Введение к работе
;
Актуальность темы исследования. Повышение качества и надежности
производства и эксплуатации изделий из твердых теплоизоляционных ма
териалов непосредственно связано с контролем их теплофизических
свойств (ТФС), проводимым как в лабораторных, так и производственных
условиях. Решение этой проблемы имеет большое значение для современ
ного и будущего научно-технического развития. В практике исследования
ТФС. твердых материалов наибольшее распространение и развитие получи
ли, тепловые методы неразрушающего контроля (НК), характеризующиеся
высокой оперативностью и экономичностью, при этом предпочтение отда
ется тем из них, которые наиболее.полно используют экспериментальную
информацию для определения комплекса ТФС. Это позволяет повысить
точность и производительность выполняемых измерений. " '' " : '' " "'
Наиболее эффективным способом получения надежных и достоверных результатов теплофизическогб контроля является проведение определенного количества идентичных экспериментов. Оперативность НК при этом можно повысить заменой серии 'длительных тепловых измерений -одним многостадийным управляемым; экспериментом, основанным на'учете неравномерного начального распределения температуры на каждой стадии ;й реализованным на базе средств современной измерительно-вычислительной техники, обеспечивающих автоматизацию обработки первичной информации и управления ходом процесса контроля. . , . Данная работа, выполнена в соответствии с координационным планом работ Научного совета РАН по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика" . на 1993 -.,2000 гг., межвузовской отраслевой научно-технической программой "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении", темами хоздоговорных НИР ТГТУ (1Г/96, 6/96, ЮГ/97, 18Г/97, 9Г/99), а также договором о международном научном сотрудничестве между ТГТУ и фирмой ZILA Elektronik GmbH (Германия) от 4.11.97 г.
, Предмет исследования. Метод, измерительное устройство и информационно-измерительная система (ИИС), осуществляющие многостадийный управляемый НК ТФС твердых теплоизоляционных материалов.
Целью работы является разработка метода и создание автоматизированной системы теплофизического' НК, обеспечивающих эффективное (точное, и достоверное) определение комплекса ТФС за' счет оперативного проведения многократных однотипных измерений, состоящих из чередующихся управляемых по времени и мощности нагрева стадий эксперимента: нагрева и остывания. Для достижения поставленной цели необходимо:
- на основе решений краевых задач теплопроводности, содержащих начальное, неравномерное распределение температуры, разработать оперативный метод, позволяющий определять ТФС в течение стадии нагрева, а также стадии остывания без нарушения целостности объекта исследования, гарантирующий заданную точность в необходимом количестве повторяемых идентичных стадий эксперимента;
, - разработать конструкцию измерительного устройства (зонда) и методику определения его: оптимальных геометрических размеров и режимных параметров процесса контроля; '
- с использованием современных информационных технологий разра
ботать алгоритмическое, программное и аппаратное обеспечения (ПО)
ИИС реализующие предложенный метод для лабораторных и производст
венных измерений; ,'.!,-,'.У .
.-. - на .основе исследования закономерностей процесса многократного
контроля выполнить метрологический анализ метода и измерительного уст
ройства и найти условия рдя времеїпїьіх режимов (длительности, количест
ва стадий) проведения эксперимента^ позволяющие'' обеспечить реально
возможную для серии измерений трчность определения ТфС; ,,
- осуществить экспериментальную,проверку результатов работы и вне
дрить их в промышленное производствр, научные исследования и учебный
процесс. ... ...... ... ""!
. Методы исследования. В рабРт'е1' ибцрльзованы' методы классической аналитической теории теплопроводности, математического моделирования, операционного и интегрального исчисления, математической статистики, метрологии, автоматизированного проектирования и создания ИИС на базе современной микропроцессорной техники и информационных технологий. .... Научная новизна работы заключается в следующем.
1 Получены решения прямых и обратных краевых задач нестационарной теплопроводности полуограниченного образца, имеющего начальное неравномерное распределение температуры и нагреваемого через круглый^ участок его поверхности, при этом рассмотрены стадии нагрева тепловым потоком постоянной плотности и пассивного остывания.
2. На основе полученных решений краевых задач теплопроводности разработан теплофизический метод НК и методика проведения многократных измерений, позволяющие определять комплекс. ТФС на стадиях нагрева и остывания, благодаря возможности контроля и учёта начального теплового состояния образца исключена необходимость ожидания моменті полного термостатирования измерительного зонда и исследуемого тела, зг счет чего длительность стадии остывания снижена^,среднем в 4 ... 7 раз.
3 . Разработана методика расчета бптишшьнйх конструктивных и режимных параметров измерительного устройства, обеспечивающих минимум погрешности при аппаратной реализаций предложенного метода на основі промышленно выпускаемых измерительных и вычислительных средств.
... 4 ' Разработано алгоритмическое обеспечение ИИС, позволяющее ав
томатизировать процессы измерения ТФС и управления ходой многоста
дийного эксперимента как в условиях производства, так и при лаборатор
ных исследованиях. " . '
5 ,,' разработана метрологическая основа метода, для чего выполнен;
экспериментальная проверка закона, распределения получаемых на ИИС
результатов измерения ТФС образцовых материалов и на базе этого пред
ложена методика определения числа измерений, обеспечивающего требуе
мую точность при проведении; многократного теплрфйзического контролі
различных материалов. '",_-.! .
Практическая ценность работы заключается в том, что для реализацш предложенного метода НК,ТФС созданы измерительное устройство и ИИ( на базе средств современной измерительной и вычислительной техники і разработано оригинальное ПО, позволяющее использовать систему длі і
іроведения измерений как в лабораторных, так и производственных усло
виях. ' ,. '
Применение предложенной методики оперативного проведения мно-
ократных измерений способствует более полному использованию измери-
ельной информации, повышению точности и достоверности результатов
щределения комплекса ТФС. - ' .
Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических і экспериментальных исследований были использованы при проектирова-іии измерительного устройства- и создании ИИС НК. Результаты диссертационной работы приняты к использованию фирмой ZILA Elektronik GmbH Германия, 1999 г.) и ФГУП "Опытный завод "Тамбоваппарат" (2000 г.), інедреньї в научную деятельность и учебный процесс ТГТУ.
Апробация работы..Материалы работы докладывались и обсуждались на / Всероссийской конференции "Повышение эффективности средств обра-^ іотки информации на базе машинного моделирования" (Тамбов, 1997 г.), международных научно-технических конференциях "Системные проблемы іадежности, математического моделирования и информационных техно-гогий" (Москва-Сочи, 1998, 1999 гг.), III международной теплофизической пколе "Новое в теплофизических свойствах" (Тамбов, 1998 г.), VIII между-иродной конференции-выставке "Информационные технологии в образо-іании" (Москва, 1998 г.), II научно-практическом семинаре "Новые информационные технологии" (Москва, 1999 г.), IV_h V научных конференциях ГГТУ (Тамбов, 1999, 2000 гг.), III межвузовской научной конференции "Ак-уальные проблемы информатики и информационных технологий" (Тамбов, 999 г.), 1 Всероссийской научно-технической конференции "Компьютер-ше технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новго-юд, 1999 г.), IV Всероссийской научно-технической конференции "Методы і средства измерений физических величин" (Нижний Новгород, 1999 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены ! 19 печатных работах, получено свидетельство РФ об официальной регист->ации программы для ИИС, подана заявка на патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из,введе-іия, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и" пяти іриложений. Основная часть диссертации изложена на 148 страницах ма-пинрписного текста и содержит 28 рисунков, 7 таблиц. Список литературы )ключает,|138 наименований. ,,.„''
