Анотація до роботи:

Кубрак Ю.О. Тензоперетворювач для вимірювання лінійних деформацій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.01 – Прилади та методи вимірювання механічних величин. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, м. Київ – 2008.

Дисертацію присвячено розв’язанню наукової задачі збільшення чутливості та бази шляхом створення та дослідження нового типу тензоперетворювача лінійних деформацій (ТЛД), що побудований на перколяційному чутливому елементі „провідник-діелектрик”. На основі аналізу відомих тензоперетворювачів лінійних деформацій доведено перспективність створення нового перколяційного тензоперетворювача з підвищеною чутливістю та збільшеною базою. Наведено теоретичні принципи роботи запропонованого тензоперетворювача. Отримано математичну модель нового перколяційного ТЛД: залежності електричного опору ТЛД від типу підкладки, її деформації та типу провідникової компоненти. Встановлено, що залежність значення критичної концентрації провідникової компоненти від товщини шару чутливого елементу перколяційного ТЛД при переході R¹ R² R³ забезпечує побудову математичної залежності критичної концентрації від кінцевих заданих геометричних розмірів. Це дозволяє створення плоских та об’ємних перколяційних ТЛД з наперед заданими властивостями. Наведено результати експериментальних досліджень окремих видів створених тензоперетворювачів. Шляхом експериментального дослідження перколяційного тензоперетворювача підтверджено вірогідність математичних моделей, розроблених для його побудови. Наведено приклади застосування різних типів перколяційних ТЛД для вимірювання фізичних величин (лінійних переміщень, деформації, сили, тиску) в автоматизованих системах та в комп’ютеризованих технологіях.

1. Запропоновано та досліджено новий ТЛД більшої чутливості од відомих ТП.

2. Вперше проведено дослідження механічних і електрофізичних властивостей тензометричних перетворювачів лінійних деформацій на основі деформованих перколяційних чутливих елементів.

3. Підтверджено, що новий ТЛД має вищу чутливість та більшу базу, ніж відомі тензоперетворювачі:

лінійні деформації перетворювачів на основі перколяційних чутливих елементів на рівні 1...3 % дають зміну провідності на 50...500 %;

при протіканні струму високої частоти через перколяційні чутливі елементи з електропровідною компонентою терморозширений графіт, в складі перетворювачів лінійних деформацій, опір середовища стрімко зростає при переході границі 1 кГц;

побудовано математичну модель R(f,e) нового ТЛД та встановлено границі застосування даної моделі;

4. Розроблено алгоритм досліджень нового ТЛД, проведено моделювання на ЕОМ виникнення з’єднуючого кластера на кінцевомірних моделях. Отримано статистику розподілу ймовірності W виникнення з’єднуючого кластеру, як функцію розмірів області та ймовірності заповнення і-тої підобласті електропровідною компонентою. Встановлено, що зміни Р^* від товщини шару перколяційного чутливого елементу при переході R¹ R² R³ забезпечують побудову математичної моделі ТЛД заданих розмірів Р^*(L,H,D) для створення плоских та об’ємних перколяційних ТЛД з наперед заданими властивостями.

5. Вперше створено наближення прикладної теорії розрахунків провідності в деформованих ТЛД, засноване на допущенні перенормування концентрації частинок електропровідної компоненти на зміну об’єму при деформації, що дозволило отримати функціональні залежності R(e_x, e_y, e_z, m, R₀).

6. Розроблено надчутливий перколяційний тензоперетворювач з наперед заданими властивостями. Запропоновано застосування різних типів перколяіційних ТП для вимірювання фізичних величин (лінійних переміщень, деформації, сили, тиску) в автоматизованих системах та в комп’ютеризованих технологіях.

7. Запропоновано нове використання нового тензометричного перетворювача в якості бістабільного тензоперетворювача дистанційного контролю несанкціонованого доступу, який забезпечує ефект пам’яті про навантаження і є більш дешевим в порівнянні з відомими ТП. Встановлено порогові значення стрибкоподібного зменшення електричного опору навантаження.

8. Теоретичні основи роботи нового ТЛД покладено в основу виграного Університетом, в рамках шостої рамкової програми, Європейського гранту № FP6-504937-1 “Багатофункціональна перкольована наноструктурована кераміка, виготовлена з гіроксилопатита”. Національний банк дав згоду фінансувати проект “Бістабільний тензоперетворювач дистанційного контролю несанкціонованого доступу”. Результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес ЖДТУ в якості лабораторних робіт з предмету “Технологічні вимірювання та прилади. Перетворюючі пристрої приладів”; на підприємствах “Верстатуніверсалмаш” та “Віндзор” м. Житомира.

Список використаних джерел

1. Перколяційні матеріали: властивості, технології, застосування: Монографія / І. Г. Грабар, О. І. Грабар, О. А. Гутніченко, Ю. О. Кубрак; ЖДТУ – Житомир, 2007. – 354 с.: ил., табл. – Библиогр. с. 319–353.

2. Грабар І. Г. Терморозширений графіт чи шунгіт? яка провідникова компонента краща для деформованих перколяційних середовищ? / І. Г. Грабар, Ю. О. Кубрак // Вісник ЖДТУ. – 2003. – № 1(25). – С. 24–29.

3. Кубрак Ю. О. Проектування тензоперетворювачів для систем автоматики та контролю / Ю. О. Кубрак // Вісник ЖДТУ. – 2007. – № IV(43). – С. 33–38.

4. Безвесільна О. М. Приклади практичного використання розроблених перколяційний тензоперетворювач лінійних деформацій / О. М. Безвесільна, Ю. О. Кубрак // Вісник Інженерної Академії Наук: – 2008. – №2. – С. 80–84.

5. Кубрак Ю. О. Основи побудови перколяційних тензоперетворювачів лінійних деформацій / Ю. О. Кубрак, І. Г. Грабар, О. М. Безвесільна // Східно-Європейський журнал передових технологій. Прикладна фізика і матеріалознавство. – 2008. – № 4/4 (34). – С. 52–55.

6. Пат. № 73063А Україна, МПК 7 G 01 B 7/16. Застосування тензометричного пристрою професора Грабара як бістабільного тензоперетворювача дистанційного контролю несанкціонованого доступу. Грабар І. Г., Кубрак Ю. О. – № 20031212765 ; заявл. 29.12.03 ; опубл. 16.05.05, Бюл. № 5.

7. Грабар І. Г. Дослідження деформованих перколяційних систем струмом високої частоти. / І. Г. Грабар, Ю. О. Кубрак // Вісник ЖІТІ. – 2002 / Спеціальний випуск. / ІКТ 2002. – С. 63–67.

8. Грабар І. Г. Явище термостабілізації в перколяційних системах гума-графіт / І. Г. Грабар, Ю. О. Кубрак // Сучасні технології в аерокосмічному комплексі: V Міжнародна науково-практична конференція, присвячена 40-річчю польоту людини в космос, 4-6 вересня 2001 р.: матеріали конф. – Житомир, 2001. – С. 83–86.

9. Grabar Ivan. Percolation-fractal sensors for strain measuring of bioobjects / Ivan Grabar, Kubrak Yuri.// Scientific reports of 15^th International Scientific Conference Mittweida 7-11 Nowember 2002. Journal of the University of Applied Sciences Mittweida. –Nr.11,2002. Neue Entwicklungen in der Medizintechnik. – P. 19–23.

10. Grabar Ivan. Sensors with memory of a load on the basis of percolation-fractal systems / Ivan Grabar, Yuri Kubrak // Scientific Reports of 16^th International Scientific Conference Mittweida 6-7 Nowember 2003. Journal of the University of Applied Sciences Mittweida. – Nr. 2, 2003. Innovative Produkt - und Prozessentwicklung. P. 96–99.

11. Грабар І. Г. Деформовані перколяційні матеріали: новий клас надчутливих тензоперетворювачів / І. Г. Грабар І., Ю. О. Кубрак // Mechanics 2004. Proceedings of the International Scientific Conference, June 2004. Scientific Bulletins of Rzeszow University of Technology. – № 209. Mechanics 62. – 2004. – С. 81–85.

12. Грабар І. Г. Новий тензоперетворювач для вимірювання лінійних та об’ємних деформацій на основі перколяційного чутливого елемента / І. Г. Грабар, Ю. О. Кубрак // XXXI науково-практична міжвузівська конференція, присвяченої Дню університету, 14-16 березня 2006 р.: тези допов. – Житомир, 2001. – С. 14.

13. Грабар І. Г. Проектування перколяційно-фрактальних датчиків для дослідження біологічних тканин / І. Г. Грабар, Ю. О. Кубрак, О. І. Грабар // Практична космонавтика і високі технології: VI Міжнар. наук.-практ. конф. присвячена 100-річчю з дня народження академіка С.П. Корольова, 9-11 січ. 2007 р.: тези допов. – Житомир, 2007. – С. 77.

14. Грабар І. Г. Перспективи використання перколяційних матеріалів з фрактальною структурою в автомобілебудуванні / О.А. Гутніченко, Ю. О. Кубрак // Інноваційні технології в автомобільному транспорті: I наук.-практ. сем., 27 жовт. 2007 р.: тези допов. – Житомир, 2007. – С. 67–70.