CC BY
31
Рисунок 2 - Индикатрисса принимаемого приёмником сигнала
III. Заключение
Приведенные результаты свидетельствуют о том, что только последний вариант конструкции обес-
печивает максимальный угол обзора реально приближенный к 180 °, чего не обеспечивают первые две конструкции приемников.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пилат И.М., Шабашкевич Б.Г., Пироженко С.И. и др. Радиометры энергетической освещенности на анизотропных термоэлементах // Оптический журнал.-2000-Т.67. №3-С.83-85.
2. Деклара^йний патент на корисну модель, 25458 (Укра1на). Приймач випром^ювання/ Шабашкевич Б.Г., Добровольський Ю.Д.-2007.-Бюл. № 12.
3. Добровольский Ю.Д., Шабашкевич Б.Г. Анизотропный приемник теплового излучения на основе ан-тимонида кадмия.// Технология и конструирование в электронной аппаратуре. -2009.-№1. С. 31-33.
4. Василов В.В., Зинькив О.И., Билык С.В., Шайко-Шайковский А.Г. и др. Интрамедуллярный фиксатор с деротационным элементом для остеосинтеза/ В.В.Василов, О.И. Зинькив, С.В. Билык, А.Г. Шайко-Шайковский и др. - Материалы междунар. Симпозиума «Надёжность и качество».- -2013.-Россия, Пенза, 2013, с. 296-297.
5. Перепичка О.В., Кирилюк С.В.,. Зинченко А.Т. Олексюк И.С., Шайко-Шайковский А.Г. Методика нормализации рентгенограмм для обеспечения надёжности и стабильности остеосинтеза/ О.В. Перепичка, С.В. Кирилюк,. А.Т. Зинченко, И.С. Олексюк, А.Г. Шайко-Шайковский - Материалы Междунар. Симпозиума «Надёжность и качество-2007», Россия. -Пенза, -т.2.-с.153-154.
УДК 681.586.773, 621.314.4.61. Кикот В.В.
ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ КОРРЕКЦИИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПЬЕЗОДАТЧИКОВ ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
Рассмотрены возможности повышения точности измерений пьезодатчика динамического давления в условиях воздействия нестационарной температуры рабочей среды. Приводятся результаты имитационного моделирования воздействия термоудара. Изложены результаты экспериментов по определению температурных зависимостей электрических ёмкостей пьезоэлементов. Ключевые слова:
пьезодатчик, динамическое давление, температура, температурная зависимость, температурная погрешность.
пьезоэлемент,
электрическая емкость,
Введение
Измерение динамических давлений пьезодатчи-ками при мощных и быстроизменяющихся температурных воздействиях (термоударах) рабочей среды в диапазоне от минус 253 до 700 °С [1] представляет определенные трудности из-за возрастания до 60 % и более температурной погрешности измерения динамического давления во время температурных переходных процессов в первичном измерительном преобразователе (ПИП) пьезодатчика. Воздействия изменений температуры рабочей среды на пьезодатчик проявляются в изменении
геометрических параметров корпуса, мебраны, пьезоэлементов, креплений пьезоэлементов в ПИП, а также в изменении остаточной поляризации, диэлектрической проницаемости, объемной
плотности и модуля упругости пьезоэлементов [2 - 4].
Уменьшение температурной погрешности пьезо-датчиков осуществляется технологическими методами, путем увеличения термостабильности свойств пьезоэлементов в диапазоне температур от минус 196 до + 200 °С, конструктивными методами, та-
кими как предварительное охлаждение или нагревание до температуры рабочей среды перед началом измерений, применение мембраны, покрытой слоем пористой керамики или кремния, использование мембран различной конфигурации и др. [2 - 6], схемотехническими методами, например, применением термокомпенсации с использованием микропроцессорной обработки [3].
Целью работы является исследование возможностей уменьшения температурной погрешности пье-зодатчиков путём имитационного моделирования термоудара на ПИП пьезодатчика, экспериментального определения температурных характеристик пьезоэлементов для пьезодатчиков из различных пьезокерамических материалов, а также экспериментального исследования путей повышения температурной стабильности характеристик
пьезоэлементов.
Основная часть
Применение средств имитационного моделирования температурных воздействия на ПИП пьезодат-чиков на ранних этапах проектирования позволяет спрогнозировать эффективность различных конструктивных решений по уменьшению температурной
погрешности. С использованием программного обеспечения SolidWorks Flow Simulation построена твердотельная SD-модель ПДД. Проведено моделирование термоудара при воздействии рабочих сред со скоростью течения 1 м/с, давлением 100 атмосфер и температурами минус 196, минус 17 6,
250 °С. Схема установки ПИП в трубопроводе представлена на рисунке 1а. Процесс распределения температур по модели ПИП в процессе имитационного моделирования представлен на рисунке 1б на примере воздействия температуры минус 196 0С.
Рисунок 1
установка ПИП в трубопроводе; б) распределение температур в модели ПИП
Из результатов моделирования видно, что охлаждение рабочего пьезоэлемента ПЭ1 происходит быстрее, чем охлаждение виброкомпенсирующего пьезоэлемента ПЭ2. Температуры ПЭ1 и ПЭ2 выравниваются примерно через 300 сек после начала термоудара.
При экспериментальном термоударном воздействии рабочей среды наблюдалось два момента:
1) В первые 0,5 - 1,5 сек на 60 % и более изменяется выходной сигнал. Конструктивными способами это изменение выходного сигнала от мгновенной деформации мембраны (например, увеличением инерционной массы пьезодатчика, использованием мембраны с покрытием, применением удлинённого силопередающего элемента) без понижения чувствительности пьезодатчика неустранимо, но его можно скомпенсировать с использованием измерительных цепей вторичных измерительных преобразователей (ВИП) схемотехническими способами.
2) В последующие 300-320 сек наблюдается изменение сигнала величиной до 30 - 35 % Это объясняется конструкцией пьезодатчика. Виброком-пенсирующий пьезоэлемент ПЭ2, включенный механически встречно и электрически параллельно с
рабочим пьезоэлементом ПЭ1, воспринимает только воздействие вибрации и температуры. Механически встречным включением ПЭ1 и ПЭ2 обеспечивается противофазность их выходных сигналов от воздействия вибрации, а параллельным электрическим включением обеспечивается сложение сигналов, то компенсация воздействия вибрации. Разные градиенты температуры ПЭ1, поджатого к мембране, контактирующей с рабочей средой, и градиента температуры ПЭ2, находящегося в глубине корпуса ПИП, приводят к различиям амплитуд выходных сигналов с ПЭ1 и ПЭ2. Выходной сигнал ПИП изменяется от пироэффекта в пьезоэлементах ПЭ1, ПЭ2 и пье-зоэффекта, возникающий из-за термоупругих напряжений от различий температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) материалов мембраны, пьезоэлементов, силопередающего элемента (прокладки между мембраной и пьезоэлементом), корпуса пьезодатчика. Это изменение выходного сигнала ПИП может быть скомпенсировано подбором материалов элементов пьезодатчика с требуемыми ТКЛР при конструировании пьезодатчика, а при эксплуатации - схемотехническими способами путём предварительной настройки измерительной цепи ВИП [2, 4, 7].
Рисунок 1
установка ПИП в трубопроводе; б) распределение температур в модели ПИП
Часто повышение характеристик регулировкой изготовлении
стабильности температурных пьезоэлементов осуществляется технологических режимов при пьезоэлементов из керамических
сегнетоэлектриков, например, использование горячего прессования, изменение температурных режимов синтеза и спекания, увеличение активности материала пьезоэлемента к спеканию путём добавления поверхностно-активных веществ при его измельчении и др.
Исследованы температурные
пьезочувствительности dзз,
зависимости относительной
533 1 S0
и
диэлектрической проницаемости
электрической ёмкости Со пьезоэлементов, которые были изготовлены из керамических
сегнетоэлектриков на основе цирконатов-титанатов свинца марок ЦТС-83Г, ЦТСБ и др., в результате было выявлено, что температурные характеристики электрических ёмкостей имеет однозначную зависимость во всем температурном диапазоне, их отклонение от номинального значения достигают 40 %, это позволяет их использовать в
качестве информативных по температуре пьезоэле-мента параметров при разработке измерительных цепей ВИП с коррекцией температурной погрешности. Исследовано влияние температуры спекания пьезоэлементов из керамики ЦТС-83Г на температурную стабильность электрической ёмкости пье-зоэлементов.
На рисунке 3 приведены экспериментально определённые температурные характеристики при изменении температуры в диапазоне от 25 до 200 °С для пьезоэлемента из керамики ЦТС-83Г в зависимости от температуры его спекания при изготовлении. При снижении температуры спекания пьезоэлемента уменьшается влияние температуры Т на величину электрической ёмкости Со пьезоэлемента. Это объясняется уменьшением среднего размера зёрен структуры пьезоэлемента при снижении температуры спекания.
При достижении предела по снижению чувствительности пьезоэлемента к температуре с использованием технологических способов
применяются схемотехнические способы коррекции температурной погрешности с использованием измерительных цепей вторичных измерительных
преобразователей (ВИП), например, на основе анализа информативных по температуре параметров
схемы замещения пьезоэлемента, влияние изменений температуры [3, 5]
отражающих
Рисунок 2 - Температурные характеристики пьезоэлементов из различных материалов
Рисунок 3 - Изменение температурных характеристик пьезоэлементов технологическими способами
Заключение
Современные возможности электрорадиоизделий и комплектующих, которые применяются при реализации схемотехнических способов все чаще позволяют использовать решения, объединяющие ранее несовместимые конструктивные и схемно-технические способы для выполнения требований по точности измерений, энергосбережению, миниатюризации, адаптивности к системам измерений, управления и контроля. Например, стало возможным размещение
пьезоэлектрических датчиков динамических давлений, датчиков температуры, а в необходимых случаях и измерительных цепей этих датчиков, в одном корпусе. Необходимость и актуальность научных исследований способов уменьшения температурной погрешности пьезодатчиков объясняется возможностью (при относительно небольших затратах на разработку) совершенствования их характеристик путём уменьшения погрешностей измерений от вибрации, нестационарной температуры рабочей среды, в том числе её термоударных воздействий.
1. Преобразователи. Системы. Каталог АО
ЛИТЕРАТУРА
«НИИФИ» //
Пенза: «Пензенская правда», 2011. - С. 70-
98.
2. Богуш М.В. Влияние температуры на коэффициент преобразования пьезоэлектрических датчиков [Текст] / М.В. Богуш // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2008. - № 2. - С. 36 - 39.
3. Маланин В.П. Устройство коррекции температурной погрешности пьезоэлектрических датчиков давления [Текст] / В.П. Маланин, А.Л. Шамраков, В.В. Кикот // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль . 2014. №3 (9). - С. 71 - 76.
4. Михайлов П.Г. Вопросы синтеза и анализа метрологических моделей пьезоэлектрических датчиков быстропеременных давлений / П. Г. Михайлов, Е. А. Мокров, В. В. Скотников, Д. А. Тютюников, В. А. Петрин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2014. - No 1 (7). - С. 35-43.
5. Артемов И.И. Прогнозирование надёжности и длительности приработки технологического оборудования по функции параметра потока отказов / И.И. Артемов, А.С. Симонов, Н.Е. Денисова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 3-7.
6. Бастрыгин К.И. К вопросу исследования и проектирования высокотемпературного датчика динамического давления / К. И. Бастрыгин // Надежность и качество сложных систем . - 2015. - № 2 (10). -С. 85-90.
УДК 681.518.3 Кузнецов Р.С.
ФГБУН Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток, Россия
СРЕДСТВА МОНИТОРИНГА, УПРАВЛЕНИЯ И ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОГОДНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Проведен анализ систем автоматического регулирования теплоснабжения. Показан опыт решения проблем мониторинга, анализа и диагностики систем автоматического погодного регулирования. Описано разработанное программное обеспечение для диспетчеризации и удаленного управления процессами регулирования для тепловых узлов с погодными регуляторами. Приведены аналитические зависимости для оценки эффективности регулирования теплоснабжения. Создан метод экспресс-диагностики для разнотипных приборов учёта и регулирования тепловой энергии на основе результатов измерений.
Ключевые слова:
теплоснабжение, погодное регулирование, контроллер отопления, энергосбережение
Введение
Одним из приоритетных направлений в области энергосбережения в системах теплоснабжения зданий является установка систем автоматического регулирования отопления для обеспечения энергоэффективных режимов за счет индивидуального погодного регулирования на тепловом узле. В теплоэнергетике внедрение средств автоматического погодного регулирования (в частности контроллеров отопления) происходит не так масштабно, как средств коммерческого учёта тепловой энергии и теплоносителя. Однако с каждым годом растет число тепловых узлов потребителей, оборудованных автоматическим регулированием.
Выделяют два принципиально различных способа регулирования теплоснабжения - количественный и качественный. В системах централизованного теп-
лоснабжения в нашей стране используется качественный способ регулирования, при котором отпуск теплоты на источнике осуществляется путем изменения температуры теплоносителя подаваемого в теплосеть. При этом расход теплоносителя в тепловом узле каждого потребителя должен оставаться постоянным в течение всего отопительного сезона. Однако качественный способ регулирования осуществляется для всей теплосети и не учитывает тепловой режим каждого потребителя в отдельности. Помимо этого он выполняется зачастую со значительными отклонениями от нормы, что связано как с занижением температуры теплоносителя в холодное время года, так и с ее превышением в периоды межсезонья. В результате потребители устанавливают автоматику на своих индивидуальных тепловых пунктах, совмещая качественное центра-
