Содержание к диссертации
Введение
1 Проблемы математического моделирования ультразвуковых МПУ 14
1.1 Обоснование выбора объекта моделировании 14
1.2 Систематизация методов математического моделирования МПУ 24
1.3. Постановка цели и задач исследования 32
2 Математическое моделирование бездемпферных МПУ на крутильных волнах 37
2.1 Методы возбуждения и считывания акустических сигналоп вбездемпферкыхМПУ на крутильных волнах 38
2.2 Математическое моделирование влияния краевого и поверхностного эффектов, магнитной вязкости при возбуждении и считывании крутильных волн 43
2.3 Математическое моделирование возбуждения и считывания крутильных волн в условиях влияния температуры и упругих напряжений звукопровода 60
2.4 Математическое моделирование процесса дискретизации временных интервалов уровня с учетом факторов влияния 76
Выводы по разделу 2 86
3 Численные методы повышения эффективности бездемпферных МПУ на крутильных волнах 88
3.1 Критерии эффективности и пути повышения эффективности бездемпферных МПУ на крутильных волнах 88
3.2 Вычислительные процедуры и оптимизация параметров без демпферных МПУ на крутильных волнах . 93
3.3 Методика численной оценки эффективности бездемпферных МПУ на крутильных волнах 102
Выводы по разделу 3 , 107
4 Разработка программ моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах 108
4.1 Процедуры и алгоритмы вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных волнах 108
4.2 Разработка комплекса программных средств для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных, волнах 120
4.3 Экспериментальные исследования бездемпферного МПУ па крутильных воинах 139
Выводы по разделу 4 144
Выводы но диссертации 145
Литература 147
Приложение. Акты внедрения результатов диссертации 159
- Систематизация методов математического моделирования МПУ
- Математическое моделирование влияния краевого и поверхностного эффектов, магнитной вязкости при возбуждении и считывании крутильных волн
- Вычислительные процедуры и оптимизация параметров без демпферных МПУ на крутильных волнах
- Разработка комплекса программных средств для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных, волнах
Введение к работе
Актуальность темы. Реализовать стремление повысить качество учета поступающих и отгружаемых продуктов нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности невозможно без использования современных информационных технологий и преобразовательной техники при создании систем автоматизированного учета (САУ).
Базовыми элементами таких систем являются уровнемеры, использующие различные физические эффекты, состоящие из первичного и вторичного преобразователей уровня, которые, в основном, и определяют их метрологические и эксплуатационные характеристики при количественном учете технологического продукта.
Анализ известных сегодня уровнемеров, применяемых в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, показал, что перспективными и относительно новыми приборами измерения уровня являются ультразвуковые маг-нитострикционные преобразователи уровня (МПУ). Их отличает сравнительно низкая себестоимость изготовления, высокая точность измерений, широкий
диапазон преобразования уровня hx = 0-20,0м с разрешением не хуже
&hx = 1,0 мм . Простая конструкция первичного преобразователя уровня удешевляет настройки и обслуживание, обеспечивает высокую эксплуатационную надежность. В отдельных конструкторских разработках МПУ имеют высокий уровень автоматизации измерительных операций, позволяя интегрироваться в САУ с развитой инфраструктурой.
Сегодня ведущие коммерческие фирмы США, Германии, Японии, Франции интенсивно ведут разработку технологий создания магнитострикционных приборов информационной группы. Это такие крупнейшие мировые фирмы-производители, как MTS Systems Corporation Sensors Division (США), MTS Sensor Technologie GmbH & Co KG (Германия), MTS Sensors Technology Corporation Ushikubo Bldg (Япония), Balluff Inc. (США, Германия) и др. В России производством данной группы приборов занимаются производственные ЗАО ПТФ "НО-ВИНТЕХ" (г. Королев, Московская область), НПП "СЕНСОР" (г. Заречный, Пензенская область). Отличительной особенностью зарубежных магнитострикционных приборов является высокая стоимость и сложность конструкции при лучших технических и эксплуатационных характеристиках по сравнению с известными отечественными аналогами.
Это можно объяснить недостаточностью теоретической проработки данной группы приборов, отсутствием полных и адекватных математических моделей ультразвуковых МПУ вида "вход-выход", способных комплексно описывать физические процессы преобразования сигналов с учетом всех значимых параметров.
Значительный вклад в теорию и практику создания магнитострикционных приборов информационной группы внесли отечественные ученые и исследовате-
ли: Э.А. Артемьев, А.С. Волков, Г.В. Глебович, СБ. Демин, В.Б. Есиков, А.И. Наде-ев, Б.С. Петровский, СВ. Петровых, О.Н. Петрищев, В.Н. Прошкин, Г.Д. Тимофеев, В.И. Хмелевских, B.C. Шикалов, А.П. Шпинь, В.Х. Ясовеев и др.
Работы этих авторов сводятся к рассмотрению отдельных физических процессов для конкретного вида информационных магнитострикционных приборов. Известные математические модели описываются системами дифференциальных уравнений, не учитывают факторы влияния среды, что затрудняет их использование для практических целей и проведения теоретических исследований при создании новых видов приборов.
Решение данной проблемы видится в применении математического моделирования ультразвуковых МПУ с использованием аналитических и численных методов, создании математических моделей таких приборов, адекватно отражающих физические процессы преобразования информационных сигналов и программных продуктов на их основе.
Это послужило основанием для выбора ультразвуковых МПУ в качестве объекта для математического исследования. В работе рассматривается новый вид ультразвуковых уровнемеров - бездемпферные МПУ на крутильных волнах. Исследование математической модели этого вида приборов с применением современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента, учитывающей основные факторы влияния среды и конструктивные особенности, представляет особый интерес для дальнейшего развития теории и практики ультразвуковых магнитострикционных преобразователей информационной группы, и решает актуальную проблему.
Целью диссертационной работы является математическое моделирование процессов преобразования сигналов уровня в трактах бездемпферных магнитострикционных преобразователей уровня на крутильных волнах, применение численных методов для их оптимизации, а также разработка комплекса программ для проведения вычислительного эксперимента.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие задачи.
Анализ проблем и современного состояния исследований в области математического моделирования ультразвуковых МПУ
Проведение математического моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах с применением аналитических и численных методов.
Выполнение комплексных исследований процессов преобразования уровня бездемпферных МПУ на крутильных волнах.
Оптимизация параметров бездемпферных МПУ на крутильных волнах с использованием вычислительных методов и оценка их эффективности.
Создание комплекса программ для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных волнах, позволяющих учитывать влияние основных факторов среды.
Предмет и объект исследования. Предметом исследования являются математические модели физических процессов преобразования информационных
сигналов уровня в трактах бездемпферных МПУ на крутильных волнах. Объектом исследования являются бездемпферные МПУ на крутильных волнах.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использовались методы аналитического и имитационного моделирования, теории математического анализа и статистики, теории твердого тела и магнитного поля, теории автоматического управления и регулирования. Численные расчеты выполнены с использованием прикладных пакетов систем компьютерной математики (СКМ) Maple v.13 и MATLAB v.6.5.
Научная новизна работы состоит в следующем.
На основании проведенных исследований выполнено математическое моделирование бездемпферных МПУ на крутильных волнах и проведены комплексные исследования процессов преобразования сигналов уровня в их трактах.
Создана методика моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах, позволяющая учитывать факторы влияния, их особенности и принцип работы.
Разработана методика оптимизации бездемпферных МПУ на крутильных волнах с использованием вычислительных методов и алгоритмов численной оценки их эффективности.
Разработан комплекс программ для выполнения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных волнах.
Практическая значимость работы заключается в следующем.
Разработанные вычислительные процедуры и алгоритмы программного комплекса позволяют проводить вычислительный эксперимент бездемпферных МПУ на крутильных волнах, не прибегая к дорогостоящим и трудоемким физическим экспериментам.
Результаты математического моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах позволяют численно оценивать влияние основных дестабилизирующих факторов среды на их выходные параметры с высокой достоверностью.
По результатам моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах с использованием программного комплекса предложены пути повышения их эффективности и дальнейшего развития.
Результаты комплексных исследований диссертационной работы могут быть использованы при создании ультразвуковых приборов механических величин для автоматизированных технологических систем, использующих эффекты продольной магнитострикции.
Реализация и внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы на ООО НПП "Агроприбор" при модернизации опытной системы водоподготовки теплоносителя в ходе выполнения инициативной НИР №10-2007 "Разработка ультразвукового магнитострикционного уровнемера для гидротехнических систем водоподготовки". Применение бездемпферного МПУ на волнах кручения в опытной системе подготовки теплоносителя позволило повысить ее уровень автоматизации и эффективность.
На защиту выносятся следующие положения:
Обоснование выбора объекта математического моделирования.
Результаты математического моделирования и комплексных исследований бездемпферных МПУ на крутильных волнах.
Методика оптимизации бездемпферных МПУ на крутильных волнах с использованием вычислительных методов и алгоритмов численной оценки их эффективности.
Методика математического моделирования и программный комплекс для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных волнах.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные результаты исследований докладывались на: XI Международной научно-практической конференции "Современные технологии в машиностроении" (г. Пенза, 2007); XV Международной научно-практической конференции студентов и аспирантов "Современные техника и технологии" (г. Томск, 2009); Международной научно-технической конференции "Наука и образование - 2010" (г. Мурманск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК, и 2 патента на изобретение РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, выводов по работе, библиографического списка из 137 наименований и приложения. Основной текст изложен на 146 страницах, содержит 2 таблицы и 88 рисунков.
Систематизация методов математического моделирования МПУ
Это послужило основанием для выбора ультразиуковых МЛУ ъ качестве объекта для математического исследования. В работе рассматривается новый вид ультразвуковых уровнемеров - бездемпферные МПУ на крутильных волнах. Создание математической модели этого вида прибороя, ее исследование с применением современных технологий математического моделирования и вычислительного эксперимента, учитывающей основные факторы влияния Среды и конструктивные особенности представляет особый интерес для дальнейшего развития теории и практики ультразвуковых магнитострикционных приборов информационной группы, и решает актуальную проблему.
Предметом исследования являются математические модели физических процессов преобразования информационных сигналов уровня в трактах бездемпферных. МПУ на крутильных волнах. Объектом исследования являются бездемпферные МПУ на крутильных волнах.
Для решения поставленных задач н работе использовались методы символьного и имитационного моделирования, теории математического анализа и статистики, твердого тела и магнитного поля, автоматического управления и регулирования, и результаты физических экспериментов. Численные расчеты выполнены с использованием прикладных пакетов систем компьютерной математики Maple v,13 иМАТЬАВ v.6.5.
Научная новизна работы состоит в следующем, 1. На основании проведенных исследований выполнено математическое моделирование бездемлферных МПУ на крутильных волнах и проведены комплексные исследования процессов преобразования сигналов уровня в их трактах. 2. Создана методика моделирования белдемпферных МПУ на крутильных волнах, позволяЕОщая учитывать факторы влияния, их особенности и принцип работы, 3. Предложена методика оптимизации бездемпфериых МПУ па крутильных волнах с использованием вычислительных методов и численной оценки их эффективности. 4. Разработан комплекс программ для выполнения вычислительного эксперимента бездемпферных Ml ГУ на крутильных волнах. Практическая значимость работы заключается в следующем. 1. Разработанные вычислительные процедуры и алгоритмы программного комплекса позволяют проводить вычислительный эксперимент бездемпферных МПУ на крутильных волнах не прибегая к дорогостоящим и трудоемким физическим экспериментам. 2. Результаты математического моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах позволяют численно оценивать влияние основных дестабилизирующих факторов среды на их выходные параметры с высокой достоверностью. 3. По результатам моделирования бездемпферЕімх МПУ на крутильных волнах с использованием программного комплекса предложены пути повышения их эффективности; и дальнейшего развития. Результаты комплексных исследований диссертационной работы могут быть использованы при создании ультразвуковых приборов механических ВЕЛИЧИЕ! для автоматизированных систем технологического оборудования, использующих эффекты продольной магнитострикцки. Результаты диссертационной работы использованы на ООО НПП «Аг-роприбор» при модернизации опытной системы водо подготовки теплоносителя в холе выполнения ииициатнвЕЮй ПИР №10-2007 «Разработка ультразвукового магнитострикционного уровнемера для гидротехнических систем во доподготовки». Применение беэдемпферного МПУ на волнах кручения в опытной системе подготовки теплоносителя позволило повысить ее уровень автоматизации и эффективность. На защиту выносятся следующие положения: 1. Обоснование выбора объекта математического моделирования. 2. Результаты математического моделирования и комплексных исследований бездемпферных МПУ на крутильных волнах. 3. Методика оптимизации бездемпфериых МПУ на крутильных волнах с испо-тъзованием вычислительных методов и численная оценка их эффективности. 4. Методика математического моделирования и программный комплекс для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных волнах. Основные положения диссертации и отдельные результаты исследований докладьшались на: ХГ Между нар одной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2007); XV Международной научно-практн ческой конференции студентов и аспиралтов «{Современные техника и технологии» (г. Томск, 2009); Международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2010» (г. Мурманск, 2010). По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах рекомендованною перечня ВАК и 2 патента на изобретения Российской Федерации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, выводов по работе, библиографического списка из 137 наименований и приложения. Основной текст изложен на 146 страницах, содержит 2 таблицы и 88 рисунка. Автор считает своим долгом выразить благодарность доктору технических наук Демину Станиславу Борисовичу, заведующему кафедрой Электроника н электротехника" ПЄЕІЗЄЕІСКОЙ государственной технологической акаде-\ ии : а внимание и помощь при подготовке диссертационной работы.
Математическое моделирование влияния краевого и поверхностного эффектов, магнитной вязкости при возбуждении и считывании крутильных волн
Аналитические модели базируются на ряде допущений и ограничений исследуемого обт екта, и потому недоступнф для отдельных объектов из-за их специфики слоеіі организации и особенностей функционирования. Ценность данного метода математического моделирования обусловлена причин.
Аналитические зависимости являются строго доказательными при принятых ограничениях и носят обобщающий характер. 2. Аналитические модели обладают большой наглядностью и познова-телыюстькх Несут в себе информацию о поведении обьекта исследования при любых сочетаниях параметров. Позволяют определить и проследить (предсказать) значения: характеристик объекта от изменения его параметров. 3. Аналитические модели характеризуются наименьшей сложностью вычислении, что особенно важно при решении задач синтеза, поскольку операция оптимизации сиязана с многократными вычислительными процедурами при разных значениях параметров Численные методы [28, 34, 39, 41-44] ориентированы на решение математических задач в численном виде с использованием средств вычислительной техники. Позволяют обеспечить высокую точность единичного вычисления, используя численные интегрирование и дифференцирование, интерполирование и т.д. Имитационные методы [30-32» 37, 40, 41, 46, 471 являются развитием численных методов. Основаны на представлении функционирования сложного объекта исследования п виде некоторого алгоритма программы. Она содержит процедуры, отображающие состояния модели объекта, данные для оценки требуемых характеристик процессов и моделируемого объекта. Имитационная модель носпрашводит процесс функционирования и свойства исследуемого объекта исходя из априорно известных свойств его элементов путем объединения моделей элементов в структуру» соответствующей исследуемому объекту, и имитации функционироьания элементов в их взаимосвязи. К недостаткам имптациоиного моделирования относят большие затраты времени на моделирование и частный характер получаемых результатов, как это лрисуше числовым методам моделирования. Несмотря на это, методы имитационного моделирования широко применяются в теоретических исследования сложных физических объектов иа-за их универсальности. Рассмотренные методы математического моделирования в процессе теоретических исследований зачастую ориентированы на использование соответствующих программных средств. Это прежде всего широко известные и популярные системы компьютерной математики (СКМ) MATLAB, Maple, Mathematica, MathCAD, а также Eureka, Mercury, Derive w др. [59, 60]. Каждая из перечисленных систем имеет свои достоинства и недостатки. Повышенный интерес имеют первые три перечисленные СКМ благодаря своим возможностям. Однако, и они не позволяют выполнять моделирование с последующей каталогизацией результатов моделирования, что требует разработки специального программного комплекса для решения задач данной работы. Экспериментальные методы [30, 31, 34] основываются на получении данных о функционировании исследуемого объекта в реальных или лабораторных (или специально созданных) условиях с целью оценки качества функционирования и нынЕшиния зависимостей, характеризующих своЙЕМ объект;! и их составляющих. Они дают единственно достоверные сведения о функционировании физического объекта исследований. На их основе делается заключение об адекватности разработанной или используемой математической модели аналитическими и численными методами. Недостатками экспериментальных методов являются большие затраты человеческого труда и времени на проведение экспериментальных исследований, необходимости порой в сложном и дорогостоющем оборудовании, а также частный характер получаемых результатов. Что касается вопросов математического моделирования ультразвуковых МПУ, то на данный период времени можно привести ряд известных автору работ [5, 13-24, 49-54]3 в которых были рассмотрены вопросы математического моделирования, Одноії из первых работ, в которой получены математические модели физических процессов возбуждения и считывания упругих продольных УЗВ в среде магннтострикционного звукопропода МСП, является работа Р.С. Вил-лиамса [50]. Предложенные математические модели продольной УЗВ VQ и сигналов считывания U0 имеют вид: цг- магнитная проницаемость материала звукопровода, X - коэффициент магнитострикции, — модуль Юнга, nit п — число витков входного и выходного ЭАП, 1— длина обмоток ЭАП, Н0— напряженность магнитного поля, й)-2л/ — угловая частота, К— коэффициент магкитострикционкого гистерезиса, t/ = 2f — диаметр зііукопровода, С- скорость продольной УЗВ, х пространственная координата. Известная модель учитывает влияние краевых эффектов в сигнальных ЭЛП индуктивного типа применительно к магнитост-рикшюнным линиям задержки (МЛЗ).
Вычислительные процедуры и оптимизация параметров без демпферных МПУ на крутильных волнах
Математическое моделирование бездемпферных МПУ на крутильных волнах связано с необходимостью качественного и количественного анализа получаемых численных результатов. В тех случаях, когда необходимо исследовать влияние изменения значения одного или нескольких параметров математической модели прибора на его выходные характеристики, проведение многовариантнпго анализа является достаточно сложной и продолжительной процедурой. Результатам расчета является большой массив числовых данных, не дающий однозначного отпета о функциональном характере полученных зависимостей. Если искомая характеристика имеет вид СЛОЖЕЮЙ функции, то определение характера зависимости затруднено [29, 61].
Аналитические модели, в отличие от числовых (имитационных), обладают высокой наглядностью и позжміательпой ценностью, позволяют определять характеристики для всей области значений параметров и несут в себе информацию о поведении объекта (процесса) при любых сочетаниях параметров, дают возможность легко определять экстремальные и предельные значения характеристик и оценивать эффекты от изменения параметров, характеризуются наименьшей сложностью вычислении и установлением целевых свойств модели. Аналитические методы и модели раскрывают фундаментальные свойства систем и со-сташіяют основу в теории технических систем [28,4S, 62-65].
Числовые модели воспроизводят процесс функционирования и свойства исследуемых объектов исходя из априорно известных свойств элементов системы - за счет объединения моделей элементов в структуру и имитации фуЕІК-ционирования злементон а их взаимодействии. Вычислительный эксперимент позволяет более качественно провести математическое моделирование с применением современных компьютерных технологий, несмотря на большие затраты времени на моделирование и частный характер получаемых результатов [31,43-45],
Для математического моделкровация перспективно совместное ис-поль зевание аналитических и численных методов; аналитическим путем определяется выражение, описывающее їіскамую зависимость, и затем, полученная формула программируется на языке высокого уровня выбранного пакета СКМ с получением результатов в виде числовых и/илн графических форм, используя численные методы представления данных {методы сеток, интерполяции и т.д.).
В СКМ MATLAB, Maple решеЕше задач в теории упругих колебаний базируется на решении дифференциальных уравнений первого порядка в форме Коши Для их решения применяются следующие численные методы [59, 60]: одпоишго&ыс явные методы Рунге-Кутта-Фельберга 4 и 5 порядков (функции 00 45, rkf45); многошаговый метод Рунге-Кутта переменно? порядка (функция odelSs); метод трапеций с интерполяцией (функция ode23t}, обладающие высокой точностью (ошибка ] 0 ... \ ) и переменным шагом вычислений.
Численное дифференцирование выражений может быть также выполнено с использованием кояечпе-раэностных методов (функция diff).
Численное интегрирование выражений основано на приближеЕшом вычислении определенного интеграла одним из численных методов: методом трапеций (функции cumtrapz); методом трапегрш с накоплением (функции trapz).
Разработаем математическую модель бездемпферных МПУ на крутильных волнах и проведем ее исследованием с использованием аналитических и численных методов на предмет достижения требуемых целевых свойств и применимости для решения задачи повышения эффективности данного подкласса ультразвуковых приборов уровня,
В основе работы ультразвуковых бездемпферных МПУ лежат известные явлення магнитастрикщш, проявляющиеся в ряде ферромагнитных материалов. Под магнитострикцией понимают явление изменения линейных иди поперечных размеров ферромагнитных тел при воздействии на них магнитных полей определенных значений, т е. в результате их намагничивания.
Наиболее существенные магнитострикционные деформации в таких материалах наблюдаются в продольном направлении и известны в литературе [26, 27, 77-81], как продольная или линейная магнктострищия. Постоянная X продольной маґнитострикциоішой деформации отражает относительное изменение длины ферромагнитного тела в магнитном поле. Поэтому в технике МСГТ [5, 19-25, 49, 51-54, 66-69, 73-76] наибольшее применение получили эффекты продольной матнитострикции. Эффекты поперечной и объемной магни-тострикцни применяются в технических устройствах значительно реже з виду малости их. значений.
Явление продольной мапштострикции (далее просто магнитострикция) выражено в ферромагнитных материалах группы Ni, Со, Fe и их сплавах, и особенно сильно в редкоземельных материалах группы Кє($м ТЬіDy), создавая позитивные условия для проектирования гаммы магнитострикционных устройств различного назначения [70-72, 82].
Магнитострикции в ферромагнитных материалах является обратимым и проявляется через прямые и обратные эффекты. Так, к прямым процессам продольной маглитострикции относятся эффекты Джоуля и Виде-мана, а к обратимым - эффект Виллари [26, 27, 77, 78, SO, S3, 34].
Эффекты Джоуля и Бидемана связаны с относительным изменением продольных размеров ферромагнитного материала или его участка, на которое осущестії- шетея воздействие магнитного поля напряженностью И в течение некоторого времени t практически без изменения а поперечном сечении, Направление магнитострикдионной деформации зависит от градиента инешнего магнитного ноля, его величины и физических свойств ферромагнетика.
Эффект Джоуля проявляется при возбуждении упругих продольных колебаний ультразвукового диапазона в протяженных магнитострикционных материалах (звуконроводпх МПУ) прямоугольного и круглом сечении при локальном воздействии импульсного магнитного поля надряженкостыо И когда его вектор строго перпендикулярен вектору намагниченности J ферромагнетика.
В этом случае в среде протяжного ферромагнетика формируются упругие продольные V3B. Если соотношение векторов Н и J неперпендикулярны, в среде ферромагнетика образуются сдвиговые компоненты, являющиеся источником упругих УЗВ кручения. Возбуждение в звукопроводе МГТУ УЗВ кручения изиестно, как эффект Видемана. При этом звукопровод должен иметь радиальное поперечное сечение.
Разработка комплекса программных средств для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных, волнах
Вместе с тем, поскольку совершенствованию технических средств ИСТ предела, дальнейшая разработка магнитострикционных уровнемеров погружного типа на волнах кручения должна вестись в направлениях: - повышения надежности конструкции, разрешающей способности и точности преобразования, в том числе, за счет использования процессорных средств; - расширения диапазона преобразования уровня путем использования новых материалов и методов возбуждения УЗВ; -унификации конструкции и снижение себестоимости в целом; -увеличения срока эксплуатации и периода регламентного обслуживания. Поэтому, для дальнейшею совершенствования бездемпферных МПУ по указанным направлениям, необходимы дополнительные исследования в области математического и физического моделирования. Это позволяет расширить области их использования в различных отраслях производства нашей страны и зарубежья. По результатам исследовании бездемпферных МПУ на крутильных волнах погружного типа можно сделать следующие выводы. 1. Проведена оценка адекватности математической модели бездемпферных МПУ на крутильных волнах, вычислительная погрешность которой не превышает 10-15% при принятых ограничениях, что позволяет ее использовать в программном комплексе. 2. Разработан комплекс про граки с использованием эффективных численных методов для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных волнах с высокой достоверностью и наглядностью результатов. Модульный принцип построения дает возможность его совершенствовать но мере уточнения математической модели процессов преобразования уровня и использования более эффективных вычислительных процедур путем введения или замены соответствующих подпрограмм. 3. Предложенные вычислительные алгоритмы программного комплекса учитывают конструктивные особенности и режимы работы бездемпферных МПУ на крутильных волнах, позволяй качественно выполнять вычислительный эксперимент с учетом влияния обозначенных основных дестабилизирующих факторов среды, 1. Анализ проблем математического моделирования ультразвуковых МПУ позволил обосновать подкласс бездемпферных МПУ на крутильных волнах как актуальный математический объект для исследования. 2. Проведенная систематизация методов математического моделирования позволила выявить наиболее эффективные вычислительные методы, которые применены для моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах и создания программного комплекса. 3. Основываясь на теоретических и экспериментальных результатах с использованием аналитических и численных методов проведено математическое моделирование физических процессов преобразования сигналов уровня ультразвуковых МПУ на крутильных волнах, позволяя получать достоверные результаты (вычислительная погрешность 10-15%), не прибегая к дорогостоящим физическим экспериментам. 4. Результаты математического моделирования бездемпферных МПУ на крутильных волнах даст адекватное численное представление влияния установленных дестабилизирующих факторов среды при заданных ограничениях. 5. Предложенная методика оптимизации бездемнферных МПУ на крутильных волнах с использованием эффективных вычислительных методов позволяет устанавливать оптимальные численные значения параметров и обеспечить требуемые технические, эксплуатационные и экономические показатели ультразвуковых приборов при их реализации. 6. Разработан комплекс программных средств с использованием эффективных численных методов для проведения вычислительного эксперимента бездемпферных МПУ на крутильных волнах с высокой достоверностью и наглядностью результатов. Разработанные вычислительные алгоритмы программного комплекса учитывают конструктивные особенности и режимы работы бездемпферных МПУ на крутильных волнах, позволяя качественно выполнять вычислительный эксперимент с учетом влияния основных дестабилизирующих факторов среды.
