Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время одним из важнейших направлений іалитического приборостроения является разработка и исследование новых югрессивных методов и приборов контроля влажности материалов, позво-[ющих комплексно решать задачи управления технологическими процессами ропромышленного комплекса, а также используемых для проведения науч-.IX исследований по изучению состава и свойств влажных материалов.
Задача контроля влажности является актуальной для большинства ма-риалов агропромышленного комплекса. Технологические процессы пере-іботки материалов АПК предусматривают контроль и регулирование влаж->сти на всех этапах, начиная с заготовки сырья, до складирования и отгрузки товой продукции. Требования, предъявляемые промышленностью к методам приборам контроля влажности включают высокую точность измерения, воз-жность проведения измерений в непрерывном технологическом потоке, воз-)жность контроля влажности как в малых, так и в очень больших объемах волнистых, твердых сыпучих и жидких материалов, неоднородных по своей руктуре, физическому и химическому составу, распределению влаги по фор-LM связи.
Особую актуальность приобретает задача сопряжения влагомеров с со-еменными автоматизированными средствами контроля и управления тех-їлогическими процессами и производством в целом.
Из существующих современных методов измерения влажности указанным ебованиям в наибольшей степени соответствуют диэлькометрические, в ча-еюсти, сверхвысокочастотные (СВЧ) методы.
Однако и они до настоящего времени не имеют широкого распространения промышленности. Причинами, сдерживающими практическое применение ЗЧ-метода для широкого круга материалов, являются отсутствие обоснование требований к точности измерительной информации, малоизученность гктрофизических свойств материалов АПК в СВЧ-диапазоне и влияния на і свойства влажности и различных технологических характеристик, отсутст-е унификации влагомеров, ограниченное применение современных достиже-й микропроцессорной и робототехники, а также отсутствие единой системы трологического обеспечения влагомеров. Проводимые исследования обычно лравлены на решение узкоцелевых задач по принципу "один материал - один ибор". Для комплексного решения широкого спектра задач контроля влажно-і материалов АПК необходим системный подход и научно обоснованная ме-юлогия построения унифицированных средств измерения, обеспечивающих тучение эффективной и качественной информации.
Исследования выполнены в соответствии с координационным планом АН
1СР на 1979-1990гг. по проблеме "Разработка и использование комплекса ав-
латизированных приборов для определения состава веществ, материалов как
казателей качества продукции" и межвузовской научно-технической про-
[ммо^с^Щ^^^зования СССР на 1990-1993 гг. "Создание высокоэффек-
тивных методов и приборов анализа веществ и материалов", Комплексной прс граммой механизации и автоматизации предприятий "Башхлебоптицепрома".
Цель работы - разработка научно обоснованной методологии построени комплекса измерительных средств и создание унифицированной системы контроля влажности на основе технических, структурных и алгоритмических мете дов снижения погрешностей СВЧ-метода.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- исследование материалов агропромышленного комплекса как объекто
контроля влажности;
- анализ и систематизация задач контроля влажности сельскохозяр
ственных материалов;
выявление и исследование степени влияния характеристик преобразовг телей влажности и основных неинформативных параметров материалов на рс зультаты измерения влажности СВЧ-методом;
разработка и исследование структурных и алгоритмических методо снижения погрешности измерения влажности СВЧ-методом;
разработка и внедрение унифицированного комплекса измерительны средств контроля влажности для твердых сыпучих сельскохозяйствеїгаьіх мате риалов, анализ его технико-экономической эффективности;
разработка элементов метрологического обеспечения унифицированног комплекса измерительных средств контроля влажности;
определение требований к СВЧ-преобразователям влажности при сериі ном производстве унифицированного комплекса.
Методы исследований. В работе использовались системный анализ, о: дельные положения теоретической электродинамики, методы математическоп физического и машинного моделирования, теория вероятностей, статистичі ские методы регрессионного и дисперсионного анализа, планирование экеш римента, структурный и технико-экономический анализ.
Научная новизна.
-разработаны общие принципы и научно обоснованная методология со: дания комплекса измерительных средств контроля влажности.
- теоретически и экспериментально исследовано влияние неинфо]
мативных параметров материалов на результат измерения влажности и опрі
делены пути уменьшения погрешностей, обусловленных неоднородностью, №
постоянством плотности и форм связи влаги, влиянием температуры и масс
образца;
разработаны методики расчета и оптимизации параметров первичнь: СВЧ-преобразователей влажности;
выявлены функциональные зависимости между распределением влаги г формам связи и поверхностной влажностью, а также влажностью воздушнь включений в объеме материала;
- выявлены оптимальные виды уравнений множественной регрессии
ія многопараметровых влагомеров;
разработаны элементы метрологического обеспечения комплекса из-грительных средств контроля влажности;
- предложены способы (А.с. СССР К№ 1419302, 1354080) и устройства мерения влажности (А.с. СССР №№ 1644008, 1312457, 1522084, 1290150, (78568, 1793342), реализующие разработанные алгоритмы измерений и >щие принципы унификации средств измерения влажности.
Практическая ценность. Результаты исследований использованы при раз-іботке и реализации комплекса измерительных средств контроля влажности и о опытной эксплуатации в производственных условиях.
Полученные аналитические зависимости и предложенные методики расче-IB позволяют оптимизировать параметры первичных СВЧ-преобразователей іажности твердых сыпучих и дисперсных материалов.
Предложенные структурные и алгоритмические способы снижения влия-ія неинформативных параметров открывают возможности для создания СВЧ-іагомеров повышенной точности, как основных элементов унифицированных імплексов.
Рекомендации, полученные в ходе работы могут быть использованы при іьггно-конструкторской разработке и серийном производстве комплекса из-грительных средств контроля влажности.
Реализация и внедрение результатов работы. По результатам исследо-ний разработан унифицированный комплекс измерительных средств контро-: влажности для зерновых, зернобобовых и масличных культур, а также исковых продуктов их переработки. Разработки внедрены на Башкирском био-імкомбинате для комбикормов (г. Благовещенск), Аургазинском межхозяйст-нном комбикормовом предприятии, прошли испытания в НПО "Масло-ярпром" (г. Санкт-Петербург) и рекомендованы к внедрению в масложиро-ІМ производстве, испытаны и внедрены на государственном унитарном пред-іиятии "Башхлебоптицепром", при проведении научных исследований по юграмме "Живой хлеб" в Башгоспединституте. Теоретические результаты боты использовались в учебном процессе Ташкентского политехнического [статута по специальности "Автоматизация и комплексная механизация хи-іко-тсхнологических процессов", Башкирском государственном педагогиче-ом институте ("Физика") в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации док-дывались и обсуждались: на VII ВНТК "Достижение и перспективы работ в іласти разработки и внедрения средств измерения влажности продукции агро-юмышленного комплекса и других отраслей народного хозяйства" (Кутаиси, '84); VII ВНТК "Информационные измерительные системы" (Винница, 1985); ВНТК "Программное, алгоритмическое и техническое обеспечение АСУ 1" (Ташкент, 1985); международном симпозиуме "Экспрессное определение чества зерна и зернопродуктов (Москва, 1987); НПК "Влагометрия сельхоз-ітериалов" (Минск, 1987); XI ВНТК "Неразрушающие методы и средства кон-
троля" (Москва, 1987); УШ ВНТК ИИС-87 (Ташкент, 1987); П ВНТК "Метр логическое обеспечение ИИС и АСУ ТП" (Львов, 1988); международном си позиуме "Экспрессное определение качества зерна и зернопродуктов". (Моею 1990); ВНТК ИИС-89 (Ульяновск, 1989); НПС "Автоматизация технолої ческих процессов" (Челябинск, 1990); НПС "Метрология и техника точных і мерений" (С-Петербург, 1991); Ш ВНТК "Метрологическое обеспечение ИИС АСУ ТП" (Львов, 1991); НТК профессорско-преподавательского состг ТашПИ (Ташкент, 1986-1990rr.); НТК профессорско-преподавательскс состава БГПИ (Уфа, 1994-1998гг.) и опубликованы в 44 работах (из них од монография и 8 авторских свидетельств на изобретения). Один из СВ влагомеров отмечен бронзовой медалью ВДНХ СССР.
На защиту выносятся. Перечень основных научных и методологическ проблем создания унифицированного комплекса измерительных средств д контроля влажности зерновых продуктов и пути их решения.
Математические модели взаимодействия СВЧ-энергии с влажным ма риалом в различных типах первичного преобразователя.
Способы измерения влажности, инвариантные к формам связи влаги массе образца.
Структурные и алгоритмические методы уменьшения влияния неї формативных параметров материала на погрешность измерения его влажност
Методика расчета параметров СВЧ-преобразователей влажности.
Унифицированный комплекс средств контроля влажности и основи принципы построения системы его метрологического обеспечения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введені шести глав, заключения, библиографии и приложений, содержит 208 страниц
