Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость интеграции хозяйственно;': инфраструктуры России, СНГ и crpai Восточной Европы б мировую экономику, рост цен. на энергоносители, удорожание вследствие этого производства электрической энергии, вкдвиі ают проблему .. повызения технического уровня всего электромашиностроения.
Основой устройств ."ля производства,передачи и лр-зебризованга ..' электрической энергии являются кагнитойроводы. изготавливаемые *.'из. различных зяектрогохипческих-стаязй (ЭТО) и сплавов.Их магнитные свойства в рояаїзцзи стопенн определяют как энергетически,тая и касесгабаретяыз'показатели.электрогехническже устройств. .Увеличение выпуска згектр'отехшічееіса': сталей с гвдапкь'мисвойствами,
-ргврзботка и кседадеза.таз'новых -магкитяых материалов по дпдмегка
без гнеокозффективне"! »<агш!?сиг?'?еритвльной еппаратури, средств
контроля пергіізтров технолсгіїчесісих процессов а производства,
._ есотсетствуюйзго гізїродопмесксго оСеспочепкя. Слож'ость.
процессов з {йгнктопрогодйх.s^eitrpiptscm's кйеш и аппаратов,:
' Евляяейнссть и йесїадіоиарнссїь характеристик кагннткых натор;»а-гев (!"!)ка: .объекта ксслэдое-шня!, влияние ии'ржества д-зегабняи-зітрукда факторов, -наряду о тр-збовзнг.яш высокой производительности и степени автс»аткзаіши ге средстмм хг^решй, обеспечения '' необхояжых нетрологкчесчйй характеристик - .шдегяйт вопросы -создания невнх-'мэтедов п'соЬрэуэшшх технических средств для кептроет і'зппготйх свойств электротехнических старей и сплавов : в йаучиуй м'тохЕ«чёс^*Н) прсбйзг^г,-ресеяггэ которой ;агаег валнеэ кгролкохЬзяйотвгййсз еначвк:;?.
В посхздкиэ годы 'достигнути зкотггогмшэ успгхи В ООйЙСТИ разработїсі'. аппаратура душ измерения, контроля я іісолєдсзєшел . '!.'.згшгг}!ых-свойств 'катеріїаяоз и кадеякй кз ння.Зєкзткьій. вклад внесен ваучнйй! п піхепарж"! кодзектдаетОа'.огпх предприятий ' и организаций: Института фкиясі металлов Урб РАН, ІЗІО "ВМКйМ км.Д.йЛ&нделевЕа", ПО «Тсиэлектропрябер" (г.Киев), ЦККИЧзрмет и Ьт (г.Кос:аа), ППОЗіСО (г.Еісатеркйбург), ВШШТИШ и'ЕЛИ (г.Владимир), Института прп:к9ДНой Ф:-'зк:п (г.Нжск), КІШ (г.Курск), (МІЙ (г.О.:ск) к др..
Прослеживаяэволюции мзгкитоигкерительной техники,.кожно выделить ряд этапов, которым свойственен качественный скачок в ее развитии, начиная с широкого применения активных элементов.
..-4-.-Это позеолило ка качественно новом уровне создавать системы намагничивания, привело в замене электромеханических приборов и преобразователей на электронные. Б свою очередь возможности элементной базы создали предпосылки к разработка новых методов испытания магнитных материалов - в частности методов.квазистати-чеекого перекагничивания и импульсногосчитывания.
Следующий этап'характеризуется появлением и вирокам использованием ' мйкроэлектронной элементной базы, что привело к появленихг '. большого числа разработок различных структур магнитоиамеритеаькых устройств, в том числе цифровых.Однако их конкурентоспособность определялась не столько научной новизной и тєхніяєской'оригикаяь-
. ностью,сколько производственной базой предприятий для их серийного прог-з;-одзтва. Так,по сук.еству единственный в -бш&ізи СССР проивво-діпьл.. ьагнитойзьирительной аппаратуры - Киевское ПО "Точэлектро-прибор" випускало далеко не лучене приборы и установки, серийный выпуск которых вообще прекращен с Ш-х годов без какой-либо эквивалентной замена. Логический результатом невостребованности боль- ; еЪго научного потенциала,накопленного на данном этапе, явилась закупка в начале 80-х годов м^гііиїойі мерительной аппаратура в . Японии ка несколько м:шшонов;долларов США. .-'.'..'
Последний этап развития йагвитоизмерителышй техники связав! с появлением кглкролроцэссорав к іаафоЗЕУ и их широким применением в измерительно-вычислительных кшплеіюах и устройствах,что в совокупности с прецизионными. элементами аналого-цифрового преобразо- '
Банил в значительной степени обесценило лучено из разработок предыдущих периодов. Однако; несмотря на Оольцое число, разработок последних лет,базируются, основно:.!, ка пригонений коглаютёрной техники," в них отсутствует иовая методологическая база магнитных игыерешш и испытаний. Использование средств вычислительной техники при этом сеодится.в основном,кавтоматизации второстепенных операций зачастую "неизмзрлтельного" характера (учат параметров-. объекта, вычисление ' поправочных коэ$Сэдконтог,о&-срыдекке протоколов испытаний,архиви-'.'. ровакке результатов и т.п.). Как'показало изучение Ьопроса;зто свойственно и большинству барубеміух-установок-и коыпдетеов.
Таким образом налицо несоответствие кюлщу современным уровнем развития измерительной.и вьга'слигельноЛ техники,'ее возмо;хностями и слаборазвитой мотодологической базой, отсутствием.новых, идей и.
. подходов к 'испытаниям магнитных -материалов.;препятствушее"решению
проблемы обеспечения промьгдяенйости .совр'эмешшмя средствами -.-.;''.
контроля магнитных'свойств..-''- 'V
-5-. Дель работы.Разработка методов и средств контроля магнитных : свойств электротехнических сталей и сплавоа в процессе их исследований,, производства и потребления, обеспечивающих автоматизацию процесса испытаний, высокие метрологические и эксплуатационные характеристики.
Задачи 'исследования.. Для достижения поставленной цели-реэа-,»тоя следующие вадачи:
І^Анадие существующих методов и средств для испытания магнитных материалов, выявление новых подходов и принципов построения магнйтоизкерителъшх устройств и систем.
2. РазраОотка и исследование эффективных систем намагничивания,
Санирующихся на новой методологической осксьз и достижениях.в об
ласти электроники и микропроцессорной техники-.изучение, устойчивости
процессов в этих системах, влияния дестаОилизкруюздх факторов.
3. Разработка диной.методологической и алгоритмической осйови
.-построения аналогових и цифровых приборов и устройств для опреде
ления мгновенных и интегральных дккгшчесізас магнитных Ш(раыетроз
и характеристик; изучение источников иэтодкчской и ш'струшктатъшй
погрешностей преобразования. -
4. "Теоретическое и экспериментальное обоснование новых изтодов
ивмереншг статических магнитных характеристик с целью разработки
научной и технической основи рваливацші Енеокслроазводитадьных
. магнитоивмерительньи комплексов. '
'""-....б. Разработка к обоснование мэтодов и устройстз непрерывного технологического контроля (з тем чиоі» згсгр^-го-гтьТрсіО э-кктро-технкч.>ских сталей в процессе их прсчззсдзт?з и пстр*. О-.:^4.
- б -исследований..
Научная новигна. Г работе получила далькейаіе развитее теория
построения магкитоизмерительлых систем для испытания магнитных
материалов,теоретически обоснованы новь-е методы измерения статичес
ких и динамических магнитных параметров и характерк"!тик»направлен-
ные на рзаение научной проблемы улучшения метрологических > ч
и эксплуатационных характеристик и расширения функциональных -^-
возысшостей средств измерений. При этом подучены следующие новые
научные результаты: - '.'-.._': .'.'' - ;
І.Преддойени и обобщены принципа построения структурно-разомкнутых систем намагничивания, развита теория итерационных процессоа , в :у-№,х системах, позволившая реал* проблему обеспечешїя регла- ' ма-.^'-гровалйЫХ'режааов намагничиванияьіалштшх материалов!'. ;
2.Разработаны изтод нелігиейиой трансформации спектра сигналов и его "широкой" аналсг-кетод функциональной дкекретивацнй, которые являится методологической и ааґоритшіческой основой проектирования аналоговых к цифровых гагяитоиензрительпах приборов и-систем.. ;
З.Предлсшзн новый подход к ревёни» проблему определения статн-4CCJ31X мапштпых характеристик т gjhozq акстраполяцш дикашгчесюя характеристик в низкочастотную область. Показано,что оптівгадьіш:,::. с точки эрення нштагука потерь является еакон Иойенения шгштной индукции,- при которой ез скорость.изменяется в савискаости от . текущего магнитного состояния;это лолесениэ отлично от сйгэпришз-того представления об оптимальном вакенш перамагкичивания при постоянном вначгшш прригводлей нядуш&ш.
Один из методов згатралаяадш, основашшй на .критерии приближения по статической коэрцитивной c&to,позволяет увеличить производи-, тельноать измерений са счетболее еїдзокой частоту перзиагшїчівшіия при заданной погроалости. .,":
4.Разрабоіші исследован метод фрапйзктоа - пределышй вариант экстраполяции в локальных участках петли гиетеревисаЛеорзїическне и экспериментальные исследования метода фрагментов позволили определить кошілекс требований к условиям перэиагничмвания, оценить параметры переходных процессов и обеспечить требуеыые ыэтродоги-ческие характеристики.
5.Установлена завйскаость ыеяду потерями на перёцагничивание и динамической коэрцитивной; силой магнитошгких материалов, что может Сыть положено в основу построения систем экспресс-контроля электротехнических сталей в технологических процессах их произ-. водства и потребления. .
б.Разработаны ковке структура, и на их основе реализованы микропроцессорные приборы для приемо-сдаточных испытаний с аовы-ташьа'Л эксплуатационными и метрологическими характеристиками.
7.Разработаны основыпроектирования и реализован ряд компьютерных -автоматизированных магнитоизмерительдах комплексов с техническими характеристиками иа уровне лучдих ккрсзых образцов.
Основные положения' выноо'имш на эакиту.
1.Структурно-разомкнутые системы. намагничивания,элешкты теории итерационных процессов в таких системах,алгоритмическое и программное обеспечение 'их функционирезаяия.
2.Ноше структура' магнетоязмёрителькых устройств к их элементов, оск.овеяные'иа использовании методов нелинейной трансформації» спектра и функциональной дискретизации.
З.Иотод определсяіш статических 'иагниткых -характеристик, основанный на экстраполяции' динамических характеристик в низкочастотную зблаоть- с цепаа.зегаиием. различных критериев приближения.
4.Метод фрагментов, для определения статическая магнитных-юрактер.четмк. роеуяьтаты его ?з"сретич<;скйя и экслери^энтальких юегёдов&чнй. .;....
.5.Возможность построения-скетец непрерывного экспресс-иоитроля
электротехнических 'стасей иа осгогз 'квизрзкнз динамической козрци-
riSHOi": сііиа к. установленій' ее згажссЕязн -а потерями ла перемат-
пкцваикэ.".- -..--.. ' .
'..' б.Л2Тс:,!агкз;грсв~::;ш мйпш?1ЖЕШркго,гькь:э пр:-:5оры н скстеш $ліг испытанна магнитных, материалов, их «..чзграгогкческие и экспгуа-гационныв хсраія-ерисгиій!,позпоіяйтде решать больной круг вопросов сонтроля магнитных, езк'стз. которые вознинаэт как в.штроло-пческей практика и.иаучаих {й&.тедсвзш:ях.так к в'производстве. .. Практическая -цз'т?ость.ІІросед$ЕКі;-з песлодованга і! с-зеєшяьй в >еЗогв задачи-.тегли з esnecy согЕак?;ыя и ьасдрейшх з праналеи-еость гысокозйюкткйнкх еателатазчрегаяннх- кггиигс'хййритейьшх ірнбороз и систем,которые по сескн фуятто'ііальнь'ч Еогиелнглтям, !этрслсггчсс:;:и. и зкепдузтацкопїз,':?.! ;:і?ракїеристійї2м кяхедятся на . розне лучяих сарубояиых а:'.2логоз. .'
Предложенные и ксаседсілангкіЗ структуру измормтеды'Ух устройств,
СПСТ'аННШ !іа ["ЇТОДЄ ФушЩІІО'.їйІйНОЙ Д'ДС!фЄТН331ІКИ нспо.'ъзувтс
встоянеє время, дгя контроля-ряда з:і5ргзг:іч2оіїї:х параметров "pi! рпемо-сдатсчкых испытаниях асішхро'шкх эде-итродглгателей. Ктерацно-ш-іе .методы обеспечения-заданных-законов изменения магнитных ео.ш-йн могут найти сироте примешпет при проектировании ;t песледоза- '
..- 8-иии сдояных магнитных систем переменного тока.
Магнитокодуляционньж методы измерения коэрцитивной силы могут
быть использованы для построения различного рода коэрцитиметров,
приборов контроля (в том числе и'.для непрерывного) твердости
материалов.' ;
Общий подход к рагработке программного обеспечения компьютер-, пых магнитризмеритеяьных комплексов,функционально-модульный принци их построения может быть положен в основу создания автоматизирован ных систем научных исследований раеличного назначения, Г
Реализация работы.Ревенный б работе комплекс вопросов положен
в основу серийной реализации и внедрения в промышленность,научные
исследования и метрологическую практику аитоматизированных ксмллек
соз н приборов: '
1. Автоматизированный могнкаопзызрителькый комплекс АІЯ-С-02, созданный по программе "ЭТС-коктрохь" (постановление ГКНТ и АН СССР N 772/160 от GO.12.85г.), внедрэн в Уральском центре стандарт эации и метрологии (УЦСЫ, г..Екатеринбург) к ВКИПТКЭИ (г.Владимир). Разработка отмечена дипломом международной выставки "Автоматиза-цмя-89" за вытшй научно-технический уровень,качество и новизну.
2.Аналогичный по назначения комплекс АЫК-С-03 создан по контракту с фирмой "ЭЛМА" (г.Троян,республика Болгария) а эксплуатируется с 1993 года на зяектромаеинострсйтелькон заводе фирмы.
3. (Микропроцессорный прибор типа AM? (автоматизированный магнитоивморительшй тестер) выпускается малой серией и внедрен на металлургических комбинатах, производящих электротехническую сталь, а также на ряде электромашиностроительных заводов России, СНГ и Эстонии.
Создание и внедрение, в том числе по экспорту,'действующих иагнитоизмерительных приборов и систем подтверждает правильность и достоверность теоретических исследований,проведенных в работе.
Апробаций работы. Основные положения докладывались на следующих конференциях:
V Всесоюзная межвузовская конференция по теории и методам расчета-нелинейных электрических, цепей и систем (Ташкент, 1975);
Всесоюзная научно-техническая конференция "Информационно-измерительные системы" (Кишинев, 1975);
Республиканское совещание "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических устройотв и.систем" (Владимир, 1376);
Международна! конференция 1NFERT-78 (Дрезден, 1973);
- ь -
.II Всесоюзная научная конференция "Проблемы теории чувствительности электронных и злектромэханжесккх систем" (МоскЕа. 1931);
IV и V Всесоюзній конференции;"Проблемы метрологического обеспечения систем обработки'измерительной информации" (Москва, 1932, 1984);
. IV Есесокшая научно-техническая конференция "Злектрсмагшл-іще методы контролякачества материалов и изделий" (Омск, 1583); . '. V, VI, VII Всесс^нке "научно-технические конференции "Проблемы магнитных -намерений л магнитоиемэритедьной' аппаратуры" (Ленинград, 1S77, 1983; 1S89);
.-'II и 111 Неабтраслевиз сезвеянкя "Состояние и перспективы развития метрологического обеспечения испытания прецивиенных сплавов" (Псков, 1034; Углич, 1S91); , Воероэзнвя научно техническая ко;ф*ре«щия "Созремзнкое состояние, проблемі а перспективы энергетика и технологии а эиергостроешй" ( IV. Бенарлоссаою» чтения) ;(Иваново, 19Є9);
Всесоюзное научио-техничесіх-з совоцанкз-'"Автомаїиа&цкя проектирования и проиеводстзза в электромагкшоегровнйн" (Суздаль, 1939);.
Всесоюзная научная конференция "Прсбло!.гы теории чувегза- .
тельнссти измерителыш.датчиков, электронных и злоістрдаезіаяи-
чеекпх систем" (Елад;а:нр, 1S33); . :. '
VIII и IX Веессвваыё. Еаучйыо конференции "Электродвигателя переменного тока средней и «алой мопностп" (Владимир, 1983, 1990);
Неадународная конференция INTERTECHH0-S0 (ЗудзЯеат, 10S0); ''"„ X Веесоязная научная-тєхнйчзшея' конференция- "«ителетуаяь-ныэ элеюролвигателц и зісбнркїя заектрознергш!" (Владимир, I9S1);
'.IX Есёссязкез согепзниз по фдзкдо.*і кзталдогедов^э зл-зктро-тейкїічесіїїйї статей и сплззез .(М:агая, 1991); . .Симпозиум $;;p'-sj "ЛОН"'(Владимир, 1993); '. МзядупсгюдйыЯ-симпозиум -' коррекция "Электродвигатели, прогисодетсо, зяергсейэрейэнпз, перспектива" (Владїашр, 1893).
Публйжпи.По темо диссертация опуСлш:овшо 82 печатных работы, п. тон числе получено 25..авторсійгх свидетельств на изобретения.
.Структура и объем работн.Работа состоят и? введений, каста глаз, заключения и приложений ч содержи! 320 страниц текста, G3 страниц рисунков,!б страниц таблиц. Библиография включает 218 наименований.. Приложения содершт'118.страниц. .'
