Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Проектирование термостатирующих устройств с широтно-импульсной модуляцией управляющих воздействий

Диссертация: Проектирование термостатирующих устройств с широтно-импульсной модуляцией управляющих воздействий
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Также были разработаны новые типы аналоговых и цифровых регуляторов, позволяющие проводить многопараметрическое программное регулирование температуры и других физических параметров и реализовывать различные законы регулирования. В настоящей работе приводится обзор современной элементной базы, включая датчики температуры, исполнительные элементы, автоматические регуляторы, системы охлаждения… Читать ещё >

Содержание

  • Основные обозначения
  • 1. Научные основы термостатирования в приборостроении
    • 1. 1. Методы и устройства регулирования температуры объектов термостатирования
    • 1. 2. Метод широтно-импульсной модуляции при регулировании мощности тепловыделений
      • 1. 2. 1. Прицип действия ШИМ
      • 1. 2. 2. Способы получения ШИМ
      • 1. 2. 3. Практическое применение ШИМ
    • 1. 3. Элементная база для создания термостатов
      • 1. 3. 1. Датчики температуры
      • 1. 3. 2. Регуляторы температуры
      • 1. 3. 3. Термоэлектрические микроохладители
      • 1. 3. 4. Системы отвода тепла
      • 1. 3. 5. Тепловая изоляция
    • 1. 4. Выводы
  • 2. Подогревные термостаты для оптических элементов
    • 2. 1. Основные требования к тепловому режиму оптических элементов
    • 2. 2. Тепловая и математическая модели подогревного термостата
    • 2. 3. Выбор закона регулирования
    • 2. 4. Практическая реализация термостатов
      • 2. 4. 1. Термостат для нелинейного элемента квантрона
      • 2. 4. 2. Система термостатирования устройства для калибровки тепловизионных приборов
    • 2. 5. Выводы
  • 3. Система регулирования температуры в сушильных и климатических камерах
    • 3. 1. Тепловая и математическая модели камер с внутренним перемешиванием воздуха
    • 3. 2. Закон регулирования температуры и градиента температур в камере
    • 3. 3. Экспериментальное исследование температурных полей в объеме камеры
    • 3. 4. Практическая реализация систем регулирования температуры в камере
    • 3. 5. Выводы
  • 4. Системы термостатирования газового потока
    • 4. 1. Требования к термостату газового потока
    • 4. 2. Тепловая и математическая модели термостата для газового потока
    • 4. 3. Выбор закона регулирования температуры
    • 4. 4. Конструкция подогревного термостата для газоанализатора
    • 4. 5. Конструкция термоэлектрического термостата воздушного потока
    • 4. 6. Выводы
  • 5. Устройство мониторинга удаленных объектов
    • 5. 1. Способы передачи информации в системах мобильной связи
    • 5. 2. Методы преобразования тепловых величин в условный код
    • 5. 3. Метод передачи управляющих воздействий с помощью сотовой связи
    • 5. 4. Выводы

Проектирование термостатирующих устройств с широтно-импульсной модуляцией управляющих воздействий (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В современной промышленности и науке существует большое количество объектов, функционирование которых невозможно без термостатирования, т. е. без поддержания их температуры на некотором определенном уровне с заданной точностью в широком диапазоне температур окружающей среды. К ним можно отнести элементы оптической и лазерной техники, электроники, приборы управления, технологические установки, испытательные стенды и многие другие. Эти объекты характеризуются различными условиями функционирования и предъявляют к термостатам различные требования по температурным диапазонам, точности, времени выхода в рабочее состояние, конструкции и размерам.

При проектировании термостатирующих устройств существует ряд проблем, в том числе минимизация статической и динамической погрешностей термостатирования, градиентов температуры по высоте объекта или камеры, передача результатов измерения и управление объектами, удаленными на значительное расстояние.

В литературе описан ряд термостатирующих приборов, предназначенных для минимизации статической погрешности термостатирования, однако, используемые методы имеют ряд ограничений, что не всегда позволяет использовать их в дальнейших разработках. Ограниченность и невысокая функциональность прежней элементной базы также осложняли разработку.

Бурное развитие микроэлектроники привело к возможности использования микроконтроллеров в термостатирующих устройствах для задания законов регулирования произвольной сложности, применения произвольного количества датчиков, совмещения чувствительных элементов датчиков с аналогово-цифровыми преобразователями и передатчиками в едином корпусе интегральной микросхемы и т. п.

В настоящей работе приводится обзор современной элементной базы, включая датчики температуры, исполнительные элементы, автоматические регуляторы, системы охлаждения, описываются общие принципы передачи данных.

Научная новизна:

— предложены тепловые и математические модели для термостатирую-щих устройств с регулированием температуры, основанным на широтно-импульсной модуляции;

— предложена методика выбора закона регулирования температуры, основанного на широтно-импульсной модуляции, элементов конструкций и их параметров;

— предложена методика выбора параметров подогревного термостата с перемешиванием воздушной среды внутри рабочей камеры;

— разработан метод управления тепловыми процессами в сложных системах термостатирования с помощью мобильных средств связи и его приборная реализация.

Практическая ценность и внедрение.

В результате выполнения диссертационной работы был разработан ряд термостатирующих устройств для лазерных систем, газоанализаторов, испытательных и сушильных камер, позволивший существенно уменьшить статическую и динамическую погрешности поддержания рабочей температуры, повысить КПД и эффективность этих устройств.

Также были разработаны новые типы аналоговых и цифровых регуляторов, позволяющие проводить многопараметрическое программное регулирование температуры и других физических параметров и реализовывать различные законы регулирования.

На основе проведенных исследований и разработок устройств термо-статирования и регулирования теплофизических параметров были созданы приборы, обеспечивающие работу твердотельных лазеров, газоанализаторов, объектов энергетики, технологических и испытательных камер. Результаты работы были внедрены в ЭОЗ «Руссар», УНП «Лазерный центр», ОАО «НПО Прибор», АО «Авантаж-строй», ФГУП НПК «ГОИ им. С. И. Вавилова».

Основные результаты исследований, проведенных при выполнении диссертационной работы, сводятся к следующему:

— разработаны тепловые и математические модели термостатирующих устройств для различных объектов оптико-электронных устройств, технологических установок и устройств газоанализа среды;

— методами минимизации погрешности определены коэффициенты в законах регулирования температуры объектов термостатирования (оптических элементов, сушильных и климатических камер, проб газа);

— исследованы температурные поля в сушильных камерах и определены допустимые скорости перемешивания воздуха при термостатировании;

— разработаны аналоговые и цифровые регуляторы температуры для многопараметрического управления тепловыми процессами;

— проведены испытания термостатов в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды и уточнены законы регулирования температуры;

— разработаны устройства для дистанционного управления теплогидрав-лическими процессами с использованием средств мобильной связи;

— разработаны алгоритмы регулирования теплогидравлическими процессами с использованием датчиков, имеющих различные виды выходного сигнала;

— спроектированы и испытаны устройства регулирования тепловых параметров на основе широтно-импульсной модуляции, реализующие разработанные законы.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Венгеровский J1. В., Вайнштейн А. X. Системы термостатирования в радиоэлектронике. — JL: Энергия, 1969.
  2. Ю. Г., Малюков Г. В. Конструирование систем терморегулирования подвижных радиоэлектронных комплексов. — М.: Сов. радио, 1977.
  3. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы. Конструирование / Под ред. Р. Г. Варламова — М.: Сов. радио, 1980.
  4. Н. А., Андреева JL Б. Тепловой расчет термостатов. — JL: Энер-гоатомиздат, Ленинградское отд-ние, 1984.
  5. В. И., Кораблев В. А., Шарков А. В. Системы термостатирования. Методические указания к лабораторным работам. —СПб: СПбГУ ИТМО., 2006. 51 с.
  6. Андреева J1. Б. Исследование тепловых режимов термостатирующих устройств. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — JL: ЛИТМО, 1972.
  7. С. Ц. Методы расчета тепловых режимов термостатов с тепловыделяющими объектами. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Л.: ЛИТМО, 1975.
  8. С. М. Анализ динамики теплообмена проточных систем термостабилизации тепловыделяющих объектов. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Л.: ЛИТМО, 1975.
  9. Г. Н., Тарновский Н. Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. — Л.: Энергия, 1971.
  10. А. С., Ярышев Н. А. Обобщенный переходный процесс теплообмена однородного тела // Вопросы радиоэлектроники, серия ТРТО. — 1973. Вып. 1.
  11. И. Ярышев Н. А., Столяров А. С. Нестационарный теплообмен объектов с внутренними адиабатически изолированными полостями // Изв. ВУЗов. Приборостроение. 1982. — Т. 25. — № 8.
  12. М. Ю. Тепловое проектирование малогабаритных электрических термостатов для РЭА. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — JL: ЛИТМО, 1984.
  13. П. А. Методы теплового расчета и проектирования подогревных термостатов для объектов приборостроения. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Л.: ЛИТМО, 1986.
  14. В. И. Методы теплового расчета термостатов для систем автоматизированного проектирования. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Л.: ЛИТМО, 1983.
  15. Г. Н., Полыциков Б. В., Коренев П. А. Тепловая модель термостата для электрооптических элементов при различных способах отвода тепла // Известия ВУЗов. Приборостроение. -1978. № 6. — С. 118−122.
  16. П. А., Шар ков А. В. Исследование параметров подогревного термостата с двухпозиционным регулятором // Учебно-технические разработки. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2001.
  17. Н. А. Теоретические основы измерения нестационарных температур. — Л.: Энергия, 1967. — 300 с.
  18. Температурные измерения: Справочник / О. А. Геращенко, А. Н. Гордов, А. К. Еремина и др. / Отв. ред. О. А. Геращенко- АН УССР. Ин-т проблем энергосбережения. — Киев: Наукова думка, 1989. — 704 с.
  19. Точность контактных методов измерения температуры / А. Н. Гордов, Я. В. Малков, Н. Н. Эргардт и др. — М.: Изд-во стандартов, 1976. — 232 с.
  20. Н. А., Махновецкий А. С. О погрешностях измерения нестационарных поверхностных температур // Изв. ВУЗов. Приборостроение. — I960. Т. 3.
  21. И. В. Теория автоматического управления: Линейные системы: Учебное пособие для вузов. — СПб: Питер, 2005. — 333 с.
  22. Автоматизированное проектирование систем автоматического управления / Под ред. В. В. Солодовникова. — М.: Машиностроение, 1990. — 332 е., ил.
  23. Г. М., Дульнев Г. Н., Платунов Е. С., Ярышев Н. А. Прикладная физика. Теплообмен в приборостроении. — СПб: СПбГУ ИТМО., 2003. 560 с.
  24. Большой энциклопедический словарь: В 2-х т. / Гл. ред. А. М. Прохоров — М.: Сов. энциклопедия, 1991.
  25. П., Хилл У. Искусство схемотехники. — М.: Мир, 2003. — 704 с.
  26. В. П. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». — 3-е изд., перераб. — М.: «Энергия», 1978. — 704 с.
  27. Термоэлектрические преобразователи температуры. Теория, практика, развитие / А. В. Белевцев, В. В. Богатов, А. В. Каржавин и др. // Приборы. 2004. — № 4.
  28. Резисторы: Справочник / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Пра-тусевич и др. — М.: Радио и связь, 1991. — ххх е!!!
  29. R. Amador, A. Polanco, H. Hernandez, E. Gonzalez, A. Nagy. Technological compensation circuit for accurate temperature sensor. — Sensors and Actuators A: Physical 1998, Vol. 69, № 2.
  30. D. De Bruyker, R. Puers. Thermostatic control for temperature compensation of a silicon pressure sensor. — Sensors and Actuators A: Physical 2000, Vol. 82, № 1−3.
  31. В. Д., Кругликов П. Ф., Толочков Ю. А. Интегральные датчики давления. Конструкция и технология: учеб. пособие. — М.: Изд-во МАИ, 2001.
  32. А. А. Тонкопленочный пьезоэлектрический датчик давления // Измерительная техника. — 2002. — № 5.
  33. А. Г. Тензорезисторный микроэлектронный датчик давления ДАЭ-100 // Датчики и системы. 2003. — № 11.
  34. П. Г. Экспериментальное исследование совмещенного датчика давления и температуры // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. — 2003. — J№ 12.
  35. Д. В., Заварзин М. А., Орлов Е. Ю. Унифицированные датчики влажности, давления и температуры на основе пьезокварцевых резонаторов // Пром. АСУ и контроллеры. — 2002. — № 2.
  36. А. В. Интегральные датчики абсолютного и избыточного давлений // Микросистемная техника. — 2001. — № 11.
  37. Г. М. Электрические промышленные регуляторы (Electrical industrial controllers): учеб. пособие. — Саратов, 2001.
  38. С. В., Шейнарт В. А. Терморегулятор высокоточный программируемый // Металлургия машиностроения. — 2004. — № 2.39. http://www.anaIog.com/ (Analog Devices)40. http://www.maxim-ic.com/ (Dallas Semiconductors)
  39. В. Ф., Шувалов А. М., Кочергин С. В. Теоретические исследования параметров электронагревательного устройства с саморегулированием мощности // Вестник Тамбовского государственного университета. 2003. — Т. 9. — № 4.
  40. Л. П. и др. К вопросу уменьшения статической нестабильности температуры термостатирования методом тепловой компенсации // Вопросы радиоэлектроники, серия ТРТО. — 1967. — Вып. 2. — С. 17−23.
  41. В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. — М.: Энергия, 1975. 467 с.
  42. А. В. Теория теплопроводности. — М.: Изд-во «Высшая школа», 1967.
  43. К. Б.- пер. с англ. Е. В. Воронова, А. И. Ларина. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. — М.: Постмаркет, 2000.
  44. Термоэлектрическое охлаждение / А. Ф. Иоффе, Л. С. Стильбанс, Е. К. Иорданишвили и др. М-Л: Изд. АН СССР, 1956.
  45. А. И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств. — М.: Физматгиз, 1962.
  46. Термоэлектрическое охлаждение / Л. П. Булат, М. В. Ведерников, А. П. Вялов и др. / Под ред. Л. П. Булата. СПб: СПбГУНиПТ, 2002.
  47. П. С., Кораблев В. А., Шарков А. В. Применение термоэлектрических элементов в системах охлаждения // Изв. ВУЗов, Приборостроение.— 2000. — № 5.
  48. В. А., Тахистов Ф. Ю., Шарков А. В. Прикладная физика. Термоэлектрические модули и устройства на их основе. Учебное пособие / Под ред. проф. А. В. Шаркова. СПб: СПбИТМО (ТУ), 2003. -44 с.
  49. В. Ю., Анисимов А. В. Система термостатирования на однокристальной микроЭВМ и термомодулях Пельтье // Приборы и техника эксперимента. — 2002. — № 3.54. http://www.titan-cd.com55. http://www.thermaltake.com56. http://www.zalman.com
  50. . Р., Любавский Ю. В., Овчинников В. М. Основы лазерной техники. Твердотельные ОКГ / Под ред. акад. А. М. Прохорова. — М.: «Советское радио», 1972. — 408 с.
  51. . Р. Тепловой режим твердотельных оптических квантовых генераторов непрерывного действия. — Л.: Изд-во ЛДНТП, 1970.
  52. Я. И. Основы динамики лазеров. — М.: Наука. Физматлит, 1999. — 368 с.
  53. . Р. Тепловой режим твердотельных импульсных оптических квантовых генераторов. — Л.: Изд-во ЛДНТП, 1970.
  54. В. Г., Тарасов J1. В. Прикладная нелинейная оптика. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 512 с.
  55. А. А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. — М.: МИСИС, 2000.
  56. Л. В. Физические основы квантовой электроники (оптический диапазон). — М.: Сов. радио, 1976. — 368 с.
  57. Янг М. Оптика и лазеры, включая волоконную оптику и оптические волноводы: Пер. с англ. — М.: Мир, 2005. — 541 е., ил.
  58. Koechner W. Solid-state laser engineering / W. Koechner. — 6th ed., rev. and upd. NY: Springer. — 2006. — 747 p.66. «ГСИ. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки». ГОСТ Р 8.619−2006. М.: Стандартинформ, 2006.
  59. Порошковые краски. Технология покрытий. Справочник / Под ред. А. Д. Яковлева. — СПб: Химиздат, 2001. — 256 с.
  60. Шинкель, Линтхорст, Хогендорн (W. М. М. Schinkel, S. J. М. Linthorst, С. J. Hoogendoorn). Стратификация при свободной конвекции в вертикальных полостях // Тр. Амер. о-ва инж.-мех. Сер. С. Теплопередача. — 1983. Т. 105. — № 2. — С. 57−63.
  61. S., «Natural Convection in Enclosures» // Advances in Heat Transfer, Vol. 8, 1972, pp. 161−227.
  62. Микроконтроллерный регулятор температуры MPT110 для сушильно-стерилизационных шкафов / Н. Н. Костин, В. И. Гаврищук, С. А. Зеле-пукин и др. // Мед. техника. — 2002. — № 2.
  63. М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. — М.: Энергия, 1973. 320 с.
  64. А. Н. Лазерная термометрия твердых тел. — М.: Физматлит, 2002.
  65. Тепловой неразрушающий контроль изделий: науч.-метод. пособие / О. Н. Буданин, А. И. Потапов, В. И. Колганов и др. — М.: Наука, 2002.
  66. В. А., Малышев Ю. О., Шевелев Ю. В. Расширение диапазона жидкостного термостата для поверки контактных термометров // Приборы, 2003. № 10.
  67. Г. В. Конструирование измерительной аппаратуры: учеб. пособие. — Комсомольск-на-Амуре: 2001.
  68. Д. С. Система автоматического мониторинга удаленных объектов с использованием каналов сотовой связи // Приборы. — 2004. — № 6 (48). С. 17−18.
  69. Стенд для испытаний приборов и средств защиты на устойчивость к мощным тепловым воздействиям / Д. П. Волков, В. А. Кораблев, Д. С. Макаров и др. // Приборы. 2004. — № 6 (48). — С. 46−48.
  70. Термометрия элементов лазерной техники / А. В. Шарков, В. А. Кораблев, Д. С. Макаров и др. // Приборы. 2005. — № 3 (57). — С. 32−34.
  71. Д. С. Система регулирования расхода и температуры газа в газоанализаторе / Д. С. Макаров- науч. рук. В. А. Кораблев // Вестник II межвузовской конференции молодых ученых: сб. науч. тр. — СПб.: СПбГУ ИТМО., 2005. Т. 2. — С. 151−154.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!