Введение к работе
1&ЛИ0Т1^
Актуальность проблемы
В результате попыток перехода промышленности на более эффективные способы производства в отраслях энерго- и машиностроения внедряются новые технологии, производятся на их основе новые конкурентоспособные изделия. К производимой продукции предъявляются все более жесткие требования по КПД, мощности, работоспособности в условиях воздействия интенсивных динамических нагрузок, сохранению качественных показателей в процессе эксплуатации. Поэтому все больше внимания уделяется созданию и внедрению средств контроля и диагностики, применяемых на различных стадиях техпроцесса изготовления, при стендовых испытаниях и во время эксплуатации изделий.
В современной литературе по неразрушающему контролю для различных условий рекомендуют различные методы. Выбор производится по нескольким критериям, и в ряде случаев вихретоковые средства контроля перемещений, толщин и дефектов оказываются предпочтительными по сравнению с другими.
Существуют разнообразные способы включения в измерительные цепи как трансформаторных, так и параметрических вихрето-ковых преобразователей (ВТП). При этом в каждом случае в зависимости от условий контроля рабочая частота вихревых токов (О имеет свое конкретное оптимальное значение. В то же время из публикаций видно, что в процессе расширения области применения средств неразрушающего контроля имеют место случаи, когда частота исследуемого процесса Qвелика и достигает величин, соизмеримых с частотой генератора. Рост частоты модуляции эквивалентных вносимых параметров ВТП (его индуктивности и активного сопротивления) при фиксированной частоте генератора создает условия возникновения составляющей динамической погрешности (ДП), названной в работе ДП второго рода.
Действительно, т.к. любые погрешности возникают там, где происходит преобразование и передача сигнала, то и ДП измерения можно классифицировать по месту их происхождения. Так, ДП, возникающие в процессе преобразования исследуемой физической величины (например, перемещения) во вносимые параметры ВТП, иногда называют ДП первого рода. В частности для вихретоковых измерений, они возникают в результате проявления линейной скорости объекта контроля (ОК) на вносимые электрические параметры ВТП. ДП первого рода изучены и освещены в литературе. Далее внесенные электрические параметры ВТП преобразуются в выходные электрические сигналы измерительных систем (например, напряжение контура). ДП, появляющиеся на этой стадии преобразования, в работе названы ДП второго рода. Проблема их определения, возможного прогнозирования и уменьшения является актуаль-
ной при создании современных вихретоковых средств контроля. ДП второго рода - предмет исследований в данной работе.
Цель работы - разработка метода расчета динамической погрешности второго рода при измерении высокочастотных перемещений с помощью вихретоковых преобразователей.
Задачи
-
Разработать теорию и алгоритм численного расчета дифференциальных уравнений, описывающих выходные сигналы различных схем с ВТП при произвольном периодическом входном воздействии.
-
Сравнить расчет выходных сигналов с результатами, полученными другими численными методами, пригодными для определенных форм параметрической модуляции.
-
Создать электронную физическую модель параметрического ВТП для исследования измерительных схем в динамическом режиме работы.
-
Построить динамические функции преобразования конкретных измерительных схем и определить их динамические погрешности второго рода.
-
Разработать способы компенсации динамической погрешности второго рода и разработать приборы измерения высокочастотных перемещений.
Методы исследований - дифференциальные Т-преобразования функций и уравнений (по Г.Е.Пухову); метод разложения функций по некратным гармоникам в гильбертовом (Н-пространстве с приведением бесконечных систем по методу редукции; расчет коммутационных цепей двойным преобразованием Лапласа и последующим решением систем векторных уравнений.
Научная новизна работы
-
Разработаны метод и алгоритм расчета токов и напряжений в измерительных цепях произвольного порядка с ВТП при произвольной периодической параметрической модуляции.
-
Получены зависимости динамических функций преобразования и динамических погрешностей второго рода измерительной схемы с ВТП, включенным в резонансный колебательный контур, при измерении различного вида высокочастотных перемещений, от частоты этих перемещений.
-
Разработаны способы компенсации динамических погрешностей второго рода и технические решения, реализующие эти способы.
Практическая ценность работы
1. На основе разработанных метода, методики и алгоритма созданы-универсальные программы расчета выходных сигналов произ-
вольных измерительных цепей с ВТП при произвольном входном периодическом воздействии. На примере контроля перемещений создана программа, где входными величинами являются безразмерные обобщенные параметры а и j3 (а - модулируемая величина перемещений, /3 - обобщенный параметр контроля).
-
Разработаны новые схемные решения, способные компенсировать динамические погрешности второго рода измерительных схем с ВТП, контролирующих периодические высокочастотные перемещения.
-
На основании исследований созданы приборы вихретокового контроля, позволяющие определять высокочастотные перемещения с контролируемой величиной динамической погрешности.
Реализация результатов в народном хозяйстве
Проведенные исследования измерительных схем с ВТП в динамическом режиме работы позволили разработать и внедрить следующие приборы вихретокового контроля периодических перемещений:
измерительную систему (в рамках КАМАК) контроля зазора между динамическим отражателем и активной зоной реактора ИБР-2 в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна),
прибор ТВИ-2Т для измерения радиальных зазоров лопаток центробежного компрессора СЦК-5 в процессе стендовых испытаний в МГТУ им. Н. Э. Баумана,.
прибор ДВТПП для измерения перемещений элементов прокатного оборудования на малом предприятии "Сенсор".
На защиту выносится
методика анализа динамической погрешности второго рода измерительных схем произвольного порядка с ВТП в зависимости от частоты периодических перемещений контролируемого объекта,
способы компенсации динамических погрешностей второго рода измерительной схемы с ВТП перемещений, включенным в резонансный контур,
схемы, реализующие способы компенсации динамических погрешностей второго рода.
Апробация
Основные положения работы были изложены на всесоюзных научно-технических конференциях: "Бауманские чтения" в 1990 году в Московском государственном университете им. Н.Э.Баумана и "Средства неразрушающего.и геометрического контроля" в 1991 году в г. Куйбышеве, а также на научных семинарах: кафедр "Гибкие
производственные системы" и "Прикладная математика" в МГТУ им. Н. Э. Баумана, кафедры "Электроника" МИИТ, а также на кафедре "Электротехника" МИП.
Публикации по вопросам, изложенным в работе: Содержание отдельных частей работы опубликовано в журнале "Дефектоскопия" 11, 2], а также в статьях [3, 4] и заявках на авторские свидетельства [5 - 8 J.
Структура и объем работы
Диссертация содержит введение, пять глав и заключение, изложенные на 146 страницах машинописного текста, 48 рисунков, три приложения. Список литературы включает 91 наименование (из них 30 - иностранных).
