Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Спеціальність 05.13.05 – Елементи та пристрої обчислювальної техніки і систем управління. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2002.
Дисертаційна робота присвячена розробці методів і п’єзоелектричних засобів вимірювань гідродинамічного тиску та створенню на їх основі витратомірів автоматизованих систем контролю і управління.
Розроблено математичні моделі мономорфних і біморфних п’єзоелектричних перетворювачів та окремих вузлів датчиків тисків, які дозволяють оцінювати статичні і динамічні характеристики п’єзоперетворювачів при їх проектуванні та експлуатації. Встановлено, що динамічні властивості гідравлічного вузла п’єзоперетворювача тиску істотно залежать від фізико–хімічних властивостей рідини та конструктивного виконання датчика. Запропоновано аналітичний вираз для передавальної функції біморфного п’єзоперетворювача гідродинамічного тиску, що працює у трансформаторному режимі. Проведені експериментальні дослідження п’єзоелектричних п’єзоперетворювачів гідродинамічного тиску дозволили обґрунтувати метод та засоби вимірювання витрати рідких середовищ з похибкою не більше за один відсоток. Запропоновано конструкції п’єзоелектричних витратомірів рідких та газоподібних середовищ.
Головні результати роботи знайшли промислове застосування та використовуються у процесі навчання.
1. Проведені дослідження, спрямовані на вдосконалення пєзоелектричних перетворювачів гідродинамічного тиску, виявили ряд нових закономірностей, що дозволило розробити новий метод та пристрої вимірювання витрати рідких та газоподібних середовищ.
Результати роботи використовуються у промисловості та навчальному процесі.
2. При розрахунку чутливості перетворювачів тиску, виконаних на основі кварцових моноелементів, стержневих і пластинчастих пєзокерамічних елементів, необхідно враховувати фізичні та геометричні параметри, і, в першу чергу, пєзоелектричні константи та товщину пєзоелемента. Отримані аналітичні вирази для чутливостей перетворювачів можна використати на практиці при проектуванні пєзоперетворювачів фізичних величин.
3. Внаслідок розробки математичної моделі, що описує форму згину консольно закріпленого пєзоелемента, показано, що потрібно враховувати дотичні напруги від деформації зсуву пєзоелемента. Математичні моделі, що описують форму та механізм згину біморфного пєзоелемента, можна застосувати у теорії коливань пєзоелектричних тіл.
4. У результаті аналізу одержаної аналітичної залежності коефіцієнта трансформації у біморфному пєзоперетворювачі з гальванічно роз’єднаними електродами встановлено, що електромеханічні перетворення у ньому суттєво залежать від величини пєзомодуля, залишкової поляризації та діелектричної сталої пєзоелементів перетворювача.
5. Аналіз математичної моделі порожнини як гідравлічного вузла засобів вимірювань тиску та витрат показує, що динамічні властивості порожнини істотно залежать від фізично-хімічних властивостей рідини та геометричних форм і розмірів та конструктивного виконання порожнини.
6. Для зменшення динамічних похибок вимірювання тиску у процесі вимірювання слід використовувати корекцію показань, основану на використанні передавальної функції, здобутої в результаті структурно-параметричної ідентифікації пєзоперетворювача тиску.
7. Запропоновано аналітичний вираз для передавальної функції біморфного пєзоперетворювача гідродинамічного тиску, який працює у трансформаторному режимі, що дозволяє оптимізувати в динаміці режим роботи пристрою.
8. Проведені експериментальні дослідження пєзоелектричних перетворювачів гідродинамічного тиску витратомірів рідких та газоподібних середовищ свідчать, що найпростішим, з погляду апаратної реалізації, є амплітудний метод обробки інформативного сиґналу пєзоперетворювачів на частотах, що передують першому резонансу. Приведена похибка вимірювань витрати не перевищила одного відсотку.
9. Встановлено, що для збудження коливань у пєзоперетворювачі, який виконано на основі пєзокераміки ЦТС–19, та отримання надійно реєструємого інформативного сигналу, достатньо величини електричної напруги 2 В. Це відкриває перспективу застосування низьковольтної електроніки у пєзоперетворювачах гідродинамічного тиску витратомірів рідини та газу, як елементів систем керування.
Запропоновані конструкції пєзоелектричних витратомірів захищено патентами України.
Публікації автора:
Джагупов Р.Г., Глазева О.В. О возможностях применения пьезокерамики для измерения расходов жидкости и газа. // Придніпровський науковий вісник, сер. фізико–математичні науки, “Наука і освіта”.– 1998. – №6 (73). – С. 24–31.
Джагупов Р.Г., Глазева О.В., Никольский В.В. Современные элементы и устройства пьезоактивной электромеханики // Придніпровський науковий вісник, сер. фізико–математичні науки, – 1998 . – №6 (73). – С. 31–48.
Плавинский Е.Б., Глазева О.В. Форма изгиба и свободные колебания консольно закрепленных пьезопластин // Труды ОГПУ – 2001. – вып. 2 (14). – С. 142 – 145.
Плавинский Е.Б., Никитенко И.В., Глазева О.В., Пичугин А.Е. Определение статического коэффициента чувствительности пьезопреобразователей, выполненных на основе консольно закрепленных прямоугольных пьезопластин // Вісник ЧІТІ – 2001 – №4. – С. 54–57.
Плавинский Е.Б., Глазева О.В. Динамические свойства полости как гидравлического узла средств измерений параметров жидких и газообразных сред // Труды ОГПУ – 2000. – вып. 1 (10). – С. 110 – 115.
Глазева О.В., Онищенко О.А., Плавинский Е.Б. Структурно–параметрическая идентификация пьезоэлектрического датчика давления // Холодильная техника и технология – 2000, – вып. 64. – С. 116 – 120.
Глазева О.В., Онищенко О.А., Плавинский Е.Б. Динамические режимы работы пьезоэлектрических преобразователей давления // Холодильная техника и технология – 2002 – №1 (75). – С. 67–70.
Глазева О.В., Плавинский Е.Б. Моделирование функции преобразования пьезоэлектрических датчиков гидродинамических давлений // Холодильная техника и технология – 1999 – вып. 61. – С. 17–20.
Глазева О.В., Белокопытный А.С., Плавинский Е.Б. Пьезоэлектронный расходомер газовых потоков // Холодильная техника и технология – 2000 – вып. 68. – С. 65–66.
Глазева О.В., Онищенко О.А., Радимов И.Н. Исследование пьезопреобразователей на стенде с регулируемыми гидравлическими характеристиками // Холодильная техника и технология – 2001 – №5 (74). – С. 59–63 .
Глазева О.В. Пьезоэлектронный расходомер жидких сред / В кн.: Труды второй международной научно–практической конференции “Современные информационные и электронные технологии”. Одесса, – 2001 – С. 235.
Плавинский Е.Б., Никольский В.В., Глазева О.В. Пьезоэлектронные преобразователи физико–химических величин. / В кн.: Матеріали Міжнародної конференції з управління “Автоматика–2001 р.”, м. Одеса, Україна: в 2-х т. – Одеса, 2001. –Т.1 – С. 171–172.
Глазева О.В. Гидродинамические пьезоэлектрические расходомеры. // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля – 2002 – № 4 (50). – С. 192–195.
Плавинский Е.Б., Глазева О.В. Чувствительность пьезопреобразователя давления, выполненного на основе жестко закрепленной пьезопластины // Труды ОНПУ – 2002. – № 1 (17). – С. 86 – 88.
Плавинський Є.Б., Глазєва О.В. Визначення коефіцієнту трансформації в гальванічно розділеному п’єзоперетворювачі // Труды ОНПУ – 2002. – № 1 (17). – С. 90 – 95.
