LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Ультразвуковий метод, п'єзоелектричні перетворювачі та пристрої контролю в'язкості рідини підвищеної точності для систем керування

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ






КІСІЛЬ Тетяна Юріївна


УДК 681. 2. 08




ультразвуковий метод, п’єзоелектричні перетворювачі та пристрої контроля в’язкості рідини підвищеної точності для систем керування




05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки і систем керування





АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук




Одеса 2003


Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Черкаському державному технологічному університеті

Міністерства освіти і науки України


Науковий керівник доктор технічних наук, професор Шарапов Валерій Михайлович, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедрою компютеризованих та інформаційних технологій в приладобудуванні.


Офіційні опоненти доктор фізико-математичних наук, професор

Курмашев Шаміль Джамашевич, Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова, директор експертного центру “Сенсорна електроніка”.


кандидат технічних наук, доцент кафедри інформаційних систем Глазєва Оксана Володимирівна, Одеський національний політехнічний університет;


Провідна установа: Вінницький державний технічний університет, Міністерства освіти і науки України, кафедра автоматики і інформаційно-вимірювальної техніки, м. Вінниця.




Захист відбудеться “11” грудня 2003 р. о 1330 год. в ауд. 400А на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.



Автореферат розісланий “8” листопада 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, Ямпольський Ю.С.


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ


Актуальність теми. Робота присвячена актуальним питанням вдосконалення відомих та створення нових п'єзоелектричних перетворювачів (ПП), зокрема, п'єзоелектричних перетворювачів в'язкості рідини.

Розвиток автоматичних систем керування та обчислювальної техніки підвищив вимоги, що ставляться до п'єзоелектричних перетворювачів. Знадобилися нові перетворювачі, і зросли вимоги до вже відомих.

Від характеристик перетворювачів значною мірою залежать точність і надійність роботи систем керування і регулювання, приладів контролю технологічних процесів, навколишнього середовища, безпека роботи ядерних, теплових, хімічних установок, тому роботи зі створення нових і вдосконалення відомих перетворювачів є дуже актуальними.

Протягом останніх десятиліть досягнутий певний прогрес у даній області і, як наслідок, була створена значна кількість різних типів п'єзоелектричних перетворювачів, у тому числі, в'язкості рідини.

Параметрами перетворювача, що у багатьох випадках мають найбільш суттєве значення, є його чутливість, робочий діапазон контролю і похибка контролю фізичної величини.

Тому роботи з розширення діапазону контролю і підвищення точності перетворювачів, вдосконалення методів контролю в'язкості є дуже актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота проводилася відповідно до прикладних держбюджетних науково-дослідних робіт “Створення континуальних механіко-математичних моделей і основ аналізу функціональних параметрів і синтезу п'єзоелектричних перетворювачів поліморфного типу, у тому числі з аморфними й алмазоподібними плівками” (держ. реєс.№0100U004418) і “Розробка методів синтезу пєзокерамічних перетворювачів статичних і динамічних тисків, лінійних і вібраційних прискорень із заданими характеристиками” (держ. реєс. №103U003690).

Мета і задачі дослідження. Метою даного дослідження є вдосконалення відомих і створення нових п'єзоелектричних перетворювачів в'язкості рідини.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

  • Проаналізувати переваги та недоліки відомих методіві пристроїв для контролю в'язкості.

  • Спростити алгоритм реалізації ультразвукового (УЗ) методу контролю в'язкості рідини.

  • Розширити діапазон контролю в'язкості рідини.

  • Підвищити точність п'єзоелектричних перетворювачів в'язкості рідини.

    Об'єкт дослідження - п'єзоелектричні перетворювачі фізичних величин.

    Предмет дослідження – ультразвуковий метод, п'єзоелектричні перетворювачі, пристрої контролю в'язкості рідини.

    Методи дослідження. Для розвязання поставленої задачі використовувалися методи лінійної теорії електропружності, теорія коливань, хвильова теорія, фізика твердого тіла, гідродинаміка, теорія п'єзоелектричних перетворювачів, комп'ютерна програма Electronics Workbench 5.12, математична статистика, експериментальні методи досліджень.

    Наукова новизна отриманих результатів:

    Наукова новизна полягає в наступному:

  • Одержав подальший розвиток ультразвуковий метод контролю в'язкості, зокрема, розроблений новий метод контролю в'язкості рідини за допомогою п'єзоелектричних трансформаторів, який полягає у контролі числа вільних коливань перетворювача, що перевищують фіксований рівень. Побудована і досліджена математична модель п'єзоелектричного перетворювача при його взаємодії з рідиною, на підставі чого вперше встановлено, що число затухаючих коливань п'єзоелектричного перетворювача залежить не тільки від величини внутрішнього тертя в матеріалі перетворювача, але і від величини в'язкості рідини та глибини занурення в рідину.

  • Вперше встановлено, що використання в п'єзоелектричних перетворювачах стрижневих і фокусуючих ультразвукових концентраторів коливальної швидкості дозволяє розширити діапазон контроля в'язкості. Встановлено, що в зонах концентратора, де існують максимальні амплітуди коливань, у рідинах з малою в'язкістю виникають кавітаційні пухирці, що спотворюють результати контроля в'язкості.

  • Вперше отримана формула для визначення затухань коливань в залежності від в'язкості рідини.

  • Вперше встановлено, що для підвищення точності контроля в'язкості необхідно розділити коливний перетворювач на дві, з'єднані твердою тягою, частини – зонд, що рухається в рідині, і власне вібратор, що приводить у рух зонд. Установлено, що лінійна швидкість руху зонда (отже, частота й амплітуда коливань) повинна вибиратися такою, щоб число Рейнольдса було б значно менше критичного значення (Re<<2300).

    Практична цінність отриманих результатів полягає в такому:

  • Результати досліджень, розроблені методи і пристрої розширили науково-технічну базу для проектування п'єзоелектричних перетворювачів в'язкості рідини.

  • Розроблений метод контроля в'язкості за допомогою п'єзоелектричних перетворювачів дозволяє спростити процедуру контролю.

  • Використання в якості вібратора концентраторів різних типів дозволило розширити діапазон контролю в'язкості.

  • Використання заглибних зондів дозволило виключити ультразвукові втрати в середовище і підвищити точність контролю в'язкості рідини.

  • Досліджені перетворювачі можуть бути використані в промисловості, зокрема на НПК “Фотоприлад” і в ОАО “Укрпєзо” (м. Черкаси), а також використовуються в навчальному процесі в курсі дисципліни “Перетворюючі пристрої приладів” у Черкаському державному технологічному університеті.

  • Розроблений метод вимірювання в'язкості може бути адаптований для вимірювання фактичної площі контакту – важливої дисипативної характеристики механічного контакту.

    Особистий внесок здобувача. Автором проведений інформаційно-патентний пошук та обрані методи теоретичних та експериментальних досліджень. За результатами роботи опубліковано 33 праці, з них 3 [4, 18, 19] індивідуальні.

    В


  •