Введение к работе
Актуальность проблемы. Совершенствование систем управ--ления процессами химической технологии неразрывно связано о развитием известных и разработкой новых методов и средств получения первичной информации о технолг-тачвскмх параметрах, характеризующих состояние процесса. Постоянно повышаются требования к качеству измерительных устройств. Особенно ото относится к техническим стюдстБам получения первичной информации, в том числе и к раоходомерам вещесть, функционирующим в различного рода сложных условиях эксплуатации и являющимися неотъемлемой частью системы управления процессом
В настоящее время наблюдаются следующие основные направления развития расходомерной аппаратуры:
совершенствование схем, конструкций и технологий изготовления основных видов применяьмых расходомеров. При 8T0M приоритетное применение получают неконтактные расходомеры, первичные измерительные преобразователи (ПИП) которых обладают высокой эксплуатационной над>,ягастью. Ос^то стоит воп-^jqo о разработке неконтактных средств измерения расхода для агрессивных и токсичных сред и сред с измен/ далися свойствами (концентрацией);
широкое применение микропроцессорных устройств обработки выхг даых сигна..ов ПИП расходомеров, позволяющих стандартизировать их технические показатели и существенно уменьшить основные составляющие погрешностей еторитмиче^кими методами (автоматическое линеаризацией, калибровкой, статистической обработкой и т.п.). Гэсходомеры, использующие і икро-процессорнне устройства обработки выходных сигналов ПШІ называют интеллектуальными.
По этим двум ос 'овным направлениям и развиваются неконтактные тепловые метода и системы измерения расходов веществ, в частности меточные тепловые методы. Из меточных неконтактных тепловых систем измерения расходов веществ наиболее детально изучены, систематизированы и обобщены принципы построения меточных преобразователей о излучателями (ОВЧ, ВЧ и ИК диапазонов). Однако по степени эксплуатационной наден-
4 ности и простоте конструктивного исполнения они существенно уступают термоконвективным меточным средствам измерения расхода «ещэств (жидкостей). Применительно к последним, известны исследования, направленные на решение конкретных, хотя и весьма сложных задач измерения расхода. При этом, в теоретическом плане разрабатывались отдельные аспекты, в основном, параметрического синтеза ПИП и не рассматривались другие, не менее важные, вопросы структурной и алгоритмической оптимизации, которые, о учетом применения микропроцессорных блоков или микроэвм в составе расходомеров, могут способствовать как существенному повышении метрологических показателей в целом, так и расширению областей их практического применения.
Именно исследование-и использование различных направлений оптимизации в комплексе является весьма актуальным и может обеспечить наибольший аффект при создании расходомера для решения конкретной задачи измерения и при разработке расходомеров данного класса, обладающих оптимальными техническими характеристиками. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с гос./б~да. НИР "Разработка методологических основ и создания многофункциональных технических средств автоматизации, алгоритмического обеспечения и диагностики распределенных АСУТП И ГАЛС" (per.& 01910048387)1
Цель и задачи исследования. Диссертационная работа посвящена разработка принципов оптимизации меточных термокон-воктивных расходомеров (МГР), йсполъэущнх в % своем составе микропроцессорные устройства, в соответствии со сформулированными комплексными требованиями,применительно к конкретной специфической задаче измерения или широкому кругу типовых задач. Реализация целей исследований связана с решением следующих задач:
на основании сформулированных тенденций развития рас-ходомеркых устройств и современного состояния МТР обобщить и сформулировать основные принципы оптимизации указанных расходомеров, направленные на повышение качества измерений;
провести экспериментальные исследования структур МТР и оценить приоритетность их применения с позиций сформулиро-
ванных задач измерения;
теоретически и экспериментально проанализировать эффективность алгоритмических и пврамэтрических методов оптимизации МТР;
на основе разработанных принципов и мет дик оптимизации МТР реализовать расходомер для конкретной задачи измерения, провести анализ источников ос лавляющих погрешности измерения, а также оценить погрешность расходомера в целом.
Методы исследс )аний. В работе испольг ->вались теоретические и экспериментальные, методы исследований с применением аппарата теории вероятностей, математической статистики, погрешностей, а также теории теплопроводности и теории тепловых волн.
Научная новизна выполненной работы заключается в том, что:
- на основании анализе и обобщения исследований других
авторов и полученных нами результатов впервые предложена
систематизация принципов оптимизации МТР, которые охватывают методы структурной, параметрической й алгоритмической оптимизации;
- проведены исследования структурной организации ПИП и
измерительных схем МРР, которые показали существенные прей-
' мужества даухканалъшх ЫТР (повышенная точноогь, расчетность информативного параметра и .инвариантность к . 'изменениям свойств нртролируэмого потока вещества);
представлено математическое моделирование процессов переноса и деформации жепловнх меток при повышенных частотах их генерации, позволившее систематизировать методику параметрического Синтеза и определить верхний предел быстродействия реализуемого метода, в зависимости от конкретных условий измерения;
проведено машинное моделирование и экспериментальные исследования по метрологической оценкъ алгоритмов определения информативного параметра; "простого перебора", "эмпирического*', по первой производной;
докааанв инвариантность показаний двухканальных МТР к изменению Оъойсгв и состава' (концентрации) растворов кидкос-
гей в исследуемых диапазонах, предложены формула для расчета градуировочной характеристики;
предложены метода повышения точности указанных расхо-. домеров эа счет организации дополнительных информативных параметров, например времени переноса тепловой метки от нагревателя до первого измерительного термопреобрвзователя по ходу потока или темпа охлаждения метки на контрольном участке (по использованию етого параметра подана заявка на полезную модель рег.й 94043135);
разработан обобщенный алгоритм исследования и алгоритм функционирования МТР, применительно к конкретной задаче измерения расхода:
Практическая ценность работы заключается:
в том, что получении практические рекомедации по оптимизации МТР, применительно к конкретной задаче измерения;
в разработке, на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, макета ІШП МТР в комплекте с вычислительным комплексом;
в том, что предложена обобщенная методика оценки предельной погрешности тер..юконвективного меточного метода и ее трансформация, применительно к разработанному МТР.
Реализация результатов работы. Теоретические разработки автора нашли практическое применение для измерения объемного расхода растворов солей железисто-синеродистого калия в отделении оушки Верезниковского рудоуправления № 1 А/0 "Урал-калий". '
Основные положения, выносимые на защиту:
предложенная систематизация методов оптимизации МТР, направленная на достижение заранее сформулированных требований к качеству измерения расхода;
теоретическая и экспериментальная оценка эффективности структурных, параметрических и алгоритмических методов оптимизации МТР;
методика, алгоритмы исследования и функционирования МТР, реализованные на базе разработанных принципов оптимизации.
Апробация работы, материалы диссертации докладывались и
обсуждались на Международной научно-технической конференции "Совершенствование средств измерения расхода жидкости, газа и пара" (С.-Петербург,1994), на Шестом международном симпозиуме "Динамические измерения" (С.-Петербург, 1993) и на VII Всероссийской научно-технической конференции Датчики и преобразователи систем измерения, контроля и управления" ("Дат-чик-95") (Гурзуф,1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликованно 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации, диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения и изложена н'' 178 страницах машинописного текста, содержит б таблиц, 64 рисунка, 2 приложения на 8 страницах и список использованных источников, включающий 125 наименований. СОДЕРЖАНИЕ Р,иЗОТЫ.
