Диссертация (1172924), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

В качестве источника зажигания возможноиспользование пережигаемой нихромовой проволочки диаметром 0,2 мм и длиной 3 ± 1 мм, расположенной в центре реакционного сосуда. Для пережиганияпроволочки на нее подается напряжение питания 42 ± 2 В от системы зажигания(см. рисунок 2.1). Данная система обеспечивает энергию зажигания 8–10 Дж.Возможно также использование искрового зажигания в центре реактора.79Рисунок 2.2 – Типичная кривая флегматизации горючего фторированнымуглеводородом:1 – кривая флегматизации;2 – прямая, являющаяся графиком зависимости (2.7)В этом случае система представляет собой блок искрового зажигания«Искра − 2», обеспечивающий регулируемую энергию разряда от 7 мДж до 2 Дж.Из анализа имеющихся в литературе экспериментальных данных о минимальныхэнергиях зажигания водородсодержащих и метансодержащих смесей в качествеэнергии зажигания была выбрана энергия в 2 Дж.

Эта энергия заметнопревосходит все имеющиеся в литературе данные по минимальным энергиямзажигания водородсодержащих и метансодержащих смесей.Развиваемое при горении в замкнутом сосуде давление регистрируетсяс помощью быстродействующего тензометрического датчика давления «КаратДИ» с постоянной времени не более 10-3с. Сигнал с датчика давления подается наАЦП E14-440 с максимальной частотой преобразования 400 кГц и далеена компьютер. Пульт управления (см. поз.

7 на рисунке 2.1) обеспечиваетсинхронную работу источника зажигания и системы регистрации. Для удаленияиз реактора продуктов горения используют вакуумный насос. Горючими газамислужиливодородиметан.Вкачествефлегматизаторовиспользовалипентафторэтан (C2F5H), трифторметан (CF3H) и перфторбутан (C4F10).802.3 Оценка погрешности измеренийВ экспериментах по определению характеристик горения горючих газовыхсмесей сложного состава в замкнутом сосуде определялись максимальноедавление взрыва, а также максимальная скорость нарастания давления взрываи нормальная скорость распространения пламени путем математическойобработки экспериментально полученной в процессе регистрации давления пригорении исследуемой газовой смеси в замкнутом сосуде кривой «давлениевремя». Необходимо оценить погрешности определения этих величин, методикаопределения которых приведена ниже, за исключением погрешности определениянормальной скорости распространения пламени, которая, как это показанов работе [125], составляет порядка 15 %.

При этом более детально описаныпроцедуры нахождения искомых параметров.Список условных обозначений:  − класс точности прибора; x − доверительный интервал;  − доверительная вероятность;  x − среднеквадратическаяпогрешность; h – предельная приборная погрешность; xn − нормирующеезначение измеряемой прибором величины; n– число делений шкалы прибора;d – цена деления прибора; y − суммарная погрешность при измерениивыходного сигнала с помощью АЦП; yкв − шаг квантования при измерениивыходного сигнала с помощью АЦП; m – число уровней квантования выходногосигнала; T – полное время измерения выходного сигнала;  tд − времядискретизации АЦП при измерении выходного сигнала; f – частота дискретизацииАЦП при измерении выходного сигнала; U – напряжение выходного сигнала,снимаемоесобразцовогосопротивления;R–значениеобразцовогосопротивления; I – выходной сигнал постоянного тока.Оценка погрешности измерения давления образцовым манометром.Для калибровки датчика давления «Карат ДИ» 1,6 МПа использовалсяобразцовый манометр следующих характеристик: класс точности = 0,4;81диапазон измерения избыточного давления xn = 1,0 Мпа; число делений n = 250.Отсюда находим цену деления манометра: d = xn / n = 0,004 МПа.Погрешность отсчета, связанная с округлением, зависит от того, до какойдоли деления шкалы производится округление, а также от размеров деления.

Какправило, нет смысла оценивать доли деления, меньшие 0,2 деления шкалы.Среднеквадратическую ошибку отсчета (  отсч ) можно принять равной третьейчасти той доли деления, которая оценивается. Отсюда находим среднеквадратическую погрешность отсчета по шкале манометра: отсч =d/3 = 0,0013 МПа = 1,3 кПа.Находим предельную приборную погрешность манометра:hман = xn 100= 0,004 МПа = 4 кПа.В таблице 2.1 приведены соответствия между некоторыми доверительнымивероятностями и доверительными интервалами [129].Таблица 2.1 – Зависимостьдоверительного интервалаПогрешность, xДоверительнаявероятность, доверительнойвероятностиотширины00,5  xx1,5  x2 x2,5  x3 x00,40,70,90,950,990,997Как известно, величина hман определяет максимальное значение суммарнойпогрешности, то есть учитывает как систематическую, так и случайнуюпогрешности прибора.

Погрешность исправного прибора не должна превышатьhман. Согласно таблице 2.1 практически все отсчеты, а именно 99,7 %, заключеныв интервале ±3  x , а по данным прибора в интервале ±h. Отсюда находимсреднеквадратическую погрешность показаний прибора (  показ ), определяемуюразбросом показаний приборов данного типа  показ ≈ h / 3 = 0,0013 МПа = 1,3 кПа.В качестве окончательной оценки приборной погрешности выберем ту из величин(  показ или  отсч ), которая больше:  приб  max( отсч , показ ) = 1,3 кПа.82Оценка погрешности измерения выходного сигнала датчика давления«Карат ДИ».Оценку погрешности выполнили с учетом схемы включения датчика,приведенной на рисунке 2.3.Рисунок 2.3 – Схема включения датчика давления «Карат ДИ» при калибровкеПри калибровке датчик нагружается давлением, которое фиксируется образцовым манометром.

Выходной сигнал датчика измеряется образцовым вольтметром. В работе в качестве вольтметра использовался прибор АЦП L-Card E14-440.Погрешность измерения выходного сигнала датчика давления складывается изпогрешности выходного сигнала датчика и из погрешностиизмерениянапряжения аналого-цифровым преобразователем. Погрешностью измерениясопротивления, с которого снимается сигнал, пренебрегаем в силу ееотносительной малости.Оценим погрешность измерения напряжения с помощью АЦП. Какизвестно, 2 y = yкв . Величина yкв определяется как ( ymax – ymin )/m. Число уровней квантования выходного сигнала в свою очередь оценивается как m  T / tд ,а величина  tд = 1/ f .

При калибровке датчика давления использовалисьследующие параметры регистрации выходного сигнала:f = 2000 Гц, то есть tд =500 мкс; полное время измерения выходного сигнала при заданном давленииT ≈ 60 с, отсюда число уровней квантования m = 1,2·106. В силу того, чтоизмеряется квазистатическая величина, ( ymax – ymin ) не превышает 5 мВ, а m –велико, погрешностью измерения напряжения с помощью АЦП пренебрегаем.83Оценим погрешность выходного сигнала датчика. Предел допускаемойосновной погрешности использовавшегося в работе датчика «Карат ДИ»  = 0,25.Диапазон измерения выходного сигнала U = I ·R, (здесь I =16 мА – диапазонвыходного сигнала постоянного тока). Значение образцового сопротивленияR = (250,0±0,1) Ом.

Отсюда U = 4 В. В результате находим предельнуюпогрешность выходного сигнала датчика давления: hдат= U  /100 = 0,01 В.Далее в соответствии с таблицей 2.1 находим среднеквадратическую погрешностьвыходного сигнала датчика:  дат = hдат / 3 = 0,0033 В.Погрешность определения давления с помощью линейной аппроксимациизависимости показаний выходного сигнала датчика от давления.На рисунке 2.4 представлена зависимость выходного сигнала датчикадавления «Карат ДИ» от приложенного давления.Рисунок 2.4 – Зависимость выходного сигнала датчика «Карат ДИ»от приложенного давления84Представленная на рисунке 2.4 зависимость была получена следующимспособом.

С помощью образцового манометра на входе датчика задаютизмеряемое давление, а с помощью образцового вольтметра измеряют выходнойсигнал датчика. Чтобы использовать полученную зависимость для вычислениядавления по показаниям датчика во всем диапазоне измеряемых давлений,указанная зависимость была аппроксимирована линией, уравнение которой имеетвид: P = A + B·U, (здесь: U – напряжение, регистрируемое на образцовомсопротивлении с помощью АЦП; A и B – эмпирические коэффициенты,полученные по методу наименьших квадратов).

Значения A и B, а также ихабсолютные погрешности представлены в таблице 2.2.Таблица 2.2 – Коэффициенты линейной аппроксимации зависимости давления,приложенного к датчику, от выходного напряженияЗначения эмпирическихкоэффициентовA,МПа−0,41B,МПа/В0,41АбсолютныепогрешностикоэффициентовB ,A ,МПаМПа/В0,00130,0008СреднеквадратическаяпогрешностьСреднеквадратическая погрешность, x , МПаКоэффициенткорреляции,R0,00150,99995( x )характеризуетотклонениеэкспериментальных точек от полученной линейной аппроксимации. Дляопределения среднеквадратических отклонений величин A и B воспользуемсяданными из таблицы 2.2.

Примем A =  A , B =  B , при этом доверительнаявероятность  попадания измеряемой величины в интервалы ( A  A; A  A)и ( B  B; B  B ) составляет 0,7. Выбранная доверительная вероятность  = 0,7и соответствующий ей доверительный интервал являются стандартными дляопределения абсолютных погрешностей измеряемых величин. Определим теперьвклад погрешностей величин A, B, U в итоговую погрешность определениядавления P по зависимости: P  A  U * B .СреднеквадратическаяпогрешностьопределениявеличиныP,обусловленная изменением величины B на ее погрешность B определяетсявыражением:85 pB =P*  B = U *  B = U *0,0008 МПа/В.BАналогично определяются среднеквадратические погрешности определениявеличины P, обусловленные изменением величин A и U на их погрешности Aи hдат соответственно: pA = pU =P*  A =  A = 0,0013 МПа,AP*  U = B *  U = 0,41 МПа/В * 0,0033 В = 0,0014 МПа.UРезультирующаясреднеквадратичнаяпогрешность( p )вычисляетсяпо формуле: p = ( p A )2  ( p B )2  ( pU )2 = 0,00000365+(U * 0,0008МПа / В) 2 .Также отметим, что в погрешность определения давления также вноситвклад погрешность измерения напряжения с помощью АЦП, которую при малыхвременах процесса необходимо учитывать.

В данном случае ymax = Pmax −максимальное давление взрыва, развиваемое при горении в замкнутом сосуде;ymin = Pmin = P0− начальное давление при проведении опытов, то есть,атмосферное давление. При этом T− время процесса горения, котороеопределяется как время роста давления от исходной величины P0 до максимального значения Pmax. Частота дискретизации f и  tд остаются неизменными.Тогда суммарная погрешность определения давления, обусловленная АЦП, будетравна: P = ( Pmax -= Pmin )*tд.2TКак и раньше, принимаем доверительную вероятность  попаданияизмеряемого давления P в интервал ( P  P ; P  P ) равной 0,7, а среднеквадратическую погрешность P, обусловленную АЦП, примем:  АЦП = P .Результирующая среднеквадратическая погрешность измерения давления,обусловленная всеми указанными выше факторами, вычисляется по формуле:86 P  = ( АЦП )2  ( p )2 =t Pmin ) * д2  0,00000365+(U * 0,0008МПа / В) 2 .4T2=(Pmax2Оценка погрешности измерения разрежения образцовым вакуумметром.Для задания горючей смеси в реакционном сосуде экспериментальнойустановки использовался образцовый вакуумметр со следующими характеристиками: класс точности  = 0,25; диапазон измерения разрежения xn = 0,1 Мпа;число делений n = 400.

Характеристики

Список файлов диссертации