Дисертації з теми "621.317.42"

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 – електричні станції, мережі і системи. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків 2016. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального науково-технічного завдання вибору параметрів ефективних засобів блискавкозахисту електроенергетичних об'єктів за допомогою вдосконалених моделей електрофізичних процесів на фінальній стадії руху лідерного каналу блискавки до землі з урахуванням можливості появи зустрічного лідера від наземних об'єктів. За допомогою фізичного та математичного моделювання електрофізичних процесів розвитку електричного пробою у системах з заземленими електродами, що мають загострені або округлені вершини, доведено, що наявність або відсутність корони, а також її інтенсивність, пропорційна току корони, не оказує впливу на імовірність поразки заземленого електрода високовольтним розрядом при рівнях прикладеної постійної напруги, що відповідають умовам грозової обстановки. Запропоновано статистичну модель для визначення імовірності удару блискавки в електроенергетичні об'єкти з урахуванням їх висоти і габаритів, а також можливості розвитку від них зустрічної іскри. Ця модель заснована на використанні експериментальних даних щодо параметрів блискавок, а також процесів при пробої довгих повітряних проміжків. Наведено результати експериментальних досліджень кореляції між інтенсивністю коронування заземленого електрода (імітує блискавковідвід за умови грози) та імовірністю влучення в нього високовольтного імпульсного розряду (імітує удар блискавки).
Thesis for scientific degree of candidate of technical sciences, specialty 05.14.02 – electrical power stations, networks and systems. - National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkov 2016. The thesis is devoted to solution of modern scientific and technical problem of choosing of the parameters of effective means of lightning protection of electric power facilities using advanced models the electrical processes in the final stages of motion of leader channel of lightning to the ground with regard of the possibility of appearance of an ascending leader from grounded objects. A statistical model for determination of the probability of lightning strokes at objects on the ground, taking into account their height and size, as well as probabilities of development of ascending sparks from them, based on the usage of experimental data on the parameters of lightning and the electrical physical processes at breakdown of long air gaps has been proposed. The results of experimental studies of the correlation between the intensity of corona from earthed electrodes (simulate a lightning rod in a thunderstorm situation) and probability of being hit by a high-voltage impulse discharges (simulate lightning strike) have been presented.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 – Электрические станции, сети и системы. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков 2016. Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической задачи выбора параметров эффективных средств молниезащиты электроэнергетических объектов с помощью усовершенствованных моделей электрофизических процессов на финальной стадии продвижения лидерного канала молнии к земле с учетом возможности появления встречного лидера от заземленных объектов. В диссертации обоснована цель и актуальность проводимых исследований, проведен обзор известных из литературы экспериментальных данных о параметрах лидерного канала молнии при высоковольтном разряде. Проведен анализ существующих методов моделирования электромагнитных процессов при продвижении лидерного канала молнии к земле, а также методов расчета электрического поля в системах с тонкими длинными проводящими объектами типа разрядных каналов и проводящих стержней. Предложена статистическая модель для определения вероятности удара молнии в электротехнические объекты с учетом их высоты и габаритов, а также возможности развития от них встречной искры, основанная на использовании имеющихся данных о параметрах молний и электрофизических процессах при пробое длинных воздушных промежутков. Компьютерное моделирование процессов, сопровождающих продвижение лидерного канала молнии на последнем этапе перед "выбором" места удара заземленного объекта, позволило определить прогнозируемое число поражений молниеотводов и защищаемого нестандартного электротехнического объекта (цистерны с нефтепродуктами). При этом оценена степень влияния числа используемых молениеотводов на вероятность поражения защищаемого объекта, а также показано, что применение тросовых молниеотводов выбранной конфигурации позволяет практически исключить попадание молнии в рассмотренный объект в течение всего срока его эксплуатации.
Thesis for scientific degree of candidate of technical sciences, specialty 05.14.02 – electrical power stations, networks and systems. - National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Kharkov 2016. The thesis is devoted to solution of modern scientific and technical problem of choosing of the parameters of effective means of lightning protection of electric power facilities using advanced models the electrical processes in the final stages of motion of leader channel of lightning to the ground with regard of the possibility of appearance of an ascending leader from grounded objects. A statistical model for determination of the probability of lightning strokes at objects on the ground, taking into account their height and size, as well as probabilities of development of ascending sparks from them, based on the usage of experimental data on the parameters of lightning and the electrical physical processes at breakdown of long air gaps has been proposed. The results of experimental studies of the correlation between the intensity of corona from earthed electrodes (simulate a lightning rod in a thunderstorm situation) and probability of being hit by a high-voltage impulse discharges (simulate lightning strike) have been presented.

Метою роботи є дослідження та розробка апаратно-програмного комплексу системи контролю літій-іонних акумуляторних батарей В розділі 1 було розглянуто використання літій-іонних акумуляторів у техніці, їхні технічні характеристики та можливість їхнього вторинного використання. В розділі 2 проведено аналіз існуючих алгоритмів пасивного балансування послідовно включених акумуляторів типу 18650. Вибрано мікросхеми вимірювання температури, напруги, струму та головний мікроконтролер. В розділі 3 проведено розробку та тестування алгоритмів визначення внутрішнього опору, визначення температури, створення таблиць OCV та алгоритму балансування. В розділі 4 описано основні вимоги експлуатації, відповідно до норм міжнародного стандарту ДСТУ EN IEC 62040-1:2020 “Системи безперебійного живлення. Частина 1. Вимоги щодо безпеки (EN IEC 62040-1:2019, IDТ; ІЕС 62040-1:2017, IDТ)”, та норми охорони праці при використанні системи контролю акумуляторних батарей
ВСТУП 10 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ ТА ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ СИСТЕМ КОНТРОЛЮ АКУМУЛЯТОРНИХ БАТАРЕЙ 13 1.1 Призначення системи контролю Li-ion акумуляторів 13 1.2 Повторне використання Li-ion акумуляторів 16 1.3 Методи зарядки Li-ion акумуляторів 18 1.4 Методи захисту акумуляторних батарей реалізовані на BMS 19 1.5 Огляд існуючих систем безперебійного живлення на базі Li-ion акумуляторів 21 1.6 Висновки до розділу 1 24 РОЗДІЛ 2 ВИБІР ЗАСОБІВ ТА МЕТОДІВ ДЛЯ ПРИСТРОЮ BMS 26 2.1 Вибір алгоритму балансування 26 2.2 Алгоритм визначення внутрішнього опору Li-ion акумулятора 31 2.3 Опис алгоритм створення таблиці OCV 33 2.4 Вибір мікросхеми датчика струму 35 2.5 Вибір мікросхеми BMB 39 2.6 Висновки до розділу 2 42 РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА ТА ТЕСТУВАННЯ АПАРАТНО - ПРОГРАМНОЇ ЧАСТИНИ 43 3.1 Розробка плати BMS 43 3.2 Розробка алгоритму балансування 45 3.2 Тестування алгоритму визначення внутрішнього опору батареї 48 3.3 Тестування алгоритму створення таблиць OCV 50 3.4 Тестування алгоритму визначення температури 52 3.5 Тестування алгоритму балансування 54 3.6 Висновки до розділу 3 58 РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 59 4.1 Охорона праці 59 4.2 Інженерний захист персоналу об’єкту та населення 61 4.3 Висновки до розділу 4 63 ВИСНОВКИ 65 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 67 ДОДАТОК А 70 ДОДАТОК B 77

У даній роботі описано процес створення системи керування імітатором магнітного поля, який буде використовуватися для випробування підсистеми орієнтації та стабілізації наносупутників КПІ ім. Ігоря Сікорського. Розглянуто конструкцію та принцип роботи магнітних імітаторів. Проведений аналіз існуючих аналогів системи керування. За результатами аналізу прийнято рішення використовувати імпульсний метод регулювання та мостову схему регулятора. Розроблено структурну та принципову схему пристрою. Підібрані необхідні компоненти та створено експериментальний макет системи, для якого написано програмне забезпечення. Проведено випробування, під час якого виявлені значні пульсації струму у котушках імітатора. Для зменшення пульсацій розраховано та створено вихідний фільтр для драйвера котушки. Результати розрахунку підтверджені експериментальними даними.
This paper describes the process of creating a control system for a magnetic field simulator, which will be used to test the orientation and stabilization subsystem of nanosatellites of Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute. The design and principle of operation of magnetic simulators are considered. The analysis of existing analogues of the control system was carried out. Based on the results of the analysis, it was decided to use the pulse regulation method and the bridge circuit of the regulator. The structural and schematic diagrams of the device were developed. The necessary components were selected and an experimental system layout was created, for which software was written. A test was performed, during which significant current ripple in the simulator coils was detected. To reduce ripple, the output filter for the coil driver was calculated and created. The calculation results are confirmed by experimental data.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка (141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми розвитку теоретичних основ, методів і засобів аналізу і синтезу просторової структури стаціонарного магнітного поля технічних об'єктів на основі витягнуто-сфероїдальних, сферичних, сплюснуто-сфероїдальних, а також циліндричних гармонік скалярного потенціалу. У дисертаційній роботі обґрунтовано засади практичного застосування просторового гармонічного аналізу магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів (ТО) з урахуванням особливості їх форми. Для використання в якості теоретичної основи синтезу струмових джерел магнітного поля отримано узагальнене зображення векторного потенціалу у вигляді його взаємозв'язку з витягнуто-сфероїдальними, сферичними та сплюснуто-сфероїдальними гармоніками скалярного потенціалу магнітного поля. Розроблено метод експериментального визначення амплітудних коефіцієнтів просторових гармонік, заснований на узагальненому представленні сферичних і сфероїдальних гармонік магнітного поля, для практичного визначення просторової структури магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів, з використанням єдиної експеримен-тально-методичної бази. Розроблено метод практичного визначення величин 24-х амплітудних коефіцієнтів сферичних гармонік магнітного поля за допомогою системи кругових контурних обмоток, який використовує при математичній обробці сигнатур обертання властивість зменшення відносного вкладу в вимірюваний магнітний потік від гармонік старших степенів магнітного поля при видаленні від поверхні ТО. Розроблено метод експериментального визначення мультипольних магнітних моментів, заснований на інтегральній обробці сигнатур трьох проекцій магнітної індукції, зафіксованих поблизу технічного об'єкта, при його лінійному переміщенні. Виконано класифікацію методів і засобів експериментального визначення сферичних гармонік магнітного поля технічних об'єктів. Обґрунтовано принципи побудови систем для експериментального визначення просторових гармонік магнітного поля ТО. Для пошуку параметрів конструкції циліндричного електромагніта з максимальним створюваним магнітним моментом розроблено аналітичну модель магнітного поля електромагніту, на основі циліндричного гармонічного аналізу індуктивної намагніченості його феромагнітного осердя. Для створення із заданою якістю просторової структури магнітного поля квадрупольного електромагніту розроблено метод мінімізації вкладів неквадрупольних середньо-інтегральних по довжині коефіцієнтів магнітної індукції в апертурі, на основі знайденого їх взаємозв'язку з параметрами конструкції залізного ярма і надпровідної струмової обмотки.
Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences in the specialty 05.09.05 – theoretical electrical engineering (141 – electric power engineering, electrotechnics and electromechanics). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2019. The dissertation is devoted to solve the actual scientific problem of the development of theoretical bases, analysis and synthesis methods and means of the spatial structure of the stationary magnetic field of technical objects on the basis scalar potential’s of elongated spheroidal, spherical, flattened-spheroidal, and cylindrical harmonics. In the thesis substantiated practical application principles of spatial harmonic analysis of the magnetic field near the technical objects (TO) surface, taking into account their forms peculiarities. To use as a theoretical basis for the synthesis of magnetic fields current sources, the generalized vector’s potential representation is obtained in the form of its interrelation with elongated-spheroidal, spherical and oblate-spheroidal harmonics of the scalar potential of the magnetic field. The experimental determination method of amplitude coefficients of spatial harmonics, based on the generalized representation of spherical and spheroidal harmonics of the magnetic field, is developed for practical determination of the spatial structure of the magnetic field near the surface of technical objects, using a single experimental-methodical basis. The method for practical determination of the values of the 24 amplitude coefficients of spherical harmonics of a magnetic field by means of a system of circular contour windings using, in the mathematical processing of rotational signatures, the property of reducing the relative contribution to the measured magnetic flux from the harmonics of the higher power magnetic field when moving away from the surface of TO is developed. The method of experimental determination of multipole magnetic moments, based on integral processing of pass-through characteristics of three magnetics induction projections, fixed near the technical object, with its linear displacement, is developed. The classification of methods and means of experimental spherical harmonic’s determination of technical object’s magnetic field is fulfilled. The principles of system’s construction for experimental determination of spatial harmonics of magnetic field TO are substantiated. An analytical electromagnet’s model of the magnetic field, based on a cylindrical harmonic analysis of the inductive magnetization of its ferromagnetic core, was developed to find cylindrical electromagnet’s parameters with a maximum-created magnetic moment. To create a quadrupole electromagnet with the given quality of the magnetics field spatial structure, a method for minimizing the contributions of nonquadrupture intermediate-integral lengths of the magnetic induction coefficients in the aperture, based on their found relationship with the parameters of the floors yarn construction and the superconducting current winding, was developed.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.05 – теоретична електротехніка (141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019. Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми розвитку теоретичних основ, методів і засобів аналізу і синтезу просторової структури стаціонарного магнітного поля технічних об'єктів на основі витягнуто-сфероїдальних, сферичних, сплюснуто-сфероїдальних, а також циліндричних гармонік скалярного потенціалу. У дисертаційній роботі обґрунтовано засади практичного застосування просторового гармонічного аналізу магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів (ТО) з урахуванням особливості їх форми. Для використання в якості теоретичної основи синтезу струмових джерел магнітного поля отримано узагальнене зображення векторного потенціалу у вигляді його взаємозв'язку з витягнуто-сфероїдальними, сферичними та сплюснуто-сфероїдальними гармоніками скалярного потенціалу магнітного поля. Розроблено метод експериментального визначення амплітудних коефіцієнтів просторових гармонік, заснований на узагальненому представленні сферичних і сфероїдальних гармонік магнітного поля, для практичного визначення просторової структури магнітного поля поблизу поверхні технічних об'єктів, з використанням єдиної експеримен-тально-методичної бази. Розроблено метод практичного визначення величин 24-х амплітудних коефіцієнтів сферичних гармонік магнітного поля за допомогою системи кругових контурних обмоток, який використовує при математичній обробці сигнатур обертання властивість зменшення відносного вкладу в вимірюваний магнітний потік від гармонік старших степенів магнітного поля при видаленні від поверхні ТО. Розроблено метод експериментального визначення мультипольних магнітних моментів, заснований на інтегральній обробці сигнатур трьох проекцій магнітної індукції, зафіксованих поблизу технічного об'єкта, при його лінійному переміщенні. Виконано класифікацію методів і засобів експериментального визначення сферичних гармонік магнітного поля технічних об'єктів. Обґрунтовано принципи побудови систем для експериментального визначення просторових гармонік магнітного поля ТО. Для пошуку параметрів конструкції циліндричного електромагніта з максимальним створюваним магнітним моментом розроблено аналітичну модель магнітного поля електромагніту, на основі циліндричного гармонічного аналізу індуктивної намагніченості його феромагнітного осердя. Для створення із заданою якістю просторової структури магнітного поля квадрупольного електромагніту розроблено метод мінімізації вкладів неквадрупольних середньо-інтегральних по довжині коефіцієнтів магнітної індукції в апертурі, на основі знайденого їх взаємозв'язку з параметрами конструкції залізного ярма і надпровідної струмової обмотки.
Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences in the specialty 05.09.05 – theoretical electrical engineering (141 – electric power engineering, electrotechnics and electromechanics). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2019. The dissertation is devoted to solve the actual scientific problem of the development of theoretical bases, analysis and synthesis methods and means of the spatial structure of the stationary magnetic field of technical objects on the basis scalar potential’s of elongated spheroidal, spherical, flattened-spheroidal, and cylindrical harmonics. In the thesis substantiated practical application principles of spatial harmonic analysis of the magnetic field near the technical objects (TO) surface, taking into account their forms peculiarities. To use as a theoretical basis for the synthesis of magnetic fields current sources, the generalized vector’s potential representation is obtained in the form of its interrelation with elongated-spheroidal, spherical and oblate-spheroidal harmonics of the scalar potential of the magnetic field. The experimental determination method of amplitude coefficients of spatial harmonics, based on the generalized representation of spherical and spheroidal harmonics of the magnetic field, is developed for practical determination of the spatial structure of the magnetic field near the surface of technical objects, using a single experimental-methodical basis. The method for practical determination of the values of the 24 amplitude coefficients of spherical harmonics of a magnetic field by means of a system of circular contour windings using, in the mathematical processing of rotational signatures, the property of reducing the relative contribution to the measured magnetic flux from the harmonics of the higher power magnetic field when moving away from the surface of TO is developed. The method of experimental determination of multipole magnetic moments, based on integral processing of pass-through characteristics of three magnetics induction projections, fixed near the technical object, with its linear displacement, is developed. The classification of methods and means of experimental spherical harmonic’s determination of technical object’s magnetic field is fulfilled. The principles of system’s construction for experimental determination of spatial harmonics of magnetic field TO are substantiated. An analytical electromagnet’s model of the magnetic field, based on a cylindrical harmonic analysis of the inductive magnetization of its ferromagnetic core, was developed to find cylindrical electromagnet’s parameters with a maximum-created magnetic moment. To create a quadrupole electromagnet with the given quality of the magnetics field spatial structure, a method for minimizing the contributions of nonquadrupture intermediate-integral lengths of the magnetic induction coefficients in the aperture, based on their found relationship with the parameters of the floors yarn construction and the superconducting current winding, was developed.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 – приборы и методы контроля и определения состава веществ. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" МОН Украины, Харьков, 2016. Диссертационная работа посвящена повышению точности диэлькометрических влагомеров путем усовершенствования и разработки методов и средств, позволяющих уменьшить "сортовую неопределенность" измерений данными влагомерами. Проведен анализ существующих методов и современных аналогов определения влажности, в результате которого выбран диэлькометрический метод определения влажности. Также проведен анализ способов определения влажности в рамках диэлькометрического метода. Выделены достоинства и недостатки каждого способа. В соответствии с требованиями по компенсации влияния сорта материала выбран способ измерения влажности с применением тестовых методов. Рассмотрены тестовые алгоритмы определения влажности веществ диэлькометрическими влагомерами. Для каждого тестового алгоритма проведена проверка на инвариантность к изменению начальной диэлектрической проницаемости исследуемого материала. По результатам проверки дано заключение о том, что ни один из рассмотренных тестовых алгоритмов не позволяет в полной мере избавиться от влияния сорта вещества, а те, которые обладают достаточно хорошими показателями по компенсации "сортовой неопределенности", имеют ряд других недостатков, связанных с плохой сходимостью полученных результатов расчета влажности с действительными значениями, а также сложностью реализации. Разработана методика проведения экспериментов, в которой даны рекомендации по выбору группы исследуемых материалов, использованию первичного преобразователя, подготовке проб, выбору устройства для измерения электрической емкости и измерению емкости. В соответствии с данной методикой проведены экспериментальные исследования разработанного тестового алгоритма определения влажности веществ. Полученные результаты расчета влажности показали довольно хорошую компенсацию "сортовой неопределенности". Для реализации предложенных тестовых алгоритмов разработан емкостной первичный преобразователь влажности сыпучих и жидких веществ адаптивного влагомера. Разработана методика калибровки первичного преобразователя на основе термогравиметрического метода определения влажности. С применением процедуры итерационного планирования эксперимента получена математическая модель измерительного процесса определения влажности сыпучих веществ термогравиметрическим методом, в результате чего определены факторы, оказывающие наибольшее влияние при определении влажности данным методом, и оценена неопределенность измерений.
Thesis for the degree of Ph. D. in Engineering Science, specialty 05.11.13 – devices and methods of testing and determination of substances structure. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2016. Thesis is devoted to accuracy increase for capacitive moisture meters by improving and developing of the methods and means allowing to reduce "uncertainty of substance type" of measurements by these moisture meters. In the thesis the test algorithms of substances moisture determination allowing to compensate "uncertainty of substance type" of measurements by capacitive moisture meters are proposed: the first test algorithm in which as test influences an additive and multiplicative tests are applied; the second test algorithm in which except additive and multiplicative tests a combined test is carried out. Comparative analysis of the received test algorithms with the best of the found analogs is carried out. Capacitive primary converter of adaptive moisture meter for bulk and liquid substances moisture measurements is developed for realization of the proposed test algorithms. The calibration methodology for primary converter on the basis of oven-drying moisture determination method is given. The mathematical model of measuring process for bulk substances moisture determination on the basis of oven-drying method is received using the procedure of iterative experiment planning. As a result, the factors that have the greatest influence at moisture determining by this method are determined and uncertainty of measurement is estimated.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 «Прилади і методи контролю та визначення складу речовин». – Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харків, 2019. Дисертацію присвячено проблемі підвищення точності вимірювання вмісту вологи різних матеріалів шляхом розроблення нових методів визначення вмісту вологи, а також розробки нових первинних і вторинних перетворювачів вмісту вологи. В дисертаційній роботі здійснено порівняльний аналіз відомих способів вимірювання вмісту вологи, що передбачають тестові впливи на речовину. Для більшості відомих тестових алгоритмів, використаних для визначення вмісту вологи, вплив «сортової невизначеності» на результат вимірювання є дуже суттєвим. Вперше здійснено теоретичну перевірку обумовленості значень вмісту вологи, отриманих в результаті застосування запропонованих тестових алгоритмів. Як наслідок було синтезовано новий метод визначення вмісту вологи, в якому тестовий алгоритм утворено з двох адитивних, двох мультиплікативних і одного додаткового тестів і використання якого дозволило забезпечити задовільний рівень обумовленості обчислених значень. Було здійснено порівняльний аналіз запропонованих тестових алгоритмів за допомогою двох мір відстані між обчисленими і номінальними значеннями вмісту вологи. Показано, що новий метод визначення вмісту вологи забезпечує найменшу розбіжність із номінальними значеннями вмісту вологи і є найбільш придатним для використання. Також було запропоновано диференційний метод вимірювання вмісту вологи сипких і рідинних матеріалів, що передбачає використання чотирьох вимірювальних конденсаторів, два з яких заповнюють пробою досліджуваної речовини, а інші два – пробою такої ж речовини, але попередньо зневодненої, який має меншу чутливість до зміни сорту речовини (∆̅ Σ = 0,72%) у порівнянні з класичною диференційною схемою (∆̅ Σ = 1,16%). Вперше отримано математичні моделі статичних характеристик перетворення для ємнісних первинних вимірювальних перетворювачів вмісту вологи, які дозволили провести порівняльний аналіз термокомпенсаційних властивостей одинарного первинного перетворювача, класичного диференційного та первинного перетворювача, сформованого з чотирьох вимірювальних конденсаторів. Після розроблення і виготовлення дослідних зразків первинних і вторинних вимірювальних перетворювачів, було проведено серію експериментів для визначення рівня впливу сорту речовини на результат вимірювання вмісту вологи з використанням диференційного методу і методу з тестовим алгоритмом, утвореним з двох адитивних, двох мультиплікативних і одного додаткового тестів. Результати експериментів показали низьку чутливість до зміни сорту речовини. Результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень використані у практиці таких підприємств і організацій: ТОВ «ВО ОВЕН» (Харків, Україна); ПП «ЄС - Автоматика» (Харків, Україна); УА ТОВ ФІРМА «КОДА» (Харків, Україна); навчальний процес Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут».
Dissertation for Doctor Degree of Technical Science (Doctor of Science) in specialty 05.11.13 “Devices and Methods of Control and Defining the Composition of Materials”. – National Aerospace University “Kharkiv Aviation Institute”, Kharkiv, 2019. The dissertation is dedicated to the problem of different materials moisture measurement accuracy increase in a way of new methods of moisture measurement development, synthesis of a new testing algorithms to calculate the quantity of moisture, conditionality examination for the solutions, received with a help of new testing algorithms, development of a new mathematical models of a static transformation characteristics, able to consider the influence of material’s type, temperature and granulometric composition of a material under research, and new initial and secondary transducers of moisture measurement development. In the dissertation we can find a comparative analysis of already developed methods of moisture measurement, provided for testing influences on the material under research. As a result, it was determined that for most of already developed testing algorithms used to calculate the result of moisture measurement the influence of “type uncertainty” is significant. To synthesize more adequate tests the function, which describes deviation of a simplified test from the universal Wiener equation, had been graphically defined with its approximation by the instruments of general type linear regression. The function of amendment had been received after approximation. Adding it to the simplified Wiener equation allowed to provide complete overlap of simplified and original Wiener formulas. The new testing algorithm, that should decrease variation between calculated and standard moisture values had been created. Really, decrease of variation had been provided, but invariance to the type of material disappeared. These attempt can not be called successful. After that a new principle of testing algorithms using least squares method and different Lagrange polynomials had been suggested. It allowed to wide the adequate range of moisture values up to 30 %, but maximal variation still has a value of 7,4 % and we don’t have effective “type uncertainty” compensation. Testing algorithm, synthesized from one additive and one multiplicative test, provided maximal deviation of 1,5 % from linear function in comparison with 3,6 % for the best analogue. To decrease variation between standard and calculated values of moisture new testing algorithm with one additive, one multiplicative and one complementary tests had been suggested. Maximal variation for it has a value of 1,16 % taking the full range of moisture measurement from 0 % to 40 %. For the first time it was done theoretical verification of the moisture values conditionality, obtained with a help of developed testing algorithms application. Mentioned above testing algorithms happened to be unusable because of low moisture values conditionality in a points 0 % and 10 % of moisture control. That’s why the new method of moisture measurement, where a testing algorithm had been constructed from two additive, two multiplicative and two complementary tests had been developed. It’s application allowed to provide conditionality of calculated moisture values at satisfactory level. A comparison analysis had been fulfilled for three best analogues and the last testing algorithm with a help of two measures of distance between calculated and nominal moisture values. It allowed to see that new method of moisture measurement provides the smallest deviation with standard moisture values and is preferable to use. During further researches a new differential method of moisture measurement for dry and liquid materials had been suggested. It provides the usage of four measuring capacitors, where two of them are filled with a probe of the material under research and the rest of capacitors should be filled with same material, but previously dehydrated. The method provides low sensitivity to the type of researched material (∆̅ Σ = 0,72%) in comparison with traditional differential method of measurement (∆̅ Σ = 1,16%). New mathematical models of a static transformation characteristics for the capacitance initial measuring transducers have been received for the first time, that allowed to fulfill the comparison analysis of thermal compensation properties for single initial transducer, classic differential transducer and a transducer, created from four measuring capacitors. After capacitance initial and secondary transducers had been developed, some number of experiments had been carried out to define the level of material’s type influence on the result of moisture measurement when using the new differential method and a method with testing algorithm, synthesized from two additive, two multiplicative and one complementary tests. Results of these experiments showed low sensitivity to the material’s type variation. Results of fulfilled theoretical and experimental researches are implemented in practice of such a firms and organizatios: limited company “VO OVEN” (Kharkiv, Ukraine); industrial enterprise “ES – Automatica” (Kharkiv, Ukraine); limited company “KODA” (Kharkiv, Ukraine); in the learning process of National Aerospace University (Kharkiv, Ukraine).

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 – прилади і методи контролю та визначення складу речовин. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2016. Дисертаційна робота присвячена підвищенню точності діелькометричних вологомірів шляхом удосконалення та розробки методів і засобів, що дозволяють зменшити "сортову невизначеність" вимірювань даними вологомірами. У дисертації запропоновано тестові алгоритми визначення вологості речовин, що дозволяють компенсувати "сортову невизначеність" вимірювань діелькометричними вологомірами: перший тестовий алгоритм, в якому в якості тестових впливів застосовують адитивний і мультиплікативний тести; другий тестовий алгоритм, в якому крім адитивного і мультиплікативного тестів проводять комбінований тест. Проведено порівняльний аналіз отриманих тестових алгоритмів з найбільш досконалими серед виявлених аналогів. Для реалізації запропонованих тестових алгоритмів розроблено ємнісний первинний перетворювач вологості сипучих і рідинних речовин адаптивного вологоміра. Наведено методику калібрування первинного перетворювача на основі термогравіметричного методу визначення вологості. Із застосуванням процедури ітераційного планування експерименту отримано математичну модель вимірювального процесу для визначення вологості сипучих речовин термогравіметричним методом, в результаті чого визначено фактори, що мають найбільший вплив при визначенні вологості даним методом, і оцінено невизначеність вимірювань.
Thesis for the degree of Ph. D. in Engineering Science, specialty 05.11.13 – devices and methods of testing and determination of substances structure. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2016. Thesis is devoted to accuracy increase for capacitive moisture meters by improving and developing of the methods and means allowing to reduce "uncertainty of substance type" of measurements by these moisture meters. In the thesis the test algorithms of substances moisture determination allowing to compensate "uncertainty of substance type" of measurements by capacitive moisture meters are proposed: the first test algorithm in which as test influences an additive and multiplicative tests are applied; the second test algorithm in which except additive and multiplicative tests a combined test is carried out. Comparative analysis of the received test algorithms with the best of the found analogs is carried out. Capacitive primary converter of adaptive moisture meter for bulk and liquid substances moisture measurements is developed for realization of the proposed test algorithms. The calibration methodology for primary converter on the basis of oven-drying moisture determination method is given. The mathematical model of measuring process for bulk substances moisture determination on the basis of oven-drying method is received using the procedure of iterative experiment planning. As a result, the factors that have the greatest influence at moisture determining by this method are determined and uncertainty of measurement is estimated.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 «Прилади і методи контролю та визначення складу речовин». – Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харків, 2019. Дисертацію присвячено проблемі підвищення точності вимірювання вмісту вологи різних матеріалів шляхом розроблення нових методів визначення вмісту вологи, а також розробки нових первинних і вторинних перетворювачів вмісту вологи. В дисертаційній роботі здійснено порівняльний аналіз відомих способів вимірювання вмісту вологи, що передбачають тестові впливи на речовину. Для більшості відомих тестових алгоритмів, використаних для визначення вмісту вологи, вплив «сортової невизначеності» на результат вимірювання є дуже суттєвим. Вперше здійснено теоретичну перевірку обумовленості значень вмісту вологи, отриманих в результаті застосування запропонованих тестових алгоритмів. Як наслідок було синтезовано новий метод визначення вмісту вологи, в якому тестовий алгоритм утворено з двох адитивних, двох мультиплікативних і одного додаткового тестів і використання якого дозволило забезпечити задовільний рівень обумовленості обчислених значень. Було здійснено порівняльний аналіз запропонованих тестових алгоритмів за допомогою двох мір відстані між обчисленими і номінальними значеннями вмісту вологи. Показано, що новий метод визначення вмісту вологи забезпечує найменшу розбіжність із номінальними значеннями вмісту вологи і є найбільш придатним для використання. Також було запропоновано диференційний метод вимірювання вмісту вологи сипких і рідинних матеріалів, що передбачає використання чотирьох вимірювальних конденсаторів, два з яких заповнюють пробою досліджуваної речовини, а інші два – пробою такої ж речовини, але попередньо зневодненої, який має меншу чутливість до зміни сорту речовини (∆̅ Σ = 0,72%) у порівнянні з класичною диференційною схемою (∆̅ Σ = 1,16%). Вперше отримано математичні моделі статичних характеристик перетворення для ємнісних первинних вимірювальних перетворювачів вмісту вологи, які дозволили провести порівняльний аналіз термокомпенсаційних властивостей одинарного первинного перетворювача, класичного диференційного та первинного перетворювача, сформованого з чотирьох вимірювальних конденсаторів. Після розроблення і виготовлення дослідних зразків первинних і вторинних вимірювальних перетворювачів, було проведено серію експериментів для визначення рівня впливу сорту речовини на результат вимірювання вмісту вологи з використанням диференційного методу і методу з тестовим алгоритмом, утвореним з двох адитивних, двох мультиплікативних і одного додаткового тестів. Результати експериментів показали низьку чутливість до зміни сорту речовини. Результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень використані у практиці таких підприємств і організацій: ТОВ «ВО ОВЕН» (Харків, Україна); ПП «ЄС - Автоматика» (Харків, Україна); УА ТОВ ФІРМА «КОДА» (Харків, Україна); навчальний процес Національного аерокосмічного університету ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут».
Dissertation for Doctor Degree of Technical Science (Doctor of Science) in specialty 05.11.13 “Devices and Methods of Control and Defining the Composition of Materials”. – National Aerospace University “Kharkiv Aviation Institute”, Kharkiv, 2019. The dissertation is dedicated to the problem of different materials moisture measurement accuracy increase in a way of new methods of moisture measurement development, synthesis of a new testing algorithms to calculate the quantity of moisture, conditionality examination for the solutions, received with a help of new testing algorithms, development of a new mathematical models of a static transformation characteristics, able to consider the influence of material’s type, temperature and granulometric composition of a material under research, and new initial and secondary transducers of moisture measurement development. In the dissertation we can find a comparative analysis of already developed methods of moisture measurement, provided for testing influences on the material under research. As a result, it was determined that for most of already developed testing algorithms used to calculate the result of moisture measurement the influence of “type uncertainty” is significant. To synthesize more adequate tests the function, which describes deviation of a simplified test from the universal Wiener equation, had been graphically defined with its approximation by the instruments of general type linear regression. The function of amendment had been received after approximation. Adding it to the simplified Wiener equation allowed to provide complete overlap of simplified and original Wiener formulas. The new testing algorithm, that should decrease variation between calculated and standard moisture values had been created. Really, decrease of variation had been provided, but invariance to the type of material disappeared. These attempt can not be called successful. After that a new principle of testing algorithms using least squares method and different Lagrange polynomials had been suggested. It allowed to wide the adequate range of moisture values up to 30 %, but maximal variation still has a value of 7,4 % and we don’t have effective “type uncertainty” compensation. Testing algorithm, synthesized from one additive and one multiplicative test, provided maximal deviation of 1,5 % from linear function in comparison with 3,6 % for the best analogue. To decrease variation between standard and calculated values of moisture new testing algorithm with one additive, one multiplicative and one complementary tests had been suggested. Maximal variation for it has a value of 1,16 % taking the full range of moisture measurement from 0 % to 40 %. For the first time it was done theoretical verification of the moisture values conditionality, obtained with a help of developed testing algorithms application. Mentioned above testing algorithms happened to be unusable because of low moisture values conditionality in a points 0 % and 10 % of moisture control. That’s why the new method of moisture measurement, where a testing algorithm had been constructed from two additive, two multiplicative and two complementary tests had been developed. It’s application allowed to provide conditionality of calculated moisture values at satisfactory level. A comparison analysis had been fulfilled for three best analogues and the last testing algorithm with a help of two measures of distance between calculated and nominal moisture values. It allowed to see that new method of moisture measurement provides the smallest deviation with standard moisture values and is preferable to use. During further researches a new differential method of moisture measurement for dry and liquid materials had been suggested. It provides the usage of four measuring capacitors, where two of them are filled with a probe of the material under research and the rest of capacitors should be filled with same material, but previously dehydrated. The method provides low sensitivity to the type of researched material (∆̅ Σ = 0,72%) in comparison with traditional differential method of measurement (∆̅ Σ = 1,16%). New mathematical models of a static transformation characteristics for the capacitance initial measuring transducers have been received for the first time, that allowed to fulfill the comparison analysis of thermal compensation properties for single initial transducer, classic differential transducer and a transducer, created from four measuring capacitors. After capacitance initial and secondary transducers had been developed, some number of experiments had been carried out to define the level of material’s type influence on the result of moisture measurement when using the new differential method and a method with testing algorithm, synthesized from two additive, two multiplicative and one complementary tests. Results of these experiments showed low sensitivity to the material’s type variation. Results of fulfilled theoretical and experimental researches are implemented in practice of such a firms and organizatios: limited company “VO OVEN” (Kharkiv, Ukraine); industrial enterprise “ES – Automatica” (Kharkiv, Ukraine); limited company “KODA” (Kharkiv, Ukraine); in the learning process of National Aerospace University (Kharkiv, Ukraine).

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 – биологические и медицинские приборы и системы. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2017. Диссертационная работа посвящена решению одной из актуальных научно-технических задач современного гемодиализа – контроля состояния гидратации пациента и разработке метода для своевременной остановки процедуры ультрафильтрации при достижении пациентом "сухого веса". В работе проведено анализ современных биофизических представлений про распределение и перемещение жидкостей в организме пациента, что позволило выявить высокий уровень сложности и многофакторности гидравлических процессов и установить необходимость создания математических моделей перемещения жидкостей и критерия остановки процедуры при достижении пациентом "сухого веса". Впервые получена математическая модель перемещения жидкости в организме пациента при ультрафильтрации, на основании теории неравновесной термодинамики, что позволило выявить взаимную функциональную зависимость наполнения жидкостных секторов при процедуре программного гемодиализа. Усовершенствована электрофизическая модель процессов в организме пациента при ультрафильтрации для метода биоимпедансометрии, за счет разделения жидкостных секторов, что позволило использовать его для определения состояния гидратации пациента при процедуре программного гемодиализа. По результатам теоретических исследований выбран параметр гематокрита, который характеризует состояние наполнения сосудистого русла, что дало возможность разделить объем внеклеточной жидкости на составляющие. Разработан метод определения "сухого веса", критерием в котором является распределение объема внеклеточной жидкости на две составляющие интерстициальную жидкость и плазму крови и сравнении значений объемов удаленного ультрафильтрата в этих составляющих во время гемодиализа. Разработанный на основе результатов моделирования метод определения "сухого веса" пациентов, позволил повысить достоверность определения момента достижения уровня нормогидратации пациентов при программном гемодиализе на (11-16) %. Разработана структурная схема системы для определения "сухого веса", которая позволяет объединить воедино серийно выпускаемые аппарат "искусственная почка", прибор биоимпедансометр и ПК, что дает возможность реализовать алгоритмические решения и обеспечить работу системы, без разработки дополнительных аппаратных средств. На основе клинических исследований и испытаний разработаны основные медико-технические требования для выбора или проектирования приборов биоимпедансометров, а также созданы практические рекомендации для применения метода определения "сухого веса" пациентов в гемодиализных клиниках. Сопоставление результатов проведенных клинических исследований с данными полученными с помощью традиционных методик, при ультрафильтрации, подтвердили эффективность разработанных моделей и метода для определения "сухого веса" пациента при программном гемодиализе. Основные результаты работы нашли внедрение в лечебный процесс отделения амбулаторного хронического гемодиализа №10, Харьковского областного клинического центра урологии и нефрологии им. В.И. Шаповала; в учебный процесс на кафедре промышленной и биомедицинской электроники НТУ "ХПИ"; при разработке нового варианта измерителя биоимпеданса человека в НТУ Украины "КПИ им. Игоря Сикорского".
The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.11.17 – biological and medical devices and systems. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. The thesis is devoted to one of actual scientific and technical problems of modern hemodialysis - monitoring of patient hydration and developing methods for timely stopping ultrafiltration procedure when reaching the patient "dry weight". The method of determining the "dry weight" criterion which is the distribution of extracellular fluid volume into two components interstitial fluid and blood plasma volume and value compared to the removed ultrafiltrate in these components during hemodialysis developed. The mathematical model of fluid movement in the patient received the first time. electro and model processes in the patient with ultrafiltration method for bioimpedancemetry improved. Based on simulation method for determining the "dry weight" patients developed first. It is possible to determine authenticity hung reaching state normohidratotsiyi at program hemodialysis. Also practical guidelines for the application of this method in clinics created.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 – біологічні та медичні прилади і системи. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2017. Дисертаційну роботу присвячено вирішенню однієї з актуальних науково-технічних задач сучасного гемодіалізу – контролю стану гідратації пацієнта та розробці методу для своєчасної зупинки процедури ультрафільтрації при досягненні пацієнтом "сухої ваги". Розроблено метод визначення "сухої ваги", критерієм у якому є розподіл об’єму позаклітинної рідини на дві складові інтерстиціальну рідину і плазму крові та порівнянні значень об'ємів видаленого ультрафільтрату у цих складових під час гемодіалізу. Вперше отримано математичну модель переміщення рідини в організмі пацієнта та удосконалено електрофізичну модель процесів в організмі пацієнта при ультрафільтрації для методу біоімпедансометрії. Вперше розроблено на основі результатів моделювання метод визначення "сухої ваги" пацієнтів, що дозволило підвищити достовірність визначення моменту досягнення стану нормогідратоції при програмному гемодіалізі на (11-16) %. Також створено практичні рекомендації для застосування даного методу у гемодіалізних клініках.
The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.11.17 – biological and medical devices and systems. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2017. The thesis is devoted to one of actual scientific and technical problems of modern hemodialysis - monitoring of patient hydration and developing methods for timely stopping ultrafiltration procedure when reaching the patient "dry weight". The method of determining the "dry weight" criterion which is the distribution of extracellular fluid volume into two components interstitial fluid and blood plasma volume and value compared to the removed ultrafiltrate in these components during hemodialysis developed. The mathematical model of fluid movement in the patient received the first time. electro and model processes in the patient with ultrafiltration method for bioimpedancemetry improved. Based on simulation method for determining the "dry weight" patients developed first. It is possible to determine authenticity hung reaching state normohidratotsiyi at program hemodialysis. Also practical guidelines for the application of this method in clinics created.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.11.13 "Прилади і методи контролю та визначення складу речовин" (15 – Автоматизація та приладобудування) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут". Мета роботи: удосконалення резонансного діелькометричного методу контролю та визначення вологості рідких неполярних діелектриків задля підвищення його чутливості до рівня 10⁻⁵ з одночасною мінімізацією впливу "сортової невизначеності". Запропоновані та досліджені: спрощена математична модель емульсії на основі моделі штучного діелектрика Кока; нові багаточастотні різновиди резонансного діелькометричного методу; новий тип розподіленого вимірювального перетворювача. Розроблено, теоретично та експериментально досліджено вологоміри середньочастотного та дуже високочастотного діапазонів. Експериментальним шляхом підтверджено досягнення мети роботи.
Thesis for a candidate degree (PhD) in specialty 05.11.13 "Instruments and methods of control and determination of substances" (15 – Automation and Instrumentation) − National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". The thesis is devoted to the improvement of the resonant dielectric method of monitoring and determining the humidity of emulsions such as liquid non-polar dielectric - water in order to increase its sensitivity to level 10⁻⁵ while simultaneously minimizing the type and grade of non-polar dielectric ("varietal uncertainty") on the measurement results. An analytical review and analysis of the existing methods and means of implementation of the dielectric method in general and its resonant variety has been carried out. The main research areas have been identified: development of a simplified emulsion model; development of new varieties of the resonant dielectric method with minimization of the effect of "varietal uncertainty" for measuring humidity at a level of 10⁻⁵; development of a new type of distributed transducer. A simplified emulsion model was chosen based on the Kok artificial dielectric model, its applications were determined by frequency, humidity, and the values of its systematic errors were determined. New multifrequency varieties of the resonant dielectric method have been developed based on the proposed mathematical model of the emulsion, taking into account the parasitic capacitances of the measuring generator and the measuring converter. Metrological characteristics of the generalized four-frequency method and its simplified three-and two-frequency varieties are obtained. The areas of applicability of multifrequency methods are analyzed and their systematic errors are determined. The most sensitive method, the two-frequency method, was determined, the effect of dielectric losses in water was analyzed for it, and the generation frequency of the measuring generator, which corresponds to its maximum sensitivity, 100 MHz, was determined. A new type of distributed-type measuring transducer is proposed for the practical implementation of the two-frequency method — a stepwise heterogeneous coaxial resonator; its theoretical and experimental studies are carried out; its advantages in relation to the known transducers are determined. A hygrometer of the mid-frequency range based on a concentrated-type capacitive transducer and a hydrometer of a very high-frequency range based on a stepped heterogeneous coaxial resonator have been developed. The circuit solutions of the measuring transducer and the measuring generator of the hygrometer of the midfrequency range, which provided the minimum values of their parasitic capacitances, were developed and implemented. The circuit solutions of the measuring transducer and the measuring generator of a hygrometer of a very high frequency range have been developed and implemented, which provided almost zero effect of their parasitic capacitances. A methodology has been developed for conducting experimental research on the implementation of four- and three-frequency methods using a mid-range moisture meter and implementing a two-frequency method and a simplified version of it using a very high-frequency moisture meter. Experimental studies on manufactured test emulsions, as well as analysis and processing of their results, were carried out. For all developed multi-frequency methods and moisture values of test emulsions in the range of 10⁻⁴ – 10⁻², the value of the relative extended uncertainty of moisture measurement did not exceed 5.28 %. For the humidity of the test emulsion 10⁻⁵, the value of this uncertainty did not exceed 10.39 % (due to the lack of stability of the frequency of the reference generator frequency Ch 3 - 34, which was used in the research). The developed improved multi-frequency resonance dielectric methods for determining humidity have increased the sensitivity to a level of 10⁻⁵ while minimizing "varietal uncertainty".

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.11.13 "Прилади і методи контролю та визначення складу речовин" (15 – Автоматизація та приладобудування) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут". Мета роботи: удосконалення резонансного діелькометричного методу контролю та визначення вологості рідких неполярних діелектриків задля підвищення його чутливості до рівня 10⁻⁵ з одночасною мінімізацією впливу "сортової невизначеності". Запропоновані та досліджені: спрощена математична модель емульсії на основі моделі штучного діелектрика Кока; нові багаточастотні різновиди резонансного діелькометричного методу; новий тип розподіленого вимірювального перетворювача. Розроблено, теоретично та експериментально досліджено вологоміри середньочастотного та дуже високочастотного діапазонів. Експериментальним шляхом підтверджено досягнення мети роботи.
Thesis for a candidate degree (PhD) in specialty 05.11.13 "Instruments and methods of control and determination of substances" (15 – Automation and Instrumentation) − National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute". The thesis is devoted to the improvement of the resonant dielectric method of monitoring and determining the humidity of emulsions such as liquid non-polar dielectric - water in order to increase its sensitivity to level 10⁻⁵ while simultaneously minimizing the type and grade of non-polar dielectric ("varietal uncertainty") on the measurement results. An analytical review and analysis of the existing methods and means of implementation of the dielectric method in general and its resonant variety has been carried out. The main research areas have been identified: development of a simplified emulsion model; development of new varieties of the resonant dielectric method with minimization of the effect of "varietal uncertainty" for measuring humidity at a level of 10⁻⁵; development of a new type of distributed transducer. A simplified emulsion model was chosen based on the Kok artificial dielectric model, its applications were determined by frequency, humidity, and the values of its systematic errors were determined. New multifrequency varieties of the resonant dielectric method have been developed based on the proposed mathematical model of the emulsion, taking into account the parasitic capacitances of the measuring generator and the measuring converter. Metrological characteristics of the generalized four-frequency method and its simplified three-and two-frequency varieties are obtained. The areas of applicability of multifrequency methods are analyzed and their systematic errors are determined. The most sensitive method, the two-frequency method, was determined, the effect of dielectric losses in water was analyzed for it, and the generation frequency of the measuring generator, which corresponds to its maximum sensitivity, 100 MHz, was determined. A new type of distributed-type measuring transducer is proposed for the practical implementation of the two-frequency method — a stepwise heterogeneous coaxial resonator; its theoretical and experimental studies are carried out; its advantages in relation to the known transducers are determined. A hygrometer of the mid-frequency range based on a concentrated-type capacitive transducer and a hydrometer of a very high-frequency range based on a stepped heterogeneous coaxial resonator have been developed. The circuit solutions of the measuring transducer and the measuring generator of the hygrometer of the midfrequency range, which provided the minimum values of their parasitic capacitances, were developed and implemented. The circuit solutions of the measuring transducer and the measuring generator of a hygrometer of a very high frequency range have been developed and implemented, which provided almost zero effect of their parasitic capacitances. A methodology has been developed for conducting experimental research on the implementation of four- and three-frequency methods using a mid-range moisture meter and implementing a two-frequency method and a simplified version of it using a very high-frequency moisture meter. Experimental studies on manufactured test emulsions, as well as analysis and processing of their results, were carried out. For all developed multi-frequency methods and moisture values of test emulsions in the range of 10⁻⁴ – 10⁻², the value of the relative extended uncertainty of moisture measurement did not exceed 5.28 %. For the humidity of the test emulsion 10⁻⁵, the value of this uncertainty did not exceed 10.39 % (due to the lack of stability of the frequency of the reference generator frequency Ch 3 - 34, which was used in the research). The developed improved multi-frequency resonance dielectric methods for determining humidity have increased the sensitivity to a level of 10⁻⁵ while minimizing "varietal uncertainty".

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 152 – Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка (15 – автоматизація та приладобудування). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2019. Об’єктом дослідження є процес проведення аналізу в первинних і вторинних системних перетвореннях інформації, що породжує проблемну ситуацію з удосконалення апаратурних, алгоритмічних та програмних засобів контролю та діагностування складних промислових об’єктів. Предметом дослідження є пристрій контролю та діагностування стану динамічних промислових об’єктів. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення ефективності пристроїв контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів з невизначеними динамічними властивостями. Вирішення здійснене за допомогою як класичних, так і принципово нових сучасних методів теорії ймовірності, випадкових процесів, багатомірного статистичного аналізу, інформаційної теорії вимірювань і контролю. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі здійснений аналітичний огляд та оцінка питань в області контролю і діагностування стану промислових об’єктів. Обраний об’єкт діагностування, розглянута його структура, технічні характеристики, область використання. Виконаний аналіз методичних, алгоритмічних та апаратурних засобів вимірювання температури і механічної вібрації. Виконаний огляд існуючих засобів контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів, проаналізовані їх техніко-економічні характеристики, обрана оптимальна структура контрольно-діагностичної системи. Висвітлені аспекти з апаратурного, алгоритмічного і програмного забезпечення при створенні пристрою контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів. Обрані напрями досліджень, поставлені основні задачі дисертаційної роботи. У другому розділі досліджені імовірнісні моделі параметризації спектральних змін стаціонарних вимірювальних сигналів. Здійснена формалізація імовірнісних властивостей нестаціонарних випадкових сигналів, досліджені кореляційні моделі спектральної нестаціонарності цих сигналів, проведений дисперсійний аналіз частотної та часової моделей автокогерентності, оцінена чутливість кореляційно-спектральної моделі показника автокогерентності багатовимірного термодинамічного процесу, оцінені дискримінуючі властивості показників автокогерентності при класифікації вібраційних процесів, досліджені діагностичні властивості складових показника автокогерентності, проведений вибір показників контролю нестаціонарності динамічних процесів. Результати досліджень дозволили отримати ряд наукових результатів: - отримала розвиток теорія автокогерентності спектрально нестаціонарних вимірювальних сигналів. Визначені умови вибору числа масштабів та зсувів при оцінці коефіцієнтів автокогерентності для задачі контролю порушень стаціонарності вимірювального сигналу; - отримані умови калібрування показника автокогерентності, що відповідають відсутності порушення стаціонарності, розроблена імовірнісна модель показника автокогерентності, що враховує мінімальне значення (масштабу) спектрального вейвлет-перетворення; - показана можливість дисперсійного розкладання базового показника автокогерентності на парні незалежні складові, які дозволяють отримати незалежну інформацію про порушення стаціонарності з урахуванням функціональних та випадкових змін спектру; - на прикладі теплових динамічних процесів показана ефективність розробленого показника автокогерентності для задач контролю динамічних властивостей інерційних багатомірних промислових об’єктів. Також показана можливість автоматичної корекції похибки вимірювання температури, якщо контролювати весь тепловий процес, а не його окремі значення; - на прикладі вібросигналів показана можливість якісної класифікації технічних станів, а також кількісної класифікації окремих частотно-часових складових показника автокогерентності; доведено, що найкращими діагностичними властивостями характеризуються випадкові (шумові) складові показника автокогерентності. В третьому розділі представлені дослідження з діагностичних властивостей показників автокогерентності при обмеженнях на обсяги вимірювальної інформації. Сформульована загальна задача функціонального діагностування динамічних промислових об’єктів, вибрана модель параметричної дискримінації, досліджено вплив обсягу навчальної вибірки на середній ризик діагностування, створені математичні та комп’ютерні моделі оптимізації простору інформативних ознак за критерієм максимуму вірогідності та проведено їх дослідження. Дослідження даного розділу дозволили одержати наступні результати: - експериментальні дослідження показників автокогерентності вібраційних сигналів показують, що для контролю та діагностування технічного стану вібраційних об’єктів можливо використовувати лінійну вирішувальну функцію, для якої можливо використати таблиці дисперсії показників автокогерентності та нормовану коваріаційну матрицю, які дозволяють сформувати, шляхом перемноження, сумарну коваріаційну матрицю; - одержані рівняння для середнього ризику та вірогідності діагностування, які дозволяють моделювати вплив обсягу навчальної вибірки та кількості інформативних ознак на показники ефективності контролю технічного стану; - доведено існування мінімальних екстремальних значень середнього ризику для теплових та вібраційних об’єктів, що дозволило використати, в якості цільової функції оптимізації простору інформативних ознак, середній ризик; - досліджено комплексний вплив трьох параметрів (геометричної відстані між діагностованими станами, кількості інформативних параметрів, обсягу навчальної вибірки) на величину вірогідності контролю та діагностування технічного стану як теплових так і вібраційних об’єктів; таке дослідження довело спроможність формувати оптимальну, за максимумом вірогідності контролю, систему інформативних ознак. Четвертий розділ присвячений розробці алгоритмічного та програмного забезпечення пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів. Розглянуті методи первинного і вторинного статистичного перетворень, які базуються на регресійному, спектральному, дисперсійному і коваріаційному аналізах пристрою контролю та діагностування, дозволили сформувати структуру і принцип функціонування алгоритмічного забезпечення при обмеженні обсягів вимірювальної інформації за діагностованими функціональними станами. В розділі обране програмне середовище для реалізації розроблених алгоритмів, розроблені фрагменти програм пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів на платформі LabView. За дослідженнями даного розділу отримані наступні результати: - розроблена структура алгоритмічного забезпечення пристроїв контролю та діагностування динамічних об’єктів, яка складається з первинного і вторинного статистичного перетворення і містить реалізацію процесів дискретизації вимірювальних сигналів, дискретизованого аналогового вейвлет-перетворення, процедур диференціювання та інтегрування; - реалізована процедура адаптивного вейвлет-перетворення із гнучким вибором гаусівського материнського вейвлета, що дозволяє мінімізувати похибки контролю та діагностування. - сформовані комп’ютерні компоненти алгоритмічних і програмних процедур первинного і вторинного статистичного перетворення при синтезі комп’ютеризованих діагностичних систем, проведенні імітаційного моделювання, аналізу впливів дестабілізуючих факторів при здійснені контролю параметрів вузлів динамічних об’єктів та діагностуванні їх стану; - розроблене програмне забезпечення пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів на платформі LabView з використанням об’єктно орієнтованої мови програмування, що дозволяє в пакетному режимі та в режимі реального часу здійснювати необхідні контрольні процедури. В п’ятому розділі представлені інженерні додатки для контролю і діагностування складних промислових агрегатів. Наведені дослідження при розробці та патентуванні первинних перетворювачів, виборі і патентуванні структури вимірювальних каналів первинних перетворювачів, розробці і створенні електронних блоків первинного і вторинного перетворення інформації. Запропонована методика калібрування вібровипробувальних стендів для метрологічного забезпечення первинних перетворювачів вібрації, розглянута перевірка кваліфікації калібрувальних лабораторій в Україні та вплив метрологічного забезпечення на створення систем контролю та діагностування складних промислових об’єктів. За виконанням даного розділу отримані наступні результати: - розроблені та запатентовані первинні перетворювачі температури для моніторингу інфранизькочастотних процесів в досліджуваному промисловому об’єкті при оцінці теплових режимів, а також первинні перетворювачі механічної вібрації для моніторингу високочастотних процесів при оцінці стану підшипників кочення редукторів-розгалужувачів; - на базі мікроконтролера Arduino створений пристрій контролю та діагностування стану зон нагрівання екструдера для виготовлення термопластів та стану підшипників кочення в редукторах-розгалужувачах; - виконані метрологічні дослідження апаратури для вимірювання інфранизькочастотних і високочастотних вимірювальних сигналів, запроваджені до використання вібровипробувальні установки, сформовані методики калібрування цих установок. - представлені перспективи розвитку теорії і практики контролю та діагностування процесів, що характеризуються різними частотними показниками, в спеціалізованих метрологічних лабораторіях.
The thesis is submitted to obtain a scientific degree of Doctor of Philosophy, specialty 152 – Metrology and information-measuring technique (15 – Automation and instrument-making). – National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, 2019. The object of research is the process of conducting analysis in primary and secondary system transformations of information, which creates a problem situation with the improvement of hardware, algorithmic and software devices for control and diagnostics of complex industrial objects. The subject of research is a device for control and diagnostics of the state industrial dynamic objects. The scientific and practical task of increasing the efficiency of devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects with uncertain dynamic properties is solved in the dissertation. The solution is found using both classical and fundamentally new modern methods of probability theory, random processes, multivariate statistical analysis, information theory of measurement and control. The introduction substantiates the relevance of research tasks showing connection between the work and scientific programs, plans, themes, the scientific novelty is stated and practical value of the obtained results is formulated. The first chapter deals with analytical review and evaluation of questions in the field of control and diagnostics of the state of industrial objects. The object of diagnostics is selected; its structure, technical characteristics and area of use are considered. The analysis of methodical, algorithmic and equipment-specific devices for measuring temperature and mechanical vibration is carried out. A review of the existing devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects is made, their technical and economic characteristics are analyzed, and the optimal structure of the control and diagnostic system is selected. Some aspects of hardware, software and algorithmic programming when creating devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects are emphasized. The areas of research are selected; the main tasks of the dissertation are stated. The second chapter studies probabilistic models of parametrization of spectral changes of stationary measurement signals. The formalization of the probabilistic properties of non-stationary random signals is made, the correlation models of the spectral non-stationary of these signals are investigated, the dispersion analysis of frequency and time models of auto-coherence is carried out, the sensitivity of the correlation spectral model for the auto-coherence indicator of the multidimensional thermodynamic process is estimated, the discriminating properties of the indicators of auto-coherence are assessed regarding the classification of vibrational processes, diagnostic properties of components of the auto-coherence index are investigated, the choice of indicators for non-stationary control of dynamic processes is conducted. The research results have allowed obtaining a number of scientific results: - the theory of auto-coherence for spectrally non-stationary measurement signals has been developed. The conditions of the choice of the number of scales and displacements are determined regarding the estimation of the auto-coherence coefficients for monitoring the stationary disturbances of the measuring signal; - the conditions of calibration of auto-coherence index, which correspond to the absence of stationary violation, are obtained. A probabilistic model of the autocoherence index taking into account the minimum value (scale) of the spectral wavelet transform is developed; - the possibility of dispersion expansion of the basic auto-coherence index in paired independent components is shown, allowing to receive independent information on stationary violation, taking into account functional and random changes of the spectrum; - the example of thermal dynamic processes shows the efficiency of the developed autocorrelation index for controlling the dynamic properties of inertial multidimensional industrial objects. Also the possibility of automatic correction of the measurement error of temperature, if you control the whole heat process, and not its individual values, is shown; - the example of vibration signals shows the possibility of a qualitative classification of technical states, as well as quantitative classification of individual frequency-time components of the auto-coherence index is shown. It is proved that the best diagnostic properties are characterized by random (noise) components of the auto-coherence index. The third chapter presents studies on the diagnostic properties of autocoherence indices with restrictions on the measurement information volume. The general task of functional diagnostics of dynamic industrial objects is formulated, the model of parametric discrimination is chosen, the influence of the study sample size on the average risk of diagnosing is investigated, and mathematical and computer models of optimization of the space of informative signs by the criterion of maximum likelihood were created and their research was conducted. The researches in this chapter have allowed obtaining the following results: - experimental studies of the auto-coherence indices of vibration signals show that it is possible to use a linear solving function for controlling and diagnosing the technical state of vibrational objects, for which it is possible to use dispersion tables of auto-coherence indices and a normalized covariance matrix, which allow to generate, by multiplication, a total covariance matrix; - equations for the average risk and diagnostics probability are obtained allowing to model the influence of the training sample volume and informative features number on the performance indicators of the technical condition; - the existence of minimal extreme values of average risk for thermal and vibrational objects has been proved, allowing to use average risk as a target function for optimizing informative features space; - the complex influence of three parameters (geometric distance between diagnosed states, number of informative parameters, training sample volume) on the probability of control and diagnostics of the technical state of both thermal and vibration objects is studied. Such research has proven the ability to form an optimal, maximum control probability, system of informational features. The fourth chapter is devoted to the development of algorithmic and software device for monitoring and diagnosing the state of industrial objects. The methods of primary and secondary statistical transformations based on regression, spectral, dispersion and covariance analyses of the control and diagnostic device, have allowed to form the structure and the principle of algorithmic support functioning while limiting the volumes of measuring information by the diagnosed functional states. In this chapter the software aimed at implementation of the developed algorithms is chosen, programs fragments of devices for control and diagnostics of the state of industrial objects on the platform LabView are developed. According to researches of this chapter the following results are obtained: - the algorithmic structure of control devices and diagnostics of dynamic objects is developed, which consists of primary and secondary statistical transformation and contains the implementation of sampling processes of measurement signals, discrete analog wavelet transformation, differentiation and integration procedures; - an adaptive wavelet transform process with a flexible choice of the Gaussian parent wavelet is implemented, which minimizes the errors of control and diagnostics. - computer components of algorithmic and software procedures of primary and secondary statistical transformation in the synthesis of computerized diagnostic systems are formed, simulation modeling is conducted, the effects of destabilizing factors when controlling parameters of dynamic objects nodes are analyzed and their states are diagnosed; - the device software for controlling and diagnosing the state of industrial objects on the LabView platform with the use of object-oriented programming language, which allows to carry out the necessary control procedures in batch mode and in real-time, is developed.The fifth chapter presents engineering applications for the control and diagnostics of complex industrial objects. The research is provided for the development and patenting of primary transformers, selecting and patenting the structure of measuring channels of primary transformers, the development and creation of electronic blocks of primary and secondary transformation of information. The method of calibration of vibration test stands for metrological provision of primary vibration transducers is proposed, the verification of qualification of calibration laboratories in Ukraine and the influence of metrological support on the creation of systems of control and diagnosis of complex industrial objects are considered. According to researches of this chapter the following results are obtained: - primary temperature transducers for monitoring infra-low frequency processes in the investigated industrial object when evaluating thermal regimes, as well as primary transducers of mechanical vibration for monitoring high-frequency processes when evaluating rolling bearings condition of gear reducers are developed and patented; - on the basis of the Arduino microcontroller, a device for monitoring and diagnosing the condition of the extruder heating zones for manufacturing thermoplastics and the rolling bearings condition of gear reducers is created; - metrological researches of devices for measurement of infra-low frequency and high-frequency measuring signals are conducted, the vibration testing devices are implemented, and calibration methods of these devices are developed. - prospects for development of the theory and practice of control and diagnostics of processes characterized by different frequency indices in the specialized metrological laboratories are presented.