Научные основы создания системы ультразвукового контроля параметров технологических процессов АПК

• Автор: Воробьев, Николай Павлович
• Шифр специальности: 05.20.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 392 с. : ил.

Введение.

1. Состояние проблемы ультразвукового контроля параметров технологических процессов

1.1. Обзор методов и технических средств ультразвукового КОНфОЛЯ

1.2. Актуальность измерений состава газообразных сред, уровня и влажности в технологических процессах сельскохозяйственного производства
1.3. Обоснование целесообразности использования ультразвуковых измерений технологических параметров
1.4. Основные направления решения проблемы ультразвукового контроля параметров технологических процессов. Цель и задачи исследования
2. Синтез структуры системы ультразвукового контроля параметров и обоснование требований к ней .

2.1. Структурное описание системы ультразвукового контроля.

2.2. Объекты контроля и контролируемые параметры в технологических процессах агропромышленного комплекса.
2.3. Технологии контроля и требования к измерению концентрации углекислого газа и аммиака в тепличном хозяйстве и в перерабатывающей промышленности

2.4. Технологии контроля и требования к контролю воздушной среды

в производственных помещениях.
2.5. Технолотческис процессы и требования к измерению уровня жидких сред
в перерабатывающих отраслях АПК.,
2.6. Технологические процессы и требования к контролю влажности сена
2.7. Выводы.
3. Разработка методов имитационного моделирования пьезопреобразователей. Выбор н разработка методов ультразвукового контроля параметров
3.1. Разработка методов имитационного моделирования пьезоэлектрических преобразователей.
3.1.1. Метод имитационного моделирования передаточных функций пьезоэлектрических преобразователей
3.1.2. Метод определения переходных и импульсных характеристик пьезоэлектрических преобразователей
3.1.3. Метод определения реакции пьезонреобразователей на сигнал произвольного вида.
3.2. Выбор и разработка методов ультразвукового контроля параметров.
3.2.1. Выбор и разработка методов обеспечения инвариантности,
увеличения соотношения сигналшум, компенсации паразитных времен задержки, а также выбор температуры при контроле параметров
3.2.2. ринципь компенсации нелинейности при акустическом
контроле температуры и состава газов
3.2.3. Разработка метода акустического анализа газовых смесей при
равенстве молекулярных масс исходных компонентов.
3.2.4. Реверберационные явления в акустическом тракте
ультразвуковых приборов и обоснование методов их подавления
3.2.5. Обоснование принципов обеспечения ультразвукового контроля
параметров в сильно флуктуирующих средах
3.3. Выбор и разработка ультразвуковых методов для контроля наличия вредных веществ в производственных помещениях, концентрации аммиака и углекислого газа, уровня жидких сред и влажности сена в технологических процессах агропромышленного комплекса
3.4. Выбор и разработка метода акустической термометрии в технологиях сельскохозяйственного производства.
3.5. Выводы.
4. Разработка методов расчета и проектирования системы ультразвукового
контроля параметров.
4.1. Индикатор наличия вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий
4.1.1. Блок ,чля ультразвукового контроля состава газов
на основе принципа интегральной псевдоселекции
4.1.2. Блок для определения скорости ультразвука с возведение в квадрат отношения скоростей звука в измерительном и эталонном каналах
4.1.3. Канал получения информации ультразвукового индикатора наличия
вредных веществ в воздухе рабочей зоны предприятий АПК
4.2. Прибор для измерения концентрации аммиака в воздухе производственных помещений перерабатывающей промышленности
4.2.1. Способ и устройство коррекции влияния влаги при контроле
концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны.
4.2.2. Структурнофункциональная схема ультразвукового сигнализатора концентрации аммиака
4.2.3. Способ устранения инструментальной погрешности измерителя
скорости ультразвука
4.2.4. Электронный коммутатор измерительных каналов к ультразвуковому сигнализатору концентрации аммиака.
4.3.1 рибор для контроля углекислою газа в атмосфере теплиц
4.4. Прибор для измерения уровня жидких сред в технологиях перерабатывающих отраслей АПК.
4.4.1. Блок измерения уровня аммиака в циркуляционном ресивере
4.4.2. Способ формирования акустического сигнала от дважды отраженного импульса в эталонном канале ультразвукового уровнемера
4.5. Прибор для контроля влажности сена
4.5.1. Двухканальный блок для контроля влажности сена.
4.5.2. Канал получения информации ультразвукового прибора для контроля влажности сена
4.6. Имитационное моделирование приборов, образующих систему ультразвукового контроля параметров технологических процессов АПК
4.7. Выводы
5. Экспериментальные исследования разработанных опытных образцов ультразвуковых приборов
5.1. Индикатор наличия вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений
5.2. Автоматизированная система контроля концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны компрессорного цеха аммиачных холодильных установок
5.3. Прибор для контроля углекислого газа в атмосфере теплиц.
5.4. Измеритель уровня аммиака в циркуляционном ресивере компрессорного
цеха аммиачных холодильных установок
5.5. Прибор для контроля влажности сена в условиях сельскохозяйственного производства
5.6. Выводы
6. Техникоэкономические показатели технологий контроля
параметров технологических процессов и области их применения.
6.1. Конкурентоспособность разработанных ультразвуковых методов контроля параметров технологических процессов
6.2. Способ оценки эффективности принятия решения по результатам определения состояния объекта контроля в АПК
6.3. Реализация основных результатов работы
6.4. Выводы
Заключение
Литература


В связи с этим особую актуальность приобретет исследование и разработка альтернативных методов и средств газового анализа, наиболее полно отвечающих задаче контроля воздушной среды, в том числе, основанные на измерении скорости распространения ультразвуковых колебаний в исследуемой среде. При проведении ультраакустических технологических и аналитических измерений в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях, например, по скорости звука, необходимо эффективное подавление возмущающих воздействий. В большинстве случаев при этом наиболее сильным возмущающим воздействием является температурное воздействие, носящее явно выраженный мультипликативный характер. Но в ряде случаев приходится считаться и с влажностным воздействием, имеющим более сложный характер. Косвенные измерения скорости ультразвука, используемые для этой цели, должны обеспечивать получение отношения скоростей звука в контролируемом и эталонном канале. Из всех косвенных методов измерения скорости ультразвука фазовых, импульсных, частот оимпульсных и других далеко не все могут соответствовать поставленной задаче, а многие при этом имеют дополнительные погрешности измерения, сводящие на нет все преимущества косвенных измерений, обеспечивающих инвариантность по отношению к мультипликативным возмущающим воздействиям . Характерной особенностью косвенных измерений скорости распространения ультразвуковых колебаний является широкий спектр возмущающих воздействий при контроле параметров производственных процессов АПК, а также то, что зачастую измеряется не частота автоциркуляции, а число импульсов синхропоследовательности за определенный промежуток времени, функционально зависящий от паразитных времен задержек в каналах и от времени распространения сигнала между излучателем и преобразователем, т. Все это диктует необходимость обеспечения инвариантности измерений при ультразвуковом контроле этих параметров. Комбинация различных методов например, синхрокольцсвого и импульсного при разработке косвенных способов измерения скорости ультразвука позволяет в ряде случаев упростить их реализацию. Однако и в этом случае проблемными остаются вопросы повышения точности, быстродействия и расширения диапазона измерений. В ряде существующих косвенных ультразвуковых измерителей наблюдается низкая помехозащищенность, поскольку автоциркуляционные измерения наименее помехозащищенные происходят в контролируемой среде, а импульсные измерения более помехозащищенные происходят в эталонной среде. Гак, появление импульса помехи любой физической природы электрической, магнитной, акустической и т. Поэтому необходимо повысить помехозащищенность измерений в указанном смысле. Характерной особенностью применения ультразвукового контроля параметров технологических процессов АПК может быть ситуация, когда диапазон изменения скоростей звука в каналах меняется в очень широких пределах, например, за счет химических реакций, изменения агрегатного состояния веществ, резкого изменения плотности, давления и тому подобное. В этом случае ограничение на диапазон измерений при использовании ряда устройств, например, но работе , остается. Шумовые помехи, проникающие в синхрокольцевых косвенных измерителях скорости ультразвука, представляют значительную опасность для работы приборов, поскольку они могут неограниченно долго циркулировать по синхрокольцу. Если же к шумовым помехам, что характерно при контроле сильнопоглощаюших сред, добавляются флуктуации амплитуды принятого сигнала чего практически невозможно избежать в случае перемещения или перемешивания контролируемой среды в технологиях АПК, то иод вопрос ставится сама возможность измерения скорости ультразвука синхрокольцевым методом в этом случае. В результате возникает необходимость осуществить косвенные измерения скорости ультразвука при сохранении высокой помехозащищенности, точности и надежности работы аппаратуры в упомянутых условия. При контроле газообразных сред но скоросги распространения ультразвука вторым по значимости возмущающим фактором после температу ры является влажность воздуха.