Дисертації та автореферати

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/16999

Електронна повнотекстова колекція авторефератів та дисертацій, упорядкована за назвами спеціальностей

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 5 з 5

Розробка електромагнітного методу та пристрою для розбраковки металевих пластин
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Ал Аббасі, Жаббар
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 152 – метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка (15 – автоматизація та приладобудування). Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2020. Об’єктом дослідження є процес безконтактного електромагнітного контролю якості металевих пластин. Предметом дослідження є методи та пристрої забезпечення чутливості електромагнітних перетворювачів при розбракуванні металевих пластин однієї марки сталі. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення чутливості електромагнітних перетворювачів при розбракуванні металевих пластин однієї марки сталі з близькими електрофізичними властивостями. Дослідження здійснене за допомогою як класичних, так і нових сучасних методів вирішення прикладної задачі теорії електромагнітного поля, диференційних та резонансних методів вимірювань, теорії ймовірності випадкових процесів, інформаційної теорії контролю. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. У першому розділі виконано огляд та проведено аналіз питань контролю та діагностування структури металевих виробів. З відомих розглянутих методів контролю структури виробів, обрано електромагнітний метод контролю та діагностування як найбільш задовольняючий поставленій задачі. Відмічена його особливість, загальні технічні характеристики, область використання. Виконано огляд існуючих приладів електромагнітного контролю та діагностування структурного стану металевих виробів, проаналізовані їх технічні характеристики. Висвітлені позитивні і негативні аспекти з апаратурного, алгоритмічного і програмного забезпечення існуючих приладів контролю структури промислових металевих об’єктів. Обґрунтовано напрями досліджень, поставлені основні задачі дисертаційної роботи. У другому розділі досліджені теоретичні питання розподілу змінного електромагнітного поля у феромагнітній пластині. Отримані вирази, що описують поведінку амплітуди і фази магнітного потоку в плоскій металевій пластині, які покладені в основу розробки і реалізації електромагнітних методів і пристроїв для безконтактного контролю магнітних і електричних параметрів плоских металевих виробів, тобто при рішенні зворотної задачі, запропоновано використання диференційного трансформаторного електромагнітного перетворювача для розбракуваня матеріалу плоских металевих виробів, показано, що кожному значенню заданої максимальної похибки відповідає певна робоча ділянка залежностей універсальних функцій перетворення в околицях вибраної точки. Результати досліджень дозволили отримати ряд наукових результатів: – запропоновано подальший розвиток методу рішення зворотної задачі для електромагнитного перетворювача з плоским металевим виробом, отримано вирази нормованої амплітуди магнітного потоку і його фази, які є універсальними функціональними залежностями, що однозначно пов'язують сигнали електромагнітного перетворювача з узагальненим параметром, величина якого залежить від електричних, магнітних параметрів і товщини пластини та частоти зондуючого магнітного поля; – розроблено метод і пристрій на основі диференційного трансформаторного електромагнітного перетворювача для розбраковування за електромагнітними параметрами матеріалу плоских металевих виробів навіть у тому випадку, коли електромагнітні параметри досліджуваного і стандартного зразків не сильно відрізняються між собою, що дозволяє, за певних умов, разом з підвищенням роздільної здатності (точності) істотно спростити процедури, як вимірювальних, так і розрахункових операцій. Отримані співвідношення дозволяють визначати величину зміни значення магнітного і електричного параметрів металевого плоского виробу за виміряними електричними параметрами вихідного сигналу перетворювача з врахуванням вибраного режиму роботи; – показано, що кожному значенню заданої максимальної похибки контролю відповідає певна робоча ділянка залежностей універсальних функцій перетворення в околицях вибраної робочої точки диференційного трансформаторного електромагнітного перетворювача. У третьому розділі представлені дослідження з використання параметричних електромагнітних перетворювачів для безконтактного розбраковування металевих пластин однієї марки сталі за їх єлектромагнітними характеристиками. Запропоновано параметричний електромагнітний перетворювач для контролю електромагнітних параметрів пластин на основі використання моста змінного струму в неврівноваженому режимі роботи. Сформульована загальна задача функціонального використання резонансної схеми включення параметричних електромагнітних перетворювачів накладного типу для розбраковування металевих пластин. Розроблено мультирезонансні методи електромагнітного контролю і пристрій, що його реалізує, який дозволяє збільшити чутливість перетворювача до зміни електромагнітних параметрів досліджуваних феромагнітних пластин в два рази і в першому наближенні, виключити вплив зміни температури і зазору між первинним перетворювачем і поверхнею досліджуваного плоского виробу. Дослідження даного розділу дозволили одержати наступні результати: – запропоновано метод включення прохідного параметричного електромагнітного перетворювача в схему моста змінного струму, що працює в неврівноваженому режимі поблизу точки рівноваги, отримано вирази для визначення амплітуди і фази напруги в діагоналі моста, коли електромагнітні параметри досліджуваного зразка відрізняються від параметрів стандартного зразка та визначені чутливості перетворювача; – запропоновано однопараметровий метод виділення корисної інформації, коли котушка параметричного перетворювача включена в схему автогенератора, вихідна частота якого залежить від структурних відмінностей об'єктів контролю; – запропоновано метод і пристрій з двома автогенераторними перетворювачами, що дозволяє збільшити чутливість в два рази і, в першому наближенні, виключити вплив повітряного зазору між датчиком і контрольованим виробом, отримано співвідношення та оцінена методична похибка, викликана нелінійністю функції залежно від величини зміни зазору; – розроблено мультирезонансний метод електромагнітного контролю і пристрій, що його реалізує, який дозволяє збільшити чутливість перетворювача до зміни електромагнітних параметрів досліджуваних феромагнітних пластин в два рази і при цьому, в першому наближенні, виключити вплив зміни температури та зазору між первинним перетворювачем і поверхнею досліджуваного плоского виробу; Четвертий розділ присвячений розробці електромагнітних перетворювачів прохідного і накладного типів з підвищеною чутливістю, як з феритовим осердям, так і без нього. Проведені експерименти, після обробки результатів показали, що на гістограмі вихідної напруги датчика чітко видно відмінність між характеристиками прокату однієї марки сталі двома заводами виробниками. Запропонований в роботі автоматизований пристрій, що реалізує мультирезонансний метод розбракування металевих пластин з близькими електромагнітними характеристиками, дозволяє істотно зменшити, як вплив зазору між перетворювачем і досліджуваним виробом, так і вплив температури довкілля на точність контролю. Для перевірки достовірності отримуваних результатів в роботі були проведені багатократні виміри коерцитивної сили в окремо вибраних контрольних точках для тих же зразків металевих пластин. За дослідженнями даного розділу отримані наступні результати: – розрблена функціональна схема експериментального лабораторного макету з диференціальним трансформаторним електромагнітним перетворювачем прохідного і накладного типів з підвищеною чутливістю, як з феритовим осердям, так і без нього; – проведено експериментальні дослідження з розбраковки феромагнітних зразків з використанням параметричного перетворювача, включеного в схему моста змінного струму; – запропонована конструкція первинного перетворювача, який дозволяє істотно понизити вплив зазору між перетворювачем і досліджуваним виробом, а також понизити вплив температури довкілля на точність контролю. – на базі мікроконтролера створено автоматизований пристрій, що реалізовує мультирезонансний метод розбраковування тонколистових феромагнітних виробів; – достовірність отриманих результатів оцінена при проведені багатократних вимірів коерцитивної сили в окремо вибраних контрольних точках для двох різних партій сталевого прокату та визначено середньоквадратичне відхилення значень коерцитивної сили, що характеризує міру неоднорідності структури в партії; – розроблено та запатентовано первинний перетворювач, який дозволяє істотно понизити вплив зазору між перетворювачем і досліджуваним виробом, а також понизити вплив температури довкілля на точність контролю.
Електромагнітний багатопараметровий перетворювач з просторово-періодичним полем для контролю циліндричних виробів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Шібан, Тамер
У дисертаційній роботі представлені науково-технічні результати дослідження електромагнітного багатопараметрового перетворювача для визначення параметрів циліндричних металевих виробів, принцип роботи якого ґрунтується на виділенні амплітуди та фази просторових гармонік неоднорідного магнітного поля, представленого у вигляді ряду Фур'є. Об'єкт дослідження достатньо повно описаний в науковій літературі. Показано, що подальше збільшення інформаційних параметрів, які контролюються одним перетворювачем може здійснюватися декількома шляхами. Наприклад, використання для живлення перетворювача струмом різних частот з подальшою фільтрацією і виділенням амплітуди і фази на кожній частоті. Така реалізація багатопараметрових датчиків досить складна і не завжди відображає справжню картину процесів, що відбуваються в об'єкті контролю через різну глибину проникнення поля (скін-ефект). Показано, що застосування результатів дослідження дає можливість отримати більш повну інформацію про об'єкт контролю, яка не могла бути отримана при використанні традиційних методів. Тому, застосування розробленого методу, є перспективним. В роботі розроблена фізико-математична модель електромагнітного перетворювача з неоднорідним розподілом електромагнітного поля для провідника зі струмом, розташованого уздовж бічної поверхні циліндричного виробу на деякій відстані d від центра металевого циліндра радіуса a. Вирішена просторова задача розподілу змінного в часі магнітного поля і отримані вирази, за якими можна обчислити функції для будь-якої просторової гармоніки, за якими можна скласти картину розподілу поля в будь-який області (всередині виробу, між виробом і провідником зі струмом, а також поза цим провідником). Отримано математичні вирази для визначення напруженості магнітного поля для r-ї і φ-ї складової, створюваного струмом одного провідника (або полюса з кінцевими кутовими розмірами). Проведено облік товщини стрічки полюса з сумарним струмом, який призводить до заміни в формулах для напруженості поля значення r на деякий ефективний радіус. Отримано математичні вирази для амплітуди і фази n-ї просторової гармоніки сигналу перетворювача, що наводиться в вимірювальних обмотках, розташованих уздовж поверхні циліндричного об'єкту контролю з кутовою координатою φ на окружності радіуса d. Для підтвердження адекватності запропонованої моделі перетворювача проведені експерименти, які показали відмінність між розрахунковими і експериментально отриманими значеннями ЕРС вихідного сигналу перетворювача. Так, наприклад, для вимірювальних обмоток, з кутовими координатами φ = 0° і φ = 180° розбіжність значень напруг склала не більше 5%, а для обмоток з розташуванням по φ = 30°, 60°, 300° і 330° розбіжність склала не більше 10%. Запропоновано також прийоми і способи виділення необхідних просторових гармонік і приглушення гармонік з високими номерами. Останнє дозволяє знизити вплив вищих просторових гармонік до 1%. Для виключення з картини просторового розподілу поля парних або непарних гармонік запропоновано використовувати систему провідників з однаковими і протилежними напрямками струмів в них. Отримано універсальні функції перетворення для амплітуди і фази n-ї складової гармоніки для перетворювача. Розроблено метод спільного контролю електричних (σ), магнітних (μr) і геометричних (а) параметрів циліндричних виробів, на основі перетворювача з одним намагнічувальним полюсом при використанні 1-ї і 2-ї просторових гармонік, який дозволяє однозначно вирішувати задачу багатопараметрового контролю для широкого сортименту виробів, різних конструкцій і режимів роботи перетворювачів. Розроблено метод на основі електромагнітного перетворювача з двома намагнічувальними полюсами і різним напрямком струму. Отримано універсальні функції перетворення з використанням 1-ї і 3-ї просторових гармонік, а також запропонований алгоритм реалізації багатопараметрового контролю параметрів циліндричних виробів. Визначено чутливості методу і знайдено раціональні режими роботи перетворювача. Виконано розрахунок і показано вплив вищих гармонік поля на вихідні сигнали перетворювача. Так, наприклад, для перетворювача з одним збуджувальним провідником, відкидання 3-ї гармоніки призведе до похибки розрахунку результуючої ЕРС, яка дорівнює 5%, а для перетворювача з двома збуджувальними провідниками, при відкиданні 5-ї гармоніки, становить 1,5%. Розроблено макет лабораторної установки з електромагнітним перетворювачем з просторово-періодичною структурою поля і проведені експериментальні дослідження по визначенню μr σ, і а з імітаційними зразками різного сортаменту для підтвердження адекватності розробленого методу. Наведена конструкція електромагнітного перетворювача з двома збуджувальними полюсами і різним напрямком намагнічувального струму з використанням амплітуди 1-ї і 3-ї просторових гармонік і фази 1-ї гармоніки. Оскільки безпосередньо оцінити похибки контролю μr, σ і а для розробленого багатопараметрового перетворювача досить складно, в роботі проведено вимірювання цих же параметрів контрольними методами. Так для визначення а досліджуваного зразка використовувався мікрометр з діапазоном вимірювання діаметра (50 ± 0,01) мм, для визначення σ циліндричного зразка використовувався контактний електричний метод на базі потенціометра постійного струму Р363-3, з класом точності 0,005, а для визначення μr використовувався метод амперметра - вольтметра для кільцевого зразка. Показано, що застосування розробленого перетворювача дозволяє отримувати найбільш повну інформацію про стан повітряних ліній електропередач, тобто визначати μr, σ, і a циліндричних дротів, а також корельованих з ними механічним навантаженням, температурою, величиною струму, що протікає в лінії та визначення питомих електричних втрат при діагностиці стану повітряних ліній електропередач, що підтверджується актом впровадження від 18.12.2015р (договір № 377551 від 27.07.2015р між НТУ «ХПІ» та ПАТ «Укргідропроект» м. Харків).
Електромагнітний багатопараметровий перетворювач з просторово-періодичним полем для контролю циліндричних виробів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Шібан, Тамер
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) зі спеціальності 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин. Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. В роботі розроблена фізико-математична модель електромагнітного перетворювача з неоднорідним розподілом електромагнітного поля провідника зі струмом, розташованого уздовж бічної поверхні циліндричного виробу на деякій відстані d від центра металевого циліндра радіуса a. Отримано математичні вирази для визначення напруженості магнітного поля для r-ї і φ-ї складової, створюваного струмом одного провідника або полюса. Проведено облік товщини стрічки полюса, який призводить до заміни в формулах для напруженості поля значення r на деякий ефективний радіус. Отримано математичні вирази для амплітуди і фази n-ї просторової гармоніки сигналу перетворювача, що наводиться в вимірювальних обмотках, розташованих уздовж поверхні циліндричного об'єкту контролю з кутовою координатою φ по колу радіуса d. Для підтвердження адекватності запропонованої моделі перетворювача проведені експерименти, які показали хороший збіг між розрахунковими і експериментальними значеннями ЕРС сигналу перетворювача. Так, наприклад, для вимірювальних обмоток, з кутовими координатами φ = 0° і φ = 180° розбіжність значень напруг склала не більше 5%, а для обмоток з розташуванням по φ = 30°, 60°, 300° і 330° розбіжність склала не більше 10%. Розроблено метод на основі електромагнітного перетворювача з двома полюсами і різним напрямком струму. Отримано універсальні функції перетворення з використанням 1-ї і 3-ї просторових гармонік, а також запропонований алгоритм реалізації багатопараметрового контролю параметрів циліндричних виробів.
Повышение помехоустойчивости феррозондовых дефектоскопов к магнитным полям помех
(Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля, 2015) Безкоровайный, Владимир Сергеевич
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 – Приборы и методы контроля и определение состава веществ. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2015. В диссертационной работе решается проблема повышения помехоустойчивости феррозондовых дефектоскопов к магнитным полям помех, вызванных конечными размерами контролируемых деталей, их ступенчатыми и галтельными переходами, магнитной неоднородностью ферромагнитного материала. Анализ существующих методов подавления помехи, вызванной сторонним магнитным полем, показал, что основным способом устранения помехи в настоящее время является включение обмоток феррозондов по градиентометрической схеме. Однако этот метод не свободен от недостатков, так его эффективность низка при высоком уровне градиента поля помехи и коэффициент преобразования феррозонда в большей степени зависит от геометрических параметров магнитной системы и расположения полуэлементов феррозонда относительно дефекта. Не свободен от недостатков метод экранирования феррозонда, так как экран значительно увеличивает размеры преобразователя, что затрудняет его использование на ступенчатой поверхности детали. Обзор методов и способов подавления помехи показал, что наиболее эффективным является метод, основанный на использовании двух феррозондов, один из которых является измерительным, а второй – компенсационным. При этом необходимо, чтобы измерительный феррозонд имел достаточную чувствительность, как к магнитному полю дефекта, так и к полю помехи, а компенсационный феррозонд имел высокую чувствительность только к полю помехи и практически не реагировал на поле дефекта. Для теоретического обоснования эффективности предлагаемого метода была разработана математическая модель поля вектора намагниченности, как в области всей детали, так и в локальной области расположения дефекта. Напряженность магнитного поля в сердечниках феррозонда, индуцированного намагниченностью детали и дефекта, рассчитывается путем применения модифицированной теоремы о взаимности К. М. Поливанова. Сердечники измерительного и компенсационного феррозонда являлись полузамкнутыми U-образной формы. Компенсационный феррозонд имеет перемычку непосредственно над дефектом и шунтирует его магнитное поле. Предложен метод расчета магнитного поля помехи индуцированного намагниченной деталью, основанный на решении интегрального уравнения с использованием линейной аппроксимации функции намагничивания, что сокращает порядок системы алгебраических уравнений. Предложен метод расчета коэффициента передачи мостовой электрической схемы феррозонда, при которой уменьшается вдвое число обмоток и создается возможность получения увеличенного его коэффициента передачи за счет явления параметрического резонанса, упрощается балансировка обмоток феррозонда.
Підвищення перешкодостійкості ферозондових дефектоскопів до магнітних полів перешкод
(Друкарня "Фінвей", 2015) Безкоровайний, Володимир Сергійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – Прилади і методи контролю та визначення складу речовин. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Харків, 2015. У дисертаційній роботі вирішується проблема підвищення перешкодостійкості ферозондових дефектоскопів до магнітних полів перешкод, викликаних кінцевими розмірами контрольованих деталей, їх ступінчастими ї галтельними переходами, магнітною неоднорідністю феромагнітного матеріалу. Запропоновано метод розрахунку магнітного поля перешкоди, індукованого намагніченою деталлю, заснований на вирішенні інтегрального рівняння з використанням лінійної апроксимації функції намагнічування, що скорочує порядок системи алгебраїчних рівнянь. У якості вимірювального перетворювача перешкодостійкого ферозондового дефектоскопа пропонується використовувати блок магнітної системи, що складається з двох ідентичних ферозондів з U-подібними осердям. Результати численних і натурних експериментів показали, що магнітний потік в осерді ферозонду з U-подібним осердям, з перемичкою, розташованою безпосередньо над дефектом, в 8-12 разів менше потоку вимірювального (основного) ферозонду.