Науково-методологічні засади віброчастотного контролю технологічних параметрів в умовах вібрації

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – «прилади і методи контролю та визначення складу речовин». ‒ Державний вищий навчальний заклад «Український державний хіміко-технологічний університет» Міністерства освіти і науки України, Дніпро, 2019. ‒ Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми впідвищення достовірності контролю технологічних параметрів (густини, в’язкості, зусилля (тиску)) в умовах выбрації (технологічних апратах та обладнанні) за рахунок розроблення нових математичних моделей та методів визначення технологічних параметрів за амплітудно-частотними характеристиками коливального середовища апаратів, застосування нових багатопараметричних віброчастотних перетворювачів з універсальною характеристикою та змінним співвідношенням сигнал-шум, отриманих завдяки використанню автоколивальної системи зі стабільними характеристиками на першій гармоніці без застосування додаткових частотних фільтрів, розробки програмних засобів фільтрації зашумленої вимірювальної інформації з невідомими законами розподілу Проведено аналіз сучасних підходів до вимірювання технологічних параметрів (густини, в’язкості, зусилля (тиску) у виробничих умовах, що характеризуються підвищеною вібрацією, встановлені фактори, що вносять найсуттєвіший вплив на викривлення результатів вимірювання і створюють додаткові похибки, запропоновані методи компенсації впливу зазначених факторів. Існуючі методи неруйнівного контролю не задовольняють поставленим завданням, оскільки не дають можливості контролювати швидкоплинні технологічні процеси, а створення штучної коливальної системи не дає змогу контролювати амплітудно-частотні характеристики природної коливальної системи, що виникає в апараті. Вперше отримано математичні моделі статичних характеристик перетворення для розробленого віброчастотного методу вимірювання технологічних параметрів (густини, в’язкості, зусилля (тиску) в апаратах з природними коливальними системам для типу конструкції апаратів «труба», «циліндр» та для апаратів з барботажем та пульсацією середовища на основі гіпотез Сорокіна та Кірхгофа-Лява у виробничих умовах, що дозволяють визначати вказані параметри за амплітудно-частотними характеристиками природних коливальних систем у апаратах та зменшити динамічну похибку каналу вимірювання параметру більш ніж у 10 разів (0,012 %). Запропановано теоретичні основи проектування неметалевих трубчатих проточних резонаторів з широкою сферою застосування (вимірювання густини рідких і газоподібних середовищ, концентрації розчинів, температурного коефіцієнта, модуля пружності матеріалу) конструкція яких дозволяє підвищити точність вимірювання за рахунок регулювання активної частини резонатора з урахуванням жорсткості (піддатливості) типу кріплення і його розташування. Метод визначення частоти та форми коливань дозволяє 17% точніше визначати місця максимальних напружень між кріпленнями та одночасно зменшити вплив віброакустичний вплив трубопроводів на результат вимірювання амплитудно-частотних характеристик апарату. Після розроблення і виготовлення дослідних зразків багатофункціонального віброчастотного давача для вимірювання густини, в’язкості, зусилля (тиску) з циліндричним резонатором було проведено серію експериментів для визначення густини та зусилля з використанням двіброчастотного методу методу Результати експериментів показали покращені метрологічні характеристики ЗВТ та дієвість методу. Результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень впроваджено у практику таких підприємств і організацій: ТОВ «Укртехавіа» (Павлоград, Україна), «ММС Інтернешнл Белград» (Белград, Республіка Сербія); ВАТ «РПК «АДМІРАЛ»» (Дніпро, Україна), навчальний процесс Українського державного хіміко-технологічного університету, Дніпровського державного аграрно-економічного університету.Dissertation for the degree of Doctor of Sciences (Technology), Specialty 05.11.13 – «Instruments and Methods of Control and compounds` composition determination». ‒ State Higher Educational Institution «Ukrainian State Chemical Technology University» of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Dnipro, 2019. ‒ National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» of the Ministry of Education and Science of Ukraine. The dissertation is devoted to solving the scientific and applied problem of increasing the reliability of the control of technological parameters (density, viscosity, force (pressure)) in a production environment through the development of new mathematical models and methods for determining technological parameters from the amplitude-frequency characteristics of the oscillatory environment of apparatuses, the use of new multiparameter vibration frequency converters with a universal characteristic and variable signal-to-noise ratio, as well as software development STV filtering noisy measurement information with unknown distribution laws. A vibrational frequency method has been developed for monitoring and measuring the density, viscosity, force (pressure) of gas-liquid media under industrial conditions using a measuring transducer with a tubular, cylindrical resonator, mathematical models of the amplitude-frequency characteristics of technological parameters in devices of various designs are obtained. Theoretical foundations have been developed for the design of non-metallic tubular flow resonators with a wide scope. A multifunctional vibration frequency converter has been developed for measuring density, viscosity, force (pressure) with a cylindrical resonator, which has a universal characteristic. Research work on the identification of distribution laws has been completed, an Kalman filtering algorithm has been developed for measuring information with increased noise, and the structure of a multidimensional control system for technological parameters with a system for diagnosing the shape of resonator vibrations; improved device for identifying the active state of the operator. Implementation of engineering developments of the thesis was carried out at the leading enterprises of the Dnieper and abroad.