Повышение эффективности информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов Подбельский, Александр Николаевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Потребность в оперативной дистанционной диагностике высокотемпературных процессов в металлургии в настоящее время непрерывно расширяется, что обусловлено, в первую очередь, необходимостью автоматизации производства. Требуемый диапазон измеряемых температур, как правило, лежит в пределах от 700 до 2000 С. Применение в этих условиях контактных методов (термопар, измерительных зондов) неэффективно из-за их недолговечности. Таким образом, наиболее целесообразно для решения таких задач применять бесконтактные методы. Отсюда возникает необходимость в разработке методов, алгоритмов и проблемно- ориентированных приборов, адаптированных к решению конкретных задач дистанционной диагностики.

В настоящее время также резко возросла потребность в точности и быстроте в получении, обработке и воспроизведении результатов - получения точных показателей теплофизических свойств металлических расплавов в режиме реального времени. Такие результаты можно получить только за счет применения современных информационно- измерительных и управляющих систем (ИИУС), позволяющих осуществлять все более быстрый и эффективный контроль и управление процессами, протекающими в агрегатах расплава металлов. Необходим новый подход к реализации принципов ИИУС и ИИУС технологическими процессами (ИИУС ТП) с использованием самых современных бесконтактных средств измерения технологических параметров, применением новых и ранее разработанных математических моделей технологических процессов без внесения изменений в существующее технологическое оборудование.

Применение таких ИИУС является необходимым условием успешной металлоплавильной практики.

Поэтому повышение эффективности ИИУС бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов за счет обеспечения точности и быстродействия при обработке полученных данных является необходимой и актуальной научно-технической задачей.

Целью диссертационной работы является повышение точности и сокращение времени определения теплофизических данных металлических расплавов за счет использования бесконтактной термометрии в производственной ИИУС.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

на основе анализа методов бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов необходимо определить виды преобразователей, являющихся наиболее эффективными для решения данной задачи;

разработать структуру информационно-измерительной и управляющей системы бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов;

разработать алгоритмы функционирования информационно-измерительной и управляющей системы бесконтактной термометрии;

разработать математическую модель информационно-измерительной и управляющей системы бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов;

провести метрологическую оценку информационно-измерительной и управляющей системы бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов;

практически реализовать структурные и алгоритмические решения новых информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов.

Методы исследования

Для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследований использованы: теория систем, спектроскопия, физическое металловедение, теория автоматического управления, теоретическая электротехника, электроника и микропроцессорная техника, теория вероятностей, прикладная комбинаторика.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. 1. Разработана структура информационно-измерительной и управляющей системы бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, обеспечивающая ее адаптацию к различным режимам работы.

   2. Разработана математическая модель информационно-измерительной и управляющей системы бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, позволяющая обеспечить заданную точность и быстродействия.

   3. Разработан алгоритм функционирования информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, обеспечивающий работу при воздействии дестабилизирующих факторов.

   4. Разработан алгоритм бесконтактной термометрии для оперативного определения теплофизических свойств металлических расплавов, позволяющий существенно сократить время измерения.

   5. Разработаны ИИУС бесконтактной термометрии для оперативного определения теплофизических свойств металлических расплавов, позволяющие сократить время измерения на 30%.

   6. Разработана методика спектральной пирометрии металлических расплавов с неизвестной излучательной способностью, основанная на регистрации спектра теплового излучения объекта с помощью спектрометра с ПЗС-линейкой фотоприемников. Существенное отличие ее от традиционных методов яркостной и цветовой пирометрии заключается в том, что данные об излучательной способности объекта не требуются.

   Практическая значимость работы заключается в том, что: на основе научных результатов, полученных в диссертационной работе, разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, обеспечивающих заданные показатели качества. Предложены структуры новых информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для оперативного определения теплофизических свойств металлических расплавов, внедренные на ряде предприятий металлургической отрасли.

   Достоверность результатов работы подтверждается:

   совпадением расчетных результатов с экспериментальными;

   положительным опытом работы разработанных информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов.

   Реализация и внедрение результатов работы:

   Созданы и внедрены в промышленное производство информационно- измерительные и управляющие системы бесконтактной термометрии производственного уровня, обеспечивающие повышение точности оценки качества металла за счет сокращения времени определения теплофизических данных металлических расплавов

   Информационно-измерительные и управляющие системы бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов применены в разработках и изделиях ООО «Нординкрафт-Сенсор» (г. Череповец) и имеют высокие технико-экономические показатели, что подтверждено соответствующим актом о использовании.

   Апробация работы

   Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики, в ОАО ЦНИТИ, на отраслевых совещаниях в ООО «Нординкрафт-Сенсор», ОАО «Северсталь», VIII Всероссийской НПК «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве», г. Новокузнецк, Международной НПК «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики», г. Сочи.

   Личный вклад автора

   Основные научные результаты, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит ведущая роль в постановке задач, выборе и обосновании методов их решения, интерпретации полученных результатов.

   Публикации

   По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в виде статей в журналах, трудах российской и международной научно-практических конференций, из них 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования научных положений диссертационных работ.

   Структура и объем диссертации

   Диссертационная работа изложена на 141 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 127 наименований и приложения, а также включает рисунки и таблицы в количестве 45 шт.

   Основные положения, выносимые на защиту:

   1. 7. Математическая модель информационно-измерительной и управляющей системы бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, позволяющая определять параметры ИИУС бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, обеспечивающие заданные показатели качества.

      8. Алгоритм функционирования информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, обладающий возможностью получения достоверной информации о теплофизических свойствах расплавов при воздействии дестабилизирующих факторов.

      9. Алгоритм бесконтактной термометрии для оперативного определения теплофизических свойств металлических расплавов.

      10. Методика спектральной пирометрии металлических расплавов с неизвестной излучательной способностью, основанная на регистрации спектра теплового излучения объекта с помощью спектрометра с ПЗС-линейкой фотоприемников. Существенное отличие ее от традиционных методов яркостной и цветовой пирометрии заключается в том, что данные об излучательной способности объекта не требуются.

      11. Структуры информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов, обладающие существенной новизной и внедренные на ряде производств.

      Похожие диссертации на Повышение эффективности информационно-измерительных и управляющих систем бесконтактной термометрии для определения теплофизических свойств металлических расплавов

      Повышение качества информационно-измерительных и управляющих систем оперативного определения теплофизических свойств металлических расплавовГордеев, Юрий Витальевич

      

      Исследование и разработка методов и средств повышения эффективности видеоинформационных систем мониторинга сложных объектовНащёкин Алексей Сергеевич

      

      Повышение эффективности информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств за счет оптимизации вычислительных процессовТабуров, Денис Юрьевич

      

      Повышение эффективности информационно-измерительной системы комплексной безопасности зданий и сооруженийЧерушов, Игорь Викторович

      

      Повышение эффективности информационно-измерительных систем обработки слабоконтрастных документовХмельницкий Денис Валентинович

      

      Повышение эффективности информационно-измерительных систем определения технических характеристик автоматизированных электроприводовСлепцов Тимофей Владимирович

      

      Повышение эффективности информационно-измерительных систем управления мобильными транспортными роботами в гибких автоматизированных производствахАмурский Алексей Владиславович

      Повышение эффективности информационно - измерительных и управляющих систем лазерных технологических установок при резке материаловКостромин, Михаил Анатольевич

      

      Повышение эффективности информационно - измерительных и управляющих систем электроприводов для автоматизированного производстваПрокуратов Иван Иванович

      Повышение эффективности распределенных информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производствВасильев Андрей Михайлович