УДК 004.9:[658.562.4:681.536.5
Ю. А. ДЕМИНА, Е. Г. ДЕМИНА, А. И. ВЕРЕНИЦЫН
Y. A. DEMINA, E. G. DEMINA, A. I.VERENICYN
ПОДСИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ В БАРОКАМЕРЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПО КОНТРОЛЮ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ
SUBSYSTEM OF STABILIZATION OF TEMPERATURE IN THE PRESSURE CHAMBER OF EXPERIMENTAL SYSTEM ON QUALITY CONTROL OF PRODUCTS
В данной статье рассматриваются подходы к созданию подсистемы стабилизации температуры в барокамере экспериментальной системы контроля качества приборов. Данная подсистема позволяет управлять величиной тока, подаваемого на термоэлектрический модуль, для поддержания воздушной среды управляемого объекта – барокамеры в пределах заданной величины.
Ключевые слова: экспериментальная система, барокамера, термоэлектрический модуль, система стабилизации.
In this article approaches to creation of a subsystem of stabilization of temperature in a pressure chamber of the experimental monitoring system of quality of devices are considered. This subsystem allows to operate size of the current submitted on the thermoelectric module, for maintenance of the air environment of operated object – pressures chamber at the set level.
Keywords: experimental system, pressure chamber, thermoelectric module, stabilization system
Испытание качества изделий часто сопровождается воздействием избыточного давления. В контрольно-испытательном оборудовании для температурных испытаний промышленной продукции, а так же в установках термического контроля технологических сред и систем охлаждения в качестве исполнительных устройств в контуре управления традиционной используются два различных источника энергии. Для нагрева используются электронагреватели (тены), а для охлаждения - испарители парокомпрессионных установок[1-2].
В последнее время проявляется большой интерес к применению термоэлектрического охлаждения и нагрева, что может достигаться за счет использования термоэлектрических модулей Пельтье. Интерес к термоэлектрическим модулям связан с возможностью плавного и точного регулирования холодопроизводительности и температурного режима за счет изменения величины постоянного тока, а так же с легкостью перехода из режима нагрева в режим охлаждения и малая инерционность модуля.
Термоэлектрические модули являются основными элементами любой термоэлектрической холодильной машины.
Модуль является самостоятельно охлаждающим узлом. Однако он не может работать без отвода теплоты от горячей стороны. Поэтому термоэлектрических холодильный блок всегда состоит из трех частей (рисунок 1):
· термоэлектрический модуль (на рисунке показана одна ветвь);
· радиатор горячей стороны модуля;
· радиатор и охлаждаемый объект на холодной стороне.
Это было учтено при создании экспериментальной установки по контролю качества приборов, поскольку в барокамере, где необходимо проводить испытания, наряду с изменением давления, должен поддерживаться определенный температурный режим её воздушной среды. Изменение давления достигается за счет нагнетания или сброса воздуха в барокамеру. При постоянном давлении и отсутствии внутренних источников тепла, установившееся значение температуры воздуха зависит от распределения температуры по поверхности камеры. Нагнетание или сброс воздуха вызывает дополнительное изменение температуры, как в положительном, так и в отрицательном направлении, т. е. происходит резкое изменение температуры воздуха в барокамере. Это может привести к физической поломке испытуемого прибора. Для того, чтобы термостатировать этот процесс, необходимо затратить время на охлаждение или нагрев до нужной температуры, что увеличивает время процесса контроля.
Рисунок 1– Принцип передачи тепла между элементами термоэлектрического устройства
где: 1,5 - радиатор горячей и холодной стороны термоэлектрического модуля, 2 –p –n проводники, 3- керамические пластины, 4- спаи
Для стабилизации температуры в барокамере был введен дополнительный контур управления температурными режимами воздушной среды барокамеры для поддержания температуры на заданном уровне, включающий в себя термоэлектрический модуль, два радиатора горячей и холодной стороны модуля, и два вентилятора[2].
Для управления полученным контуром была построена замкнутая система автоматической стабилизации температуры в барокамере с управлением по току, подаваемого на термоэлектрический модуль (рисунок 2),
Рисунок 2 - Замкнутая система автоматической стабилизации температуры в барокамере
где 
- передаточная функция датчика температуры, 
- постоянная времени датчика;
- передаточная функция регулятора, в качестве которого рассматривается ПИД - регулятор с заданными коэффициентами настройки.
Полученный контур управления был положен в основу создания рассматриваемой в данной статье подсистемы стабилизации температуры.
Она была разработана с использованием с использованием специализированного средства SCADA – системы LabView и входит в состав экспериментальной системы контроля качества приборов (рисунок 3). Эта система позволяет диспетчеру выполнять основные функции по управлению процессом контроля и решить задачу мониторинга изменения давления и температуры и стабилизации температуры в барокамере экспериментальной системы. Данная система 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.
где: 1-2 - управление клапанами и циклом контроля; 3 - датчики приборов; 4 - датчики механизмов; 5 - выпадающий список выбора контролируемых приборов; 6 - таблица контрольных точек технологического процесса контроля для выбранного прибора; 7 - таблица фиксации температур срабатываний приборов; 8 - индикация результатов разбраковки приборов; 9 - осциллограмма, отражающая изменение давления и температуры воздуха в испытательной камере; 10 - текущее значение температуры теплоносителя жидкостного термостата; 11 - текущее значение моделируемой температуры; 12 - текущее значение давления воздуха в испытательной камере; 13 - таблица контрольных точек текущего подцикла контроля; 14 - текущее значение состояния управляющего программного автомата; 15 - текущий подцикл контроля («режим»); 16 - кнопка остановки выполнения программы.
Рисунок 3 – Лицевая панель экспериментальной системы контроля качества приборов
На рисунке 4 представлена блок-диаграмма подсистемы стабилизации температуры в барокамере. Она представляет собой ПИД-регулятор температуры воздуха в барокамере (Т барокамеры) при нагнетании или сбросе воздуха в зависимости от режима изменения давления: МПД – медленный подъем давления, БПД – быстрый подъем давления, МСД – медленный сброс давления, БСД – быстрый сброс давления и т. д. Изменение температуры достигается за счет управления величиной тока (I ТЭМ) подаваемого на термоэлектрический модуль. Значения настроек регулятора для каждого текущего режима извлекается из матрицы параметров настроек регулятора. При изменении тепловой нагрузки связанной с изменением «Режима изменения давления» на период времени выхода на рабочий режим формируется величина тока соответствующая установившемуся значению для данного режима, после чего включается ПИД регулятор с соответствующими коэффициентами настроек.
Рисунок 4 – Блок-диаграмма подсистемы стабилизации воздуха в барокамере
Применение разработанной подсистемы не ограничивается данной конкретной экспериментальной системой, а может найти применение в других системах при производстве и контроле изделий приборостроения, где требуется задание температурных режимов в некоторых объемах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Демина, и управление испытательным комплексом по контролю терморегуляторов [Текст] / , : монография под общ. Ред. , - Орел: ОрелГТУ, 2009
2. Демина, система для комплексного исследования свойств материалов [Текст] / , , // Известия ОрелГТУ. Серия «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. Серия «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии»., 2009, 1/ , С. 102-108.
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» к. т.н., старший преподаватель кафедры "ПМиИ" Тел. (48 E-mail: *****@***ru |
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» к. т.н., доцент кафедры «ПМиИ» Тел. (48 E-mail: *****@***ru |
ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» Аспирант кафедры «ПМиИ» Тел. (48 E-mail: *****@***ru |
