Введение к работе
Актуальность темы. Контрольно-измерительные операции являются важнейшей частью технологических процессов в машино- и приборостроении. От достоверности и оперативности информации, получаемой в ходе их выполнения, в значительной степени зависит качество выпускаемой продукции. Обеспечение этих условий (достоверности и оперативности) может быть достигнуто через минимизацию и исключение влияния на контрольно-измерительные операции различного рода дестабилизирующих факторов, при этом наиболее эффективным направлением является автоматизация этих операций.
Надежные и высокоточные измерения любых физических величин немыслимы без соблюдения определенных условий эксплуатации измерительного оборудования, таких как стабильность и точность параметров питающей сети, влажность воздуха, атмосферное давление, температура окружающей среды и отдельных узлов измерительного оборудования и т.п. По степени влияния на точность измерительных приборов температура занимает одно из первых мест.
Даже незначительное изменение температуры прибора или отдельного его узла приводит к изменению физико-химических свойств материалов, составляющих конструкцию измерительного прибора, что в той или иной степени влияет на процессы, заложенные в основу прибора, искажает его конструктивные характеристики.
Поддержание во времени и в определенных объемах требуемой температуры приводило и приводит к созданию многочисленных вариантов конструкций систем обеспечения необходимых температурных режимов и защиты от внешних тепловых полей. Такими устройствами являются системы задания и стабилизации температуры или термостаты. испо.тьз\тощие в своей работе разнообразные физические принципы. Кроме того, в зависимости от области применения термостатов различны и требования к величине регулируемой температуры и к равномерности ее распределения в пределах рабочего тела. Особенно высокие требования к точности установления и стабилизации температуры предъявляются в приборах определяющих физические свойства жидких сред. Это обусловлено тем. что даже при изменении температуры жидкости всего лишь на 1 С многие физические параметры, например, такие как сдвиговая, кинематическая и объемная вязкости, скорость и затухание ультразвуковой волны и другие характеристики могут менять свои абсолютные величины на единицы и даже десятки процентов.
Несмотря на большое разнообразие описываемых в литературе конструкций термостатов, почти все они являются САР релейного типа, главный недостаток которьгх - длительное время выхода на требуемый температурный режим. Это обстоятельство может являться существенным, если на работу з'стройства, в состав которого включен термостат, накладываются временные ограничения, например, при экспресс-анализе физических свойств жидких сред.
Из вышеизложенного следует, что задача совершенствования автомати ческих систем регулирования и стабилизации температуры и создание высоко-точного регулируемого термостата с малым временем переходного процесса является актуальной.
Цель работы. Разработка и исследование автоматической системы регулирования и стабилизации температуры измерительных устройств для созданш малогабаритного термостата, работающего автономно в составе измерительного комплекса, определяющего физические параметры жидких сред при различных температурах, в том числе и температурах ниже температуры среды, окружающей устройство термостабилизации.
Для достижения поставленной цели необходимо:
-
Выявить взаимосвязи между характеристиками управляющего воздействия и теплофизическими свойствами объекта теплового регулирования.
-
Разработать конструкцию автоматической системы регулирования и стабилизации температуры.
-
Исследовать экспериментально систему автоматического регулирования и стабилизации температуры.
Научная новизна работы. На основании выявленных взаимосвязей .между характеристиками управляющего воздействия и теплофизическими свойствами объекта термостатирования разработан метод построения термостата с цифровой обработкой сигналов, при этом научная новизна работы заключается:
-
В разработке математической модели распределения тепловых полей б многослойных структурах с измененым способом задания граничных условий.
-
В обосновании способа уменьшения температурного градиента в объекте теплового регулирования путем введения экранирующих внешние тепловые no.is теплопроводных оболочек.
-
В установлении функциональной взаимосвязи между количеством теплоты, рассеивающимся в окружающую среду и распределением температуры г объекте теплового регулирования.
Практическая значимость. Практическая значимость работы состоит:
-
В разработке метода проектирования системы регулирования и стабилизации температуры с малым временем переходного процесса.
-
В создании программного обеспечения метода моделирования тепловых полей. .
-
В разработке термостата, работающего автономно в составе измерительной системы для комплексного исследования физических свойств жидких сред
Реализация и внедрение результатов. Разработанные в диссертации метод, программное обеспечение и термостат, входящий в состав измерительно!! системы используются в научно-исследовательской работе кафедры физики Ков-ровской государственной технологической академии, а также в СКБ АО "Заво; им. Дегтярева" для автоматизированного экспресс-анализа качества бензина, бен-
зино-масляных смесей, моторных масел, используемых в двухтактных двигателях внутреннего сгорания.
Апробация работы. Результаты работы по теме диссертации докладывались в периоде 1995 по 1999 гг.:
на международных и всероссийских научно-технических конференциях, проходивших в гг. Нижний Новгород. Ковров. Севастополь;
на научно-технических и научно-методических конференциях Ковровс-кой государственной технологической академии.
Публикации. Основное содержание диссертации предстаатего в 11 печатных работах, в том числе в одной статье, опубликованной в журнале, по результатам работы было подано 5 заявок на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 164 страницах и иллюстрированных 50 рисунками и 2 таблицами, а также списюм литературы из 116 наименований и гремя приложениями.