Применение метода вариации при вихретоковом измерении параметров вибрации - Статья

Мовчанюк, доцент, канд. техн. наук, А.Ф. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» ул.Представлен метод вариации при вихретоковом измерении амплитуды механических колебаний ультразвуковых излучателей (УЗИ). Такой подход позволил упростить процедуру калибровки и измерения параметров УЗИ путем их автоматизации, при этом существенно повышается точность, быстродействие и применимость вихретокового метода в различных технологических условиях. Важность такого параметра, как амплитуда механических колебаний, переоценить сложно, хотя бы потому, что не только максимальная эффективность процессов ультразвуковой обработки достигается в узком диапазоне амплитуд колебаний, но и то, что протекание некоторых процессов, интенсифицируемых ультразвуком, возможно в узком диапазоне амплитуд механических колебаний [1]. Следует также отметить, что повышение точности и достоверности результатов измерения, упрощение процедуры измерения, идет по пути автоматизации не только процесса измерения, но калибровки и поверки системы измерения (СИ), поэтому актуальной остается проблема создания сенсоров, которые позволяют автоматизировать не только процесс измерения, но и проводить автоматически калибровку и поверку СИ, уменьшая, таким образом, человеческий фактор в процессе измерения [2]. Как отмечено в работе [4], для измерения индуктивными сенсорами амплитуды механических колебаний непосредственно в ходе технологического процесса, требуется площадка свободной поверхности диаметром минимум 6 мм.Рассмотрим параметрический вихретоковый преобразователь, представляющий собою круглый виток с переменным током изменяющимся по синусоидальному закону, размещенный над полубесконечным электропроводящим немагнитным и магнитным пространством, при этом будем считать магнитную проницаемость среды постоянной, поскольку поле, создаваемое витком с током, будем слабым и нелинейностью магнитных свойств среды можно пренебречь [8]. Поскольку, как отмечалось выше, применение вихретоковых сенсоров ограничивается минимальной свободной площадкой и др. мешающими факторами, возникает необходимость исследовать влияние конечности размеров свободной площадки объекта контроля (ОК) на качество измерения вихретоковыми сенсорами параметров колебания ее плоскости. Как показывает предварительный анализ, с уменьшением диаметра свободной площадки чувствительность сенсора падает, а при изменении угла между плоскостями торца сенсора и свободной площадки ОК зависимость чувствительности от угла имеет периодический характер: области максимальной чувствительности сенсора чередуются с областями минимальной чувствительности сенсора. Кроме указанных факторов, такие параметры материала ОК, как магнитная проницаемость, удельная электропроводность, а также толщина непроводящего слоя на поверхности могут отличаться от образца к образцу и заранее являются неизвестными, как и расстояние от торца сенсора до поверхности свободной площадки, зависимость чувствительности сенсора от которого является нелинейной и уменьшается с увеличением расстояния [8]. Предварительная калибровка СИ, вносит дополнительную погрешность в виде человеческого фактора и требует периодического контроля, не только между измерениями, но и в процессе измерения, при условии, что присутствуют процессы медленно изменяющиеся во времени, такие, например, как непостоянство температуры окружающего пространства, нагрев излучающей поверхности УЗИ при его длительной работе (КПД УЗИ <100%), либо нагрев вибрирующей металлической стенки технологической емкости, в которую вводятся ультразвуковые колебания, в процессе работы технологической ультразвуковой установки.Для сравнения проведем линейную и квадратичную интерполяцию зависимости реактивного сопротивления сенсора от расстояния между ОК и сенсором. Линейную интерполяцию проводим в первом варианте по одной крайней и одной средней точкам (рисунок 3, а), во втором варианте - двум крайним точкам (рисунок 3, б), квадратичную интерполяцию проводим по трем точкам: две крайние и одна средняя (рисунок 3, в). Следует отметить, что точность определения коэффициентов интерполяционных формул также определяет точность интерполяции, при их округлении наблюдается искажение интерполяционной кривой зависимости импеданса сенсора от расстояния между сенсором и ОК относительно интерполируемой кривой, что является еще одним источником неопределенности результата измерения. Как видно из приведенных графиков зависимости относительной погрешности линейной интерполяции, вариант 1 (рисунок 3, а) дает меньшую погрешность интерполяции при проведении измерения амплитуды механических колебаний по положительному либо по отрицательному отклонению колебания по сравнению с линейной интерполяцией вариант 2 (рисунок 3, б).