Введение к работе
Актуальность работы. Получение информации о температурных элях занимает ведущее место в большинстве видов научного и эхнического эксперимента, играет основную роль в информацион-м обеспечении управления сложными технологическими процесса-/I. Значимость температурных измерений подчеркивает и тот акт, что на производствах с непрерывным характером технологи-эских процессов измерение температуры.составляет около 50% от 5щего числа всех измерений. Современные химика-технологичес-ле, нефтехимические производства,, как правило, требуют изме-;ний температурных полей. Во многих случаях соблюдение темпе-атурного режима необходимо для производства продукции с за-анными свойствами. Таким образом, разработка и создание новых этодов и средств измерения температурных полей является ак-/альной задачей.
Наибольшее распространение для измерения температурных элей получили измерительные системы, основанные на применении ножество дискретных датчиков. Общими недостатками этих изме-ительных систем является большой объем вторичной аппаратуры пропорциональный количестйу датчиков), необходимость применена отдельных соединительных проводников для каждого дискрет-эго датчика. При большом числе точек контроля, например, в зловиях производства, суммарная длина этих соединительных роводников может достигать нескольких километров. А в случае злых измерительных объемов, например, в тешюфизическом экс-эрименте, соединительные проводники могут исказить структуру зследуемого поля.
Принципиально иной подход, позволяющий решить эти проблемі, возможен на использовании одномерных и двумерных распреде-енных датчиков (РД), вдоль по длине или поверхности которых змеряется температурное поле. Измерение одним подобным датчи-эм эквивалентны измерениям, получаемым с десятков и даже со-ен дискретных датчиков. При этом число соединительных провод-иков (в одномерном РД) не превышает трех.
В работах Ю.К.Евдокимова предложены импульсный,.частотный
амплитудный методы распределенного измерения физических по-
ей на РД. Практическая реализации этих методов требует прове-
дения исследований как измерительных алгоритмов, так и вопросов разработки соответствующей измерительной аппаратуры.
Цель работы: Реализация и исследование импульсного и амплитудного методов измерения температурных полей на основе одномерных распределенных датчиков.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Численным исследованием возможностей измерительного алгоритма, реализующего импульсный метод измерения температурного поля для одномерных распределенных датчиков (ОРД) на резистивно-емкостных (RC) структурах;
-
Аппаратурной реализацией и экспериментальным исследованием импульсного метода измерения температурного поля для ОРД на RC-структурах;
-3. Аппаратурной реализацией и экспериментальным исследованием амплитудного метода измерения температурного поля на нелинейных распределенных резистивно-диодных структурах;
4. Разработкой электрических схем включения ОРД и построением информационно-измерительных систем на их основе.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались численные методы решения дифференциальных уравнений с частными производными, методы теории электрических цепей, методы вычислительной математики, методы оптимизации.
Научная новизна. При решении поставленных задач получены следующие научные результаты:
-
Впервые реализован способ измерения температурного поля на одномерных распределенных датчиках на основе резистивно- емкостных структур.
-
Реализован и исследован амплитудный метод измерения температурного поля на одномерных распределенных датчиках на основе резистивно-диодных структур. Способ и реализующие его устройства защищены тремя положительными решениями по .заявкам на выдачу патентов РФ.
-
Проведено численное исследование измерительного алгоритма для РД на резистивно-емкостных структурах и выработаны "основные технические требования к измерительной системе.
Практическая ценность. Реализация измерительных систем на основе импульсного и амплитудного методов позволяет проводить измерения температурного поля одним ОРД, которые эквивалентны
- у -
измерениям ,г полученным с помощью множество дискретных датчиков. При атом общее число соединительных проводников к ОРД не превышает трех, а объем измерительной аппаратуры существенно уменьшается.
Использование разработанных прикладных программ и методик позволяет создавать измерительные системы температурных полей на ОРД.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы используются:в АО Казанский вертолетный завод при разработке автоматизированной информационно-измерительной системы для контроля поля температур в технологическом цикле лопастного производства; в Институте Электрохимии РАН (ИЭЛ РАН) при численных расчетах решения обратных коэффициентных задач для уравнений параболического типа б частных производных. Это подтверждается соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Первой Международной конференции "Датчики электрических и неэлектрических еєличин", г.Барнаул (1993); Всероссийской НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", гіГурзуф (1994); Всероссийской НТК с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" ПЭМ-94, г.Таганрог (1994); Итоговой научно-технической конференции НИЧ-50 Казанского государственного технического университета, г.Казань (1994).
Публикации. По результата-! выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 1 патент РФ и 3 положительных решения на выдачу патента РФ.
Структура и объем работ. Работа изложена на 159 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, содержит 65 рисунков и 5 таблиц.
