Резистивный метод и устройство контроля электрических параметров жидких смазочных материалов Давыдова, Надежда Владимировна

Введение к работе

Актуальность работы. Подавляющее большинство машин и механизмов при своей работе используют смазочные материалы, от качества которых напрямую зависит их работоспособность и долговечность. Своевременная диагностика текущего состояния жидкого смазочного материала представляет важную задачу при решении широкого круга вопросов анализа качества горюче-смазочных материалов.

Качество смазочного материала зависит от множества физико-химических свойств, зачастую изменяющихся в процессе эксплуатации. Для оценки состояния любого смазочного материала ГОСТ 4.24-84 предлагает широкую номенклатуру показателей качества. При этом процедура определения качества смазочного материала по этим рекомендуемым показателям оказывается достаточно трудоёмкой и длительной, требующей наличия специально оборудованной лаборатории и квалифицированных специалистов.

Поэтому в настоящее время проводят поиск новых более доступных, простых и точных способов оценки текущего состояния смазочного материала. Для этих целей начинают активно использовать такие электрические показатели качества смазочных материалов как диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, а также их частотные дисперсии, для которых можно найти функциональные или корреляционные связи между их значениями и значениями стандартных показателей их качества.

Существенный вклад в развитие этого направления внесли В.Ф. Кукоз, В.Д. Хула,

1. В. Тарасов, Н.Г. Подгайный (ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ)), В.Л. Лашхи, Г.И. Шор,

2. А. Золотов (ФГУП «25 ГосНИИ МО РФ»), Б.В. Скворцова (СГАУ), Ю.Г. Подкин (ФГБОУ ВПО ИжГТУ), С.Н. Сычёв, Е.В. Пахолкин (ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» г. Орел) и другие.

Однако одним из основных препятствий для широкого применения электрических параметров при диагностике состояния масел является невысокая точность методов их измерения. Так, например, широко используемые для измерения электрических параметров масел мостовые и резонансные методы позволяют получить достаточную точность измерения только на тех частотах, для которых изготовлены используемые в них образцовые реактивные элементы (катушки индуктивности и конденсаторы), при переходе на другие частоты рабочего диапазона точность этих методов снижается. При этом погрешность определения диэлектрической проницаемости достигает 5 %, а тангенса угла диэлектрических потерь - 10 %. Так как диэлектрическая проницаемость при эксплуатации масла меняется не более чем на 30%, а тангенс угла диэлектрических потерь на - 70%, то использование существующих методов измерения не позволяет с достаточной степенью достоверности оценивать состояние смазочных масел. Кроме того существующие методы трудоемки, требуют балансировки или настройки в резонанс и не позволяют исследовать электрические параметры и их частотные дисперсии в тех случаях, когда эти параметры изменяются во времени. И, наконец, в настоящее время не существует методов, позволяющих исследовать дисперсию этих параметров в низкочастотной области.

Таким образом, вопрос разработки методов, позволяющих повысить точность и быстродействие, расширить рабочий частотный диапазон и упростить процедуру определения электрических параметров жидких смазочных материалов является весьма важным и актуальным. Решению этой задачи и посвящена диссертационная работа.

Объект исследования: резистивный метод контроля электрических параметров

жидких смазочных материалов.

Предмет исследований: принципы реализации и метрологические характеристики резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных материалов.

Целью диссертационной работы является повышение точности и быстродействия измерения электрических параметров жидких смазочных материалов, расширение рабочего частотного диапазона, упрощение процедуры измерения, обеспечение возможности исследования зависимостей электрических параметров жидких смазочных материалов от времени, температуры, напряженности и частоты электрического поля и т. д.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. 1. провести анализ существующих методов оценки качества смазочного материала с точки зрения их быстродействия, объективности, ширины рабочего частотного диапазона, обеспечения требуемой точности, простоты процесса измерения и его автоматизации;

   2. обосновать принцип и способ реализации резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных материалов без использования образцовых реактивных элементов;

   3. провести теоретические исследования чувствительности и точности резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных масел, на основе которого разработать научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов реализации резистивного метода, исходя из условия обеспечения наибольшей точности и чувствительности;

   4. разработать методику определения электрических параметров жидких смазочных материалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь рези- стивным методом;

   5. разработать экспериментальную установку для апробации резистивного метода контроля электрических параметров жидких смазочных материалов;

   6. провести экспериментальные исследования электрических параметров стандартных калибровочных жидкостей и смазочных масел резистивным методом с целью апробации метода и подтверждения достоверности заложенных в его основу теоретических положений и достижения улучшенных метрологических характеристик.

   Методы и средства исследования. В работе используются методы анализа эквивалентных электрических схем при исследовании процессов протекающих в жидких диэлектриках под действием переменного электрического поля, математический аппарат теории статистики, спектрального анализа, численного и дифференциального исчисления, а также цифровой обработки сигналов. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных средств измерения и на оригинальных установках, выполненных с использованием средств вычислительной техники.

   Достоверность научных положений подтверждается корректностью использования математического аппарата, их практической реализацией и соответствием аналитических данных и выводов, полученных по итогам теоретических исследований, результатам обработки данных экспериментальных исследований.

   Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что:

   - разработан резистивный метод раздельного определения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления емкостной ячейки, заполненной жидким смазочным материалом, отличающийся тем, что вместо образцовых реактивных элементов в измерительную цепь последовательно с емкостной ячейкой включаются поочередно или одновременно два образцовых активных сопротивления, основанный на поочередном или одномоментном измерении отношений напряжений, создаваемых током, протекающим в измерительной цепи, на соответствующих участках этой цепи к напряжению, падающему на измеряемом сопротивлении емкостной ячейке, и позволяющий по результатам измерения отношений напряжений и значениям образцовых активных сопротивлений определять искомые составляющие сопротивления исследуемой емкостной ячейки;

   1. теоретически установлены зависимости между параметрами исследуемого смазочного материала, соотношениями образцовых активных сопротивлений, включаемых в измерительную цепь, реализующую резистивный метод, и его чувствительностью и точностью, позволяющими оптимизировать режим измерения;

   2. разработана методика определения электрических параметров жидких смазочных материалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь рези- стивным методом.

   Практическая ценность:

   2. 7. Разработаны резистивный метод и устройство контроля электрических параметров смазочных масел, защищенные патентами Российской Федерации на изобретения №2431855 и №2433416.

      8. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов измерения резистивным методом.

      9. Разработана методика определения электрических параметров жидких смазочных материалов: диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь рези- стивным методом.

      10. Экспериментально обоснована возможность использования резистивного метода для исследования зависимостей электрических параметров жидких смазочных масел от времени, температуры, напряженности и частоты электрического поля и т. д.

      11. Показана возможность использования резистивного метода контроля для оценки степени старения смазочных масел.

      Результаты диссертации приняты к внедрению на ЗАО «Научприбор» и внедрены в ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» в учебный процесс при подготовке специалистов и бакалавров по специальности и направлению «Приборостроение». Кроме того отдельные результаты, полученные соискателем в рамках выполнения диссертационного исследования, использованы при выполнении финансируемых Минобрнауки России научных проектов « Разработка научной базы для технологий триботехнических испытаний и диагностики электрическими методами» по программе «Развитие научного потенциала высшей школы» (2005 г. № ГР 0120.0504036) и «Теория и принципы интеллектуализации электрических методов мониторинга узлов трения» ( в рамках формирования государственных заданий в высшем учебном заведении на 2012-2014 г.).

      Положения, выносимые на защиту:

      3. резистивный метод контроля электрических параметров жидких смазочных материалов, включающий оригинальные принципы и способы его реализации без применения образцовых реактивных элементов;

      4. научно-обоснованные рекомендации по оптимизации режимов измерения рези- стивным методом, а также методика определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь смазочных материалов;

      5. принцип действия устройства, реализующего резистивный метод контроля электрических параметров жидких смазочных материалов, позволяющего уменьшить влияние паразитных емкостей и нелинейных искажений напряжения питания измерительной цепи.

      Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 5 Международных конференциях и семинарах: Международный научный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет» (Орел, 2006 г.); Международная 5-я научно-практическая конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2006 г.); Международная школа-семинар молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества» (Тамбов, 2006 г.); Шестая международная научно-техническая конференция «Чкаловские чтения»( Егорьевск, 2007 г.); Международная научно-техническая интернет-конференция «Информационные системы и технологии 2011» (Орёл, 2011 г.).

      Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе два патента РФ.

      Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 243 страницах машинописного текста, иллюстрируется 43 рисунками, 59 таблицами (в том числе 34 в приложении), состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 186 наименований, 6 приложений.

      Похожие диссертации на Резистивный метод и устройство контроля электрических параметров жидких смазочных материалов

      

      МЕТОД КОНТРОЛЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ПАРАМЕТРАМ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫДаниленко Виктор Сергеевич

      Методы неразрушающего контроля диэлектрических материалов и изделий по параметрам частичных разрядов (теория и разработка)Чан Ки Фук

      

      РАЗРАБОТКА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТНОСТИ И ПРОЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ПАРАМЕТРАМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОТКЛИКА НА ИМПУЛЬСНОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕДанн Денис Дмитриевич

      

      Идентификация конструкционных материалов методами неразрушающего контроля физико-механических характеристик и структурных параметровКашубский Александр Николаевич

      

      Неразрушающий микроволновой метод и устройство контроля магнитодиэлектрических свойств материалов покрытий металлических поверхностейКаберов Сергей Рудольфович

      

      Неразрушающий бесконтактный микроволновый метод и устройство контроля влажности твёрдых материаловДмитриев Сергей Александрович

      Пневматические времяимпульсные методы и устройства контроля плотности сыпучих материаловБулгаков, Николай Александрович

      

      Микроволновый термовлагометрический метод и устройство контроля влажности строительных материалов Тетушкин Владимир Александрович

      

      Радиоволновой метод и устройство для контроля кинетики отверждения материалов в изделиях без их разрушения Маслов Владимир Витальевич

      

      Пневмодинамические методы и устройства контроля плотности жидкостей и сыпучих материаловМордасов Денис Михайлович