Анотація до роботи:

Себко В.В. Електромагнітні методи і пристрої для сумісного визначення магнітних, електричних, геометричних параметрів та температури провідних виробів (Теорія і розробки). – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин. – Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2008.

Дисертацію присвячено актуальним питанням, які полягають у тому, що існуючі методи та засоби контролю параметрів провідних виробів і речовин мають низьку достовірність за рахунок того, що не враховують температуру, при якій визначаються електромагнітні параметри обєктів, що контролюються, а також за рахунок того, що не відомі динамічні та статичні характеристики різного типу теплових вихорострумових датчиків з різною орієнтацією магнітного поля. У рамках цих питань було удосконалено існуючі електромагнітні методи за рахунок сумісного контролю електромагнітних і геометричних параметрів провідних виробів разом з температурою і створено нові багатопараметрові безконтактні та контактні вихорострумові методи сумісного контролю параметрів трубчастих, суцільних циліндричних і плоских виробів.

Запропоновано екранний чотирипараметровий вихорострумовий метод контролю відносної магнітної проникності m_rt, питомої електричної провідності s_t, температури феромагнітної труби t і коефіцієнта згасання синусоїдального магнітного поля в середині труби h_t. Розглянуто вплив домінуючої домішки вуглецю на кількісні значення електромагнітних параметрів m_r і s, а також еквівалентно на температуру сталевих виробів. Створено контактний резистивно-індуктивний трипараметровий вихорострумовий метод сумісного контролю електромагнітних параметрів і температури, а також запропоновано чотирипараметрові вихорострумові методи контролю плоских феромагнітних виробів, що зондуються полем кратних частот трансформаторного і параметричного вихорострумових датчиків. Досліджено можливість використання теорії контактного робочого перетворювача КРП стосовно контролю параметрів плазмового стовпа люмінесцентної лампи та машинного мастила з дисперсним феромагнітним порошком.

Наведено оцінювання достовірності контролю параметрів провідних виробів при реалізації запропонованих у дисертації вихорострумових методів. Запропоновано варіант автоматизації процесу непрямих вимірювань на прикладі сумісного визначення параметрів a, , r_t і t провідних виробів.

У дисертації створено теоретичні узагальнення і нові рішення науково-практичної проблеми, суть якої полягає у тому, що існуючі методи та засоби контролю параметрів провідних виробів і речовин мають низьку достовірність за рахунок того, що не враховують температуру, при якій визначаються електромагнітні параметри обєктів, що контролюються, а також за рахунок того, що не відомі динамічні та статичні характеристики різного типу теплових вихорострумових датчиків з різною орієнтацією магнітного поля.

Таким чином, отримані нові науково-обґрунтовані теоретичні та практичні результати є значним досягненням для розвитку теорії і практики вихорострумових методів та пристроїв неруйнівного контролю, що їх використовують.

Основні результати роботи:

1. Надано теоретичне обґрунтування визначенню динамічних характеристик безконтактних і контактних теплових вихорострумових датчиків. Досліджена динаміка нагріву повітряного шару між нагрівачем та виробом при зміненні температури нагрівача стрибком і періодично, наведено формулу, яка характеризує поведінку нагріву повітряного шару у порівнянні з нагрівом стрибком нагрівача; при зміненні прирощення температури нагрівача періодично визначено стаціонарне, нестаціонарне і повне рішення диференційного рівняння, яке описує процес нагрівання повітряного шару; визначено сталу часу і час установлення процесу нагріву повітряного шару, які склали відповідно Т_пов = 0,6275 с, t_уст = 2,8865 с. Досліджено перехідні процеси нагріву циліндричного суцільного виробу при зміненні температури повітряного шару стрибком і періодично, знайдено сталу часу циліндричного виробу при зміненні температури повітряного шару стрибком, яка складає Т_в = 5,45 с, а час установлення процесу нагріву t_уст = 25 с. Показано також, що при зміненні прирощення температури повітряного шару періодично амплітуда прирощення температури виробу зменшується, а фазовий кут цього прирощення відстає від фазового кута прирощення температури повітряного шару. Досліджено відпрацювання тепловим вихорострумовим перетворювачем загального випадку змінення температури зовнішнього середовища. Знайдено сталі часу намагнічувальних обмоток трансформаторного вихорострумового датчика (ТВД) або параметричного вихорострумового датчика (ПВД), при зондуванні феромагнітного виробу постійним і змінним синусоїдальним магнітним полем, встановлено, що при використанні постійного поля, стала часу складає Т_п = 3,8810^-3 с, а при зондуванні виробу змінним магнітним полем Т_п.екв = 1,9110^-3 с. При цьому сталі часу розглянутих перетворювачів є значно меншими у порівнянні зі тепловими сталими часу циліндричних виробів, що, у свою чергу, дозволяє здійснювати контроль температури виробів у кожний момент часу.

2. Удосконалено існуючі вихорострумові методи визначення геометричних і електромагнітних параметрів трубчастих, суцільних циліндричних та плоских виробів за рахунок сумісного контролю магнітних, електричних, геометричних параметрів разом з температурою, що, у свою чергу, дозволило підвищити достовірність контролю виробів різних конфігурацій. При цьому дослідження здійснювалися за допомогою теплового трансформаторного вихорострумового датчика (ТВД). Наведено формулу для визначення температурного коефіцієнта опору (ТКО), який може бути невідомим, при цьому ТКО визначається по результатах вимірювання двох значень температури t і t₁, до яких здійснюється нагрівання виробу. Отримано формули для визначення температури (при якій здійснювався контроль електромагнітних параметрів) виробів різної форми. Знайдено результати експериментальних досліджень параметрів d_t, r_t і t мідного і алюмінієвого зразків для окремого випадку трипараметрового сумісного контролю геометричних, електричних і температурних параметрів немагнітних зразків при реалізації удосконаленого в дисертації вихорострумового методу.

3. Створено чотирипараметровий екстремальний вихорострумовий метод сумісного контролю радіуса а, відносної магнітної проникності m_rt, питомого електричного опору r_t і температури t феромагнітних циліндричних виробів, який засновано на здійсненні повної компенсації ЕРС теплового ТВД без виробу. Наведено основні співвідношення для визначення чотирьох параметрів виробів.

4. Вперше запропоновано чотирипараметровий вихорострумовий безконтактний метод сумісного контролю параметрів феромагнітного плоского виробу: відносної магнітної проникності m_rt, питомої електричної провідності s_t, площі поперечного перерізу пластини dh_t і температури t, заснований на зондуванні феромагнітної пластини магнітним полем кратних частот теплового ТВД.

5. Отримано нові універсальні функції перетворювання для параметричного вихорострумового датчика (ПВД), що працює на кратних частотах магнітного поля зондуючого феромагнітні циліндричні вироби та пластини. Для широкого діапазону змінення відносної магнітної проникності m_rt, створено алгоритм чотирипараметрового вихорострумового контролю циліндричних виробів, що зондуються магнітним полем кратних частот ПВД.

6. Створено чотирипараметровий вихорострумовий метод контролю феромагнітних плоских виробів, який засновано на нових універсальних функціях перетворювання, отриманих для ПВД з феромагнітними плоскими виробами, що зондуються магнітним полем кратних частот.

7. Удосконалено існуючий вихорострумовий контактний метод визначення m_rt і s за рахунок сумісного контролю електромагнітних параметрів феромагнітного циліндричного виробу з температурою t, причому реалізація цього трипараметрового контактного вихорострумового метода, здійснюється на основі теплового вихорострумового контактного робочого перетворювача (КРП). Досліджено відомі універсальні функції перетворювання КРП з урахуванням змінення температури виробу. Отримано формулу для визначення температури при якій контролюються електромагнітні параметри виробу.

8. Створено контактний резистивно-індуктивний трипараметровий вихорострумовий метод контролю феромагнітних циліндричних виробів на основі отриманих у дисертації, універсальних функцій перетворювання для теплового КРП. Отримано формулу для визначення температури t циліндричного виробу через величини m_rt і s_t, при розгляді контактного екстремального вихорострумового методу контролю параметрів циліндричних виробів. Визначено сталі часу КРП при проходженні по циліндричному виробу постійного і змінного за часом електричного струму, а також при дослідженні широкого частотного діапазону змінного струму, також було знайдено сталі часу КРП на змінному струмі для різних температур циліндричного феромагнітного виробу.

9. Досліджено вплив домінуючої домішки вуглецю на кількісні значення магнітних, електричних параметрів і еквівалентно на температуру сталевих виробів, показано, що з ростом відсоткового складу вуглецю від 0,1% до 5,5% магнітна проникність і питома електрична провідність зменшуються: m_r з 196,52 при домішці С = 0,1% до 116,85 при С = 5,5%, а s з 0,73210⁷ См/м (С = 0,1%) до 0,53110⁷ См/м (С = 5,5%), таким чином, зменшення величин m_r і s складає приблизно 40% і 31% відповідно. Встановлено, що збільшення відсоткового складу вуглецю у сталі А-20 еквівалентно зростанню температури, наприклад, якщо нагріти чистий метал до температури 150С, це, у свою чергу, еквівалентно підвищенню відсоткового складу вуглецю від 0,1% до 5,5%.

10. Створено екранний вихорострумовий чотирипараметровий метод контролю відносної магнітної проникності m_rt, питомої електричної провідності s_t, температури t трубчастого виробу і коефіцієнта згасання синусоїдального магнітного поля в середині феромагнітної труби h_t. При цьому для визначення температури труби, запропоновано використання умови постійного значення глибини проникнення магнітного поля d, слід відзначити, що змінення електромагнітних параметрів, що обумовлено впливом температури, можна компенсувати шляхом варіації частоти магнітного поля.

11. Досліджено технічні можливості використання теорії контактного робочого перетворювача (КРП) стосовно контролю параметрів плазмового газового стовпа люмінесцентної лампи та феромагнітного рідинного середовища (машинного мастила з дисперсним феромагнітним порошком). Вирішена задача, яка повязана з сумісним визначенням параметрів феромагнітної рідини при використанні теплового КРП, а саме: m_rtр, а_р, r_tр при різних температурах, а також температури t_р феромагнітної рідини. Показано, що збільшення температури рідини з феромагнітним порошком на сигналах КРП відображується як збільшення числа часток порошку, тому контроль електромагнітних і температурних параметрів феромагнітної рідини є дуже важливим для визначення її технічного стану. Розглянуто трипараметровий контроль немагнітної речовини за допомогою теплового КРП.

12. Наведено оцінювання достовірності контролю параметрів провідних виробів при реалізації запропонованих у дисертації вихорострумових методів. Запропоновано варіант автоматизації процесу непрямих вимірювань на прикладі визначення параметрів a, , r_t і t провідних виробів.

13. За матеріалами дисертації одержано три патенти, надруковано двадцять шість фахових статей, результати роботи було впроваджено на заводі Електромашина (м. Харків), на заводі Південкабель (м. Харків), на підприємстві ООО СУПП фірма Дігаз (м. Харків), науково-виробничому підприємстві НПП Комета ООО (м. Харків), а також у навчальному процесі на кафедрі Хімічної техніки і промислової екології (НТУ "ХПІ").

Публікації автора:

1. Себко В.В. Динамічні характеристики перетворювача температури з курсів Датчики автоматизованих систем неруйнівного контролю і Теплові методи контролю (навчально-методичний посібник). – Харків: НТУ ХПІ. – 2001. – 96 с.

2. Себко В.В., Себко В.П., Москаленко О.И. Определение компонентов сигналов контактного вихретокового преобразователя температуры // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ. - 2000. – Вып. 92. - С. 59-63.

Здобувачем знайдено чутливість контактного вихорострумового перетворювача температури, а також було отримано максимальне значення цієї чутливості.

3. Себко В.В. Многофункциональное вихретоковое устройство для совместного измерения радиуса, магнитной проницаемости, удельного электрического сопротивления и температуры цилиндрических изделий // Технічна електродинаміка. – Київ: Ін-т електродинаміки НАНУ. - 2002. – Тем. випуск, Ч. 3. - С. 101-104.

4. Себко В.В. Погрешности совместного измерения диаметра, удельного электрического сопротивления и температуры изделия в продольном магнитном поле // Вісник Східноукраїнського національного університету імені В. Даля. – Луганськ: СНУ. - 2002. – № 8 [54]. - С. 224-228.

5. Себко В.В. Определение постоянной времени намагничивающей обмотки электромагнитного преобразователя // Радіоелектроніка і інформатика. - Харківський національний університет радіоелектроніки. – Харків: ХНУРЕ. - 2006. – Вип. 3. - С. 12-15.

6. Себко В.В. О влиянии доминирующих примесей на электромагнитные параметры цилиндрического изделия // Електротехніка і електромеханіка. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – № 5. - С. 42-43.

7. Себко В.В. Трехпараметровый электромагнитный контроль трубчатых изделий // Вісник Національного технічного університету Харківський політехнічний інститут. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – Вип. 42. - С. 32-38.

8. Себко В.В., Филоненко Д.В., Себко В.П. Экстремальный трехпараметровый контактный электромагнитный метод с учетом воздействия температуры на изделие // Український метрологічний журнал. – Харків. - 2006. – Вип. 2. – С. 16-19.

Здобувачем через величини m_rt і s_t знайдено формулу для визначення температури, при розгляді контактного екстремального вихорострумового методу контролю параметрів циліндричних виробів.

9. Себко В.В. Определение электромагнитных параметров проводящих цилиндрических изделий контактным методом с учетом текущей температуры // Український метрологічний журнал. – Харків. - 2006. – Вип. 3. – С. 24-27.

10. Себко В.В. Бесконтактное определение радиуса, электропроводности и температуры, немагнитного трубчатого изделия // Український метрологічний журнал. – Харків. - 2006. – Вип. 4. – С. 25-27.

11. Себко В.В. Вихретоковый контроль геометрических, электрических и температурных параметров немагнитных цилиндрических изделий // Інтегровані технології та енергозбереження. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – № 4. - С. 85-89.

12. Себко В.В. Определение электромагнитных параметров трубы с учетом ее нагрева // Електротехніка і електромеханіка. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – № 6. - С. 33-35.

13. Себко В.В. Контроль четырех параметров вихретокового параметрического датчика на основе кратных частот поля // Технічна електродинаміка. – Київ: Ін-т електродинаміки НАНУ. - 2006. – Тем. випуск, Ч. 2. - С. 67-68.

14. Себко В.В., Себко В.П., Агарков В.В. Характеристики индуктивных преобразователей перемещений // Вісник Національного технічного університету Харківський політехнічний інститут. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – Вип. 35. - С. 113-116.

Здобувач скорегував функції перетворювання одинарного індуктивного датчика, також була проведена корекція характеристики цього датчика, що, у свою чергу, дозволило зменшити вплив факторів, які заважають на результати контролю.

15. Себко В.В. Два способи розрахунку похибок вимірювання електричних параметрів вихрового датчика струму // Вісник Національного технічного університету Харківський політехнічний інститут. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – Вип. 36. - С. 105-114.

16. Себко В.В. Экранное трубчатое многопараметровое вихретоковое устройство // Вісник Національного технічного університету Харківський політехнічний інститут. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – Вип. 39. - С. 18-29.

17. Себко В.В. Определение параметров ферромагнитной жидкости с помощью контактного рабочего преобразователя КРП // Вісник Національного технічного університету Харківський політехнічний інститут. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006.- Вип. 44. – С. 15-25.

18. Себко В.В. Контроль четырех параметров ферромагнитных изделий на одной частоте зондирующего продольного магнитного поля ТВД // Електротехніка і електромеханіка. – Харків: НТУ ХПІ. - 2007. – № 1. - С. 34-36.

19. Себко В.В. Четырехпараметровый вихретоковый метод определения параметров плоских ферромагнитных изделий основанный на кратных частотах магнитного поля параметрического вихретокового датчика // Інтегровані технології та енергозбереження. – Харків: НТУ ХПІ. - 2007. – № 1. - С. 85-92.

20. Себко В.В. Три варианта расчета погрешностей многопараметровых измерений // Український метрологічний журнал. – Харків. - 2007. – Вип. 1. – С. 12-15.

21. Себко В.В. Методика оценки погрешностей совместного измерения магнитной проницаемости, удельного электрического сопротивления и температуры ферромагнитного изделия контактным резистивно-индуктивным методом //Електротехніка і електромеханіка.- Харків: НТУ ХПІ.- 2007.- №2.- с.48-51.

22. Себко В.В. Использование модифицированного трехпараметрового вихретокового метода в поперечном магнитном поле // Вісник Національного технічного університету Харківський політехнічний інститут. – Харків: НТУ ХПІ. - 2007.- Вип. 11. – С. 14 – 20.

23. Себко В.В. Исследование динамических характеристик контактного рабочего преобразователя КРП // Науковий журнал Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. – Східно-український національний університет імені В. Даля. – Луганськ: СНУ. – 2007. - №2 (15) . – С. 112-117.

24. Себко В.В. Исследование переходного процесса нагрева слоя воздуха между нагревателем и изделием при изменении температуры нагревателя по периодическому закону // Електротехніка і електромеханіка. - Харків: НТУ ХПІ. - 2007. - № 3. - с. 57-60.

25. Себко В.В. Трансформаторный вихретоковый датчик с пластиной, зондируемой полем кратных частот // Український метрологічний журнал. – Харків. – 2007. – Вип. 2. – с. 26-29.

26. Себко В.В Определение компонентов сигналов контактного рабочего преобразователя КРП при исследовании плазменной газообразной среды // Вісник Національного технічного університету Харківський політехнічний інститут.-Харків: НТУ ХПІ. - 2007.- Вип 24 – С. 79-83.

27. Себко В.В. Використання теорії теплового контактного вихорострумового перетворювача (КРП), стосовно сумісного контролю трьох параметрів немагнітної речовини // Восточно – Европейский журнал передовых технологий. – Харьков: - 2008. – Вып. 3/₄ (33). - С. 39-43.

28. Себко В.В. Спосіб сумісного неруйнівного контролю електромагнітних параметрів і температури циліндричних виробів. Патент України на корисну модель № 14958; Заяв. 04.10.2005; Опубл. 15.06.2006; Бюл. - № 6.

29. Себко В.В. Безконтактний модифікований спосіб контролю параметрів немагнітних виробів сумісно з температурою. Патент України на корисну модель № 18632; Заяв. 22.05.2006; Опубл. 15.11.2006; Бюл. - № 11.

30. Себко В.В. Екранний чотирипараметровий спосіб сумісного контролю параметрів феромагнітних трубчастих виробів. Патент України на корисну модель № 24138; Заяв. 19.12.2006; Опубл. 25.06.2007; Бюл. - № 9.

31. Себко В.В., Москаленко О.И. К расчету параметров контактного электромагнитного преобразователя температуры // Наукові праці ІІ Міжнародної науково-технічної конференції Метрологія та вимірювальна техніка. – Харків. - 1999. – С. 49-51.

Здобувачем запропоновано розглянути методику визначення параметрів контактного вихорострумового перетворювача температури.

32. Себко В.В. Контактный многопараметровый вихретоковый преобразователь на основе резистивно-индуктивного метода // Наукові праці ІІІ Міжнародної науково-технічної конференції Метрологія та вимірювальна техніка (Метрологія – 2002). – Харків. - 2002. – С. 213-217.

33. Себко В.В., Кузнецов Б.И. Точностные характеристики контактного электромагнитного преобразователя, использующего резистивно-индуктивный метод // Тези доповідей ХІІ Міжнародної науково-практичної конференції Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя. – Харків: НТУ ХПІ. - 2004. – С. 389.

Здобувачем виконано розрахунки відносних похибок вимірювань магнітного, електричного параметрів і температури циліндричного виробу, при реалізації резистивно-індуктивного контактного методу контролю феромагнітних циліндричних виробів, а також наведено чисельні значення похибок вимірювань.

34. Себко В.В. Нагрев воздушного кольцевого слоя в проходном электромагнитном преобразователе. – Наукові праці ХІV Міжнародної науково-практичної конференції Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоровя. – Харків: НТУ ХПІ. - 2006. – С. 119-124.

35. Себко В.В., Ноздрачева Е.Л., Хассан Муссу Диаб, Алаа Файад Макки, Вараксин Ю.А. Расчет относительных погрешностей измерения магнитных, электрических и температурных параметров плоского ферромагнитного изделия с помощью ТЭД, реализующего экстремальный вихретоковый метод // Наукові праці V Міжнародної науково-технічної конференції Метрологія та вимірювальна техніка (Метрологія – 2006). – Харків. - 2006. – Т. 2. - С. 221-226.

Здобувачем запропоновано контролювати електромагнітні параметри плоских виробів сумісно з температурою, а також отримано чисельні значення відносних похибок вимірювань магнітних, електричних і температурних параметрів феромагнітної пластини.

36. Себко В.В. Вихретоковый четырехпараметровый метод, реализуемый наружными обмотками на трубчатом изделии и внутренним электромагнитным датчиком // Материалы II-ой Международной научно-практической конференции Современные научные достижения – 2007. – Днепропетровск. – 2007. – Т. 7. – С. 55-60.

37. Себко В.В. Динамический процесс нагрева изделия при периодическом изменении температуры воздушного слоя, окружающего изделие // Материалы Международной научно-практической конференции Стратегические вопросы мировой науки - 2007. – Днепропетровск. – 2007. – Т. 6. – С. 68-75.

38. Себко В.В. Переходный процесс нагрева металлического изделия (изменение температуры воздушного слоя скачком) // Материалы ІІ-ой Международной научно-практической конференции Научный прогресс на рубеже тысячелетий – 2007.- Днепропетровск: изд-во Наука и образование.- 2007.- Т. 15.- С. 32-38.