Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время широкое распространение получило серийное производство терморегуляторов, предназначенных для поддержания заданной температуры в бытовых и автомобильных холодильниках, медицинской технике, в системах терморегулирования твердотельных лазеров, компьютерных процессоров и т.д. Несмотря на возрастающий объем электронных систем терморегулирования, использование терморегуляторов остается актуальным из-за надежности и долговечности, простоты и дешевизны конструкций, высокой точности в малых объемах термостатирования (т.к. используется контактный метод измерения), широкого диапазона измерения температуры, возможности работы в высоко- и низкотемпературных условиях. Отечественные манометрические терморегуляторы (типа ТАМ 112-1М, ТАМ-113-1М, 145-2М, Там133-1М) выпускаемые ЗАО "Евромикс" (г. Москва), ЗАО "Промприбор" (г. Москва), ОАО "Тепло-прибор" (г. Челябинск), ОАО "Сибэкоприбор" (г. Новосибирск), ОАО "Манотомь" (г. Томск), ОАО "Теплоконтроль" (г. Сафоново) и др., заменяют дорогостоящие импортные терморегуляторы Ranco (группа компаний Electrolux), Danfoss (Дания) и широко применяются как у отечественных, так и у зарубежных производителей холодильной, вентиляционной техники.
Во многих случаях технический контроль при производстве терморегуляторов осуществляется на заводе-производителе ручным способом: терморегуляторы помещаются в холодильную ванну, заполненную теплоносителем, температура которого соответствует температуре срабатывания прибора, чувствительный элемент терморегулятора охлаждается (или нагревается) до заданной температуры в соответствии с контрольными точками срабатывания, контролер визуально устанавливает момент срабатывания прибора и далее перемещает его в другую ванну с другой температурой срабатывания, и т.д. Такой процесс контроля работоспособности терморегуляторов является трудоемким, требует длительного времени контроля и не обеспечивает определения точной температуры срабатывания.
Вопросами технического контроля манометрических терморегуляторов (с сильфоном и чувствительным элементом) занимались: Костин Н.Н., Гаврилин В.А., Василевский А.П., Демина Е.Г. В существующих программах испытаний партия терморегуляторов помещается в воздушную среду специальной барокамеры, а в жидкостной термостат опускаются их чувствительные элементы. Воздействие температуры на чувствительный элемент заменяется воздействием давления на сильфон согласно контрольным точкам срабатывания терморегулятора. Недостатком таких испытаний является то, что при быстром подъеме и сбросе давления происходят недопустимые скачки температуры воздуха в барокамере, что может привести к деформации сильфона контролируемого прибора. Стабилизация температуры в барокамере осуществлялась за счет остановки системы, что увеличивало время прохождения контроля. Таким образом, введение в конструкцию барокамеры нового контура управления - системы термостатирования воздушной среды барокамеры, включающей термоэлектрические модули, радиаторы и вентиляторы, проведение расчета и выбора параметров автоматизированного стенда со специальной барокамерой является актуальной научной задачей.
Объектом исследования в данной работе служит специальная барокамера
автоматизированного стенда со встроенными системами термостатирования.
В качестве предмета исследования рассматриваются модели и алгоритмы управления тепловыми, аэродинамическими и термодинамическими процессами специальной барокамеры.
Целью диссертационной работы является сокращение времени при испытаниях терморегуляторов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
Провести анализ существующих подходов к выходному контролю параметров терморегуляторов манометрического типа и степени их автоматизации при испытаниях.
Разработать и исследовать математические модели тепловых, термодинамических и аэродинамических процессов, происходящих в барокамере автоматизированного стенда.
Разработать алгоритмы управления температурными режимами в специальной барокамере со встроенными системами термостатирования и провести их анализ.
Провести экспериментальные исследования на основе разработанных моделей.
Методы исследований:
Для решения поставленных задач применены методы системного анализа, интегрального и дифференциального исчислений, теории автоматического управления, математического моделирования, теории алгоритмов, теории эксперимента.
Научная новизна работы:
Разработана комплексная математическая модель тепловых, аэродинамических и термодинамических процессов, происходящих в специальной барокамере автоматизированного стенда, основанная на дифференциальных уравнениях, отличающаяся тем, что учитывается изменение температуры в определенных точках, движение воздушных потоков, создаваемых вентиляторами и изменение давления в постоянном объеме барокамеры;
Разработана модель схемы управления автоматизированным стендом по контролю терморегуляторов, включающая блок стабилизации температуры в воздушном объеме барокамеры и блок принятия решения о работоспособности терморегулятора;
Разработаны алгоритмы и обоснован выбор средств управления температурными режимами барокамеры автоматизированного стенда, отличающиеся тем, что термостатирование воздушной среды барокамеры осуществляется за счет регулятора;
Разработана методика управления процессом выходного контроля терморегуляторов в специальной барокамере, учитывающая необходимость стабилизации температуры воздушной среды барокамеры.
Практическую ценность составляет программа управления температурными режимами специальной барокамеры автоматизированного стенда, реализующая предложенную комплексную математическую модель, эксперименталь-
ные исследования, позволяющие применять ее на предприятии в виде автоматизированной системы контроля терморегуляторов. Результаты работы апробированы и внедрены на предприятии ООО "Холодсервис".
Работа выполнялась в рамках Государственного контракта № 14.740.11.0546 "Создание экспериментальной системы контроля манометрических приборов с чувствительным элементом и сильфоном за счет использования новой технологии, основанной на замене воздействия температуры на чувствительный элемент терморегулятора воздействием внешним давлением на его сильфон" (шифр "2010-1.3.2-401-014") 01 октября 2010 в рамках федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, обоснованностью используемых теоретических зависимостей и принятых допущений, применением методов системного анализа, известных математических и статистических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Положения, выносимые на защиту:
Комплексная математическая модель тепловых, аэродинамических и термодинамических процессов, происходящих в специальной барокамере автоматизированного стенда;
Модель схемы управления автоматизированным стендом по контролю терморегуляторов;
Алгоритмы и средства управления температурными режимами барокамеры автоматизированного стенда, которые реализованы в автоматизированной системе;
Методика управления процессом выходного контроля терморегуляторов в специальной барокамере.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на научно-технических конференциях: Международная научно-практическая конференция "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab View и технологии National Instruments" (Москва 2007), V-я международная научно-практическая интернет-конференция «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» (Орел 2007), Международня научно-практическая конференция "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab View и технологии National Instruments" (Москва 2008) , Информационные технологии в науке, образовании и производстве " (ИТНОП), (Орел 2008 г.), VII-я международная научно-практическая интернет-конференция «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век», Восьмая международная научно-практическая конференция "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности (Санкт-Петербург 2009 г.)", Международная научно-практическая конференция "Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab View и технологии National Instruments" (Москва 2010), Всероссийская научная конференция "Необратимые процессы в природе и технике" (Москва 2011). По результатам исследований опубликовано 15 работ, получено свидетельство на программный продукт и получен патент на изобретение.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пятнадцать печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 180 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 100 наименований, 8 приложений.
