Введение к работе
Актуальность проблемы: Эффективность функционирования автоматизи
рованных систем управления технологическими процессами (АСУТП) неразрывно
связанна с совершенствованием известных и разработкой новых методов и средств
получения первичной информации о технологических параметрах,
характеризующих состояние процессов. Информация о расходах или количествах
транспортируемых веществ необходима при автоматизации практически любых
технологических, процессов. Развитие многочисленных существующих методов и
средств измерения расхода, обусловлено постоянно расширяющейся
номенклатурой измеряемых потоков веществ, повышением требований,
предъявляемым к их техническим характеристикам (по метрологическим
показателям, динамическому диапазону измерения, уровню эксплуатационной
надёжности) при различных, в том числе и тяжёлых условиях функционирования
расходомеров. При этом приоритетное развитие и применение получают
интеллектуальные бесконтактные расходомеры с использованием
микропроцессорных систем для повышения корректности преобразования и обработки первичной информации. Несмотря на многообразие средств измерения расхода актуальными являются задачи измерения малых расходов (0,5мл/с -100мл/с) газов.
Информация о малых расходах газов необходима, при автоматизации технологических процессов в химической, фармацевтической, электронной и других отраслях промышленности. Применение расходомеров малых расходов газов, актуально также при оснащении пилотных и стендовых установок, с целью физического моделирования и отработки регламентов процессов в научных исследованиях. Выпускаемые серийно расходомеры предназначены в основном для измерения расхода газов от 10 мл/с (по воздуху), и в большинстве случаев не отвечают специальным требованиям, возникающим при контроле агрессивных и токсичных потоков газов.
Известные тепловые расходомеры (калориметрические, теплового пограничного слоя) при измерении малых расходов газов, обладая рядом
:и мечети, ППППТ1ІГ1ПТГ тувстш ости
существенных преимуществ ( н е к *qs
с уменьшением измеряемой величині.
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ ) ИМОТВЛЙФТСКХ1 'зкий диапазон
СПетсрМрг >'/><> 09 УЛ^ияОЩ
измерения, вследствие, двузначности статической характеристики. Требуют также повышения их метрологические характеристики и корректность методов расчёта параметров.
Применение теплового меточного метода измерения, реализованного на потоках жидкостей и, имеющего наименьший уровень ограничений при решении поставленной задачи, требует идентификации принципиально новых способов формирования сконцентрированной тепловой метки в потоке газа, обладающей требуемой информативностью, для обеспечения работоспособности указанного метода измерения; и проведения комплексных исследований по его оптимизации.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии гос./бюдж. НИР (заказ - наряд 9.99) "Основы, теории синтеза автоматизированных технологических комплексов на базе интеллектуальных систем анализа, измерения и управления".
Цель и задачи исследования заключаются в создании принципов построения, теории динамических (меточных) тепловых методов измерения малых расходов газов и в разработке на их основе технических средств. В результате анализа состояния расходометрии на современном этапе реализация поставленной цели, связана с решением следующих задач:
предложить принципы структурного построения первичных измерительных
преобразователей (ПИП) и систем измерения малых расходов газов тепловым
меточным методом;
разработать математические модели процессов переноса и деформации
тепловой метки в ПИП;
систематизировать источники погрешности разрабатываемого метода
измерения;-
в результате экспериментальных исследований проанализировать и
количественно оценить влияние неинформативных величин и факторов?на
метрологические характеристики исследуемого метода;
создать методику параметрического синтеза первичных измерительных
преобразователей на основе полученных экспериментальных и теоретических
выводов и положений;
разработать, алгоритмы функционирования- и предложить аппаратурное
оформление тепловых меточных расходомеров газов.
Методы исследований. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований с применением - аппарата численных методов,- теории вероятностей," математической статистики, погрешностей, теории теплопереноса и автоматического регулирования. Научная новизна работы заключается: в создании принципов построения, ориентированных на структурные и конструктивные способы формирования в потоке газа информативной тепловой метки и минимизацию погрешностей измерения расхода газа с использованием принципа многоканальности в процессе преобразования и обработки первичной информации;
в разработке аналитических математических моделей процессов конвективно-кондуктивного теплопереноса в первичных измерительных преобразователях расхода контактного и бесконтактного типов, для повышения корректности которых, в моделях учтены практически значимые временные интервалы, составляющие в совокупности измеряемое время переноса метки потоком газа по контрольному участку;
в систематизации источников погрешности (параметрические, алгоритмические и определяемые условиями измерения) метода измерения, в методике экспериментального исследования неинформативных величин и факторов, в количественной оценке их влияния на погрешность теплового меточного метода измерения малых расходов газа и корректности разработанных математических моделей ПИП;
в создании алгоритма функционирования, разработанных тепловых меточных систем измерения малых расходов газов.
Практическая ценность работы заключается: в разработке методики параметрического синтеза тепловых меточных систем измерения малых расходов газа на основе проведённых теоретических и экспериментальных исследований;
в создании, с учётом основных положений диссертации, опытных образцов расходомеров РТМ-К и РТМ-Б с вычислительным комплексом; в предложенной методике оценки предельной погрешности разработанных интеллектуальных измерительных систем.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы переданы для их апробирования и применения при контроле потоков на стадии газоочистки в процессе регенерации отработавшего ядерного топлива в ГУП НПО "Радиевый институт им. В.Г. Хлопина" Санкт-Петербург.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XIII, XIV, XVI и XIX Международных научно-практических конференциях "Коммерческий учёт энергоносителей" (Санкт-Петербург, 2001-2004); на XII Международной научно-практической конференции "Совершенствование измерений расхода жидкости, газа и пара" (Санкт-Петербург, 2002); на XV Международной конференции "Математические методы в техники и технологиях"(Тамбов, 2002); на III Международном научно-практическом форуме "Совершенствование измерения расхода, регулирование и коммерческий учёт энергоносителей" (Санкт-Петербург, 2003);
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключение изложенное на 137 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 63 рисунка и список, использованных источников, включающих 89 наименований.
