автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Электрогидродинамический преобразователь вязкости для жидких диэлектриков

На правах рукописи

ТОКАРЕВ Андрей Николаевич

ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ВЯЗКОСТИ ДЛЯ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Балаковском институте техники, технологии и управления Саратовского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Власов Вячеслав Викторович

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор

(Нагорный Владимир Степанович)

С.-Петербургский Государственный Политехнический Университет

д.ф-м.н., профессор (Григорьев Александр Иванович)

Ярославский Государственный Университет

Ведущая организация: (ЗАО "Институт Электрокаплеструйных технологий" ("ЭКСТ", С-Петербург»

Защита состоится_в_часов на заседании

диссертационного совета Д 212.141.02 в Московском Государственном Техническом Университете им. Н.Э. Баумана.

Ваши отзывы в двух экземплярах заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 107005, г.Москва, 2-ая Бауманская ул.д.5.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана

Автореферат разослан "_"_2005г.

Ученый секретарь .

диссертационного совета í) - QtjJr к.т.н., доцент JL/Щои^ Иванов В. А

2 £¿>6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Вязкость является важным показателем, характеризующим качество получаемой продукции в производстве полимеров, пластических масс, нефтепродуктов, синтетических смол, красок, смазочных материалов. У каждого типа топлива имеется некоторое оптимальное значение вязкости, при котором достигается наибольший кпд, уменьшается износ механических частей двигателей, а также улучшаются экологические показатели отработанных газов, кроме того, внедрение в современное производство каплеструйных технологий требует поддержания в узких пределах вязкости рабочей жидкости. В связи с этим к современным устройствам измерения вязкости предъявляются следующие требования:

1) Обеспечение непрерывного автоматического измерения;

2) Наличие массогабаритных параметров приборного класса;

3) Высокая чувствительность при малом изменении вязкости;

4) Стабильность характеристик при влиянии внешних факторов;

5) Высокая точность и быстродействие;

6) Наличие электрического сигнала на выходе преобразователя.

Такие преимущества различных разновидностей каплеструйной печати, как возможность многокрасочной печати, высокое разрешение и скорость печати, отсутствие контакта с разнообразным запечатываемым материалом, низкий уровень шума и низкая стоимость чернил, способствуют эффективному применению данной технологии в различных областях: скоростной бесшумный вывод алфавитно-цифровой и графической информации в АСНИ, САПР, АРМ, АС 11111; получение черно-белых и цветных изображений в полиграфии; создание гибких автоматических электрокаплеструйных модулей для различных целей.

Рабочими средами для реализации каплеструйной технологии являются чернила. Анализ литературных и патентных источников, показал, что большинство композиций чернил имеет следующие характеристики: вязкость не превышает 10 мПа-с; величина поверхностного натяжения варьируется от 25 до бОмН/м; концентрация красящего компонента не превышает 5 масс.%; концентрация связующих компонентов не превышает 10 масс.%.

К основным параметрам, обеспечивающих функционирование электрокаплеструйных композиций относят: вязкость, удельное объемное сопротивление, поверхностное натяжение, дисперсный состав, однородность и стабильность. Все типы чернил в свою очередь подразделяются на два подтипа: растворимые и пигментные. По степени адгезии (проникновению чернил в слой маркируемой поверхности) разделяют чернила с повышенной адгезией (от 3 до 5мкм), с хорошей (пт1 дп 3 мкм) и удовлеТВОрИТеЛЬНОЙ (ДО 1 МКМ). РОС- НАЦИОНАЛЬНАЯ |

БИБЛИОТЕКА I

Среди контролируемых параметров качества чернил вязкость занимает особое место. Для обеспечения процесса печати чернила должны иметь строго определенную вязкость и оставаться стабильно-однородными как при хранении, так и в различных условиях эксплуатации, поскольку от её значения зависит целый набор эксплуатационных показателей, и главный из них - размер и форма капли. Кроме того, незначительное отклонение вязкости от нормы в процессе печати может вызвать заметное отклонение от траектории полета капли, неточности её позиционирования, изменение цвета на оттиске.

Плотность чернил варьируется в зависимости от состава и назначения чернил в очень небольших пределах: от 1,01 до 1,20 г/мл, и при колебаниях температуры или влажности изменения плотности будут ничтожными, неощутимыми при печати. Гораздо важнее такая характеристика, как динамическая вязкость, а именно сила сопротивления, возникающая при относительном перемещении слоев чернил по каналам (от резервуара до печатающей головки) с заданной скоростью при печати. Например, вязкость воды при 20,2 °С составляет 1,000 сП, а при 10 °С - 1,308 сП, т.е. больше в 1,3 раза. С органическими растворителями зависимость ещё более ощутима: для глицерина при 20°С вязкость составляет 1480 сП, при 10 °С - 3950 сП (больше в 2,67 раза).

Существующие преобразователи вязкости не удовлетворяют полностью современным требованиям, предъявляемым к этим устройствам, как элементам систем управления по быстродействию, простоте конструкции и надежности. Существует необходимость проведения исследований в области измерительной техники с целью использования различных физических явлений и новых материалов в качестве основы вновь создаваемых преобразователей вязкости.

Одним из перспективных направлений является использование электрогидродинамических явлений (ЭГД) явлений в разработке устройств для контроля вязкости жидких диэлектриков. Теоретические и экспериментальные работы по ЭГД технологиям в диэлектрических жидкостях создали предпосылки для реализации ЭГД - преобразователя вязкости диэлектрических жидкостей, работа которого основана на использовании эффектов электрогидродинамики.

Цель работы разработка и исследование электрогидродинамического преобразователя вязкости для жидких диэлектриков, обеспечивающего необходимые показатели систем управления вязкостью жидких диэлектриков.

Методы и средства исследования базируются на использовании методов теории автоматического управления, численных методов расчёта электростатических полей (метод Зейделя), электрофлюидного метода преобразования рода энергии сигналов, основанного на использовании эффектов электрогидродинамики. Оптимизация конструкции электрогидродинамического преобразователя вязкости (ЭГД ПВ) проведена методом планирования эксперимента. Экспериментальные исследования проведе-

ны на специально разработанной установке и экспериментальном образце ЭГД ПВ с использованием методов и средств электротехнических измерений, программных продуктов МАТНСАВ и ЕЬСЦТ и методов математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На основе проведенного анализа существующих измерителей вязкости жидкостей предложена обобщенная классификация вискозиметров.

2. Теоретически обосновано использование для измерения вязкости электрогидродинамического эффекта.

3. Получена математическая модель ЭГД ПВ, обоснованная системой уравнений электрогидродинамики, с применением методов аналитического и имитационного моделирования для исследования электростатических и гидродинамических процессов, включающей моделирование электростатического поля в системе электродов "игла-трубка".

4. Разработаны варианты реализации макетного образца ЭГД ПВ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Электрогидродинамический преобразователь вязкости для жидких диэлектриков.

2. Математическая модель ЭГД ПВ с методом расчета электростатического поля в системе электродов "игла-трубка".

3. Результаты экспериментальных исследований ЭГД ПВ.

4. Методика инженерного расчета и система контроля вязкости чернил каплеструйного маркиратора с ЭГД ПВ в качестве элемента обратной связи.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Создан макетный образец ЭГД ПВ с двумя системами электродов, и токовым сигналом на выходе, способный измерять вязкость жидких диэлектриков с достаточной точностью в широком диапазоне, тем самым, расширяющий возможности систем управления вязкостью. Разработанный электрогидродинамический преобразователь вязкости в качестве элемента обратной связи рекомендован к внедрению в ОАО "Турборемонт - ВКК".

Научные и практические результаты работы использованы в плановых госбюджетных научно - исследовательских работах, выполненных на кафедере "Управление и информатика в технических системах" Балаков-ского института техники, технологии и управления СГТУ в 1999-2005г.г., а также по гранту Минпромнауки России №НШ-2064.2003.8.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4-й, 5-й, 6-й Международной научной конференции "Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей"(г.Санкт-Петербург, 1996,1999,2003 гг.); 1-й Международной конференции "Предмет, объекты и проблемы энергетики векторного взаимодействия потоков в системах с распределенными параметрами"( г. Балаково, 1997г.); 4-й, 5-й Российской научной конференции. "Векторная энергетика в технических, биологических и со-

3

циальных системах"(г. Балаково, 2001-2002гг.); 7-й Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем "ДГС-2004" (г.Саратов, 2004г.);семинарах кафедры "Управление и информатика в технических системах" БИТТУ СГТУ в 1999-2005гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура а объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 105 наименований , 6 приложений. Работа содержит 143 страницы основного текста, включая 72 рисунка, 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика результатов исследований, представлены основные научные положения и результаты работы, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены задачи повышения качества маркировки изделий, исследованы области перспективного применения капле-струйных технологий. Представлены результаты сравнительного анализа устройств ведущих мировых производителей.

Основными причинами изменения вязкости композиций при хранении и работе являются механизмы переноса, циркуляции чернил, испарения наиболее летучих компонентов, взаимодействие ПАВ с красителем или их растворение в диспергирующей среде, входящих в состав дисперсной фазы. Поэтому необходимо контролировать вязкость чернил и на основании коллигативного уравнения вязкости композиций добавлять рассчитанное количество летучего компонента.

Вопрос невидимости растровой, точечной структуры изображений, получаемых при использовании струйной технологии печати, до сих пор является актуальной проблемой. В современных высокоскоростных флек-сографских машинах скорость печати достигает 600 об/мин, и по данным Brookfield Engineering Laboratories, изменение вязкости всего на 1 с может увеличить расход чернил на 25%. Такое изменение обусловлено тесной связью расхода, вязкости и уровня рН. И каждый раз для коррекции используются соответствующие добавки. Это является одной из причин непредсказуемого изменения цвета и уменьшения оптической плотности.

Известные измерители вязкости жидкости не учитывают свойств измеряемой жидкости. Проведена классификация гидравлических преобразователей вязкости слабпроводяхцих сред и с граничной проводимостью. Несмотря на большое разнообразие методов, и средств измерения вязкости все они в той или иной степени реализуют один общий принцип,

основанный на "ньютоновском" определении вязкости, т.е. для измерения вязкости необходимо каким-либо образом воздействовать на слои жидкости с последующим измерением реакции жидкости на это воздействие.

На основании проведенного патентного и литературного анализа сделан вывод, что известные методы измерения вязкости и конструкции вискозиметров не удовлетворяют высоким требованиям, предъявляемым к приборам. С наибольшей точностью вязкость измеряют капиллярные вискозиметры, в которых реализуется поток Хаген - Пуазейля. Силовое воздействие в таких вискозиметрах осуществляется созданием перепада давления на концах капилляра, а вязкость может быть опредрпена двумя взаимоисключающими способами: она пропорциональна перепаду давления на входе и выходе капилляра при постоянном расходе через капилляр; или же, она пропорциональна расходу при постоянном перепаде давления на концах капилляра.

Сделан вывод, что использование в конструкции двух капилляров является наиболее перспективным и рациональным способом измерения вязкости жидкости, поскольку исключается влияния внешних факторов, повышается чувствительность и диапазон измерений. Использование второго капилляра с эталонной жидкостью позволяет не только повысить точность, но и автоматизировать процесс измерения.

Проведенные исследования показали, что для создания надёжных и быстродействующих электрогидравлических преобразователей с хорошими статическими и гидравлическими характеристиками наиболее пригоден электрогидродинамический метод управления, основанный на использовании эффектов электрогидродинамики. При этом подвижные механические и электромеханические элементы в электрогидродинамических преобразователях не используются.

При разработке нового преобразователя вязкости должна быть предусмотрена его реализация на одной базовой конструкции, обеспечивающей использование принципов блочно-модульного проектирования и согласование с современной микропроцессорной техникой и автоматическими системами контроля.

Доказана возможность разработки нового быстродействующего электрогидравлического преобразователя для измерения вязкости жидких диэлектриков, работающего на основе электростатического способа с использованием электрогидродинамического принципа измерения.

Во второй главе рассмотрены физические основы ЭГД ПВ, описаны особенности воздействия электростатических полей на диэлектрические жидкости в узких капиллярах, при внесении в поток диэлектрической среды объемного электрического заряда. Особенность подобного преобразования состоит в том, что используются кулоновские силы, создаваемые на молекулярном уровне непосредственным приложением сильных электрических полей к рабочим средам преобразователя, а также сопутствующие им явления.

Б

О

Жидкие диэлектрики в зависимости ^ЛХКАЛЫЛ,),),),),),от приложенного напряжения не

только притягиваются к тонкому

__________ электроду, но и могут отталкиваться

от него. Причиной отталкивания яв-

/ ляется кулоновская сила, деиствую-

щая на объемный заряд, вызванный протеканием тока в неоднородно

Рис.1 Создание элеоросгатическога поля в Проводящей ЖИДКОСТИ. При ЭТОМ ПО-капилляре с электродами "игла-трубка" лучаемая СИЛа ОТТаЛКИВаНИЯ, КОТОрая с ростом напряжения увеличивается, в определенный момент становится больше поляризационной силы притягивания диэлектрика к электроду.

Давление потока зависит от силы отталкивания, которая определяется радиусом острия электрода и величиной объемного заряда. Радиус электрода влияет на неоднородность электрического поля. Величина объемного заряда зависит от первоначальной концентрации носителей заряда, то есть от природы и состава диэлектрической жидкости, а также от степени ионизации в неоднородном электрическом поле, которая, в свою очередь, зависит от напряженности электрического поля.

Операции создания электрического поля и внесения свободных зарядов в жидкость объединены в одну и наиболее просто осуществляются с помощью создания разряда типа коронного в жидком диэлектрике между высоковольтными электродами "игла-трубка" (Рис1.). Область высокой напряженности поля (коронирующий слой) сужается до десятых и даже сотых долей миллиметра. В отличие от свободных потоков течения в каналах испытывают тормозящее действие стенок, которое не позволяет игнорировать вязкостные свойства жидкостей, и в результате управляющих воздействий режим течения не изменяется, оставаясь ламинарным.

Для узкого канала поперечные течения и токи несущественны, под действием поля, адсорбированного стенками заряда, наибольшая плотность заряда жидкости наблюдается вдоль оси канала. При этом плотность заряда на оси канала оценивается выражением (1)

Рес=-~-—0)

оде m оли «да

м brc U0h sin( -)

Рис.2 Зависимость плотности заряда рс от

1 —

1

продольной координаты 1

Плотность распределения заряда резко снижается при удалении от зоны короны, и при 1=0,002м уменьшается в 103раз (Рис.2.).

Динамику вязкой несжимаемой жидкости можно описать с помощью уравнения Навье-Стокса (2).

— +(УУ)У = -Р - —ЛР + уАУ(2) 51 Р Р

Под действием пондеромоторных сил происходит перемещение диэлектрика и таким образом реализуется преобразование электрического сигнала в изменение профиля распределения скорости жидкости. В основу построения ЭГД ПВ положено явление возникновения пондеромоторных сил в однофазном, заряженном диэлектрике (Уе=0, дг! др =0) при приложении к нему электростатического поля. С учетом того, что поле между электродами ЭГД ПВ является резко неоднородным, и с помощью коронного разряда в жидкости сообщаем объему диэлектрика заряд, можем записать выражение для объемной плотности пондеромоторных сил (3). Анализ уравнения полного тока позволил оставить две составляющие: проводимостную и конвективную (4).

Ё = -УР-реЁ (3) ] = рЕЬЁ + реУ(4)

Так как в диэлектрических жидкостях максимальная плотность униполярного заряда не превышат 1Кл/м3, а в резко неоднородном поле коэффициент диффузии жидкости Г^Ю'^м^с. Ток смещения принимаем равным нулю, так как поле в межэлектродном пространстве -электростатическое.

Таким образом, возможно использовать электрогидродинамический эффект для создания электрогидродинамического преобразователя вязкости жидких диэлектриков, в котором информационным параметром вязкости является конвективная составляющая полного тока.

В третьей главе проведено теоретическое исследование электрогидродинамического преобразователя вязкости для жидких диэлектриков. Выполнено обоснование выделения двух систем электродов: измерительной и генераторной. На основе исходных уравнений электрогидродинамики получены математические зависимости, описывающие процессы в ЭГД ПВ (5,6).

дъ

дг2

5% Эф2

+ РсЕг1(5)

Во втором параграфе проведено численное решение электростатической задачи в измерительном канале ЭГД ПВ. Конструкция ЭГД ПВ позволяет получить резко неоднородное поле для вноса заряда с одновременным воздействием на слои жидкости в генераторной системе электродов, и уменьшить практически до нуля влияние проводимостной составляющей в зоне измерения. Для расчета был использован метод сеток, который широко используется при численных расчетах электростатических полей. Он применяется в тех

часто встречающихся в инженерной практике случаях, когда в силу тех

или других причин не удается отыскать точное или приближенное аналитическое решение задачи. Метод сеток основан на замене частных производных, входящих в уравнение Лапласа, соответствующими им отношениями конечных разностей, заданная область разбивается сеткой таким образом, чтобы на границе области определяется значения искомого потенциала во всех внутренних узлах сетки. В рассматриваемой модели игла представляет собой гиперболический цилиндр, трубка в виду конструктивного исполнения вырождается в тонкостенный цилиндр (рис.3).

<-!— -1 1+

г_ 1 к К, ¡+

X 1-

л ¡_

Рис 3 Аналитическое представление системы «игла-трубка» в цилиндрической системе координат

I- I- 1 1+ 1+ Рис.4 Шаблон задачи МКЭ 13 узлов

Для решения использовался итерационный метод Зейделя. Сетка очевидно состоит из точек пересечения прямых х=хО) и у=уО)- Рассчитан шаблон задачи - тринадцатиточечный, то есть на каждом шаге в разностном уравнении участвуют 13 точек (узлов сетки).(Рис.4).

С учетом краевых условий было получено уравнение модели (7)

1С ь;

г

4_ _

ьГ

2и;

(к+1)

ь!ь!

Ь, И, Ь

и:;;11

2и:

(1+1)

тГ» ^ 1-1)

Ы

ьХ

и: 6

2и::;+, и;

(к)

1+1,

и

ИхЬу

(1+1)

№

и,и.

Ь„ ЬхЬ,

т 2Ц.+1

ъХ

>)+1

и

и:

(к+1)

ь;

Метод конечных элементов реализован в программном продукте «ЕЬСиТ 4.2». Получена спектрограмма напряженности (Рис.5).

Для осуществления с помощью системы электродов "игла-трубка" коронного разряда необходимо подавать напряжение в пределах 2-г20кВ, при этом не нарушается характер протекания ЭГД- процесса, а напряженность поля не превосходит максимально возможного значения пробоя (для диэлектрических жидкостей Е„р=108 В/м).

Е(«»д/|)

О OCX) 03« 0730

ллаз 1S29 2 во

320S Э650

Рис.5 Спектрограмма напряженности при А.=5* 10"*м, R=3*10"4m, 1=1*10'3м, ro=2*10VU„=-1000B

Длина трубки 1 является самым оптимальным параметром для снижения напряженности Е на конце трубки, при этом изменение данного параметра оказывает самое слабое воздействие на ЭГД — процесс. Анализ характера распределения Е по длине трубки (Рис.6) позволил сделать вывод, что при длине электрода-трубки более двух ее диаметров, напряженность электростатического поля на ее конце стремится к нулевому значению.

250000

I м)

Рис.6 График зависимости Е от I по оси трубки, от кончика иглы до конца трубки

Рис.7 Профиль распределения скорости пои Е = 1.7 Ю6 В/м

Оценка точности расчета методом конечных элементов в программной среде «Mathworks Mathlab release 13» показала, что максимальная относительная погрешность алгоритма метода конечных элементов, в сравнении с аналитическим решением по методу Фурье при заданном количестве узлов, не превысила 5,1 %. При измельчении расчетной сетки и приближении треугольного конечного элемента по форме к равностороннему, численное решение, как правило, стремиться к уточнению.

Для получения расчетного выражения для статической характеристики ЭГД ПВ был рассмотрен процесс изменения профиля скорости и токов, происходящих в ходе работы ЭГД ПВ. Так как в зоне измеритель-

ного электрода Е=0, то с учетом осесимметричной задачи для одного канала было получено(8).

О -фО

1-

ГДе Реши ~ ■

2е0БЕп»«

при рс=кр,.

(к-коэффициент, зависящий от расстояния между генераторным и измерительным электродами).

< <5

Рис.9 Переходная функция ЭГД ПВ

Рис 8 Расчетная статическая характеристика ЭГД

Теоретическая характеристика представлена на рис.8. Теоретический анализ динамических свойств ЭГД ПВ в сосредоточенных параметрах позволяет оценить передаточную функцию ЭГД ПВ типа апериодического звена первого порядка (Рис.9).

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований ЭГД ПВ с целью определения его статических и динамических характеристик. Для их проведения был разработан и изготовлен экспериментальный стенд. Конструкция экспериментального образца ЭГД ПВ включает себя капилляр с рабочей и измерительной системой электродов (Рис.10).

Патрубок

Рис. 10 Конструкция ЭГД ПВ

Рис.11 Экспериментальный стенд

ЭГД ПВ - устройство, позволяющее получать данные о величине вязкости в виде токового сигнала.

С целью оценки влияния электрофизических свойств диэлектрических жидкостей на статическую характеристику ЭГД ПВ были проведены экспериментальные исследования их вольтамперных характеристик в специальной измерительной ячейке (кювете), при этом, 35%-ое спадание тока происходит за 2,5 мин, т.е. эффект электроочистки можно не учитывать.

Эксперименты проводились с индустриальными маслами И-ЗОА, И-40А и с трансформаторным кислом (ГК-215225,Т-1500,ТКп) при изменении управляющего напряжения (0...25кВ) межэлектродного расстояния X от 0,1...5 мм. Для ЭГД ПВ с одной системой электродов полученные вольт-амперные характеристики, на основании которых был сделан вывод, что межэлектродное расстояние X должно быть установлено не менее 0,5мм и не более 2мм, напряжение между электродами "игла-трубка" должно варьироваться в пределах (5-г20кВ).

При дальнейших исследованиях была оценена степень влияния изменения скорости жидкости на величину полного тока между рабочим электродом "игла" и измерительным "трубка", после чего был сделан вывод о доминировании проводимостной составляющей полного тока над конвективной в ЭГД ПВ с одной системой электродов, и необходимости выделения зоны измерительного электрода, в которой напряженность электростатического поля равна нулю.

Вольтамперная характеристика генераторной пары электродов "игла-трубка" описывается полиномиальным уравнением вида: у = 0,0601х2 -0,3546х + 0,2707 с достоверностью аппроксимации Я2 = 0,996, а В АХ измерительного электрода-трубки: у = 0,057х - 0,1378 с достоверностью аппроксимации Л2 = 0,9605.

Получены ВАХ генераторного и измерительного электродов

Таким образом, в отличие от ВАХ генераторной пары, ВАХ измерительного электрода является линейной, что может быть объяснено отсутствием влияния проводи-мостной составляющей на величину полного тока при увеличении напряжения на рабочих электродах.

и, кВ

На рис.13 представлены статические характеристики ЭГД ПВ с измерительным электродом "стержень" при различных напряжениях на генераторном электроде. При использовании логометрической схемы измерения получены соответствующие зависимости (рис.14), коэффициент крутизны которых, в конечном итоге, будет зависеть от степени расхождения вязкости эталонной и измеряемых жидкостей. Для повышения эффективности исследований и надежности полученных результатов проведено планирование эксперимента.

1,2 1 0.8 0,6 0.4 0,2

---

(7-16кВ

и=8кВ

12

1

4 0,8 о.в

0,4 0,2

700

1300 -►

ц-Ю-5,Пас Рис. 13 Статическая хапактепистика ЭГД ПВ

900

1100

Ч-кРдии;

Рис. 14 Зависимость отношения тонов от кшевент вязкости

1300 1500

1700

'11.5%

---

хч.иН1рОЛЬНЫ€ ЗомсрЫ величин вязкости проводились с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ-4 (паспорт №349). Токи на выходе преобразователя измерялись микроамперметром М95 класса 1,5 с нижним пределом 0,01 мкА.

Идентификация передаточной функции ЭГД ПВ как элемента системы управления проводилась экспериментальным путем по двум переходным функциям методами последовательного логарифмирования и методом Орманса.

Рассчитана передаточная функция \У(р)=к/(Тр+1 ):

.... . 0,94

W(p) =-!--(91

^ 0,4185р+1 к }

При использовании ЭГД ПВ как элемента обратной связи в СУ он является инерционным звеном первого порядка с постоянной времени Т=0,4185с.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработан и изготовлен ЭГД ПВ с оптимальными параметрами. Стати-

стические расчеты показали, что при вероятности 0,95 доверительный интервал составляет 0,22-10"7А.

В пятой главе синтезирована САК за приготовлением чернил каплест-руйного маркиратора "Этикетка-ЗМ", представлена методика инженерного расчета с учетом экспериментальных данных. Эта методика позволяет получить необходимые режимные параметры преобразователя вязкости при заданных конструктивных размерах, или наоборот, зная требования к характеристикам измеряемой жидкости, можно определить конструктивные параметры ЭГД ПВ.

Автоматический кинхриль шикосш в системе приготовления чернил каплеструйного маркиратора осуществляется на базе ЭГД ПВ в локальном контуре, выделенном из силового контура подачи чернил к печатающей головке. На основе рассогласований подается токовый сигнал в блок управления гидросистемой (БУТС) маркиратора. В случае если вязкость чернил в норме, то не каких действий с клапаном и насосом БУТС не производит. Передаточная функция дискретной системы:

, ч 3,024-10 3-г 4,355 10 2-г 2.022-г 1,634 г2-3,616 г

г-е'^9 ' 2-е 76-88 г-е-5"' (2-1)2 °0)

Проверка устойчивости локальной системы регулирования с учетом ЭВМ выполнена на основании критерия устойчивости Шур - Кона, который позволяет анализировать устойчивость дискретных и дискретно-непрерывных систем. С учетом желаемых показателей система получена передаточная функция корректирующего устройства, реализованного программным способом в БУТС:

,л 7,951-г4 +15,3-г3 +3,8-г2 -7,282-г-3,735

"1пД2) =--\-5-;- (11)

^ 7 1,07-г +4,13-г +5,991-г + 4,13-г-1,94

Соответствующее разностное уравнение в реальном масштабе времени имеет вид:

ик(1) = -0,55 ■ ик_, - 2,13 • ик_2 - 3,1 • ик_3 + 2,13 • бк_4 --15,4 • ик_, -29,7 • ик_2 -7,4 • ик_3 +14,3 • ик_4 + 7,246 ■ ик_5 (12)

ЭГ Д ПВ в САРВ может быть использован для поддержания постоянства вязкости топлив в тепловых двигателях. Применение не традиционно, но по экспертным оценкам позволит улучшить процессы сгорания топлива и приведет, в конечном итоге к 15 % экономии топлива. ЭГД ПВ в медицине приведет к возможности стабилизировать параметры физиологических растворов, в том числе и донорской крови при проведении длительных операций. По литературным данным это снизит риск при проведении операций с нежелательным исходом с 7-И 2 % до 3-г7 %. ЭГД ПВ в пищевой промышленности снизит расход дорогостоящих ингредиентов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Новые системы контроля за приготовлением чернил определяют ассортимент унифицированных рабочих сред каплеструйных маркира-торов при заданных технологических ограничениях. Электрогидродинамический преобразователь вязкости позволяет выдержать в заданных величинах целый набор эксплуатационных показателей.

2. Существующие преобразователи вязкости не удовлетворяют всем тпебованиям. тфелыгаляемым к прийпряи дятткого как элементам систем автоматического управления, поэтому перспективной является разработка электрогидродинамического преобразователя вязкости, принцип действия которого основан на взаимодействии механических сил, возникающих в сильных электрических полях с соизмеримыми с ними гидродинамическими силами, обеспечивающего достаточно высокое быстродействие, низкий порог чувствительности и простоту эксплуатации.

3. Для конструктивной реализации электрогидродинамического преобразователя вязкости для жидких диэлектриков рекомендуется использование системы электродов "игла-трубка" для оказания воздействия на слои жидкости с одновременным вносом в нее заряда и второй системы электродов, собственно снимающих этот заряд в функции от вязкости жидкости.

4. Построенная математическая модель ЭГД ПВ на основе уравнений электрогидродинамики устанавливает связь между напряженностью электростатических полей, скоростью движения жидкости и токами на выходе преобразователя вязкости, при этом получена математическая модель электростатического поля, создаваемое электродами "игла-трубка". Проведен анализ поведения электростатического поля по направлению движения жидкости, сделан вывод о необходимых геометрических соотношениях между диаметром генераторного электрода-трубки и его длиной для нормального функционирования ЭГД НВ. Разработанная математическая модель позволяет рассчитать статическую характеристику электрогидродинамического преобразователя вязкости.

5. Проведенные экспериментальные исследования показали, что электрогидродинамический преобразователь вязкости наиболее эффективен для слабопроводящих диэлектрических жидкостях в широком диапазоне вязкостей, обеспечивая коэффициент крутизны статической характеристики 0,94. Постоянная времени составляет 0,418с, а относительная погрешность ЭГД ПВ ±0,95%.

6. Разработанная методика инженерного расчета ЭГД ПВ позволяет определить статическую характеристику с точностью не ниже 10%, а применение логометрической схемы измерения с эталонной жидкостью увеличивает диапазон измерения вязкости и повышает чувствительность. Система автоматического контроля за приготовлением вязкости каплест-

руйного маркиратора с ЭГД ПВ в качестве элемента обратной связи, обладает сравнительно лучшими показателями быстродействия ми качества.

7. Разработанный электрогидродинамический преобразователь вязкости жидких диэлектриков в качестве элемента обратной связи рекомендован к внедрению ОАО "Турборемонт - ВКК", внесен в реестр внедряемых научных работ МАН ВЭ, внедрен в учебный процесс по специальности 210100 УИТ БИТТУ в учебных курсах "ЭУСУ" и "РЭУ СУ".

Основные результаты дисссртации изложены 5 следующих 13 печатных работах (из общего количества 15 публикаций).

1. Токарев А.Н. Электрогидродинамический измеритель вязкости. //Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. -Саратов, 2004.-С.150-156.

2. Токарев А.Н., Власов В.В. Экспериментальное определение динамических свойств электрогидродинамического преобразователя вязкости //Динамика технологических систем: Сб. трудов 7-й Междунар. науч.-техн. конф. -Саратов, 2004.-С.341-346.

3. Токарев А.Н., Власов В.В. Анализ гидродинамики ЭГД - вискози-метра//Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Сб. докл. 6-й Всерос. науч. конф. -Саратов, 2003. -С.65-71

4. Токарев А.Н., Власов В.В К вопросу стабилизации режимных параметров потока при измерении вязкости капиллярным методом// Бала-ковский институт бизнеса и управления. -Балаково, 2004.-8с. (Деп. в ВИНИТИ 14.01.05 №34-В-2005).

5. Токарев А.Н., Власов В.В. ЭГД - вискозиметр//Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей: Сб. докл. 6-й Междунар. науч. конф.- СПб., 2003,- С.266-271.

6. Токарев А.Н., Власов В.В. Анализ электростатики генераторной системы электродов электрогидродинамического преобразователя вязкости// Балаковский институт бизнеса и управления. -Балаково, 2004.-14с. (Деп. в ВИНИТИ 14.01.05 №32-В-2005).

7. Токарев А.Н., Власов А.В. Электрогидродинамический вискозиметр в электрогидравлических усилителях мощности//Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Сб. докл. 4-й Всерос. науч. конф. -М., 2001.-С.105-110.

8. Токарев А.Н. Экспериментальные исследования статической характеристики ЭГД - вискозиметра//Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. -Саратов, 2005.-С.176-В82Власов В.В., Токарев А.Н Классификация измерителей вязкости жидких сред // Сарат. гос. техн. ун-т.- Саратов, 1998 - 33с. (Деп. в ВИНИТИ 19.05.98, № 1512-В98).

Ю.Власов В.В., Токарев А.Н Применение статических электрофлюидных преобразователей для измерения вязкости жидких нефтепродуктов

15

//Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей: Сб. докл. 5-й Мевдунар. науч. конф.-СПб., 2000. -С.241-242.

11.Токарев А.Н., Власов A.B. Результаты экспериментальных исследований ЭГД-вискозиметра //Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Сб. докл. 5-й Всерос. науч. конф. -Саратов, 2002.-С. 131-137.

12.Токарев А.Н., Власов В.В. Результаты экспериментальных исследований статической характеристики ЭГД - вискозиметра с изменяемой геометрией проточной части //Балаковский институт бизнеса и управления. -Балаково, 2004 -8с. (Деп. в ВИНИТИ 14.01.05 № ЗЗ-В-2005).

13.Власов В.В., Випггак О.В., Токарев А.Н. Применение ЭГД метола для непрерывного измерения вязкости жидких нефтепродук-тов//Предмет, объекты и проблемы энергетики векторного взаимодействия потоков в системах с распределенными параметрами: Сб. докл. 1-й Всерос. конф. -М., 1997. -С.38-39.

Подписано к печати {¡¡. 01,0^ЖШ Объем 1 0 п л Тир. 100 Типография МГТУ им. Н.Э.Баумана

!

I t

i I

I

5 t

S

t

Í Í

I !

i

I

I

i

i

Í

I

»15149

РНБ Русский фонд

2006г4 11658

Введение

1. Анализ существующих задач повышения качества 9 маркировки машиностроительных изделий

1.1. Обзор областей использования струйных маркираторов 9 в машиностроении и задач повышения качества маркировки

1.2. Анализ параметрических компонент вязкости чернил

1.3. Классификация современных измерителей вязкости 21 жидкостей

1.4. Анализ способов стабилизации параметров потока при 33 измерении вязкости

1.5. Анализ способов непосредственного преобразования 35 электрических сигналов в гидравлические

1.6. Постановка задачи исследования

2. Физические основы электрогидродинамического 40 преобразователя вязкости для жидких диэлектриков

2.1. Физические особенности явлений, происходящих в 40 электрогидродинамическом преобразователе вязкости

2.1.1. Особенности воздействия электростатических полей 40 на диэлектрические жидкости в узких капиллярах

2.1.2. Основные уравнения, описывающие процессы в 45 ЭГДПВ

2.2. Выводы

3. Теоретические исследования электрогидродинамического 51 преобразователя вязкости

3.1. Конструктивные уравнения для электрогидродинамиче- 51 ского преобразователя в САК вязкости чернил

3.2. Расчёт электростатических полей для систем электро- 56 дов каналов ЭГД ПВ

3.2.1. Расчет электростатического поля системы электродов 60 "игла-трубка"

3.3. Расчёт статической характеристики ЭГД ПВ

3.4. Анализ динамических свойств ЭГД ПВ

3.5. Выводы

4. Экспериментальные исследования электрогидродинами- 81 ческого преобразователя вязкости

4.1. Экспериментальная установка для исследования 81 ЭГДПВ

4.2. Экспериментальные исследования ЭГД ПВ с одной 84 парой электродов

4.3. Экспериментальные исследования ЭГД ПВ с двумя 93 системами электродов

4.3.1. Экспериментальные исследования ЭГД ПВ с измери- 93 тельным электродом у стенок канала "трубка"

4.3.2. Экспериментальные исследования ЭГД ПВ с измери- 97 тельным электродом на оси канала "стержень"

4.4. Планирование эксперимента

4.5. Исследование статической характеристики ЭГД ПВ

4.6. Исследование динамической характеристики ЭГД ПВ

4.7. Условия обеспечения взрывопожаробезопасности

4.8. Выводы

5. Система автоматического контроля вязкости чернил на 116 базе ЭГД ПВ

5.1. Функциональная схема САК вязкости чернил

5.2. Синтез САК вязкости чернил

5.3. Методика инженерного расчёта электрогидродинамиче- 129 ского преобразователя вязкости для жидких диэлектриков

5.4. Выводы 131 Выводы 132 Заключение * 134 Список литературы 136 Приложение 1 144 Приложение 2 156 Приложение 3 157 Приложение 4 158 Приложение 5 159 Приложение

Каплеструйная печать — бесконтактный цифровой способ, при котором элементы изображения на запечатываемом материале формируются каплями жидкой краски (чернил), который нашел сегодня широкое применение как в различных печатающих устройствах класса SOHO, так и в промышленных установках. Такие преимущества различных разновидностей каплеструйной печати, как возможность многокрасочной печати, высокое разрешение и скорость печати, отсутствие контакта с разнообразным запечатываемым материалом, низкий уровень шума и низкая стоимость чернил, способствуют эффективному применению данной технологии в различных областях: скоростной бесшумный вывод алфавитно-цифровой и графической информации в АСНИ, САПР, АРМ, АС 11111; получение изображений в полиграфии; создание гибких автоматических электрокаплеструйных модулей для различных целей [11].

В этикеточном и упаковочном производстве каплеструйные устройства используются в основном в качестве вспомогательных, предназначенных для печати переменной информации (различной маркировки). Цель маркировки товара — снабдить необходимой информацией как покупателя (дата изготовления, цена, способ приготовления, сведения о продукте и др.), так и продавца (код товара, артикул и др.).

Вопрос невидимости растровой, точечной структуры изображений, получаемых при использовании струйной технологии печати, до сих пор является актуальной проблемой. Естественно, производители прилагают все усилия, чтобы свести упомянутый недостаток к минимуму, и они добились на этом поприще впечатляющих результатов с применением капель малого и переменного размера в сочетании с высоким разрешением 2880 dpi [71].

Использование каплеструйных технологий для печати качественной тиражной продукции пока себя не оправдывает, так как они не обеспечивают требуемого соотношения «производительность—качество—цена оттиска». Однако ряд уникальных достоинств каплеструйной печати стимулирует продолжение интенсивных исследований в этой области, поэтому в ближайшее время ситуация может измениться и каплеструйные печатающие устройства составят серьезную конкуренцию традиционным печатным машинам. Широкоформатная струйная технология сочетает большое и малое. Чтобы изготовить большой плакат высокого качества для оформления витрины магазина, нужны мельчайшие частицы красителя. В современных высокоскоростных флексографских машинах скорость печати достигает 600 об/мин, и по данным Brookfield Engineering Laboratories, изменение вязкости всего на 1 с может увеличить расход чернил на 25%. Такое изменение обусловлено тесной связью расхода, вязкости и уровня рН. И каждый раз для коррекции используются соответствующие добавки. Это является одной из причин непредсказуемого изменения цвета и уменьшения оптической плотности.

Рабочими средами для реализации каплеструйной технологии являются чернила, которые представляют собой растворы или дисперсии красящего вещества в воде или органическом растворителе, а также, отдельным видом, можно выделить ультрафиолетовые (УФ) чернила. Важнейшая характеристика чернил - их расход при печати. Он измеряется в миллилитрах на квадратный метр и зависит от заливки и размера капли.

Анализ литературных и патентных источников, показал, что большинство композиций чернил имеет следующие характеристики [11]:

- вязкость не превышает 10 мПа-с;

- величина поверхностного натяжения варьируется от 25 до бОмН/м;

- концентрация красящего компонента не превышает 5 масс.%;

- концентрация связующих компонентов не превышает 10 масс.%.

Среди контролируемых параметров качества чернил вязкость занимает особое место. Для обеспечения процесса печати чернила должны иметь строго определенную вязкость и оставаться стабильно-однородными как при хранении, так и в различных условиях эксплуатации, поскольку от её значения зависит целый набор эксплуатационных показателей, и главный из них - размер и форма капли. Кроме того, незначительное отклонение вязкости от нормы в процессе печати может вызвать заметное отклонение от траектории полета капли, неточности её позиционирования, изменение цвета на оттиске. Изменении вязкости в большую сторону приводит к: - формированию капель уменьшенного размера; снижению поверхностного натяжения и, как следствие, долгому высыханию и размазыванию чернил;

-затруднениям при подаче чернил к печатающей головке (печать может быть полосатой, с перерывами, пятнами разной интенсивности окраски и т.д.);

-увеличению расхода чернил, что невыгодно по экономическим соображениям и часто приводит к увеличению времени высыхания и закрепления красочного слоя.

Изменении вязкости в меньшую сторону приводит к: —резкому увеличению размера капель;

-растеканию чернил на носителе и загрязнению печатной формы; -вытеканию из дюз при печати и высыханию при простое; —разбрызгиванию чернил и появлению клякс; -резкому повышению контраста изображения;

Отсюда следует практическая необходимость в постоянном контроле над степенью вязкости чернил, для того чтобы непрестанно обеспечивать нормативный размер капель и, что не менее важно, стабильное срабатывание дюз. Характеристики каждого типа чернил взаимосвязаны и при изменении одного параметра или компонента - изменяются другие. Таким образом, контроль за вязкостью чернил обеспечивает гораздо более стабильное качество печати вне зависимости от изменений внешних условий.

Одним из перспективных направлений является использование электрогидродинамических явлений (ЭГД) явлений в разработке устройств для контроля вязкости жидких диэлектриков. Теоретические и экспериментальные работы по ЭГД технологиям в диэлектрических жидкостях создали предпосылки для реализации ЭГД - преобразователя вязкости диэлектрических жидкостей, работа которого основана на использовании эффектов электрогидродинамики.

Целью настоящей работы является разработка электрогидродинамического преобразователя вязкости для системы автоматизированного контроля за приготовлением чернил.

Научная новизна работы заключается в разработке математической модели электрогидродинамического преобразователя вязкости жидких диэлектриков, обоснованной системой уравнений электрогидродинамики, с применением методов аналитического и имитационного моделирования для исследования электростатических и гидродинамических процессов, включающей расчет электростатического поля в системе электродов "игла-трубка" и исследовании экспериментального образца ЭГД ПВ.

Работа состоит из пяти глав.

В первой главе рассматриваются научно-технические задачи повышения качества приготовления чернил при маркировки изделий, анализируются существующие способы измерения вязкости и формируется задача исследования.

Вторая глава посвящена рассмотрению электрофизических основ реализации электрогидродинамического способа измерения вязкости.

В третьей главе проведено теоретическое исследование статической и динамической характеристик преобразователя вязкости.

В четвёртой главе проведено экспериментальное исследование статических и динамических характеристик преобразователя.

Пятая глава посвящена практическому применению электрогидродинамического преобразователя вязкости в САК контроля за приготовлением чернил, разработке инженерной методике расчета преобразователя.

Работа была выполнена по г/б НИР (§47) кафедры УИТ БИТТУ СГТУ в 1998-2005г.г., а также в соответствии с Грантом Президента Российской Федерации №НШ-2064.2003.8 для ведущих научных школ РФ и Грантом №2109р/3991 Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Выводы

В процессе проведения работы получены следующие результаты: 1. Разработан электрогидродинамический преобразователь вязкости для жидких диэлектриков, принцип действия которого основан на взаимодействии механических сил, возникающих в сильных электрических полях с соизмеримыми с ними гидродинамическими силами, обеспечивающего достаточно высокое быстродействие, низкий порог чувствительности и простоту эксплуатации.

2. Построенная на основе уравнений электрогидродинамики математическая модель ЭГД ПВ устанавливает связь между напряженностью электростатических полей, скоростью движения жидкости и токами на выходе преобразователя вязкости, при этом получена математическая модель электростатического поля, создаваемое электродами "игла-трубка".

3. Разработанная математическая модель позволяет рассчитать статическую характеристику электрогидродинамического преобразователя вязкости. Время ионизации рабочей жидкости составляет 10"1бс, крутизна статической характеристики 0,94, следовательно, возможно использование электрогидродинамического эффекта для создания преобразователя вязкости, используемого в САУ в качестве элемента обратной связи.

4. Проведенные экспериментальные исследования показали, что разработанный ЭГД ПВ можно применять для измерения вязкости жидких диэлектриков, таких как И-30А, ТК-1500, ГК-213252(масло трансформаторное). Постоянная времени составляет 0,418с, а относительная погрешность ЭГД ПВ ±0,95%.

5. Разработанная методика инженерного расчета ЭГД ПВ позволяет определить статическую характеристику с точностью не ниже 10%, а применение логометрической схемы измерения с эталонной жидкостью увеличивает диапазон измерения вязкости и повышает чувствительность. Система автоматического контроля за приготовлением вязкости каплеструйного марки-ратора с ЭГД ПВ в качестве элемента обратной связи, обладает сравнительно лучшими показателями качества.

6. Разработанный электрогидродинамический преобразователь вязкости жидких диэлектриков в качестве элемента обратной связи рекомендован к внедрению в ОАО "Турборемонт - ВКК", внесен в реестр внедряемых научных работ МАН ВЭ, внедрен в учебный процесс по специальности 210100 УИТ БИТТУ в учебных курсах "ЭУСУ" и "РЭУ СУ".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенного патентного и литературного анализа можно сделать вывод, что известные методы измерения вязкости и конструкции вискозиметров не удовлетворяют высоким требованиям, предъявляемым к этим приборам. Использование в конструкции двух капилляров является наиболее перспективным и рациональным способом измерения вязкости жидкости, поскольку исключается влияния внешних факторов, повышается чувствительность и диапазон измерений. Использование второго капилляра с эталонной жидкостью позволяет не только повысить точность, но и автоматизировать процесс измерения.

Разработанный электрогидродинамический преобразователь вязкости для жидких диэлектриков, в основе работы которого лежат внутренние молекулярные силы, способен измерять вязкость жидких диэлектриков с достаточной точностью в широком диапазоне, тем самым, расширяя возможности систем управления вязкостью. Использование ЭГД ПВ в качестве элемента обратной связи в каплеструйных маркираторах, где рабочей диэлектрической средой является жидкость, позволяет повысить качество печати, уменьшить издержки на расход материалов и простой оборудования.

ЭГД ПВ в САРВ может быть использован для поддержания постоянства вязкости топлив в тепловых двигателях. Применение не традиционно, но позволит улучшить процессы сгорания топлива и приведет, в конечном итоге к 15 % экономии топлива. Использование программатора в САР позволит подготовить топливо к запуску двигателя в зимних условиях, чего сейчас не делается принципиально из-за отсутствия САРВ. Использование САРВ в летнее время сделает вязкость топлива большей, чем естественная летняя, что также будет способствовать более полному сгоранию топлива. Это приведет, во первых, к экономии топлива, а, во вторых, к снижению токсичности выхлопных газов.

ЭГД ПВ в строительстве при приготовлении битумных покрытий позволит точно выдерживать технологию нанесения битумных швов и покрытий. Это, с одной стороны, повысит прочность и долговечность строительных конструкций, а с другой стороны, снизит неоправданный перерасход дорогостоящего битума.

ЭГД ПВ в резинотехнических технологиях снизит расход умягчителей и отвердителей и повысит качество и долговечность резинотехнических изделий.

Увеличение точности измерения конвективных токов выноса позволит расширить диапазоны использования каждой эталонной жидкости и снизит их количество. Надежность работы и гарантийный срок службы ЭГД ПВ определяется параметрами упругих демпферов в измерительных капиллярах.

136

1. Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков. -Л.: Энергия, 1972.-295с.

2. Адлер Ю.П., Александрова И.Ф., Грановский Ю.В. Об одном методе формализации априорной информации при планировании эксперимента. -М.: Наука, 1966.-70с.

3. Апфельбаум М.С. Течение слабопроводяших жидких диэлектриков в неоднородном электрическом поле: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук.- Долгопрудный, 1986.-24с.

4. Апфельбаум М.С. Теоретические модели электрогидродинамических насосных эффектов// Электронная обработка материалов. -1991. -№5. -С.29-35.

5. А.с. 1236346 (СССР). Способ измерения вязкости/ В.В. Белоусов, Е.Н. Кня-зев//Б.И.-1986.-№21

6. А.с. 624142 (СССР). Вискозиметр / Н.Р. Юсупбеков, Т.З.Закиров, К.У. Ход-жаева, Р.И. Юсупов//Б.И.- 1978.-№34

7. А.с. 1191779 (СССР). Способ определения вязкости/Л.И.Пищенко, Б.Б.Булгаков, М.В.Лукинюк//Б.И.-1985. -№42

8. А.с.257140(СССР). Вискозиметр непрерывного действия/ Б.А.Покровский, М.П.Курочкин //Б.И.-1969.-Ж35

9. А.с. 675348 (СССР). Капиллярный вискозиметр/ Н.М.Назаров, М.Ю.Тарасов, О.И.Целиковский//Б.И.-1979.-№27

10. Ю.Балакирев B.C. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. -М.: Энергия, 1967.-232с. П.Безруков В.И. Основы электрокаплеструйных технологий. -СПб.: Судостроение, 2001.-240с.

11. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Высшая школа, 1973,-752с.

12. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнитных полей. -М.: Наука, 1988.-344с.

13. М.Биссекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. -М: Наука, 1996.-992с.

14. Богородский Н.П., Пасынков В.В. Электротехнические материалы. -М.: Энергоиздат, 1963 .-528с.

15. Бурдун Г.Д., Марков В.Н. Основы метрологии: Учеб. пособие для вузов.-М.: Изд-во стандартов, 1985.-256с.

16. Вазов В., Форсайт Дж. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных. — М.: ИЛ, 1963.-157с.

17. Власов В.В., Виштак О.В., Токарев А.Н. К вопросу анализа расходомеров жидких сред по критериям А2,Аз., Сарат. гос. техн. ун-т.- Саратов, 1998 9с. (Деп. в ВИНИТИ 3.10.97, №2959 - В97).

18. Власов В.В., Токарев А.Н. Классификация измерителей вязкости жидких сред., Сарат. гос. техн. ун-т.- Саратов, 1998 33с. (Деп. в ВИНИТИ 19.05.98,1512-В98).

19. Гинзбург С.А., Лехтман И .Я., Малов B.C. Основы автоматики и телемеханики. -М.:Энергия, 1965.-512с.

20. Гинзбург А., Милчев М., Солоницын Ю. Периферийные устройства. -СПб.: Питер, 2001.-256с.

21. Говорухин В., Цибулин Б. Компьютер в математическом исследовании. -М: Наука, 1993.-224с.

22. Годунов С.К., Рыбинский B.C. Разностные схемы. — М: Наука, 1986.-312с.

23. ГОСТ 7.5-78. Издательское оформление материалов, помещаемых в периодических и продолжающихся изданиях и непериодических сборниках. -М., 1978,-Юс.

24. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. -М., 1976.-10с.

25. ГОСТ 982-80. Масла трансформаторные. -М., 1984-8с.

26. ГОСТ 8.401-80. Классы точности средств измерений. -М., 1981.-12с.

27. ГОСТ 7.1.-84. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления. -М.,1986.-24с.

28. Губкин А.Н. Физика диэлектриков. М.: Высшая школа, 1971.-272с.

29. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. -М.: Наука, 1970.-432с.

30. Денисов А.А., Нагорный В.С Электрогидро- и электрогазодинамические устройства автоматики. -JL: Машиностроение, 1979.-288с.

31. Долин П.А. Основы техники безопасности в электрических установках. -М.: Энергия, 1970.-336с.

32. Дроздов Н.Г. Статическое электричество в химической промышленности. -Л.: Химия, 1971.-208с.

33. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем. -М.: Машиностроение, 1986.-235с.

34. Измерения в промышленности. Справочник в 3-х томах./Под ред. проф. П.Профаса. М.: Машиностроение, 1974.-525с.

35. Иринг Ю. Проектирование гидравлических и пневматических систем. -Л.: Машиностроение, 1983.-363с.

36. Клюев А.С. Автоматическое регулирование. -М.: Энергия, 1973.-673с.

37. Колечицкий Е.С. Анализ и расчет электрических полей. -М.: МЭИ, 1983.-56с.

38. Колосов В.Г. Мелехин В.Ф. Проектирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники: Учеб. пособие для вузов. -Л.: Энергоатомиздат, 1983.-256с.

39. Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства. -М.: Энергоатом-издат, 1985.-234с.

40. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. -М.: Наука, 1968.-720с.

41. Краевые задачи математической физики и смежные вопросы теории функций /Под ред. О.А. Ладыженской -Л.: Наука, 1989.-191 с.

42. Кривченко Г.И. Насосы и гидротурбины. -М.:Энергия, 1970.-139с.

43. Кузьмин С.Т., Липавский В.Н., Смирнов П.Ф. Промышленные приборы и средства автоматизации в нефтеперерабатывающей промышленности. -М.: Химия, 1987.-264с.

44. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1983.-325с.

45. Кучинский Г.С. Техника высоких напряжений. Разряды в жидких и твердых диэлектриках. -Л.:ЛПИ, 1981.-80с.

46. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: Учеб. пособие для втузов. -Л.: Энергоатомиздат, 1983.-320с.

47. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. -М.: Энергоатомиздат, 1983 .-296с.

48. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. -М.: Наука, 1970.-940с.

49. Лыжникова С. А., Лисенков Ю. А. Измерение вязкости. -М.: Изд-тво стандартов, 1985.-85с.

50. Маслов А.А., Сахаров О.Н. Аналого-цифровые микропроцессорные устройства. -М.: Изд-во МАИ, 1991.-416с.

51. Методы и средства измерения малых постоянных токов (10"7.10"16) и их метрологическое обеспечение / Д.И.Антонова, О.М. Павлов, Т.Б.Рождественская, Л.М. Степанова -М.: Изд-во. Моск. Ун-та, 1986.-49с.

52. Методы расчета электростатических полей/ Н.Н. Миролюбов, М.В.Костенко, M.JI. Левинштейн, И.Н. Тиходеев -М.: Высшая школа, 1963.-415с.

53. Моделирование нестационарных процессов в каналах ЭГД-насоса/ А.А. Вар-танян, В.В. Голосов, К.В.Полянский, Г.А. Шапошникова//Механика жидкости и газа.-1994. -№3. -С.30-40.

54. Наберухин Ю.И. Структурные модели жидкостей: Учеб. пособие Новосибирск.: НГУ, 1981.-83с.

55. Нагорный B.C. Исследование электростатического способа дроссельного преобразования и его использование в электрогидравлических автоматических устройствах: Дис. . канд. тех. наук. —Ленинград, 1968.-168с.

56. Нагорный B.C., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро- и пневмоси-стем.-М.: Высшая школа, 1991.-367с.

57. Нагорный B.C. Электрофлюидные преобразователи. -Л.: Судостроение, 1987.-252с.

58. Нагорный B.C., Краснослободцев В.Я. Исследование режимов течения дроссельных ЭГД — преобразователей с непосредственным преобразованием рода энергии сигналов// Магнитная гидродинамика. -1982. -№5.-С.65-69.

59. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. -Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ие, 1981.-416с.

60. Нефтепродукты, свойства, применение. Справочник/ Гл.ред. Б.В.Лосиков — М.: Химия, 1966.-340с.67.0решкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. -М.: Высшая школа, 1977. -448с.

61. Основы электрогазодинамики дисперсных сред/ И.П. Верещагин, В.И. Левитов, М.М. Мирзабекян, М.М. Пашин -М.: Энергия, 1974.-480с. 69.Остроумов Г.А. Взаимодействие электрических и гидродинамических полей. -М.:Наука, 1979.-215с.

62. Печатное оборудование / В.П. Митрофанов, А.А.Тюрин, Е.Г.Бирбраер, В.И. Штоляков -М.: Изд-во МГУП, 1999.-323с.

63. Повх И.Л. Техническая гидромеханика. -Л.: Машиностроение, 1976.-504с.

64. Поплавко Ю.М. Физика диэлектриков. -Киев.: Вища школа, 1980.-198с.

65. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. -М.: Машиностроение, 1987.-464с.

66. Самарский А.А., Гулин А.А. Численные методы. -М.: Наука, ГР ФМЛ, 1989.-125с.

67. Слёзкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. -М.: Гостехиздат, 1955.-351с.

68. Современные проблемы электрогидродинамики и электрофизики жидких диэлектриков: Сб. докл. 4-й Междунар. науч. конф.-СПб., 1996.-180с.

69. Справочник по автоматизированному гидроприводу/Под ред. В.А. Елисеева, А.В. Шинянского -М.: Энергоатомиздат, 1983.-456с.

70. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам/Под общ. ред. В.В. Некрасова -М.: Высшая школа, 1985.-382с.

71. Справочник по средствам автоматики/Под общ. ред. В.А.Низэ, И.В. Антика -М.: Энергоатомиздат, 1983.-456с.

72. Стишков Ю.К., Остапенко Л.А. Электрогидродинамические течения в жидких диэлектриках. -Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1989.-176с.

73. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов: Учеб. пособие для вузов. -М.: Высшая школа, 1987.-367с.

74. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1966.-724с.

75. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: Учеб. пособие для втузов. -М.: Машиностроение, 1989.-752с.

76. Токарев А.Н., Власов А.В. Результаты экспериментальных исследований ЭГД-вискозиметра//Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Сб. докл. 5-й Всерос. науч. конф. -Саратов, 2002.-С.131-137.

77. Токарев А.Н., Власов А.В. Электрогидродинамический вискозиметр в электрогидравлических усилителях мощности//Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Сб. докл. 4-й Всерос. науч. конф. —М., 2001.-С.105-110.

78. Токарев А.Н., Власов В.В. Анализ гидродинамики ЭГД- вискозиметра //Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах: Сб. докл. 6-й Всерос. науч. конф. -Саратов, 2003. -С.65-71.

79. Токарев А.Н., Власов В.В Анализ электростатики генераторной системы электродов электрогидродинамического преобразователя вязкости, Балаковский институт бизнеса и управления. -Балаково, 2004.-14с. (Деп. в ВИНИТИ 14.01.05 № 32-В-2005).

80. ТокаревА.Н., Власов В.В К вопросу стабилизации режимных параметров потока при измерении вязкости капиллярным методом, Балаковский институт бизнеса и управления. -Балаково, 2004.-8с. (Деп. в ВИНИТИ 14.01.05 №34-В-2005).

81. Токарев А.Н., Власов В.В. ЭГД — вискозиметр //Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей: Сб. докл. 6-й Междунар. науч. конф.- СПб., 2003.- С.266-271.

82. Токарев А.Н., Власов В.В Экспериментальное определение динамических свойств электрогидродинамического преобразователя вязкости//Динамика технологических систем: Сб. трудов 7-й Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2004.-С.341-346.

83. Токарев А.Н. Электрогидродинамический способ измерения вязкости жидких нефтепродуктов //Науч. -метод, сб. докл. преп. каф. УИТ БИТТУ -Саратов, 2003 .-С. 108-110.

84. Токарев А.Н. Электрогидродинамический измеритель вязкости //Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. -Саратов, 2004.-С. 150-156.

85. Токарев А.Н. Экспериментальные исследования статической характеристики ЭГД — вискозиметра//Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: Межвуз. науч. сб. -Саратов, 2005.-С. 176-182.

86. Тюрин И.И. Введение в метрологию: Учеб пособие. -М.: Изд-во стандартов, 1985.- 48с.

87. Хакимов Р.А. Капиллярные вискозиметры. Ташкент.:Фан, 1977. - 60с.

88. Шабат Б.В. Введение в комплексный анализ. -М.: Наука, 1965.-326с.

89. Шаткова О.Ф. Технологические измерения на предприятиях химической промышленности. М: Химия, 1986.-320с.

90. Шкадов В.Я., Запрянов З.Д. Течение вязких жидкостей.-М.:МГУ, 1984.-200с.

91. Электрогидравлические следящие системы/Под ред. В.А. Хохлова -М.: Наука, 1971.-421с.

92. Янко В.М. Физические явления электростатики в технических решениях: Учеб. пособие . -Курган.: КМИ, 1993.-48с.

93. Литовский Е.И., Апфельбаум М.С. О насосном действии тонкого высоковольтного электрода в слабопроводящей диэлектрической жидкости//Журнал технической физики.-1980.- Т.50, -№7. -С. 1511 -1519.

94. Литовский Е.И., Апфельбаум М.С. О силе, действующей от игольчатого электрода на слабопроводящий жидкий диэлектрик, и вызываемых ею течениях// Магнитная гидродинамика.-1977. -№4. -С. 73-80.

95. Литовский Е.И., Апфельбаум М.С. Струйные течения диэлектрической жидкости от высоковольтного электрода//Магнитная гидродинамика. -1976. -№3. -С.55-58.

96. Вторичный блок обработки с цифровой индикацией

97. Для обработки токовых сигналов на выходе ЭГД ПВ и отображения измеряемой величины непосредственно в единицах вязкости (мПа-с) разработан вторичный блок обработки с цифровой индикацией.

98. Рис. 1.1. Функциональная схема вторичного преобразователя1

99. RAluzd RA3czCZ RA4/Tocki£=CI MCLRczC1. RBO/lNTc=C:1. RBlczC RB2c=CI RB3 c=C 9181.zjRAO1.OSCl/CLK IN1. Z^OSC2/CLK OUT1.ziVdd1. Z)=iRB71. Z^3RB63=.RB51. Z>RB4 10

100. Рис. 1.2. Функциональное назначение выводов микроконтроллера PIC 16F84A

101. Процессы разработки программы для микроконтроллеров и принципиальной схемы цифрового устройства во многом схожи, в первом случае — набор логических элементов, во втором — набор команд микроконтроллера.

102. В устройстве допустимо применение микроконтроллера PIC16F84 с предельной частотой, типом корпуса и рабочим интервалом температур.