Введение к работе
Актуальность темы. Выпуск продукции высокого и стабильного ка
чества зависит не только от использования современного технологиче
ского оборудования, но и от методов средстр для получения оператив
ной информации о ее составе и свойствах. .. '.', , ;.,;'
До 80 % веществ, используемых и производимых в различных отраслях промышленности, являются сыпучими, т.е. представляющими собой совокупность большого количества твердых частиц, пространство между которыми заполнено газом.
Свойстра сыпучих материалов (СМ) характеризуются рядом пока
зателей, наиболее информативными и важными из которых являются
насыпная (объемная) рн плотность и плотность частиц рв. Измерение
плотности играет существенную роль при. проведении исследователь
ских работ в различных отраслях науки и техники, а также: для контроля
за технологическими процессами и качеством продукции/ .Плотность
СМ зависит от влажности, величины частиц и соотношения различных
фракций ситового анализа, степени давления -вышележащих слоев.
Знание ее необходимо при расчетах и проектировании складов, бунке
ров, транспортирующих механизмов и других аппаратов, а также при
определении сыпучести продуктов, проведении исследований теплофи-
зйческих свойств СМ различного назначения. Единственно надежным
методом оценки плотности СМ и ее измерения в тех1 или иных условиях
остается экспериментальный. ''"'' ""''' "" "
Наиболее распространенные' ^методы контроля плотнбстй,' оснО1"
ванные на раздельном измерении массы и объема с последующим де
лением полученных результатов, обладают достаточно'высокой точно
стью, но трудоемки и требуют длительного времени анализа. Измерение
объема методом жидкостного замещения неприменимо для материалов
не допускающих по каким-либо причинам контакта с жидкостью, в
этом случае используют пневматический метод, при котором осуществ
ляют газовое замещение. ....,,,, , , ,
Для повышения. оперативности и точности контроля насыпной
плотности и плотности частиц СМ при реализации пневматических ме
тодов, целесообразен непрерывный, измерительный процесс, с. представ
лением результата в виде длительности импульса. При этом реализуемые
методы будут являться пневмодинаминескими.,: . ,., ,,,..-,
Таким образом, актуальной является задача разработки и исследо
вания новых пневмодинамических времяимпульсных методов и реали
зующих их устройств для контроля ялотности СМ. <. <г ;: '-. ,.
Диссертационная работа вьщолнялась в.рамках реализации госбюджетной НЦР;4Г/96 "Развитие;и совершенствование математического, программного, информационного и технического обеспечения АС-НИПр процессов тепло и массопереноса 1996 - 2000 гг."
. Цель работы. Разработка и. исследование пневмодинамических вре
мяимпульсных методов контроля насыпной плотности и.плотности час
тиц сыпучих материалов, реализуемых единым измерительным процес
сом. ......
. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие за
дачи: !.......
- изучить физические основы измерения плотности СМ путем проведе
ния теоретических и экспериментальных исследований процессов, происхо
дящих в измерительном элементе пневмометричёского типа;
'''"'' - осуществить'теоретическое и экспериментальное исследование пнев-.
модинамическйх времяимпульсных'методов контроля объема, массы СМ;
' ''''''- разработать;1 теоретическими экспериментально изучить пневмо-
динамические методы контроля насыпной плотности и плотности-час
тиц СМ. Провести метрологический анализ методов контроля плотное
сти; ...
- разработать устройства для автоматического контроля- плотности час
тиц СМ; осуществить анализ их работы и экспериментальную проверку. ,
Методы и методики исследований. Основные задачи работы реша
лись моделированием и анализом моделей как процессов газовой: дина
мики, так и измерительных преобразователей. При проведении экспе
риментальных исследований использовались методы статистического
анализа. . >..-, .. ;ы,,,
Научная новизна. Предложено организовать единый измерительный процесс при контроле плотности сыпучих материалов, реализуемый апериодическим звеном с управляемым пневматическим сопротивлением и емкостью, с контролируемым веществом.
.,.,,Теоретически и экспериментально доказано, что время изменения давления в, емкостях составного измерительного элемента определяется плотностью частиц контролируемого материала. .
На основе проведенных исследований процессов в первичном измерительном преобразователе предложены пневматические времяим-пульсные методы контроля насыпной плотности и плотности частиц сыпучих материалов, заключающиеся в том, что:
формируется расход газа, подаваемого на вход измерительной и сравнительной емкостей, пропорциональный массе контролируемого материала в используемой пробе;
фиксируется время, в течение которого давление в емкостях достигнет заданного значения;' *!
по скорости изменения давления в измерительной емкости судят о насыпной плотности; по разности < времен заполнения измерительной и сравнительной емкостей судят о плотности частиц СМ. ['<
Теоретически и экспериментально-Доказано, что для повышения точности и получения информации о контролируемом параметре в чис-лоимпульсной форме необходимо применять пульсирующий режим при заполнении газом измерительной и сравнительной емкостей.
Практическая ценность. Разработаны пневматические времяим-пульсные методы и устройства для контроля насыпной и кажущейся плотности частиц СМ с непрерывным и пульсирующим режимами заполнения сжатым газом измерительной и сравнительной емкостей. Осуществлен выбор параметров их основных конструктивных элементов. Производственные испытания экспериментальных образцов устройств, реализующих разработанные методы контроля плотности СМ, показали их работоспособность. Величина максимально допустимой погрешности не более 5;0 %. .
Оригинальные методы и устройст-ва'для измерения плотности признаны изобретениями и защищены патентами Российской Федерации.
Реализация результатов. Разработанные пневматические методы и реализующие их устройства прошли производственные испытания и рекомендованы к внедрению на предприятиях: 301 АРЗ, ЗАО СМНУ "Тамбовагропром-пускон&тадка", кроме того, они используются в научно-йсЪйедЬвательской и учебной работе Тамбовского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на
IV, V научных конференциях ТГТУ (Тамбов, 1999, 2000 гг.), Междуна
родной научной конференции "Математические методы в технике и
технологиях" (Великий Новгород, 1999 г); VI Всероссийской конферен
ции "Состояние и проблемы измерений" (Москва, ''1999 г.); научно-
технических семинарах кафедры "Автоматизированные4 системы и при
боры" ТГТУ. :<; " - . «г
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, получено 3 положительных решения о "выдаче патентов на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех. глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложения.
зг-
Основная часть диссертации изложена на 139 страницах машинописного тек
ста, содержит.,35 рисунков и 13 таблиц, Слисок литературы включает 76 на
именований. ...,-
