автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Резистивный метод и устройство контроля электрических параметров жидких смазочных материалов

На правах рукописи

005012874

ДАВЫДОВА НАДЕЖДА ВЛАДИМИРОВНА

РЕЗИСТИВНЫИ МЕТОД И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 мдр

Орел-2012 г.

005012874

Работа выполнена на кафедре «Приборостроение, метрология и сертификация» федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего про фессионального образования «Государственный университет - учебно-научно производственный комплекс»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

|Корндорф Сергей Фердинандович

кандидат технических наук, доцент Ногачёва Татьяна Ивановна

Официальные оппоненты: Куценко Станислав Алексеевич,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», зав. кафедрой «Химия

Щекотихин Сергей Николаевич, кандидат технических наук Академии ФСО России, ст. преподаватель кафедры №7

Ведущая организация: МГТУ им. Н.Э. Баумана

Защита состоится «17» апреля 2012 г. в 14-00 часов на заседании диссертационног совета Д 212.182.01 при ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» по адресу: 302020, Рос сия, г. Орел, Наугорское шоссе, 29, (ауд. 212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Госуниверсит -УНПК»

Автореферат разослан «15» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212^182.01, кандидат технических наук, доцент —-/-^Волков В. Н.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Подавляющее большинство машин и механизмов при свой работе используют смазочные материалы, от качества которых напрямую зависит их аботоспособность и долговечность. Своевременная диагностика текущего состояния идкого смазочного материала представляет важную задачу при решении широкого кру-а вопросов анализа качества горюче-смазочных материалов.

Качество смазочного материала зависит от множества физико-химических свойств, ачастую изменяющихся в процессе эксплуатации. Для оценки состояния любого сма-очного материала ГОСТ 4.24-84 предлагает широкую номенклатуру показателей каче-тва. При этом процедура определения качества смазочного материала по этим рекомен-уемым показателям оказывается достаточно трудоёмкой и длительной, требующей аличия специально оборудованной лаборатории и квалифицированных специалистов.

Поэтому в настоящее время проводят поиск новых более доступных, простых и точ-ых способов оценки текущего состояния смазочного материала. Для этих целей начи-ают активно использовать такие электрические показатели качества смазочных матери-ов как диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, а также х частотные дисперсии, для которых можно найти функциональные или корреляцион-ые связи между их значениями и значениями стандартных показателей их качества.

Существенный вклад в развитие этого направления внесли В.Ф. Кукоз, В.Д. Хула, .В. Тарасов, Н.Г. Подгайный (ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ)), В.Л. Лашхи, Г.И. Шор, .А. Золотов (ФГУП «25 ГосНИИ МО РФ»), Б.В. Скворцова (СГАУ), Ю.Г. Подкин ФГБОУ ВПО ИжГТУ), С.Н. Сычёв, Е.В. Пахолкин (ФГБОУ ВПО «Госуниверситет -НПК» г. Орел) и другие.

Однако одним из основных препятствий для широкого применения электрических араметров при диагностике состояния масел является невысокая точность методов их змерения. Так, например, широко используемые для измерения электрических парамет-ов масел мостовые и резонансные методы позволяют получить достаточную точность змерения только на тех частотах, для которых изготовлены используемые в них образ-овые реактивные элементы (катушки индуктивности и конденсаторы), при переходе на ругие частоты рабочего диапазона точность этих методов снижается. При этом погреш-ость определения диэлектрической проницаемости достигает 5 %, а тангенса угла ди-лектрических потерь - 10 %. Так как диэлектрическая проницаемость при эксплуатации асла меняется не более чем на 30%, а тангенс угла диэлектрических потерь на - 70%, то спользование существующих методов измерения не позволяет с достаточной степенью остоверности оценивать состояние смазочных масел. Кроме того существующие мето-ы трудоемки, требуют балансировки или настройки в резонанс и не позволяют исследо-ать электрические параметры и их частотные дисперсии в тех случаях, когда эти пара-етры изменяются во времени. И, наконец, в настоящее время не существует методов, озволяющих исследовать дисперсию этих параметров в низкочастотной области.

Таким образом, вопрос разработки методов, позволяющих повысить точность и ыстродействие, расширить рабочий частотный диапазон и упростить процедуру опре-еления электрических параметров жидких смазочных материалов является весьма важ-ым и актуальным. Решению этой задачи и посвящена диссертационная работа.

Объект исследования: резистивный метод контроля электрических

жидких смазочных материалов.

Предмет исследований: принципы реализации и метрологические характеристик! резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных материале

Целью диссертационной работы является повышение точности и быстродействи измерения электрических параметров жидких смазочных материалов, расширение рабо чего частотного диапазона, упрощение процедуры измерения, обеспечение возможност исследования зависимостей электрических параметров жидких смазочных материалов о времени, температуры, напряженности и частоты электрического поля и т. д.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) провести анализ существующих методов оценки качества смазочного материала точки зрения их быстродействия, объективности, ширины рабочего частотного диапазо на, обеспечения требуемой точности, простоты процесса измерения и его автоматизации

2) обосновать принцип и способ реализации резистивного метода контроля электри ческих параметров жидких смазочных материалов без использования образцовых реак тивных элементов;

3) провести теоретические исследования чувствительности и точности резистивно метода контроля электрических параметров жидких смазочных масел, на основе которо го разработать научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов реализа ции резистивного метода, исходя из условия обеспечения наибольшей точности и чув ствительности;

4) разработать методику определения электрических параметров жидких смазочны материалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь рези стивным методом;

5) разработать экспериментальную установку для апробации резистивного метод контроля электрических параметров жидких смазочных материалов;

6) провести экспериментальные исследования электрических параметров стандарт ных калибровочных жидкостей и смазочных масел резистивным методом с целью апро бации метода и подтверждения достоверности заложенных в его основу теоретически положений и достижения улучшенных метрологических характеристик.

Методы и средства исследования. В работе используются методы анализа эквива лентных электрических схем при исследовании процессов протекающих в жидких ди электриках под действием переменного электрического поля, математический аппара теории статистики, спектрального анализа, численного и дифференциального исчисле ния, а также цифровой обработки сигналов. Экспериментальные исследования проводи лись с использованием современных средств измерения и на оригинальных установках выполненных с использованием средств вычислительной техники.

Достоверность научных положений подтверждается корректностью использовани математического аппарата, их практической реализацией и соответствием аналитически данных и выводов, полученных по итогам теоретических исследований, результатам об работки данных экспериментальных исследований.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что:

- разработан резистивный метод раздельного определения активной и реактив ной составляющих комплексного сопротивления емкостной ячейки, заполненной жид ким смазочным материалом, отличающийся тем, что вместо образцовых реактивны элементов в измерительную цепь последовательно с емкостной ячейкой включаются по очередно или одновременно два образцовых активных сопротивления, основанный и поочередном или одномоментном измерении отношений напряжений, создаваемых то ком, протекающим в измерительной цепи, на соответствующих участках этой цепи напряжению, падающему на измеряемом сопротивлении емкостной ячейке, и позволяю

ий по результатам измерения отношений напряжений и значениям образцовых актовых сопротивлений определять искомые составляющие сопротивления исследуемой ем-остной ячейки;

- теоретически установлены зависимости между параметрами исследуемого смазоч-ого материала, соотношениями образцовых активных сопротивлений, включаемых в змерительную цепь, реализующую резистивный метод, и его чувствительностью и точ-остью, позволяющими оптимизировать режим измерения;

- разработана методика определения электрических параметров жидких смазочных атериалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь рези-тивным методом.

Практическая ценность:

1. Разработаны резистивный метод и устройство контроля электрических параметров мазочных масел, защищенные патентами Российской Федерации на изобретения 22431855 и №2433416.

2. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов изме-ения резистивным методом.

3. Разработана методика определения электрических параметров жидких смазочных атериалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь рези-тивным методом.

4. Экспериментально обоснована возможность использования резистивного метода я исследования зависимостей электрических параметров жидких смазочных масел от

ремени, температуры, напряженности и частоты электрического поля и т.д.

5. Показана возможность использования резистивного метода контроля для оценки тепени старения смазочных масел.

Результаты диссертации приняты к внедрению на ЗАО «Научприбор» и внедрены в ГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНГЖ» в учебный процесс при подготовке специалистов бакалавров по специальности и направлению «Приборостроение». Кроме того отдель-ые результаты, полученные соискателем в рамках выполнения диссертационного ис-ледования, использованы при выполнении финансируемых Минобрнауки России науч-ых проектов « Разработка научной базы для технологий триботехнических испытаний и иагностики электрическими методами» по программе «Развитие научного потенциала ысшей школы» (2005 г. № ГР 0120.0504036) и «Теория и принципы интеллектуализации лектрических методов мониторинга узлов трения» ( в рамках формирования государ-твенных заданий в высшем учебном заведении на 2012-2014 г.).

Положения, выносимые на защиту:

- резистивный метод контроля электрических параметров жидких смазочных мате-иалов, включающий оригинальные принципы и способы его реализации без примене-шя образцовых реактивных элементов;

- научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов измерения рези-тивным методом, а также методика определения диэлектрической проницаемости и тан-енса угла диэлектрических потерь смазочных материалов;

- принцип действия устройства, реализующего резистивный метод контроля элек-рических параметров жидких смазочных материалов, позволяющего уменьшить влия-ие паразитных емкостей и нелинейных искажений напряжения питания измерительной епи.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и об-уждены на 5 Международных конференциях и семинарах: Международный научный импозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет» (Орел, 2006 г.); Международ-тя 5-я научно-практическая конференция «Неразрушающий контроль и техническая

диагностика в промышленности» (Москва, 2006 г.); Международная школа-семинар мо лодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества» (Тамбов, 2006 г.); Ше стая международная научно-техническая конференция «Чкаловские чтения»( Егорьевск 2007 г.); Международная научно-техническая интернет-конференция «Информационны системы и технологии 2011» (Орёл, 2011г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числ два патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 243 страни цах машинописного текста, иллюстрируется 43 рисунками, 59 таблицами (в том числе 3 в приложении), состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источ ников, включающего 186 наименований, 6 приложений.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи иссле дования, приведены основные научные положения и результаты, выносимые на защиту а также сведения об апробации и реализации результатов работы.

В первой главе проведен анализ показателей качества смазочных материалов, ха растеризующих их физико-химические свойства, и методов их определения. Отмечено что число таких показателей весьма велико (более 50). Учитывая обширную номенклату ру показателей и сложность испытаний по каждому из параметров, для отдельных видо масел, в зависимости от области применения, назначается свой ограничительный пере чень показателей качественного состояния, но даже в этом случае процедура оценки ка чества смазочного материала оказывается достаточно трудоёмкой и длительной, требу ющей наличия специально оборудованной лаборатории и квалифицированных специали стов.

Другим существенным недостатком оценки качества смазочных материалов по от дельным единичным показателям (даже всего лишь по семи) является сложность сопо ставления этих показателей на разных стадиях контроля или при выборе нужной смазк из нескольких аналогичных материалов. В связи с этим рассмотрены современные тен денции развития способов и подходов к оценке качества смазочных материалов. Анали литературных источников, посвящённых методам исследования свойств смазочных ма сел, показал, что все чаще начинают использовать электрические параметры смазочны масел, для которых можно найти функциональную или корреляционную связь между и значениями и значениями стандартных показателей их качества.

Тенденция перехода к оценке качества смазочных масел по их электрическим па раметрам объясняется большим опытом, накопленным в области электрических измере ний, высоким быстродействием, возможностью непосредственного введения результате измерения в информационно измерительные системы, позволяющие одновременно оценивать целый ряд электрических параметров, а также исследовать зависимости последних от влияющих факторов.

Во второй главе рассмотрены электрические эквивалентные схемы емкостной измерительной ячейки, частично заполненной жидким смазочным материалом, позволяющей уменьшить влияние «выпучивания» электрического поля, и основные выражения для расчета электрических параметров исследуемой жидкости.

Проведен анализ электрических методов, наиболее часто применяемых для определения электрических параметров жидких диэлектриков. На основании анализа литературных источников предложено разделить все методы на две группы: методы с примене-

нием образцовых реактивных элементов (катушек индуктивности и конденсаторов) и ме-оды без применения образцовых реактивных элементов. В первой группе рассмотрены мостовой и резонансный методы. Показано, что применение того или иного метода, в первую очередь, обусловлено диапазоном частот, в котором проводятся измерения. Мо-товые методы применяются преимущественно на низких частотах, так как на высоких астотах велико влияние паразитных емкостей. Резонансные методы используются на ысоких частотах, причём точность измерения повышается с уменьшением угла диэлек-рических потерь. Во второй группе рассмотрен метод вольтметра-амперметра и его раз-ичные модернизированные варианты.

Наиболее перспективным вариантом модернизированного метода вольтметра-мперметра является резистивный метод, сущность которого заключается в том, что из-ерительная ячейка с исследуемым материалом включается в резистивную цепь, не со-ержащую других реактивных элементов кроме исследуемой ячейки, и последующем змерении напряжений на соответствующих участка измерительной цепи. Основным репятствием в использовании резистивного метода является невысокая точность опре-еления электрических параметров жидких смазочных материалов, важной особенно-тью которых является широкий диапазон изменения значений диэлектрической прони-аемости (от 2 до 6) и тангенса угла диэлектрических потерь (от 10~3 до 1).

В третьей главе проведен теоретический анализ особенностей резистивного мето-а определения электрических параметров жидких диэлектриков, помещенных в измери-ельную емкостную ячейку. Разработаны четыре варианта схем и устройство, позволяю-ие реализовать резистивный метод.

Рисунок 1 - Резистивный метод поочерёдного измерения напряжения на ячейке при Л/=Л | и Кп=№+Я2) (Патент №2431855.)

Рисунок 2 - Резистивный метод поочерёдного измерения напряжения на ячейке при Я\=Н\

И йц=«2

Рисунок 3 - Резистивный метод поочерёдного измерения напряжения на ячейке при /?]=«, и

Рисунок 4 - Резистивный метод одновременного измерения всех напряжений (Патент №2433416)

Схемы, приведенные на рисунках 1-3, позволяют реализовать резистивный метод оочередного измерения напряжений 1!\ на ячейке и общего подводимого к измери-ельной цепи, сначала при образцовом активном сопротивлении Дь а затем - измерения апряжений Ц\ на ячейке и общего и3, подводимого к измерительной цепи, при образцо-ом активном сопротивлении Следует отметить, что для всех схем Д/=Ль а сопротив-

я у?

ение /?ц равно: (Я[+К2) для схемы 1; Я2 - для схемы 2 и —- для схемы 3. В 4-ой

Л, +/г2

хеме последовательно с измерительной ячейкой одновременно включаются два рези-тора Л| и Лг и одномоментно измеряются три напряжения: 11 \ на измерительной ячейке, и2 на участке цепи с последовательным соединением измерительной ячейки и образцо-

вого сопротивления и IIподводимое к измерительной цепи. Эта схема решает задачу одновременного измерения напряжений на соответствующих участках измерительной цепи, что исключает погрешности за счёт нестабильности источника питания, как по напряжению, так и по частоте. Кроме того эта схема позволяет исследовать процессы, сопровождающиеся изменением электрических параметров во времени со скоростями, ограниченными только инерционностью применяемых измерительных средств, и авто матизировать процесс исследования частотных характеристик за счёт применения источ ников питания с изменяющейся частотой.

Автором получены патенты на способ и устройство, позволяющие реализовать ре зистивный метод поочередного измерения напряжений в соответствии со схемой, приве денной на рисунке 1, и на способ, позволяющий реализовать резистивный метод одно временного измерения напряжений в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 4.

Для всех рассмотренных схем реализации резистивного метода напряжения 11\, II и С/3 связаны с параметрами измерительной электрической цепи следующими уравнени ями:

х +

х'+г' уи,) х'+г' ' ^

Активная г и реактивная * составляющие сопротивления измерительной ячейк определяются выражениями, полученными путём решения системы уравнений (1): г= (1-/?)я;-Яя(1-«) . //?,(&•+я,)

21(1-а)К„-(1-т]' V я-1

[и,

(2

где а =

Абсолютные суммарные погрешности определения параметров емкостной ячейки г и х резистивным методом можно рассчитать с помощью выражений:

Агт=— ДЯ, +—АЯ.+

т зл, ' еяг 2

аг_

да'

а8п

\дрР '

дх

а8„ I + ] — Дг,

Е 9Д, ' ]{да

а относительные суммарные погрешности - с помощью выражений:

дг/г

1ж,

Д^ г

_ СП г- п дг/г „ п

¿Гт =—к = -—+

е/г,

дг/г

да

а8„

дг/г

Р&,

=

Л*.

у дх/х - _ (дх/х г - --6„ Л, + ,|| ——5 а

(дх/х г.

+Ьт*тГ

(3)

(4)

(5)

(6)

где

дг/г . дг/г .

ал, 1 ' ^ да - относительные коэффициенты влияния погрешностей

, соответственно, на по-

X

дг/г _ дг/г с/Л, с№г ¿а ' с/р определения значений резисторов К,, Кг и коэффициентов а и грешности определения параметра г;.

дх/х дх/х дх/х . ,

; ——; —— - относительные коэффициенты влияния погрешностей определения значений резистор Л,, коэффициента а и параметра г, соответственно, на погрешности определения параметра х.

Целесообразность использования резистивного метода может быть оправдана лишь ри условии повышения точности измерения величин, входящих в выражения (3) и (4), а менно: значений образцовых сопротивлений Л(> R¡¡, и значений коэффициентов а и /3, ассчитываемых по результатам измерения напряжений. Поэтому для реализации рези-тивного метода необходимо использовать безъиндукционные резисторы, (например, ре-исторы марок С2-10, Pl-69, Pl-24, МР 3040 и т.д.), значения которых не изменяются при аботе в цепях переменного тока с достаточно широким диапазоном изменения частот, ричем марки резисторов и R2 обеспечивающие заданные значения образцовых со-ротивлений, должны быть выбраны такими, чтобы их номинальные погрешности были инимапьными, (например, резисторы марок Р1-24), а если это невозможно, то значения опротивлений резисторов необходимо предварительно измерять с помощью мостовых етодов, обеспечивающих высокую точность.

Повышение точности определения коэффициентов а и р возможно при повыше-ии точности измерения напряжений. Несинусоидальность измеряемых напряжений лияет на погрешность измерения переменных напряжений вольтметрами, так как по-решности, нормируемые для измерительных средств переменных напряжений, относят-я только к измерению чисто синусоидальных напряжений. В действительности источ-иков питания, генерирующих чисто синусоидальные напряжения, не существует и все овременные генераторы синусоидального напряжения генерируют напряжения с той ли иной степенью нелинейных искажений, то есть напряжения на выходе генераторов роме основной (первой) гармоники содержат также гармоники высшего порядка.

В настоящее время для более точных измерений напряжений можно использовать ЦП, сопряжённые с ПК, которые позволяют измерять множество мгновенных значений игнала в течение нескольких его периодов с последующим спектральным анализом в реде Matead. В результате спектрального анализа определяют значения амплитуды и ча-тоты первой гармоники, причем в этом случае погрешности измерения значений ампли-ды первой гармоники становятся случайными и их значения могут быть уточнены по аконам математической статистики. Результаты предварительно проведенного экспери-ентапьного исследования на частотах 2 и 20 кГц показали, что максимальное значение тносительного стандартного отклонения среднего результата для отношения напряже-ий не превышает 0,02%, а для квадратов отношений напряжений (коэффициентова и/?) не превышает, соответственно, 0,04% при различных значениях времени измерения, аким образом, точность предлагаемого метода определения коэффициентов а и/? пре-осходит точность обычных методов определения этих коэффициентов, и он может быть екомендован при использовании резистивного метода определения параметров ком-лексного сопротивления жидких диэлектриков, помещенных в измерительную емкост-ую ячейку.

Дальнейшее уменьшение погрешностей определения параметров/- и х можно поучить за счет уменьшения значений коэффициентов влияния, путём подбора соответ-твующих значений образцовых сопротивлений R\ и Ra.

R /

Задавшись различными значениями отношения образцовых сопротивлений и/ю ,

/ Ki

араметров 1 = ~ и j = —, были рассчитаны значения коэффициентов влияния —,

—, -¿-Е-, —, — и — для случаев (я<5 = 0,1;0,05;0,01. Результаты расчетов показали

дЯ2 да др дН, да дг

что наименьшие значения рассмотренных коэффициентов влияния соответствуют значе

п /

ниям отношений "/„ , равным 0,5 и меньше или 2 и больше для всех значений парамет

/ К1

ров /, } и тангенса диэлектрических потерь .

С учетом полученных значений коэффициентов влияния и погрешностей <5-(Я1;;2) 8г(а[1) определения значений резисторов и коэффициентов« и/? были рассчитаны зависи мости относительных суммарных погрешностей ¿г£ и определения параметров г и

/? /

емкостной ячейки при различных значениях отношения ук , разных значениях пара

метров / , 7 и значениях /§<5 = 0,1; 0,5: 0,01. Все полученные зависимости подобны. Н рисунках 5 и 6 приведены зависимости относительных погрешностей 8гъ и &для слу чая = ОД.

1 -/= 0,04; 2-1 = 0,25; 3 -/ = 0,5; Рисунок 5 - Зависимости относительной суммар-

ной погрешности <5\ от отношения

К.

/й,

при раз-

ных значениях параметра / и = од

а, 7',

1 -у- 0,4; 2 - у = 2,5; 3 - } = 5; Рисунок 6 - Зависимости относительной суммарной погрешности <&с от отношения при разных значениях параметра] и = 0,1

Таким образом, наименьшие значения погрешностей определения параметров г

И /

х могут быть получены при отношениях образцовых сопротивлений у^ , равных 0,5 I

меньше или 2 и больше, при разных значениях параметров / иу для всех рассмотренны случаев: tgS= 0.1; 0,05; и 0,01.

Следует отметить, что все расчеты проводились при условии, что: относительны погрешности 8Л| и определения значений образцовых сопротивлений и /?ц равнь 0,01%; относительные погрешности 8а и 8р определения значений коэффициентов« и

равны 0,04% при использовании для этой цели АЦП, сопряженного с ПК (в соответстви с результатами предварительных экспериментальных исследований); относительная по грешность 5гг определения активной составляющей сопротивления измерительной ячей ки, заполненной исследуемым диэлектриком, равна 3%, (значение последней рассчиты валось в соответствии с выражением (5)). Значения тангенсов углов диэлектрических по терь /£<5=0,1; 0,05: 0,01 выбирались, исходя из того, что эти значения лежат в облает

озможных значений для таких диэлектриков, как смазочные масла.

С целью определения оптимального значения параметра а = — был проведен ана-

г

из чувствительности резистивного метода по напряжению для параметров г и х. На исунках 8 и 9 приведены зависимости относительной чувствительности резистивного етода 5(г)отя для параметра г и 5(х)пш1 для параметра х от значений параметра

- у/^ Для случаев tgS=Oyl; 0,03; и 0,01. Зависимости относительной чувствительно-

ти 5(г)от„ от параметра А имеют максимум при некоторых значениях параметра А, ричем при уменьшении значений этот максимум смещается в сторону больших зна-ений параметра А, а само значение максимальной чувствительности при этом умень-ается. При некоторых значениях параметра А чувствительность становится равной нуга и, следовательно, в области значений А, близких к указанному значению, измерения евозможны.

Чувствительность ^\х)ит11 для параметра х возрастает с увеличением параметра А

при некоторых его значениях достигает своего максимального значения для всех зна-ений (рисунок 9).

Рисунок 8- Зависимости относительной чувствительности ^(г)„„„ от параметра А при различных значениях .

.1

1 - tgS= 0,1; 2-/^.5= 0,031; 3 - 0,0!; Рисунок 9 - Зависимости относительной чувствительности 3(х)отя ог параметра А при различных значениях tgS.

Максимальная чувствительность по напряжению для параметра х больше чувстви-ельности для параметра г примерно в 2,5 раза. Поэтому выбор параметра А должен существляться в зависимости от требований, предъявляемых к точности измерения ак-ивной г и реактивной * составляющих сопротивления смазочного материала или его ангенса угла диэлектрических потерь ¡¿б. Так как измерительные схемы, реализующие езистивный метод, требуют использования не менее двух образцовых сопротивлений, о были проанализированы значения функции относительной чувствительности на раз-ичных её уровнях с целью выбора двух таких значений параметра Л, при которых отно-ительная чувствительность 5(г)от„ приблизительно одинакова и достаточно высока. На

исунке 10 приведены зависимость относительной чувствительности метода по парамет-

А / И /

у г от значений отношений ул = . Максимальная чувствительность резистивно-о метода при исследовании жидких смазочных материалов с различными значениями в достигается при значениях отношений образцовых сопротивлений , примерно авных 0,4-0,7 и больше. Полученные данные хорошо согласуются с рекомендациями по

выбору отношений значений образцовых сопротивлений, соответствующих минимапь ным значениям погрешностей определения параметров г их.

0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

\-tgd~ 0,333; 2- = 0,1; 3 - = 0,031; 4- '¡¿8 = 0,01; 5 - tg5 < 0,031;

Рисунок 10 - Зависимости относительной чувствительности от отношения образцовых со противлении для разных значений

(8

Диэлектрическая проницаемость ем и тангенс угла диэлектрических потерь исследуемых жидких смазочных материалов для параллельной эквивалентной схем определяются выражениями:

(7)

\лп- л зк) л ы 1г5 О Х»Х«

" (ем-\){хп-хзк) Я„ЯТ '

где Х„, Хзм. Хж - реактивные сопротивления пустой, заполненной исследуемы материалом и калибровочной жидкостью ячейки;

Яп и - сопротивления потерь пустой и заполненной исследуемым материало ячейки;

ек - диэлектрическая проницаемость калибровочной жидкости.

Относительные погрешности определения электрических параметров ем и tgS1 исследуемых смазочных материалов определяются выражениями:

е„ \де'

8х„

■X.

■х„

д£м Vй*»

(9

'¿А

М«

Ье.

3е.еК + -

+ 6,

М«

ч

ч дкг,

М».

\2

за-

(10

На основании результатов теоретического анализа возможностей резистивного ме тода измерения разработаны рекомендации по применению резистивного метода для ис следования электрических параметров жидких смазочных материалов.

Четвертая глава посвящена апробации резистивного метода и исследованию с его омощью электрических параметров смазочных масел. На основе патента РФ №2431855, олученного автором, разработано устройство и методика определения параметров жид-их диэлектриков. Апробация метода проводилась по одной из стандартных калибровоч-ых жидкостей - химически чистому толуолу на экспериментальной установке, пред-тавленной на рисунке 11. В качестве калибровочной жидкости для определения кон-танты измерительной ячейки (ее рабочей емкости) использовался бензол. Эксперимен-альные исследования проводились в соответствии с разработанной методикой.

- измерительная ячейка; 2 - внешний электрод; 3 -измерительный электрод; 4 - внутренний провод коаксиального кабеля; 5, 6 - внутренняя и внешняя экранирующие оболочки кабеля; 7 - повторитель напряжения, 8 - генератор напряжения, 9 -регулятор напряжения

Рисунок 11 - Схема экспериментальной установки, реализующей резистивный метод измерения помощью АЦП, сопряжённого с ПК

Достоверность экспериментально полученных данных подтверждается результата-и апробации. Значение диэлектрической проницаемости толуола Ет =2,3578 для темпе-атуры 29"С, при которой проводились измерения, хорошо согласуется с табличными энными, по которым для той же температуры 29 °С диэлектрическая проницаемость то-уола равна 2,3568. Расхождение между табличными и экспериментальными данными оставляет всего 0,04 %.

После апробации резистивного метода было проведено экспериментальное иссле-ование электрических параметров смазочных масел: минерального марки ESSO Uniflo ultigrade, полу синтетического марки Maximum Diesel CH-4/SJ и дизельного марки Дп-11 на азных частотах. Результаты исследования представлены на рисунке 12, а также в табли-ах 1 и 2.

_ .. — 3

--- — - - - •

—

кГц

,;2- е- 3-

1 - ;2 - ; з - tgSm

исунок 12 а) - Зависимость диэлектрической Рисунок 12 б) - Зависимость тангенса угла диэлек-роницаемости е от частоты/для разных масел трических потерь tgд от частоты/для разных масел

Рисунок 12 - Зависимости электрических параметров ем и смазочных масел от частоты

Таблица 1 - Средние значения электрических параметров смазочных масел на ра ных частотах

Диэлектрическая проницаемость е„ и тангенс диэлектрических потерь tgS„

Частота напряжения питания /, кГц Масло минеральное марки ESSO Uniflo Multigrade Масло полусинтетическое марки Maximum Diesel CH-4/SJ Масло дизельное марки Дп-11

EMM tg8„, £мп tgS„„ Емд tg5№)

7 2,3706 0,0753 2,4607 0,1409 2,5167 0,0378

11 2,2435 0,1125 2,2120 0,2229 2,3141 0,1147

22 2,2117 0,1111 2,0143 0,3778 2,2650 0,1610

Таблица 2 - Погрешности определения электрических параметров смазочных м сел на разных частотах_

Частота напряжения питания /, кГц Стандартные отклонения 5 средних значений диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь для различных типов смазочных масел, %

Масло минеральное марки ESSO Uniflo Multigrade Масло полусинтетическое марки Maximum Diesel CH-4/SJ Масло дизельное марки Дп-11

S. •SigS S, Si¡¡, Se Stgs

7 0,1549 2,6444 0,1505 1,5560 0,1399 2,8014

И 0,1473 1,5848 0,1425 1,0550 0,1281 1,4767

22 0,0696 1,3083 0,2871 1,3262 0,1059 1,1416

Результаты экспериментальных исследований показали, что с увеличением час ты значения диэлектрической проницаемости ем уменьшаются, а значения тангенса угл диэлектрических потерь tg8M увеличивается, погрешности определения значений диэле трической проницаемости смазочного масла не превышают 0,3%, а тангенса угла диэле трических потерь -2,8%. Таким образом, можно считать, что резистивный метод позв ляет определять электрические параметры смазочных масел с более высокой точность чем другие известные методы.

Проведено исследование зависимости диэлектрической проницаемости и тангенс диэлектрических потерь полусинтетического смазочного масла марки Maximum Dies CH-4/SJ от наработки (пробега) автомобиля.

Результаты исследования показали, что изменения параметров ет и tgSm полусш тетического смазочного масла от наработки составляют для диэлектрической проница мости 5,4; 9,7; 15,5 %, а для тангенса угла диэлектрических потерь 46,7; 54,86; 64,24 0 соответственно на частотах 7,12,20 кГц. Следовательно, резистивный метод может быт рекомендован для оценки состояния смазочного масла в процессе его эксплуатации.

Рассмотрены перспективы развития резистивного метода, предложены схема устройство для реализации обобщённого резистивного метода с одновременным измере нием напряжений, позволяющие исследовать зависимости быстро изменяющихся эле трических параметров смазочных материалов от времени, наработки, температурь напряженности и частоты электрического поля.

Заключение

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты и выводы

1 Анализ существующих методов определения электрических параметров смазоч-ых масел показал, что единственным методом, позволяющим раздельно определять ак-ивную и реактивную составляющие сопротивления исследуемого смазочного масла без спользования реактивных элементов, является резистивный метод. Однако его исполь-

вание целесообразно только при условии повышения точности измерения.

2 Разработаны основные теоретические положения и научно обоснованные реко-ендации по применению резистивного метода для контроля электрических параметров идких смазочных материалов.

3 Показано, что повышение точности резистивного метода можно обеспечить путём овышения точности измерения значений образцовых резисторов и напряжений на изме-ительной ячейке и измерительной цепи, а также уменьшением значений коэффициентов

ияния в выражениях, определяющих относительные погрешности, путём подбора оп-мального соотношения между значениями сопротивлений образцовых резисторов.

4 Проведены исследования возможности повышения точности за счёт использова-ия при измерениях многоканального АЦП, сопряжённого с ПК, реализующими спек-

альный анализ измеряемых сигналов, позволяющий определить амплитуду и частоту ервой гармоники, с целью исключения влияния нелинейных искажений напряжения пиния измерительной цепи.

5 Разработано устройство и экспериментальная установка для апробации резистив-ого метода, позволяющие уменьшить влияние паразитных ёмкостей и нелинейных ис-

жений напряжения питания.

6 Экспериментальные исследования подтвердили возможность применения рези-ивного метода для исследования электрических параметров исследуемых смазочных асел. Погрешности измерения составили: для параметра г не более 0,8%; для параметра не более 0,07%; для параметра ем не более 0,3%; для параметра tgSM не более 2,8 %.

7 Показана возможность использования резистивного метода для оценки степени арения смазочных масел, на примере полусинтетического смазочного масла марки aximum Diesel CH-4/SJ.

8 Предложены схема и устройство для реализации обобщённого резистивного мето-а с одновременным измерением напряжений, позволяющие исследовать зависимости

ектрических параметров смазочных материалов от времени, наработки, температуры, апряженности и частоты электрического поля.

Список опубликованных работ

Публикации в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК

1 Давыдова, Н.В. Определение параметров емкостной ячейки методам вольтметра-амперметра екст] / Н.В. Давыдова, С.Ф. Корндорф, Т.И. Ногачёва // Фундаментальные и прикладные проблемы хники и технологии.-2010.-№2(280).-С. 78-81 (Личное участие 33%)

2 Давыдова, Н.В Электрорезистивный метод измерения параметров комплексного сопротивления екст] / Давыдова Н.В., Ногачёва Т.И.// Фундаментальные и прикладные проблемы техники и техноло-и,- 2010, №4(282) .-С.92-95. (Личное участие 50%)

3 Давыдова, Н.В. Выбор оптимальных значений образцовых сопротивлений при измерении элек-ических характеристик диэлектрической жидкости методом включения измерительной ячейки в рези-ивную цепь [Текст] / Н.В. Давыдова, Т.И. Ногачёва // Контроль. Диагностика. - 2010. - № 6(144). - С.

6-19. (Личное участие 50%)

4 Давыдова, Н.В. Анализ параметров измерительной ячейки, заполненной смазочным материалом екст] / Н.В. Давыдова // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2010. - №

-2(284).-С. 84-88.

Прочие публикации

5 Давыдова, Н.В. Использование многоканального аналого-цифрового преобразователя с однов менным сэмплированием для реализации резистивного метода измерения электрических параметр жидких [Текст] / Н.В. Давыдова, Т.И. Ногачёва // Сборник материалов международной научн техническая интернет-конференция «Информационные системы и технологии 2011» - Орёл: «Госуш верситет -УНПК», 2011. - С. 153-156. (Личное участие 50%)

6 Давыдова, Н.В. Выбор оптимального значения добавочногосопротивленияпри измерении пар метров двухполюсника методом двух вольтметров [Текст] / Н.В. Давыдова, С.Ф. Корндорф, Т.И. Ног чева // Известия ОрелГТУ. Сер. «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». 2009. -№ 1/273(559). - С. 99-101. (Личное участие 33%)

7 Давыдова, Н.В. Определение электрических параметров измерительной емкостной ячей [Текст] / Н.В. Давыдова, С.Ф. Корндорф // Известия ОрелГТУ. Сер. «Фундаментальные и прикладнь проблемы техники и технологии»-2009. -№3-275(561). - С. 99-101. (Личное участие 50%)

8 Давыдова, Н.В. Разделение потерь в жидком диэлектрике на потери от переполяризации и эле тронной проводимости [Текст] / Н.В. Давыдова, С.Ф. Корндорф, Т.И. Ногачева // Известия ОрелГТ Сер. «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». - 2008. - № 3/271(546). -90-95. (Личное участие 33%)

9 Чекашова, Н.В. Возможность применения емкостного метода для определения температуры зоне трения [Текст] / Н.В. Чекашова // Известия ОрелГТУ. Сер. «Фундаментальные и прикладные пр блемы техники и технологии». - Орёл: ОрёлГТУ, 2007. -№2/266(532). - С. 135-138.

10 Чекашова, Н.В. Контроль температуры смазочной плёнки в зоне трения, работающего трибос пряжения [Текст] /Н.В. Чекашова // Чкаловские чтения: сборник материалов Шестой международн научно-технической конференции. (7-9 июня 2007г., г. Егорьевск)- Егорьевск.: ЕАТК ГА им. В.П. Чк лова, 2007.-С.70-71.

11 Чекашова Н.В. Оценка температуры в зоне жидкостного трения по интенсивности тепловь шумов смазочной плёнки/Н.В. Чекашова, С.Ф. Корндорф [Текст] // Гидродинамическая теория смазки 120 лет: Труды Международного научного симпозиума. В 2-х томах. Т.2. - М: Машиностроение 2006. - С.295-302. (Личное участие 50%)

12 Чекашова, Н.В. Контроль температуры смазочного материала в зоне трения [Текст] / Чекашо Н.В. // Проблемы экономики и менеджмента качества: материалы Международной школы-семинара м лодых ученых. (25-30 сентября 2006г., Тамбов) - Тамбов.: ТГТУ, 2006. - С.295-296.

13 Чекашова, Н.В. Термошумовой электрический метод контроля температуры в зоне жидкостно трения [Текст] / Н.В. Чекашова // Известия ОрелГТУ. Сер. Машиностроение. Приборостроение. - Орё ОрёлГТУ, 2006. -№ 2. - С. 82-86

14 Чекашова, Н.В. Разделение каналов по частоте при измерении температуры смазочной плёнки зоне трения термошумовым методом [Текст] / Н.В. Чекашова, С.Ф. Корндорф // Известия ОрелГТ Сер. Машиностроение. Приборостроение. - Орёл: ОрёлГТУ, 2006. - № 1. - С. 32-35 (Личное учасп 50%)

15 Чекашова, Н.В. Возможность применения шумовой термометрии для определения температур смазывающей плёнки[Текст] / Н.В. Чекашова, С.Ф. Корндорф // Известия ОрелГТУ. Сер. Машиностр ение. Приборостроение. - Орёл: ОрёлГТУ, 2005. -№ 1. - С. 46-48 (Личное участие 50%)

16 Патент № 2431855 Российская Федерация, МПК О 01 Я 27/26. Способ и устройство для измер ния электрических характеристик жидких электролитов и диэлектриков [Текст] / С.Ф. Корндорф, Т. Ногачева, Н.В. Давыдова. - Опубл. 20.10.11, БИМП №29. (Личное участие 33%)

17 Патент № 2433416 Российская Федерация, МПК в 01 И 27/26. Способ измерения параметро жидких электролитов и диэлектриков [Текст] / С.Ф. Корндорф, Т.И. Ногачева, Н.В. Давыдова- Опуб 10.11.11, БИМП №31 (Личное участие 33%)

Лицензия ИД №00670 от 05.01.2000 Подписано в печать 12 марта 2012 г. Усл. печ. л. 1 Тираж 100 экз. Заказ № 147

Полиграфический отдел ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» 302030, г. Орел, ул. Московская, 65

61 12-5/2203

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

На правах рукописи

¿г />^Сг

ДАВЫДОВА Надежда Владимировна

РЕЗИСТИВНЫЙ МЕТОД И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКИХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ,

материалов и изделий

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор С.Ф. КОРНДОРФ

кандидат технических наук, доцент Т.И. НОГАЧЕВА

Орел, 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

с

Введение 5

Глава 1 Параметры, характеризующие качество смазочных материалов, 14 и методы их контроля

1.1 Смазочные материалы и их показатели качества 14

1.2 Методы контроля гостовских показателей качества смазочных 17 материалов, обязательных для всех видов жидких смазочных масел

1.2.1 Определение вязкости 17

1.2.2,Определение плотности 22

1.2.3 Определение кислотного числа 25

1.2.4 Определение массовой доли механических примесей 27

1.2.5 Определение содержания воды 30

1.2.6 Определение температуры вспышки и температуры застыва- 32

ния

1.3 Тенденции развития контроля смазочных масел 3 7

1.4 Взаимосвязь электрических параметров смазочных материалов с 43 их показателями качества

Выводы по 1 главе 53

Глава 2 Методы измерения электрических параметров смазочных масел 55

2.1 Электрические эквивалентные схемы измерительной емкостной 55 ячейки, заполненной смазочным материалом,и выражения для расчёта значений электрических параметров смазочного масла.

2.2 Методы измерения электрических параметров емкостной ячей- 65 ки, заполненной смазочным маслом

2.2.1 Мостовые методы 65

2.2.2 Резонансные методы 70

2.2.3 Метод вольтметра-амперметра 80

2.2.4 Двухчастотный метод 82

2.2.5 Резистивный метод 84

2.3 Факторы, ограничивающие применение традиционных методов 87 контроля электрических параметров смазочных материалов. Выводы по 2 главе 90

Глава 3 Теоретический анализ особенностей резистивного метода кон- 91 троля электрических параметров жидких диэлектриков, помещенных в измерительную емкостную ячейку

3.1 Способы совершенствования резистивного метода контроля 91 электрических параметров жидких смазочных материалов.

3.2 Исследование способов повышения точности резистивного ме- 104 тода

3.3 Исследование влияния погрешностей определения значений об- 118 разцовых активных сопротивлений, включаемых в измерительную цепь, и отношений напряжений на точность определения параметров измерительной ячейки

3.4 Исследование чувствительности резистивного метода. 132

3.5 Анализ погрешностей определения диэлектрической проницае- 140 мости и тангенса угла диэлектрических потерь жидких смазочных материалов резистивным методом

3.6 Рекомендации по применению резистивного метода измерения 144 для определения электрических параметров жидких диэлектриков Выводы по 3 главе 147 Глава 4 Экспериментальные исследования резистивного метода кон- 149 троля электрических параметров смазочных материалов

4.1 Описание измерительной установки 149

4.2 Методика определения электрических параметров жидких сма- 152 зочных материалов

4.3 Калибровка измерительной ячейки 160

4.4 Определение характера исследуемых сопротивлений 169

4.5 Апробация резистивного метода контроля 171

4.6 Исследование электрических параметров смазочных масел и их 174

частотной дисперсии резистивным методом

4.7 Исследование зависимостей электрических параметров смазоч- 177 ных масел от наработки

4.8 Перспективы развития резистивного метода контроля электри- 178 ческих параметров жидких диэлектриков

Выводы по 4 главе 182

Заключение 183

Список использованных источников 185

Приложение А 206

Приложение Б 208

Приложение В 218

Приложение Г 220

Приложение Д 222

Приложение Е 243

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность: Подавляющее большинство машин и механизмов при своей работе используют смазочные материалы, от качества которых напрямую зависит их работоспособность и долговечность. Своевременная диагностика текущего состояния жидкого смазочного материала представляет важную задачу при решении широкого круга вопросов анализа качества горючесмазочных материалов.

Качество смазочного материала зависит от множества физико-химических свойств, зачастую изменяющихся в процессе эксплуатации. Для оценки состояния любого смазочного материала ГОСТ 4.24-84 предлагает широкую номенклатуру показателей качества. При этом процедура определения качества смазочного материала по этим рекомендуемым показателям оказывается достаточно трудоёмкой и длительной, требующей наличия специально оборудованной лаборатории и квалифицированных специалистов.

Поэтому в настоящее время проводят поиск новых более доступных, простых и точных способов оценки текущего состояния смазочного материала. Для этих целей начинают активно использовать такие электрические показатели качества смазочных материалов как диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, а также их частотные дисперсии, для которых можно найти функциональные или корреляционные связи между их значениями и значениями стандартных показателей их качества.

Существенный вклад в развитие этого направления внесли В.Ф. Кукоз, В.Д. Хула, A.B. Тарасов, Н.Г. Подгайный (ФГБОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ), В.Л, Лашхи, Г.И. Шор, В.А. Золотов (ФГУП «25 ГосНИИ МО РФ»), Б.В. Сквор-цова (СГАУ), Ю.Г. Подкин (ФГБОУ ВПО ИжГТУ), С.Н. Сычёв, Е.В. Пахол-кин (ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» г.Орёл) и другие.

Однако одним из основных препятствий для широкого применения электрических параметров при диагностике состояния масел является невы-

сокая точность методов их измерения. Так, например, широко используемые для измерения электрических параметров масел мостовые и резонансные методы позволяют получить достаточную точность измерения только на тех частотах, для которых изготовлены, используемые в них образцовые реактивные элементы (катушки индуктивности и конденсаторы), при переходе на другие частоты рабочего диапазона точность этих методов снижается. При этом погрешность определения диэлектрической проницаемости достигает 5%, а тангенса угла диэлектрических потерь - 10 %. Так как диэлектрическая проницаемость при эксплуатации масла меняется не более чем на 30%, а тангенс угла диэлектрических потерь на - 70%, то использование существующих методов измерения не позволяет с достаточной степенью достоверности оценивать состояние смазочных масел. Кроме того существующие методы трудоемки, требуют балансировки или настройки в резонанс и не позволяют исследовать электрические параметры и их частотные дисперсии в тех случаях, когда эти параметры изменяются во времени. И, наконец, в настоящее время не существует методов, позволяющих исследовать дисперсию этих параметров в низкочастотной области.

Таким образом, вопрос разработки методов, позволяющих повысить точность и быстродействие, расширить рабочий частотный диапазон и упростить процедуру определения электрических параметров жидких смазочных материалов является весьма важным и актуальным. Решению этой задачи и посвящена диссертационная работа.

Объектом исследований резистивный метод контроля электрических параметров жидких смазочных материалов, а предметом исследований -принципы реализации и метрологические характеристики резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных материалов.

Цель работы: повышение точности и быстродействия измерения электрических параметров жидких смазочных материалов, расширение рабочего частотного диапазона, упрощение процедуры измерения, обеспечение возможности исследования зависимостей электрических параметров жидких

смазочных материалов от времени, температуры, напряженности и частоты электрического поля и т. д.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) провести анализ существующих методов оценки качества смазочного материала с точки зрения их быстродействия, объективности, ширины рабочего частотного диапазона, обеспечения требуемой точности, простоты процесса измерения и его автоматизации;

2) обосновать принцип и способ реализации резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных материалов без использования образцовых реактивных элементов;

3) провести теоретические исследования чувствительности и точности резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных масел, на основе которого разработать научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов реализации резистивного метода, исходя из условия обеспечения наибольшей точности и чувствительности;

4) разработать методику определения электрических параметров жидких смазочных материалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь резистивным методом;

5) разработать экспериментальную установку для апробации резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных материалов;

6) провести экспериментальные исследования электрических параметров стандартных калибровочных жидкостей и смазочных масел резистивным методом с целью апробации метода и подтверждения достоверности заложенных в его основу теоретических положений и достижения улучшенных метрологических характеристик.

В работе используются методы анализа эквивалентных электрических схем при исследовании процессов протекающих в жидких диэлектриках под действием переменного электрического поля, математический аппарат тео-

рии статистики, спектрального анализа, численного и дифференциального исчисления, а также цифровой обработки сигналов. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных средств измерения и на оригинальных установках, выполненных с использованием средств вычислительной техники.

Достоверность научных положений подтверждается корректностью использования математического аппарата, их практической реализацией и соответствием аналитических данных и выводов, полученных по итогам теоретических исследований, результатам обработки данных экспериментальных исследований.

Положения, выносимые на защиту:

- резистивный метод контроля электрических параметров жидких смазочных материалов, включающий оригинальные принципы и способы его реализации без применения образцовых реактивных элементов;

- научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов измерения резистивным методом, а также методика определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь смазочных материалов;

- принцип действия устройства, реализующего резистивный метод контроля электрических параметров жидких смазочных материалов, позволяющего уменьшить влияние паразитных емкостей и нелинейных искажений напряжения питания измерительной цепи.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что:

- разработан резистивный метод раздельного определения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления емкостной ячейки, заполненной жидким смазочным материалом, отличающийся тем, что вместо образцовых реактивных элементов в измерительную цепь последовательно с емкостной ячейкой включаются поочередно или одновременно два образцовых активных сопротивления, основанный на поочередном или одномомент-

ном измерении отношений напряжений, создаваемых током, протекающим в измерительной цепи, на соответствующих участках этой цепи к напряжению, падающему на измеряемом сопротивлении емкостной ячейке, и позволяющий по результатам измерения отношений напряжений и значениям образцовых активных сопротивлений определять искомые составляющие сопротивления исследуемой емкостной ячейки;

- теоретически установлены зависимости между параметрами исследуемого смазочного материала, соотношениями образцовых активных сопротивлений, включаемых в измерительную цепь, реализующую резистивный метод, и его чувствительностью и точностью, позволяющими оптимизировать режим измерения;

- разработана методика определения электрических параметров жидких смазочных материалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь резистивным методом.

Практическая ценность:

1. Разработаны резистивный метод и устройство контроля электрических параметров смазочных масел, защищенные патентами Российской Федерации на изобретения №2431855 и №2433416.

2. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов измерения резистивным методом,

3. Разработана методика определения электрических параметров жидких смазочных материалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь резистивным методом.

4. Экспериментально обоснована возможность использования резистив-ного метода для исследования зависимостей электрических параметров жидких смазочных масел от времени, температуры, напряженности и частоты электрического поля и т. д.;

5. Показана возможность использования резистивного метода контроля для оценки степени старения смазочных масел.

Результаты диссертации приняты к внедрению на ЗАО «Научприбор» и внедрены в ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» в учебный процесс при подготовке специалистов и бакалавров по специальности и направлению «Приборостроение». Кроме того отдельные результаты полученные соискателем в рамках выполнения диссертационного исследования, использованы при выполнении финансируемых Минобрнауки России научных проектов «Разработка научной базы для технологий триботехнических испытаний и диагностики электрическими методами» по программе «Развитие научного потенциала высшей школы» (2005 г., №ГР 0120.0504036) и «Теория и принципы интеллектуализации электрических методов мониторинга узлов тре-ния»( в рамках формирования государственных заданий в высшем учебном заведении на 2012-2014 г).

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 5 Международных конференциях и семинарах:

1) Международный научный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет», Орел, 2006 г.;

2) Международная 5-я научно-практическая конференция «Нераз-рушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006 г.;

3) Международная школа-семинар молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества», Тамбов, 2006 г.;

4) Шестая международная научно-техническая конференция «Чка-ловские чтения», Егорьевск, 2007 г.;

5) Международная научно-техническая интернет-конференция «Информационные системы и технологии 2011», Орёл, 2011.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе два патента РФ.

Список опубликованных работ:

Публикации в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК

1 Давыдова, Н.В. Определение параметров емкостной ячейки методам вольтметра-амперметра [Текст] / Н.В. Давыдова, С.Ф. Корндорф, Т.И. Нога-чёва // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. -2010. -№2(280). - С. 78-81 (Личное участие 33%)

2 Давыдова, Н.В Электрорезистивный метод измерения параметров комплексного сопротивления [Текст] / Давыдова Н.В., Ногачёва Т.Н.// Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии.- 2010, №4(282) .-С.92-95. (Личное участие 50%)

3 Давыдова, Н.В. Выбор оптимальных значений образцовых сопротивлений при измерении электрических характеристик диэлектрической жидкости методом включения измерительной ячейки в резистивную цепь [Текст] / Н.В. Давыдова, Т.И. Ногачёва // Контроль. Диагностика. - 2010. - № 6(144). - С. 16-19. (Личное участие 50%)

4 Давыдова, Н.В. Анализ параметров измерительной ячейки, заполненной смазочным материалом [Текст] / Н.В. Давыдова // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2010. -№ 6-2(284). - С. 84-88.

Прочие публикации

5 Давыдова, Н.В. Использование многоканального аналого-цифрового преобразователя с одновременным сэмплированием для реализации рези-стивного метода измерения электрических параметров жидких [Текст] / Н.В. Давыдова, Т.И. Ногачёва // Сборник материалов международной научно-техническая интернет-конференция «Информационные системы и технологии 2011» - Орёл: «Госуниверситет -УНПК», 2011. - С. 153-156. (Личное участие 50%)

6 Давыдова, Н.В. Выбор оптимального значения добавочногосопротив-ленияпри измерении параметров двухполюсника методом двух вольтметров [Текст] / Н.В. Давыдова, С.Ф. Корндорф, Т.И. Ногачёва // Известия ОрелГТУ. Сер. «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». -2009. -№ 1/273(559). - С. 99-101. (Личное участие 33%)

7 Давыдова, Н.В. Определение электрических параметров измерительной емкостной ячейки [Текст] / Н.В. Давыдова, С.Ф. Корндорф // Известия Орел-ГТУ. Сер. «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии» - 2009. - № 3-275(561). - С. 99-101. (Личное участие 50%)

8 Давыдова, Н.В. Разделение потерь в жидком диэлектрике на потери от переполяризации и электронной проводимости [Текст