Підвищення точності вимірювальних каналів з вихрострумовими перетворювачами

Abstract

Дисертацію присвячено підвищенню точності вимірювальних каналів з вихрострумовими перетворювачами і на їх основі розроблено комп' ютеризовану систему вимірювання товщини сталевих листових конструкцій. Розглянуто фізичні процеси, що мають місце при взаємодії вихрострумового перетворювача (BŒT) з феромагнітним об'єктом. Проаналізовано похибки відомого каналу нижчої частоти (KHI) ДЕ^, і на основі цього запропоновано структуру KHI підвищеної точності. Для зменшення впливу щілини запропонований KHI доповнено каналом вищої частоти (ГОЧ). Для спрощення структури такого /JBT розроблено оригінальний комбінований BŒI, який поєднує в собі властивості параметричного і трансформаторного перетворювачів. Експериментально проаналізовано вплив щілини на похибку KHI і оцінено зменшення цієї похибки KBЧ. Maтeмaтичнo промодельовані похибки апроксимації та лінеаризації характеристики ДЕ^, оцінено сумарну зведену похибку комп'ютеризованої системи вимірювання товщини сталевих конструкцій. Розроблено апаратно-програмні засоби цифрового оброблення вихідного сигналу ДБ^, зокрема засоби лінеаризації характеристики /JBT, нагромадження даних та їх подальшого оброблення. Диссертация посвящена повышению точности измерительных каналов с вихретоковыми преобразователями и на их основе разработано компьютеризированную систему измерения толщины стальных листовых конструкций. Рассмотрены физические процессы, имеющие место при взаимодействии вихретокового преобразователя (ВТП) с ферромагнитным объектом. Проанализированы погрешности известного канала низкой частоты (КНЧ) двухчастотного вихретокового толщиномера (ДВТ) и на основе этого предложена структура КНЧ повышенной точности. Для уменьшения влияния зазора предложеный КНЧ дополнен каналом высокой частоты (КВЧ). Для упрощения структуры такого ДВТ розработан оригинальной комбинированный ВТП, сочетающий в себе свойства параметрического и трансформаторного преобразователей. Экспериментально проанализировано влияние зазора на погрешность КНЧ и оценено уменьшения этой погрешности КВЧ. Математически промоделированы погрешности аппроксимации и линеаризации характеристики ДВТ, оценена суммарная приведенная погрешность компьютеризированной системы измерения толщины стальных конструкций. Разработано аппаратно-программные средства цифровой обработки выходного сигнала ДВТ, в частности, средства линеаризации характеристики ДВТ, накопления данных и их дальнейшей обработки. The thesis is devoted to improving the accuracy of measuring channels with eddy current sensors and to development the computerized system measuring the thickness of steel sheet constructions based on these channels. Analog thickness gauge is an important part of this computerized system. It should be non-contact, to ensure measurement of steel constructions ranging from 0 to 8 ^ 10mm and be insensitive to changes in the gap between eddy current sensor (ECS) and research object (RO). The main methods used to measure the steel structure, was considered. Shown that the ultrasonic method is contact, electromagnet-acoustic (EMA) is very sensitive to changes in the gap, while the eddy current method is a non-contact method and allows the use of additional measurements to reduce the influence of gap. Therefore, the conclusion of the feasibility of using eddy current method. In the eddy current method RO treated as a short-break secondary winding of air transformer. This winding can be represented as a connection between R, L, C elements. We obtained analytical expressions for the approximate estimation of parameters of series and parallel electric models RO, constructed vector diagram qualitatively consistent with the known experimental hodograph for ferromagnetic objects and theoretically justifying their move. Analysis of electric models with serial and parallel connecting R, L, C elements was done, we show that a series model reflects the properties of ferromagnetic materials such as steel, and parallel reflects the properties of ferrites. Found that eddy current thickness gauge of steel constructions should be done by the dual structure, where the lower frequency channel (LFC) is assigned to measure the steel plate, and to reduce the impact of gap use higher frequency channel (HFC). The analysis of error of known LFC shown that they are caused by phase shift signal operating frequency band filter and phase shift because the winding of ECS is not identical. Methods of reducing the errors of automatic selection of the initial phase of the switching signal were developed. It is shown that the measurement error is reduced for the quadrature and common-mode components. Proposed and implemented experimentally studied two-frequency eddy current thickness gauge (TECT) in which to reduce errors of LFC the method of automatic selection phase switching signal was used and for reducing the influence of gap introduced auxiliary HFC. Analysed reducing errors caused by the influence of changes in the gap in the range of 0 to 6 mm. Error analysis of the mutual influence of channels TECT of the computerized system was done, it is shown that when the operating frequency of LFC is 1Hz and the operating frequency of HFC is 512Hz these errors can be neglected. Based on the requirements for obtaining maximum sensitivity LFC it should apply the parametric type of ECS , but in HFC it should apply the transformer type, which simplifies the structure of HFC. Therefore, to simplify the structure of TECT offered and implemented a combined (parametric-transformer) ECS, which combines properties of two types of ECS. Mathematically simulated error of approximation and linearization characteristics of TECT. By the total cumulative error of computerized system measuring the thickness of steel structures is analysed, we show that it does not exceed 5%. A hardware-software digital processing output sygnal of TECT, including means of linearization characteristics of TECT, the accumulation of data and their further processing using off-line were developed.