автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Методы измерения температурных полей на основе распределенных датчиков: исследование и реализация

На правах рукописи

КРАЕВ ВЛАДИМИР ВИТАЛЬЕВИЧ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ДАТЧИКОВ: ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЙ

Специальность: 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань-1995

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете имени А.Н.Туполева.

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

Ведущее предприятие:

кандидат технических наук, доцент Евдокимов Ю.К. доктор технических наук, профессор Саиткулов В.Г. кандидат технических наук, доцент Гильфанов К.Х. Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии, г.Казань

Защита состоится *'_V 199.1 г. в _часов на

заседании диссертационного совета К 063.43.05 при Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева, в зале заседания ученого совета по адресу: 4Е0111, г.Казань, ул.Карла Маркса, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева.

Автореферат разослан 1995 Г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к.т.н., доцент Ту/ В.А.Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Получение информации о температурных злях занимает ведущее место в большинстве видов научного и эхнического эксперимента, играет основную роль в информационны обеспечении управления сложными технологическими процесса-i. Значимость температурных измерений подчеркивает и тот акт, что на производствах с непрерывным характером технологи-гских процессов измерение температуры.составляет около 50% от 5щего числа всех измерений. Современные химико-технологичес-ие, нефтехимические производства,, как правило, требуют изменник 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 недостатках«! этих изме-дтельных систем является большой объем вторичной аппаратуры пропорциональный количестЬу 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 теплофизическом экс-эрименте, соединительные проводники могут исказить структуру зследуемого поля.

Принципиально иной подход, позволяющий решить эти пробле-ы, 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:

1. Численным исследованием возмолшостей измерительного алгоритма, реализующего импульсный метод измерения температурного поля для одномерных распределенных датчиков (ОРД) на резистивно-емкостных (НС) структурах;

2. Аппаратурной реализацией и экспериментальным исследованием импульсного метода измерения температурного поля для ОРД на Й>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:

1. Впервые реализован способ измерения температурного поля на одномерных распределенных датчиках на основе резистивно- емкостных структур.

2. 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.

3. 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

-

измерениям,*' полученным о 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 в частных производных. Это подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Первой Международной конференции "Датчики электрических и неэлектрических Ееличин", г.Барнаул (1993); Всероссийской НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", г!Гурзуф (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 результатам 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность решаемой проблемы, определена цель и основные задачи исследований.

В первой главе дан обзор методов измерения температурных

\

полей. Отмечено, что наибольшее распространение получили контактные методы измерения температурного поля,- основанные на применении множества дискретных датчиков температуры. В этих методах предполагают использование для каждого датчика отдельной линии связи.

В работах Евдокимова Ю.К. предложен принципиально новый подход в измерении физических полей, основанный на концепции "распределенной измерительной среды", физической реализацией которой"являются распределенные датчики. Измерение одним подобным датчиком эквивалентны измерениям с помощью десятков и даже сотен дискретных датчиков. В качестве РД можно использовать резистивные/ полупроводниковые, электрохимические распределенные структуры. При этом любой элементарный бесконечно малый объем распределенной среды, характеризуемый удельными электрофизическими параметрами, осуществляет функции восприятия внешнего измеряемого поля й одновременно с этим, е силу континуальности и электропроводности среды, допускает информационную связь со всеми остальными точками РД.

В заключительной части главы рассмотрены принципы и математические модели РД. Изложены импульсный и амплитудный методы измерения физических полей для одномерных распределенных датчиков.

Импульсный метод. Сущность метода состоит в том, что на оба входа РД подаются зондирующее импульсы из1(I), изгСи и, в течении времени 0<КТн регистрируются входные токи 1з1 С"Ь)»

Характер изменения которых содержит информацию об электрической неоднородности ^е(х) в РД, возникшей вследствие чувствительности датчика к измеряемому полю. Это позволяет по измеренным входным токам 1Б2(и восстановить распреде-

ление электрической неоднородности в РД и связанное с ней функционально искомое поле ¥р00=? СУеООЗ .

'Математической моделью электрического состояния РД является уравнение параболического типа с зависящими от координат коэффициентачда:

сек) + а(х) и(хЛ) . (1)

со следующими граничными и начальными условиями:

и(0,и =1131 а); иаД)=и32(и; и(х,0)=ий(х), (2)

где и(хД) - распределение зондирующего потенциала, Ь- длина датчика. 1

Задача определения электрических погонных параметров или коэффициентов сс(х), 0(х), С(х) по результатам граничных измерений тока является обратной коэффициентной задачей математической физики и относится к классу некорректных задач. Одним из основных методов их решения является сведение ее к экстремальной задаче оптимального управления, в которой квадратичный функционал достигает минимума при совпадении управляемых коэффициентов параболического уравнения а,Б,С в (1) с измеряемыми: Т 2 Т ш

3 = Г £с3ап-1зп)^ + Г ЕовСиСхкЛЬгцСиэ^сИ, . (3)

О П=1 0 к=1

где 1£П и 1п - измеренные и модельные токи на концам датчика (Х=0 (п=1), х=Ь (п=2)); 1П = -йп (Эи(х,1)/3х)| х=хп, и(ХкЛ) -решение уравнения (1); 2к - результат измерений потенциала в точках с координатой Хк; т - количество внутренних точек измерения; с3, св - весовые коэффициенты.

Составляющие градиента функционала = имеют вид:

р Эф Зи I Эй ,, р ..

& = I1 т Л; е = Г ф™ (И; в = I фий, (4 а $ Эх Зх С 5 ос й 5

где Ф(хД) - решение сопряженной задачи

-С(х)§ 4б(х)ч»- |-Са(х)^]-Ё 2Еи(хЛ1-2ка)3*5(х-Хк) (5)

Зъ ах ах к=1

со следующими граничными и начальными условиями:

Фад)=-2[12а)-1Э2а)]; «кхд)=о, (в)

3 - функция Дирака.

Минимизация функционала (3) осуществляется методом сопряженных градиентов в сочетании с методами регуляризации.

Амплитудный метод основан на измерении характеристики дифференциальной входной проводимости РД У3(и3,?(х)) в диапа-зрне изменения зондирующнго сигнала иет1п^и3сиЕП1ах. Поскольку Уз зависит от величины зондирующего сигнала 1)3 и от измеряемого физического поля ¥(х), то это дает возможность по амплитуд-

ной характеристике дифференциальной проводимости У3(и3) восстановить искомое физическое поле У(х).

Импульсный и амплитудный методы измерения физических полей на ОРД имеют большие- потенциальные возможности, и техническая их реализация представляет большой интерес для приложений. В связи с этим в диссертации ставится задача разработки, исследования и реализации импульсного и амплитудного методов измерения пространственного распределения температуры на одномерных РД.

Вторая глава посвящена численному моделированию измерительного алгоритма (1)-(6), реализующего измерение температурного поля Т(х) для одномерных распределенных датчиков на ре-зистивно-емкостных структурах^

Задачей данной главы является построение дискретных аналогов уравнений, программная реализация измерительного алгоритма, исследование его точностных характеристик при различных методах регуляризации, выработка требований к измерительной системе по таким основным параметрам как погрешность измерения входных данных, необходимое время измерения, интервал и допустимая погрешность дискретизации по времени и т.д.

Электрическая схема измерения и устройство РД, поясняющие импульсный метод измерения-температурного поля Т(х) изображены на рис.1. Электрическая модель РД представляет собой одномерную распределенную резистивно- емкостную структуру длиной Ь, которая характеризуется следующими электрическими погонными параметрами: сопротивлением - К(х), емкостью - С(х) и проводимостью утечки - Б(х). Зависимость электрических параметров от температуры (или чувствительность) считается известной: 1?=:Г(Т), С=:Г(Т), в=Г(Т). Например, для металлов типовая зависимость имеет вид: 1?(Т)=Ко(1+АТ+ВТ2).

Принцип измерения температурного поля основан на восстановлении электрических погонных параметров 1?(х,Т(х)), С(х,Т(х)), 6(х,Т(х)) вдоль датчика из решения обратной коэффициентной задачи, согласно алгоритму (1)-(6). А затем, по найденным коэффициентам из уравнений связи определяется искомое температурное поле Т(х). Термочувствительным в ОРД может быть один из коэффициентов, два или все три одновременно.

Для построения дискретной модели измерительного алгоритма

,Т(Х)

о

Usi(t(jT

'SI

(t)

-Г

T

г-Рвзистивный IS2(t)

/слой ---

----------__Lus2(t)

R(x)

u(x,t)

G(x)'

-u-

-tb

Диэлектрик ( J ) Общий зпектродГ

C(x) T

-n-

S2

¡X)

(J) T

Рис.1

TM coo

60 24

50 20

40 16

30

í

- À J

jrS / А А * Г к t, \

f' i i 21

TW

Í°C]

40

30

20

) 'Т

т**т3 'ТГ^РЧГ "cf

1 1 1 21

0 0.25 0.5 0.75 1

О 0.25 0.5 0.75 1

I

Рис.2

Рис.3

произведен. сравнительный анализ численных методов решения уравнений вида (1),(5) методами. Галеркина, наименьших квадратов,. подобластей и коллокаций. На основании такого анализа выбран метод подобластей, который обеспечивает почти такую же точность, как и метод Галеркина, но является, более простым в реализации. Особенно важно то, что в нем залажено сохранение точных интегральных соотношений на любой группе контрольных объемов на всей расчетной области. Это свойство проявляется при любом числе узловых точек, а не только в предельном случае очень большого их числа. Таким образом, даже решение на очень грубой сетке удовлетворяет точным интегральным балансам.

Для построения дискретного аналога уравнения (1), (5) были приведены к безразмерному виду введением величин: u=u/usi; x=x/L; t=t/Ro'CûL2; С=С/Со; 6=GRqL2; R=R/Rn. (7)

Получен практический алгоритм измерения температурного поля, .который состоит из следующих шагов:

1. Задаем: электрические погонные параметры РД R(x)=R0, Q(x)=C0, С{х)=С0 для начальной (базовой) температуры Т0; уравнения связи R=f(Т), C=f(T). G-f(T); необходимое количество токовых отсчетов isi(tj), is2(ti), i=l,Nt по времени; требуемое разрешение AL по длине датчика (NX=L/AL). Приводим параметры к безразмерному виду;

2. Подаем на концы ОРД прямоугольные импульсы напряжения Usi(t), uS2(t) и измеряем токи isl(t), is2(t) в интервале 0<t<T. При необходимости определения более двух коэффициентов в (1) дополнительно измеряем напряжения во внутренних точках РД. Проводим нормировку измеренных напряжений us и токов is (rs=is/(usiALR0)); (

3. Решаем обратную коэффициентную задачу восстановления нормированных погонных параметров a(x,T),G(x,T),С(х,Т), как задачу, оптимального управления; коэффициентами параболического уравнения (1).

- .'.4,.По.найденным распределениям а(х,Т),G(x,T),С(х,Т) и по известным уравнениям связи R=f(Т), C-f(T), G=f(Т) определяем распределение температуры Т(х).

.При проведении численного эксперимента использовалась ЭВМ типа IBM PC 486DX2-66 в операционной среде MS DOS-6.2. Программа реализована на алгоритмическом языке Turbo-Pascal 5.5.

Область решения задавалась на сетке 21x41 при относи-

тельной длине датчика Ь=1 и длительности'-'измерения Тн=0.5. Погрешности измерения токов принимались равной б?-О 1%, -гг? соответствует уровню погрешностей стандартных десятиоитовых АЦП. • '■* *'

Так как , решаемая задача восстановления коэффициентов уравнения (1) относится к некорректным задачам математической физики, то она нуждается в методах регуляризации их решений'. Проведено исследование восстановления погонных параметров РД при различных схемах регуляризации. Исследованы итерационная регуляризация (ИР) ,• регуляризация методом функций Тихонова (ТР) и решением уравнений Эйлера (ТРЭ) для сглаживающего функционала Тихонова.

Проведены численные эксперименты по исследованию влияния таких параметров как погрешность измерения токов с концов ОРД, необходимое время измерения, интервал и допустимая погрешность дискретизации по времени на погрешность восстановления искомых распределений.

Численные исследования показали: 1,Работоспособность измерительного .алгоритма. Алгоритм позволяет эффективно восстанавливать пространственное распределение температуры по длине ОРД по данным токовых измерений, осуществляемых с концов датчика; 2.Наименьшая погрешность алгоритма имеет место при восстановлении погонной емкости С(х,Т) и составляет менее 1%; З.При увеличении погрешности б3 измерения токов (б3>6.3%) наименьшая погрешность восстановления погонных параметров достигается при использовании ТР и ТРЭ регуляризации; 4.Необходимая' длительность измерения Тн, при котором погрешность измерения минимальна, равна (0.4-0.6)Ь2ЕС. 5.При дополнительных измерениях напряжения гк (к=Г7т) во внутренних точках ОРД возможно одновременное восстановление трех погонных параметров а(х,?Р1). й(х,'?Р2)» с(хДгз), что показывает возможность измерения одним распределенным датчиком трех различных полей '^2, '±'рз• Среднее время работы программы, затрачиваемое на одну итерацию, составило 1.5 сек. Число итераций, необходимых для восстановления погонных параметров, в среднем, равно 30.

На рис.2 приведен пример измерения поля температур при.

погрешности измерения токов 0.1%. Термочувствительным элементом является погонная,емкость С(х). На рис.1 обозначены: СоЗ, [+] -истинные значения Т(х), С(х), [*J,Сх] -измеренные значения Т(х) и С(х). Распределение измеряемого температурного поля задавалось в виде: Т(х)=-120х3+117.5хг+5.5х+35[°С]. Уравнение связи (C=f(Т), ТС°С]) задавалось полиномом

С(Т) =2-10~5T3-6.52-10"4Tz -0.52Т+47.17 СнФ], (8)

полученным из данных эксперимента. Среднеквадратическая погрешность восстановления погонной емкости составила 1.2%, а погрешность восстановления температуры - 2.2%.

Третья глава посвящена экспериментальной реализации и исследованию импульсного метода измерения распределения температурного поля Т(х) для ОРД на RC-структурах и амплитудного метода измерения пространственного распределения температурного поля Т(х) для ОРД на резистивно-диодных (РД) структурах.

Эксперименты проводились на теплофизическом стенде, который представлял собой цилиндрический сосуд диаметром 100 мм и высотой 240 мм, заполненный трансформаторным маслом. Стенд позволял формировать распределение температуры Т(х) близкое к равномерному. Значение температуры трансформаторного масла контролировалось платиновым термометром сопротивления типа ИС545 с погрешностью ±0.1°С. Изменение температуры по объему сосуда не превышало ±0.5°С. Измерения проводились в автоматизированном режиме на базе информационно-измерительной системы, разработанной автором.

Приведены,сведения об аппаратуре и схемы эксперимента для ОРД на RC и RD -структурах, изложены методика и алгоритмы обработки измерительной информации. Разработана программа автоматизированного, эксперимента.

Опытный образец одномерного датчика температурного поля RC-типа представлял собой дискретную модель из двадцати одной (Nx=21), последовательно соединенных элементарных ячеек, выполненных на керамических конденсаторах с высоким температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) и прецезионнык резисторов. Номинальные значения емкости были равны 34нФ (при Т=24.1°С), а сопротивления - 14 кОм. Конденсаторы, выполняющие роль термочувствительных элементов, были отобраны после предварительной тренировки, из большой партии (500 шт.). Измеритель-

ная база ОРД составляла 200 мм. Тарировочная зависимость C=f(T) емкости от температуры определялась экспериментально в диапазоне 30-100°С и аппроксимировалась полиномом вида (8).

На рис.3, приведены результаты измерения с помощью ОРД на RC-структуре однородного температурного'поля Т(х)=Т (Т=34.9°, 39.4°, 49.7°) при погрешности измерения входных токов 0.2%. Среднеквадратические погрешности измерения температурного поля Т(х) соответственно составили 4.9, 4.7, 4.5%, что незначительно (на £-3%) отличается от,результатов предварительного численного эксперимента. При этом абсолютная погрешность не превышала 1.8°С.

Электрическая схема измерения и схематическая конструкция РД, поясняющие амплитудный метод измерения температурного поля Т(х) на полупроводниковой трехслойной р-п-р (или п-р-п) структуре изображена на рис.4. Электрическая модель полупроводникового РД представляет собой одномерную распределенную резистив-но-диодную структуру длиной L. Для электрического воздействия и наблюдения доступны только концы датчика (x--ü,x=L). Функциональная связь между поперечной дифференциальной проводимостью yfl=f(T) и температурой считается известной. Измеряется дифференциальная входная проводимость РД YS(US) в диапазоне 0<Us<E, по которой определяется сначала распределение поперечной дифференциальной проводимости Уд(х), а затем - искомое температурное поле Т(х)

Опытный образец датчика реаистивно-диодного (RD) типа представлял собой дискретный эквивалент РД, составленный из тридцати (Nx=30) последовательно соединенных элементарных ре-зистивно-диодных ячеек, выполненных на миниатюрных кремниевых диодах и малогабаритных прецизионных резисторах номиналом 4.7 Ом. Роль термочувствительных элементов выполняли диоды, которые были отобраны из большой партии (500 шт.) после предварительной термотеской тренировки. Дополнительно, для увеличения точности измерения температурного поля, проводилась градуировка РД. Среднеквадратическая погрешность измерения температурного поля в диапазоне +50-170°С не превышала 1%. При этом абсолютная погрешность не превышала 1.5°С. На рис.5 представлены результаты измерений температурного поля металлического образца через 5, 15 и 40 минут после начала нагревания по длине

ТОО

0£1\< Е

проводящий слой

Рис.4

ТМ 100

90

80

1 4 1

Н '♦♦♦Ж.

к*' х*** X XX пп (XXX. ххх >хх хХХХ,

00( 0900 1 0 и 00 1 соо 5 100 еоо0| 30

0 0.25 0.5 0.75 1

Рис.5

РИС.6

датчика, а на рис.6 схема расположения ОРД и карта температур на поверхности того же объекта через 40 минут после начала нагревания.

В четвертой- главе рассмотрены электрические схемы сопряжения ОРД со вторичной аппаратурой, структуры построения автоматизированных измерительных систем, выработаны требования к основным параметрам ОРД и измерительного устройства.

Определены требования к разрядности используемого АЦП в зависимости от точности восстановления погонных параметров ОРД на !?С-структурах. Дана оценка апертурного времени 1в Еыборки устройства выборки-хранения (УВХ) при заданной относительной погрешности бд измерения токов

•1

< Д1 ( -:-- - 1), (9)

(1 " бд)2

где М,= Тн/Иь Тн" длительность измерения переходной характеристики, Тц=(0.4-0.б)!?стСст» Нст=ЬК и ССт=ЬС - статические значения сопротивления и емкости РД, ^-количество измерений переходной характеристики тока. При заданном выборки УВХ оценка допустимых электрических параметров ОРД определяется по соотношению

2.5 N1 1В (1 - бд)2

1?стСст > -5---, (Ю)

1- (1 - бдИ

Рассмотрена дифференциальная схема включения ОРД на НС-структуре, которая позволяет уменьшить динамический диапазон входных токов и устранить неинформативную составляющую сигнала РД, что повышает точность измерения входных данных.

При построении функциональных схем измерительной системы на ОРД 1ЗД-типа учитывались особенности его применения, а именно: для исключения емкостной составляющей тока частоту ш0 измерительного сигнала и3(1)=игпсаз(а>ои необходимо выбирать из условия ы0<1/(!\С), где С, К! - статическая емкость и сопротивление РД; для уменьшения,нелинейных искажений амплитуда ит сигнала и3(1) должна удовлетворять следующему условию ищ^Фт) где Фт - температурный потенциал; вклад спектральных составляющих напряжения развертки ) в результат измерения должны быть минимальными; схема должна обеспечить измерение температуры

при малом отношение сигнал/шум ро=(5/Ш)Ех-

Рассмотрена дифференциальная схема включения ОРД, которая позволяет расширить динамический диапазон датчика в области "малых температур и повысить точность регистрации . Предложена и проанализирована корреляционная схема, которая позволяет существенно повысить соотношение сигнал/шум на входе АЦП.

Приведен пример практической реализации автоматизированной измерительной системы измерения поля температур АИТП-30/90, предназначенной для измерения температуры в технологическом процессе лопастного производства АО Казанский вертолетный завод (АО КВЗ). Эквивалентное число точек измерения одной измерительной секции было равно тридцати. ОРД подключался к измерительному устройству тремя соединительными проводниками. Среднеквадратическая погрешность 6 измерения в интервале измеряемых температур +50°С - +1?0°С при соотношение сигнал/шум ро>1.5 не превышала 1X, что подтверждается соответствующим актом, приведенным в Приложении. Общее число секций, подключаемых к измерительной системе, может быть доведено до 16.

Результаты исследований показали, что разработанная аппаратура позволяет наращивать число точек измерения до 60-90 при незначительном повышении среднеквадратической погрешности (до £%).

Проведенные испытания, подтвержденные соответствующим актом, показали перспективность применения полупроводниковых распределенных датчиков для автоматизированного измерения поля температуры в лопастном производстве, а также в других производствах АО КВЗ, где применяют массовые теплотехнические измерения .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Численные исследования измерительного алгоритма, реализующего импульсный метод измерения температурного поля, показали возможность восстанавления пространственного распределение температуры по длине ОРД по результатам измерений токов с концов датчика. При этом измерительным алгоритмом с наименьшей погрешностью восстанавливается погонная емкость С(х). При дополнительных измерениях напряжения гк (к=1,т) во внутренних

точках ОРД возможно одновременное восстановление двух и трех погонных параметров «(х,^), й(х,?Р2)> С(хДрз) ОРД. Это показывает возможность измерения одним распределенным датчиком до трех различных и независимых друг от друга физических полей

2. Техническая реализация и экспериментальные исследования одномерных распределенных датчиков на КЮ-структурах подтвердили возможность практического применения их в качестве измерителей температурного поля.

3. Технически реализован и практически исследован амплитудный метод измерения температурного поля на нелинейных распределенных датчиках. Исследована возможность практического применения их для измерения температурных полей.

4. Исследованы схемы включения ОРД и сопряжение его со вторичной аппаратурой, на основе которых выработаны требования к электрическим параметрам ОРД и измерительного устройства. Приведен пример практической реализации измерительной системы температурного поля Т(х) на нелинейных распределенных датчиках, предназначенного для применения в лопастном производстве Казанского вертолетного производственного объединения.

5. Научные и практические результаты работы, позволяют разрабатывать и внедрять измерительные системы на основе распределенных датчиков для измерения и контроля температурных полей в различных областях науки, техники и производства, а также в практику научного и технического эксперимента.

Содержание диссертации изложено в работах:

1. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Одномерные.распределенные полупроводниковые датчики теплофизических полей. Тезисы докладов Первой Международной конференции "Датчики электрических и незлектрических величин" (Датчик-93), Барнаул, 1993, том I, с.71-72.

2. Евдокимов Ю.К.,Краев В.В. Численное исследование алгоритма решения обратной коэффициентной задачи для одномерных распределенных датчиков физических полей. // Деп. в ВИНИТИ N1984 В94, 1994. 35 с. 3. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Измерительные алгоритмы для одномерных непрерывно - распределенных датчиков физических полей на основе резистивно - емкостных

структур. // Тезисы докладов Всероссийской НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации 'систем измерения, контроля и управления ("Датчик-94"). Москва-Гурзуф, 1994. Том II, с.282-283.

4. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Одномерный распределенный датчик на полупроводниковых структурах для измерения пространственных характеристик физических полей: устройство и исследование. // Тезисы докладов Всероссийской НТК с „участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения/ контроля и управления ("Датчик-94"). Москва-Гурзуф, 1994. Том I, с.94-95.

5. Евдокимов ¡0.К., Краев В.В. Измерительные алгоритмы для одномерных непрерывно распределенных датчиков физических полей на основе, полупроводниковых.резистивно - емкостных структур. // Тезисы докладов Всероссийской НТК с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" ПЭМ-94 Таганрог, 1994, том I, с.бЗ.

6. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Континуальные и квазиконтинуальные одномерные распределенные полупроводниковые датчики теплофизических полей. // Тезисы докладов Всероссийская НТК с международны?/ участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" ПЭМ-94 Таганрог, 1994, том II.

.7. Евдокимое Ю.К., Краев В.В., ХрамоЕ Л.Д. Способ измерения пространственного распределения температуры. Заявка N' 5054764 на выдачу патента РФ от 15.07.92. г.

8. Евдокимов Ю;К., Краев В.В., Храмов Л.Д.Способ измерения пространственного распределения физического поля. Заявка N93044246 на выдачу патента РФ от 10.09.93. г,

9. Евдокимов Ю.К., Краев В.В., Храмов Л.Д. Термоанемомет-рический способ определения пространственного распределения скорости потока жидкости или газа.// Патент РФ N 2018850.

"10. Евдокимов Ю.К., Краев В.В., Храмов Л.Д. Способ измерения пространственного распределения скорости потока жидкости или газа. Полож. решение по заявка N 93044247 на выдачу патента РФ на изобретение от от 20.02.95. г.

11. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Численное исследование измерительного алгоритма основанного на оптимальном управлении коэффициентами параболического уравнения с частными производ-

ными для одномерных распределенных датчиков. //Межвузовский сборник "Радиоэлектронные устройства и системы",КГТУ(в печати)

12. Краев В.В. Аналоговый интерфейс распределенного полупроводникового датчика для автоматизированных измерительных систем. М.,1995. - 10 с. Деп. в ВИНИТИ 12/07.95, N2117 - В95.

13. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. "Численное исследование измерительных алгоритмов для одномерных распределенных датчиков на основе резистивно-емкостных структур. // Тезисы докладов НТК по итогам работы за 1992-1993 гг. НИЧ - 50 лет. Казанского государственного технического университета Казань, 1994, С.144.

14. Евдокимов Ю.К., Краев В.В. Применение одномерных распределенных полупроводниковых датчиков для измерения температурных полей. // 1 Тезисы докладов НТК по итогам работы за 1992-1993 гг. НИЧ - 50 лет. Казанского государственного технического университета Казань, 1994, С.145.

15. Баширова А.Г., Евдокимов Ю.К., Краев В.В., Нетфуллов Ф.Х. Устройство измерения пространственного распределения температуры. Полож. решение по заявка N 94038391(038277) на выдачу патента га на изобретение от 28.09.95. г.

Печ.л.1.0. Усд.-печ.л.О.93. Усл.кр.-отт.0.98. Уч.-изд.д.1.О,

Казанский государственный технический университет

имени А.Н.Туполева. Ротапринт Казанского государственного технического университета имени А.Н.Туполева. 420111, Казань. К.Маркса, 10.

Формат 60x84 1/16. ' Бумага писчая

. Печать офсетная.

Гираж &0 эк;

\