Измерительно-вычислительная система с адаптацией математического обеспечения экспресс-контроля теплофизических характеристик теплоизоляторов

Разработка новых материалов с необходимыми физико-химическими свойствами, технология их производства, а также контроль материалов в процессе эксплуатации требуют проведения экспресс-анализа состава и свойств веществ. Вследствие этого, задача определения и контроля теплофизических характеристик (ТФХ) материалов является актуальной, а ее решение имеет важное практическое значение.

Эту задачу невозможно решать эффективно без соответствующих средств измерений, характеризующихся малым временем проведения эксперимента и высокой точностью. Традиционно в основе приборов лежит математическая модель метода контроля, которая и определяет структуру технических и программных средств. В настоящее время в области автоматизации теплофизических измерений можно выделить два направления П 2,391: применение микропроцессорных сборок в составе теплофизических установок с целью последующей обработки результатов измеренийприменение специализированных счетно-решающих устройств с выходными сигналами в виде кода, напряжения, тока, частоты следования импульсов, числа импульсов, длительности импульсов. В любом случае, погрешность контроля зависит от адекватности математической модели реальному измерительному устройству, точности ее решения и погрешности используемых преобразователей. При этом повышение эффективности проведения теплофизического эксперимента, упрощение и повышение достоверности измерений теплофизических характеристик является главной целью и задачей разработки новых методов и приборов неразрушающего экспресс-контроля (НЭК).

Актуальность. С точки зрения оперативности контроля теплофизических характеристик материалов большой интерес представляют импульсные методы неразрушающего экспресс-контроля. Применение микропроцессоров в приборах.

НЭК позволило существенно повысить точность в заданном диапазоне контроля ТФХ, при этом программно-управляемое средство становится подобием прибора с жесткой структурой, что не позволяет полностью использовать функциональные возможности микропроцессора. Использование персональных компьютеров (ПК) с открытой архитектурой, типа 1ВМ, снабженных устройствами сопряжения с внешними тепло измерительны ми зондами, открывает широкие возможности по созданию измерительно-вычислительных систем (ИВС), как для промышленности, так и для автоматизации научных экспериментов. Данный подход позволяе т реализовать разработанный способ НЭК ТФХ при соответствующем программном обеспечении, а также наблюдать тепловые процессы в реальном масштабе времени, однако жесткий алгоритм контроля снижает гибкость ИВС. Применение высокопроизводительных вычислительных, систем необеспеченных соответствующим математическим обеспечением, не позволяет создавать ИВС для НЭК ТФХ материалов, характеризующихся высокой точностью и оперативностью измерений. Вследствие этого, задача дальнейшей разработки ИВС и эксперсс-способов неразрушающего контроля ТФХ материалов с адаптацией алгоритмов контроля по точности и быстродействию измерений является актуальной, а ее решение имеет важное практическое значение.

Предмет исследования. Решение задачи теплопроводности с разрывными коэффициентам и и внутренними источниками тепла в явном виде для использования в инженерных расчетах. Импульсные методы НЭК ТФХ материалов при действии точечных и линейных источников тепла конечной длины. Архитектура измерительно-вычислительной системы и ее информационное обеспечение. Инженерная методика проектирования измерительно-вычислительных систем для НЭК ТФХ материалов.

Цель работы. Создание измерительно-вычислительной системы для не-разрушающего экспресс-контроля теплофизических характеристик твердых материалов с адаптацией математического обеспечения по точности и оперативности теплофизических измерений.

Идея работы заключается в применении высокоинформативного математического обеспечения, позволяющего выбирать алгоритм контроля с повышенной точностью и оперативностью измерений в соответствии с программой функционирования измерительно-вычислительной системы, реализующей способы экспресс-контроля теплофизических свойств материалов при регистрации избыточных значений температур.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы структурного анализа, математического и машинного моделирования, технической кибернетики, системотехники и метрологии, теп лофиз ич ее кого эксперимента.

Научная новизна.

1. Получено решение задачи теплопроводности с разрывными коэффициентами и внутренними источниками тепла в явном виде для применения в инженерных расчетах и положенное в основу способа неразрушающего контроля теплофизических свойств.

2. Предложен новый метод неразрушающего экспресс-контроля теплофизических характеристик материалов при регистрации интегро-дифференциальных значений температур в одной точке контроля.

3. Предложен новый метод неразрушающего экспресс-контроля теплофизических характеристик материалов при регистрации квазиустановившегося теплового режима в заданных точках контроля и действии точечных источников тепла.

4. Создана методика проектирования измерительно-вычислительных систем для НЭК ТФХ материалов с адаптацией математического обеспечения по точности и быстродействию теплофизических измерений.

Практическая ценность раооть! па основании предложенной методики проектирования и математических моделей способов измерений создана ИВС НЭК ТФХ материалов с адаптацией алгоритма контроля по точности и быстродействию теплофизических измерений, разработаны новые способы НЭК ТФХ теплоизоляционных материалов.

Реализация работы. -Основные результаты теоретических и экспериментальных работ автора нашли применение в: 7.

— исследованиях методов НЭК ТФХ теплоизоляционных материалов спецтехиики (РКК «Энергия», г. Королев);

— в учебном процессе на кафедре «Импульсная техника и электронные приборы» Тамбовского ВАИИ.

Апробация. основные положения диссертации докладывались на Всероссийских конференциях «Повышение эффективности средств обработки.

1?!7 /К / ЯЛПттш 1ТО {г '1 ГУ Я I Л «» «> Т^'Г Т/* ТГ^ II ^ 1П ГТИЦШАГ Л Г — I тт 111ЛА П I I 1111 («I I. / 1 Л11 II и п фирм сил и и па ч/соч/ маи/мси-ипь^мл и п машйппи! и т ид^ 1 ириоап И л //. д аМОив,.

1995, 1997, 2000 г. г), Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологий в инженерной и управленческой деятельности» «(Л л 1 11Л 1−1 1 О О О Г^ /-> г-1г <с»" Т I 1-ГЛ I I /- 1 Г /-4-" т «I «X Т Ж / / 1 О 111 МЛТГТ1 1 «/*Т~ Г-» I г /:> О 1 ал ап[/и! 1 у у у им/, л->чл/рч-чил т^гчии л-Опц/срспциИ <ч 1 ч, ирИЯ К.итр.аИг» 1 а п ч^.

1/П Т Я I £Т /г-. ХЭ Л1−1 /" Л, НО ЛХГ ^ О О О ш.

Ирилолчч/пмл". и"jpUn Ч/Ж ¿-иии 1 ид/.

ГЬ П II 1,-ПТ 11 111 I /". Т -'. ?ИТ^ГЩаА 1Л11? Л II г'1 Э % О ТЛ’Г^ТЗГ '" > ^ ' П, а О Т^ 1 I т Г I л лапт1'! II 11 II.

1 у | У1 1уа1д Ш1. 1 4/ирч^1ичч/4/кич.< и ирагч.1 пчССгчич, дмл^Ч/Ч/р 1 ацп п опубликованы в 12 печатных работах, а также отражены в отчетах о НИР задан.

Г Г I V Рпаплщ.'-А^^гоп ГТ^ МПТПТЛ" Г Т5 О в '' 1/'У" «> Т1 I ЮТ/З — 7 &bdquo-О Ч «» Л О ТТ5 /Т Ю ТС4 Г7 Т О ^ ''.

НсяА к ку «,£1.т .Оиъ г лои ьу ~ 1 <л /, I V ча 1 С^ (о и и V ,.

Г~ Г" ГК Г" ч I ^ > IX I V уд ЦЦо^М реши — РХ, /Дпч^Сч.^ 1 азду&ип пал раии I, а 1 Ок1 1 пэ оЬ^/дц. пмл,.

ГГ" Л л 1 VI 1 лас, о, а пи нпдг! ц>ц ра. рпч^^-Клл О чл 1 г1и1а5 оалгОтающ^! и и / папм^пи.

0 О и 5 ' М П’А Т X 77 сЛ Г Т 1 I О I I г 7 «1 Г ^'Г Л Г» Г ЛАЛТП Л ТТООТ 1⁰ О «Г Г Л I > АлИАППОЛ па П 5 3 I ^ КЧ, 1, У^.и 5. П V/ ^ I 1 П: 1. О. «О.- ! .1 О ^ I Й! Д, V Г^Ч,/ П. П О.Л.

1 «о АТГЧ П из АЛ < II «1/ ««'О ГЦ л В I ГО 1 /1 /1 АТЧЛ О! 1Г1ИО V >1ПГГ11ИГ /ЛГТ Г П» Т^О ¡-ОЛТО.

Днс^-^р И полиЖ^папа ицМипцал Л’тшппипп^пи! и I 1 а. I аии I а.

•" «Г» ¿-ЛИЛ 1 Я’Г «Ч 1ЛИЛ* 'ИЧ.'ЛП ГТ 10 то ТТ ТЯ Т г.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований:

1. Предложена классификация импульсных способов неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов по математическим моделям, позволяющая определить перспективные направления развития импульсных методов.

2. Получено решение задачи теплопроводности с разрывными коэффициентами и внутренними источниками в явном виде для применения в инженерных расчетах, положенное в основу способа неразрушающего экспресс-контроля теплофизических свойств материалов.

3. Предложен новый метод неразрушающего экспресс-контроля теплофизических характеристик материалов, дополняющий классификацию гю математическим моделям контроля, заключающийся в регистрации интегро-дифференциал ьных значении температур в одной точке контроля и повышающий быстродействие теплофизических измерений.

4. Предложен новый метод неразрушающего экспресс-контроля теплофизических характеристик материалов, дополняющий классификацию по математическим моделям контроля, заключающийся в регистрации квазиустановивше-гося теплового режима в заданных точках контроля при действии точечных источников тепла и повышающий достоверность теплофизических измерений.

5. Разработана измерительно-вычислительная система с адаптацией математического обеспечения экспресс-контроля теплофизических характеристик материалов и позволяющая проводить тепл офит чески й эксперимент в реальном режиме времени.

6. Предложена методика проектирования измерительно-вычислительных систем на базе персонального компьютера с адаптивным по точности и быстродействию алгоритмом неразрушающего экспресс-контроля тсплофизических характеристик материалов.

7. Контроль с высокой точностью определения теплофизических свойств матепиалов обеспечивает способ пои оегистпапии к в, а з и vc та н о в и в ш и х ся значе-1 lti^ ний температур, повышающий достоверность и производительность выполняемых работ в научно-технических исследованиях PK К «Энергия», способы при регистрации максимумов температур и изменения значений температур через равные промежутки времени обеспечивают быстродействующий контроль.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе решена актуальная задача, направленная на разработку измерительно-вычислительной системы экспресс-контроля теплофизических характеристик теплоизоляторов с адаптацией алгоритма по точности и быстродействию на базе способов при регистрации избыточных значений температур.