СВЧ датчик плотности теплового потока

• Автор: Станченков, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1 Особенности контроля температуры в камерах сгорания

тепловых энергетических установок

1.1 Принципы термоконтроля

1.2 Термодатчики

1.3 СВЧ диагностика процессов горения в ТЭУ

1.4 Ресурс датчиков плотности теплового потока

Глава 2 Анализ динамических характеристик СВЧ автогенераторных датчиков температуры пламён

2.1 Основные типы автогенераторных датчиков. Классификация

2.2 Физическая модель датчика

2.3 Принцип действия датчика
2.3.1 Динамика датчика в рабочем режиме
2.4 Датчик с выносной антенной в автодином режиме
2.5 Антенна - чувствительный элемент датчика
2.5.1 Конструктивные параметры щели в кольцевой щелевой антенне
2.6 Динамический режим датчика с выносной антенной
2.6.1 Предварительные замечания
2.6.2 Уравнение движения ДАТ в неавтономном режиме
2.6.3 Приближённое решение уравнения диодного автогенератора в неавтономном режиме
2.6.4 Формирование откликов автодинного датчика на контролируемое и помеховые воздействия
2.6.4.1 Отклик резонатора на воздействие тепла и вибрации
2.6.4.2 Отклик датчика на воздействие собственного радиоизлучения пламени (СРП)
2.6.4.3 Главный компонент автодинного отклика в измерительном сигнале
2.7 Датчик со встроенной антенной
2.8 Выводы по главе
Глава 3 Спектр и информационное содержание
измерительного сигнала
3.1 Состав и контролируемая полоса спектра
3.2 Качественное представление структуры измерительного сигнала
3.2.1 Форма спектра суммарного отклика
3.3 Отклик датчика при совместном воздействии температуры и концентрации электронов
3.4 Спектр измерительного сигнала при помеховом вибровоздействии на датчик
3.5 Информационные характеристики контрольного сигнала, как критерии
эффективности датчика
Глава 4 Экспериментальные оценки функциональных возможностей СВЧ датчиков плотности теплового потока
4.1 Датчик в составе многоканальной системы контроля
4.2 Экспериментальные результаты и имитационное моделирование
4.2.1 СВЧ датчики параметров пламён
4.2.2 Имитационная модель датчика плотности теплового потока
Выводы по диссертации
Список литературы
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Развитие теплоэнергетики во второй половине 20-го века наряду с грандиозными успехами характерно участившимися авариями и катастрофами. Наибольшее внимание широкой публики здесь устойчиво привлекают атомные и космические тепловые энергетические установки, третье место принадлежит авиации. Долгое время (в течение десятилетий) главной причиной аварий считался человеческий фактор: безответственность и/или некомпетентность исполнителей в основном низшего производственного звена. Соответственно средством снижения аварийности мыслились в основном административные меры, главным образом потому, что их суть и значимость были понятны высшему руководству, включая лиц, приближённых к генеральным конструкторам. Однако существенных изменений эти меры не давали и за 50 лет космонавтики на 6039 стартов имело место около тысячи аварий.
В российской космонавтике изменение ( вернее, зачатки изменений) такого подхода инициировано четырёхкратным неудачным стартом ракеты «Протон» (семидесятые годы 20-го века) и последовавшим отказом от «Лунной программы» - высадки российских (тогда - советских) космонавтов на Луну. В атомной энергетике рубежом стала Чернобыльская катастрофа.
Думающие инженеры-практики обратили внимание и количественно оценили быстроту аварийных процессов в сопоставлении с быстродействием контрольной аппаратуры и управляющих средств автоматики ТЭУ. Таковое оказалось неблагоприятным.
Более глубокое теоретическое обоснование ситуации в энергетике было сделано нобелевским лауреатом И. Пригожиным, создателем нелинейной (неравновесной) термодинамики.
С точки зрения современной термодинамики, ТЭУ представляет собой неравновесную открытую систему. «Неравновесностъ» означает отсутствие симметрии состояний системы во времени ( «назад пути нет»). «Открытость» означает наличие обмена между термодинамической системой (ТДС) и

влияние её формы на автодинный эффект второстепенно, особенно, при изохронном режиме автогенератора.
Зато они специально выделяют три режима: статический , когда свойства объекта не изменяются (для нас это рабочая точка), квазистатический , когда объект изменяет свойства медленно и поэтому некоторыми производными в укороченных уравнениях можно пренебречь и, наконец, динамический , когда названные только что предположения не соблюдены (фактически для нас это случай попытки контроля процесса, спектр которого шире полосы отклика).
Особенный интерес представляет в [23] раздел «Автодинный отклик с учётом частотного детектирования». Описанный эффект состоит в изменении постоянной составляющей в цепи питания диода и амплитуды колебаний при изменении частоты генерации. Во-первых, здесь наблюдается сходство с откликом на одну из помех, создаваемую в датчиках пламён и обусловленную собственным радиоизлучением плазмы. Во-вторых, это подталкивает к попытке использования наблюдаемого авторами явления для целей контроля. Уже сейчас в применении к космической технике исследуются возможности совершенно новых физических принципов преобразования тепловой энергии в механическую. Ближе других к практическому применению продвинуты ионно-плазменные двигатели, перспективны и другие типы. Новым двигателям присущ более интенсивный энергомассообмен и, следовательно, более высокие значения температур, концентраций электронов и, как следствие более высокие ленгмюровские частоты.
АЭ 1, = *(»”>

Рис. 2.4.1 Типичная эквивалентная схема автодина