Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Релаксационные диэлькометрические измерительные преобразователи для мониторинга моторных масел Макшаков Евгений Дмитриевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Макшаков Евгений Дмитриевич. Релаксационные диэлькометрические измерительные преобразователи для мониторинга моторных масел: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.11.13 / Макшаков Евгений Дмитриевич;[Место защиты: Институт механики УрО РАН].- Ижевск, 2013

Введение к работе

Актуальность темы. Диэлькометрический способ измерения, основанный на взаимодействии электрического поля с веществом, является фундаментальным способом исследования и широко используется в различных технологических процессах для контроля свойств материалов, качества сырья и продукции. В настоящее время диэлькометрия применяется как один из основных способов вла- гометрии сельскохозяйственных материалов, нефти и нефтепродуктов, древесины, для определения качественных показателей нефтепродуктов, а также в технологическом контроле производства пищевых продуктов. При этом значительно сокращается время измерений, обеспечивается возможность непрерывного контроля технологического процесса, а сами измерительные устройства просты в использовании и не требуют высоких затрат при технической реализации.

Однако большинство портативных диэлькометрических анализаторов горюче-смазочных материалов, в функции которых входит оценка качественных и количественных характеристик моторных масел, не предназначены для использования в качестве средств мониторинга моторных масел в процессе эксплуатации. При этом необходимость в разработке таких средств не вызывает сомнения, поскольку моторные масла являются продукцией массового производства, масштабы потребления которой носят поистине глобальный характер. Мониторинг состояния моторного масла в системе смазки двигателя позволяет своевременно производить замену масла по его фактическому состоянию. Но на сегодняшний день подобные средства мало распространены и реализуются в основном как интегрированные в системах управления и контроля транспортных средств и других машин преимущественно зарубежного производства.

Главным же недостатком существующих диэлькометрических анализаторов горюче-смазочных материалов является положенный в основу их работы принцип воздействия на исследуемый материал. Спектр частот воздействующего измерительного сигнала известных средств мониторинга, как правило, узок, в то время как диэлектрические характеристики моторных масел неравномерны в диапазоне частот от низких до сверхвысоких. Особенно ярко неравномерность диэлектрических характеристик выражена у работающих моторных масел, которые представляют собой сложные дисперсные системы. В этом случае использование узкополосных сигналов приводит к существенному снижению информативности.

По этой причине разработка диэлькометрических средств контроля смазочных материалов с улучшенными, в частности за счет оптимизации частотного спектра, характеристиками для систем мониторинга является актуальной проблемой, решение которой гарантирует увеличение срока службы моторных масел, экономию природных ресурсов, применяемых для их изготовления, и повышение качества природной среды.

Степень разработанности темы. Теория диэлькометрического способа базируется на трудах К.В. Вагнера, П. Дебая, Г.А. Лоренца, Д.К. Максвелла, Г. Фре- лиха. Методике диэлькометрии посвящены многочисленные исследования от классических работ по теории диэлектриков В. Брауна, Г.И. Сканави, Ф. Эме до современных трудов Н.П. Богородицкого, Т. Грина, В.И. Ермакова, Ю.В. Подгор- ного, Ю.Г. Подкина, А.А. Потапова, Б. Ридли, Т.Л. Челидзе, Т. Ханаи, Р. Шварт- ца, Ян-Жень Вэя и других исследователей.

Существенный вклад в развитие методов и создание средств диэлькометри- ческого контроля горюче-смазочных материалов внесли Е.В. Пахолкин, С.В. Усиков, В.Н. Шатохин, Г.В. Шувалов и другие. Изучены информационные возможности составляющих комплексной диэлектрической проницаемости в широком диапазоне частот и воздействий. Разнообразие диэлектрических спектров горючесмазочных материалов открывает принципиально новый подход к созданию ди- элькометрических средств контроля качественных и количественных характеристик нефтепродуктов. Но для проведения частотного диэлькометрического анализа требуется сложная аппаратура, поэтому его применение в средствах технологического контроля до сих пор не получило должного распространения.

Решение создавшейся проблемы возможно путем перехода от частотного преобразования диэлектрических характеристик к временному преобразованию. С этой целью можно использовать релаксационные диэлькометрические измерительные преобразователи. Особенно плодотворно изучение релаксационных явлений в нефтепродуктах с большими временами релаксации составляющих их компонентов. В этом случае структура разрабатываемых средств контроля и сам процесс преобразования диэлектрических характеристик значительно упрощаются.

Объектом исследования являются релаксационные диэлькометрические измерительные преобразователи для систем контроля моторных масел.

Предмет исследования - способы, алгоритмы и устройства независимого преобразования диэлектрических характеристик моторных масел в эквивалентные релаксационные электрические характеристики, возможность оценки в процессе эксплуатации состояния моторного масла по этим характеристикам.

Целью диссертационной работы является разработка релаксационных ди- элькометрических измерительных преобразователей для мониторинга моторных масел в процессе эксплуатации.

Задачи исследования:

    1. Анализ методов и средств определения состава и свойств моторных масел, обоснование выбора релаксационной диэлькометрии как способа непрерывного контроля изменения состояния моторных масел в процессе эксплуатации;

    2. Разработка релаксационных диэлькометрических измерительных преобразователей составляющих комплексной диэлектрической проницаемости с расширенными диапазонами преобразования;

    3. Разработка конструкции емкостного первичного измерительного преобразователя для контроля состояния моторных масел;

    4. Экспериментальные исследования созданных диэлькометрических измерительных преобразователей, эквивалентных релаксационных электрических характеристик моторных масел, изучение возможности применимости релаксационной диэлькометрии для создания средств мониторинга моторных масел в процессе эксплуатации.

    Научная новизна результатов диссертационного исследования заключается в следующем:

        1. Предложен новый способ измерения активного сопротивления резистив- но-емкостного двухполюсника инвариантно емкости, на основе которого создан комплекс релаксационных измерительных преобразователей диэлектрических характеристик моторных масел с расширенными диапазонами преобразования по удельному сопротивлению и диэлектрической проницаемости

        2. Разработан, изготовлен и исследован емкостный трехэлектродный первичный измерительный преобразователь коаксиального типа с термодатчиком погружного типа, пригодный для исследования жидких диэлектриков с диэлектрической проницаемостью 2...40 ед. Для уменьшения собственной неизменяемой емкости первичного измерительного преобразователя введен дополнительный разделяющий эквипотенциальный электрод.

        3. Обоснована и экспериментально подтверждена возможность применения релаксационной диэлькометрии для двухуровневого мониторинга степени дест- руктуризации моторных масел в процессе эксплуатации. Полученные данные согласуются с фактом «вымывания» присадок в процессе эксплуатации и образованием в структуре масел макрочастиц загрязнений с одноименным зарядом на поверхности раздела фаз. На основе выявленных закономерностей разработан способ контроля состояния моторных масел в процессе эксплуатации по изменениям их эквивалентных релаксационных электрических характеристик.

        Результаты диссертационной работы использованы в программе подготовки магистров техники и технологии по направлению «Информатика и вычислительная техника» (программа «Информационно-измерительные системы», дисциплина «Аппаратные средства информационно-измерительных систем») при выполнении магистерских диссертаций в ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»; при диагностике автомобилей в ООО «Прайд», автосалоне г. Сарапула.

        Издания, рекомендованные ВАК

              1. Макшаков, Е.Д. Температурная коррекция в релаксационном автогенераторном измерительном преобразователе // Вестник ИжГТУ, 2011. - № 3. - С. 110- 112.

              2. Макшаков, Е.Д. Система экспресс-анализа качества моторных масел // Вестник ИжГТУ, 2012. - № 2. - С. 125-127.

              3. Пат. № 2461841 Российская Федерация, МПК G01R27/02. Устройство измерения активного сопротивления диссипативных CG-двухполюсников / Макшаков Е.Д.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова». - № 2011118081/28; заявл. 04.05.2011; опубл. - 20.09.2012.

              Другие публикации

                    1. Макшаков, Е.Д. Исследование и разработка макета измерителя составляющих комплексной диэлектрической проницаемости жидких сред // Информа- троллера экспериментально определенные исходные эквивалентные релаксационные параметры R0, Со, пороговые параметры Rllov, Cnop при значении температуры to, выбираемом в интервале от 20 до 50 С индивидуально для каждого масла по критерию кондиционности, рассчитанные относительные изменения

                    noPi? = ; Snopr = и пороговую степень деструктуризации

                    Dllop = lg(SItop ^ ]+ lg(5nop j, на стадии прогрева двигателя при достижении температуры to, измеряют текущие эквивалентные релаксационные параметры MM R(Jo)

                    s ^(zO )~Ro й C(zCl)-Q) и С (/о), рассчитывают относительные изменения oR = ; ос = ,

                    rQ Cq

                    текущую степень деструктуризации

                    D = lg(5j + lg(5c) и если D > Dnop, принимают решение о некондиционности ММ. При рабочей температуре двигателя tv для распространенных марок моторных масел экспериментально определяют по критерию кондиционности масла и записывают в базу данных бортового контроллера значения пороговых рабочих эквивалентных электрических емкостей Спор, исходные эквивалентные электрические емкости Сор, рассчитанные значе-

                    C - С

                    ния второй пороговой степени деструктуризации Dcпор = Ig—— —, измеряют

                    О) р

                    текущее рабочее значение эквивалентной релаксационной емкости С(7Р), рассчи-

                    C(t„ ) Cqd

                    тывают рабочее значение степени деструктуризации Dc=Ig при

                    Dc > DCnop принимается решение о некондиционности ММ.

                    В результате проделанной работы созданы релаксационные диэлькометри- ческие измерительные преобразователи для мониторинга моторных масел в процессе эксплуатации.

                            1. Анализ источников информации о составе и состоянии моторных масел позволил сделать вывод о том, что в процессе эксплуатации в двигателе внутреннего сгорания они представляют собой сложную дисперсную систему с наиболее выраженными низкочастотными механизмами электрической поляризации, поэтому мониторинг такой системы целесообразно базировать на анализе диэлектрических характеристик в низкочастотной релаксационной области.

                            2. Разработана усовершенствованная методика проведения измерений составляющих комплексного сопротивления /^( -двухполюсников с применением измерителя добротности, обеспечивающая повышение разрешающей способности по составляющим комплексного сопротивления эквивалентных RC- двухполюсников. Это позволило оценить диэлектрические характеристики MM в диапазоне частот от 56,23 до 3000 кГц.

                            разработана методика измерения параметров резистивно-емкостных двухполюсников, обеспечивающая повышение разрешающей способности по составляющим комплексного сопротивления стандартных средств измерения с гармоническим измерительным сигналом, в частности, измерителей добротности, что позволяет их использовать для исследования диэлектрических спектров моторных масел;

                            предложен новый способ измерения активного сопротивления резистивно- емкостного двухполюсника инвариантно емкости (Патент РФ № 2461841), на основе которого создан комплекс релаксационных измерительных преобразователей диэлектрических характеристик моторных масел с расширенными диапазонами преобразования по удельному сопротивлению и диэлектрической проницаемости;

                            на основе анализа экспериментальных данных по кинетике эквивалентных релаксационных электрических характеристик свежих и отработавших моторных масел научно обоснована возможность оценки состояния моторного масла в процессе эксплуатации;

                            разработан способ мониторинга состояния моторного масла в процессе эксплуатации на основе контроля изменений эквивалентных релаксационных электрических характеристик.

                            Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана новая методика измерения составляющих комплексного сопротивления резистивно- емкостных двухполюсников с помощью измерителя добротности, обеспечивающая повышение разрешающей способности по составляющим комплексного сопротивления эквивалентных резистивно-емкостных двухполюсников.

                            Создан комплекс средств инвариантного измерения составляющих резистивно-емкостных двухполюсников, эквивалентно отражающих изменение удельного сопротивления р и диэлектрической проницаемости є моторных масел в релаксационной области.

                            Обнаружена зависимость инкрементов эквивалентных релаксационных электрических сопротивления и емкости длительно работающих моторных масел от степени деструктуризации. Это дает возможность применять релаксационные диэлькометрические измерительные преобразователи, в комплексе с адаптированными для этой цели емкостными первичными измерительными преобразователями, для построения системы мониторинга моторных масел в процессе эксплуатации.

                            Разработанные релаксационные диэлькометрические измерительные преобразователи могут быть выполнены в виде автономных, или интегрированных в бортовую систему контроля, микромодулей мониторинга моторных масел в процессе эксплуатации.

                            Методология и методы исследования. При решении диссертационных задач использовались методы теории автоматического управления, элементы теории релаксационной поляризации, математического моделирования измерительных преобразователей, методы конструкторского проектирования средств диэль- кометрического контроля для создания макетов измерительных преобразователей, методы математической статистики при обработке экспериментальных данных и при определении метрологических характеристик созданных средств измерений, методы аппроксимации характеристик нелинейных элементов.

                            На защиту выносятся:

                            теоретическое обоснование и схемотехническая реализация комплекса релаксационных диэлькометрических измерительных преобразователей параметров резистивно-емкостных двухполюсников с расширенными диапазонами преобразования;

                            конструктивное решение первичного измерительного преобразователя для оценки состояния моторных масел;

                            результаты экспериментальных исследований эквивалентных релаксационных электрических характеристик свежих и отработавших моторных масел;

                            способ контроля состояния моторных масел в процессе эксплуатации по их эквивалентным релаксационным электрическим характеристикам.

                            Степень достоверности. Теоретические модели измерительных процессов разработанных преобразователей базируются на фундаментальных положениях теоретической физики и электротехники. Достигнутые в работе результаты и выводы подтверждены применением научно обоснованных методов получения и обработки измерительной информации; данными натурных испытаний; использованием поверенных измерительных средств, применением образцовых жидкостей с известными диэлектрическими параметрами.

                            Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в программе подготовки магистров техники и технологии по направлению «Информатика и вычислительная техника» (программа «Информационно- измерительные системы», дисциплина «Аппаратные средства информационно- измерительных систем») при выполнении магистерских диссертаций в ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»; при диагностике автомобилей в ООО «Прайд», автосалоне г. Сарапула.

                            Апробация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований апробированы и обсуждены на конференциях: «Информационное обеспечение инновационных технологий», Сарапул, 2008 г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций», Самара, 2010 г.; Республиканская научно-методическая очно-заочная конференция «Информационное и техническое обеспечение инновационных технологий», Сарапул, 2010 г.; Научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, промышленности и образовании» факультета «Информатика и вычислительная техника» ИжГТУ, Ижевск, 2010 г., 2011 г.

                            Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 10 научных публикациях, в том числе 2 статьях в издании, рекомендуемом ВАК, и патенте на изобретение.

                            Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, приложения и списка литературы, содержание которых изложено на 136 страницах машинописного текста. В работу включены 47 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 94 наименования.