Математическая обработка результатов экспериментальных данных ГЭПП / Postanov zad
.doc2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЭПП. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Все процессы, происходящие в природе являются результатом взаимодействия многих факторов. Для того чтобы изучит эти процессы и управлять ими, необходимо выяснить какую роль в рассматриваемом процессе играет каждый фактор в отдельности.
Даже тщательно подготовленный эксперимент не позволяет выделить отдельный фактор в чистом виде и дает результат взаимодействия основного изучаемого фактора с многочисленными посторонними. Некоторые из них можно учесть, учет других может быть очень громоздким или их вообще нельзя учесть.
Статистические методы анализа предназначены для оценки влияния различных факторов на результат эксперимента.
Применение этих методов почти всегда связано с большим объемом вычислений. В связи с этим нужно стараться использовать любую возможность для облегчения счета: применять вычислительную технику (арифмометры, электрические счетные машины), использовать правила приближенных вычислений, сокращенные формулы.
Каждому исследователю, применяющему статистические методы обработки наблюдений нужно помнить следующее:
– не допускать излишнего количества цифр в промежуточных вычислениях;
– если найденная при вычислениях величина будет сравниваться с табличной, то число цифр в ней не должно превосходить числа цифр в табличной величине – в связи с этим можно округлять даже исходные данные;
– везде где это возможно нужно избавляться от дробей, изменяя масштабы отсчета, переносить масштабы отсчета, переносить начало отсчета;
– все необходимые при расчетах величины нужно проверять либо с помощью специальных приемов, либо проводя вместе с кем – нибудь параллельные вычисления;
– не применять излишне тонкие методы анализа там, где результат ясен из грубых оценок.
Задачей, математической обработки результатов экспериментальных исследований ГЭПП, является оценка степени влияния изменяемых основных факторов, их качественных и количественных характеристик, выявить определенные статистические закономерности, оценить значения искомых характеристик и выявить степень точности получаемых при обработке данных выводов.
2.1 Конструкция гидроэлектрического преобразователя плотности
Гидроэлектрический преобразователь плотности относится к поплавковым датчикам плотности и предназначен для измерения плотности жидких нефтепродуктов, в частности, технологических жидкостей, протекающих по горизонтальному трубопроводу.
Основанными элементами ГЭПП являются две трубки из оргстекла 3 (измерительная камера), чувствительный элемент (поплавок), дифференциальный индуктивный датчик.
Измерительная камера представляет собой две скрепленные болтами трубки из оргстекла. Наружный диаметр трубок 10мм, внутренний – 5мм. Длина каждой трубки составляет 50мм. Размеры измерительной камеры выбраны такими для уменьшения динамического воздействия потока на поплавок.
Измерительная камера помещена внутрь катушек 5 дифференциального индуктивного датчика перемещения. Использование двух измерительных катушек позволяет увеличить чувствительность датчика вдвое. Помимо этого в дифференциальном датчике значительно уменьшается влияние нестабильного питающего напряжения на точность его работы. Для включения датчика используется мостовая схема.
Для измерительных катушек использован каркас из полистирола, размеры которого составляют: Двн=11мм, Дн=20мм, толщина каркаса 2мм. Для намотки использован медный провод, толщиной 0,18мм. Размеры катушки: высота намотки 4мм, длина обмотки 20мм.
Роль якоря дифференциального индуктивного датчика выполняет чувствительный элемент (поплавок) ГЭПП. Поплавок 1 представляет собой сферическую оболочку из эластичной резины, заполненную магнитной жидкостью. Магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор магнитных частиц, подверженных броуновскому движению, которое препятствует их оседанию. Магнитные моменты частиц взаимодействуют друг с другом. Чтобы частицы не слипались, в жидкую основу вводят поверхностно-активные вещества, образующие на частицах защитные адсорбционные слои.
В стационарном неоднородном магнитном поле частицы втягиваются в область более сильного поля. Это перемещение с помощью броуновского движения передается жидкой основе и таким образом происходит силовое взаимодействие магнитной жидкости и поля, которое используется во многих технических устройствах. В зависимости от требовании, предъявляемых к техническому устройству, в нем могут применятся магнитные жидкости на различных основах, в качестве жидких основ магнитных жидкостей используются углеводородные основы (керосин, трансформаторные масла, конденсаторное масло, турбинные масла, индустриальные, вазелиновые, вакуумные, нефтяные масла), кремнийорганические основы (полиметилсилоксановые, полиэтилсилоксановые, полифенилметилсилоксановые), фторорганические основы, водная основа.
Концентрация твердых частиц в жидкой основе определяет магнитные свойства магнитной жидкости, определяя главную отличительную характеристику магнитной жидкости–намагниченность. От соотношения твердой и жидкой фаз зависят теплофизические свойства магнитной жидкости.
В ГЭПП используется магнитная жидкость марки Т40 с повышенным содержанием дисперсной фазы, которая выполняет роль якоря дифференциально-индуктивного датчика благодаря своему составу и свойствам. Для изготовления поплавка используется эластичная резина.
Объем поплавка
Vсф=4πr3/3=4/3*3.14*0.0053=5.23*10-7м3, (18)
где r–радиус сферы, равный 0,005м.
Количество магнитной жидкости в объеме поплавка
m=Vсф*ρмм=5,23*10-7*1,7*10-6= 8,891*10-13 (19)
Поплавок жестко закреплен по периметру в месте крепления измерительной камеры. При нулевом расходе поплавок расположен симметрично относительно обеих катушек и магнитные сопротивления для потоков, создаваемых обеими катушками, одинаковы. При подаче контролируемого потока в измерительную камеру происходит деформация поплавка, вследствие чего магнитные сопротивления получают противоположные знаки. Индуктивность одной катушки возрастает, другой–на туже величину убывает. Вследствие изменений взаимоиндуктивности измерительных катушек, вызванных деформацией поплавка при изменении плотности потока, изменяются показания амперметра, отградуированного в единицах плотности.
2.2 Конструкция экспериментального стенда
Схема стенда для испытаний гидроэлектрического преобразователя плотности изображена на рисунке 2.
Рабочая жидкость находится (трансформаторное масло) в гидробаке 10. Насос 9 подает рабочую жидкость из гидробака через редукционный клапан 2 в измерительную систему. Редукционный клапан регулирует давление жидкости в гидросистеме. Манометры 14 и 15 фиксируют давление рабочей жидкости на входе и выходе гидроэлектрического преобразователя плотности (ГЭПП). Вентиль 7 стабилизирует поток на входе ГЭПП. Основными элементами ГЭПП являются измерительная камера, поплавок, дифференциально-индуктивный датчик перемещений. Изменение тока в обмотке датчика регистрируется амперметром 6, отградуированным в единицах плотности. Магнитная ловушка 8 предназначена для предотвращения утечек магнитной жидкости в гидросистему и представляет собой систему электродов «Игла-плоскость», создающая неоднородное электрическое поле. Принцип действия магнитной ловушки основан на возникновении струйных течений с поверхности магнитной жидкости, искаженной неоднородным магнитным полем, под воздействием неоднородного электрического поля. В качестве источника магнитного поля в магнитной ловушке используется соленоид. Источником питания для магнитной ловушки служит высоковольтный усилитель. Нагревательный элемент 13 служит для изменения температуры рабочей жидкости. Температура контролируется ртутным термометром 12.