Луценко Вадим Юрійович. Створення та дослідження комутаційних перетворювачів сигналів термопар

brief description

Луценко Вадим Юрійович. Створення та дослідження комутаційних перетворювачів сигналів термопар : Дис... канд. наук: 05.11.05 2008

Луценко В.Ю.Створення та дослідження комутаційних перетворювачів сигналів термопар. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.05 прилади та методи вимірювання електричних та магнітних величин. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”. Харків. 2008.
Дисертацію присвячено розробці та дослідженню комутаційних перетворювачів сигналів термопар. Розвинуто й обґрунтовано спосіб комутаційного перетворення термо-ЕРС в короткий імпульс вихідної напруги, що дозволило підвищити чутливість вимірювання температури. Розроблено схеми комутаційних перетворювачів, які дозволяють проводити вимірювання температури з високою швидкодією й роздільною здатністю, контролювати ступінь деградації термопари і досліджувати теплові властивості різних середовищ. Запропонована математична модель комутаційного перетворення та виконано аналіз складових результуючої похибки комутаційного перетворення. Вдосконалено алгоритм вимірювання термо-ЕРС в режимі протікання зовнішнього струму через спаї термопари, що дає можливість виключити вплив на результати вимірювання виділення тепла Джоуля-Ленца.

У дисертації вирішена науково-практична задача, яка полягає в обґрунтуванні і розробці методу комутаційного перетворення термо-ЕРС, його математичного опису, комутаційних перетворювачів і систем вимірювання та контролю температури в трьохзонних ростових печах, що дозволить підвищити точність вимірювання температури за допомогою термоелектричних перетворювачів в умовах їх деградації. Зокрема, отримано наступні результати.

Проаналізовано існуючі способи підвищення точності вимірювання термо-ЕРС термопар, доведено відсутність способів вимірювання, які одночасно забезпечують реалізацію структурно-алгоритмічних підходу та підвищення чутливості, та доказана їх перспективність при вирощуванні нелінійно-оптичних перетворювачів частоти.

Обґрунтовано і розвинуто спосіб комутаційного перетворення термо-ЕРС, що дозволяє отримати коефіцієнт перетворення значення термо-ЕРС у амплітуду вихідного імпульсу більше ніж 103раз, що зумовлює підвищення у стільки ж разів чутливості вимірювань. Розроблено та створено комутаційні перетворювачі, в яких реалізовано цей метод, що дозволяють компенсувати комутаційний шум, збільшити завадостійкість, понизити поріг чутливості вимірювань, контролювати температурний дрейф та ступінь деградації термопари.
Виконано теоретичний аналіз електромагнітних процесів, що відбуваються в перетворювачі безпосередньо після комутації. Запропоновано математичні вирази, що пов'язують параметри вихідного сигналу з параметрами комутаційного перетворювача, а також аналітичні вирази для розрахунку значення чутливості комутаційного перетворювача. Визначено оптимальний режим роботи комутаційного перетворювача, який характеризується максимальним значенням коефіцієнту перетворення.
Експериментально визначено значення параметрів моделі комутаційного перетворювача: приведеної ємності, індуктивності, опору, по яким розраховано значення коефіцієнта перетворення, що становить 2103. Досліджено залежності параметрів вихідного сигналу і коефіцієнта перетворення комутаційного перетворювача від параметрів перетворювача та визначені умови для їх оптимізації.
Визначено межі використання запропонованої моделі комутаційного перетворювача. Встановлено, що значення коефіцієнта перетворення пропорційно зменшується із збільшенням часу перемикання ключа. Визначено, в результаті чисельного моделювання комутаційного перетворювача, оптимальне значення коефіцієнта трансформації, якому відповідає максимальне значення коефіцієнта перетворення.
Розроблено математичні моделі для оцінки адитивної і мультиплікативної складової похибки. Встановлено, що значення результуючої похибки визначається систематичною складовою, яка в перерахунку на вхід перетворювача становить близькоВ.
Розроблено і створено універсальну вимірювальну установку, яка дозволяє контролювати ступінь деградації термопари і досліджувати теплові властивості різних середовищ. Вдосконалено спосіб вимірювання термо-ЕРС в режимі протікання зовнішнього струму через спаї термопари, який дозволяє виключити вплив на результати вимірювання виділення тепла Джоуля-Ленца.
Розроблено і створено термоелектричний термометр на базі комутаційного перетворювача, що дозволяє проводити вимірювання термо-ЕРС термопари з похибкою 0,2 мкВ при цьому час одного вимірювання становить 20мс.
Результати роботи впроваджені в лабораторії нелінійно-оптичних перетворювачів частоти Запорізької державної інженерної академії (м. Запоріжжя) та в науково-впроваджувальному центрі «Елент А». м. Дніпропетровськ).