Введение к работе
Актуальность проблемы. Контроль технологических процессов в шшностроении и других отраслях производства предъявляет требо-іішя к внедряемым средствам измерения параметров изготавливаемых іделий. Вместе с тем разработка новых технологий и внедрение их в >оизводство обуславливает создание более сложных методов и уст-шств контроля процессов с повышенной точностью измерения от-:льных параметров и малым временем обработки полученных данных. Измерение характеристик дисперсности и массопереноса импульс-лх потоков распыливаемых веществ являются важной научно-:хнической задачей. Экологические и экономические требования к (временным двигателям внутреннего сгорания влекут создание мето-эв и устройств контроля за качеством распыливания топлива в камере орания двигателя. Аналитическое исследование данной задачи в обдам виде в настоящее время не представляется возможным, а экспери-ентальное изучение процессов дизельного смесеобразования исключи-гльно затруднено ввиду их нестационарности и быстротечности. Общность процессов распыливания топлива и напыления покрытий образовании дисперсного потока частиц конденсированной фазы редопределяет разработку в сущности единых цифровых технологий бработки результатов, полученных оптической бесконтактной диаг-остикой дисперсных потоков в реальном масштабе времени на основе нтегральных фотодиодных структур и микропроцессорных систем егистращга и управления.
Применение новых скоростных методов оптической регистрации и ифровой обработки параметров импульсных дисперсных потоков озволяет выявлять статистически обусловленную взаимосвязь между юлучаемыми данными и основными показателями технологического іроцесса.
Цель работы заключается в разработке способа контроля важней-иих характеристик дисперсных потоков, таких как скорость и дисперс-юсть, в определении можно ли использовать современную элементную іазу многоэлементных фотоприемников путем численного расчета за-іисимости числа элементов фотоприемника от наименьшей ошибки юсстановления функщш распределения частиц по размерам, а так же проектирование и создание аппаратуры контроля скоростных характе-)истик, разработка быстродействующего регистратора дисперсных ютоков со стробоскопической подсветкой с целью контроля их про-ггранственно-времешгых характеристик и измерения яркостной темпе->атуры объекта.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: [. Аналитическое обоснование предлагаемого способа измерения ско-)остных характеристик дисперсных потоков по скоростям и определе-
ниє основных источников ошибок.
-
Определение оптимального количества углов регистрации интенсш ности лазерного излучения, рассеянного дисперсным потоком в малы углах от заданных параметров: точности восстановления функции ра< пределения частиц по размерам; шагом дискретизации размера; верхнє и нижней границах распределения.
-
На основании аналитической модели распыления топливного поток дизельной форсункой, известной из научно-технической литературі определение границ однократного рассеяния лазерного излучения г распыливаемом дисперсном потоке.
-
Проектирование и создание устройств контроля и регистрации сю ростных параметров дисперсных потоков с техническими характері стиками, соответствующими заданным условиям измерений.
5. Разработка и создание устройства регистрации пространственн
временных параметров топливной струи дизельной форсунки и реп
страции яркостной температуры объекта на основе фотодиодного ма
ричного приемника излучения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработан новый способ интегрального определения скоростнь характеристик импульсного дисперсного потока путем определені интервалов времени транспортировки равных порций масс импульсн го дисперсного потока, перенесенных через два сечения на известн< базовом расстоянии друг от друга для произвольного момента времеї впрыска.
-
Впервые рассчитано оптимальное количество ячеек фотоприемни для регистрации интенсивности излучения, рассеянного дисперсії средой, для восстановления функции распределения частиц по разь рам, определяемое требуемой точностью восстановления на данн количестве углов регистрации, и известными из априорных данні границ распределения.
-
Разработан новый способ измерения яркостной температуры объ< тов на основе предварительной цифровой калибровке пирометра эталонному излучателю. (Патент Российской Федерации № 2099674 заявке № 96П3418/25 (019338), МПК 6 G 01 J 5/25, с приоритетом 01.07.96.)
Методы исследования, примененные в работе. В данной диссертационной работе применяется теория взаимод ствия световой волны с веществом, математические методы решеї обратных задач, численное моделирование, статистическая обработ регистрируемых данных. На всех этапах работы происходило сої ставление полученных результатов с теоретическими либо с литерат ными данными.
Практическая ценность работы:
Результаты проведенных исследований применимы в двигателе-роении, распиливании химических веществ, сушке, окраске, в области тыления покрытий и т. д. Контроль и регистрация скоростных и юстранственно-времениых характеристик топливных потоков со-іестно с регистрацией динамики тошшвоподачи дизельной форсунки ззволяет выявить статистическую взаимосвязь между этими парамет-ши. Разработанное устройство оптической регистрации дисперсных шливных потоков позволяет решать в режиме реального времени шную проблему контроля пространственно-временных параметров на эедмет образования оптических неоднородностей и местных сгущений распыливаемом топливном потоке и сопоставления их с ранее устано-генными эталонными параметрами. Разработанное устройство опти-;ской регистращш пространственно-временных параметров дисперс-ых потоков позволяет так же измерять яркостную температуру объек-эв.
Реализация результатов работы.
Созданные в ходе выполнения диссертационной работы устройства рошли испытания на автоматизированных топливных стендах на сновах УК-2 и MOTORPAL и были внедрены на ЗАО АЗПИ. Опыт-ые образцы приборов демонстрировались на научно-технических вы-гавках и конференциях.
На защиту выносятся следующие положення диссертации: . Способ интегрального определения скоростных характеристик им-ульсного дисперсного потока путем определения в произвольный мо-іент времени развития потока интервала времени транспортировки динаковых порций масс вещества потока через два сечения на малом звестном расстоянии друг от друга.
. Методика расчета необходимого количества углов регистрации из-іерения интенсивности световой волны, прошедшей через дисперсный юток, МДП интегральными фотодными и ПЗС структурами в малых тлах для восстановления функции распределения частиц дисперсной реды по размерам, основанная на определешш требуемой точности установления, количестве ячеек фотоприемника, и и известными из лриорных данных границ распределения.
і. Способ измерения яркостной температуры объекта, основанный на іредварительной калибровки цифрового пирометра с матричным фо-оэлементом по эталонному излучателю, запоминания показаний фо-одатчика при калибровки и сравнения с этими показаниями при изме->ении температуры.
Публикации. По материалам выполненных в диссертации исследо-іаний опубликовано 12 печатных работ, в том числе 1 патент на способ пмерения.
Апробашія работы. Материалы и результаты исследований по тем< диссертационной работы обсуждались и докладывались на научно технических семинарах Центра порошковой металлурпш при АлтГТУ VI научно-практическом семинаре "Совершенствование мощностных экономических и экологических показателей ДВС", Владимир 1997 г., і также на следующих республиканских и международных конференциях Республиканской научно-практической конференции "Региональны' проблемы информатизации", Барнаул 1995 г.; Международной научно практической конференции "Вузовская наука на международном рынк научно-технической продукции", Барнаул 1995; Второй Международ ной конференции " Датчики электрических и неэлектрических вели чин", Барнаул 1995; 54-й научно-технической конференции студентоЕ аспирантов и профессорско-преподавательского состава Алтайског государствешюго технического университета им. И. И. Ползунов* посвященной 230-летию создания И. И. Ползуновым первой парово машины, Барнаул 1996 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введ< ния, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа и: ложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 80 рисуі ков, 3 таблицы, список литературы из 133 наименований.
