Введение 6
1 Современное состояние вопроса и обзорные материалы по техническим основам проекта 8
1.1 Классификация существующих волоконно-оптических датчиков температуры и краткий обзор публикаций по основным направлениям их
совершенствования 8
1.2 Анализ современных научно-технических проблем, связанных с применением волоконно-оптических датчиков температуры (на примере ООО «Инверсия-С») 16
2 Разработка модифицированной конструкции датчика 18
2.1 Схема экспериментального стенда и методика исследования.
Полученные результаты и их анализ 18
2.2 Конструкция датчика 27
2.3 Расчетные и экспериментальные характеристики датчика 28
3 Специальные вопросы проектирования 31
3.1 Т ехнико-экономическая оценка 31
3.2 Основные положения техники безопасности 31
Заключение 33
Список литературы 35
Потребность в датчиках стремительно растет в связи с бурным развитием автоматизированных систем контроля и управления, внедрением новых технологических процессов, переходом к гибким автоматизированным производствам. Помимо высоких метрологических характеристик датчики должны обладать высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации. Этим требованиям в максимальной степени удовлетворяют волоконно-оптические датчики (ВОД).
Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять многие физические параметры, например: давление, температуру,
расстояние, положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле, электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения и т.д.[13].
В настоящее время существует проблема отсутствия отработанной для серийного производства номенклатуры ВОД. Поэтому возникает потребность в быстрейшем создании ВОД различных типов, пригодных для промышленного освоения и сопрягаемых как со стандартными, так и с разрабатываемыми волоконно-оптическими информационно¬
измерительными системами контроля, диагностики, аварийной защиты для различных объектов. Ощущается недостаток информации относительно функциональных возможностей ВОД, надежности, метрологических характеристик, экономических показателей.
Актуальность данной работы определяется недостаточностью сведений в имеющейся технической литературе о путях повышения точности
волоконно-оптических датчиков температуры, а также необходимостью получения дополнительных данных о возможности уменьшения абсолютной погрешности датчиков за счет увеличения их чувствительности, что в свою очередь ведет к повышению их быстродействия.
Цель дипломной работы:
на основе анализа современных научно-технических и технологических проблем, связанных с условиями применения и направлениями совершенствования волоконно-оптических датчиков температуры, провести расчетно-экспериментальное исследование и предложить
модифицированную конструкцию датчика с улучшенными точностными характеристиками.
Для достижения этой цели необходимо выполнить ряд частных задач:
1) оценить современное состояние направлений совершенствования волоконно-оптических датчиков температуры;
2) собрать экспериментальный стенд и провести исследование влияния различных конструкционных материалов, а также инерционных свойств датчика на его точностные характеристики;
3) предложить модифицированную конструкцию волоконно-оптического датчика температуры с обоснованием повышения его эффективности;
4) выполнить технико-экономическую оценку и сформулировать основные требования техники безопасности при проведении экспериментальных работ.
В настоящее время ВОДТ могут найти применение на предприятиях металлургической, химической, нефте- и газодобывающей промышленности, топливно-энергетического комплекса, заводах судостроительной отрасли, горного дела, автомобильного транспорта, медицине и т.д.
В проекте на основе анализа научно-технологических проблем, связанных с точностью ВОДТ и обобщения участия автора в исследовании ВОДТ были получены следующие результаты:
1) Проведен сравнительный анализ материалов, из которых производятся датчики температуры с целью выявления наилучшего материала;
2) Предложена методика определения повторяемости результатов ВОДТ;
3) Предложена методика проведения температурных испытаний и определения абсолютной погрешности ВОДТ;
4) Разработана методика определения инерционности ВОДТ;
5) Предложен вариант доработки ВОДТ.
В результате проделанной работы были получены расчетные характеристики датчика: чувствительность составила 31 пм/°С, абсолютная погрешность датчика составила 0,03 °С. На экспериментальной установке были проведены температурные испытания датчика. В результате испытаний были получены следующие характеристики датчика: чувствительность датчика составила 35 пм/°С, абсолютная погрешность измерения температуры датчиком составила 0,04 °С.
Итак, чувствительность образца 2 в сравнении с образцом 1 увеличилась в 3,5 раза, а абсолютная погрешность уменьшилась в 5 раз.
В специальном разделе проекта выполнена технико-экономическая оценка и представлен материал по безопасной работе при производстве датчиков.
Таким образом, содержание проекта соответствует выданному заданию на выполнение выпускной квалификационной работы бакалавра.
В качестве перспектив возможной реализации проекта можно выделить разработку нового волоконно-оптического датчика температуры для использования в медицинских целях.
