Створення робочого засобу вимірювання теплоти згоряння різних видів палива. Особливості конструкції кондуктивного ізоперіболічного бомбового калориметра. Термоелектричний біметалічний перетворювач теплового потоку у вигляді теплометричної оболонки.
Аннотация к работе
Такий прилад повинен, по-перше, мати задовільні для масових технічних вимірювань метрологічні характеристики; по-друге, автоматизувати процеси підготовки до вимірювань та самих вимірювань; і, по-третє, конструкція приладу та його вузлів повинна бути пристосована до дрібносерійного виробництва, що дасть змогу задовольнити зростаючу потребу в засобах вимірювання теплоти згоряння. Зручні для автоматизації анероїдні (безводні) калориметри характеризуються значною просторовою нерівномірністю теплових полів, а у випадку виміру високих значень енергії при обмеженні розмірів - нелінійністю характеристик, що викликає збільшення похибки вимірювань. Вдосконалено метод розрахунку енергії, що виділилася в калориметрі, за результатами екстраполяції сигналу первинного перетворювача теплового потоку в нестаціонарному режимі. Визначено й експериментально досліджено джерела основних складових похибки вимірювань у кондуктивному калориметрі з теплометричною оболонкою на базі термоелектричного біметалічного перетворювача. Згоряння проби палива у кисневій атмосфері проходить за кілька секунд, тобто значно швидше процесів розтікання теплоти в калориметрі, а функцію тепловиділення W1(t) можна представити у вигляді імпульсної дельта-функції. у робочому режимі джерела W2 та W3 не діють.Промисловість України має потребу у вітчизняному, зручному в експлуатації, автоматизованому робочому засобі вимірювання теплоти згоряння твердого, рідкого і газоподібного палива. Розроблені математичні моделі адекватно описують динаміку теплових процесів у кондуктивному калориметрі при згорянні проби палива, що підтверджено задовільним узгодженням результатів моделювання та експериментальних досліджень. Моделі можуть бути використані при проектуванні калориметрів різного призначення для визначення основних параметрів конструкції, дослідження впливу збурень і розкиду технологічних параметрів на похибки вимірювання. Внаслідок різниці у просторовому розподілі температур у ядрі калориметричної системи в дослідах градуювання та вимірювання, виникає додаткова складова похибки вимірювання. Досліджено залежність цієї складової похибки від параметрів конструкції калориметра і теплометричної оболонки.
Вывод
1. Промисловість України має потребу у вітчизняному, зручному в експлуатації, автоматизованому робочому засобі вимірювання теплоти згоряння твердого, рідкого і газоподібного палива. Перспективним з точки зору зручності експлуатації, автоматизації процесу вимірювання та технологічності виготовлення є кондуктивний бомбовий калориметр з первинним перетворювачем на базі термоелектричного гальванічного перетворювача теплового потоку.
2. Розроблені математичні моделі адекватно описують динаміку теплових процесів у кондуктивному калориметрі при згорянні проби палива, що підтверджено задовільним узгодженням результатів моделювання та експериментальних досліджень. Моделі можуть бути використані при проектуванні калориметрів різного призначення для визначення основних параметрів конструкції, дослідження впливу збурень і розкиду технологічних параметрів на похибки вимірювання.
3. Внаслідок різниці у просторовому розподілі температур у ядрі калориметричної системи в дослідах градуювання та вимірювання, виникає додаткова складова похибки вимірювання. Досліджено залежність цієї складової похибки від параметрів конструкції калориметра і теплометричної оболонки.
4. При проведенні прецизійних калориметричних вимірювань, параметри теплометричної оболонки та вторинної вимірювальної апаратури повинні бути узгоджені для мінімізації температурної залежності чутливості, рівня шумів у вимірювальному тракті та просторової нерівномірності чутливості. Показано, що існує таке сполучення параметрів перетворювача теплового потоку, при якому забезпечується оптимізація одночасно за критеріями мінімальної температурної залежності чутливості та мінімальної просторової нерівномірності чутливості.
5. Теоретично обґрунтована та перевірена експериментально можливість використання термоелектричних гальванічних перетворювачів теплового потоку для прецизійної калориметрії (при похибці вимірювання на рівні 0,1 е 0,2%).
6. Експрес-метод визначення теплоти згоряння за результатами екстраполяції в часі сигналу теплометричної оболонки, розроблений для оперативної оцінки якості палива, має задовільну для практики похибку вимірювання (до 1%) і дозволяє більш ніж у двічі скоротити тривалість експерименту.
7. Розроблені моделі універсальних калориметричних бомб можуть використовуватися як у варіанті, що самоущільнюється, так і в варіанті герметизації, що несамоущільнюється, і це дозволяє досліджувати в одному калориметрі усі види органічних палив, споживаних в енергетиці.
8. Розроблена для калориметричних установок вторинна електронна апаратура побудована на базі мікропроцесорної техніки, здійснює автоматизацію підтримки температурних режимів, процесів вимірювань й обробки даних, що значно скорочує трудомісткість проведення калориметричного досліду і виключає субєктивні помилки при вимірюваннях.
9. Експериментально досліджені динамічні та метрологічні характеристики розроблених приладів. Визначені джерела інструментальних похибок калориметрів, проведені оцінки окремих складових і сумарної похибки вимірювань.
10. Калориметри КТС за своїми метрологічними та експлуатаційними характеристиками відповідають вимогам до сучасних робочих засобів вимірювань і можуть бути використані на підприємствах України для визначення теплоти згоряння різних видів органічного палива відповідно діючим стандартам. Метрологічні характеристики приладів підтверджені результатами державних метрологічних атестацій експериментальних зразків в Українському центрі стандартизації, сертифікації і метрології (УКРЦСМ).
Список литературы
1. Грищенко Т., Декуша Л., Воробйов Л., Мазуренко О., Самокиш А., Гайдучек А. Калориметр для вимірювання теплоти згоряння палива (КТЗ-1) // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво (дайджест-бюлетень), УКРІНТЕІ, 1996, № 1-2.- с.5.
2. Воробьев Л.И., Грищенко Т.Г., Декуша Л.В. Бомбовые калориметры для определения теплоты сгорания топлива // Инженерно-физический журнал.-1997.-том 70, №5.-с.828-839.
3. Воробйов Л., Грищенко Т., Декуша Л., Мазуренко О., Самокиш А., Гайдучек А. Теплотворна здатність палива // Харчова i переробна промисловість.- 1997.- № 10, с.28-29.
4. Воробйов Л.Й., Гайдучек А.В., Грищенко Т.Г., Декуша Л.В., Мазуренко О.Г., Самокиш А.I., Хаврюченко П.Д. Новий калориметр для вимірювання теплоти згоряння палива // Наукові вісті НТУУ КПІ №3(4), 1998 р. - с. 22-27.
7 ГОСТ 30619-98 (ДСТУ 3756-98) Энергосбережение. преобразователи теплового потока термоэлектрические общего назначения. Общие технические условия. - Киев: Держстандарт Украины, 2000.- 21 с. Разработчики: Грищенко Т.Г., Декуша Л.В., Воробьев Л.И.
8 Мазуренко О.Г., Воробйов Л.Й. Інформаційно-вимірювальна система для теплотехнічних випробувань / Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість: Тези доп. Міжнар. наук.- техн. конф.- К.: УДУХТ, 1997.- с.160
9 Мазуренко О.Г., Воробйов Л.Й. Розроблення та дослідження калориметра згоряння палива / Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість: Тези доп. Міжнар. наук.- техн. конф.- К.: УДУХТ, 1997.- с.159.
10 Vorobiev L., Grischenko Т., Dekusha L., Mazurenko O., Gajduchek A., Samokish A., Havruchenko P. The new Ukrainian calorimeter for measurement of solid and liquid fuel calorific power / Актуальні проблеми вимірювальної техніки "Вимірювання-98": Збірник праць Міжнародної конференції.- Київ: НТУУ "КПІ", 1998.- с.154.
11 Воробьев Л.И., Декуша Л.В., Котенко В.М. КТС-3 - бомбовый калориметр для измерения теплоты сгорания топлива// Тезисы докл. Междунар. научно-практической конф. “Региональные проблемы энергосбережения в производстве и потреблении энергии” - К.: ИТТФ НАНУ.-1999.-с.53-54.
12 О.Г. Мазуренко, Л.Й. Воробйов, Л.В. Декуша Експрес-метод вимірювання теплоти згоряння у кондуктивному калориметрі.// Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергозберігаючих технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості: Матеріали шостої міжнародної наук.-техн. конференції, 19-21 жовтня 1999 р.- У 3ч. - К.: УДУХТ, 2000. - Ч. ІІІ - С. 52-53.
13 Воробьев Л. И. динамика тепловых процессов и погрешности измерения в кондуктивном бомбовом калориметре/ Ин-т техн. теплофизики НАНУ. - Киев, 2000. - 25с. - Рус. Деп. в ГНТБ Украины 03.07. 2000, №140 - Ук2000//Библ. Описание в ж. ВИНИТИ РАН “Депонированные научные рукописи” №10(344), 2000.-с.41.-№65.