Введение к работе
Актуальность темы. В технологических процессах по производству v переработке жидкостей и жидких растворов контроль за их состоянием осуществляется по результатам измерения физических параметров, в качестве которых чаще всего выступают плотность, вязкость и адиабатическая сжимаемость Эти параметры являются отражением фундаментальных свойств жидкостей, которые определяют их состояние Так плотность характеризует структуру, а вязкость и адиабатическая сжимаемость - силы межмолекулярного притяжения и отталкивания, соответственно Определение этих параметров осуществляется либо по индивидуальным методам, что усложняет их встраивание в технологический процесс, либо комплексным, но с рядом конструктивных особенностей (наличие подвижных частей, необходимостью вертикальной установки датчика и т д), усложняющие условия эксплуатации приборов
Альтернативой перечисленным параметрам являются ультразвуковые - скорости распространения продольных и сдвиговых волн Продольные ультразвуковые волны характеризуют упругие свойства жидкостей, их структуру и силы межмотекулярігого отталкивания, сдвиговые - вязкие свойства, и как следствие, силы межмолекулярного притяжения И если методы определения скорости распространения продольных ультразвуковых волн в жидкости достаточно хорошо разработаны и находят широкое применение в практике ультразвукового контроля состояния жидких сред, то сдвиговые волны практически не используются из-за загухания в жидкости на расстояниях порядка длины волны Поэтому значительный интерес представляет разработка методов измерения скорости распространения поперечных волн и методов их совместного определения со скоростью продольных ультразвуковых волн
Создание метода и средств контроля состояния на основе комплексного определения скорости распространения продольных и поперечных ультразвуковых волн в жидкости является актуальной задачей Комплексным определением параметров жидкости назовем такую процедуру, в результате которой в опном измерительном никле определяются сразу несколько параметров^
Создание средств комплексного определения продольных и поперечных волн является востребованным
в технологических процессах производства и переработки жидкостей (контроль октановых чисел бензинов в нефтеперерабатывающей промышленности, концентрации растворов в пищевой промышленности),
при контроле состояния рабочих жидкостей в гидравлических системах,
во входном контроле качества ГСМ на предприятиях, осуществляющих потребление жидкостей (энергетика, транспорт, машиностроение),
при осуществлении мониторинга состояния природной среды
Цели и задачи работы заключаются в разработке и исследовании -ультразвуковой системы экспресс-ачалчза и контроля состояния згідних сред,
- метода и средств комплексного определения скорости распростра
нения продольных и поперечных волн
Методы исследования. При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования Теоретические исследования выполнялись на основе теории распространения акустических волн в жидкости и твердом теле, теории радиотехнических цепей и сигналов, методах компьютерного моделирования, методах эквивалентных схем В экспериментальных исследованиях использовались макетирование и натурный эксперимент
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем і Разработан и исследован метод комплексного определения скорости распространения продольных и сдвиговых волн в жидкостях
Построена обобщенная пространственная математическая модель сложнонапряженного состояния пьезопреобразователя
Разработан метод определения добротности резонансов пьезопреобразователя на основе использования его эквивалентной схемы
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем
Разработан датчик контроля состояния жидкостей но скорости распространения продольных и поперечных ультразвуковых вол
Создан программный комплекс пространственного математического моделирования поведения пьезопреобразователя продольных и поперечных волн
Осуществлена аппаратная реализация прямой спектральной обработки сигнала ультразвука с использования технологии программируемых логических интегральных схем (ПЛИС)
Работа выполнялась в рамках НИР, проводимых на кафедре физики Ковровской государственной технологической академии им В Л Дегтярева
- ГБ НИР №40/01 «Комплексное применение ультразвука к исследо
ванию жидких и твердых систем с целью контроля и направленного измене-
..,.-.„. „„„К-, „ 1ПП1 1ПГИГ ПЇІЛ ПЛ VEUriVl»// J3 4.\J\J X iUUJ li ,
ГБ НИР №58/06 «Разработка и исследование комплексных методов определения физических величин с целью использования в физическом эксперименте^, ПрОБОДИмОЙ В jL\j\jO Г ,
в ходе ХД НИР №246/21 «Разработка электрического способа определения содержания жидкости в газовых средах, структуры и схемная реализация прибора для определения содержания масла в газовой среде», выполненной по заказу КБ «Арматура» - филиала ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр имени М В Хруничева» в 2006 г
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, используются в учебном процессе и научных исследованиях кафедры физики Ковровской государственной технологической академии им В А Дегтя-
рева, применяются в производственной практике конструкторского бюро «Арматура» - филиала ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр им М В Хруничева», в исследовательских работах ЗАО НПО «Измерительные системы» г Ковров На защиту выносятся:
Метод комплексного определения скорости распространения продольных и поперечных ультразвуковых волн в жидкостях
Обобщенная пространственная математическая модель сложнона-пряженного состояния пьезопреобразователя
3 Метод измерения добротности резонансов пьезопреобразователя
Апробация работы Основные результаты диссертационной работы
докладывались и обсуждались на
международной научно-технической конференции «Новые методологии проектирования изделий микроэлектроники» (ВлГУ Владимир, 2002),
всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции XI Туполевские чтения (Казань, 8-Ю октября 2003 г),
VIII Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин», 23 декабря 2003 г - Н Новгород Межрегиональное Верхне-Волжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации (МВВО АТН РФ) - 2003,
международной научно-технической конференции «Новые методологии проектирования изделий микроэлектроники» (ВлГУ Владимир, 2003),
Informatics, Mathematical Modelling and Design in the Technics, Controlling and Education (IMMD'2004) Proceeding of International Scientific Conference, Vladimir (27-29 May 2004 Vladimir State University),
I научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых КГТА, Ковров, 2006,
международной научно-технической конференции "Машиностроение и техносфера XXI века" (11-16 сентября 2006 г, г Севастополь),
XVI Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерения физических величин» (Н Новгород, Нижегородский научный и информационно методический центр «Диалог», 2006 г )
Публикации Результаты диссертационной работы изложены в 8 статьях в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций, в 6 тезисах докладов на всероссийских и международных конференциях
Подана заявка на патент и получен приоритет на «Способ одновременного определения скорости продольных и сдвиговых акустических волн»
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, литературы и приложений Диссертация содержит 126 страниц, 49 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 95 наименований, акты внедрения результатов работы
