Диссертация (1025217), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Применяетсяинфракрасный стационарный термометр (пирометр) «КЕЛЬВИН ИКС 4-20/5»(Рисунок 3.22, Таблица 8). Данный датчик является малогабаритнымбесконтактным датчиком температуры с интерфейсом «Токовая петля 4-20мА»и питанием от тока интерфейса – стабилизированного источника постоянноготока 24 В. На датчике установлена излучательная способность 0,95,определенная с помощью проведения отдельного наблюдения. Обратная связьпо температуре поверхности важна при проведении лапароскопическихопераций. С помощью пирометра возможно получать как температуруповерхности, так и скорость ее изменения.115Рисунок 3.22. Инфракрасный стационарный термометр (пирометр)«КЕЛЬВИН ИКС 4-20/5»Таблица 8.Технические характеристики КЕЛЬВИН ИКС 4-20/5Диапазон измерения температур видимойповерхности ТаПоказатель визированияПогрешность измерения температурыВремя измерения температурыРазрешение по температуреВозможность установки излучательнойспособности измеряемой поверхностиДанныеотдатчиковсопротивленияот минус 40 до 350 °С1:5от 0,5 до 4 °С0,33 сек0,02 °Сот 0,01 до 1,00передаютсянавторичныепреобразователи Овен ПЛК150 (4), Овен МВ110 (5), которые преобразуют их всигнал по сети Modbus RS-485.
Преобразователь интерфейсов Овен AС4 (6)передает сигнал на порт USB ноутбука Lenovo G580 (7). Далее данныеобрабатываются на OPC-сервере MasterOPC (8) и поступают в SCADAпрограмму MasterSCADA (9), где происходит сбор данных и перевод их вформат csv. Данный формат позволяет сохранять табличные данные иавтоматически строить графики по всем каналам измерения.Программируемый контроллер ОВЕН ПЛК 150 (4, Рисунок 3.23)позволяет проводить измерения и управлять работой элементов в соответствиес разработанной для него программой (система программирования CoDeSys).Ввод программы осуществляется с ПК оператора, кроме того, общий алгоритмуправления сохранен в памяти контроллера.
В экспериментальной установке кнему поступает информация от двух термометров сопротивления и пирометра.116Пределосновнойприведеннойтермоэлектрическимипогрешностипреобразователями±0,5при%,измерениитермометрамисопротивления и унифицированными сигналами постоянного напряжения итока ± 0,25 %.Рисунок 3.23. Программируемый контроллер ОВЕН ПЛК 150Вторичный преобразователь – модуль ввода аналоговых сигналов ОВЕНМВ110-8А (5, Рисунок 3.24) имеет восемь универсальных измерительныхканалов аналогового ввода (предел основной приведенной погрешности приизмерении термоэлектрическими преобразователями ± 0,5 %, термометрамисопротивления и унифицированными сигналами постоянного напряжения итока ± 0,25 %).RS-485 – стандарт связи (между вторичными преобразователями ипреобразователем интерфейса), на котором в данном случае используетсяпротоколобменаданных(междувторичнымипреобразователямииперсональным компьютером) Modbus RTU.
Параметры подключения по RS485: 9600 бит в секунду, длина слова 8, четность отсутствует, 1 стоп бит, длинаадреса 8, ответ 45 мс, таймаут 600 мс.117Рисунок 3.24. Модуль ввода аналоговых сигналов ОВЕН МВ110-8ААвтоматический преобразователь интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4(6) предназначен для взаимного преобразования сигналов интерфейсов USB иRS-485. Он позволяет подключать к промышленной информационной сетиRS-485 персональный компьютер, имеющий USB-порт.
Таким образом,преобразователь интерфейсов Овен AС4 передает сигнал на порт USB ноутбукаLenovo G580 (7, Рисунок 3.25). Электрические соединения между основнымисистемами выполнены разъемными для мобильности и удобства эксплуатацииэкспериментального стенда.Рисунок 3.25. Общий вид блока сбора данных (ноутбук Lenovo G580,ОВЕН АС4, ОВЕН МВ110-8А)Для преобразования данных в ПК используется Master OPC server 32 –бесплатный OPC-сервер Modbus RTU/ASCII/TCP на одно рабочее место на11832 тега. OPC сервер – это программный шлюз, который реализует связь междупротоколом обмена нижнего уровня (контроллер, приборы) и верхним уровнем- SCADA. Почти все известные SCADA-продукты являются OPC-клиентами.SCADA-программы предназначены для автоматизации рабочего местаоператора.
Интерфейс пользователя сформирован в SCADA программеMasterSCADA. Используется бесплатная исполнительная система на 32 точкибез ограничений по времени. С его помощью можно эффективно управлятьходом эксперимента, изменять параметры опыта, обрабатывать в ходеэксперимента получаемую информацию на ЭВМ. Данная программа позволяетсохранять данные о значениях температуры во времени с точностью до1 секунды в цифровом виде.
После эксперимента данные сохраняются вудобный для обработки табличный формат csv. Далее их возможнообрабатывать в программах типа MS Excel.Кроме перечисленного выше для измерений используются барометр(атмосферное давление), водяные манометры с расширительными бачками,указывающие избыточное давление в камере имитации и магистрали подачигаза, ртутный термометр для определения комнатной температуры. Давление вбаллоне и расход газа индицируются на регуляторе расхода (описан далее).Регистрация с данных датчиков происходит в ручном режиме.Система подачи газа включает в себя источник газа – баллон высокогодавления (10) с понижающим давление регулятором расхода У-30/АР-40 (11),теплоизолированный шланг внутренним диаметром 8 мм (12).
Непосредственноиз шланга газ поступает в камеру имитации РАЛП, где через неплотности ишланг отвода газа (13) выходит в атмосферу. В целях безопасности отвод газаот емкости производится вентилятором (14).Необходимоучитывать,чтоприпроведениилапароскопическихопераций в брюшную полость вводится газ для наддува полости и обеспечениядоступа к органам. Для этого используются инсуфляторы – аппараты,создающиеиподдерживающиеизбыточноедавление(напряженныйпневмоперетониум), которого достаточно для качественной экспозиции внутри119полости. В функции инсуфляторов входит поддержание давления и расхода,подсчет расхода газа, нагрев газа, а также дополнительные функции длямедицинских работников (например, распознавание замены инструментов ит.п.). В РФ для инсуфляции наиболее часто используют диоксид углерода,также возможно использовать инертные газы.
Применение азота, кислорода нерекомендуется. Инсуфляция диоксидом углерода может сопровождатьсянеблагоприятными гемодинамическими и респираторными осложнениями.Поэтому для абдоминальной лапароскопической хирургии обычно избыточноедавление не превышает 25 мм. рт.
столба [80,99]. Для контроля данногопараметра предназначены водяные манометры. Чтобы имитировать работуинсуфлятора в экспериментальном стенде предлагается использовать диоксидуглерода. С помощью регулирования давления подаваемого газа, оценкирасхода газа, подготовки начальной температуры газа возможно добитьсявыполнения функций инсуфлятора.Источником газа является баллон высокого давления (10, Рисунок 3.26) суглекислотой (СО2), объёмом 40 л ГОСТ 949-73, рабочее давление 150 бар. Спомощью дросселирования газа из баллона возможно получать охлажденныйгаз.УниверсальныерегуляторырасходагазасерииУ-30/АР-40(11)предназначены для понижения давления газов и автоматического поддержанияпостояннымзаданногорасхода.Вротаметрвстроенигольчатыйрегулировочный вентиль, позволяющий плавно регулировать расход газа впределах от 0 до 35 л/мин по воздуху (наибольшая пропускная способность подиоксиду углерода более 50 литров в минуту).
Регуляторы расходаизготавливаются в соответствии с требованиями технических условийТУ 3645-003-54288960-2009, ГОСТ 12.2.008 и ГОСТ 13861, выпускаются вклиматическом исполнении УХЛ2 для типа атмосферы II и группы условийэксплуатации – 3 по ГОСТ15150, для работы в интервале температур отминус 25 до 50 °С.Из регулятора расхода газ через теплоизолированный шланг внутренним120диаметром 8 мм (12) поступает в камеру имитации РАЛП. Внешний видмагистрали подачи представлен на Рисунке 3.27.Рисунок 3.26 Баллон высокого давления, регулятор расхода АР-40/У-30Рисунок 3.27 Шланг подачи газа в камеру имитации РАЛПВ эксперименте также использовалось дополнительное оборудование дляфото- и видеосъемки (фотоаппарат Nikon 7100, штатив, прожектор подсветки,перегородка для формирования однородного черного фона), подготовкимодельного вещества (термостат жидкостный, макет для формированияуглубления и фиксатор макета).1213.4.2.
Методика проведения экспериментаПеред экспериментом проводится подготовка модельного вещества. Вводе с температурой от 50 до 60 °С заваривается желатиновый гель из 95 %воды и 5 % желатина, аналог in vitro для биоткани соответствующеговлагосодержания. В емкость устанавливается макет для формирования полости,который жестко фиксируется относительно положения датчиков температуры.Далееприготовленныйжелатиновыйгельзаливаетсявемкостьивыдерживается в течение суток при температуре от 5 до 10 °С для застывания,далее в жидкостном термостате происходит отогрев до температуры от 20 до25 ⁰С для обеспечения одинаковой начальной температуры по всему объему.Также перед экспериментом регистрируется барометрическое давление,комнатная температура, подготавливаются система сбора данных и средствафото-, видеосъемки.Принцип действия экспериментальной установки следующий: послевентиля баллона высокого давления (10) на регуляторе расхода (11)выставляется требуемый расход газа и происходит захолаживание регуляторарасхода (11) и теплоизолированного шланга (12) до получения стабильнойтемпературы газа на выходе из шланга.
После этого холодный (относительномодельного вещества) газ подается в камеру имитации РАЛП, где охлаждаетмодельное вещество в течение заданного промежутка времени. В емкости скрышкой (1) при этом поддерживается избыточное давление на уровне от 15 до25 мм ртутного столба (контроль производится водяными манометрами). Отводпоступающего газа из емкости осуществляется через шланг отвода газа (13). Изтребованийосуществляетбезопасностиинтенсивныйтакжеработаетвоздухообменвентиляторвблизи(14),которыйэкспериментальнойустановки.Данные об изменении температурных полей в модельном веществеполучаются при использовании восьми термометров сопротивления (некоторыетермометры дублируют друг друга), о изменении температуры газа двумя122термометрами сопротивления, также используется пирометр (3). Все данные обизменении температуры автоматически регистрируются в SCADA-программеMasterSCADA (9).Экспериментпроходитвнесколькоэтапов.Накаждомэтапежелатиновый гель охлаждается газом со стабильной температурой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
