5 2,5

Мал. 2. Залежшсть узагальненого параметра x вщ фотах-

а = а

Ег

™<Р0„

Не К

1т К

Мг=-

а = -

а Е0 ГтЛГ

(8)

(9)

(10)

2лц^а /о

Формули (8), (9) 1(10) дають можливкть визначати а, I а у послщов-ному цикш, тобто спочатку знаходять (8) рад1ус, потом, виходячи з (9) значения ц.г, а 1з (10) - розм1р а.

Однак для прискорення процесу контролю трьох параметр1в виробу, шо особливо важливо при автоматизащУ вим1р1в, бшып доцшьно застосовувати па-ралсльний цикл, який полягае в тому, що вс1 три параметр» а, цг 1 сгвизначаю-

ться незалежно друг вщ друга. При цьому pafliyc а розраховують i3 виразу (8), а формули для визначення |ir i а у паралельному цикл! маютть наступний вигляд

=_*sin<^0max_^ (11)

E0lmK + Ez(ReKsrn<p0max -ImATcos^)'

<7=-—2;г — 02)

х2Еа]тК 2Wn2/0££Sini»0n

3 (8), (11) i (12) випливае, що значения а, цг i <т знаходяться на шдстав! BHMipy параметр!в Ей i/о, а також отриманих значень Re A",Im АГ.

У цьому ж роздш запропонована схема установки й отримаш результати вим1ру значень а, дг i а зразыв, виконаних i3 феромагштних i слабоферромагнь тних MaiepiajiiB. Результати вим!р1в a, pr i а, отримаш розробленим екстре-мальним методом на зразках сгпвпадають з даними контрольних BHMipiB a, pr i а тих же зразыв. Розглянута можливють уточнения значения частота /о у ви-падку екстремума, шляхом диференщювання залежносй <р0 вщ / поблизу мак-стагума.

Запропоновано методику розрахунку компонента сигналу екстремально-го ТЕМП, яка полягае в тому, що знаючи параметрах а, цг i а визначають i3 за-лежноал сротах В1Д л (див. мал. 2) значения фоШах, потом, виходячи з (6), знаходять частоту f0, що вщповщае екстремуму. Пкля цього знаходять Е2, Е0 для задано!' напруженост! поля i знаходять намагшчувальний струм I у первинн!й обмотщ ТЕМП.

У третьому роздЫ наведен! деяю модифжацн багатопараметрових еле-ктромагштних перетворювач!в i пристроТв контролю. Розглянуто схеми установки з пристроем компенсаци ефект!в пов!тряного зазора м!ж виробом i вим1-рювальною обмоткой ТЕМП (див. мал. 3).

Схема мютить генератор Г синусоТдальних сигнал!в, амперметр А, час-тотом!р Ч, фазометр Ф, перемикач! ЕРС i вольтметра П, вольтметри В i В2, зраз-ковий onip Rr, i три прохщш трансформаторн! електромагн!тн! перетворювач! ТЕМП: робочий РП, компенсацшний КП i опорний ОП. КП виконаний як вар!-ометр, що може змшювати шляхом зм!ни числа витюв вим!рювально1 (вторин-ноУ) обмотки КП i тим самим змшювати додаткову ЕРС Ед вторинно!' обмотки КП. Первинн! обмотки трьох перетворювач!в з'еднан! послщовно-зпдно, а ви-м!рювальш обмотки РП i КП - последовательно-назустр!ч. Амперметром А ви-м!рюють струм I до частот 1,5 кГц.

При бшып високих частотах використовують для BHMipy струму пад!ння напруги U^ на зразковому onopi Ro (його, як правило, вибирають piBHHM 1 Ом).

Po3Mip URa рееструють вольтметром В^Послщовшсть роботи наступна.

Перемикач П встановлюють у положения 1 (вольтметр В2 буде вим!рю-вати ЕРС £v ). Дал! змшюють частоту / до досягнення максимуму 90тах, що

фксуеться фазометром Ф при частот! /о, що реест-руеться частотом1ром Ч.

13 ЗалеЖНОСТ! фотах в!д х,

визначають осташпй, а полм значения

11еАГ,1т.К,А' ,(р (де ф -фазовий кут параметра К, тобто (р = Кък/\тк). Пот1м варюметром КП змшгоють додаткову ЕРС Ед, збшьшуючи число ви-тюв перемикачем доти, поки фазовий кут ф0 стане р!вним куту ф (реест-рацш фазометром Ф). При цьому сумарна ЕРС Е-ц стае р!вноТ ЕРС Е2, обумовленоТ магштним потоком безпоссредньо у вироб!. В момент ком-пенсац!!' Ед-Е\ вольтметром Вг вим1рюють значения Еч, Ед, Ео фксова-нш частой /о, що вщпов!-Дае фотах- Причому пере-микач П знаходиться в

положениях 1 для вим!ру Еъ в 2 для вир1вняння Ед \ в 3 для вим1ру Е0. Викорис-товуючи формулу (5) значения цг можна за втапряними напругами розрахувати за допомогою сшввщношення

На пщстав! (2) 1 р1вняння Ей-Е\ у момент компенсащ'Г, отримаемо формулу для визначення рад1уса а у вигляд1

а = а^1-Ед/Е0 (14)

I, нарецгп, в послщовному цикл! значения а можна знайти ¡з (10), а в па-ралельному цикл! з виразу

Рис. 3. Схема установки с устройством компенсации дефектов воздушного зазора.

2тг^0Е2а1/0

Як випливае з формул (8)-(12) I з (13)-(15) для визначення трьох параме-тр1в а, цг ] а у вщсутносп 1 при наявносп компенсацн ефекпв зазора останш виразй, тобто (13)-(15) ¡стотно простоше формул (див. (8)-(12)).

У цьому ж роздш розглянутий багатопараметровий електромагштний перетворювач, що працюе на основ1 комбшаци постшного 1 змшного в чаа зондуючих магштних полях. Робота такого перетворювача полягае у вирпленш трьох р1внянь, що дозволяють знайти величини а, цг 1 сг. Ц1 р1вняння мають ви-гляд

ф{;}=Ф{:]п(Мг-\)__(16)

Ы = ФоЧ^Я ЛеХ- -1)2 + (я 1т к)2 (17)

¡иЛтпК

*&<р„= : . (18) цг 11ел.-1

де - внесений магштний потж постшного в часу магштного поля;

Ф^ -постойний магштний поток у перетворювач! без виробу; |фа((| - модуль

внесеного змшного в час1 магштного потоку; Ф0 - модуль змшного магштного потоку в ТЕМП без виробу; <р1н - фазовий кут зрушення м1ж Фен 1 Ф0. Якщо

прийняти умову = Ф0 1 роздшивши (17) на (16), отримаемо формулу

я-1 (19)

Ф

В дашй робото були побудоваш залежносто —р- 1 х вщ фот для р1зних

вн

фшсованих значень цг. Алгоритм розрахункових 1 вим1рювальних процедур полягае в тому, що за вим1ряними значеням Ф^}, Фы 1 <рв„, користуючись залежш-

Ф . ...

стю —р- 1 д: В1д фот, визначають останнш параметр, тобто (!г, а потш на шдстав1 От'

вн

функцп х=/{[1г, ф„„), маючи цг I значения фвч, знаходять узагальнений параметр х. П1сля цього, знаючи розшр (дг з урахуванням (4) \ (16) значения а визначають ¡з формули

I ф<->

я = —Г*—г (20)

1<г>о(я-1)

I нарешп параметр с знаходять ¡з стввщношення (10). У цьому роздш розглянуто схеми двох установок на основ! ТЕМП ¡з ви-користанням комбшаци двох магштних пол1в (постшного 1 змшного). Одна з них (електрична схема) заснована на застосуванш стандартних прилад1в (воль-тметр1в, веберметра, фазометра, амперметра, частотом1ра, генератора синусо'1-

дальних сигнал1в, батареУ елеменпв). Друга е функцюнальною схемою автома-тизованоТ установки для трьохпараметрового контролю вироб1в, що зондуються комбшащею постойного 1 змшного магштних пол1в.

Наведен! результата експерименпв визначення а, ¡±т \ сг ферро- ! слабо-ферромагштних зразюв на установи! з комбшованим магн!тним полем.

Четвертнй роз/ил присвячений в основному анал!зу похибок вим!ру а, ¡1/1 а за допомогою ТЕМП, що працюе на основ! досягнення максимуму фазового кута фо=фотах- Оскшьки екстремалышй метод визначення трьох параметр1в виробу с непрямим, то й анал1з похибок вим!ру розм!р!в а, а будемо проводите за методикою розрахунюв похибок непрямих вим!р!в. У такому випадку формули для обчислення вщносних похибок уа,у ! уа вщповщно, при дов1р-

ч1й ймов!рност! 0,95 мають вигляд

Де Уа >У<?с >Уе1'Уе0>У/ " вщносш похибки величин, позначених шдекса-ми; коефщенти впливу С^,СЕ ,С(Ъ ,С(/ визначаються пох!дними ! комбшащ-

ями похщних р!зних функц!й ! сп!вв!дношень, що використовуються при ви-значенн! параметр1в я, цг! сгцилшдричних вироб!в.

На основ! формул (21)-(23) були побудован! залежност! уа,у I уа в1д

узагальненого параметра л при використанн! зразк!в, виконаних ¡з слабоферро-магн!тного (сталь 1Х18Н9Т)! ферромагштного (сталь А20) матер1шив. Ц1 зале-жносп показують, що у випадку контролю слабоферромагнитных зразюв уа <1% при 2,6<л<8 ! уа< 0,5% при 3<х<4\у^ <1% в д1апазош 2,7<х<8;

або ^ <0,5% у випадку 3<х<4,2;уа <1,5% при 2,8<х<4,2 ! уа<2% при

2,6 ос <4,2.

Якщо використовувати ферромагншп зразки, то можна досягти наступш числов! значения вщносних похибок уа <0,3% в межах змши д: в!д 2,6 до 10; уЦг< 2,2% при 2,5<х<9 \ уРг< 1,5% при 2,7 < * <7,3; уа< 2,7% у д!апазон! 3,2<х<9,2 ! уа< 1% при 3,5 <х<5.

Наприкшш четвертого роздшу наведен! приклади практичного викорис-тання трансформаторного перетворювача для визначення впливу мехашчних ! терм!чних обробок на структуры! параметри вироб!в, виконаних ¡з слабомаппт-них матер!ал1в, що використовуються у конструкц1ях ф1зичних установок \ ене-ргетичного устаткування.

На пщстав! розроблених у дисертац!У метод1в ! пристроУв ! за допомогою

проведених експеримент!в була створена технолопя виготовлення елемеипв 1 вузл1в (Цлзичних установок, що дозволила здшснити так! режими мехашчних ! терм1чних обробок вироб!в, що не дозволяють електричним ! магштним параметрам слабоферромагштних деталей перевищити Тх припустим! значения.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТЫ ТА ВИСНОВКИ

Таким чином, у робот1 вир1шена важлива для практики задача розробки ! дослщження електромагштних метод!в I пристроТв для спшьного визначення магштних, електричних 1 геометричних параметр1в вироб1в на основ! досягнен-ня экстремума фазового кута сумарно'1 ЕРС перетворювача (екстремальний метод) 1 комбшацн постшного 1 змшного в час! магштних пол!в, що зондують, (комб!нований метод).

1. Теоретично обгрунтований досить простий компонент сигналу трансформаторного електромагштного перетворювача, що являс собою фазовий кут сумарно'1 ЕРС, що дозволяе на основ! досягнення экстремума здшснити трьох-параметровий контроль цшпндричного виробу.

2. Отримано вирази для визначення в екстремальному режим! магштно!" проиикност!, питомо'1 електричноТ пров!дност!! рад!уса дил!ндричних вироб!в у послщовному ! паралельному циклах обчислювальних операцш.

3. Створено одночастотный електромагн!тний метод ! реал!зуючий його трансформаторний перетворювач для сильного неруйи!вного контролю, трьох параметр!в цил!ндричного виробу на основ! досягнення фазового экстремума на фжсованш частот! змши магштного поля.

4. Розроблено методику розрахунку компонент!в сигнатв трьохпарамет-рового скстремального електромагштного перетворювача з цшпндричним ви-робом.

5. Розроблено алгоритм втапрювалыгах ! розрахункових операц!й для визначення трьох параметров вироб!в, що дозволяе полшшити метролог!чн! характеристики екстремального електромагштного перетворювача.

6. Запропоновано електромагштний метод спшьного контролю магштно! проникност!, питомоТ електрично'1 пров!дност! ! рад!уса цилшдричного виробу на основ! використання суперпозици двох магн!тних пол!в, що зондують, (постшного ! зм!нного в час!) вир!б.

7. Описано роботу двох установок (одна з них автоматизована) для спшьного контролю трьох параметр!в вироб!в перетворювачем ¡з комб!нованим маг-н!тним полем.

8. На основ! розрахунку похибок трьохпараметрових вим1р!в побудован! залежност! цих похибок вщ узагальненого параметра ! встановлен! ращональш за точн!стю режими роботи перетворювача.

9. Отримано результата експеримснтов на установках ¡з перетворювача-ми, що працюють на основ! экстремума фазового кута сумарно!" ЕРС (екстре-мальний перетворювач) 1 на основ! комбшацн постойного 1 змшного магштних пол1в (комбшований перетворювач). Ц1 результата, як1 отримаш на розробле-них установках I на контрольных иристроях сшвпадають м1ж собою.

10. Приведено приклади практичного використання розроблених методов 1 пристроГв для в1дпрацювання технологи виготовлення елементов 1 вузл1в енер-гоемних ф!зичних установок 1 енергетичного устаткування.

Список опубл1кованнх праць за темою днсертащУ:

1. В.П. Себко, Во Хоай Тхань. Електромагштний трансформаторний перетворювач для контролю електричних, магштних I геометричних параметр1в цилшдричних вироб!в // Техшчна електродинамка. - Вып. 2. - Т.1. - 1998. - с. 251-254.

Автором запропоновано послщовний метод визначення трьох парамет-р1в цилшдричного виробу, який засновано на екстрсмум! фазовоГ характеристики датчика.

2. В.П. Себко, Во Хоай Тхань. Многофункциональный електромагштний перетворювач // Сб. науч. праць ХГПУ, Харюв. - Вып. 6. - 4.2. - 1998. - с. 298300.

Автором отримано основш сшввщношення, як! описують роботу трансформаторного перетворювача, включеного в схему, яка дозволяе вим!рювати ЕРС та фазу вторино!' обмотки перетворювача.

3. В.П, Себко, Во Хоай Тхань. Трехпараметровый вихретоковый перетворювач ¡з комбшованим мапптним полемо // Вюник ХГПУ. - Вып. 24. - 1999. -с. 104-108.

Автором розроблена функцюнальна схема трьохпараметрового пристрою, робота якого заснована на суперпозицп постойного та змшного за часом магштних пол1в.

4. В.П. Себко, Во Хоай Тхань. Визначення метролопчних характеристик електромагштного перетворювача // УкраТнськийметролопчний журнал. - Вып. 4. - 1999. - с. 20-22.

Автором отримаш основш сшвввдношення для розрахунку похибок ба-гатопараметрового контролю.

5. Во Хоай Тхань. Трехпараметровый трансформаторний електромагштний перетворювач // Вкник ХГПУ. - Вып. 37. - 1999. - с.64-66.

Автор запропонував удосконалення методу вим!рювання трьох парамет-р1в на фксованш частот! за рахунок частковоТ компенсац!!' ефектов повкряного зазору.

6. В.Г1. Себко, Во Хоай Тхань. Визначення похибок BHMipiB параметр!в ци-лшдричних вироб1в на основ! екстремального електромагн1тного методу // Науко-Bi npaiii II HayKOBO-TexHi4Hoi конференцп "Метрологш i вим!рювальна техшка", Харгав, ХГНИИМ. - Т.1. -1999. - с. 217-219.

Автором виконано розрахунок похибок контролю ц„ с i pafliyca в широкому дтпазош змши узагальнюючого параметра.

АНОТАЦИ

Во Хоай Тхань. Багатопараметровий електромагштний датчик. -Рукопис.

Дисерташя на здобутгя наукового ступеня кандидата техшчних наук за спешальшстю 05.11.13 - прилади i методи контролю та визначення складу речовин. - Харювський державний пол1техшчний ушверситет, XapKiß, 2000.

Дисертащя присвячена питаниям розробки i досл1дження трьохпараметрових метсдов i пристрой неруйшвного контролю для визначення вщносно'1 мапитно'1 проникносп, питомо!" електричноТ провщност1 i рад1уса цилшдричного виробу на основ! досягнення екстремума фазового кута сумарноТ ЕРС перетворювача i комбшаци двох зондуючих (змшного i постпшого в 4aci) магштних пол1в. Вияснено стан питания по методах i пристроям многопараметрового неруйшвного контролю магштних, електричних i геометричних парам етр1в токопровщних вироб!в.

Розроблено алгоритм в^црювальних i розрахункових операцш для визначення трьох параметр1в BiipoöiB, що дозволяе полтшити метролопчш характеристики екстремального електромагштного перетворювача в створешй установи!.

Ключов1 слова: електромагштний перетворювач, метод, пристрш, магштна проникшсть, питома електрична провщшсть, рад1ус, цилшдричний вир1б.

Vo Hoay Than. Many parameters control electromagnetic transformer. -Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science by speciality 05.11.13 - devices and methods of the control and definition of a composition of materials. - Kharkov state polytechnic university, Kharkov, 2000.

The thesis is devoted to development and research methods and devices of non-destructive control for simultaneous definition of a relative magnetic permeability, specific electrical conductance and radius of a cylindrical samples on the basis of reaching extremum of a phase angle of cooperative EMF of the transducer and two exploring (variable and constant in time) magnetic fields. The state of a problem on

methods and devices of non-destructive many parameters control of magnetic, electrical and geometrical parameters of electrically conductive samples are clarified.

Algorithm of calculation and design operations for definition of three parameters of samples permitting to improve the metrology performances of the extreme electromagnetic transducer in the built installation are designed.

Key words: electromagnetic transformer, method, device, magnetic permeability, specific electrical conductance, radius, cylindrical sample.

Во Хоай Тхань. Многопараметровый электромагнитный датчик. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 - приборы и методы контроля и определения состава веществ. - Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки и исследования трехпара-метровых методов и устройств неразрушающего контроля для одновременного определения относительной магнитной проницаемости, удельной электрической проводимости и радиуса цилиндрического изделия на основе достижения экстремума фазового угла суммарной ЭДС преобразователя и комбинации двух зондирующих (переменного и постоянного во времени) магнитных полей. Выяснено со-лшние вопроса по методам и устройствам многопараметрового неразрушающего контроля магнитных, электрических и геометрических параметров токопроводя-щих изделий.

В работе теоретически обоснован выбор достаточно простого компонента сигнала трансформаторного электромагнитного преобразователя, который представляет собой фазовый угол суммарной ЭДС, позволяющий на основе достижения экстремума осуществить трехпараметровый контроль цилиндрического изделия. Получены выражения для определения в экстремальном режиме магнитной проницаемости, удельной электрической проводимости и радиуса дилиндрических изделий в последовательном и параллельном циклах проведе-шя вычислительных операций. Создан одночастотный электромагнитный метод и реализующий его трансформаторный преобразователь для совместного ^разрушающего контроля трех параметров цилиндрического изделия на осно-se достижения фазового экстремума на фиксированной частоте изменения маг-штного поля.

Разработана методика расчетов компонентов сигналов трехпараметрового жстремального электромагнитного преобразователя с цилиндрическим издели-;м. Разработаны алгоритм измерительных и расчетных операций для определе-гая трех параметров изделий, позволяющий улучшить метрологические харак-■еристики экстремального электромагнитного преобразователя в созданной ус-•ановке.

Предложен электромагнитный метод совместного контроля магнитной проницаемости, удельной электрической проводимости и радиуса цилиндрического изделия на основе использования суперпозиции двух зондирующих магнитных полей (переменного и постоянного во времени). Описана работа двух схем установок (одна из них автоматизированная) для совместного контроля трех параметров изделий одним и тем же преобразователем с комбинированным магнитным полем. На основе расчетов по найденным выражениям численных значений погрешностей трехпараметровых измерений построены зависимости этих погрешностей от обобщенного параметра и установлены рациональные по точностным характеристикам режимы работы преобразователя.

Были построены зависимости уа,ум и уа от обобщенного параметра х

при использовании образцов, выполненных из слабоферромагнитного (сталь 1Х18Н9Т) и ферромагнитного (сталь А20) материалов. Эти графические зависимости показывают, что для рационального случая контроля слабоферромагнитных образцов уа<\% при 2,6<х<8 и уа< 0,5% при 3<х<4;у/1 <1% в

диапазоне 2,7<х<8; или ум < 0,5% в случае 3 <х<А,2\уа £1,5% при

2,8 <х <4,2 и уд <2% при 2,6<х<4,2. Если использовать ферромагнитные

образцы, то можно достигнуть следующие численные значения относительных погрешностей уа< 0,3% пределах изменения х от 2,6 до 10; у^ <2,2% при

2,5 <х <9 и у^ <1,5% при 2,7 <х <7,3; уа <2,7% в диапазоне 3,2<д:<9,2 и

уа <1% при 3,5<х<5.

Получены результаты экспериментов на установках с преобразователями, работающими на основе экстремума фазового угла суммарной ЭДС (экстремальный преобразователь) и на основе комбинации постоянного и переменного магнитных полей (комбинированный преобразователь). Сравнение экспериментальных данных, полученных на разработанных установках и на контрольных устройствах показывают достаточно хорошее согласие. На основании разработанных в диссертации методов и устройств и с помощью проведенных экспериментов была создана технология изготовления элементов и узлов физических установок, которая позволила осуществить такие режимы механических и термических обработок изделий, которые не позволяют электрическим и магнитным параметрам слабоферромагнитных деталей превысить допустимые значения.

Ключевые слова; электромагнитный преобразователь, магнитная проницаемость, удельная электрическая проводимость, радиус, цилиндрический образец.