387

ных конденсаторов, с расстоянием между электродами, равным толщине картона dк и гипсового сердечника dг соответственно.

При последовательном соединении емкостей формула расчета общей емкости будет выглядеть следующим образом:

Подставляя значения емкостей Скк и Скг в последнюю формулу, получим кажущуюся емкость первичного преобразователя с гипсокартонным листом:

При подстановке выражений С0к и С0г получим

Умножив и разделив в знаменателе последнее выражение на толщину образца сухой гипсовой штукатурки d, будем иметь

n = dк/d – отношение толщины гипсового сердечника и картона к общей толщине листа соответственно.

Поскольку диэлектрическая проницаемость материала равна отношению ε = С/С0 , то весь множитель при С0 в выражении (10) можно рассматривать как эквивалентную диэлектрическую проницаемость гипсокартонного листа, помещенного между электродами плоскопараллельного конденсатора.

Как видно из выражения (11), диэлектрическая проницаемость гипсокартонных листов зависит от диэлектрических проницаемостей

61

картона и гипсового сердечника, их толщины и тангенса угла активных потерь каждого слоя.

Для анализа диэлектрической проницаемости гипсокартонных листов были измерены диэлектрические проницаемости картона и гипсового сердечника, входящие в состав образцов исследуемого материала, имеющего сухое и максимальное влажное состояние. Оказалось, что диэлектрические проницаемости картона и гипсового сердечника при сухом образце гипсовой штукатурки εк = 2 и εг = 2,96, а при влаж-

ном εк = 20 и εг = 24.

Для образцов толщиной 10 мм при толщине картона 1 мм на основании формулы (11) получим

В соответствии с выражением (12) построены графики зависимости изменения диэлектрической проницаемости образца сухой гипсовой штукатурки толщиной 10 мм от изменения диэлектрических проницаемостей картона εк и гипсового сердечника εг без учета влияния проводимостей (при условии, что tg2δк<<1 и tg2δг<<1) (рис. 2).

6

4

2

Рис.2. Диэлектрическая проницаемость гипсокартонных листов в зависимости от диэлектрических проницаемостей картона εк и гипсового сердечника εг

62

Из формулы (12) и рис. 2 следует, что при высокой влажности картона, когда его диэлектрическая проницаемость εк = 10 и выше, диэлектрическая проницаемость контролируемого материала (ГКЛ) зависит в основном от диэлектрической проницаемости гипсового сердечника εг, из которого через картон удаляется влага. Если при этом ускорить процесс сушки путем повышения температуры теплоносителя, то это может сопровождаться режимом углубления зоны испарения. При этом картон становиться сухим, его диэлектрическая проницаемость резко уменьшается, приближаясь к минимальному значению, что приводит к резкому уменьшению диэлектрической проницаемости ГКЛ, а следовательно, и емкостного датчика. Такой режим может привести к дегидратации гипсового сердечника и существенному снижению прочности материала.

Таким образом, с помощью емкостного датчика, работающего, а составе автоматического измерительного устройства, можно оперативно контролировать процесс сушки ГКЛ.

Решение этой задачи дает возможность сохранить высокое качество продукции, а также обеспечить оптимальный расход тепловой электрической энергий при производстве гипсокартонных и гипсополимерных листов.

Получено 25.01.2007

63

УДК 621.3

А.А. Старков, В.А. Ушаков, Т.А. Кузнецова

Пермский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Приводится анализ резонансных режимов в последовательных контурах при шунтировании реактивных элементов. Получены графические и аналитические зависимости, характеризующие соотношения между сопротивлениями элементов контура при резонансе.

Условием резонанса напряжений при последовательном соединении R-L-C (в том числе при шунтировании индуктивности (емкости) каким-либо элементом) является равенство нулю реактивного входного сопротивления. Однако это условие необходимо, но недостаточно. Поясним это на примере.

На рис. 1 приведена схема соединения цепи R-L-C при шунтировании индуктивности L резистором Rш.

Рис. 1. RLC-цепь при шунтировании индуктивности L резистором Rш

Условие резонанса напряжения для такой цепи записывается в виде

Таким образом, поскольку Rш, ХL, ХС – действительные положительные числа, первым условием резонанса является необходимость выполнения соотношения

X L > XC .

64

Возникает вопрос: возможно ли добиться выполнения условия резонанса, если X L < XC ? В связи с этим представляет интерес анализ

последовательной R-L-C-цепи при шунтировании индуктивности емкостью. На рис. 2 приведена схема такого соединения.

Рис. 2. R-L-C-цепь при шунтировании индуктивности емкостью

Рассмотрим несколько особенностей этой схемы. Условия резонанса напряжений имеет следующий вид:

X L > XCш резонанс невозможен. Во-вторых, между ХL и ХС при резонансе справедливо соотношение X L XCш = XС XCш − X L XC , отсю-

2X L = XC .

Следовательно, если сопротивление индуктивности вдвое меньше XC, то резонанс наблюдается при следующей схеме соединения (рис. 3).

Полученное соотношение видится интересным как с математической, так и с физической точки зрения. Аналитическая зависимость

Рис. 3. Схема в режиме резонанса

65

Таблица

XC / XCш

X C / X L

Рис. 4. График зависимости XC / XСш = f (XС / X L )

Произведен анализ влияния шунтирующей емкости на величину реактивной составляющей параллельного контура Xэ. На рис. 5 показаны графики изменения реактивной составляющей Xэ при изменении шунтирующей емкости.

Эти графики построены на основе уравнения

Полученные графические и аналитические зависимости позволяют получить необходимые и достаточные условия резонанса напряжений в последовательном R-L-C-контуре с шунтированием:

1. При шунтировании индуктивности активным сопротивлени-

ем Rш

Rш = ХL ХLХ−СХС ,

X L > XC .

66

Xэ

Рис. 5. Зависимость X э = f (XСш )

2. При шунтировании индуктивности емкостью Сш, равной по величине емкости С в последовательном контуре

2X L = XCш XC ,

XCш > X L .

Полученные соотношения могут использоваться при анализе и синтезе устройств и систем телекоммуникаций и связи, где резонансные режимы нашли широкое применение.

Получено 25.01.2007

67

УДК 37.015.3

М.С. Тер-Мхитаров, Т.К. Щемелева, Т.И. Коган

Пермский государственный технический университет

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В СЛОЖНЫХ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И НЕКОТОРЫЕ ЗАДАЧИ ОБРАЗОВАНИЯ

Основная задача человека в сложных эргатических системах управления заключается в коррекции информационных потоков для достижения поставленной цели. Установлено, что это может быть успешным только при условии формирования в сознании человека адекватной внутренней предметной модели его профессионального мира, а также при навыках декодирования информационных моделей систем в адекватные предметные образы текущих ситуаций.

Существенной особенностью современного мира является интегрирование его элементов во все более крупные и сложные структуры [1]. Эта тенденция реализуется главным образом через деятельность человека, направленную на всемерное развитие НТР. Одной из основных форм этого объективного процесса является создание все более сложных систем управления, охватывающих все виды человеческой деятельности, а часто и интегрирующих их.

Общепризнанно, что основными признаками сложных систем является большое количество элементов, наличие еще большего числа объединяющих их информационных связей, физическое разнообразие элементов, внутренняя активность систем иуникальность каждой из них[2].

Остановимся на важнейшем, но недостаточно исследованном свойстве сложных систем, связанном с их активностью. Активность, обеспечивающая и их саморазвитие, реализуется людьми, включенными в структуру сложных систем. По одной из классификаций системы, включающие человека, именуются эргатическими. По другой классификации они называются автоматизированными системами управления (АСУ). Для определенности остановимся на таком важ-

68

ном вопросе, как особенности информационных процессов в современных сложных эргатических системах. Заметим, что основная особенность функционирования в них сигналов заключается в различных формах существования информации у человека и в технических средствах, объединенных в единой системе общей циркуляцией информационных потоков.

Укрупнение систем отвечает фундаментальной потребности человека непрерывно увеличивать число объектов и явлений, подчиненных его власти. Однако при этом имманентно и нелинейно возрастают трудности их идентификации, а следовательно, и управления. Препятствует адекватной идентификации и нестабильность свойств таких сложных систем, вызванная в том числе их саморазвитием. Все это воспринимается субъектом управления – человеком, как возрастание неопределенности свойств объекта. Естественными мерами, предпринимаемыми человеком в этих условиях для обеспечения управляемости, являются укрупнение применяемых информационных единиц, характеризующих состояние объектов и процессов управления, а также использование вероятностных категорий и нечетных моделей. Так, теория управления все более отходит от количественных моделей исследуемых процессов и все чаще оперирует все более абстрагированными понятиями. Эта фундаментальная тенденция, проявляющаяся в процессах познания все усложняющегося мира, неизбежно повышает степень абстрактности используемых моделей, а следовательно, также неизбежно приводит к сокращению в них предметного содержания. А это расширяет разрыв между теоретическими и прикладными знаниями, создает дополнительные трудности в подготовке компетентных специалистов.

Известно, что познавательные возможности человека включают

всебя различные информационные формы (уровни) отражения действительности, находящиеся в гармоническом единстве. Чувственные информационные процессы (ощущения, восприятия, представления)

внаибольшей степени отражают предметную сторону действительности, непосредственно связанную с практической деятельностью человека. Различные же виды мышления, особенно его словесно-логическая форма, приспособлены к обобщениям результатов чувственного отражения, выявлению скрытых от него закономерностей, абстрагированию от предметной конкретики действительности. Как было сказано

69

выше, интенсивное усложнение внешнего мира человека, необходимость усвоения им все большего объема знаний приводят к переходу на все более обобщенное, а следовательно, абстрагированное представление действительности, использованию крупных отвлеченных информационных единиц. И здесь человека подстерегает опасность виртуализации его внутренней модели внешнего мира. Неадекватная же внутренняя модель действительности неизбежно приводит к принятию неадекватных решений со всеми их негативными последствиями. В связи с этим новой важной задачей науки и образования является разработка таких теоретических моделей действительности, которые бы легко могли быть перекодированы в ее предметные модели, пригодные для практического использования. Важна также способность компетентного специалиста представлять себе сложные и многозначные по своему смысловому содержанию реальные объекты в виде удобных для исследования редуцированных, но адекватных поставленным целям теоретических моделей.

Проиллюстрируем поднятые проблемы примером из информационной деятельности оператора АСУ. Все АСУ по отношению к че- ловеку-оператору являются системами опосредствованного восприятия информации о состоянии объекта. Это стало необходимым по причинам большого удаления объекта от оператора и невозможности непосредственно наблюдать за изменением ряда переменных, требующих контроля. В этих условиях оператор контролирует состояние объекта по информационной модели, представляющей собой комплекс средств отображения информации. Практика эксплуатации АСУ показала, что эффективное и безаварийное управление требует перекодирования оператором абстрактной инструментальной информации в содержательные, предметные образы контролируемой ситуации. В этом случае преобразование инструментальной информации понимается как ее декодирование. Мышление человека, связанное с управлением АСУ и включающее в себя декодирование, называется операционным. Проследим за деятельностью оператора по приведенной ниже структурно-функциональной схеме (рисунок).

Успешное декодирование инструментальной информации, содержащейся в информационной модели (ИМ), возможно лишь при

70