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 контроля и определения состава веществ

Диссертационная работа:

Барбар Юрий Алексеевич. Измерительный комплекс контроля параметров микроклимата : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.13 : СПб., 2004 164 c. РГБ ОД, 61:05-5/1391

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Основные условные обозначения 5

Введение 6

1. Актуальность работы 6

2. Предмет и метод исследования, цель и задачи работы 8

3. Основные положения, выносимые на защиту 10

4. Практическое использование полученных результатов 10

5. Апробация работы 11

6. Публикации 12

Глава 1. Многоканальные приборы контроля параметров микроклимата. Датчики физических величин. 13

1.1. Постановка задачи. 13

1.2. Анализ методов измерения относительной влажности, температуры, подвижности воздуха и тепловой облучённости объектов. 13

1.3. Анализ современного технико-метрологического уровня многоканальных измерителей параметров микроклимата. 18

1.4. Датчики контроля физических величин, анализ технико-метрологического уровня. 21

1.5. Анализ соответствия современного приборного парка и элементной базы требованиям комплексного мониторинга микроклимата рабочих мест. Разработка технических требований на многоканальные измерительные комплексы. 32

1.6. Выводы по главе. 39

Глава 2. Инструментальные и метрологические аспекты измерения относительной влажности воздуха. 41

2.1. Термины и определения в области гигрометрии газов. Измеряемые и вычисляемые параметры влажности воздуха. Постановка задачи. 41

2.2. Метрологическое обеспечение измерений относительной влажности воздуха. Методы и средства. Разработка генератора влажного газа, отвечающего требованиям поставленной задачи. 46

2.3. Разработка концепции измерителя на основе интегрального датчика относительной влажности. Схемотехника, конструктив, методы настройки в условиях серийного производства. Экспериментальная оценка полученных результатов. 74

2.4. Метролого-статистическая оценка долговременного инструментального и эксплуатационного качества измерений относительной влажности воздуха, по результатам трёхлетней эксплуатации парка серийно произведенных приборов. 96

2.5. Выводы по главе. 99

Глава 3. Определение комплекса температурных показателей, связанных с контролем параметров микроклимата. 101

3.1. Измеряемые и вычисляемые температуры, их метрологическое, аппаратное и математическое обеспечение. Постановка задачи. 101

3.2. Измерение температуры платиновыми термометрами сопротивления. Компенсация собственной нелинейности, схемотехника, методы прецизионной настройки измерительных трактов в условиях серийного производства. 102

3.3. Температура внутри чёрной сферы, средняя радиационная температура. Прямые измерения и косвенные вычисления. Оценка остаточных погрешностей. 109

3.4. Динамические измерения температуры. Быстродействие измерительных зондов, методы и средства по его повышению. 113

3.5. Определение температуры влажного термометра. Непосредственные измерения и вычисления по результатам прямо измеренных параметров микроклимата. 119

3.6. Выводы по главе. 127

Глава 4. Измерения параметров микроклимата: подвижности воздуха и тепловой облучённости. Многоканальные приборные комплексы. 128

4.1. Измерение подвижности воздуха. Схемотехника, конструктив, учёт барометрического фактора, метрологическое обеспечение. 128

4.2. Измерение тепловой облучённости объектов. Расчётные соотношения, аппаратная реализация, метрологическое обеспечение. 136

4.3. Многоканальные комплексы для мониторинга микроклимата. Оценка полученных результатов. 141

Выводы 146

Литература 148

Приложения 

Введение к работе:

1. Актуальность работы.

Контроль среды жизнедеятельности человека является повсеместной и постоянной задачей. Глобализация индустриальных и общественных процессов неизбежно приводит к интенсификации жизнедеятельности социума, что, в свою очередь, приводит к необходимости всё более строгого и объективного контроля безопасности и безвредности для человека среды его обитания и условий труда.

В Российской Федерации защита здоровья человека юридически обеспечивается комплексом Законов и Нормативных Актов. В частности, Санитарные Нормы и Правила Сан.ПиН 2.2.4.548-96 определяют гигиенические требования к микроклимату производственных помещений и направлены на предотвращение неблагоприятного воздействия микроклимата рабочих мест и помещений на работоспособность и здоровье человека. Согласно этим Сан.ПиН [1], показателями, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются:

- температура воздуха, поверхностей;

- относительная влажность воздуха; скорость движения воздуха (подвижность); интенсивность теплового облучения.

В указанных Нормах и Правилах приведены также технические требования по диапазонам и погрешностям измерений соответствующих физических параметров, рекомендации по методологическим, эксплуатационным и метрологическим аспектам, которые необходимо соблюдать при разработке, изготовлении и эксплуатации соответствующего приборного парка.

В соответствии с Законом о Единстве измерений, ст. 13, приборы, предназначенные для подобных измерений, должны быть метрологически обеспечены, подвергнуты Государственным Приёмным испытаниям, включены в Государственный Реестр Средств Измерений, т.е. должны быть допущены к официальному их использованию на территории РФ.

Адекватная оценка воздействия совокупности вышеперечисленных физических факторов производится введением комплексных показателей сочетанного (интегрального) воздействия на человека параметров микроклимата, с помощью индекса тепловой нагрузки среды (ТНС-индекса), или WBGT-индекса, [1]. Такой подход накладывает определённые дополнительные требования к создаваемым приборам в плане одновременного в режиме реального времени измерения всех вышеуказанных физических параметров, оснащения приборов средствами вычислений комплексных показателей.

Помимо защиты здоровья человека, мониторинг качества окружающей среды весьма важен для обеспечения правильного хранения материальных и культурных ценностей (в музеях, библиотеках, банках), продуктов питания и жизнеобеспечения, поддержания технологических процессов на оптимальном уровне. Для обеспечения большого объёма измерений параметров микроклимата требуются современные надёжные портативные, серийно выпускаемые прецизионные многоканальные приборы, метрологически и методически обеспеченные, включённые в Госреестр СИ РФ, имеющие хорошую сервисную поддержку в течение всего срока их службы.

Приходится констатировать, что хотя в стране в эксплуатации находится значительный парк соответствующей измерительной техники, часть этого парка является морально устаревшей, либо снятой с производства, многие приборы чрезмерно сложны в эксплуатации, что зачастую приводит к некорректным измерениям. Значительная часть этих приборов является одно-двухканальной, что затрудняет оперативное и правильное получение значений комплексных показателей воздействия микроклимата на человека в режиме реального времени. Часть этих приборов имеет в своём составе низкокачественные нестабильные сенсоры физических величин, что сказывается на достоверности получаемых результатов.

Так, например, широко используемый в практике аспирационный психрометр является несложным, но весьма капризным прибором, требующим тщательного ухода и скрупулёзной подготовки к правильной эксплуатации, что, по нашим многочисленным наблюдениям, часто не выполняется. В итоге - субъективный фактор приводит к недостоверным результатам при определении температуры смоченного (влажного) термометра, что, в свою очередь, даёт неправильные (завышенные) значения относительной влажности и комплексного ТНС-индекса, в котором эта температура является его основной (70 %) составляющей.

Всё вышеизложенное определяет актуальность диссертационного исследования, посвященного разработке многоканального измерительного комплекса контроля параметров микроклимата, обеспечивающего достоверные измерения в режиме реального времени как собственно физических факторов микроклимата, так и комплексных показателей сочетанного (интегрального) воздействия факторов микроклимата на человека, с обеспечением минимизации возможных субъективных ошибок, связанных с недостаточной квалификацией наблюдателя.

2. Предмет и метод исследования, цель и задачи работы.

Целью работы является исследование и разработка методов и средств измерения параметров микроклимата, определение комплексных параметров воздействия микроклимата на человека, создание на этой основе современных многоканальных измерительных комплексов для использования их в качестве рабочих средств измерений в различных областях деятельности.

Для достижения этой цели требовалось решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методов и средств измерения параметров вышеуказанных физических факторов микроклимата, оценить метрологические и эксплуатационные характеристики серийно выпускаемых приборов.

2. Провести анализ состояния метрологического обеспечения в области измерений относительной влажности газов (воздуха), предложить наиболее перспективный метод, основанный на смешении двух потоков газа, улучшить его характеристики по сравнению с ныне достигнутыми, внедрить в эксплуатацию и обеспечить метрологически генератор относительной влажности воздуха, способный обеспечить процедуру градуировок и поверок в условиях серийного производства.

3. Провести теоретические и экспериментальные исследования по выявлению оптимального соотношения между прямо измеряемыми и косвенно определяемыми параметрами физических факторов микроклимата, с обеспечением требуемой точности измерений и вычислений.

4. Провести экспериментальные исследования по оценке реальных эксплуатационных характеристик серийно выпускаемых датчиков (сенсоров) физических величин, с точки зрения их стабильности, оптимальной совместимости с современными измерительными схемами, выбрать их наилучшие типы, обеспечивающие для названной цели длительную, надёжную, метрологически достоверную их эксплуатацию в составе разработанных измерительных комплексов.

5. Провести математический анализ психрометрических таблиц. Получить оптимальные по структуре аналитические выражения достаточной точности, предназначенные для вычисления абсолютной влажности, психрометрической разности температур, температуры влажного термометра, базирующиеся на основе прямо измеренных значений температуры и относительной влажности воздуха, что оптимизирует построение вычислительной части приборных комплексов, избавляя от необходимости загрузки в неё значительного табличного массива исходных данных.

6. Провести экспериментальные исследования динамических характеристик измерительных зондов, содержащих датчики физических величин, выявить наиболее инерционный канал - канал измерения температуры и разработать метод определения установившихся (истинных) значений температуры по измерениям температуры зонда на начальном, нестационарном временном участке процесса измерения.

7. Провести математический анализ соотношений в пирометрии излучения нагретых тел для определения аналитических выражений по расчету плотности теплового облучения для случая ограниченных спектральных диапазонов регистрации излучения, что позволит оптимизировать структуру тракта измерителя плотности теплового облучения.

8. Провести теоретические и экспериментальные исследования по разработке многоканальных портативных измерительных комплексов повышенной точности, работающих в режиме реального времени и отвечающих требованиям поставленных задач.

9. Разработать методику и аппаратуру для комплексной прецизионной настройки приборных комплексов в условиях серийного производства.

10. Разработать метрологическое оборудование и методики поверок для обеспечения процедур первичных и периодических поверок серийно выпускаемых измерительных комплексов.

При решении поставленных задач использовать теоретические и экспериментальные методы исследований с применением аппарата термодинамики, физики твёрдого тела, теории электротехники и электроники. В работе использовать методы математической статистики и теории погрешностей.

Экспериментальные исследования выполнялись на универсальной и специально созданной контрольно-измерительной аппаратуре, предназначенной для измерения физических и электрических величин.

Проверка разработанных алгоритмов функционирования, вычислений и схемотехнических решений проводилась с помощью математических моделей и экспериментального макетирования.

3. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Принципы построения многоканальных портативных приборных комплексов, предназначенных для измерения параметров физических факторов микроклимата.

2. Алгоритм вычисления и программа для ЭВМ по нахождению косвенно определяемых физических факторов микроклимата: абсолютной влажности воздуха, психрометрической разности температур, температуры влажного термометра, базирующихся на результатах прямых прецизионных измерений температуры и относительной влажности воздуха.

3. Алгоритм вычисления номинальной статической характеристики преобразования инфракрасного радиометра на основе предложенного аналитического выражения, учитывающего спектральную характеристику чувствительности используемого приёмника теплового излучения.

4. Методика комплексной настройки многоканальных приборов с использованием имитаторов входного физического воздействия и процедур калибровок-градуировок на физических эталонах.

5. Методика минимизации погрешностей при измерении параметров физических факторов микроклимата.

6. Усовершенствованный генератор относительной влажности воздуха, работающий на принципе смешения двух потоков, обеспечивающий повышение верхнего предела уровня относительной влажности при одновременном увеличении производительности процедур градуировок-поверок в условиях серийного производства приборов.

7. Результаты экспериментальных исследований и основные метрологические характеристики разработанных приборных комплексов контроля параметров микроклимата.

4. Практическое использование полученных результатов.

1. Разработаны технические требования для построения ряда многоканальных измерительных комплексов, предназначенных для контроля параметров физических факторов микроклимата.

2. Создана серия многоканальных измерительных приборных комплексов, предназначенных для решения указанной задачи, проведены их экспериментальные исследования и метрологическая аттестация:

а) 2-х канальный измеритель температуры и относительной влажности воздуха, модель «ТКА-ТВ»

б) 3-х канальный измеритель температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, модель «ТКА-КЛИМАТ»

в) 4-х канальный измеритель температуры, относительной влажности, освещённости и яркости, модель «ТКА-ПК»

г) инфракрасный радиометр для измерения плотности теплового облучения, модель «ТКА-ИКР»

д) 9-канальный приборный комплекс, предназначенный для прямых измерений 8 физических параметров и вычисления 5 параметров микроклимата и показателей сочетанного (интегрального) воздействия, модель «TKA-KEEPER-2».

3. Разработаны и внедрены в практику методические рекомендации для пользователей приборных комплексов на тему специфики и корректной интерпретации результатов, полученных при эксплуатации вышеуказанного парка приборных комплексов.

Работа проводилась совместно с коллективом лаборатории микроклимата научно-технического предприятия «ТКА». Личное участие автора заключалось в анализе состояния технического и метрологического уровня существующего парка приборов, в разработке принципиальных схем создаваемых приборных комплексов, теоретическом анализе и математической интерпретации принципов действия создаваемой техники, их макетировании, натурных испытаниях, экспериментальных исследованиях, проведении метрологической аттестации, разработке схем и узлов метрологического оборудования, в выборе элементной базы, разработке методов и средств комплексной настройки оборудования, расчёте и анализе погрешностей измерений, подготовке публикаций и участии в научно-технических конференциях, выставках и симпозиумах.

5. Апробация работы.

Основные результаты и научные положения, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах. - Международном конгрессе «Art et Chimie», Paris, 1998 г.;

- 4-ом Международном симпозиуме «The 4th International Symposium on Humidity and Moisture», Taipei (Taiwan), 2002 г.;

- Втором научно-техническом семинаре «Проблемы метрологического обеспечения в здравоохранении и производстве медицинской техники», Сочи, 2001 г.;

- Научно-техническом семинаре в ФЦ ГСЭН, Москва, декабрь 2003 г.;

- Научно-практической конференции "Состояние, проблем и опыт аналитического приборостроения для сельскохозяйственного производства, пищевой и перерабатывающей промышленности и робототехнических систем точного земледелия", С-Пб., 2004.

По теме диссертации автором опубликовано 16 печатных работ. 

Подобные работы
Садчиков Валерий Викторович
Комплекс аппаратуры для измерения и контроля параметров светорассеяния пыледымовых образований и наземных движущихся объектов
Курт Виктор Иванович
Аппаратно-методический комплекс метрологического обеспечения средств измерений и контроля параметров тепловизионных приборов
Бобаков Дмитрий Александрович
Разработка методов и измерительно-управляющей системы непрерывного активного контроля комплекса геометрических показателей вкладышей подшипников
Челноков Андрей Викторович
Разработка методов и средств неразрушающего контроля комплекса характеристик качества многослойных изделий в процессе их производства
Величко Александр Павлович
Разработка ИК-радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы
Еськов Александр Васильевич
Приборы и методы оптического контроля параметров импульсных дисперсных потоков
Морозов Олег Геннадьевич
Симметричная двухчастотная рефлектометрия в лазерных системах контроля параметров природной и искусственных сред
Щеников Ярослав Алексеевич
Метод и технические средства активного контроля параметров электрохимического процесса обработки воды ионами серебра
Баринов Михаил Анатольевич
Приборы и методы эксплуатационного контроля параметров радиопрозрачных укрытий антенн СВЧ систем связи
Пастухова Елена Ивановна
Совершенствование средств контроля параметров удара за счет выбора рациональных характеристик датчика скорости

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