УДК 004.415:67.05
, ,
Yulia Al. Demina, Elena G. Demina, Victoria Yu. Presnetsova, Olga V. Pilipenko
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МАНОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕРМОСТАТИРУЕМОЙ БАРОКАМЕРЕ
THE EXPERIMENTAL AUTOMATED INSPECTION SYSTEM OF MANOMETRICAL DEVICES IN SPECIAL THERMOSTATICALLY ALTITUDE CHAMBER
Статья отражает результаты работы по второму этапу проекта ГК № 14.740.11.0546, выполненного в рамках проведения научных исследований по направлению приборостроение, основанное на новых физических принципах. Предложено новое решение контроля манометрических терморегуляторов в термостатируемой барокамере автоматизированного стенда.
Ключевые слова: манометрические терморегуляторы, автоматизированный стенд, барокамера, термоэлектрический модуль, система стабилизации, тепловая модель, аэродинамическая модель, термодинамическая модель
The article reflects results of work on the second stage of project № 14.740.11.0546, which was executed in the context of carrying out of search research effort in a direction the instrument making based on new physical principles. The new decision of control of manometric thermoregulators in thermostatically altitude chamber of automated test bench is offered.
Keywords: manometric thermoregulators, automated test bench, altitude chamber, thermoelectric module, stabilizing system, heat model, aerodynamic model, thermodynamic model
В настоящее время широкое распространение получило серийное производство терморегуляторов, предназначенных для поддержания заданной температуры в бытовых и автомобильных холодильниках, медицинской технике, в системах терморегулирования твердотельных лазеров, компьютерных процессоров и т. д. Несмотря на возрастающий объем электронных систем терморегулирования, использование манометрических терморегуляторов остается актуальным из-за надежности и долговечности, простоты и дешевизны конструкций, высокой точности в малых объемах термостатирования широкого диапазона измерения температуры, возможность работы в высоко - и низкотемпературных условиях [1].
Технический контроль таких приборов осуществляется с помощью автоматизированного стенда и заключается в том, что партия терморегуляторов помещается в воздушную среду специальной барокамеры, а в жидкостной термостат опускаются их чувствительные элементы. Воздействие температуры на контрольную группу терморегулятора заменяется воздействием давления согласно контрольным точкам срабатывания терморегулятора. Недостатком таких испытаний является то, что при быстром подъеме и сбросе давления происходят недопустимые скачки температуры воздуха в барокамере, что может привести к деформации сильфона контролируемого прибора. Стабилизация температуры в барокамере осуществлялась за счет остановки системы, что увеличивало время прохождения контроля. Таким образом, введение в конструкцию барокамеры нового контура управления - системы термостатирования воздушной среды барокамеры, включающей термоэлектрические модули, радиаторы и вентиляторы, проведение расчета и выбора параметров автоматизированного стенда со специальной барокамерой определяет проблему рассматриваемую в данной статье.
Авторами был проведен анализ современных систем стабилизации температуры, которые строятся на основе термоэлектрических модулей (ТЭМ) и позволяют плавно и быстро стабилизировать температуру в любом замкнутом объеме [2].
На основе анализа существующих способов технического контроля работоспособности терморегуляторов, принципов работы испытуемых приборов, их устройства и систем стабилизации температуры, предложено решение [3, 4], основанное на том, что повышение или понижение температуры в барокамере (воздушном термостате) осуществляется с помощью ТЭМ, выделяющих или поглощающих тепловую энергию на одной из их сторон (пластин). Исходя из анализа современных способов контроля терморегуляторов и предложенного решения, была получения схема автоматизированного стенда по контролю терморегуляторов на основе предложенного решения (рис. 1) [5].
Рис. 1. Схема автоматизированной системы по контролю терморегуляторов с использованием встроенных систем термостатирования
1 - контролируемые терморегуляторы, 2 - воздушная среда, 3 - барокамера, 4 - жидкостной термостат, 5 - блок регулирования давления в барокамере, 6 –электроклапаны, 7 – дроссели, 10, 11 - датчики температуры, 12 - датчик давления, 13, 14, 15 - аналого-цифровые преобразователи, 16 - блок сопряжения, 17, 18 - цифро-аналоговые преобразователи с сильноточными выходами, 19, 20 - термоэлектрические модули, 21, 22, 23, 24 – теплообменники, 25, 26, 27, 28 - вентиляторы
Для оптимального подбора элементов автоматизированной системы (термоэлектрических модулей, радиаторов и вентиляторов горячей и холодной стороны ТЭМ) была создана комплексная математическая модель тепловых, аэродинамических и термодинамических процессов, происходящих в барокамере автоматизированного стенда, а также определение оптимальных температурных режимов ее работы [6, 7].
Автоматизированная система (АС) была разработана с использованием с использованием специализированного средства SCADA - системы LabView, позволяющего диспетчеру выполнять основные функции по управлению процессом контроля и решить задачу мониторинга изменения давления и температуры и стабилизации температуры в барокамере автоматизированного стенда. АС включает в себя базу данных, где хранятся данные об испытуемых приборах с их характеристиками, данные о контрольных точках срабатывания приборов в соответствии с их модификацией, данные о результатах тестирования приборов. Кроме этого, предусмотрена возможность сравнения результатов тестирования с требуемыми величинами и получение заключения о годности или негодности прибора.
На рис. 2 представлен фрагмент лицевой панели имитационной модели автоматизированной системы контроля на основе термоэлектрических модулей.
Рис. 2. Фрагмент лицевой панели имитационной модели автоматизированной системы контроля на основе термоэлектрических модулей
При разработке автоматизированного стенда проведен анализ и выбор технических средств: датчиков для измерения физических величин (температуры и давления), схем подключения датчиков, метода измерения сигнала с датчика согласно допустимым погрешностям системы. В данной системе были применены термоэлектрические модули производства предприятия «Криотерм» (г. Санкт-Петербург).
В экспериментальной установке, которая была разработана на основе, приведенных выше теоретических положений (рис. 3), все элементы устройств управления смонтированы в корпусе модернизированного мощного импульсного источника питания формата ATX для персональных компьютеров. Для достижения высокой точности измерений и управления применены 24-х разрядные АЦП AD7793, 12-и разрядные ЦАП AD5522 фирмы Analog Device.
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. Экспериментальная установка
1- набор компрессорного оборудования, 2 – система электродорреслей с переменным проходным сечением, 3- барокамера со встроенными системами термостатирования с ТЭМ, 4 – АЦП\ЦАП, 5 – ноутбук с установленным программным комплексом, 6 – блоки питания, 7 - устройство вывода результатов контроля на экран
Для проверки адекватности, разработанной комплексной математической модели тепловых, аэродинамических и термодинамических процессов, происходящих в специальной барокамере автоматизированного стенда по контролю терморегуляторов, был проведен эксперимент на автоматизированном стенде. При проведении каждого цикла контроля фиксировалось время, и снимались значения температуры воздушной среды барокамеры, в каждом из трех режимов контроля (холод, тепло, норма). Результаты эксперимента и расчетных данных представлены на рис. 4.
Рис. 4. Расчетные результаты и данные эксперимента совместно с расчетными данными рассматриваемого прототипа
1 – изменение температуры без использования системы управления; 2 – расчетное значение изменения температуры с использованием системы управления; 3 – экспериментальное значение изменения температуры с использованием системы управления; 4 - температура жидкостного термостата; 5 – температурный скачок
В эксперименте участвовало одинаковое количество терморегуляторов каждой модификации. Проведенные эксперименты на автоматизированном стенде позволили сравнить расчетные и экспериментальные значения и показали, что расхождение между ними не превысило 11% и подтвердили, что время общего цикла выходного контроля манометрических терморегуляторов в заданных режимах уменьшается в среднем на 30% по сравнению с существующими системами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Демина, и управление испытательным комплексом по контролю терморегуляторов [Текст] / , : монография под общ. Ред. , - Орел: ОрелГТУ, 20c.
2. Демина, система для комплексного исследования свойств материалов [Текст] / , , // Известия ОрелГТУ. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2008, №1-3 , С 56-58.
3. Демина, система контроля манометрических терморегуляторов на основе термоэлектрических модулей Пельтье [Текст] / , , // Известия ОрелГТУ. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2009, 1/ , С 102-108.
4. Демина, температурных полей в барокамере автоматизированной системы для комплексного исследования свойств материалов [Текст] / , , // Известия ОрелГТУ. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2008, №1-3 , С 204-208.
5. Демина, система для комплексного исследования свойств материалов [Текст] / , , // Известия ОрелГТУ. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2008, №1-3 , С 56-58.
6. Демина, модель термодинамических процессов, происходящих в барокамере экспериментальной системы контроля манометрических приборов. [Текст] / , , // Всероссийская научная конференция. Москва, МГТУ им. Баумана, января 2011 г. С. 127-130.
7. Демина, модель тепловых и аэродинамических процессов термостата с модулями Пельтье. [Текст] / // Известия ОрелГТУ. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010, 2/ 210. С 204-209.
ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел
ассистент кафедры "Прикладная математика и информатика"
Россия, г. Орел
Тел.: +7(4862)
e-mail: *****@***ru
ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел
ассистент кафедры "Прикладная математика и информатика"
Россия, г. Орел
Тел.: +7(4862)
e-mail: *****@***ru
ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел
ассистент кафедры "Прикладная математика и информатика"
Россия, г. Орел
Тел.: 8 (48
Email: *****@***ru
ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел
доктор технических наук, доцент, зав. кафедрой "Автоматизированные процессы и машины бесстружковой обработки материалов"
Россия, г. Орел
Тел.: 8 (48
Email: *****@***ru
