Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Моделирование работы технических устройств с магнитожидкостным рабочим телом 10
1.1. Математические модели физического эксперимента. 10
1.2. Аппаратно-программные средства для автоматизации физического эксперимента 13
1.3. Эксплуатационные характеристики магнитных жидкостей 20
1 1.4. Методы прогнозирования ресурса работы уплотнительных устройств с магнитожидкостным рабочим телом 25
1.5. Выводы 34
Глава 2. Математические модели работы уплотнительного устройства с магнитожидкостным рабочим телом и автоматизированного измерительного стенда 36
2.1. Математическая модель работы МЖУ 36
2.1.1. Постановка задачи 3 6
2.1.2. Математическая модель 38
2.1.3. Анализ модели 39
2.2. Математическая модель работы автоматизированного измерительного стенда 40
2.2.1. Постановка задачи
2.2.2. Математическая модель 44
2.2.3. Анализ модели 45
2.3. Выводы 47
Глава 3. Разработка измерительно-программного комплекса для дисперсионного анализа коллоидных систем 48
3.1. Исходные данные 48
3.2. Получение исходных изображений для анализа 54
3.3. Распознавание исходных изображений и их анализ 55
3.3.1. Описание работы программы ФОТОСКАН 55
3.3.2. Анализ исходных изображений 59
3.3.3. Преобразование файла формата JPG в файл формата BMP (256 цветов) 60
3.3.4. Преобразование цветного 256-цветного изображения в монохромное 63
3.3.5. Распознавание монохромного изображения и подсчет площадей и количества объектов 69
3.3.6. Сортировка выделенных объектов по группам и построение гистограммы распределения 78
3.4. Результаты испытаний 80
3.5. Выводы 82
Глава 4. Разработка автоматизированного измерительного стенда для испытаний уплотнительных устройств с магнитожидкостным рабочим телом 83
4.1. Методика оценки ресурса работы МЖУ 83
4.2. Структурная схема автоматизированного измерительного стенда 86
4.3. Техническое обеспечение 90
4.4. Программное обеспечение 93
4.5. Разработка протокола обмена данными 99
4.6. Выводы 107
Заключение 108
Список литературы 110
Приложения 118
- Методы прогнозирования ресурса работы уплотнительных устройств с магнитожидкостным рабочим телом
- Математическая модель работы автоматизированного измерительного стенда
- Преобразование файла формата JPG в файл формата BMP (256 цветов)
- Структурная схема автоматизированного измерительного стенда
Введение к работе
Развитие вычислительных систем и технологий позволяет вывести математическое моделирование как отрасль науки на качественно новый уровень. Применение современных вычислительных систем и методов математического моделирования позволяет проводить многосторонние исследования характеристик разнообразных технических устройств, повысить точность получаемых результатов, значительно сократить время исследования и число занятых в исследовательском процессе людей.
Актуальность проблемы
Использование магнитожидкостных уплотнений (МЖУ) в устройствах различного назначения [1,2,3,4,5] для герметизации жидких сред обусловливает необходимость определения ресурса работы уплотнений. Разработка математической модели работы МЖУ для прогнозирования их ресурса, а также методики ускоренных ресурсных испытаний становится в инженерной практике все более актуальной задачей [6,7,8], однако она не получила еще достаточного освещения в литературе.
Ресурс работы МЖУ, предназначенных для герметизации жидких сред связан как с дисперсными характеристиками рабочего тела - магнитной жидкости (МЖ), так и с устойчивостью по отношению к нежелательному ее эмульгированию из уплотнения [1,9,10,11,12]. Моделирование процесса работы МЖУ, контактирующего с жидкой немагнитной средой, позволяет определить зависимость ресурса работы уплотнения от скорости и характера эмульгирования МЖ.
Для определения возможности применения математической модели работы МЖУ необходимо провести дисперсионный анализ МЖ: высокая склонность к агрегации ведет к нестабильной работе МЖУ и изначально снижает ресурс работы уплотнения. В этом случае применение математической модели не даст достоверных результатов, и прогноз может оказаться неверным. Модель может быть применена для МЖ с невысокой склонностью к агрегации
(доля крупных агрегатов МЖ диаметром порядка 2*10" м не должна превышать 5% от общего числа агрегатов).
Использование результатов моделирования сокращает затраты рабочего времени на проектирование и отладку новых устройств и позволяет перейти к ускоренным ресурсным испытаниям.
Актуальность и практическая значимость разработки математической модели работы МЖУ для прогнозирования ресурса его работы связана не только с автоматизацией испытаний и обработки результатов измерений, но и с решением проблемы по герметизации жидких сред с помощью МЖУ.
Целью настоящей работы является разработка математической модели работы МЖУ для прогнозирования их ресурса работы, а также программных и аппаратных средств для анализа модели.
Поставленные задачи:
Разработка математической модели работы МЖУ для прогнозирования их ресурса, учитывающей эмульгирование МЖ из уплотнения.
Разработка алгоритма программы для проведения дисперсионного анализа МЖ и определения возможности применения МЖ в уплотнении; программная реализация алгоритма.
Разработка математической модели работы автоматизированного измерительного стенда для оценки допустимых погрешностей измерительных приборов.
Разработка протокола обмена данными для реализации предложенной схемы преобразования сигналов.
Разработка аппаратной части автоматизированного измерительного стенда, методики ускоренных ресурсных испытаний и подбор компонентов для практической реализации.
Достоверность результатов, полученных в данной работе, подтверждается как экспериментальными данными автора, так и данными других авторов. Кроме того, достоверность полученных результатов обеспечивается
корректностью применяемого математического аппарата и точностью программной реализации разработанных алгоритмов. Научная новизна результатов:
Разработана математическая модель работы МЖУ для прогнозирования их ресурса с учетом особенностей герметизации жидких сред.
Разработан алгоритм программы для дисперсионного анализа и выполнена его программная реализация, позволяющая автоматизировать процесс проведения дисперсионного анализа.
Разработана математическая модель работы автоматизированного измерительного стенда, позволяющая провести оценку допустимых погрешностей измеряемых величин.
Разработан протокол обмена данными, реализующий многоуровневую схему преобразования сигналов.
Практическая значимость результатов данной работы состоит в следующем:
Разработанная математическая модель работы МЖУ позволяет прогнозировать их ресурс. Моделирование работы МЖУ позволяет уменьшить время ресурсных испытаний на порядок и уменьшить занятость обслуживающего персонала.
Разработанный измерительно-программный комплекс позволяет автоматизировать и ускорить процесс ресурсных испытаний МЖУ с целью определения их ресурса работы и повышает достоверность получаемых результатов. Достоверность получаемых данных повышена за счет исключения влияния погрешности измерений, вносимых человеческих фактором.
Разработанная программа для дисперсионного анализа ФОТОСКАН может применяться не только для решения задачи анализа структуры
МЖ, поставленной в данной работе, но и для решения любых задач, где требуется проведение дисперсионного анализа.
На защиту выносится:
Математическая модель работы МЖУ для прогнозирования их ресурса.
Алгоритм и программа для автоматизации дисперсионного анализа ФОТОСКАН.
Математическая модель работы автоматизированного измерительного стенда для ресурсных испытаний МЖУ.
Протокол обмена данными для реализации схемы преобразования сигналов.
Личный вклад автора. Лично автору принадлежит разработка алгоритма программы для дисперсионного анализа ФОТОСКАН, разработка математической модели работы МЖУ, разработка математической модели работы автоматизированного измерительного стенда, разработка протокола обмена данными между автоматизированным стендом и программой статистической обработки. Автор принимал участие в разработке методики ресурсных испытаний МЖУ.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на следующих конференциях: 4-й Всероссийский симпозиум «Математическое моделирование и компьютерные технологии», (Кисловодск, 20-22 апреля 2000), 9-я Международная плесская конференция по магнитным жидкостям. (12-14 сентября 2000,- Плес), 1-я Российская научно-практическая конференция "Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе" (июнь, 2001 г, Ставрополь), Международная конференция по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов (24-27 сентября 2001 - Клязьма), 10-я юбилейная Международная плесская конференция по магнитным жидкостям. (Сентябрь,
2002» Плес), Третья межвузовская научно-практическая конференция «Совершенствование техники, технологии, экономики в сфере сервиса и методики обучения» (2003 ,Ставрополь, Институт сервиса).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
Первая глава диссертации - обзорная. В этой главе дан обзор существующих методов моделирования физического эксперимента, аппаратных и программных средств для автоматизации физического эксперимента. Рассмотрены свойства магнитных коллоидов, их структура, методы получения. Кроме того, дан обзор МЖУ и рассмотрены свойства магнитных жидкостей, связанные с эксплуатацией МЖУ (эксплуатационные характеристики). В конце главы определяется цель исследований, ставятся задачи, определяется их актуальность.
Вторая глава посвящена описанию математической модели работы МЖУ
и математической модели работы автоматизированного измерительного стенда.
Проведен анализ этих моделей и на его основе сделаны соответствующие
выводы об адекватности применения данных моделей и достоверности
получаемых результатов. На основании предложенной модели
автоматизированного измерительного стенда выполнен подбор технических решений для практической реализации стенда. Описание автоматизированного измерительного стенда приведено в главе 4.
Третья глава содержит описание разработанного алгоритма программы для дисперсионного анализа ФОТОСКАН, руководство по работе с программой и результаты испытаний программы с оценкой точности получаемых результатов. Описание алгоритма программы выполняется поэтапно и состоит из следующих пунктов:
Описания исходных данных;
Способа получения исходных изображений для анализа;
Описания алгоритма файлового межформатного графического преобразования;
Описания алгоритма преобразования цветного изображения в черно-белое;
Описание алгоритма распознавания черно-белого изображения и подсчета размеров и количества объектов;
Описание алгоритма сортировки выделенных объектов по группам и построения гистограммы распределения.
В конце главы приведены результаты испытаний программы с оценкой точности полученных данных, проведено сравнение с экспериментальными данными, которые подтвердили достоверность результатов программной обработки.
Четвертая глава включает в себя описание методики оценки ресурса работы МЖУ. Кроме того, в данной главе предложен проект автоматизированного измерительного стенда, в рамках которого решены следующие задачи:
Разработана структурная схема стенда;
Выполнен подбор решений по аппаратному и программному обеспечению;
Разработан протокол обмена данными между измерительной частью стенда и программой статистической обработки результатов.
В заключении к диссертационной работе сформулированы основные теоретические выводы проведенных исследований и описаны полученные практические результаты.
В приложения вынесены расчет технико-экономической эффективности от внедрения, листинг программы ФОТОСКАН, листинг протокола обмена данными между драйвером аналого-цифрового преобразователя стенда и программой статистической обработки, фотография автоматизированного измерительного стенда.
Методы прогнозирования ресурса работы уплотнительных устройств с магнитожидкостным рабочим телом
Конструкции МЖУ можно классифицировать [1] по характеру герметизируемых соединений, исполнению рабочего зазора, по виду герметизируемой и окружающей сред, условиям эксплуатации, комбинации с другими механизмами герметизации.
По характеру герметизируемых соединений МЖУ можно разделить на три основные группы: для соединений с вращательным движением (например, валов); для неподвижных соединений (стыков, крышек, быстроразъемных соединений); для соединений с возвратно-поступательным движением (например, штоков, поршней).
МЖУ для валов применяют наиболее широко; для них хорошо проработаны различные конструктивные варианты применительно к конкретным условиям эксплуатации.
По исполнению рабочего зазора среди МЖУ выделяют радиальные и торцовые. В радиальных МЖУ рабочий зазор выполнен в направлении радиуса вала, в торцовых — в направлении оси вала. Основной недостаток радиальных МЖУ, особенно для валов большого диаметра — сложность обеспечения равномерности рабочего зазора из-за погрешностей изготовления и сборки деталей, а также люфтов подшипникового узла. Эксцентриситет и биение вала приводят к появлению магнитной силы одностороннего притяжения вала, повышению собственных потерь на трение, а также снижению работоспособности МЖУ. В связи с этим для валов диаметром более 150 мм целесообразно применять торцовые МЖУ, которые нечувствительны к радиальному биению и эксцентриситету вала. Однако в торцовых МЖУ сложно обеспечить постоянство рабочего зазора в условиях изменения температуры окружающей среды, когда из-за температурного расширения вала увеличивается рабочий зазор, что в некоторых случаях может привести к его разгерметизации.
По виду герметизируемой и окружающей сред МЖУ разделяют на три основные группы: газовые, жидкостные и пылезащитные. Газовые МЖУ предназначены для разделения сред вакуум—газ и газ—газ; их применяют в вакуумной и особо чистой технологии, а также в химической технологии при возможности выделения ядовитых и экологически вредных веществ. Такие уплотнения обладают практически полной герметичностью.
Газовые МЖУ можно использовать и для герметизации жидких сред, не смешивающихся с МЖ. Если это условие не выполняется, то герметизируемая жидкость перемешивается с дисперсионной средой МЖ, вытесняя ее; это приводит к фильтрации герметизируемой жидкости через магнитную дисперсную фазу, т.е. к капельной утечке герметизируемой жидкости.
Пылезащитные МЖУ применяют в системах защиты различных высокоточных подвижных устройств, опорных узлов и передач, работающих при малых перепадах давлений (1,5..2,0 кПа). При высокой запыленности, например в условиях шахты, при попадании угольной пыли на МЖ ее вязкость увеличивается вследствие адсорбции дисперсионной среды. Чрезмерное увеличение вязкости МЖ приводит к появлению разрывов в магнитожидкостной пробке и, как следствие, к разгерметизации МЖУ. В связи с этим при повышенной запыленности рабочий зазор с МЖ защищают от попадания пыли, например подачей газа в межполюсное пространство под давлением, превышающим давление окружающей среды; при этом один из рабочих зазоров со стороны окружающей среды не заполнен МЖ. Газ проходит через зазор и исключает возможность попадания пыли в межполюсное пространство. Проблема оценки состояния МЖУ сводится к контролю качества МЖ и ее устойчивости по отношению к нежелательному эмульгированию из уплотнения. Контроль качества МЖ и ее диагностика, как сложной физико-химической системы, ставит ряд технических задач. Прежде всего — это задача выбора параметров качества для адекватной оценки работоспособности МЖ в тех или иных конкретных условиях. Кроме того, нужны методики и средства контроля качества. Магнитные измерения [64, 65, 66, 67, 68] используют для оценки собственно магнитных характеристик МЖ, а также для определения других свойств, например гранулометрического состава, склонности к агрегации и др. Реологические методы [69, 70, 71, 72] диагностики МЖ основаны на оценке взаимосвязи структурообразования в МЖ с характером их течения в присутствии магнитного поля. В связи с этим, определив по данным эксперимента реологические характеристики МЖ, можно найти условия, при которых их характер меняется, а следовательно, меняется и структура жидкости. Для диагностики состояния МЖ в работе [38] предложено использовать критериальные соотношения, позволяющие оценить степень устойчивости МЖ, связанную с интенсивностью межчастичного взаимодействия. При этом полагают: если жидкость устойчива, то выполняется условие U kT, намагниченность насыщения определяется объемной долей магнитной фазы в МЖ, а вязкость — кривой Вэнда. Здесь: U - полная энергия взаимодействия частиц магнитной фазы; кТ - энергия теплового движения частиц. Измерив Ig, плотность (р) и динамическую вязкость (TJ) МЖ, можно вычислить объемные доли магнитной (Cv ) и твердой (cv) фаз, а также объемную долю, соответствующую гидродинамическому диаметру частиц, который определен с учетом стабилизирующей оболочки (с ).
Математическая модель работы автоматизированного измерительного стенда
Под ресурсом работы МЖУ будем понимать такое время его работы tp, за которое уплотнение достигает своего предельного состояния, т.е. удерживаемое МЖУ давление становится равным избыточному давлению жидкой среды и происходит пробой уплотнения. Указанное давление принято называть критическим Ркр. Герметизатор - магнитная жидкость, подбирается химически инертным относительно герметизируемой среды,и не растворимым в ней.
Рассмотрим задачу расчета ресурса работы tp МЖУ как функциональной зависимости от параметров герметизируемой среды и уплотнения. Данная задача рассматривалась в ряде работ [1, 63], однако решение ее далеко от завершения. Будем рассматривать эту задачу с точки зрения теории перемешивания [74, 75, 76] (эмульгирования) двух нерастворимых друг в друге жидких сред.
При работе МЖУ происходит эмульгирование герметизатора (МЖ) в немагнитную герметизируемую среду из зазора МЖУ, вследствие чего объем рабочего тела герметизатора V уменьшается. Происходит это вследствие потери устойчивости свободной поверхности раздела МЖ - жидкая герметизируемая среда, т.е. идет процесс массоотдачи МЖ из объема V в жидкую среду. Из теории перемешивания, подтверждаемой для конкретной задачи эмульгирования МЖ в жидкую герметизируемую среду многочисленными экспериментальными данными, находящимися в распоряжении автора [11,12] следует, что объемный расход пропорционален текущему объему МЖ.
Вид функциональной зависимости между критическим давлением и объемом рабочего тела герметизатора определяется параметрами неоднородного магнитного поля в зазоре уплотнения вдоль оси вала МЖУ и, в частности, характером изменения магнитной индукции поля, а также величиной намагниченности насыщения МЖ [1]. Уровень и характер распределения этих величин по длине рабочего тела МЖ (вдоль вала) исследован в работе [1]. Показано, что с уменьшением объема V рабочего тела МЖ в зазоре МЖУ от начального Vo удерживаемое уплотнением давление Ркр падает, поскольку рабочее тело МЖ уже не перекрывает всю область, в которой индукция магнитного поля изменяется от Втах до Bmin, а увеличение объема МЖ сверх оптимального начального Vo не приводит к повышению критического давления МЖУ. Магнитожидкостное рабочее тело в зазоре занимает положение устойчивого равновесия, отвечающее максимуму магнитной энергии данного объема V. Избыточное давление герметизируемой среды вызывает смещение объема МЖ в направлении действия давления. МЖУ удерживает избыточное давление среды, если на границах объема, занимаемого рабочим магнитожидкостным телом, существует разность удельных магнитных энергий. В процессе эмульгирования МЖ объем МЖ в зазоре уменьшается, при этом уменьшается и разность магнитных энергий, а следовательно иРкр. За показатель функционирования уплотнения принят ресурс работы tp. Рассмотрим переменные, входящие в модель МЖУ: критическое давление Ркр, текущий объем герметизатора V, удельная магнитная энергия UM2 текущего объема герметизатора V, длина герметизатора вдоль оси вала уплотнения Ь, время работы t. Параметры системы: Рмж - плотность МЖ, а 0 - частота вращения вала МЖУ, R0 - радиус вала МЖУ, с - экспериментально определяемый коэффициент пропорциональности, х — параметр, учитывающий форму зубца МЖУ, а - параметр, определяемый граничными условиями. Задача моделирования заключается в определении области значений функции tp =f(R0,co0,p№K,APKp,c,x,a). При построении математической модели работы МЖУ были сделаны следующие допущения. Рассматриваются случаи, в которых линейная скорость вращения вала МЖУ co0R0 1 м/с. При этом выделение тепла за счет диссипации энергии при вязкостном трении незначительно (процесс изотермический). Из-за невысоких линейных скоростей вращения вала течение герметизируемой среды в зоне уплотнения имеет ламинарный характер, при котором значение центробежного критерия Рейнольдса Reu 2-103. Рассматривается случай герметизации жидких немагнитных сред с динамической вязкостью л 1 Ю3 Па с. за счет эмульгировавшей МЖ, Ркр - пробивное давление МЖУ в статическом режиме работы (ю0 = 0), ІІмітах, UM2 - начальная (максимальная) и текущая удельные магнитные энергии на границе занимаемого МЖ объема, Ркр.д - пробивное давление МЖУ в динамическом режиме работы (е 0 0 ), 5ср.о среднее значение толщины слоя магнитожидкостного рабочего тела в зазоре МЖУ, b - длина магнитожидкостного рабочего тела в зазоре уплотнения вдоль max.
Преобразование файла формата JPG в файл формата BMP (256 цветов)
Для прогнозирования ресурса работы магнитожидкостных устройств необходимо знать состояние герметизатора - магнитной жидкости. Определить дисперсный состав магнитной жидкости можно путем подсчета количества и размера агрегатов ферромагнитных частиц и сравнения полученных данных с принятыми номинальными значениями. Для этого необходимо получить фотографии образца магнитной жидкости, применяемой в исследуемом устройстве. Полученные фотографии подвергаются последующему сканированию и оцифровке, а результаты этой операции сохраняются в виде файлов формата JPG в серой цветовой гамме. Графический формат JPG позволяет хранить данные в сжатом виде, что позволяет значительно сократить занимаемый файлами объем: объем графических данных в формате JPG в 10-30 раз меньше, чем в несжатом BMP-представлении. Потери данных при сжатии незначительны, так как изображения при последующей обработке все равно подвергаются преобразованию в монохромный формат.
Если фотографирование производится с помощью цифрового фотоаппарата или цифровой камеры, то полученное изображение напрямую передается в ЭВМ. Применение цифровой фотосъемки позволяет существенно сократить время исследования МЖ.
Кроме фотографирования образца МЖ необходимо произвести фотографирование объект-микрометра. Фотографирование производится при том же увеличении, которое использовалось при съемке образца МЖ. Изображение объект-микрометра необходимо для вычисления коэффициента корректировки и вычисления реального размера точки изображения.
После оцифровки фотографий следует этап их распознавания и анализа количества и размера агрегатов МЖ. Для этого применяется разработанное в данной работе программное средство ФОТОСКАН. Данная программа производит следующие операции: преобразует фотографию в серой цветовой гамме (градация серого цвета) в монохромное изображение; полученное монохромное изображение подвергается последующему распознаванию и анализу. После этого программа строит диаграмму распределения агрегатов по размерам. На основании полученной диаграммы путем сравнения с эталонами можно сделать вывод о структуре исследуемой коллоидной системы и определить возможность использования исследуемой МЖ в уплотнении. Разработанное программное средство ФОТОСКАН выполняет ряд задач: - цветовая дискретизация изображения; - анализ дискретизированного изображения; - сортировка полученных объектов по размеру В соответствии с выполняемыми задачами алгоритм программы ФОТОСКАН состоит из 3-х блоков: - алгоритм дискретизации исходного изображения; - алгоритм выделения и подсчета площади объектов; - алгоритм сортировки выделенных объектов по размерам. Алгоритм дискретизации и алгоритм сортировки разработаны на основе известных методов. Алгоритм выделения и подсчета площади обладает свойством новизны. Задача выделения и подсчета площадей объектов состоит из трех подзадач: - поиск стартовой точки объекта; - поиск всех точек объекта, связанных со стартовой; - удаление из буфера проанализированного объекта. Следует отметить, что под связанными подразумеваются две соседние точки одинакового цвета. Две несоседние точки, связанные с одной общей точкой также считаются связанными. Первая подзадача решается путем построчного сканирования изображения. Первая найденная черная точка считается стартовой точкой объекта. Третья подзадача выполняется параллельно со второй. Удаление из буфера уже проанализированного объекта существенно ускоряет работу алгоритма, убирая потери, возникающие при проверке уже просчитанных объектов. Существует несколько алгоритмов [79, 80, 81], выполняющих часть тех же функций, что и разработанный в данной работе алгоритм, решающий третью подзадачу. Все они решают задачу заполнения определенной области точками заданного цвета, то есть фактически выделяют все точки области. Рассмотрим их. Алгоритм простого рекурсивного заполнения [79] заключается в следующем. Заполнение начинается с некоторого заданного внутри области пикселя, а затем заполняется каждый соседний с заданным пиксел. Далее соседние с этим соседним, и так далее до тех пор, пока область не будет заполнена. Порядок действий, выполняемых данным алгоритмом, выглядит следующим образом: 1) Получаем цвет пиксела Р(х,у); 2) Если Р(х,у) не является цветом заполнения и не является цветом границы области, то переход к шагу 4; 3) переход к шагу 9; 4) Устанавливаем пиксел Р(х,у) в цвет заливки; 5) Рекурсивно переходим к шагу 1 с параметрами (X=x-l,Y=y); 6) Рекурсивно переходим к шагу 1 с параметрами (X=x+l,Y=y); 7) Рекурсивно переходим к шагу 1 с параметрами (X=x,Y=y-l); 8) Рекурсивно переходим к шагу 1 с параметрами (X=x,Y=y+l); 9) Завершение алгоритма. Данный алгоритм достаточно прост, но неэффективен. Одной из причин является то, что в среднем только один из четырех рекурсивных переходов производит смену цвета пикселей: каждый пиксел может быть заполнен единожды, но каждый раз, когда заполняется пиксел, выполняются четыре рекурсивных перехода. Единственным исключением является начальный заданный пиксел. Таким образом, эффективное время работы данного алгоритма составляет 25% общего рабочего времени.
Структурная схема автоматизированного измерительного стенда
Как отмечалось выше, за основу механической части системы принимается установка, описанная выше в данном параграфе. Рассмотрим все составные части автоматизированного стенда.
К персональному компьютеру 1 подключается многоканальный аналого-цифровой преобразователь 2. К нему подключены следующие устройства: - датчик температуры 4, предназначенный для измерения температуры герметизируемой среды; - тахометр 5, предназначенный для измерения частоты вращения вала уплотнения; - манометр 6, посредством которого измеряется избыточное давление герметизируемой среды; - датчик пробоя уплотнения 7; данный датчик срабатывает на замыкание контактной группы герметизируемой средой (вода), вытекающей из уплотнения; - двигатель установки 3, приводящий во вращение вал уплотнения; - регулятор частоты вращения 3, позволяющий регулировать частоту вращения вала электродвигателя и, соответственно, вала уплотнения. Со всеми датчиками стенда осуществляется односторонняя связь на получение сигнала от датчиков. Двухсторонняя связь реализована только для регулятора, посредством чего можно изменять характеристики регулятора через ЭВМ. В качестве цифровых измерительных приборов предлагается использование следующих устройств. Цифровые манометры Манометры, пригодные для использования в качестве датчиков давления: DPI280, DPI 141, фирмы Agrosy Technologies.Bbi6op этих устройств обусловлен тем, что серия цифровых обрабатывающих манометров DPI основана на микропроцессорной технологии и обеспечивает точную работу с широким диапазоном датчиков и входных сигналов. При использовании с преобразователями давления обеспечивается прямое снятие показаний давления. Прибор поставляется со встроенным или внешним датчиком. Возможно использование манометра для прямого снятия показаний с различных термопар и резистивных термометров для слежения за температурами. Кроме снятия показаний прибор способен выполнять множество операций по обработке сигналов. Например, установка ограничительных уровней давления, при которых будет подаваться предупреждающий сигнал; измерение пиковых значений; усреднение величины сигнала; применение двойных шкал измерения; тарирование нуля и много других полезных режимов работы. Цифровые термометры поставляются фирмой «Элике». Среди моделей, пригодных к применению в разработанной установке можно назвать TES-1304 и TES-1305. Эти устройства обладают следующими характеристиками. Данный термометр двухканальный (ТІ, Т2). Диапазон измерений -200 ... 1333С . Возможность подключения термопар К-Д-, Е-, Т-типа. Разрешение 0.1 С. Связь с компьютером через интерфейс RS-232. Существует возможность снятия показаний через заданный интервал времени. В памяти прибора может храниться до 4000 результатов измерения. Погрешность измерений составляет 0.1%. Минимальные и максимальные измеряемые значения фиксируются в памяти автоматически, попутно вычисляется среднее значение измеряемой температуры. Существует выход для подключения внешнего сигнального _ устройства. Цифровые тахометры В качестве тахометра можно использовать устройства типа АТТ-6000, -6001, -6002 поставляемые фирмой «Элике». Характеристики этих приборов следующие. Для АТТ-6000: - Принцип работы - фотодатчик; - Диапазон измерений от 5 до 99999 об/мин; - Разрешение 0,1; - Погрешность 0,05%; - Измерение на расстоянии от 50 до 150 мм. ДляАТТ-6001: - Принцип работы - контактный - Диапазон измерений от 0.5 до 19.999 об/мин; - Разрешение 0,1; - Погрешность 0,05%; ДляАТТ-6002: - Диапазон измерений от 5 до 99999 об/мин; - Разрешение 0,1 об/мин; - Стробоскоп - от 100 до 100000 импульсов/мин. Цифровые потенциометры Цифровые потенциометры и реостаты, пригодные для использования в автоматизированной системе «Испытатель» выпускаются фирмой Dallas Semiconductor. Рассмотрим потенциометры, пригодные для использования. DS1267. Это сдвоенный цифровой потенциометр (ЮкОм, 50кОм, ЮОкОм) обладающий следующими характеристиками: - 256 позиций на канал; - последовательный интерфейс; - интерфейсы для подключения DIP-14, SOIC-16, TSSOP-20. DS1803. Это сдвоенный цифровой потенциометр (ЮкОм, 50кОм, ЮОкОм) обладающий следующими характеристиками: - 256 позиций на канал; - последовательный интерфейс.
