Введение к работе
Актуальность работы.
В современной промышленности и науке существует большое количество объектов, функционирование которых невозможно без термостатирования, т е без поддержания их температуры на определенном уровне с заданной точностью в широком диапазоне изменения возмущающих воздействий К таким объектам можно отнести элементы оптической и лазерной техники электроники, приборы управления, технологические установки, испытательные стенды и многие другие Так, например, генерационные характеристики лазеров существенно зависят от температур активного и нелинейного элементов, электрооптических затворов, зеркал Современные газоанализаторы позволяют проводить непрерывный мониторинг атмосферы и быстро выявлять наличие фракций очень небольшой концентрации, однако точность работы этих приборов существенно зависит от температуры проб газа Для получения качественного защитного покрытия необходимо обеспечение равномерности распределения и поддержание уровня температуры внутри сушильных камер Как видно из вышеперечисленных примеров, технические устройства и технологии характеризуются различными условиями функционирования и предъявляют различные требования к объекту термостатирования, температурным диапазонам, точности, времени выхода в рабочее состояние, конструкции и размерам
Теория термостатирования, разработанная, в частности, Г Н Дульневым, Н А Ярышевьш и их учениками, позволяет проектировать приборы различного назначения, однако, в ряде случаев требования современной техники по точности термостатирования трудно удовлетворить, используя ранее разработанные тепловые модели и законы регулирования температуры
Применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала позволяет реализовать большое количество законов регулирования температуры, однако, существующие тепловые и математические модели термостатов и методики расчета и выбора параметров термостатирующих устройств не позволяют полностью реализовать преимущества ШИМ-управления тепловыми процессами
В диссертационной работе приводится обзор существующих методов регулирования температуры, описание современной элементной базы устройств термостатирования, радиоэлектронных компонентов датчиков, исполнительных уст-
ройств, а также описание способов компенсации погрешностей термостатирова-ния и регулирования температуры Приведено описание регулирующих устройств, разработанных для различных условий и созданных с учетом рекомендаций по компенсации погрешностей
Отдельную задачу представляет собой мониторинг (контроль и управление) теплофизических параметров удаленных объектов Приводятся основные требования к данному типу приборов, а также дается описание разработанного устройства, позволяющего производить теплофизические измерения на удаленных объектах (например, объектах энергетики), с возможностью экстренного оповещения при отказах электропитания либо выходе значений параметров (например, температуры, давления или расхода теплоносителя) за пределы заданного диапазона При необходимости система производит необходимое управление исполнительными механизмами, позволяющими предотвратить аварийную ситуацию
Цель и задачи работы, физическое и математическое моделирование процессов регулирования температуры газа в технологических и измерительных установках, разработка термостатирующих устройств, а также контроль теплофизических параметров процессов с помощью мобильных телекоммуникационных систем
Для достижения с поставленных целей необходимо
разработать и обосновать тепловые и математические модели подогревных термостатов, испытательных и сушильных камер с внутренним перемешиванием теплоносителя, термостатов для стабилизации температуры газового потока,
проанализировать тепловые и математические модели термостатов и регуляторов температуры и разработать рекомендаций по выбору параметров термостатирующих устройств,
на практике реализовать устройства регулирования температуры, включая выбор датчиков преобразование сигнала, формирование условных кодов и передачу данных с помощью сотовой связи
Научная новизна-
предложены тепловые и математические модели для термостатирующих устройств с регулированием температуры, основанным на широтно-импульсной модуляции,
предложена методика выбора закона регулирования температуры, основанного на широтно-импульсной модуляции, элементов конструкций и их параметров,
предложена методика выбора параметров подогревного термостата с перемешиванием воздушной среды внутри рабочей камеры,
разработан метод управления тепловыми процессами в сложных системах термостатирования с помощью мобильных средств связи и его приборная реализация
Практическая ценность результатов работы.
В результате выполнения диссертационной работы был разработан ряд термостатирующих устройств для лазерных систем, газоанализаторов, испытательных и сушильных камер, позволивший существенно уменьшить статическую и динамическую погрешности поддержания рабочей температуры повысить КПД и эффективность этих устройств
Также были разработаны новые типы аналоговых и цифровых регуляторов позволяющие проводить многопараметрическое программное регулирование температуры и других физических параметров и реализовывать различные законы регулирования
На основе проведенных исследований и разработок устройств термостатирования и регулирования іеплофизических параметров были созданы приборы, обеспечивающие работу твердотельных лазеров газоанализаторов, объектов энергетики технологических и испытательных камер Результаты работы были внедрены в ЭОЗ «Руссар», УНП «Лазерный центр» ОАО «НПО Прибор», АО «Авантаж-строй» ФГУП НПК «ГОИ им С И Вавилова»
Достоверность полученных результатов обеспечена всесторонним исследованием разработанных устройств и результатами испытаний систем, включающих эти устройства
Положения, выносимые на защиту:
тепловая и математическая модели термостата с дополнительными элементами, компенсирующими статическую погрешность поддержания температуры,
тепловая и математическая модели камеры с устройствами устранения перепадов температуры по объему камеры,
тепловая и математическая модели термостата для проб газа в газоанализаторе,
алгоритмы управления тепловыми процессами с помощью мобильных средств связи
Личный вклад автора: формулировка тепловых и математических моделей, математическое описание и расчет тепловых характеристик устройств, разработка конструкций и электрических схем термостатирующих устройств, сборка и тестирование этих приборов, постановка и проведение экспериментальных исследований
Публикации.
Результаты работы опубликованы в 8 печатных работах
Апробация
Результаты обсуждались и опубликованы в трудах II и III всероссийских конференций по вопросам термометрии «Температура 2004», «Температура 2007», г Обнинск, на XXX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ИТМО, на I, II и IV межвузовских конференциях молодых ученых проведенных в ИТМО в 2004-2007 гг
Структура и объем работы.
