Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одітим из важнейших вопросов стратегии регулирования и поддержания качества окружающей природной среды является вопрос об организации системы мониторинга водных ресурсов и атмосферного воздуха, способной предоставить досгаючную измерительную информацию, на основе которой выработать критерій! регулировки допустимых антропогенных воздействий и нагрузок на человека и экологические системы. Кроме того, среди контролируемых сред и веществ для большинства технологических процессов (ТП) в химической, пефтег»ерерабатъп»эющей, пищевой промышленности значительную долю также составляют жидкие и газообразные среды (ЖГС). Поэтому в свете Решения экологических задач и ^гг^^^леі^ч? ттт q точки ^"^ггр*3 ^^^чж^кт"' т^тт* исключения вредных выбросов, повышения качества пгюдукции и создания малоотходных (безотходных) технологий, одним из основных вопросов является создание современных оперативных систем, средств измерения и контроля состава этих сред. Практическая реализация их требует решения, в первую очередь, задач оперативного периодического (или непрерывного)
ГГО.'І^Чекй.Ч ЇІ 0^пй^ОТКЯ ГТПЕИЧКСЙ ї!ЗМС?НТЄЛЬНОЙ HH/^1Or,MOTTTIK О CCCTSSS ^^1^(2
в реальном масштабе времени. Решение указанных задач связано с созданием способов и устройств получения измерительной информации, отвечающих комплекс}- требований. Известные методы и средства измерения состава ЖГС в основном отвечают отдельным требованиям. Тенденция создать устройства для измерения и контроля состава ЖГС за счет суммирования многих индивидуальных способов и средств ведет к их значительному усложнению, удорожанию, снижению оперативности и надежности.
В связи с изложенным, создание универсальных способов и технических средств оперативного получения измерительной информации о составе различных ЖГС является актуальной задачей.
Целью работы является создание и исследование способа и технических средств оперативного получения измерительной информации о составе ЖГС, позволяющих расширить функциональные возможности систем контроля и управления ТП при решении задач экологии и промышленности.
Основные задачи. Для достижения поставленной цели потребовалось:
1. Проанализировать известные методы, измерения и устройства для получения информации о составе ЖГС с целью установления соответствия их
характеристик требованиям, предъявляемым к элементам систем контроля и управления, а также определения наиболее перспективных из них.
-
Получить и' исследовать обобщенную математическую модель состояния многокомпонентных ЖГС при периодической упругой деформации, позволяющую установить критерий изменения состава и,измеряемые при этом параметры.
-
Исследовать обобщенную математическую модель для двухкомпонешных ЖГС и разработать способ контроля, позволяющий по параметрам среды и свободных акустических колебаний контролировать изменение состава.
-
Разработать и исследовать акустический датчик-преобразователь V (АДП), способ контроля его работы, получить основные характеристики и параметры.
-
Разработать экспериментальную информационно-измерительную систему (ИИС), алгоритмы, программное обеспечение получения и обработки измерительной информации согласно предложенного способа для определения состава жидких сред (ЖС).
-
Выполнить экспериментальные исследования способа и средств получения измерительной информации с использованием эталонных проб различных ЖС и оценку погрешности результатов измерений.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовано математическое моделирование деформированного состояния ЖГС на основе известных физических законов газо- и гидродинамики, элементы дифференциального и интегрального исчисления и методы структурного гфограммирования. На всех этапах работы использовалась ЭВМ.
Научная новизна состоит в следующем:
- показана перспективность оперативного получения измерительной
информации о составе ЖГС на основе измерения параметров собственных
свободных акустических колебаний для использования в системах контроля и
управления ТП при решении задач экологии и промышленности;
— получена обобщенная математическая модель состояния
многокомпонентных ЖГС при периодической упругой деформации,
устанавливающая связь мезугу изменениями относительных объемных долей
компонентов и изменениями параметров среды и скорости звука в ней.
Показана возможность определения относительных объемных долей
компонентов для двухкомпоненгаых ЖГС;
псследспапа обобщенная
AViVJ/J,VJiiJ
двухкомпонентньтх ЖГС, установлена возможность контроля состава путем
периодического измерения температуры, а также амплитуды и периода свободных синусоидальных акустических колебаний, возбуждаемых в резонаторе с контролируемой средой;
предложен новый способ контроля состава ЖГС, позволяющий повысить оперативность и надежность систем управления, расширить их функциональные возможности (патент РФ №21 і 5116 на изобретение от
обоснована возможность контроля достоверности и надежности получения первичной измерительной информации путем вычисления и сравнения коэффициентов загухания колебаний сигнала для интервалов
Практическая ценность работы заключается в том, что:
разработана методика получения и обработки измерительной информации по предложенному способу контроля состава двухкомпонентных ЖГС;
разработана схема и конструкция АДП, позволяющего оперативно получать первичную Смертельную информацию о составе двухкомпонентных ЖГС;
на основе экспериментальных исследований получены характеристики АДП, используемые при расчетах параметров его элементов, а также состава среды;
предложен способ и алгоритм контроля работы АДП, позволяющий оценивать достоверность получаемых сигналов;
разработана экспериментальная ИИС, а также алгоритмы и программное обеспечение ее работы для получения информации о составе двухкомпонентных гомогенных ЖС;
на основе проведенных экспериментальных исследований состава эталонных проб различных ЖС получены градуировочные характеристики и выполнена оценка погрешностей результатов измерений.
Реализация основных результатов. Результаты диссертационной работы были использованы для определения содержания фенола в воде в лаборатории экологических информационных систем НИИ БЖД РБ, а также в лаборатории биохимии иммунитета растений отдела биохимии и цитохимии Уфимского
научного центра (ОБЦ УНЦ) РАН для определения содержания в водных растворах олигомеров хитина, хитозана и углевода №ацетил-В-глюкозамина.
Использование результатов диссертации в НИИ БЖД РБ и ОБЦ УНЦ РАН подтверждены соответствующими актами, приведенными в приложении к ней.
На защиту выносятся:
1 Довый способ контроля состава ЖГС.
2.Обобщенная математическая модель состояния многокомпонентных ЖГС при периодической упругой деформации и результаты ее исследования для двухкомпонентных сред.
3.Результаты исследования АДП и способ контроля достоверности первичной измерительной информации.
.Результаты экспериментальных исследований состава эталонных проб ЖС.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались на б научных конференциях - Всероссийской научно-технической конференции "Информационные и кибернетические системы управления и их элементы" (г.Уфа, 1995г); Ш Всероссийской научной конференции "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и система управления" (г.Таганрог, 1996г); ХХП Всероссийской научной конференции «Гагаринские чтения» (г. Москва, 1996г); Всероссийской научно-технической конференции "Информационные и кибернетические системы управления и их элементы" (г.Уфа, 1997г); Международной научной конференции «Optical Technology in Fluid, Thermal, and Combustion» (США, г.Сан-Диего, 1997г); ПІ Всероссийской научной конференции (г. Нижний Новгород, 1998г) и нашли отражение в 12 печатных работах, в их числе один патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 85 наименований и приложения с актами использования, имеет объем 154 страницы, из которых 143 страницы основного текста, и содержит 40 рисунков, 9 таблиц.
