Високоточний термоанемометричний витратомір біологічного палива з цифровою обробкою вимірювальної інформації

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.01 - Прилади та методи вимірювань механічних величин. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут». – Київ, 2011. З аналітичного огляду сучасних витратомірів обгрунтовано, що найбільш перспективними є термоанемометричні витратоміри. Обґрунтовано, що задача підвищення точності до 1,5 % та швидкодії вимірювань витрати шляхом використання нового високоточного автоматизованого термоанемометричного витратоміра є актуальною. Розроблено та досліджено новий термоанемометричний витратомір більшої точності (1,5 %) од відомих (3 %). Показано, що збільшення точності розробленого витратоміра забезпечено шляхом використання: запропонованої нової математичної моделі витратоміра з введеними додатковими поправками, що враховують вплив основних конструктивних параметрів приладу, запропонованих у результаті дослідження теплового потоку біопалива, нових методів зменшення похибок ТАВ, апарату штучних нейронних мереж для корекції динамічних похибок ТАВ. Створено програмно-апаратний комплекс на основі ЕОМ, що забезпечує автоматизований процес вимірювань у реальному часі з одночасним документуванням інформації у потрібній формі (цифри, графіки, таблиці). Уперше отримано формули, що пов’язують температуру витрати палива на відстані від нагрівача з об’ємною витратою моторного палива за умови його ламінарної та турбулентної течії через витратомір. Уперше запропоновано застосувати процедуру лінійної апроксимації з одночасним вимірюванням температури у декількох точках потоку моторного палива для підвищення точності витратоміра. Уперше запропоновано для підвищення точності витратоміра реалізовувати обчислення об’ємної витрати моторного палива з використанням штучної нейронної мережі та нейропроцесора у складі цифрової ЕОМ. Експериментально і моделюванням на ЕОМ підтверджено висновки, отримані аналітичним шляхом.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.01 - Приборы и методы измерения механических величин. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт». – Киев, 2011. Из аналитического обзора современных расходомеров обосновано, что наиболее перспективными являются термоанемометрические расходомеры (ТАР). Обосновано, что задача повышения точности до 1,5 % и быстродействия измерений расхода путем использования нового высокоточного автоматизированного ТАР является актуальной. Разработано и исследовано новый ТАР большей точности (1,5 %) по сравнению с известными (3 %). Показано, что увеличение точности разработанного расходомера обеспечено путем использования: предложенной новой математической модели ТАР с введеными дополнительными поправками, которые учитывают влияние основных конструктивных параметров прибора, новых методов уменьшения ошибок ТАР, апарата искуственных нейронных сетей для коррекции динамических ошибок ТАР. Получены аналитические выражения основных погрешностей расходомера, какие учитывают: влияние кривизны поверхности контролируемой детали; влияние смещения сопла двигателя; влияние шероховатости поверхности сопла двигателя. Проведен анализ полученных аналитических выражений погрешностей, предоставлены рекомендации по их уменьшению. Создан програмно-апаратный комплекс на основе ЭВМ, который обеспечивает автоматизорованный процесс измерений в реальном времени с одновременным документированием информации в необходимой форме (цифры, графики, таблицы). Проведено тарировку расходомера на сертифицированном стенде и экспериментальное определение точностных характеристик расходомера. Внедрены результаты расходомера для измерений расходов топлива, приве-ден пример практических использований. ТАР обеспечивает повышение точности и расширение функциональных возможностей измерений расхода моторного топлива, в том числе, – биотоплива. Исследованы характеристики макета расходомера в условиях эксплуатации, что соответствуют расходам моторного топлива, который работает в переменных и нестационарных условиях роботы. Впервые получены формулы, которые связывают температуру расхода топлива на расстоянии от нагревателя с объемным расходом двигательного топлива при условии его ламинарного и турбулентного течения через расходомер. Впервые предложено использовать процедуру линейной аппроксимации с одновременным измерением температуры в нескольких точках потока двигательного топлива для повышения точности расходомера. Впервые предложено для повышения точно-сти расходомера реализовывать вычисления объемного расхода двигательного топлива с использованием искусственной нейронной сети и нейропроцессора в составе цифровой ЭВМ. Экспериментально и моделированием на ЭВМ подтверждены выводы, полученные аналитическим путем.

The thesis is submitted for awarding of a scientific degree of the candidate of engineering science on speciality 05.11.01 - Devices and methods of mechanical values measurement. – National Technical University of Ukraine “The Kyiv Polytechnical Institute” – Kyiv, 2011. The modern flowmeter analytical review has proved that heat-loss anemometrical flowmeters (TAFs) are the most perspective. It is grounded that the problem of accuracy increase up to 1,5 % and the depletion measurement response applying new high precision automated TAF is urgent. The new TAF of greater accuracy (1,5 %) compared to known one (3 %) is developed and investigated. It is shown, that the accuracy increase of the developed flowmeter is achieved by means of: new offered TAF mathematical model capable to input extra corrections considering the influence of basic constructive parameters of the device (obtained as a result of biological fuel flow investigation); new methods of TAF errors decrease; the device of artifical neural networks aimed to correct dynamic TAF errors. The hardware-software complex based on digital computer system is created. This complex provides automated measurements in real time simultaneusely producing the necessary form of documentation (figures, schedules, tables). The formulas which connect the sufficient loss with the sufficient loss of engine fuel provided the application of TAF are obtained for the first time. The procedure of linear approximation with simultaneous temperature measurement of engine fuel is also got for the first time. The calculations of sufficient engine fuel loss, applying artificial neural networks and neuroprocessor as the components of digital computer are offered for the first time. These are aimed to increase the flowmeter precision. The conclusions are proved by experimental way and by means of computed modeling.