ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Кривизна капиллярной поверхности описывается дифферен циальным уравнением второго порядка:

z_ z₌z,

[ 1+( z) ²] ^3/2x [ 1+( z) ²] ^1/2а ²

гдеzих- координаты точкина меридиональном сечении капли;

z, z-первая и вторая производныеzпоx, соответственно;

а ²-капиллярная постоянная, связанная с поверхностным натяжением ()соотношением:а ²=/ d _* g,гдеd-плотность,g-ускорение силы тяжести.

Для расчета капиллярной постоянной уравнение (1 )записывается в полярныхкоординатах. В дальнейшем определяются координаты профиля капли и численными методами решается уравнение. Точность расчета капиллярной постоянной в данном методе тем выше, чем для большего числа точек сечения капли(n)экспериментально определены координаты. В то же время увеличениеnприводит к большей трудоемкости измерений. Поэтому необходимо совместить данный метод расчета с автоматической реги страцией координат капли, введением их в память ЭВМ и немедленной математической обработкой.

В качестве вычислительногоустройства использованаibmРС/АТ-286. Блок-схема установки приведена на рис. 1.

За основу устройства взят блок измерения и контроля комплекса "Измеритель-1", позволяющий определять геометрические размеры телевизионного изображения. Несмотря на то, что в установке "Измеритель-1" имеется большинство необходимых для сопряжения сигналов, да и сама форма представления информации удобна для автоматизации, необходим ряд изменений и дополнений к ее схеме. А именно: счет заполняющих импул ьсов в установке начинается по переднему фронту сигнала "хорда" и заканчивается по заднему фронту этого же сигнала. В связи с тем, что проектируемая установка должна вести отсчет координат, необходимо организовать сквозной счет заполняющих импульсов с начала строки и по фронтам сигнала "хорда" передавать величину в компьютер. Масштабировать данные удобнее программно, нежели с помощью делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Ввиду того, что информация об измеряемом параметре на экране видеоконтрольного устройства индицируется в десятичном коде, а для машинного счета удобнее использовать двоичный код, необходимо изменить режим работы счетчика с десятичного на двоичный. Для уверенного обмена информацией с ЭВМ (т.е. для обеспечения необходимого времени на обмен) режим съ ема данных должен определяться не внутренней схемой, т.е. не раз в строку, а дополнительной схемой - раз в две строки.

Как известно, телевизионное изображение "рисуется" по строкам. Таким образом, изображение капли - это совокупност ь горизонтальных хорд. На границе изображения капли и фона величина телевизионного сигнала изменяется. Это позволяет установить моменты начала и конца хорды, для чего напряж ени есигнала сравнивается с пороговым. Начало и конец импульса формируют метки. Промежуток от начала строки до метки заполняется счетными импульсами частотой 10 МГц. Количество импульсов до метки пропорционально ее абциссе, а ординатой является номер строки, начиная от строки первой хорды капли.

Система работает так: счетчик формирует количество и.мпульсов заполнения в каждой строке и с брасывается строчным синхроимп ульсом (ССИ). Если в строке нет "хорды", то нет и запросов на обмен и счет не останавливается до следую щего ССИ. Если же "хорда" есть , то счет останавливается по сигналу метки и инициируется обмен данными. ЭВМ принимает данные и размещает их, начиная с фиксированного адреса, являющегося нулем отсчета ординат;затем модифицирует адрес и переходит в режим ожидания дальнейших запросов. Следующая абсцисса размещается по уже модифицированному адресу. Адрес снова модифицируется и т.д. После того. как массив набран, его можно использовать для расчетов.

Обмен с нестандартной периферией , как правило , не поддерживается операционной системой компьютера и программир уется пользователем. Блок-схема программы расчета плотности и поверхностного натяжения показана на рис. 2.

Рис.2 Блок-схема программы расчета

В установку ставится эталонный образец с известными размер ами (параллелепипед). С помощью блокаmeasureизмеряются координаты параллелепипеда и передаются в блокstandard ,где информация обрабатывается:определяются размеры эталонного образца и приводятся в соответствие с истинными размерами , т.е. определяется масштаб. Там же производится отсев грубых ошибок. После масштабирования в установку закладывается исследуе мый образец и с помощью блоковmeasureиstandardопределяются координаты профиля капли, плотность и поверхностное натяжение. Блокpolarпредназначен для преобразования декартовых координат в полярные. В блокеregresпроизводится аппроксимация радиус-вектора профиля капли полиномом. Результаты расчетов показали, что аппроксимация полиномами описывает профиль капли с точностью, сравнимой с точностью метода Рунге-Кутта(РК). В то же время , на решение с использованием полиномов затрачивается гораздоменьш еврем ени , чем на метод РК. Поэтому для определения профиля капли выбран метод аппроксимации ралиус-вектораполиномом вида:

p() = h +b_{1 *}²¹,

гдеpи -радиус-вектор и угол в полярной системе координат,

Н-высота капли ,b₁-коэффициенты полинома.

В блокахvolumeиdensityопре деляются объем и плотность, соответственно. В блокеcapilarconst-капиллярная постоянная и поверхностное натяжение.

Точность фиксации коор динат точек сечения капли данным методом зависит от ра змеров ее изображения на видиконе. При оптимальном заполнении поле зной площади (около 75 % о т поля зрения ) точнос ть определения как абсциссы, так и ординаты произвольной точки близка к 0,02%. Погрешности, вносимые оптической системой , имеют порядок 0,001%. В то же время точность самого метода , вследствие не идеальной формы капли, вряд ли может быть повышена более, чем до 0,1 - 0,5%. Данная установка обеспечивает оптимальную точность фикса ции координат. Время обмера одной капли не превышает 0,02 с. Это позволяет при приемлемой продолжительности опыта (порядка нескольки х часо в) фиксировать не менее 10 ³ точек на температурной или временной за висим ости поверхностного натяжения. Применени е с овременны х алгоритмов обработки результатов экспериментов (например, сплайн-аппроксима ции) позволяет надёжно выявить различные особенности на этих кривых.