Диссертация (1026302), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Далее каркас для модулейввода/вывода с источником питания преобразует значения в сигнал по сетиModbus RS-485. Преобразователь интерфейсов Овен AС4 передает сигнална порт USB персонального компьютера. Далее данные обрабатываютсяна OPC-сервереипоступаютвSCADA-программуMasterSCADA,где происходит сбор данных и перевод их в формат csv. Данный форматпозволяет сохранять табличные данные и автоматически строить графикипо всем каналам измерения.3.1.2 Экспериментальный модуль № 2Схема второго экспериментального модуля показана на Рисунке 3.5.Основные элементы представлены в Таблице 10.Рисунок 3.5. Схема экспериментального модуля №2Последовательность проведения эксперимента на втором модуле состоитиз следующих этапов.
Проверяется давление рабочего газа аргона в баллоне (1)с помощью манометра, входящего в состав редуктора (2). После открытия87вентиля баллона при помощи редуктора (2) происходит настройка давлениясжатого аргона. Газ через систему газораспределения установки (3) подаетсяв криозонд (4). Объем баллона (1) высокого давления – 50 л.Таблица 10.Элементы экспериментального модуля № 2№ элементаНазваниеФункции1Газовый аргоновыйХранение аргона высокогобаллон высокого давления давления для последующей подачив проточную систему2РедукторРегулирование давления сжатогоаргона3Криоаппарат Galil SeedNetРегулирование режимов работы4КриозондИнструмент воздействия5ЕмкостьХранение желатинового геля6Измерительный модульИзмерение температуры вконтрольных точках модельнойсреды – желатинового геля7Персональный компьютерЗапись показаний датчиковтемпературы через определенныепромежутки времени8Шаблонная решеткаПозиционирование криозондов9КорпусКрепление шаблонной решетки,емкости, линейкиГазообразный аргон высокого давления, поступающий в криозонд (4),дросселируется с понижением давления и температуры, охлаждает рабочуюповерхность криозонда (4) и далее аргон удаляется через магистраль обратногопотока.В магистрали обратного потока аргон предварительно охлаждает прямойпоток, при этом подогреваясь, и далее удаляется в окружающую среду.Криозонд (4) погружен в моделирующую биологическую ткань среду –88желатиновый гель (95 % воды и 5 % желатина).
После приготовленияжелатиновый гель заливается в емкость (5) и выдерживается в течение 24 часовдля застывания и обеспечения одинаковой начальной температуры по всемуобъему. Емкость (5) изготовлена из прозрачного пластика и имеет следующиегабаритные размеры 100, 100 и 130 мм.Над емкостью (5) закреплена на корпус (9) шаблонная решетка (8), спомощью которой происходит позиционирование криозонда (4) и термопар вколичестве 4 штук, входящих в измерительный модуль (6). В емкость (5) спомощью специальной подставки из пенополиуретана встроены термометрысопротивления в количестве 4 штук.
Все показания датчиков записываютсяна персональный компьютер (7) в режиме реального времени каждую секунду.В дополнение к схеме получения значений температур, описаннойв разделе 3.1.1 используются игольчатые термопары медь-константан SinglePoint 1.5 Thermal Sensor производства Galil Medical. Данные от термопарпередаются на вторичный преобразователь Овен МВ110, который имеет восемьуниверсальных измерительных каналов аналогового ввода (предел основнойприведеннойпогрешностиприизмерениитермоэлектрическимипреобразователями ± 0,5 %).3.2 Расчет погрешности экспериментовВ состав двух экспериментальных модулей входят датчики температуры,которые имеют погрешность измерения.Термопары и термометры сопротивления были поверены по комплектурабочего эталонного измерительного оборудования 3 разряда – термометрсопротивления платиновый вибропрочный эталонный ПТСВ-2/3/65 мм/1500 мми термометр цифровой эталонный ТЦЭ 005/М2 КИ ТЦЭ/1500 в соответствиис Государственной поверочной схемой (ГОСТ 8.558-2009).
Использовалсяметод непосредственного сличения. В основе метода лежит проведениеодновременных измерений одной и той же физической величины поверяемым89(калибруемым) и эталонным приборами. При этом определяют погрешностькак разницу показаний поверяемого и эталонного средств измерений, принимаяпоказания эталона за действительное значение величины.Расчет составляющих погрешности экспериментов приведены ниже.3.2.1 Расчет погрешности эксперимента на модуле № 1Погрешность эксперимента появляется в результате погрешноститермометров сопротивления, неточности их установки по рабочей поверхностикриозонда,использованияспециальноразработаннойконструкциидля фиксации датчиков.
Далее приведен расчет отдельных составляющихпогрешностей.Погрешность проведенной индивидуальной градуировки термометровсопротивления на уровне минус 80 ºС составляет не более ∆TРТ=±0,5 ºС.Относительная погрешность определения температуры в результате неточноститарировки термометров сопротивления δРТ.δ РТ = ±∆Т РТ×100% = 0,63%ТД(3.1)Стоит отметить, что используется 4-х проводная схема включениятермометров сопротивления в измерительную цепь.
Это наиболее точная схема,которая обеспечивает полное исключение влияния погрешности подводящихпроводов. При этом по двум проводникам подается ток на датчик, два других,в которых ток равен нулю, используются для измерения напряженияна датчике.Предельная приведенная погрешность вторичного преобразователяI-87013 ICP CON γ= ± 0,1 %. Абсолютная погрешность определениятемпературыдлявторичногопреобразователявдиапазонеизмерениятемпературы ∆Тд=80 °С:∆ Т ICP = ±∆ Т Дγ100= ± 0, 08 °С(3.2)90Исходя из этого, предельная абсолютная погрешность термометровсопротивления, расположенных в модельной среде определяется по формуле:δ I = ± δ 2 РТ + δ 2 ICP = 0,64% ,(3.3)чему соответствует абсолютная погрешность определения температуры:∆Т I = ±Т Д ×δI100= 0,51°C .(3.4)Методическая погрешность эксперимента появляется в результатетеплопроводностипопроводам,врезультатенеточностиустановкитермометров сопротивления, а также в результате использования специальноразработанной конструкции для фиксации датчиков.
Теплопритоком к датчикувозможно пренебречь, так как в эксперименте гарантируется плотный контактпроводов с модельной средой, диаметр проводов сравнительно мал, а длинапогруженнойвжелатиновыйгельчастисравнительновелика.Фиксаторы позволяют получать среднюю температуру по длине криозонда в4,8 мм для каждого датчика, следовательно погрешность от неточностиустановкидатчиковсоставляетнеболее±0,1мм,и соответственно ± 1 ºС, что соответствует относительной методическойпогрешности:δМ1= ± (∆TМ1/ TД)*100 % = ±1,25 %(3.5)Относительная погрешность в определении температуры будет равняться:δ TI = ± δ I 2 + δ 2 M 1 = 1,40%(3.6)что соответствует абсолютной погрешности в определении температуры:∆TT1 = ±TД * δTI / 100= ±1,1 º С(3.7)3.2.2 Расчет погрешности эксперимента на модуле № 2Погрешность данного эксперимента появляется в результате неточностиизмерениятемпературы,неточностиустановкидатчиковтемпературы,искажения температурного поля в результате внесения в моделирующую среду91инородного тела – подставки для датчиков температуры и др.
Далее приведенрасчет отдельных составляющих погрешностей.В отличие от эксперимента на модуле №1 в данном случае в дополнениеиспользовалисьтермопары.Погрешностьпроведеннойиндивидуальнойградуировки термопар на уровне минус 80 ºС составляет не более ∆TTП=±0,5 ºС.Относительная погрешность определения температуры в результате неточноститарировки термопар δTП.δTП= (∆TTП/ TД)×100 % = ±0,63 %.Инструментальнаяпогрешность(3.8)измеренийсиспользованиемтермометров сопротивления соответствует расчету в разделе 3.2.1.Методическая погрешность эксперимента появляется в результатенеточностиустановкидатчиковтемпературы,врезультатеустановкив исследуемом объекте инородного тела – пенополиуретановой подставки,обладающеймалойтеплоемкостьюитеплопроводностью,сравнимойс теплопроводностью желатинового геля, которая оценивалась в работе [68].Согласно этой работе погрешность в определении положения изотерм непревышает 0,1 мм.
Учитывая погрешность от неточности установки датчиковтемпературы, суммарная методическая погрешность определения положенияизотерм в исследуемом объекте составит не более 0,3 мм.Дляопределенияабсолютнойметодическойпогрешностиможновоспользоваться результатами расчетов, которые можно уточнить послеэксперимента. По расчетам максимальная разность температур между точками,отстоящими друг от друга на расстоянии 0,3 мм при криовоздействии можетбыть оценена в ± 3 ºС, что соответствует относительной методическойпогрешности измерения с использованием термопар:δМ2= ±(∆TМ2/ TД)*100 % = ± 3,75 % .(3.9)Относительная погрешность в определении температуры термопарамибудет равняться:δ T 2 = ± δ ТП 2 + δ 2 M 2 = 3,80% ,(3.10)92что соответствует абсолютной погрешности в определении температурыне более:∆TT2 = ±TД * δT2 / 100= ±3,1 º С.(3.11)Погрешность измерений с использованием термометров сопротивленияна втором модуле соответствует значению ±3,1 º С.3.3 Анализ результатов экспериментального исследования3.3.1 Анализ результатов исследования на экспериментальном модуле № 1Предварительные опыты по определению температуры на поверхностикриозонда при его захолаживании показали существенное отличие показанийтемпературы при работе криоинструмента без нагрузки в пенополиуретановойизоляции и с нагрузкой в модельной среде – желатиновом геле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
