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 механических величин

Диссертационная работа:

Медведев Александр Геннадьевич. Разработка и исследование поверхностных емкостных датчиков для измерения уровня топлива : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.01 / Медведев Александр Геннадьевич; [Место защиты: Ульян. гос. техн. ун-т]. - Ульяновск, 2008. - 235 с. : ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА ПЕРВАЯ. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 14
ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ ТОПЛИВА

  1. Функция преобразования емкостного датчика уровня топлива 14

  2. Функция преобразования поверхностного емкостного датчика 18

  3. Измерительные схемы емкостных топливомеров 27

  4. Разработка и исследование форм электродов для поверхностных 33 емкостных датчиков уровня топлива

  1. Конструкции датчиков 33

  2. Варианты конструкции исследованных датчиков 34

  3. Схема измерительной установки 37

  4. Исследование измерительной схемы датчика 39

  5. Результаты исследования измерительной схемы датчика 42

  6. Исследование поверхностных датчиков 43

  1. Выявление диапазона выходных параметров 44

  2. Сравнение характеристик датчиков 45

  3. Статические характеристики датчиков 46

  4. Температурные характеристики датчиков 60

  5. Результаты исследования поверхностных датчиков 61

1.4.7. Экспериментальное исследование макета прибора 64
Выводы по 1 главе 66

ГЛАВА ВТОРАЯ. ВЫБОР И ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ 70
СХЕМЫ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЕМКОСТНЫХ ДАТЧИКОВ
УРОВНЯ ТОПЛИВА

  1. Емкостно-диодные измерительные цепи 70

  2. Исследование модернизированной измерительной схемы 71

  3. Устройство для измерения емкости конденсатора 76

  4. Исследование измерительной схемы емкостного топливомера 78 Выводы по 2 главе 86

ГЛАВА ТРЕТЬЯ. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТА 89
МНОГОКАНАЛЬНОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ ТОПЛИВА

  1. Разработка макета многоканального датчика уровня топлива 89

  2. Экспериментальные исследования многоканального датчика уровня 92 топлива

  3. Разработка двухканального датчика уровня топлива со встроенным 140 образцовым датчиком

3.4 Разработка и исследование модульного датчика уровня топлива 148

3.5. Разработка алгоритма обработки информации многоканального 154
датчика уровня топлива

Выводы по 3 главе 162

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА 164

ТОПЛИВА

  1. Методы и приборы для исследования параметров жидких 165 нефтепродуктов

  2. Допусковый контроль плотности моторного топлива 177

  3. Емкостные анализаторы детонационной стойкости топлива 181

  4. Датчик анализатора качества автомобильного топлива 186

  5. Расчет поплавка датчика анализатора качества топлива 189

  6. Исследование измерительной схемы емкостного октаномера 191

4.7. Исследование температурных погрешностей емкостного октаномера 196
Выводы по 4 главе 211

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 214

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 218

ПРИЛОЖЕНИЯ

Ш. Стандарты на качественные показатели жидких нефтепродуктов 228

П2. Акт использования 234

Введение к работе:

В настоящее время из нефти вырабатывается более 500 видов продуктов, из них около 90% жидкие нефтепродукты (ЖНП), насчитывающие сотни наименований. Характерной особенностью сырья, промежуточных и конечных продуктов является то, что они представляют собой многокомпонентные смеси углеводородов и других соединений. Каждый тип ЖНП характеризуется десятками параметров, для измерения которых применяется множество методов и приборов, разнородных по принципу действия (механические, электротепловые, СВЧ, оптические, электрохимические, спектральные и т.д.). Такая разнородность и отсутствие универсального подхода к измерению параметров ЖНП сдерживает развитие методов и приборов для автоматизации контроля и управления процессами в соответствующих технологических и технических системах.

Отдельной важной задачей можно считать измерения количества и качества моторного топлива. Современный уровень развития моторостроения и постоянное повышение цен на топливо переводит эти задачи в разряд наиболее острых. На сегодня можно констатировать практическое отсутствие методов и средств оперативного контроля качества моторного топлива в процессе эксплуатации двигателя. Наиболее массовым потребителем моторного топлива являются транспортные средства и в особенности автомобильный транспорт. Задача контроля количества топлива, в процессе эксплуатации автомобиля, решается с использованием датчиков поплавкового типа, являющихся по существу отраслевым стандартом.

Разработанные в начале прошлого века поплавковые датчики наряду с очевидными преимуществами, такими как высокая надежность, независимость от температуры окружающей среды и химического состава топлива имеет ряд существенных недостатков, к основным из которых можно отнести:

низкая точность измерений и практическое отсутствие возможности её повышения с учетом использования все более сложных форм топливных баков;

относительная сложность конструкции датчика, включающего в себя до 50 деталей;

относительная сложность производства датчика, включающего в себя разнообразные производственные процессы, такие как штамповка, переработка пластмасс, механическая обработка, сборка и т.д.;

- инерционность датчика и т.д.

Вышеизложенное обуславливает актуальность задачи разработки и исследования емкостных датчиков уровня и качества моторного топлива.

Целью работы является разработка и исследование топливомеров на основе емкостных датчиков уровня топлива, их измерительных схем и схем сопряжения с внешними устройствами, а также алгоритмов обработки информации микропроцессорными контроллерами или бортовыми ЭВМ транспортных средств, устройствами отображения и сигнализации.

Эта цель достигается решением следующих основных задач:

  1. Разработка и исследование математических моделей и погрешностей предложенных емкостных датчиков уровня топлива, позволяющих получить функции преобразования для информативной составляющей выходной емкости датчика с различными формами электродов конденсатора.

  2. Разработка конструктивных вариантов исполнения емкостного датчика уровня топлива, состоящего из электродов конденсатора, находящегося внутри диэлектрика, а измеряемая жидкость - снаружи, предназначенного для решения задачи измерения уровня топливной смеси в баке транспортного средства и оперативного контроля ее качества.

  3. Исследование факторов, влияющих на чувствительность и погрешности емкостного датчика уровня топлива, с целью обоснования формы электродов конденсатора для повышения чувствительности и помехозащищенности датчика.

  4. Выбор и обоснование измерительных схем для емкостных датчиков уровня топлива, обладающих высокой чувствительностью, стабильностью характеристик и малыми габаритами.

  5. Разработка структурных схем сопряжения с различными внешними устройствами и алгоритмов сбора и обработки информации для различных задач применения, включая оперативную оценку качества топлива.

Методы выполнения исследований. Работа выполнена с использованием методов теории функции комплексного переменного, теории погрешностей средств измерений, физики диэлектриков. Математическое моделирование схем измерительных цепей проводилось средствами программной системы проектирования OrCAD 9.2, пакетов программ Pspice Shematic и Pspice.

Достоверность результатов исследований подтверждена в ходе экспериментальных исследований макетов датчика, выполненных на экспериментальной базе Ульяновского государственного технического университета и производственной базе ОАО «Электроприбор» г. Чебоксары.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:

  1. Предложена методика расчета выходной емкости поверхностного емкостного датчика, основанная на модели плоского конденсатора и на измерении емкости сухого датчика и его емкости при полном погружении в топливо.

  2. Установлены физические и конструктивные факторы, влияющие на чувствительность, погрешность и помехозащищенность, проведено исследование их влияния и разработаны пути улучшения выходных характеристик поверхностных емкостных датчиков.

  3. Предложено для измерения емкости поверхностного датчика использовать емкостно-диодную измерительную схему, размещая ее внутри изоляционного слоя датчика, при этом установлено, что выходной сигнал измерительной схемы на значительном участке статической характеристики линеен, имеет резонансный характер зависимости от частоты напряжения питания и регулируется изменением сопротивления резистора.

  4. Разработаны структурные схемы и алгоритмы сопряжения многоканальных емкостных датчиков с ЭВМ или микропроцессорными контроллерами, включающие прием и обработку измерительной информации, позволяющие

достоверно определять уровень топлива при произвольном значении диэлектрической постоянной топлива и при наличии в топливе примесей и воды. Практическая ценность работы заключается в том, что:

  1. Разработаны и экспериментально исследованы различные конструктивные решения поверхностные емкостных датчиков, получены рекомендации по повышению их чувствительности и помехозащищенности, на основе которых разработан вариант исполнения датчика, защищенный патентом РФ.

  2. Даны рекомендации по выбору элементной базы измерительных схем, обеспечивающих размещение измерительной схемы на едином механическом основании с электродами датчика.

  3. На основе исследований многоканального датчика разработана, изготовлена и исследована конструкция двухканального датчика уровня топлива со встроенным образцовым датчиком с возможностью сигнализации минимального остатка топлива в топливном баке, подключаемые через интерфейсный блок к ПЭВМ, позволяющий вычислительному устройству непрерывно получать информацию о показаниях датчика.

  4. Предложены пути использования разработанных поверхностных емкостных датчиков, а также поплавковых топливомеров для оперативного контроля качества моторного топлива.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы в хоздоговорных НИР, проводимых кафедрой «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета совместно с ОАО «Электроприбор» г. Чебоксары, а также при изготовлении опытных образцов товарной продукции на ОАО «Электроприбор» г. Чебоксары.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и
обсуждались на научно-технических конференциях в Ульяновском
государственном техническом университете, ОАО «Электроприбор», а также на
межрегиональной научно-практической конференции Приволжского региона
(г.Москва, 2006г.). Приоритет основных технических решений,

разработанных в данной работе, защищен патентом РФ №2302617, 2007г.

Результаты исследований использованы на ОАО «Электроприбор» г. Чебоксары для изготовления макетных и опытных образцов дипольных емкостных топливомеров с расширенными функциональными возможностями.

Научные положения выносимые на защиту:

  1. Функция преобразования для информативной составляющей выходной емкости емкостного датчика уровня топлива и основных конструктивных вариантов его реализации.

  2. Результаты исследования чувствительности, погрешностей емкостного датчика и обоснование формы его электродов для повышения чувствительности и помехозащищенности.

  3. Результаты выбора и обоснования измерительных схем для емкостных датчиков уровня топлива.

  4. Структурные схемы сопряжения емкостных датчиков уровня топлива с внешними устройствами и алгоритмы обработки информации для различных задач применения, включая оперативную оценку качества топлива.

Публикации. Результаты диссертации опубликовано в шести печатных работах, включая две статьи из перечня ВАК и патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 110 наименований и двух приложений. Работа содержит 235 страниц текста, 55 рисунков, 340 таблиц.

Подобные работы
Тихоненков Евгений Владимирович
Исследование и разработка способов минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков механических величин
Рухадзе Вилгений Александрович
Разработка, исследование и конструрирование по заданным характеристикам автономных устройств вывода усилия и перемещения из полости избыточного давления
Попов Юрий Николаевич
Разработка и исследование рефлектометрического метода измерения шероховатости сверхгладких металлических поверхностей
Паллаг Сергей Петрович
Исследование и разработка новых принципов построения ультразвуковых измерителей уровня нестационарных сред
Рущенко Нина Геннадиевна
Исследование и разработка методов решения задачи синтеза высокооднородного магнитного поля в МР-томографе
Киселев Сергей Константинович
Разработка и исследование методов и средств автоматизации поверки щитовых электроизмерительных приборов
Шукис Зигмантас Йонович
Разработка и исследование измерительных преобразователей координат положения головы наблюдателя относительно объекта наблюдения
Жарков Владислав Владимирович
Разработка и исследование методов и средств диагностики электрических машин на основе измерения их полей рассеяния
Куратов Константин Александрович
Разработка и исследование помехоустойчивых алгоритмов обнаружения и оценивания временных параметров сигналов в системах сбора и обработки данных
Романова Елена Владимировна
Разработка и исследование технических и организационных мероприятий, обеспечивающих повышение эффективности производства щитовых электроизмерительных приборов

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