Введение к работе
Актуальность. В системах управления и контроля технологического процесса широко используются устройства, реэлизущпе нерззруиавдкй метод вюсретокового контроля электрофизических и геометрических параметров электропроводящих объектов. Использование таких преимуществ, как простота конструкции первичного вихретокового преобразователя (ВТП), невнсоная стоимость ВТП и зависимость сигнала с ВШ от многочисленных электрофизических и геометрических параметров объекта контроля СОК) позволяют широко использовать такие устройства для сортировки материалов го маркам, контроля размеров и форма ОК. осуществления поверхностной и послойной оценки качества изяолия как по электрофизическим, так и по геометрическим параметрам. Одной из вакнейиих проблем, требующей решения в условиях производства конкурентно-способной продукции, является проблема обеспечения требуемой точности измерения 0ЗВ.. При использовании ВГП обеспечение <Зза_ наиболее часто достигается за счбт использования универсальных алгоритмических методов повышения точности, которые не всегда практически реализуется. В зависимости от условий использования ВТП возможны несколько дополнительных путей решения поставленной задачи. Одним из ши является создание необходимого набора стандартных образцов (СО) с требуемой точностью измеряемого параметра, что связано со значительными материальными затратами. Другим способом пвляотся создание необходимого набора механических имитаторов парамэтра ОК. реализация которого предпологает снятие ВТП с ОК, что не всегда возмокно. При невозмохности снятия ВТП с ОК перспективным является разработка встроенных в ВТП имитаторов парамэтра ОК (ВТПИ). что позволяет автоматизировать процесс настройки и снять ограничения по количеству настроек вихретоковнх средств измерения (ВСЯ) в процессе работы. В настоящее время известен целый ряд работ (В.К. Жуков, К,Е. Конюхов, А.Л. Родин, В.Н. Учанин и др.), в которых предложено несколько оригинальных структурных схем ВСИ с электронными устройствами, позволявшими формировать имитационные сигналы, которые как правило, создаются двумя способами:
изменение полного входного сопротивлеіия преобразователя;
использование дополнительного источника возбуждающего поля. Все эти способы приводят к измепетю параметра возбуждающего поля, что в некоторых случаях вызывает дополнительную погрешность из-за появления влияния неконтролируемого параметра ОК.
-4-Кроме того, практическая реализация теких имитационных устройств достаточно сложна, особенно для многоканальных и многомвстотных автокорректирухщкхся ВСИ, что ограничивает область их применения. В этой связи перспективним является разработка имитаторов создающих вторичное электромагнитное поле с помощью пассивных элементов. Известны работы, в которых приводятся результаты экспериментального исследования некоторых конструкций ВТПИ, которые лишены указанных выше недостатков. Однако нет обобщающих работ, позволяющих проектировать ВТПИ, т.е. отсутсвуют аналитические выражения, позволяющие определять выходной сигнал ВТІМ, рекомендации по выбору параметров ВТШ в зависимости от 0дал и диапазона имитируемых параметров ОК. не разработаны способы формирования сигналов ВТІШ в' различных режимвх работы ВСИ, алгоритмы работы ВСИ с ВТПИ.
Таким образом, разработка ВТІШ и устройств с ВТІМ для контроля геометрических и электрофизических параметров электропроводящих ОК, методик его проектирования является актуальной задачей.
Целью работы является обеспечение требуемой точности измерения электо$изич9ских и геометрических параметров электропроводящих объектов в заданном диапазоне их измерения за счет использования встроенного в вихретоновый преобрвзователь электронного имитвтора контролируемого параметра.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. Анализ принципов построения трансформаторного ВТП с
встроенным вмигзтором электрофизических и геометрических пара
метров электропроводящих объектов и способов формирования
сигналов в различных режимах его работы.
-
Вывод аналитических выражений и расчет номограмм, позволяющих определять параметры имитатора R^ и Хт и конструктивные параметры ВТПИ в зависимости от величины имитируемых параметров otgg- и 0зад и диапазонов их изменения.
-
Разработка методики инженерного расчёта параметров ВТПИ.
-
Разреботкв способов формирования имитационных и компенсирующих сигналов ВТПИ, обеспечивающих требуемую точность, и разработка критериев для оценки погрешности измерения.
-
Разработка схем устройств с ВТПИ для измерения электофизичес-ких и геометрических параметров электропроводящих объектов и алгоритма их функционирования.
6. Практическая реализация и внедрение конструкций ВТПИ и ВСИ с ВТПИ.
Методы исследования: Теоретические метода основаны на использоваїши теории накладній трансформаторній ВТП, элементов векторной алгебры, теории линейных трансфзрматоров, численних методов решения интегральных /равнения с применением ЭВМ, теории погрешностей.
Основные теоретические положения подтверждены экспериментальной проверкой на макетах, экспериментальной установке и математическом моделировании на ЭВМ.
Научная новизна: I. Предложен способ формирования имитационного сигнал U^ за счет изменения комплексного сопротивления RT и Хт, встроенного в трансформаторний ВТП имитатора, воздействующего на компенсационную обмотку ВТП. Получено аналитическое выражение, описывающее иим ч9Реэ Ят и X и обобщенные конструктивные параметра ВТПИ э зависимости от задашюго диапазона изменения а^. и Рзад-Facc4HTanu номограммы, связыванию величины R? и Хт с с^ и
^зад*
Z. Предложен способ формирования компенсационного сигнали AU„
ВТТГЛ, обеспечивающий инвариантность измерителя параметра
удельной электрической проводимости ф) ОК с любым способом
обработки сигнала с ВТЛІИ к влиянию ностабильности зазора (а) з
заданном диапазоне его изменения.
-
Предложен критерий обеспечения требуемой точности измерения параметров ОК при амплитудной и вмплитудно-фазовой обработке сигнала ВТПИ, связывающий О QI с конструктивными параметрами ВТПИ.
-
Предложен способ формирования аддитивного Д и мультипликативного киж тестов входного напряжения измерительного квнвла (ПК) амплитудно-фазового ВСИ за счет создания аддитивного и мультипликативного тестов кт и X .
-
Разработан алгоритм функционирования звтонасграивакхдегося и автотестирующегося ВСИ с ВИШ, включающий три режима его работы: обучение, измерение и тестирование. В первом режиме но разработанному способу формируются имитационные сигналы, а в последнем формируются предложенным способом тестовые сигналы за счет изменения параметров встроенного в ВТП имитатора.
Практическая ценность: I. Предложен принцип построения имитатора электоЗиэичесюа и
геометрических параметров электропроводящих объектов, встроенного в трансформаторный ВТЛ. 2.Предложена методика инженерного расчета параметров ВГЛИ.
-
Разработаны практические рекомендации по выбору конструктивных параметров ВТІШ для уменьшения погрешности имитации.
-
Предложйнн два способе функционирования ВТПИ: формирование имитационных и компенсационных сигналов. Проведен анализ эффективности предлокенных способов обеспечения 0^ в зависимости от исходных условия контроля электофизических и геометрических парамогров он. что позволяет их обоснованно лспольэоввть.
Б. Разработаны схемы блоков ВСИ с ВТПИ, используемые в разработанном приборе МВУК-2.
Реализация работы: Разработано многофункциональное
вихретоковое устройство контроля "МВУК-2".внедренное на участке входного контроля завода "ТЕМ".
Разработан комплект ВТПИ. использованный в приборе ВИ-І5НМ на заводе "МЕТАЛЛИСТ".
Авторские свидетельства СССР N 1668927 и N 1682760 внедрено в народное хозяйство страны.
Апробация работы: Материалы диссертации доложены на Межвузовской научно-технической конференции. -Могилев. 1992г.; Всесоюзной научно-технической кон$еренции. -Минск. 1989г.; Областных семинарах.-Тольятти.-1988г и -Куйбышеве -1988г и 1990г.
Публикации; По результатам выполненной работы опубликовано 15 печатных работ, из них ? авторских свидетельств СССР.
Структура и объем диссертации; Диссертационная работа изложена на 133 страницах машинописного текста, иллюстрируется рисунками на 64 страницах и состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка источников из 130 наименований и приложения на 20 страницах.
