Електромагнітний багатопараметровий перетворювач з просторово-періодичним полем для контролю циліндричних виробів

Abstract

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.

Dissertation for the degree of candidate of technical sciences (doctor of philosophy) in specialty 05.11.13 – instruments and methods of substance composition control and determination. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2019. The physic-mathematical model of an electromagnetic transducer with non-uniform distribution of an electromagnetic field for a conductor with a current located along the lateral surface of a cylindrical product at a distance d from the center of a metallic cylinder of radius a. Mathematical expressions are obtained to determine the intensity of the magnetic field for r-th and φ-th components, generated by the current of one conductor (or pole with finite angular dimensions). The thickness of the pole with a total current is taken into account, which leads to the replacement of r quantity in the formulas for field strength by effective radius. Mathematical expressions are obtained to determine amplitude and phase of transducer’s signal n-th spatial harmonics, which are generated in the measuring windings located along the surface of the cylindrical object with the angular coordinate φ on a circle of radius d. Experiments have been carried out to confirm the adequacy of the transducer’ proposed model, which showed the difference between the calculated and experimentally obtained values of the EMF of the transducer’ output signal. For instance, for measuring windings with angular coordinates φ = 0° і φ = 180° difference of voltage values is less than 5% and for measuring windings with angular coordinates φ = 30°, 60°, 300° і 330° difference is less than 10%. The method based on the electromagnetic transducer with two magnetized poles and a different direction of current is developed. The universal functions of conversion with use of 1-st and 3-rd spatial harmonics are obtained, also the algorithm of realization of cylindrical wares’ parameters multi-parameter control is offered.