Главная » 2014 » Июнь » 25 » Скачать Измерение температуры ликвидуса с использованием вейвлет-преобразования. Перепелкин, Сергей Сергеевич бесплатно
04:21
Скачать Измерение температуры ликвидуса с использованием вейвлет-преобразования. Перепелкин, Сергей Сергеевич бесплатно
Измерение температуры ликвидуса с использованием вейвлет-преобразования
Диссертация
Автор: Перепелкин, Сергей Сергеевич
Название: Измерение температуры ликвидуса с использованием вейвлет-преобразования
Справка: Перепелкин, Сергей Сергеевич. Измерение температуры ликвидуса с использованием вейвлет-преобразования : диссертация кандидата технических наук : 05.11.16 Санкт-Петербург, 2006 160 c. : 61 07-5/1592
Объем: 160 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2006
Содержание:
Введение
1 Анализ способов измерения температуры ликвидуса криолитоглиноземного расплава при производстве алюминия
11 Электролитическое производство алюминия Проблемы и цели
12 Термоэлектрические преобразователи
121 Основные характеристики и типы термоэлектрических преобразователей
122 Источники погрешностей результатов измерений с использованием термопар
123 Кабельные термоэлектрические преобразователи и их особенности
13 Устройство для измерения температуры криолитоглиноземного расплава Описание и принцип работы
14 Процесс охлаждения криолитоглиноземного расплава Температура ликвидуса
15 Анализ кривой охлаждения расплава
151 Принятая модель охлаждения расплава
152 Численный расчет второй производной кривой охлаждения в задаче оценки температуры ликвидуса
153 Некорректность процедуры численного дифференцирования при наличии шумов в исходных данных
16 Выводы
2 Разработка математического аппарата обработки результатов измерений кривой охлаждения на основе вейвлет-преобразования
21 Анализ применяемых методов обработки сигналов Функциональные преобразования
211 Преобразование Фурье
212 Преобразование Габора
22 Вейвлет-преобразование в задачах обработки нерегулярных сигналов
221 Теоретические основы вейвлет-преобразования
222 Показатель Гельдера
223 Определение и характеризация точек нерегулярности в сигнале
23 Алгоритм на основе вейвлет-преобразования для задачи оценки температуры ликвидуса
24 Выводы 100 3 Метрологический анализ результатов измерения температуры ликвидуса криолитоглиноземного расплава
31 Общие сведения Классификация измерительных процедур
32 Источники методической погрешности
33 Метрологические характеристики компонентов измерительного канала
331 Характеристики преобразователя ПТ
332 Характеристики преобразователя ПП
333 Характеристики фильтра ФНЧ
334 Характеристики преобразователя ЯП
335 Характеристики преобразователя АЦП
34 Математические модели СИ и их MX
35 Исходные данные для расчета MX ИК
351 Линеаризация НСХ и метрологические характеристики преобразователя ПП
352 Метрологические характеристики преобразователей НУ, АЦП, ПТ
36 Расчет MX ИК в статическом режиме
37 Выводы
Введение:
Актуальность темы. Цветная металлургия России является важнейшей отраслью промышленности страны и определяет производство и развитие машиностроения, приборостроения, электроэнергетики, транспорта, средств связи, оборонной техники. Алюминиевая промышленность, как составная часть цветной металлургии, начала создаваться еще в 30-х годах прошлого века и в настоящее время занимает доминирующее положение в стране, став вторым по величине мировым поставщиком алюминия. По распространенности в природе (в виде соединений) алюминий занимает первое место среди металлов [40]. В настоящее время по объему производства алюминий занимает первое место среди цветных металлов и его производство постоянно расширяется.
Практически единственным и наиболее распространенным способом получения металлического алюминия является электролиз криолитоглинозем-ного расплава [38, 39]. Получение алюминия путем электролиза является очень энергоемким производством и проблема повышения количества алюминия на выходе и уменьшения энергетических затрат, при современных масштабах производства, представляет огромное значение.
Одним из основных влияющих параметров на выход алюминия является химический состав электролита. Химический состав определяет температуру кристаллизации электролита (температуру ликвидуса). Таким образом, температура, а именно - степень перегрева электролита относительно температуры его плавления (кристаллизации) имеет существенное влияние на выход алюминия. Существует три вида определения температуры ликвидуса:
• химический анализ состава электролита в ванне электролизера и расчет температуры ликвидуса по эмпирическим зависимостям;
• термический анализ в лабораторных условиях с использованием специальных лабораторных установок (термостатов), в которых проба расплава медленно охлаждается;
• в последнее время активно развивается третий метод определения температуры ликвидуса основанный на снятии кривой охлаждения расплава в процессе естественного охлаждения пробы расплава и анализе этой кривой некоторым вычислительным устройством;
Первые два способа основаны на лабораторном анализе пробы расплава, который занимает от 8 до 20 ч. К этому времени состав электролита претерпевает существенные изменения, и информация о температуре перегрева ликвидус теряет свою актуальность.
Третий способ основан на анализе второй производной от дискретизи-рованной кривой охлаждения при остывании пробы расплава электролита. Однако такой метод дает хорошую сходимость результатов только при отсутствии шумов на исследуемой кривой. При измерениях в условиях цеха, на кривой охлаждения расплава неизбежно возникают помехи, обусловленные множеством различных влияющих факторов. Исходя из вышесказанного, требуется разработка алгоритма определения температуры ликвидуса устойчивого к наличию возмущающих воздействий.
Следовательно, разработка измерительных устройств, обеспечивающих в условиях цеха при производстве измерение температуры ликвидуса, является на сегодняшний момент актуальной задачей.
Объект исследований
Метод вейвлет-преобразования для анализа нерегулярных сигналов при измерении температуры ликвидуса многокомпонентных сред.
Предмет исследований
Измерение температуры ликвидуса многокомпонентных расплавов.
Цель работы. Разработка метода определения температуры ликвидуса по измеренной кривой охлаждения многокомпонентного расплава, устойчивого к наличию шумов в результатах измерений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1 Разработать модель кривой охлаждения расплава электролита, содержащую нерегулярный отсчет, характеризующий температуру ликвидуса.
2 Провести анализ существующего метода определения температуры ликвидуса по кривой охлаждения на основе второй производной. Рассмотреть чувствительность этого метода к шумам на кривой охлаждения, неизбежно возникающим при измерении в условиях цеха.
3 Провести анализ математических методов обработки нерегулярных выборочных данных. Выбрать метод, обеспечивающий устойчивое выявление точек нерегулярности в сигнале при наличии шумов в результатах измерений.
4 Провести сравнительный анализ обработки результатов измерений для метода на основе второй производной и выбранного метода при наличии шума в результатах измерений.
5 Провести метрологический анализ результатов измерений температуры ликвидуса на основе имитационного моделирования с использованием разработанного метода. Проанализировать как методическую и инструментальную, так и систематическую и случайную составляющие погрешности результатов измерений.
Основные методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы вычислительной математики, теории численных методов, математического моделирования, современные методы и средства разработки программных средств.
Научная новизна
1 Разработана модель кривой охлаждения криолитоглиноземного расплава на основании экспериментальных данных, а также разработана модель шума, содержащегося в результатах измерений кривой охлаждения расплава при измерениях в условиях цеха.
2 Предложена методика оценки величины шага выборки данных при численном расчете второй производной от измеренной кривой охлаждения для уменьшения влияния шумов в результатах измерений.
3 Разработан метод нахождения и локализации точки нерегулярности (точки ликвидуса) на измеренной кривой охлаждения расплава с использованием вейвлет-преобразования.
4 Впервые предложена характеризация точки начала кристаллизации с помощью показателя Гельдера, позволяющая оценить адекватность результатов измерений кривой к принятой модели.
5 Показано, что алгоритм определения температуры ликвидуса на основе вейвлет-преобразования дает лучшую сходимость результатов измерений при наличии шумов в результатах измерений, чем алгоритм на основе второй производной.
Практическая новизна
1 Выбраны термоэлектрические преобразователи, пригодные для измерения температуры агрессивных сред, таких как расплавленный электролит.
2 Разработано программное обеспечение, реализующее предложенный алгоритм на основе вейвлет-преобразования для определения температуры ликвидуса по кривой охлаждения расплава.
3 Разработано программное и алгоритмическое обеспечение, реализующее расчет оценки показателя Гельдера для точки начала кристаллизации. Отмечено, что применение алгоритмического обеспечения возможно в задаче определения температуры ликвидуса на производстве алюминия, магния и черных металлов.
4 Разработано программное и алгоритмическое обеспечение имитационного моделирования результатов метрологического анализа для устройства измерения температуры ликвидуса.
Достоверность полученных результатов подтверждена практическими результатами экспериментальных исследований на Волгоградском алюминиевом заводе (филиал «ВгАЗ-СУАЛ»), Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными данными, полученными в работе, не противоречат известным положениям наук, базируются на строго доказанных выводах, согласуются с известными методами определения температуры ликвидуса.
