Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения тепловых величин

Диссертационная работа:

Соколов Николай Александрович. Разработка и исследование прецизионного шумового термометра : ил РГБ ОД 61:85-5/954

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 9

I. Разработка методик расчета и выбора типов шумо
вых термометров заданной точности 15

  1. Постановка задачи .

  2. Метод шумовой термометрии 17

  3. Классификация средств шумовой термометрии.... 19

  4. Классификация погрешностей шумовой термометрии 28

  5. Погрешность метода шумовой термометрии 30

  6. Вывод уравнений инструментальной погрешности измерений температуры средствами шумовой термометрии... 35

1.6.1. Определение функции преобразования шумового
термометра непосредственной оценки.

1.6.2. Построение градуировочной характеристики
шумового термометра непосредственной оценки 39

Г.6.3. Вывод уравнений инструментальной погрешнос
ти измерений температуры шумовым термометром непосредс
твенной оценки 40

1.6.4. Вывод уравнений инструментальной погрешнос
ти измерений температуры шумовыми термометрами других
типов. 43

1.7. Разработка методик расчета шумовых термомет
ров различных типов на основе сравнительного анализа
влияния на их точность погрешностей измерительных пре
образователей 45

I.7.I. Сравнительный анализ влияния погрешностей первичных измерительных преобразователей на точность

шумовых термометров различных типов 45

  1. Сравнительный анализ влияния погрешностей линий связи на точность шумовых термометров различных типов... 47

  2. Сравнительный анализ влияния погрешностей масштабных и промежуточных измерительных преобразователей на точность шумовых термометров различных типов.... 53

  3. Сравнительный анализ влияния погрешностей оценок выходных сигналов на точность шумовых термометров различных типов 56

  4. Сводные результаты сравнительного анализа и разработка методик расчета шумовых термометров различных типов 57

1.8. Определение критериев выбора типов разрабаты
ваемых шумовых термометров по результатам обзора и
классификации основных областей применения средств шу
мовой термометрии 59

  1. Обзор и классификация основных областей применения средств шумовой термометрии.....

  2. Определение критериев выбора типов разрабатываемых шумовых термометров 67

1.9. Разработка методик выбора типов шумовых тер
мометров по критериям максимальной технико-экономиче
ской эффективности при ограниченном и неограниченном
времени измерений 70

1.10. Выбор типа разрабатываемого шумового термо
метра 71

1. II. Выводы 73

2. Разработка прецизионного шумового термометра
замещения и теоретическое исследование его точностных

характеристик 75

  1. Постановка задачи

  2. Оптимизация шумового термометра замещения по критерию минимального среднего квадратического отклонения результата измерений температуры

  3. Оценка уменьшения взаимного влияния каналов обработки шумового сигнала в оптимизированном термометре по сравнению с неоптимизированным 81

  4. Разработка первичных измерительных преобразователей и оценка вносимых ими погрешностей 86

  1. Выбор типа первичных измерительных преобразователей по результатам их классификации и сравнительного анализа

  2. Разработка методики расчета параметров первичных измерительных преобразователей заданной точности 90

  3. Расчет параметров первичных измерительных преобразователей и оценка систематических составляющих вносимых ими погрешностей .... 92

  4. Оценка неисклгаченных систематических и случайных составляющих погрешностей, вносимых первичными измерительными преобразователями 94

2.5. Разработка линий связи и оценка вносимых ими
погрешностей. 95

  1. Разработка теплофизической модели и методики конструирования шумовых термометров как приборов контактной термометрии 96

  2. Расчет параметров линий связи 103

  3. Оценка систематических составляющих погрешностей, вносимых линиями связи 106

  4. Оценка неисключенных систематических и слу-

5 чайных составляющих погрешностей,вносимых линиями связи 109

2.6. Разработка масштабного измерительного преоб
разователя и оценка вносимых им погрешностей НО

  1. Разработка коммутатора масштабного измерительного преобразователя III

  2. Разработка предусилителя масштабного измерительного преобразователя.. 115

  3. Разработка основного усилителя и фильтров масштабного измерительного преобразователя 117

  4. Оценка систематических составляющих погрешностей, вносимых масштабным измерительным преобразователем 118

  5. Оценка неисключенных систематических и случайных составляющих погрешностей, вносимых масштабным измерительным преобразователем. 119

  1. Разработка промежуточного измерительного преобразователя и регистрирующего устройства. Оценка вносимых ими погрешностей 121

  2. Оценка и сравнительный анализ точностных характеристик оптимизированного и неоптимизированного шумовых термометров 126

  1. Оценка и сравнительный анализ систематических погрешностей измерений температуры оптимизированным и неоптимизированным шумовыми термометрами

  2. Оценка и сравнительный анализ неисключенных систематических и случайных погрешностей измерений температуры,обусловленных влиянием собственных шумов оптимизированного и неоптимизированного шумовых термометров 132

  3. Обзор и выбор схемотехнических решений, предназначенных для уменьшения погрешностей, обуслов-

ленных влиянием собственных шумов аппаратуры. Оценка
эффективности их подавления 135

  1. Оценка неисключенных систематических и случайных погрешностей,обусловленных неидеальностью линейных систем, введенных для оптимизации шумового термометра 139

  2. Оценка и сравнительный анализ неисключенных систематических и случайных погрешностей измерений температуры оптимизированным и неоптимизированным шумовыми термометрами 143

  3. Сводные результаты сравнительного анализа погрешностей измерений температуры оптимизированным и неоптимизированным шумовыми термометрами 147

2.9. Разработка математического ( программного )
обеспечения оптимизированного шумового термометра 150

2.10. Выводы 152

3. Экспериментальное исследование точностных ха
рактеристик разработанного шумового термометра 155

  1. Постановка задачи

  2. Экспериментальное исследование систематических составляющих погрешности измерений

  3. Экспериментальное исследование неисключенных систематических и случайных составляющих погрешности измерений 157

  4. Разработка методики и результаты экспериментального определения параметров шумового термометра, обеспечивающих минимальное значение суммы неисключенной систематической и случайной погрешностей, обусловленных влиянием собственных шумов 162

3.4.1. Оценка минимального значения суммы неисклю-

7
ченной систематической и случайной погрешностей, обус
ловленной влиянием собственных шумов 162

3-4.2. Описание предлагаемой методики и результа
тов экспериментального определения параметров шумового
термометра, обеспечивающих минимальное значение суммы
неисключенной систематической и случайной погрешностей,
обусловленных влиянием собственных шумов 164

  1. Разработка методики и результаты экспериментального определения параметров шумового термометра, обеспечивающих минимальное значение суммы неисключенной систематической и случайной погрешностей, обусловленных неидеальностью линейных систем, введенных для его оптимизации 168

  2. Сводные результаты теоретических и экспериментальных исследований точностных характеристик разработанного шумового термометра. 171

  3. Выводы 174

4. Измерение термодинамической температуры разра
ботанным шумовым термометром , 176

  1. Постановка задачи

  2. Описание комплекса аппаратуры разработанного шумового термометра, предназначенного для измерений термодинамической температуры 177

  3. Постановка эксперимента 179

  4. Результаты эксперимента 180

  5. Выводы 182

5. Бездемонтажная поверка рабочих термометров соп
ротивления разработанным шумовым термометром 183

  1. Постановка задачи..

  2. Разработка способа бездемонтажной поверки ра-

8
бочих термометров сопротивления 184

5.,3. Описание комплекса аппаратуры разработанного
шумового термометра, предназначенного для бездемонтаж-
ной поверки рабочих термометров сопротивления 186

  1. Постановка эксперимента 188

  2. Результаты эксперимента 191

  3. Выводы 194

Заключение. 195

Список использованной литературы 198

Приложение I. Перечень номинальных значений пара
метров разработанного шумового термометра 212

Приложение 2. Расчет коэффициентов теплообмена.... 214

Приложение 3. Программное обеспечение оптимизиро
ванного шумового термометра 218

Приложение 4. Таблицы результатов експерименталь-
ной проверки точностных характеристик разработанного
шумового термометра 225

Приложение 5. Проверка гипотезы о нормальности
распределения результатов наблюдений температуры с по
мощью разработанного шумового термометра..... 233

Приложение 6. Копии документов, подтверждающих использование и внедрение результатов диссертационной работы

Введение к работе:

Одним из направлений экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года является расширение производства приборов и измерительных устройств для научных исследований и контроля за расходованием топливно-энергетических ресурсов /I/. Это ставит перед приборостроителями и метрологами очередные задачи, направленные на разработку новых и совершенствование существующих методов и средств измерений температуры.

Основой единства измерений температуры является условная Международная практическая температурная шкала МПТШ-68, базирующаяся на первичной термодинамической температурной шкале.

Государственные эталоны и образцовые средства осуществляют воспроизведение и передачу размера кельвина по МПТШ-68, которая лишь с некоторой конечной степенью точности приближается к термодинамической температурной шкале. Это нарушает единство измерений температуры. Возникает задача разработки государственных эталонов и образцовых мер, воспроизводящих термодинамическую температурную шкалу как единственно физически верную. Это - фундаментальная работа, закладывающая основы современной и будущей термометрии /2/.

Для решения поставленной задачи в НПО "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева" наряду с совершенствованием широко известных средств газовой термометрии разрабатываются новые прецизионные средства измерений, основанные на методе шумовой термометрии /3/. Обзор и классификация основных областей применения этих средств выполнены в п.1.8.1. Здесь отметим, что

10 метод шумовой термометрии также перспективен для решения задач контроля за расходованием топливно-энергетических ресурсов. Присущие этому методу особенности позволяют эффективно использовать его для метрологического обеспечения низкотемпературных термометров сопротивления, установленных на криогенных объектах. Применяемые в настоящее время низкотемпературные термометры нуждаются б периодической поверке, требующей их демонтажа с полной остановкой и разборкой всего криогенного оборудования. Такие операции имеют высокую себестоимость и сопровождаются большими потерями времени. Метод шумовой термометрии принципиально позволяет производить безде-монтажную поверку рабочих термометров сопротивления непосредственно на объектах их эксплуатации, что повышает уровень технико-экономической эффективности метрологического обеспечения поверочных операций.

Для реализации перечисленных достоинств указанного метода измерений необходима разработка высокоточных средств шумовой термометрии.

Таким образом, данная диссертационная работа, направленная на создание прецизионного шумового термометра, является актуальной и имеет важное народно-хозяйственное значение. Это подтверждается также тем, что затронутые в ней проблемы отражены в плане экономического и социального развития СССР, планах развития естественных наук, разработанных Академией наук СССР, и в планах метрологических исследований по обеспечению единства измерений в стране, разработанных Госстандартом.

Цель настоящей работы - разработка и исследование прецизионного шумового термометра, предназначенного для измерения термодинамической температуры в лабораторных условиях и

осуществления бездемонтажной поверки рабочих термометров сопротивления в промышленных условиях.

Для достижения указанной цели в диссертации поставлена задача на основе исследований метода и средств шумовой термометрии в метрологическом аспекте, систематизации этих средств и их погрешностей, а также оптимизации их параметров по заданным критериям разработать прецизионный шумовой термометр, изучить его точностные характеристики и с его помощью провести измерение термодинамической температуры и осуществить бездемонтажную поверку рабочих термометров сопротивления.

В поставленной научной задаче может быть выделен ряд вопросов, подлежащих решению в данной работе:

разработать методики расчета и выбора типов шумовых термометров заданной точности;

разработать прецизионный шумовой термометр и провести теоретическое исследование его точностных характеристик;

проверить экспериментально основные результаты проведенных теоретических исследований;

провести измерения термодинамической температуры;

осуществить бездемонтажную поверку рабочих термометров сопротивления.

В диссертации использованы методы теории измерений, теории теплообмена,теории вероятностей и математической статистики, теории обнаружения и оценок сигналов. Основные теоретические результаты проверены експериментально.

Решение теоретических задач посвящены первые два раздела настоящей работы. Результаты экспериментальных исследований приводятся в остальных трех разделах.

В аннотированном виде то новое, что вносится автором в

12 исследование проблемы, может быть сформулировано следующим образом.

Систематизированы средства шумовой термометрии и их погрешности. На этой основе установлены и сопоставлены между собой аналитические зависимости, характеризующие точностные параметры шумовых термометров различных типов и разработаны методики расчета и выбора типов шумовых термометров заданной точности по критериям максимальной технико-экономической эффективности при ограниченном и неограниченном времени измерений.

Поставлена и решена математическая задача оптимизации шумовых термометров замещения по критерию минимального среднего квадратического отклонения результата измерений температуры.

Разработаны методики экспериментального определения параметров оптимизированных шумовых термометров замещения, обеспечивающие минимальное значение суммы неисключенной систематической и случайной составляющих погрешности измерений, обусловленных влиянием собственных шумов и неидеальностью систем, введенных для оптимизации шумовых термометров.

Построена физическая модель линий связи шумовых термометров, на основе которой получены аналитические выражения, характеризующие условия минимизации систематической погрешности измерений, обусловленной совместным влиянием теплофи-зических, электрических и геометрических параметров линий связи шумовых термометров. Экспериментальная проверка показала правильность предложенной модели.

Использование оптимизированных схем построения, предложенных методик выбора типов, а также теоретического и экспериментального определения теплофизических, электрических и

ІЗ геометрических параметров шумовых термометров позволило повысить их точность и разработать шумовой термометр для измерения термодинамической температуры со средним квадратиче-ским отклонением результата измерений 0,003 % в диапазоне (90 - 273) К. С его помощью измерена термодинамическая температура равновесия между жидкой и парообразной фазами кислорода при нормальном атмосферном давлении. Достигнутая точность измерений соответствует современному уровню знаний о значении этой репернои точки.

В диссертации предложен и исследован способ градуировки термометров сопротивления при наличии импульсных аддитивных помех, характерных для промышленных условий эксплуатации шумовых термометров. С помощью аппаратуры, реализующей способ, осуществлена бездемонтажная поверка рабочих термометров сопротивления в промышленных условиях, что позволило повысить технико-экономическую эффективность метрологического обеспечения поверочных операций.

На защиту выносятся следующие основные результаты и научные положения.

Результаты сличения термодинамической температуры репернои точки кипения кислорода, измеренной разработанным шумовым термометром, и температуры, приписанной этой репернои точке в соответствии с МПТШ-68.

Способ градуировки термометров сопротивления при наличии импульсных аддитивных помех и реализующая способ аппаратура, с помощью которой осуществлена бездемонтажная поверка рабочих термометров сопротивления методом шумовой термометрии в промышленных условиях эксплуатации.

Результаты систематизации средств шумовой термометрии и их погрешностей, позволившие

установить и сопоставить между собой аналитические зависимости, определяющие точностные характеристики шумовых термометров различных типов;

разработать методики расчета и выбора типов шумовых термометров заданной точности.

Совокупность результатов теоретических и экспериментальных исследований, позволивших

оптимизировать параметры шумовых термометров по заданным критериям на основе установленных аналитических зависимостей составляющих погрешности измерений в функции влияющих параметров;

разработать прецизионный шумовой термометр, характеризующийся средним квадратическим отклонением результата измерений температуры 0,003 % в диапазоне (90 - 273) К.

Подобные работы
Ходжаев Абдукаххар
Разработка, исследование и практическое применение алгоритмов идентификации и управления для одного класса линейных систем с запаздыванием
Нисковских Виталий Максимович
Создание высокопроизводительных слябовых МНЛЗ (обоснование, разработка, исследование и внедрение в производство). Том 2
Рухадзе Вилгений Александрович
Разработка, исследование и конструрирование по заданным характеристикам автономных устройств вывода усилия и перемещения из полости избыточного давления
Задиранов Александр Никитович
Исследование, разработка и внедрение технологий переработки никелевых и медных техногенных отходов с получением готовой металлопродукции
Садовский Николай Владимирович
Разработка, исследование и практическое применение математических моделей полосковых линий на основе расчета электромагнитного поля методом статистических испытаний
Сапелкин Валерий Сергеевич
Разработка, исследование и внедрение усовершенствованной технологии производства катанки и проволоки для холодной высадки и металлокорда
Пшенкин Сергей Николаевич
Разработка, исследование и оптимизация электрооборудования для прецизионного плазменного раскроя листового металлопроката
Липатов Алексей Александрович
Математическая модель исполнительного двигателя на силовых оболочковых элементах : Разработка, исследование, применение
Рембовский Анатолий Маркович
Теоретические исследования, разработка и внедрение семейства радиосистем автоматизированного радиомониторинга, пеленгования и идентификации источников электромагнитного излучения
Валеев Данис Хадиевич
Разработка, исследование и освоение производства модернизированных дизельных двигателей КАМАЗ для большегрузных автотранспортных средств

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net