автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Вихретоковый безконтактный преобразователь для контроля физико-механических параметров металлических изделий

ХАРК1ВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЁРСИТЕТ

РГ Б ОД

о 7 ЯНЙ 1ЭД7

£ I пни и- На правах рукопису

Москаленко 1гор 1ванович

ВИХОРОСТРУМОВИЙ БЕЗКОНТАКТНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ДЛЯ КОНТРОЛЮ Ф13ИКО-МЕХАНГЧНИХ ПАРАМЕТР1В МЕТАЛЕВИХ ВИРОБГО

05.11.13- припади I метода контролю та захисту навколишнього середовшца, речовин, матер^агав та вироб1в

Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук

Г<г<

Харгав - 1996

Дисерташя с рукопис.

Робота виконана у Харювському державному полггехшчному ужверситетг

Науковий кер1вник - доктор техшчних наук, професор Себко Вадим Пантелшович.

Офщшш опоненти - доктор техмчних наук, професор PaicoB Юрш Абрамович;

кандидат ф1зико-математичних наук, науковий ствробггаик Тюпа Василь 1лл1ч.

Пров1дне шдприемство - 1нстшут paÄ^i3HKH та електрошки

HAH Украши, м.Харив.

Захист вщбудеться "ЛЗ" О/ 1997 р. на засщанш спешал1зовано1 вченоГ ради Д 02.09.11 у Харювському державному полггехшчному ушверситеп" (310002, Харюв - 2, МСП, вул.Фрунзе, 21)

3 дисертащею можна ознайомнтися у 6i6jrioreui Харювського державного пол1техшчного уш'верситету.

Автореферат розкланий " "_1996 р.

Вчений секретар cпeцiaлiзoвaнoí вчено'»* ради

Горкунов Б.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть роботи. Широкого розвитку набули багатопараметроВ1 ме-тоди та пристроТ для контролю ф1зико-мехашчних властивостей матер1ал1в, речовин та вироб1в. Це пов'язано з тиМ, що ш методи 1 пристроУ дозволяють отримувати найбшьш повну шформацно про об'ект дослщження. Особливий практичний ¡нтерес мають пристроУ контролю, ям дають мoжливicть вивчати в один 1 той же час властивосп 1' параметри вироб1В одним 1 там же перетво-рювачем в одшй 1 тш же зот контролю.

Серед широкого типу пристроТв, яю використовуються для безсконтакт-ного визначення параметр]в матер)'ал1в та вироб1в, можна вцщлити електро-магштш (вихорострумов1) перетворювач^ так як в сигналах таких перетворю-вач1в м1ститъся шформащя про магнтн, електричш та геометр ичш параметри матер1алу. За магнггними 1 електричними параметрами можливо оицнювати тага ф$зико-механ1-чш величини, як м]"цтсть (межа текучосп, пружшсть), твepдicть, температура, наявшсть дом1нуючих дом1шок, прина-лежшсть до 116) чи ¡нш01 марки матер1'алу. Сушений з електромагнггними параметрами контроль розм1р1В виробу дозволяе встановити об'ем та вагу ви-робу. В окремих важливих випадках не можливо знайги один ¿з параметров детага без контролю шших.

На даний период в ¿дом о деилька електромагттних методов 1 пристрою для сумкного знаходження трьох парам етр1в цщпндричних вироб1в (прутюв, труб, дрота, заготовок). Це магштна прониюпсть Цг, питом а електрична провщтсть ст та радеус а виробу. 1.Ц методи засноваш на використанш двох часових або просторових гармошк зондуючого вироб магштного поля. Кр1м того, разом з труднощами видшення окремих гармонж в цих пристроях, вони мають значш похибки вим!ровання (до 10 %), яи пoв,язaнi з тим, що параметри вироб1в одержують з р1зних шар1в виробу, що вiдпoвiдaють р1зним глибинам проникнення магштного поля, и тому навггь при слабкш ашзотропи ф1зичних пapaмeтpiв цей контроль е недостов!рним. Найкрагцим в цьому план! е одночастотний трьохпараметровий метод, заснований на знаходженш екстремуму уявно! частини результуючо'1 ере трансформаторного електро-магштного перетворювача. Цей метод реал^зацн на основ1 трансформаторного перетворювача мае основний недолж, пов'язаний з тим, що для кожного виробу необхщно кожного разу знаходити екстремум досгатньо гром|'здкого виразу для параметру перетворювача (уявно1 частини результуючо'1 ере вим1ровально1 обмотки, з урахуванням ампштуди шеУ ере).

Завдяки цьому подальший практичний ¡нтерес мае розвиток одночастот-ного методу та його реал!заш'я в перетворювачах ¡нших тишв. В цьому плат е необхщним проведения дослщження можливостей одночастного контролю

ф1зико-мехашчних характеристик параметричного (дросельного) електро-мапптного перегворювача ПЕМП, якин мае певш переваги в конструкци зав-дяки можливосп включения його в високоточш мостов! 1шин схеми, метро-лопчт характеристики яких досягли високого р1вкя.

Дисертацшна робота виконувалась зпдно з Проектами, яю пройшли конкурси ДКНТ (тема КН6105, Постанова ДКНТ № 12 вщ 04.05.1992 р. та тема КН6108, Наказ ДКНТ № 15 вщ 01.03.1993 р.), а також в Мшосвгги Ук-раши (темаМб 107, Наказ№ 78 вщ 21.03.1991 р. М5201 1 тема М6109 (М5201) Наказ ХДПУ № 360-Ш вщ 03.03.1994 р.

Метою дисертащйно! роботи е створення та дослщження безконтактних метода та пристрою лля багатопараметрового контролю фiзикo-мexaнiчниx величин на основ! використання параметричного електромагштного перетво-рювача з цилиндричним виробом. Для досягнення ща мети необх1дно було виршюти ряд задач:

- отримати основш сшввщношення, яю описують узагальнеш характеристики ПЕМП для сумкного контролю магнпгних, електричних та геометрич-них napaмeтpiв цишндричних вироб1в;

- розглянути р!зн1 схеми включения ПЕМП (мостов!, схеми з викори-станням амперметра, вольтметра, фазометра);

- розробити способи визначення елекгромагштних параметр1в на основ1 використання трикутниюв напруги у схемах з ПЕМП;

- розробити методик розрахунюв oчiкyвaниx величин сигнацнв ПЕМП з цилшдричним виробом;

- сгворити одночастотт трьох-I двохпараметров! метода на основ! по-шуку екстрем>адв функщй перетворювання 1 '¿х похщних, покладених в основу роботи параметричного перетворювача;

- запропонувати методику розрахунюв похибок трьох и двохпараметро-вих вим1рювань параметричним перетворювачем;

- розглянути питания практичного використання розроблених метсшв та пристро]'в для контролю мехашчних напружень, деформашй, зусиль, ваги вантажу, крупвних моменпв, сортування метал ¡в по 1х маркам 1 розм1рам, прогнозування фанично допустимих мщлостиих парам етр1в, впливу р1зномаштних видав обробок на структуру метагнв та шш.

Методи дослщження базуються на використанш апарату спет'альних функщй, теори електромагнггного поля, електродинамжи суцшьних середо-вищ, теорп ряд1в, ¡нтефапьного та диференцжного числення, теорн похибок, магштних 1 електричних юл, функшях комплексно! змшноТ, теорп магнетизму.

Наукова повита

- одержат стввшношення для опису роботи ПЕМП при сумюному ви-значенш фьох \ двох параметр1в виробу на основ1 досягнення экстремумт функцш перетворювання та ¿х гюхьчних;

- створеж способи контролю електромагштних параметр1в, яга зосноваш на використанш трикутшшв напруг в схемах включения ПЕМП;

- розроблеш одночастотш трьох-1 двохпараметров1 метода, яю ре-ашзованп в послщовному та паралельному циклах, на основ1 досягнення ек-стремум1в внесеного електричного опору, шдуктивносп обмотки ПЕМП та 1х похшних по частот! поля;

- створена методика розрахунюв оч|"куваних значень сигнатв ПЕМП для трьох-1 двохпараметрового контролю;

- запропонована методика визначення похибок сумшного вим1"рювання магштних, електричних та геометричних параметр1в вироб1в;

- отримат eкcпepимeнтaльнi результата, пов'язаш з визначенням ме-хашчних напружень та IX розподшу в перер131 магштних та немагштних ви-робш, а також ¡з впливом р1зних мexaнiчниx та терм1чних обробок на магттш якосп нержавмочих сталей, яю використуються в конструкщях термоядерних фпнчних установок та в енергетичному обладнаннк

Практична щншсть роботи полягае в тому, що створеш трьох-1 двохпа-раметров! методи контролю дают можлив1Сть по вим1рюваним значениям р,, а та а визначити залежш вщ них шип фхзико-мехашчш величини. Розроблеш просп схеми тдключення ПЕМП, заходи та способи корекцц похибок вим!рювань дозволяють за вилпрюваними сигналами перетворювача у пос:йдовному та паралельному циклах знайти вщразу декшька параметр1в ви-робт, причому в оптимальному по похибкам режим! роботи ПЕМП.

Отримаш формули, алгоритми, засоби, методи контролю та реашзуюч11х перетворювач] знайшли практично використання у виробницш, а також при розробщ, проектуванш та експлуатаци пристро!в 1 систем керування та контролю материал ¡в, речовин та вироб1в.

Peaлiзaцiя 1 впровадження результатов роботи.

Результата дисертащйо! роботи (методи, алгоритми, сшввщношення, електричш схеми присцхнв, методики розрахунмв 0Ч1куваних значень сиг-ншпв та похибок вим(рювань) були впроваджеш на завода "Елекгромашина" м. Харгав; на завод* "Стройпдропривод" м. Харюв; на Державному тдприсмстш "Харювський електромехашчний завод".

На захист виноситься

1. Методи та реатзучий Тх ПЕМП у трьох- та двохпараметровому вар1антах на основ! використання екстремум!в значень нормованого внесено-

го електричного опрору та похщнсм за частотою вщносно! шдукгивносп обмотки ПЕ МП.

2. Схеми включения багатопараметрового ПЕМП, зосноваш на векторном сумуванш двох вир1внених напрут при наявносп компенсаци ефекпв повггряного зазору помЬк виробом та обмоткою ПЕМП..

3. Методика розрахунюв оч^куваних сигнал1в ПЕМП у трьох- та двохла-раметровому контроль

4. Методика визначення похибок багатопараметрових ПЕМП та вибору його раш'ональних режимов роботи.

5. Результата практичного використання розроблених електромагштних метода та реал1зуючих гх пристроив для контролю ф1зико-мехашчних пара-метр1в та 1х розподшу всередиш вироба.

Апробащя роботи. Основт результата допсдадались на:

-Украшсыай науково-техтчнш конференцп "Метрология и измерительная техника" (Метрология-95), Харюв, 1995;

Miжнapoднiй нayкoвo-тexнiчнiй конференцп "Роль ВУЗов в решении проблем непрерывного образования и воспитания личности", Харьюв, 1995 (2 доклада);

- 6-му МЬкнародному ампоз1улн "Измерение и контроль в робототехнике", Брюсель, Бельпя, 1996 (2 доклада);

- Miжнapoдшй науково-техшчнш конференцп "Информационные технологии: наука, техника, образование, здоровье", Харюв-М1школьц (Венгрия), 1996 (3 доклада);

- науково-техшчнш конференцн з м^жнародною учаспо "Проблемы автоматизированного электропривода", Алушта, Крим, 1996 (2 доклада).

Публкацп. Основш результата роботи опубликован! у 1 бдрукованих працях.

Структура 1 об'ем роботи. Дисертащя складаеться ¡з вступу, чотирьох роздшв та заключения, мостить 128 строр!нок машинописного тексту, списку лп-ератури з 135 найменувань та додатюв на 17 сторшках. Робота илюстрова-на 46 малюнками та 11 таблицями.

ЗМ1СТ РОБОТИ

В вступжй частим обгрунтована актуальность д0сл1джень, розглянута практична направлешсть роботи, приведена 11 структура та сформульоваш основш положения, яю виносяться до захисту.

У першому роздш проанал1зовано ¡снуюч1 методи та пристро! для зна-ходження ф1зико-мехашчних параметр1в електропровщних матер1ал!в та ви-роб1в. Зроблено висновок про найбшьш дошльне використання електро-магштних перетворювач1в для багатопараметрового контролю завдяки його

пересагрм. Розглядаються ¡снуюч1 багатопараметров! електромагштш методи та пристро!, виясняються ix переваги пор1вняно з шшими методами та при-строями для контролю та вшлпчаюггься i'x недо^ки. Ана.то причин та утри-мання розвитку практичного використання багатопараметрового контролю i сформульована цшь робота та пОсгавлеш основш задач1 Досл1ження.

У другому роздал дано TeopeTH4ffc 0О1 рушування роботи ПЕМП для ви-значення декитькох параметр(в цилшдричного виробу. Особл1воспо ПЕМП е достатньо складш функцюнальш залежносп сигнатв перетворювача вщ параметр! в виробу, яи описуються комбшащею функцш Беселя. Для спрощен-

ня пронесу кон-®олю введено комплексний параметр К, вираз для якого мае вигляд

к=Фн/Очл), (1)

де Ф„ - нормований маЛптний по-пк у риробЦ Фа-Ф2/Фь ; Ф-i и Ф0 - магштш потоки у BupoGi та у ПЕМП без виробу; г| - коефшент заповнення; ц=аг!а„, ап - радаус обмотки ПЕМП.

3 другого боку реальна та уявна частини параметру К отримаш на ochobi ршення р1вняння дифузн змшного магштного поля в mtmiiiapi i мають вигляд

п ■ 2 ber,x(bei0x + berax) - bei,x(ber0x - bei0x)

Ken = ■—j=-5-r-; (z)

xv 2 ber0x + bei0x

, ■ 2 beixx(bei0x + ber0x) + benx(berax - bei„x)

im л = —t=-2-^-. (3)

хы2 ber0x+bei0x

x = a^2n\iQ\irof (4)

j.i0 - магштна константа; / - частота змши поля; beri-, bei г, ber0- та bei0- фун-кцн Кельвша першого та нульового порядив вщ узагальненого параметру х.

Параметр К не е питомий нормований мапитный полк у вироб!. Його амплпуду |/f| та фазу ф визначають з урахуванням (2) та (3) за формулами

К

= v(Re К)2 + (Im К У2; (5)

Ф = arctg(\m К / Re К) (6)

При використанш символичного методу та закону Ю'рхгофа для елек-тричного кола з ПЕМП, можна одержати вираз для Фн у вигляд1

cöL l

де со - шшпчна частота поля; и = 2 тс/'; Li та L - шдуктивносп обмотки ПЕМП з виробом та без нього; R/ та R - активш електричш опори обмотки ПЕМП при наявносп та вшсутиосп виробу, j = V-T

<t>„=-j[со (I-i -Ц\- п)) - А R,-R)\, (7)

Як видно (2), (3), (5) та (6) ReA", Im ЛГ, |А'| i <р чалежать тьтьки В1д одного узагапьненого параметра jc. Якщо використати з довщково: лператури приведен! у вигляд1 степеневих ряд1в (або таблиць) функцш Кельвша, то можли-

воодержати залежносп RqK=J(x)\ ImA' J(x), |À'J = /(*) та ф = /(х). У при-ближенш низких та високих ( .г < 1,5 и х>4 ) частот ш функпп приведен! у ви-гляд! анаштичних ьираз1в. Алгоритм визначення рг та с виробу полягас у BHMipioBanni при ф1ксованш частот! R/ та ¿/ обмотки ПЕМП (наприклад, у мостов1Й cxeMi) при вщомих R та L, розрахуванку модулю та фази Фн. Поттм, використовуя ф = [(х), знаходять х , а по ньому з функцп К f(x), визначують

К, по якому розраховують з (1 ) цг. а пот1М, по х та р., при вшомих значениях а з формули (4) знаходять ст.

Знайшовши падншя напруги Un на юнцях обмотки ПЕМП, та струм у ж'й /, а також фазовий кут фоп помгж Un та I, можно визначитн рг та о виробу у cxeMi з використанням амперметра, вольтметра, фазометра. При цьому Ф„ та (р визначають, поставивши у (7) значения /?,=((/„ //)со5фоп; (8)

L1=[(/n/(/co)]sincpon (9)

3 метою спрощення процесу BHMipy запропоновано способи контролю електромагштних параметр1в виробу на ocHosi використання трикутниюв напрут. LU засоби були реагпзоваш у схемах з послйювно з'еднаних з обмоткою ПЕМП зразкового опрору Ro (схема з Ro); з змшною емшстю (схема з Q та з змшною котушкою взаемошдуктивносп КВ (схема з КВ). Основною перевагою цих схем е те, що у вщсутносп фазометру вони дозволяють з високою точшстю визначати фазовий кут фоп у тому разу, коли внр!внюються падшня

напруги на Ro, тобто Un (чи на С, Uc , або на КВ, l/кв) В ycix випадках пере-дбачена можлив!сть компенсацп частини шдукгивного опору перетворювача, обумовлено'1 паразитним мапитним потоком у пов1тряному зазор1 М1ж обмоткою ПЕМП та виробом. Ця компенсация здшснюеться шляхом отключения послщовно з обмоткою ПЕМП 3mïhhoï емносп С к, шо розраховуеться за вшомими значениями частота, ¡ндуктивностг L та г|. При зр1внянш напрут на обмотш ПЕМП при наявносп компенсацп, тобто l/цк та на елементах R0 (або С, чи КВ), визначають фазовий кут фок (де фок - фазовий кут помгж U!IK та Г). Наприклад, для схеми з С (див. мал. 1 ) формула для визначення фокмае вигляд

¿('ПК

Мал.1 Схема ПЕМП з послшовно вюпоченими з ним С* та С для ком-пенсаци ефектш зазору та створення трикутника напрут; Г - генератор синусоУдальних сигнашв; А - амперметр; В - вироб; В1 - В? - вольтметри, що вим1рюють 1/пк, { 'с та Упк = Ус, Яов - зразковий • оп ¡р для вим|'рювання току I за падениям на-пруги на/{„ у випадку високих частот/.

Мал.2 Векторна дааграма тоюв, напруг та потоюв при використанш схе-ми мал.1. Ф0 - машпннй поттк усередиш' ПЕМП без виробу; Ф\ -магнтгай пот!к у повггряному зазор1 пом(ж виробом та обмоткою ПЕМП; ¿/л- - шдуктивтсть обмотки ПЕМП при наявносп компенсаций р*- кут пом1ж 11 пК та 11с; ркЧ-фок**90°-

де - модуль векторно! суми (7щ-та ис (див. векторну дааграму на мал.2);

итс'ис-

Таким чином, знайшовши значения (рок та гвдставив його у (8) та (9), знайдемо II¡к\ та Х\к, а дал1 з (7) за умовою компенсацн ( Т| =1) знайдемо модуль та фазу ^, а дaлi за розглянутим алгоритмом знаходять 1 а. Забез-печння на доаграм! (мал.2) гострокугного р1вноб1чного трикутника з сторонами ипк, £/с та при наявносп компенсаци дае можлив1сть з меншими по-хибками визначити <рок (особливо при його мапих значениях) и тем тдвищити точшсть вим1рювань (Л, та а виробу.

Розглянута методика розрахунюв очшуемих значень повного електрич-ного опрору, його фази, ¿ндуктивносп та активного опору ПЕМП при наявносп у ньому виробу. Показано, що змша <т вироб!в в значно менышй М1р1 впливае на прирот сигнашв К/х, ЬиМк.',-К; ф0 та Фок)-

Третш роздш присвячений розробш та дослщженню методов та ре-

ал1зуючих 1х пристро1в, заснованих на екстремумах функцш 1т К -/(х) та с1( Ле К )/с1х~-/(х) у визначених робочих точках х0 (тут с1{ Яе К )/<& - похщна Яе^Г зал). Скориставшись (1), запишемо

= (11) Зр1вняв у (7) та (11) уявт частини, одержимо умову

= ^ = , (12) де Яв- внесений активниий електричний ош'р Нв„ --ЛгК', Л^,,- нормований внесений огар ПЕМП. Уточнена залежшсть \тК вщ х, показуе, що екстре-

мум 1т £ ш§ж при Хв=2,515. Останне з урахуванням (12) вщкривае мож-лив!сть трьохпараметрового контролю на однш визнaчeнiй частот!/о поля, що вщповцдае екстремуму Я*вн. Алгоритм вим1рювальних та розрахункових опе-рацш у цьому випадку наступний. Змниоючи частоту /до досягнення екстремуму (наприклад, у мocтoвiй схем1), зафжсував частоту/=/о, вим1рюють при цьому значения Л/ та ¿¡.при вщомих /?, Ь, ап ■ Haявнicть екстремуму Я'т дозволяе вйдразу визначити Хо=2,515; а по ньому, користуючись

1т/: /(х), = /(*„), ф = /(х0), = /(х0) знайти 1тК =0,377451807;

| К 1=0,7236268; (р 0,61137; ^ -31,44'(1ндекс "0" в1дповшае параметрам при

Х=Хо .

Використавши фазовый кут Фн(дав. (7)) та /£<рь=0,61137, одержимо

Вираз для визначення р, знайдемо на шдстав* (1), (7) с урахуванням кон-станти Ко та визначеного а .

= М452ЩГЦ ~ 1(1 - + ^ ' (И)

Значения ст знаходимо, виходячи ¡з (4) ураховуючи р, та ст \ константу х0 о = 3,1626/(ямомУ/о). (15)

Яйцо екстремум К *н е пологим, то запропоновано споаб уточнения частота /о шляхом д1ферешювання Яе /?„ = /(/) при проходженш ше1 пох!дноГ через нуль. У робот! були одержат також формули для визначення а, рг та ст при використанш (8) 1 (9) у схем* з вольтметром, амперметром та фазометром. Як видно з (13)-(15) величини а, р, та ст знаходять у послщовному цикл!, тобто один за другим параметр. Це замедляе процес роз-рахунюв при автоматизацн контролю. В такому раз* доцшьно використовува-ти паралельний цикл, коли ус* три параметра розраховують незалежно один вщ одного. В цьому випадку а, рг та сг знаходять одночасно по вим1реним сигналам ПЕМП та константам, яю вщпошдають екстремуму К*и. Тодт а знаходять з (13), а р. та ст з формул _ 2,64933/С,

Мл--;— (16)

1 _ 1'1 + 1*«>1 I 0,61137

а = 2,38748/. / (р„Явн а„2). (17)

В цьому ж роздш отримаш формули для визначення а, рг та ст у пара-лельному циюи на т дета в* екстремуму И*н. Для цього треба скористатись выразами (8), (9) та (12).

3 метою пшвшцения точносп контролю рг та ст у трьохпараметровому вар*антт шсля визначення а доцшьно ввести компенсашю ефекттв повггряного зазору. У цьому випадку для обох цикл*в у формули (14) - (17) необх*дно шдставити ц=1=1,1 к; 1/-1.к\ ап=а. Вирази для опису двохпараметрових ме-ташв на шдстав* е«стремумт функцп перетворювання суттево спрощусться. Так, наприклад, при наявшстт компенсацп г|=1 на тдстав! (12) з урахУуванням констант у паралельному цикл*

м,- = 2,6493/?*,. (18)

о = 0,377997726 / ). (19)

Якщо при визначешм р, та ст використовувати екстрсмум с!( к с К )/с1х, то в експерименп знаходять екстремум выразу

47(20)

де /,; = /,,//. .

Тод1 цьому екстремуму вщповщають таю константи дго= 2,132; КеК =

0,7328; \с!( ЯеК)/(1х = 0,3120; |ЛГ|= 0,8165;/£ф 0,4919; ф= 26,17 °

Параметра цгта о знаходять при наявносп компенсаип ¡з виразш

Мг = ¿1К* / Яе К цг = /.1К* / Яе К, (21)

о = а-2 Яе К/ (2т:/0р0Л1К V) • (22)

Де 4 = Ц./'-к ■

Формули (18)-(22) показують, що для визначення р, та а необхцшо вим1рювати тшьки два параметри Я*, та/о(див.(18),(19)); абоЦкта/9. Це вигтдно вшр!зняе ш методи вщ ¡снуючих, яю для контролю Цг та ст потребу-ють вимфювання Нв„, Ьщ'х/о.

Розглянута методика розрахунку oчiкyвaниx параметр1в сигнал1в ПЕМП у трьохпараметровому вар1анп. Дана методика дозволюе вибрати вим1рювальш прилади для контролю парам етр1в цилшдричних вироб1в широкого сортаменту.

Запропонована методика розрахушав похибок вим^ру параметр\в вкробгв у трьох- та двохпараметровому вар^анл. В и основу покладено сл1дуюче. Спочатку знаходять оч1куваш параметри сигнатв по заданим величинам ви-робу (а, Цг, ст та/). Дал1 у розрахунок сигнал1в ПЕМП вносять з урахуванням знаюв похибки вимipювaльниx прилад1в та одержують шби то умовно вим1ряш вихщш параметри ПЕМП. Шсля цього, викорисавши розглянуп рашш методи, визначають умовно вим>ряш параметри виробу, а сам1 похибки вим1рювань знаходять по вщхиленню умовно вим!ряних парам етр1в В1д зада-них параметр1в. Peaлiзaцiя щс! методики на практиш для р!зних значень х (або частот) дозволила встановити оптимальний за похибками д!апазон змши х, (1 < х < 3) при визначенш рг та ст. У такому випадку похибки вим1рювань них параметр1в не бшьш 2,5 % 1 залежать в основному в1д метролопчних характеристик вим1рювальних прилашв. У трьохпараметровому варшт маш (не бшьш 1 %) похибки вим1рювань а, р, та а з'являкгться при кoнтpoлi сла-бомагжтшгх виробт. Для визначення цих параметр1в феромагептних вироб1в

12

необхино шдвишити вимоги до точносп приладт з тим, щоб похибки вим1рювань не перевищували 3-4 %. Були оцшеш похибки контролю (на не-прндатшсть виробу, коли його параметри вице допустимих). Показано, що похибка контролю у pa3i нормального закону розподшу випадково'1 резуль-туючоУ похибки параметру виробу не превищуе 4%.

Одержан! експериментальш результата як при реатзацн багатопарамет-рових метод1в контролю а, рг та а, так i при розрахунках оч1куваних значень параметр1в ПЕМП добре погоджуються з даними контрольних вим1рювань (на ocuoBi вщомих методов).

У четвертому роздш показано, що розглянуп у дисертацн метода та пристро'1 використовувались для визначення мехашчних напружень, дефор-машй, зусиль, ваги вантажу, таску, моменте, що скручують вали мехашзм1в. На прикладах контролю ф13ико-мехашчних парамeTpie зразюв з вуглецево! та нержавшчоУ сталей (А20 та 9X18), а також pi3HHX сплав1в встановлена мож-лив1сть визначення мехашчних напружень та ix розподшу у nepepi3i виробу зпдно з вим1ряними значениями Цг та с. З'ясована можливкггь визначення безвуглецевих поверхнк uiapiB в углецевих сталях. Встановлен зв'язок гра-ничних напружень (межа MiuHocri, текучосп) з параметрами рг та о. Це доз-воляе прогнозувати межу MiuHocri без навантаження виробу. Описаш типи р4зних конструкцш установок, пристроУв та споруд, в елементах та вузлах яких з допомогою ПЕМП, реатзуючого розглянуп метода, контролюються безперервно ф13ико-мехашчш параметри. Особливий iirrepec мае трьохпара-метровий одночастотний метод знаходження мехашчних напружень (по контролю рг та ст) з одночасним вим1рюванням paдiyca а навантажених елемеипв конструкцш в npoueci ix виготовлення та експлуатацп.

На приклада зразюв, виготовлених ¡з р1зних сталей, показано, що розглянуп метода та ПЕМП дозволяють сортувати матер1али вироб1в за марками та за д!аметром. Причому сортування за параметрами ц, та ст здшснювалось з високою надшшстто, так як два параметри приймають участь у розбраковщ.

Розглянуп шляхи покращення якосп сортування з урахуванням фжсованих довжин зразюв. Розроблеш методи та пристроТ використовувались для виясненя впливу мехашчних та терм1чних обробок на Цг слабо-магштних сталей, що використовуються у конструкщях мапнтних систем термоядерних ф1зичних установках, енергетичному обладнанш, приладах та ¡нш. На основ1 багатьох експерименпв з впливу на структуру матер1в вказа-них видав обробок була вщпрацьована оптимальна технолопя виробницгва детагнв та вузлш, забезпечуючих величины рг меньш допускових значень i тим самим шдвищуеться яюсть роботи ф1зичних установок.

основы висновки

Таким чином, у робст вир^шена важлива задача - створення методов та пристроив для сумкного безконтактного контролю магнтгних, електричних, геометр1чних та шших ф1зико-мехашчних пapaмeтpiв матер1ал1в, вироб!в та конструкщй на баз1 використання параметричного електромагштного пере-творювача.

1. Отримаш сшввщношення (точш та наближеш), що описуютъ роботу параметричного електромагштного перетворювача, включеного в рвш схем и. Особлива увага придшена розгляду схем включения перетворювача на баз) векторно! суми двох вир1внених напрут. Таю схеми дають можливкть одер-жати кр1м зручносп контролю, висою точносп та чугливосп перетварювача до параметр1в вироб1в.

2. На бaзi ушверсальних функцш перетворювання та сшввщношень за-пропоноваш одночастотш трьох- та двохпараметров! метода та реал1зуюч1 IX парам етричш електромагштш перетворювач1 для сумютного визначення радиуса, магнггно! проникносп та питомо'1 електрично! провщносп цшнндричних вироб1в. Метода засноваш на знаходженш з допомогою змшення частота поля екстремум!в нормованого активного опору та похщноУ за частотою ¡ндуктивносп обмотки ПЕМП.

3. Описаш два цикла робота ПЕМП: послщовний, коли два параметр и визначаютъся один за другим, та парапельний, що дозволяе одночасно знахо-дити параметри виробу за сигналами ПЕМП. Останнш дозволяе прискорити розрахунков1 операцн при автоматизацп процесу контролю. Отримаш форму-ли для розрахунку пapaмeтpiв виробу для цих циюив робота ПЕМП.

4. 3 метою шдвищення точносп та чутливосп ПЕМП до контролюсми:. параметр1в розглянуп метод 1 пристрш (змшний емюстний ош'р), що дозволяе компенсувати частину шдуктивного опору обмотки ПЕМП, яка обумовлена магштним потоком у повггряному зазорг Запропонований метод уточнения частота, що вщловщае екстремуму функщй перетворювача ПЕМП.

5. Запропонована методика розрахунюв о1пкуваних значень сигнал1в ПЕМП у трьох- та двохпараметровому вар1антах (рдаення прямо1 задач^. Суть тако1 методики полягае у тому, що, задавши параметри виробу та кори-стуючись усгановленими у робот! ушверсальними функщями перетворення, знаходять внесений ошр ¿ндуктивносп обмотки ПЕМП, включеного у мосто-ву схему, або величини напруг, тоив, фазових куп в пом1ж ними у ¿нших схемах ПЕМП. Розглянуга методика дозволяе вибрати вим1рювальш припади для контролю параметр1в виробу широкого сортаменту за електромагштними властивостями та за розм1рами.

6. Розглянуга методика розрахунюв похибок вим1рювань параметр1в ви-po6ie за допомогою перетворювача у двох- та трьохпараметровому BapiaiiTax. Суть методики полягае в тому, що на першому erani вир1шують пряму задачу, пот1м у отримаш результата вводять, з урахунком знаетв anapaTypni похибки вим1рювальних приладт, для Tie'i чи inuroi схеми. Поттм з урахуванням округ-лень ш сигнали вважають умовно вим1'ряними i кориспуючись розробленими методами визначають умовно вим1ряш параметри виробу. ЕЙдхилення ос-таншх вщ заданих параметрт виробу обумовлюють похибки BHMi'py. Викори-стання тако'1 методики для р1зних частот (або узагальнених параметр1в х) дозволило знайти оптимальний за похибками д1апазон х

7. Пор1'вняння результате контрольних експерименпв, з даними, отри-маними при реал1зани багатопараметрових меташв, свщчитъ про узгодження розрахованих та вим1ряних параметр!В виробу з ПЕМП.

8. Показано, що розглянуп метода та пристроТ використовувались для визначення мехашчних напружень та ix розподиту в nepepi3i виробу; дефор-мацш, зусиль, тиску, момен"пв, що зкручують вали механизм1в. Знайдено зв'язок граничних величин мехашчних напружень, меж1 MiixHocri, текучосп з MarniTiioK) проникностю та електропровщшстю вироб1в.

9. Описаш багатопараметров1 пристро! на 6a3i ПЕМП для безперервного контролю тиску гасу чи рщини у резервуарах, мехашчних напружень в еле-ментах зашзобетошшх та шших металевих конструкшях, ваги вантажу, моментов, то зкручують вали механизм1в.

10. Розглянуп методи та пристро! були використаш для сортування ма-тер1ал1в Bnpo6ie за ix марками та Д1'аметрами. При цьому сумюний контроль магштних, електричних та геометричних параметр1в суттево покращив яюсть розбраковки матер!ал)'в та вироб1в.

11.3 допомогою описаних метод]'в та пристроТв була вщпрацьована оптимальна технолопя виготовлення деталей та вушв з слабомагнпных сталей, яка дозволила при р1зних мехашчних та терм1чних обрабках вироб1в не пере-вищити допустим* значения магштно'1 проникносп i там самим покращита роботу термоядерних ф)зичних установок.

Основний зм1ст дисергацн опублжовано у таких роботах:

1. Себко В.П. Горкунов Б.М., Сиренко Н.Н., Москаленко И.И. К расчету выходных сигналов электромагнитного преобразователя. - Украинский метрологический журнал, вып. 2-3, 1996, с.43-45.

2 Москаленко И И. Электромагнитный параметрический преобразователь. - Украинский метрологический журнал, вып. 1, 1997, с.7-10.

3. Сидоренко Г.С., Москаленко И И. Метрологическая наука в Харькове. - Украинский метрологический журнал, вып. 4, 1996, с.9-10.

4. Себко В В., Машнева И.В., Багмет О.Л., Москаленко И.И К расчету характеристик электромагнитного преобразователя температуры. - Измерительная техника, № 1,1997, с. 57-60

5. Sebko V.P., Kostenko U.T., Moskalenko I.I. Sensitive Automated system for the Multi-publish parameters control of cylindrical ware. Proceedings of the sixth international symposium on Measurement and control in robotics. Brussels, Belgium, 1996, p. 35-37.

6. Sebko V.P., Moskalenko 1.1., Sirenko N.N., Gorkunov B.M., Chepkov V. V. Intelligent manipulator for the testing and sorting the power equipment plates. Proceedings of the sixth international symposium on Measurement and control in robotics. Brussels, Belgium, 1996, p. 160-161.

7. Себко В.П., Горкунов Б.М., Москаленко И.И. Амплитудный и фазовый методы измерения механических напряжений в проводящих изделиях. -Материалы международной научно-технической конференции "Информационные технологии: компьютер, наука, технология, образование, здоровье", Харьков-Мишкольц (Венгрия), ч.1, 1995, с.174.

8. Себко В.П. Горкунов Б.М., Москаленко И.И., До Дык Нгуен. К измерению механических величин электромагнитными методами Материалы докладов Международной научно-технической конференции "Роль ВУЗов в решении проблем непрерывного образования и воспитания личности", Харьков, 1995, с. 40.

9. Себко В.П., Москаленко И.И., Горкунов Б.М. Контроль магнитных и электрических параметров изделий дроссельным преобразователем. - Материалы Международной научно-технической конференции "Информационные технологии: наука, техника, образование, здоровье", Харьков-Мишкольц (Венгрия), 1996, с.93.

10. Себко В.П., Москаленко И.И., Горкунов Б.М. Определение выходных сигналов параметрического преобразователя. - Материалы научно-технической конференции с международным участием "Проблемы автоматизированного электропривода", Харьков, 1996, с. 199-200.

Особливий внесок автора в роботах, що виконано у сгпвавторсга полягас в одержанш основних сшввщношень для розрахунив оч!куваних сигнашв трьохпараметрового елекгромагштного перетворювача i встановлення алгоритму обчислювальних операцш [1,10]; проведения розрахунюв ф13ико-мехашчних napaMerpie вироб1в i елекгромагштного перетворювача, обробка результат експериметгв [4,7,8]; розробка метода контролю магштних i електричеих парамeTpic вироб1в дросельним перетворювачем [9], пропозицй функцюнальних схем автоматизованих систем для багатопараметрового елекгромагштного контролю i вим1рювання [3,5,6].

THE SUMMARY

Moskalenko I.I. The eddy-current non-contact converter for the control of physical and mechanical parameters of metal products.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of technical sciences on a speciality 05.11.13 - devices and methods of the testing and protection of an environment, substances, materials and products. Kharkov state polytechnical university. Kharkov. 1996.

In the dissertation the control methods for electromagnetic and geometrical parameters on the basis of use the value extreme of normalized brought in electrical resistance and relative inductance derivative on frequency of a parametrical converter winding are developed. Technique of account for converter expected signals in manyparameter variant is offered. The various circuits of parametrical converter inclusion, based on vector addition of leveled voltages at presence of indemnification of effects of an air backlash, are considered. Results of practical use of developed methods and devices for the control of physical and mechanical parameters and their distribution inside a product are described.

АННОТАЦИЯ

Москаленко И И. Вихретоковый бесконтактный преобразователь для контроля физико-механических параметров металлических изделий.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13. - приборы и методы контроля и защиты окружающей среды, веществ, материалов и изделий. Харьковский государственный политехнический университет. Харьков. 1996.

В диссертации разработаны методы контроля электромагнитных и геометрических параметров на основе использования экстремумов значений нормированного вносимого электрического сопротивления и производной по частоте относительной индуктивности обмотки параметрического преобразователя, предложена методика расчета ожидаемых сигналов преобразователя в многопараметровом варианте. Рассмотрены различные схемы включения параметрического преобразователя, основанные на векторном сложении выравниваемых напряжений при наличии компенсации эффектов воздушного зазора. Приведены результаты практического использования разработанных методов и устройств для контроля физико-механических параметров и их распределения внутри изделия.

KjTOMoni слова: магштна проникшсть, питома електропровщшсть, пара-метричний електромагштний перетворювач, ф!зико-мехашчш параметри, де-формащя, електромагштне поле, екстремум функцп.