Главная » 2014»Сентябрь»22 » Скачать Разработка электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых бесплатно
2:54 AM
Скачать Разработка электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых бесплатно
Разработка электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых потоков
Диссертация
Автор: Вин, Мьинт Зо
Название: Разработка электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых потоков
Справка: Вин, Мьинт Зо. Разработка электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых потоков : диссертация кандидата технических наук : 05.13.06 / Вин Мьинт Зо; [Место защиты: ГОУВПО "Московский государственный институт электронной техники (технический университет)"] - Зеленоград, 2010 - Количество страниц: 158 с. 8 ил. Зеленоград, 2010 166 c. :
Объем: 166 стр.
Информация: Зеленоград, 2010
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 Обзор и анализ методов автоматизированного измерения скорости и расхода технологических газовых потоков 13 11 Проблемы автоматического измерения расхода и скорости технологических газов
12Классификация и анализ методов измерения расходов газа
121 Метод переменного перепада давления
122 Метод обтекания
123 Тахометрический метод измерения
124 Тепловой метод измерения
125 Метод ультразвукового измерения
126 Оптический метод измерения
127 Меточный способ измерения
13 Сравнительные характеристики измерителей расхода газа различных типов Анализ достоинств и недостатков
14 Постановка задачи исследования 54 Выводы по главе
Глава 2 Разработка математических моделей электронного меточного расходомера с жидкостной меткой
21 Модели деформации пленки поверхностно-активного вещества (ПАВ) 60 211 Статическая деформация пленки ПАВ 60 212Динамическая, деформация пленки ПАВ
22Разработка статической модели меточных расходомеров с жидкостной меткой
23 Исследования и анализ термодинамических параметров газового потока в расходомерах с жидкостной меткой 72 24 Разработка динамической модели меточного расходомера
Выводы по главе
Глава 3 Разработка математических моделей тепловых меточных расходомеров 82 31 Особенности теплового меточного способа измерения расхода 82 32 Математический аппарат, описывающий тепловой меточный расходомер
33 Анализ влияния термодиффузии на "время жизни" тепловой метки
34 Модель эволюции тепловой метки на основе полной системы уравнений тепловой конвекции 93 Выводы по главе
Глава 4 Анализ и классификация погрешностей автоматизированного процесса измерения скорости и расхода технологических газовых потоков
41 Статическая погрешность определения термодинамических параметров измеряемого газа
42 Погрешности определения временного интервала
43 Погрешности определения измерительного объема
44 Динамическая погрешность измерения температуры метки в контрольном сечении 113 Выводы по главе
Глава 5 Разработка схем и алгоритмов работы электронных меточных устройств для измерения скорости и расхода потоков газа
51 Разработка алгоритма и структурной схема меточных устройств для измерения скорости и расхода потоков газа
52 Устройство формирования жидкостных меток
53 Методика расчета параметров фотоэлектрического преобразователя меточного расходомера
54 Имитационная мнемомодель автоматического меточного устройства для измерения скорости и расхода потоков газа
Выводы по главе 5 144 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 147 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Акт внедрения результатов диссертационной работы 158 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Экспериментальные исследования точностных характеристик автоматического меточного устройства для измерения скорости и расхода потоков газа 160 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Метрологические параметры современных измерительных средств расхода газа
Введение:
На современном этапе развития науки и техники при стремительно развивающихся технологиях, увеличивающейся сложности приборов и систем, возрастании требований к их надежности и долговечности, неуклонном развитии автоматизации различных этапов производства, весьма актуальной является проблема повышения требований к технологическому оборудованию. В то же время обеспечить необходимое качество производства высокотехнологичных изделий можно лишь при строгом соблюдении и контроле всех этапов технологического процесса. На сегодняшний момент технологические процессы целого ряда отраслей науки и техники связаны с необходимостью постоянного контроля и точного дозирования химических газовых реагентов.
Теоретическим исследованиям и разработке фундаментальных основ в области расходометрии посвящены труды видных ученых П.П.«Кремлевского [2], А.Н. Павловского [1], В.М. Ильинского [42], Ф. Мейзда [68], Ф. Хернинга, Г.П. Катыса и многих других. Разработкой и выпуском расходомеров в настоящее время занимаются многие ведущие российские и мировые приборостроительные фирмы, в частности: «Саратовгазавтоматика» , ЗАО "Взлет" АО "Центрприбор" НПФ "ТЭМ-сервис", Промышленная группа "Метран" (Россия), Flow Meter (Великобритания), Foxboro, Thermo Fisher Scientific, Rockwell, Hoffer Flow controls, Barton (США), Burkert Easy Fluid Control Systems, VSE (Германия), Faure Herman (Франция) .
Потребность в измерении параметров потоков газообразных веществ испытывают многие отрасли. Значительное число производственных процессов во многих высокотехнологичных отраслях промышленности (особенно, в генных технологиях, биотехнологиях, медицине, системах жизнеобеспечения, микро- и наноэлектронике, ядерных технологиях, тонких химических технологиях, пищевых технологиях) связаны с процессом массопереноса различных газообразных веществ ; современные двигатели внутреннего сгорания оснащаются интеллектуальными системами впрыска топлива с применением прецизионных дозаторов.
Характеризуя современные приборы метрологического назначения , следует отметить , что они не в состоянии с достаточной точностью производить измерение и не гарантирует неизменность основных нормируемых точностных характеристик (погрешность и динамический диапазон измерения).
Применяющиеся сегодня в качестве рабочих и образцовых сресдтв измерения расходомеры типа РГС-1, РГС-2; счетчики газа ТРСГ-ИРГА-РВ, СГ-1, СГ-2, расходомер-счетчик электромагнитный РСМ-05 имеют погрешность 1-2 % и уже не обеспечивают требуемой точности и воспроизводимости технологических процессов. Данный фактор явно не удовлетворяет запросы современных высокотехнологичных отраслей промышленности, где требуется подача разнообразных химических реагентов с погрешностью, не превышающей 0.6 %, а в области микропотоков совсем неприменим (<20 л/час).
В итого отсутствие современного физического оборудования для измерения скорости и расхода'технологических потоков газа не только негативно сказывается на надежности и качестве высокотехнологичных изделий, но и является сдерживающим фактором на пути более широкого внедрения современных приборов, устройств и систем.
Таким образом, актуальными являются исследования, направленные на создание высокоточных электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых потоков в широком диапазоне.
Целью работы является исследование методов измерения скорости и расхода газов с применением тепловых и жидкостных меток поверхностно активных веществ и разработка на их основе математических моделей, алгоритмов работы и структурных схем высокоточных электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых потоков, в том числе агрессивных, взрывоопасных и токсичных газовых реагентов.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:
• исследование существующих методов измерения скорости и расхода газовых потоков и выявление наиболее эффективного метода построения средства измерения;
• определение основных конструктивных и режимных факторов, влияющих на точность измерения расхода газов;
• построение математических моделей меточного расходомера, учитывающих влияние основных параметров потока на точность измерения и обеспечивающих определение основных конструктивных характеристик средства измерения на этапе проектирования;
• создание классификации основных составляющих погрешности измерения скорости и расхода газовых потоков, выявление доминирующих погрешностей; |
•разработка принципов построения, алгоритмов работы и структурных схем электронных меточных устройств;
•имитационное моделирование автоматического меточного устройства для измерения скорости и расхода потоков газа.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы вероятностно-статистические методы анализа случайных сигналов, методы дифференциального и интегрального исчисления, элементы теории вероятности и математической статистики, газодинамики, оптоэлектроники и тепломассопереноса. | I
Научная новизна работы состоит в создании новых моделей, алгоритмов и устройств, обеспечивающих повышенную точность и расширенный диапазон измерения скорости и расхода потоков технологических газов. В ходе выполнения работы получен ряд новых научных результатов: i
• предложена математическая модель, описывающая прогиб пленки ПАВ, позволяющая предположить неравнозначность прогибов последней в различных контрольных сечениях расходомера;
• построены и исследованы математические модели автоматизированного расходомера с жидкостной меткой, учитывающие ряд ранее не рассматриваемых параметров потока технологических газов и конструктивных особенностей расходомера;
• предложена классификация погрешностей расходомера с жидкостной меткой и определены основные погрешности измерения;
• разработаны математические модели, описывающие эволюцию тепловой метки, позволяющие проводить предварительные расчеты и численное моделирование тепловых меточных измерителей скорости и расхода газовых потоков при широком варьировании основных конструктивных и геометрических параметров;
• созданный математический аппарат по расчету основных погрешностей измерения расхода газовых потоков позволил теоретически обосновать возможность создания прецизионных меточных расходомеров, обеспечивающих погрешность измерения менее 0,6 %, что превосходит параметры современных сертифицированных средств измерения;
• предложена трехканальная структурная схема меточных устройств, обладающих повышенной точностью и помехозащищенностью и позволяющих обеспечивать достоверную селекцию результатов измерений и контроль профилей скорости газового потока.
Практическая значимость работы заключается в новых возможностях улучшения метрологических характеристик рабочих и образцовых средств измерения скорости и расхода технологических потоков газа. Гибкость предложенных решений делает возможным их применение в медицинском приборостроении, авиационной промышленности, биотехнологиях, микро- и наноэлек-тронике, металлургии и др.
Разработанные алгоритмы, методики расчета, модели и структурные схемы электронных меточных устройств позволяют облегчить решение практических задач по конструированию расходомеров с тепловой и жидкостной меткой, t
Результаты экспериментальных исследований доказали принципиальные возможности построения меточного расходомера с диапазоном измерения объемного расхода газа от 0,1 л/ч до 2121 л/ч, массового расхода- от 0,0002 кг/ч до 3 кг/ч, относительной погрешностью измерения расхода газа, обусловленной смещением точек срабатывания датчиков 0,02 %, относительной погрешностью измерения расхода газа, обусловленной временной составляющей 0,007 %.
Достоверность определяется корректным применением строго математического аппарата и подтверждается результатами имитационного моделирования и экспериментальных исследований, доказавшими преимущества предложенных в работе моделей, алгоритмов и структур электронных меточных устройств для автоматизации процесса измерения скорости и расхода технологических газовых потоков, выразившиеся в повышении точности и расширении диапазона измерения массового и объемного расхода газа.
Личный вклад автора. Все основные результаты получены автором лично. Главными из них являются: определение совокупности требований, необходимых для выбора метода измерений малых расходов; создание математической модели, описывающей деформацию жидкостной метки в измерительном трубопроводе расходомера; разработка новой параметрической зависимости для определения парциального давления в меточных расходомерах; создание динамической модели перемещения метки по измерительному I трубопроводу меточного расходомера; разработка статической модели для определения расходов газа в меточных расходомерах с жидкостной меткой; создание математических моделей эволюции тепловой метки в канале трубопровода; создание классификации основных составляющих погрешности и вывод формульных зависимостей для определения количественных характеристик составляющих методических погрешностей; разработка трехканальной структурной схемы построения автоматизированных меточных расходомеров; разработка устройств и алгоритмов формирования метки; создание имитационной мнемомодели автоматического меточного устройства для измерения скорости и расхода потоков газа.
Внедрение результатов работы. Все работы по реализации и внедрению проводились под руководством или при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в в учебном процессе Московского государственного института электронной техники (технического университета) в лекционных и практических занятиях по дисциплинам "Системный анализ и математическое моделирование" кафедры "Информатика и программное обеспечение вычислительных систем" , "Измерительные преобразователи и системы" , "Метрология, стандартизация и сертификация" кафедры "Системы автоматического управления и контроля в микроэлектронике " На защиту выносятся:
• аналитический обзор методов измерения скорости и расхода потоков газа;
• статическая и динамическая модели меточного расходомера с жидкостной меткой;
• математическая модель, описывающая деформацию жидкостной метки в измерительном трубопроводе расходомера;
• математические модели эволюции тепловой метки в канале трубопровода;
• классификация и математический аппарат для расчета погрешностей расходомера с жидкостной меткой;
• алгоритм и структурная схема меточных устройств для измерения скорости и расхода потоков газа;
• имитационная мнемомодель автоматического меточного устройства для измерения скорости и расхода нологических техпотоков газа; ,
• результаты внедрения и апробации материалов диссертационной работы.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях "Микроэлектроника и информатика" (Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2007- 2009 г.г.), Всероссийской межвузовской научно-практической конференции "Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем" (Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2007-2008 г.г.), Всероссийской межвузовской научно-практической конференции "Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономи-ке"(Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2009 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 19 опубликованных работах, в том числе 3 статьи в ведущих научных журналах, утвержденных ВАК. Без соавторов опубликовано 14 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 157 страниц основного текста, включая 34 рисунок, 7 таблиц, а также список, литературы из 114 наименований и 3 приложения.
