Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

Миндюк Ярослав Леонович

Прим.№

УДК 543.43.001

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

НЕФЕЛОМЕТРИЧНИЙ АНАЛІЗАТОР АЕРОЗОЛЕЙ

Спеціальність 05.11.13 - прилади і методи контролю та визначення складу речовин

Київ 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:заслужений діяч науки і техніки України, лауреат Державної премії України, доктор технічних наук, професор Бабак Віталій Павлович Національний авіаційний університет, ректор.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Скрипник Юрій Олексійович, Київський національний університет дизайну та технології, професор кафедри автоматизації та комп'ютерних систем;

кандидат фізико-математичних наук, доцент Туряниця Іван Іванович, Ужгородський національний університет, завідувач кафедри приладобудування.

Провідна установа: АНТК “Антонов”

Захист відбудеться “27” травня 2003 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.18 в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37, корпус 1,аудиторія 293.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НТУУ “КПІ” за адресою: 03056, м. Київ, пр. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий “25” квітня 2003 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Н.І. Бурау.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи

Розвиток сучасних аерозольних технологій пов'язаний з небезпекою, тому що деякі аерозолі при певних фізико-хімічних характеристиках і масових концентраціях здатні до самозаймання і вибуху. Підприємства і транспортні засоби викидають велику кількість шкідливих аерозолей, що містять оксиди тяжких металів, сірчані сполуки, радіоактивні речовини і таким чином погіршують екологічний стан навколишнього середовища. Таким чином, активне втручання в небезпечні аерозольні технології, а також оперативний контроль викидів в навколишнє середовище можливі при забезпеченні неперервного, експресного вимірювання масової концентрації аерозолей.

Технічні засоби, що застосовуються зараз для вимірювання масової концентрації аерозолей на підприємствах, транспортних засобах не забезпечують в повній мірі неперервне, експресне вимірювання параметрів аерозолей в реальному масштабі часу. Найкраще цим вимогам задовільняють нефелометричні аналізаотри аерозолей (НАА). Але існують фактори, які обмежують широке застосування НАА при проведенні неперервного, експресного контролю масової концентрації аерозолей, серед яких - погіршення точності вимірювання, в зв'язку з відсутністю методів зменшення впливу на точність вимірювання: варіацій показника заломлення і дисперсного складу частинок аерозолей,що аналізуються, дестабілізуючих факторів.

Таким чином, нагальна потреба здійснювати неперервний високоточний контроль масової концентрації в реальному масштабі часу визначає актуальність постановки та проведення даних досліджень, спрямованих на створення методів і засобів підвищення точності вимірювання НАА.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота виконувалась в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” у відповідності з: постановою ЦК КПРС і Ради Міністрів СРСР від 19 жовтня 1981 №1019 “Об увеличении производства и поставки сельскому хозяйству минеральных удобрений в 1981-1985г”; наказом Міністра приладобудування, засобів автоматизації і систем керування СРСР від 28.12.81р №289; постановою ЦК КПРС і Ради Міністрів СРСР від 12 лютого 1976 №117 “О мерах по развитию промышленности минеральных удобрений и химических средств защиты растений”; спільного наказу Міністра приладобудування, засобів автоматизації і систем керування і Міністра заготівлі СРСР від 16.11.82р №372/381, а також, державною програмою “Приладобудування України”(1996р), програмою “Моніторінг довкілля міста Києва” (1999-2002р).

Мета і задачі дослідження

Мета роботи - підвищення точності вимірювання параметрів аерозолей НАА шляхом корекції впливу варіації дестабілізуючих факторів та варіації показника заломлення і дисперсного складу частинок аерозолей на параметри НАА.

Задачі роботи:

обґрунтування і розробка методу аналізу і корекції впливу дестабілізуючих факторів на результати вимірювання параметрів аерозолей НАА;

розробка методу розрахунку і аналізу впливу варіації показника заломлення та дисперсного складу частинок аерозолей на точність вимірювання параметрів аерозолей НАА;

розробка методів розрахунку параметрів імітатора середовища, що аналізується, (ІАС), який застосовується в якості засобу метрологічного забезпечення НАА;

розробка методології метрологічного забезпечення НАА і засобів їх реалізації;

розробка методики атестації засобів метрологічного забезпечення НАА;

розробка методики і проведення експериментальних досліджень основних метрологічних характеристик НАА.

Наукова новизна одержаних результатів.

Розроблено новий метод аналізу і корекції впливу дестабілізуючих факторів на результати вимірювання НАА, що дає можливість зменшити похибки вимірювання приблизно в два рази;

обґрунтовано методи покращення метрологічних характеристик НАА в умовах дії дестабілізуючих факторів;

розроблено новий метод аналізу впливу варіації показника заломлення та дисперсного складу частинок аерозолей, що аналізуються, на результати вимірювання НАА, що дозволило підвищити точність вимірювання приладу;

запропоновано метод розрахунку параметрів імітатора середовища, що аналізується (ІАС), який дозволяє покращити метрологічні характеристики НАА при застосуванні ІАС в якості засобу метрологічного забезпечення приладу;

розроблено методику градуювання НАА по реальним аерозолям.

Практичне значення одержаних результатів

Запропоновано спосіб визначення концентрації пилу у замкненому об'ємі (а.с. 1203406 МКИ G01N 15/14)

запропоновано схемотехнічні рішення НАА, які дозволяють підвищити точність вимірювання масової концентрації аерозолей в умовах дії дестабілізуючих факторів приблизно в два рази (а.с. 1495691, МКИ G01N 21/47; а.с. 1223093, МКИ G01N 21/53; а.с. 1283692, МКИ G01N 21/47);

створено метрологічне забезпечення і засоби метрологічного забезпечення НАА;

створено методику і проведено експериментальні дослідження параметрів зразкових НАА і ІАС, які атестовані в Держстандарті;

створено НАА - аналізатор типу АСКП-1, який пройшов випробування і впроваджений в експлуатацію у Львівському сільськогосподарському інституті і ГСКТБ сільгоспмашин (м. Львів);

створено НАА - сигналізатор СПКП-1, який пройшов Державні прийомочні випробування, внесений в Державний реєстр №10285-85 і впроваджений в серійне виробництво на Кіроваканському заводі “Автоматика”;

матеріали дисертаційної роботи використані при формуванні програм учбових дисциплін: “Аналітичні прилади і системи”, “Оптико-електронні вимірювальні прилади і системи”, “Фізичні основи оптико-електронних приладів”, які автор викладає на кафедрі НАЕПС НТУУ “КПІ”

Особистий внесок здобувача.

Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Із робіт, що опубліковані в співавторстві, використовуються результати, які отримані особисто пошукувачем. При безпосередній участі автора спроектовано, виготовлено і проведено повний цикл випробувань та експериментальних досліджень таких НАА:

Автоматичний аналізатор вмісту карбамідного пилу - АСКП-1

Сигналізатор порогових концентрацій пилу - СПКП-1

Основні положення, що захищаються:

Методи підвищення точності вимірювання параметрів аерозолей НАА в умовах дії дестабілізуючих факторів.

Системотехнічні реалізації методу підвищення точності вимірювання масової концентрації аерозолей НАА в умовах дії дестабілізуючих факторів.

Метод аналізу впливу варіації показника заломлення і дисперсного складу частинок аерозолей, що аналізуються, на результати вимірювання НАА, який дозволяє покращити метрологічні характеристики НАА.

Метод розрахунку параметрів ІАС і схемотехнічні реалізації цього методу.

Методика та результати експериментальних досліджень по градуюванню НАА реальними аерозолями.

Спосіб і пристрій вивчення концентрації пилу у замкненому об'ємі, які дозволяють покращити метрологічні характеристики НАА.

Апробація результатів дисертації

Результати роботи обговорювались на Республіканській науково-технічній конференції “Фізико-хімічні методи і інженерно-технічні рішення в аналітичному приладобудуванні” (м. Одеса-1984), Всесоюзній науково-технічній конференції “Сучасні методи і засоби автоматичного контролю атмосферного повітря і перспективи їх розвитку” (м. Київ-1987), 3-й Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми екологічного моніторинга і охорони праці” (м. Севастополь-1995), науково-технічній конференції “Приладобудування 2002: підсумки і перспективи” (м. Київ-2002), а також на наукових семінарах Всесоюзного НДІ аналітичного приладобудування Київського НВО “Аналітприлад”, Всесоюзного НДІ хімічних засобів захисту рослин (м. Москва) та кафедри “Наукові, аналітичні та екологічні прилади і системи” (НТУУ “КПІ”).

Публікації

Результати дисертації опубліковані в 7 статтях в наукових журналах, 6 авторських свідоцтвах, 4 тезах конференцій.

Структура та обсяг дисертації

Робота складається із вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків.

Обсяг роботи: 153 сторінок основного тексту, 50 рисунків, 11 таблиць, список використаних джерел - 95 найменувань. Загальний обсяг роботи -184 сторінок

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі виконано аналіз сучасного стану проблеми дослідження параметрів аерозолей. При цьому розглянуто основні параметри аерозолей і підкреслено, що до найважливіших параметрів, які суттєво впливають на точність вимірювання масової концентрації аерозолей, віднесено дисперсний склад і комплексний показник заломлення частинок аерозолей. аерозоль дисперсний заломлення

Аналіз оптичного абсорбційного методу і приладів дослідження параметрів аерозолей показав, що при наявності можливості здійснювати автоматичне вимірювання миттєвого значення концентрації аерозолей без застосування системи підготовки проби, цей метод і прилади не дозволяють здійснювати вимірювання локальних концентрацій, розподілу концентрації аерозолей по об'єму, що аналізується. При цьому на точність вимірювання впливають варіації показника заломлення і дисперсного складу частинок аерозолей, що аналізуються, а також відсутність метрологічного забезпечення абсорбційних аналізаторів.

Метод і засоби лазерного зондування дозволяють проводити дистанційний (до 30км) аналіз параметрів аерозолей, але при цьому кількісну оцінку концентрації і динаміки її зміни неможливо зробити без отримання апріорної інформації про дисперсний, хімічний склад і форму частинок аерозолей, що досліджуються.

Голографічні методи і засоби дозволяють вимірювати об'ємні розміри, форму і тривимірний розподіл параметрів аерозолей по координатам і по швидкостям, але вони не забезпечують автоматичний аналіз параметрів аерозолей в реальному масштабі часу. Головним недоліком голографічних методів є низька чутливість і точність проведення експрес-аналізу параметрів аерозолей.

Проведений аналіз показав, що найперспективнішим серед оптичних методів і засобів дослідження параметрів аерзолей є нефелометричний метод і НАА завдяки високій чутливості вимірювання масової концентрації (до 10^-5мг/м³), можливості проводити автоматично вимірювання в реальному масштабі часі без застосування системи підготовки проби і при цьому отримувати інформацію про локальні концентрації і розподіл концентрацій аерозолей по об'єму, що аналізується. Але в реальних умовах експлуатації варіації показника заломлення та дисперсного складу частинок, що аналізуються, а також вплив дестабілізуючих факторів призводять до погіршення точності вимірювання масової концентрації аерозолей НАА.

Проведено узагальнення результатів аналізу сучасного стану проблеми вимірювання параметрів аерозолей і обгрунтовано напрямки дослідження НАА з метою підвищення точності вимірювання. Відзначено, що для підвищення точності вимірювання необхідно провести дослідження:

розробити методику аналізу і корекції впливу варіації дестабілізуючих факторів на результати вимірювання параметрів аерозолей НАА;

розробити методику розрахунку і аналізу впливу варіації показника заломлення та дисперсного складу частинок аерозолей на точність вимірювання параметрів аерозолей НАА;

розробити методологію метрологічного забезпечення, методи розрахунку, схемотехнічної реалізації та атестації засобів метрологічного забезпечення НАА.

В другому розділі розглянуті методи побудови НАА з покращеними метрологічними характеристиками. Одним із таких аналізаторів є НАА з реєстрацією розсіяного випромінювання під малими кутами (НААРВМК). Розглянута узагальнена структурна схема НААРВМК, яка містить випромінювальну систему, що включає джерело випромінювання (ДВ), систему просторової і спектральної фільтрації випромінювання (СПСФВ), оптичну систему випромінювача (ОСВ), пилозахисний пристрій, систему підготовки і утилізації проби (СПУП), яка містить пристрій підготовки і подачі проби, камеру аналіза і пристрій утилізації проби, фотоприймальну систему, яка включає пилозахисний пристрій, фотоприймальну оптичну систему (ФОС), фотоелектричний перетворювач (ФП) і пристрій переміщення ФП, метрологічний пристрій. Показано, що запропонована структура НААРВМК може вимірювати функції розподілу частинок аерозолей за розмірами і за масою з високими метрологічними характеристиками при застосуванні метрологічного пристрою, але для НААРВМК є характерним наявність значного рівня змінної в часі фонової засвітки, що не дозволяє суттєво покращити їх метрологічні характеристики. Розглянуто методи побудови НААРВМК - аналізаторів гранулометричного складу порошкових матеріалів (НААГСПМ), показано, що в НААГСПМ при вимірюванні інтенсивності розсіяного випромінювання в широкому діапазоні варіацій гранулометричного складу доцільно використовувати інформацію про структурочутливу функцію інтенсивності світлорозсіювання , що дозволяє визначити модальний розмір і відносну півширину функції розподілу частинок за розмірами

(1)

(2)

де - значення кута розсіяння випромінювання, що відповідає максимуму структурочутливої функції ; А,В - константи; - коефіцієнти; - значення інтенсивності розсіяного випромінювання при кутах розсіяння і .

Запропоновано схемотехнічне рішення НААГСПМ, яке захищено авторським свідоцтвом (А.с. СРСР №1770834). В ньому реалізуються залежності (1), (2), що дозволяє покращити метрологічні характеристики аналізатора НААГСПМ порівняно з існуючими аналогами.

Визначено основні питання, вирішення яких дозволяє підвищити точність вимірювання НААГСПМ, серед яких використання інформації про структурочутливу функцію інтенсивності світлорозсіювання , що може бути реалізовано відповідною конструкцією фотоелектричного перетворювача.

Світлочутлива площадка цього перетворювача має бути виконана у вигляді зон, кожна із цих зон задовольняє умовам

; ,(3)

де - кути розсіяння, які визначають геометричні центри j-ї зони; - сумарна площа j-ї зони, k - константа, яка визначається кількістю зон і діапазоном кутів розсіяння.

Розглянуто методи побудови НАА з реєстрацією розсіяного випромінювання під прямим кутом (НААРВПК), показано, що завдяки кращому співвідношенню корисного сигналу до шуму ніж в НААРВМК удається отримати більшу чутливість вимірювання при аналізі субмікронних частинок, а також мати найменші похибки при ідентифікації розмірів частинок з довільним значенням показника заломлення m. Ці позитивні фактори НААРВПК дозволяють широко застосовувати їх як лічильники частинок, що показано при розгляді схеми комбінованої структурної НААРВПК - лічильника частинок. В таких лічильниках частинок робоча характеристика однозначна для широкого діапазону значень показників заломлення m речовин, що аналізуються. Методи побудови НААРВПК - вимірювача масової концентрації аерозолей розглянуто на прикладі НААРВПК “СПКП-1”. При цьому показано, що застосування світлоуловлювачів в блоках випромінювача і фотоприймальному дозволяє отримувати найменший рівень фонових світлових потоків, а, відповідно, збільшувати співвідношення сигнал/шум і підвищувати точність вимірювання малих концентрацій аерозолей (10^-2мг/м³).

Розглянуто і проаналізовано методи побудови НАА з реєстрацією розсіяного випромінювання під довільними кутами (НААРВДК), підкреслено, що для цих НАА характерним є суттєве зменшення рівня фонових світлових потоків і завдяки цьому стало можливим підвищення точності вимірювання малих концентрацій аерозолей (10^-2мг/м³) в жорстких експлуатаційних умовах. Обґрунтовано узагальнену структурну схему НААРВДК, де підкреслено, що додаткове зменшення рівня фонових світлових потоків відбувається за рахунок застосування світлоуловлювачів, які розташовано вздовж оптичних осей випромінювача і фотоприймального блоку. Проаналізовано шляхи автоматичної компенсації впливу збурюючих факторів, які виникають при роботі НАА в реальних умовах експлуатації і показано, що покращити метрологічні характеристики НАА в цих умовах вдається шляхом здійснення відповідного керування світловими характеристиками випромінювача пропорційно зміні коефіцієнта передачі K_НАА(t_і)/K_НАА(t_о). Запропоновано схемотехнічне рішення НАА з системою компенсації збурюючих факторів, яке захищено авторськими свідоцтвами (А.c.СРСР №1203406, №1495691) і реалізовано в НААРВДК типу АСКП-1.

Фотоприймальний блок НААРВДК 13 буде реєструвати сигнал I_p

(4)

де Ф_в - світловий потік випромінювача; , - коефіцієнти пропускання захисних вікон і шару пилу середовища, що аналізується; - коефіцієнт послаблення в об'ємі аерозолю до зони аналізу; , - коефіцієнт розсіяння під кутом і 180⁰-; - коефіцієнт передачі фотоприймального блоку 13.

Показано, що запропонований НААРВДК крім автоматичної компенсації збурюючих факторів забеспечує підвищення чутливості вимірювання в 2 рази і практично не чутливий до варіації показника заломлення і середнього розміру частинок аерозоля. Проаналізовано методи побудови НААРВДК з системою компенсації збурюючих факторів, при цьому запропоновано (А.c. СРСР №1223093) підвищувати точність вимірювання застосуванням двоканальної схеми, в якій вимірювальний і компенсаційні канали розділені в часі і використовують одні і ті ж випромінювач, фотоприймач і підсилювально-перетворювальний тракт, причому світловий потік компенсаційного каналу за допомогою електрооптичного модулятора відслідковує величину світлового потоку вимірювального каналу так, що їх відношення дорівнює одиниці. Такий метод дозволяє автоматично компенсувати нестабільності, які виникають в НААРВДК при дії збурюючих факторів.

Показано, що підвищення точності вимірювання НААРВДК можна здійснювати (А.с. СРСР №1283629) розділеними по частоті випромінювачами, що входять в вимірювальний і контрольний канали, які використовують одні і тіж елементи схеми. Подальше порівняння сигналу контрольного каналу з опорною напругою дозволяє скорегувати вихідний сигнал вимірювального каналу і таким чином автоматично компенсувати нестабільності, які утворюються збурюючими факторами.

Представлено аналіз і узагальнення методів побудови структур НАА з покращеними метрологічними характеристиками.

В третьому розділі приведено методи розрахунку і аналізу параметрів НАА.

Потік розсіяного випромінювання Ф_р, що приймається фотоприймачем, визначає метрологічні можливості НАА та має такий вираз

(5)

де Ф_о - світловий потік, який утворюється джерелом випромінювання; , - коефіцієнти пропускання випромінювача і фотоприймального каналу; L - діаметр зони аналізу; - тілесний кут, в якому здійснюється реєстрація випромінювання Ф_р; , - показники ослаблення і направленого світлорозсіяння середовища.

,(6)

,(7)

де С_м, М - масова концентрація і питома вага речовини, що аналізується; - хвильове число; , , - фактор ефективності ослаблення і функції Мі розсіяння світла для частинки радіусом ; - параметр дифракції; - комплексний показник заломлення речовини частинки; - функція розподілу частинок за розмірами.

Проаналізовано вираз (4) і показано, що при , коли потік розсіяного випромінювання Ф_р буде максимальний для даного середовища забезпечується підвищення чутливості і точності вимірювання НАА.

Проведено аналіз впливу варіації показника заломлення і середньо арифметичного розміру на параметри НАА і показано, що похибка вимірювання концентрації

,(8)

де - відносна похибка вимірювання потоку розсіяного випромінювання, що обумовлена вимірювальною апаратурою;

; (9)

Для великої гами дисперсних середовищ, що характеризуються зміною 1,451,65 () і варіацією на від номінального значення, похибка вимірювання , при цьому для НААРВДК з схемою реєстрації сумарного розсіяного потоку випромінювання оптимальним є кут .

Показано, що одним із шляхів підвищення точності вимірювання концентрації аерозолей є застосування схемних рішень НАА з ІАС. Автором розроблено декілька типів ІАС, приведена методика розрахунку параметрів ІАС.

Коефіцієнт передачі К_іас, який відтворює коефіцієнти світлорозсіяння дисперсного середовища, що аналізується,

,(10)

де - коефіцієнт світлорозсіяння ЕРС; - коефіцієнт пропускання набору ослаблювачів і атенюатора. Для варіанту ІАС коефіцієнт передачі в заданому спектральному діапазоні

,(11)

де ,n- - напрямлений показник розсіяння і показник заломлення матеріалу ЕРС; d, d₀, d_a - товщина світлорозсіюючого матеріалу ЕРС, набору ослаблювачів і атенюатора відповідно; - відносна спектральна густина потоку випромінювання випромінювача НАА; - відносна спектральна чутливість фотоприймача; - показники поглинання матеріалу скла набору ослаблювачів і атенюатора відповідно; l - переміщення клинового атенюатора; - кут клина; m - кількість поверхонь набору ослаблювача і атенюатора, що мають однаковий коефіцієнт відбиття . Якщо ЕРС виготовляють із молочного скла МС18 товщиною d=20мм, набір ослаблювачів із скла НС8, НС9, НС10 товщиною d₀=(3…6,1)мм, а двоклиновий атенюатор із скла НС8 d_a=3мм і l=17мм, то ІАС забезпечує , при цьому атенюатор забезпечує .

ІАС має коефіцієнт передачі К_ІАС

,(12)

де l - переміщення шторки атенюатора, r - радіус світлової плями розсіяного призмою 1 випромінювання, що далі реєструється НАА. Цей варіант ІАС, у якого ЕРС - призма 1 із молочного скла МС19 товщиною 14мм і прямокутна шторка 3, що рухається за допомогою мікрометричного гвинта, забезпечує .

В четвертому розділі приведені матеріали експериментальних досліджень основних метрологічних характеристик та апробація НАА. Проведено обґрунтування метрологічного забезпечення (МЗ) НАА, показано, що до сьогоднішнього дня немає в повному об'ємі нормативної і технічної основ МЗ НАА. Автором разом зі співробітниками НДІ фізико-технічних і радіотехнічних вимірювань Держстандарту Росії та НДІ хімічних засобів захисту рослин (НДІ ХЗЗР) Росії розроблено робочий еталон (РЕ) і зразкові засоби вимірювання (ЗЗВ) параметрів аерозолей ХЗЗР, які використовувались для МЗ НАА. РЕ є пилова камера, яка дозволяє відтворювати масові концентрації аерозолей в діапазоні (0,2…20)г/м³.

Передача розміру одиниці масової концентрації аерозолей здійснюється шляхом градуювання НАА 8 на РЕ, отриманий при цьому масив експериментальних даних статистично обробляється і визначається градуювальна характеристика НАА по конкретному виду пилу, при цьому вихідний сигнал y(c) НАА описується виразом

y(c)=a₀+a₁c ,(13)

де с - масова концентрація пилу, що аналізується, a₀,a₁ - коефіцієнти регресії.

Відградуйований на РЕ НАА атестується як зразковий засіб вимірювання і використовується для передачі одиниці масової концентрації пилу робочим НАА за допомогою зразкового НАА. Градуювальна характеристика зразкового ІАС в одиницях масової концентрації

,(14)

де К_НАА, К_ІАС(l_i) - коефіцієнти передачі НАА і ІАС відповідно; - інтегральна чутливість фотоприймача НАА; Ф₀ - світловий потік випромінювача НАА, що падає на ЕРС ІАС; l_i - регулюючий параметр ІАС; - стала величина для даного НАА при вимірюванні концентрації , що визначається коефіцієнтами регресії a₀,a₁.

Приведено методика і результати експериментальних досліджень наступних основних метрологічних характеристик НАА:

допустимої основної відносної похибки;

допустимої додаткової похибки;

стабільності нуля і чутливості;

зміни основної відносної похибки за 24 години неперервної роботи НАА;

довгочасної стабільності НАА.

Основна відносна похибка сигналізатора СПКП-1 визначається формулою

,(15)

де - відносна похибка градуювання зразкового ІАС, =24%; - положення шторки ІАС, що відповідає пороговій концентрації пилу і-го виду ХЗЗР () і вимірюваній концентрації сигналізатором СПКП-1. Проведені експериментальні дослідження показали, що

Допустима додаткова похибка, що обумовлена зміною впливаючих факторів Н_і (температури оточуючого середовища і напруги живлення) визначається виразом

(16)

де , - середнє значення положення шторки ІАС, що відповідає імітуючій пороговій концентрації С_n пилу ХЗЗР при номінальному Н₀ і неномінальному Н_і значенню впливаючих факторів. Експериментальні дослідження показали, що додаткова похибка, що обумовлена зміною температури оточуючого середовища

, а - зміною напруги живлення.

Відносна похибка сигналізатора СПКП-1, що обумовлена нестабільністю нуля за 197 годин не перевищує 0,1%, - нестабільністю чутливості - 0,65%, а довготермінова нестабільність (на протязі 54 діб) не перевищує 3,27%. Приведено конструктивні особливості, технічні характеристики НАА - аналізатора АСКП-1 і сигналізатора СПКП-1, а також апробація НАА. Аналізатор АСКП-1 впроваджено в дослідну експлуатацію у Львівському сільськогосподарському інституті і ГСКТБ сільгоспмашин для вимірювання концентрації аерозолей при обприскуванні. Сигналізатор СПКП-1 пройшов Державні приймальні і контрольні випробування, його внесено в Державний реєстр приладів за №10285-85 і з 1986 року Кіроваканський завод “Автоматика” (Вірменія) здійснює серійний випуск.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В дисертації вирішено важливу прикладну проблему підвищення точності вимірювання параметрів аерозолей нефелометричним аналізатором аерозолей (НАА) шляхом корекції впливу варіації дестабілізуючих факторів на параметри приладу і створення на основі цього НАА з покращеними метрологічними характеристиками.

Запропоновано новий метод підвищення точності вимірювання параметрів аерозолей і схемотехнічне рішення НАА-аналізатора гранулометричного складу порошкових матеріалів на рівні винаходу, яке базується на використанні інформації про структурочутливу функцію інтенсивності світлорозсіювання .

Розроблено метод аналізу і корекції впливу дестабілізуючих факторів на параметри НАА, запропоновано схемотехнічне рішення на рівні винаходів, в яких підвищено чутливість і точність вимірювання НАА, причому вони практично не чутливі до варіації показника заломлення і середнього розміру частинок аерозолей.

Розроблено новий метод розрахунку і аналізу впливу варіації показника заломлення і дисперсного складу частинок аерозолей на параметри приладу, який забезпечує підвищення точності вимірювання параметрів аерозолей НАА.

Запропоновано методи розрахунку параметрів імітатора середовища, що аналізується (ІАС) - засобу метрологічного забезпечення НАА, створено і досліджено ІАС для гами НАА, показано, що за допомогою ІАС можна моделювати характеристики дисперсного середовища у всьому діапазоні вимірюваних концентрацій аерозолей і забезпечити підвищення точності вимірювання НАА.

Розроблені робочий еталон і зразкові засоби вимірювання параметрів аерозолей, а також методики атестації засобів метрологічного забезпечення НАА.

На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень розроблено і виготовлено дослідні зразки НАА: аналізатор АСКП-1, який впроваджено в дослідну експлуатацію у Львівському сільськогосподарському інституті: ГСКТБ сільгоспмашин (м.Львів); сигналізатор СПКП-1, який пройшов Державні приймальні і Державні контрольні випробування, його внесено в Державний реєстр приладів за № 10285-85 і з 1986 року Кіроваканський завод “АВТОМАТИКА” (Вірменія) здійснює серійний випуск.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНІ В ТАКИХ РОБОТАХ

Миндюк Я.Л. Методи підвищення точності нефелометричних аналізаторів аерозолей. // Вісник НТУУ “КПІ”. Приладобудування.-2002.-вип.24.-с.62-67

Миндюк Я.Л. Оптичний нефелометричний аерозольний аналізатор.//Вісник національного авіаційного університету”.-2001р.-№3(10)-С.116-120.

Бабак В.П.,Миндюк Я.Л. Нефелометричні аналізатори аерозолей.//Вестник Херсонского государственного технического университета.-1997г.№2-С.7-31”

Козлов А.В. Лехтмахер С.О.,Миндюк Я.Л. Градуировка сигнализатора пороговых концентраций аэрозолей СПКП-1 весовым методом //Измерит.техн.1988-№1 С.47-48.

Кузьмин В.М. Миндюк Я.Л.,Оцепков С.Л. Нефелометр-анализатор малых концентраций промышленных аэрозолей //Измерит.техн.-1985г.-С.53-55.

А.с.СССР 1203406,МКИ G01N15 14.Способ определения концентрации пыли в замкнутом объеме /Я.Л.Миндюк,В.Ф.Мищенко- №363215524-25 заяв.9.08.83;опубл. 07.01.86 Бюл.-1986,№1.

А.с.СССР 1223093,МКИ G01N 2553.Оптический измеритель концентрации пыли /В.Т.Якимец,В.Ю.Воробкевич,Ю.П.Куренев, М.Я.Дедишин,В.Ф.Петриш и Я.Л.Миндюк.-№375833224-25;заявл. 26.06.84;опубл.07.04.86.; Бюл.-1986,№13.

А.с.СССР 1283629,МКИ G01N2147.Оптический измеритель концентрации пыли. В.Т.Якимец, В.Ф.Петриш, В.Н.Сиротюк, В.П.Филиппов и Я.Л.Миндюк.-№394285130-25;заявл.02.07.85;опубл.15.01.87.Бюл-1987,№2.

А.с.СССР 1495691, МКИ G01N2147. Нефелометрический анализатор. /Я.Л.Миндюк. - №428783525; заявл.21.07.87; опубл.23.07.89. Бюл-1989, №27.

А.с.СССР №1562792, МКИ G01N21/47. Нефелометрический аназизатор./ Дараган О.К., Ларченко В.И., Миндюк Я.Л. и Филиппов В.П.- 4299522/25-25; заявл. 21.08.87; опубл. 07.05.90. Бюл. - 1990, №17

А.с.СССР 1770834, МКИ G01N1502. Фотоэлектрическое устройство для определения гранулометрического состава взвешенных частиц. Я.Л.Миндюк, Н.М.Макоед, С.Л.Ощепков. - №488648225; заявл.08.08.90; опубл.23.10.92. Бюл.-1992,№39.

Миндюк Я.Л. О влиянии некоторых дестабилизирующих факторов на выходной сигнал нефелометрических анализаторов.// Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции “Физико-химические методы и инженерно-технические решения в аналитическом приборостроении”.-М.:,1984, с.176.

Миндюк Я.Л. Некоторые методы улучшения характеристик нефелометрических анализаторов аэрозолей.// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции “Современные методы и средства автоматического контроля атмосферного воздуха и перс пективы их развития”-Киев,1987.-С.185.

Миндюк Я.Л. Анализ запыленности воздуха в потоках промышленных трубопроводов.//Проблеми екологічного моніторінга і охорони праці.”-Севастополь,1995, с.65.

Миндюк Я.Л. Методи підвищення точності нефелометричних аналізаторів аерозолей.//Тези доповідей науково-технічної конференції “ Приладобудування 2002:підсумки і перспективи”-Київ.-2002.-С.121-122.

Миндюк Я.Л. Особливості метрологічного забезпечення нефелометричного аналізатора аерозолей.//Тези доповідей науково-технічної конференції “Приладобудування 2002: підсумки і перспективм”.-Київ.с.123-124.

АНОТАЦІЯ

Миндюк Я.Л. Нефелометричний аналізатор аерозолей. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 “Прилади і методи контролю та визначення складу речовин”. -Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2002.

Дисертацію присвячено дослідженню нефелометричного аналізатору аерозолей. В дисертації розроблено методи підвищення точності вимірювань параметрів аерозолей нефелометричними аналізаторами аерозолей. Розроблено метод аналізу і корекції впливу дестабілізуючих факторів, а також варіацій показника заломлення і дисперсного складу частинок аерозолей на параметри нефелометричного аналізатора аерозолей. Запропоновані схемотехнічні рішення нефелометричного аналізатора аерозолей,які забезпечують підвищення точності вимірювання параметрів аерозолей в умовах дії дестабілізуючих факторів. Розроблено методи розрахунку і схеми імітатора середовища, що аналізується, який дозволяє моделювати характеристики середовища і забезпечує підвищення точності вимірювання нефелометричного аналізатора аерозолей. Розроблено робочий еталон, який дозволяє відтворювати одиницю масової концентрації аерозолей, а також зразкові засоби вимірювання. Основні результати знайшли впровадження при розробці нефелометричних аналізаторів аерозолей: аналізатор АСКП-1, який впроваджено в експлуатацію, і сигналізатор СПКП-1, який внесено в Державний реєстр приладів і впроваджено в серійне виробництво.

Ключові слова: нефелометричний аналізатор аерозолей, масова концентрація аерозолей, метрологічне забезпечення, робочий еталон.

АННОТАЦИЯ

Миндюк Я.Л. Нефелометрический анализатор аэрозолей. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 “Приборы и методы контроля и определения состава веществ”. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2002.

Диссертация посвящена исследованию нефелометрического анализатора аэрозолей. В диссертации разработаны методы повышения точности измерения параметров аэрозолей нефелометрическими анализаторами аэрозолей. Разработан метод анализа и коррекции влияния дестабилизирующих факторов,а также вариаций показателя преломления и дисперсного состава частиц аэрозолей на параметры нефелометрического анализатора аэрозолей. Предложены схемотехнические решения нефелометрического анализатора аэрозолей, которые обеспечивают повышение точности измерения параметров аэрозолей в условиях действия дестабилизирующих факторов. Разработано методы расчета и схемы имитатора анализируемой среды, который позволяет моделировать характеристики среды и обеспечивает повышение точности измерения нефелометрического анализатора аэрозолей. Разработан рабочий эталон, который позволяет воспроизводить единицу массовой концентрации аэрозолей, а также образцовые средства измерения.

Основные результаты нашли внедрение при разработке нефелометрических

анализаторов аэрозолей: анализатор АСКП-1, который внедрен в эксплуатацию,и сигнализатор СПКП-1, который внесен в Государственный реестр приборов и внедрен в серийное производство.

Ключевые слова: нефелометрический анализатор аэрозолей, массовая концентрация аэрозолей, метрологическое обеспечение, рабочий эталон.

ANNOTATION

Ya. L.Myndyuk. Nephelometry aerosol analyzer.- Manuscript.

A Dissertation for a doctor's degree in speciality 05.11.13. - "Devices and methods for substance composition control and determination".

National Tehnology University of Ukraine "Kyiv Polytechnical Institute", Kyiv, 2002.

The dissertation is devoted to investigation of a nephelometry aerosol analyzer. In dissertation developed are the aerosol parameter accuracy measurement improvement methods using nephelometry aerosol analyzers. The analysis and correction method of destabilizing factors, refractive index and aerosol particles dispersion composition influence on the nephelometry aerosol analyzer parameters is developed. The circuit engineering approaches of nephelometry aerosol analyzer improving the aerosol parameter measurement accuracy in the conditions of destabilizing factors effects are proposed. Developed are the calculation methods and circuits of analyzed medium simulator, that permits simulation of medium characteristics and provides improvement of nephelometry aerosol analyzer measurement accuracy. The working standard which enables reproduction of aerosol mass concentration unit and reference measurement means is developed.

The basic results were implemented in the development of the nephelometry aerosol analyzers: analyzer ASKP-1, which is put into operation; indicator SPKP-1, which is recorded in National device register and put into the full-scale production.

Размещено на Allbest.ru

...