Автоматизация технологического процесса стабилизации температуры при производстве автомобильных термоэлектрических устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Ни Зо

• Ни Зо
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Ни Зо

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

1.1 Анализ состояния исследований в области термоэлектрических' систем

1.2 Физические расчеты термоэлектрических материалов

1.3 Возможности технологического термоэлектрического приборостроения для автомобильных термоэлектрических приборов

1.4 Особенности современных регуляторов и системы автоматического управления термоэлектрическими объектами

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

2.1 Представление термоэлектрического нагрева движущегося изделия в виде звена САУ

2.2 Аппаратное обеспечение термоэлектрического нагрева

2.3 Современные системы регулирования температуры и датчики-температур

2.4 Математическое описание регуляторов в системе управления термоэлектрическим нагревом

2.5 Проектирование базы данных для хранения информации об автомобильных термоэлектрических устройствах

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ОПИСАНИЕ САУ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАГРЕВОМ

3.1 Идентификация термоэлектрического объекта управления

3.2 Управление термоэлектрическим нагревом типа каскадного ТЭМ при движении по мощности

3.3 Управление термоэлектрическим нагревом типа цилиндрического ТЭМ при движении по мощности

3.4 Динамические характеристики термоэлектрического нагрева движущегося изделия

3.5 Разработка рекомендаций по выбору структуры и параметров САУ термоэлектрическим нагревом

3.5.1 САУ термоэлектрическим нагревом по JT4X с П-регулятором

3.5.2 САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с И-регулятором

3.5.3 САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с ПИ-регулятором

3.5.4 САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с ПИД-регулятором

3.6 Компьютерное моделирование и расчет переходных процессов в САУ термоэлектрическим нагревом с различными законами регулиро-* вания

Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ И КАЧЕСТВА САУ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ НАГРЕВОМ ДВИЖУЩЕГОСЯ ИЗДЕЛИЯ

4.1 Исследование влияния запаздывания на качество САУ термоэлектрическим нагревом

4.1.1 Анализ устойчивости САУ термоэлектрическим нагревом по ЛЧХ с запаздыванием и определение критического коэффициента усиления

4.1.2 Оценка показателей качества устойчивости САУ термоэлектрическим нагревом при учете запаздывания с помощью компьютерного моделирования

4.2 Расчет оценки влияния запаздывания на устойчивость САУ термоэлектрическим нагревом с помощью метода параметрической оптимизации САУ

4.3 Исследование качества САУ термоэлектрическим нагревом при воздействии возмущений

4.4 Расчет влияния возмущений на качество САУ термоэлектрическим нагревом при введении П, И, ПИ, ПИД-регуляторов с помощью компьютерного моделирования

Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация технологического процесса стабилизации температуры при производстве автомобильных термоэлектрических устройств»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность диссертационной работы

Во многих отраслях научного и технического исследования созданы термоэлектрические преобразователи энергии приборов, которые осуществляют прямое преобразование тепловой энергии в электрическую, обеспечивая эффективность использования энергии. Перспективной актуальной проблемой современных автомобилей является отход тепла от двигателей внутреннего сгорания. Использование термоэлектричества популярно и для рекуперации тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. В настоящее время многие автомобильные компании устанавливают на свои автомобили термоэлектрические устройства (ТЭУ), что позволяет уменьшить расход топлива до 10 % за счет дополнительной выработки электроэнергии.

Термоэлектрические явления связаны со взаимным превращением между электрическими процессами и тепловыми процессами в металлах и полупроводниках [1, 2, 3]. Термоэлектрические материалы с точки зрения их технологии используются не только в автомобильной технике но и в полупроводниковой технике, радиоэлектронике и бытовой технике. Термоэлектрические системы (ТЭС) применяются для стабилизации и регулирования температуры в диапазоне -60° С +120°С [4]. В настоящей диссертационной работе изложен принцип работы ТЭМ элемента, определены его основные технологические параметры, дана система моделирования автоматического управления термоэлектрическим объектом для получения высококачественных автомобильных электронных устройств.

Вопросы исследования термоэлектрических материалов рассматривали в работах ученых: Анатычук Л.И., Семешок В.А., Тарасов Ю.А., Штерн Ю.И., Боженарь Д.А., Тарасов Р.Ю., Голыцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А., Бурштейн А.И., Алиев С.А., Зульфигаров Э.И., Самойлович А.Г., Яров В.М., Лыков А. В. Анализ и синтез систем

автоматического управления термоэлектрическим объектом изложен в работах ученых: Трасова Г.И., Зайцев Г.Ф., Сергеев С.А., Душин С.Е., Бесекерский В.А.,Попов Е.П., Бессонов A.A., Загашвили Ю.В., Маркелов A.C., Цыпкин Я.З., Дубовой Н.Д., Луков Н.М., Карташов Э. М., Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев A.B., Никулин Е.А и др.

В настоящее время при определении систем управления различными объектами предпочтение отдаётся применению цифрового метода и средствам, в том числе высокопроизводительным цифровым процессорахМ и аналого-цифровым преобразователям (АЦП). АЦП использует для преобразования напряжения и непрерывных сигналов датчиков температуры, а также АЦП обеспечивает микропроцессорную систему и выполняет большинство реальных микропроцессорных систем управления, в которой цифровой части предшествует непрерывное динамическое звено. Следовательно, могут создаться конструкции регуляторов с самонастройкой, с переменной структурой, или адаптивные системы [5]. Благодаря этому, микропроцессорная система управления создает специальный тип электронных систем управления и располагает рядом исключительных возможностей с точки зрения реализации самых сложных задач систем управления.

Таким образом, для управления термоэлектрическим объектом предлагается использовать микропроцессорные системы управления (МПСУ) термическим оборудованием. Важно при создании таких систем управления учитывать динамику термоэлектрического объекта управления. Однако этой проблеме не уделено достаточного внимания. Практически отсутствует математическая модель термоэлектрического оборудования: система автоматического управления (САУ) термоэлектрическим нагревом, где проводится оценка влияния возмущений, оценка влияния запаздывания времени и разработка алгоритмов управления термическим оборудованием с

оптимальными параметрами настройки, обеспечивающих задаваемую точность стабилизации температуры на устойчивость и качество САУ.

Поэтому актуальность настоящей диссертационной работы заключается в создании высокоэффективных и качественных систем управления режимом термоэлектрического нагрева, которые учитывают особенности непрерывно движущегося объекта. Результаты диссертационной работы будет содействовать выполнению требований, предъявляемых современной технологией к качеству термоэлектроники, созданию и конструкции материалов с большинством высококачественных показателей, отвечающих требованиям технологического процесса. Таким образом, предложенная диссертационная работа позволяет автоматизировать технологические процессы изготовления термоэлектрических устройств для автомобилей, обеспечивающих эффективное преобразование тепловой энергии в электрическую энергию.

Цель работы - повышение эффективности производства автомобильных термоэлектрических устройств (ТЭУ) за счет автоматизации технологических процессов их изготовления.

Задачи диссертационной работы:

- исследование термоэлектрических преобразователей энергии, их

конструкций и технологий получения высококачественных автомобильных термоэлектрических устройств (ТЭУ);

- исследование математических моделей термоэлектрического нагрева для двух объектов при изготовлении ТЭУ для автомобиля;

- оценка запасов устойчивости и показателей качества замкнутой системы автоматического управления (САУ) по логарифмическим частотным характеристикам (ЛЧХ), при различных законах регулирования: П, И, ПИ, ПИД для изготовления автомобильных ТЭУ с заданными параметрами;

- оценка влияния запаздывания времени на устойчивость и качество САУ ТЭУ и влияния возмущений на устойчивость САУ термоэлектрическим1 нагревом и качество исследуемой САУ термоэлектрическим объектом;

- параметрическая оптимизация САУ термоэлектрическим нагревОхМ для получения стабильной высококачественной продукции;

- расчет переходных процессов в САУ с помощью компьютерного моделирования и оценка качества переходных процессов.

Методы исследования. В данной диссертационной работе при проведении теоретических исследований используются методы теплопроводности и теплопередачи, теории идентификации с временной характеристикой, методы решения дифференциальных уравнений, частотные методы теории автоматического управления, метод параметрической оптимизации, а также методы компьютерного моделирования.

Научная новизна. Научная новизна диссертации состоит в разработке математических моделей терхмоэлектрического нагрева для каскадного типа ТЭУ и для цилиндрического типа ТЭУ при различных условиях нагрева и при управлении по мощности. В электронной систехме управления температурой, относящейся к соврехменным микропроцессорным систехмам управления (МПСУ), в качестве управляющего устройства (УУ), выделены две структуры САУ и оценены их показатели качества с помощью кохмпьютерного моделирования. Предложена методика расчета влияния запаздывания врехмени и влияния возмущений на устойчивость и качество САУ термоэлектрическим нагревОхМ с различными законами регулирования. Также, предложена методика определения парахМетрической оптимизации САУ-с настройкахМи коэффициента управляющего устройства и коэффициента усиления. В качестве критерия оптимизации используется улучшенный интегральный критерий.

Практическая ценность. В диссертации развиты положения теории конструирования автомобильных ТЭУ в виде структуры САУ и её математических моделей. Полученные математические модели и прикладные методики могут быть использованы для определения режимов, температурных процессов во многих отраслях науки и техники. Кроме того, программное обеспечение MATLAB может быть применено для моделирования задач технологических процессов во многих научных исследованиях и инженерных областях.

Научные результаты, выносимые на защиту;

- метод идентификации конкретного термоэлектрического объекта управления и математическое описание объекта управления (ОУ) в виде типового апериодического звена с параметрами /Го=10,3 К/В; То=630 с;

- математические модели термоэлектрического нагрева для двух типов объектов с звеном САУ;

- методика исследования устойчивости качества САУ термоэлектрическим нагревом;

- методика определения оценки влияния запаздывания и влияния возмущений на устойчивость и качество САУ термоэлектрическим нагревом;

- методика стабилизации температуры при производстве автомобильных термоэлектрических устройств с параметрической оптимизацией САУ термоэлектрическим нагревом.

Личный вклад автора. Лично автору принадлежит самостоятельное решение следующих задач: разработка математических описаний для двух типов автомобильных термоэлектрических устройств, и определение временных и частотных характеристик САУ термоэлектрическим объектом; создание электронной системы управления температурой, где автором

выделены возможные две структуры СЛУ и оценены их динамические характеристики. Кроме того, автором исследована устойчивость САУ термоэлектрическим нагревом, определены две задачи: влияния запаздывания времени и влияния возмущений. Определена оптимизация настроечных параметров управляющего устройства с помощью компьютерного моделирования указанных САУ для двух структур при использовании улучшенного интегрального критерия 1опт. Все полученные результаты опубликованы в 15 печатных работах.

Достоверность и апробация результатов диссертационной работы.

Достоверность результатов исследования подтверждается корректностью разработанных математических моделей, новыми научными исследованиями с применением современных методов, адекватностью теоретических исследований с данными эксперимента и их сопоставлением с показателями частотных методов, соответствием между полученными характеристиками и желаемыми характеристиками при проектировании САУ по результатам моделирования.

Основные результаты диссертации обсуждались и докладывались на следующих конференциях: 18-ой, 20-ой, 21-й - всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов

«Микроэлектроника и информатика» - 2011, 2013, 2014 г.г., Москва, МИЭТ; на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях и семинарах (2011-2014 годах); на 69 - 71 научно-методической и научно-исследовательской конференциях МАДИ; на заседаниях кафедры «Автоматизированные системы управления» МАДИ.

Публикации. Основные результаты исследования представлены в 15 публикациях, в том числе в 4 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, в 8 статьях в научных журналах и 3 публикациях в тезисах докладов научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы (из 75 наименований) и приложения. Основное содержание диссертации изложено на 215 страницах, содержит 94 рисунка и 47 таблиц и приложения на четырех страницах.

Содержание работы

Во введении отмечается актуальность темы диссертации, научная новизна, практическая значимость результатов, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены технологии, конструкции термоэлектрических объектов и их термоэлектрических преобразователей энергии, связанных с температурными условиями, а также теоретические исследования автомобильных термоэлектрических устройств. Вариантами реализации таких устройств являются термоэлементы (ТЭМ), оценено их качество с температурными условиями. Приведён обзор современного состояния проблемы автоматического управления термоэлектрическими объектами, основных составляющих блоков таких систем управления, обоснована актуальность и задачи диссертации;

Во второй главе анализируется современное состояние исследуемой, задачи управления термоэлектрическим объектом. Рассмотрены вопросы математического описания объекта термоэлектрического нагрева с звеном системы автоматического управления (САУ) для случаев использования установок термоэлектрического элемента с сосредоточенными параметрами. В главе отражены вопросы исследования динамики систем регулирования термоэлектрического нагрева при управлении по температуре объекта. Рассмотрены вопросы аппаратурной реализации электронной системы управления температурой. Представлена электронная система управления,

которая создана на базе дискретных элементов и относится к современным микропроцессорным системам управления (МПСУ). В диссертационной работе для управления температуры применяется МПСУ. Рассмотрены области применения типовых измерителей температуры, датчика температуры и их основные характеристики в автоматизированной системе управления технологическим процессом, а также, представлены математические описания современных регуляторов с различными законами: П, И, ПИ, ПИД - регуляторы в МПСУ. Реализованы и построены логическая и физическая модели базы данных в среде ER-Win и MS-Access для хранения информации об автомобильных термоэлектрических устройствах (АТУ). Исследованы типовые запросы в СУБД-Access, который обеспечивает удобный и быстрый доступ ко всем необходимым данным.

В третьей главе определена идентификация термоэлектрического объекта управления с помощью временного метода, получена математическая модель идентификации в виде передаточной функции и определены ее параметры: постоянная времени и коэффициент усиления. Далее рассмотрены вопросы математического описания САУ термоэлектрического нагрева для типа каскадного длинного ТЭМ и для типа цилиндрического ТЭМ при управлении по мощности. Кроме того, компьютерное моделирование подтвердило оценку допустимой ошибки во временных характеристиках объекта термоэлектрического нагрева с различными толщинами при различной скорости движения.

Рассмотрены вопросы устойчивости качества САУ и его динамики, характеристики регулирования термоэлектрическим нагревом. На основании анализа существующих моделей устойчивости качества САУ термоэлектрическим нагревом в главе представлено исследование устойчивости и качества САУ термоэлектрическим нагревом с, использованием частотного метода - JIA4X и ЛФЧХ и оценены как запасы устойчивости (по амплитуде Lh и по фазе у), так и основные показатели

качества (время регулирования tp и перерегулирование а) при различных законах управления: П, И, ПИ, ПИД - регуляторы.

Были проведены расчеты на J1A4X и ЛФЧХ в САУ термоэлектрическим нагревом при различных законах управления. В диссертационной работе предложено компьютерное моделирование устойчивости качества САУ термоэлектрическим нагревом. В качестве исполнительного устройства (ИУ) можно выделить несколько типов структур САУ и оценено их динамические характеристики с помощью компютера моделирования.

Структура 1 - САУ с электронным преобразователем высокочастотной энергии в качестве специализированного возбудителя - транзисторном усилителем (ТУ).

Структура 2 - САУ с электронным преобразователем высокочастотной энергии в качестве специализированного возбудителя - магнитным усилителем (МУ).

Далее проведен анализ устойчивости и качества САУ с различными, законами П, И, ПИ, ПИД - регулирования для двух структур при различной толщине металлов М, при использовании таких законов в структуре САУ практически во всех рассматриваемых случаях определяется предельный коэффициент усиления Ко Определены динамические характеристики переходных процессов в САУ термоэлектрическим нагревом с различными законами регулирования в системах рассматриваемых двух структур с помощью метода компьютерного моделирования.

В четвертой главе определено влияние запаздывания на устойчивость САУ термоэлектрическим нагревом с различными законами регулирования для двух анализируемых структур при различной толщине металлов М. Компьютерное моделирование САУ с запаздыванием позволило определить значения критического коэффициента усиления системы в зависимости от1 величины времени запаздывания. Расчет влияния запаздывания на

устойчивость САУ показал, что влияние запаздывания при определенных соотношениях параметров блоков системы может быть существенным и его необходимо учитывать при выборе настроечных коэффициентов регуляторов. Влияние запаздывания в САУ при любом законе управления ухудшает качество САУ. Из-за этого факта, в данной диссертационной работе приводится параметрическая оптимизация САУ термоэлектрическим нагревом с настройками управляющего устройства при различных условиях влияния запаздывания с различными толщинами металла. В качестве критерия оптимизации используется улучшенный интегральный критерий 10Пт- В результате 10пх дало высококачество на устойчивость САУ при двух структурах. Определено влияние возмущений на устойчивость САУ термоэлектрическим нагревом движущегося изделия с различными законами регулирования. Получены рекомендации по выбору управляющего устройства системы для получения удовлетворительных показателей качества переходных процессов в условиях воздействия типовых возмущений.

В Заключении излагаются итоги проведенной работы.

В приложении представлены исходные данные для проведения экспериментов и результаты исследования h(t) и документы об использовании результатов работы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

1.1 Анализ состояния исследовании в области термоэлектрических

систем

Между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках имеется взаимосвязь, которая обусловливает явления, называемые термоэлектрическими. Явления возникновения электрических токов или электродвижущей силы, которые появляются при создании градиента температуры в анизотропной среде или электрически неоднородной, а также возникновения градиентов температуры и тепловых потоков при пропускании в таких средах электрического тока можно отнести к термоэлектрическим явлениям [6].

В настоящее время технология термоэлектрического устройства (ТЭУ) используется в автомобиле для решения проблемы выхлопного отбросового тепла и для замены системы генераторного переменного тока. А также это устройство экономит топливо автомобиля и уменьшает нагрузки двигателя. Поэтому автомобильная промышленность уделяет большое внимание различными проектами, в ходе которых изучаются концепции термоэлектрических материалов на тепловой энергии. В этих работах рассматриваются такие техМЫ, как конструкция терхмоэлектрических материалов, соотношения между тепловыми и электрическими процессами. Термоэлектрическихми систехмами являются полупроводниковые материалы, в которых вырабатывается электрический ток из энергии тепла и достигает еще более высокого коэффициента полезного действия (КПД) силового агрегата.

Автомобильное терхмоэлектрическое устройство (рис. 1.1) преобразует тепло выхлопных газов в электричество, которое используется для питания электрических систем автохмобиля, чтобы снизить нагрузки двигателя и уменьшить расход топлива. С этой целью автохмобилыюе терхмоэлектрическое

устройство присоединяется к наружной поверхности выхлопной трубы, при этом за счет движения воздуха устройства охлаждается, при движении автомобиля создаются высокотемпературными газами, за счет чего нагревается другая сторона. Такое устройство может снижать расходы топлива на 10%. [71, 72]. Такие производители как General Motors, Chevrolet Volkswagen, BMW работают над созданием жаростойких

высокоэффективных термоэлектрических устройств, которые можно будет устанавливать в систему двигателя, что разрешит экономить топлива (до 10%) [73].

Рис. 1.1 Автомобильное термоэлектрическое устройство

Автомобильное термоэлектрическое устройство (АТУ) представлено двумя типами (рис. 1.2 (а) и (б)) каскадный тип и цилиндрическый тип. Эти типы похожи на продольные модели, но поперечное сечение является

кубическим и цилиндрическим. Данные модели имеют термоэлектрические модули (ТЭМ), которые распологаются над наружной поверхностью. Кольцевая область интегрирована с пластинами, которые соединияется вдоль длины устройства. Внутренний канал работает как центральная перепускная труба для компенсации высокой температуры или противодавления эффекта. Вариантами реализации таких двух моделей термоэлектрического преобразования тепловой энергии являются термоэлементы (ТЭМ).

(а)

Рис. 1.2 (а) Каскадный тип автомобильного термоэлектрического устройства (б) цилиндрический тип автомобильного термоэлектрического

устройства.

Многие автомобильные компании развивают и исследуют термоэлектрические материалы для автомобильных электронных устройств, чтобы увеличивать количество электрических и электронных устройств в транспортной области обеспечивая комфорт и удобство для пользователей автомобилей. Более того, глобальная проблема обеспечения топливом автомобилей порождает необходимость разработки гибридных двигателей в транспортных областях, являясь более эффективным, экономичным и экологичным способом для обеспечения источников энергии транспортных областей. В следующем разделе рассмотриваются технологии и конструкции

термоэлектрических объектов и их термоэлектрических преобразователей энергии, связанных с температурными условиями для автомобилей.

Термоэлементы, в основе работы которых лежат термоэлектрические эффекты, являются одними из первых электронных приборов, созданных человеком. История открытия термоэлектрических явлений насчитывает более 180 лет. Начало открытию и исследованиям было положено Томасом Иоганном Зеебеком (9.4.1770 - 10.12.1831) - немецким физиком, членом Берлинской академии наук. Он родился и Ревеле (в настоящее время г. Таллин), учился в Берлинском и Геттингенском университетах, в последнем получил в 1802 г. степень доктора. Однако прославился он не в медицине, а тем, что открыл термоэлектрический эффект.

Как и весь научный мир, он находился под впечатлением опытов Эрстеда и Ампера и открытия способности электрического тока нагревать проводники и отклонять стрелки магнитных компасов. Зеебек также решил исследовать "магнитную атмосферу электрического тока", для этого он использовал два разнородных металла, которые припаивал друг к другу, сочетал их медным проводником и помещал внутрь петли, образованной проводником, магнитную стрелку.

Случайно он обнаружил, что стрелка отклонялась при прикосновении к одному из контактов. После долгих экспериментов выяснилось, что угол поворота стрелки был связан с величиной разности температур на спаях исследуемой цепи. В физике данное явление получило название "эффекта Зеебека". Очень тщательно Зеебек исследовал явление, экспериментируя с сотнями различных веществ. В ходе экспериментов Зеебека собрал большое количество материала по изучению из сплавов, комбинаций твердых, жидких металлов и сочетанный при воздействии на них разных температур. На основе собранного материала он создал термоэлектрический ряд, не сильно отличающийся от рядов, составленные гораздо позднее Юсти (1948 г.) и Мейснером (1955 г.) до настоящего времени

Несмотря на то, что ранее, в 1820 г., Ханс Кристиан Эрстед доказал сияние электрического тока на магнитную стрелку, а Ампер, Био, Савар, Лаплас подробно исследовали взаимодействие электрического тока и магнитного поля, Зеебек категорически отрицал электрическую природу открытого им явления. Он объяснял его намагничиванием материалов под действием разности температур. Эффект Зеебека заключается в возникновении термо-ЭДС при нагреве контакта (спая) двух разнородных металлов или полупроводников. Напряжение термо-ЭДС Етэдс прямо пропорционально коэффициенту Зеебека Е и разнице температур ДТ между горячей ГА и холодной Тс сторонами (спаями) термо-электрического модуля (рис. 1.3). Зеебек назвал открытое явление "термомагнетизмом". Впоследствии аналогичные эксперименты были проведены Эрстедом, который связал отклонение стрелки компаса с возникновением тока в цепи, состоящей из разных проводников, при наличии разности температур на контактах. Он первым употребил термин "термоэлектрическое явление", который укоренился до наших дней.

т. 11*11

Тс п Р

4 1 4 а* 1 и

- I

Рис 1.3. Эффект Зеебека в полупроводнике.

В 1823 г. Эрстед и Фурье создали первую термоэлектрическую батарею и доказали термоэлектрический эффект с использованием свойства суперпозиции. Батарея состоит из трех пластин сурьмы и чередуется с тремя пластинами спаянных и висмута на концах. Таким образом, они

образовывали шестиугольник. Дальнейшее Меллони сконструирует призматическую модель.

Через 12 лет после открытия Зеебека был открыт обратный "эффекту Зеебека" - "эффект Пельтье", названный по имени французского физика, метеоролога Жана Пельтье [4]. Он делает экспериментальные исследования проводимости висмута и сурьмы. Пельтье намеревался определить изменение температуры при прпускании электрического тока через разнородный и однородный проводник. Исследовав термопары в разных точках термоэлектрической цепи с помощью гальванометра, Пельтье обнаружил резкое изменение температуры в местах спаев разных металлов, а также случаи охлаждения. Таким образом, Эффект Пельтье заключается в том, что при пропускании тока I через контакт спай двух различных веществ (полупроводников или проводников) на контакте происходит выделение добавочного тепла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ни Зо, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства.Справочник. Киев: Наукова Думка, 1979 - 385с.

2. Гольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы: Изд.-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1972 - 320с.

3. Тауц Я. Фото - и термоэлектрические явления в полупроводниках: М Издательство иностранной литературы 1962 - 256с.

4. Автоматическое управление электротермическими установками.:Учебник для Вузов/А.М.Кручинин и др. Под ред. А.Д.Свенчанского.- М.: Энергоатомиздат. 1990 - 416с.

5. Разоренов Н. Е. и др., Быстродействующий автоматический регулятор температуры АРТ-2М, "Приборы и систем управления", № 12, 1969.

6. Самойлович А.Г. Термоэлектрические и термомагнитные методы превращения энергии: Конспект лекций. - М.: Издательство ЛКИ, 2007. -224 с.

7. Штерн Ю.И., Тарасов Р.Ю., Боженарь Д.А. Термоэлектрические системы охлаждения для обеспечения тепловых режимов современных компьютеров // Электроника и информатика - XXI век: Тез. докл. Международ. НТК. 22-24 ноября 2000 г. - М.: МИЭТ, 2000. - с.216.

8. Тарасов Р.Ю., Тарасов Ю.А., Штерн Ю.И., Температурная стабилизация интегральных схем диодных функциональных преобразователей без опорных напряжений, //Изв. вузов. Электроника. - 2000. - № 3. - С. 65-72.

9. Бурштейн А.И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств: М. Физматлит. 1962 - 136 с.

Ю.Карчевский А.И. (ред.). Термоэлектрические материалы и преобразователи: Москва: Изд-во "Мир", 1964 - 360с.

11.Бесекерский В.А., Попов Е.П., Теория систем автоматического управления, СПб, 2004 - 752с.

12.Шубладзе А.М., Гуляев C.B., Щекина Т.И. Самодиагностирующие автоматически настраиваемые ПИ-системы управления // Датчики и системы. - 2001. - № 2. - С. 10-12. И.Куинн Т. Температура. М.: Мир, 1985г.

14.Ткаченко А.Н. Терморегуляторы карпорации Omron // Приборы и системы

управления. - 1998. - № 12. - С. 72-74. ^.Микропроцессорные системы автоматического управления / Под редакцией В.А.Бесекерского. -Д.: Машиностроение, 1988. -366 с.

16.Козицина Н.И., Каплинский Б.И., Мебель Д.М. Микропроцессорные регуляторы "Минитерм" // Приборы и системы управления. - 1996. - №4. -С. 22-25.

17.Крюков A.B., Косотуров A.B. Сухой термостат на диапазон температур от

- 75 до +20 ОС. // Изв. вузов. Приборостроение. - 2000. - Т. 43. - № 4. - С. 60-62.

18.Никоненко В.А., Малышев Ю.О., Шевелев Ю.В. Сухоблочный термостат ТС 600-1 для поверки контактных датчиков температуры в диапазоне температур 50..600 ОС // Датчики и системы. - 2002. - № 6. - С. 45-47.

19.Крюков A.B., Косотуров A.B. Сухой термостат на диапазон температур от

- 75 до +20 ОС. // Изв. вузов. Приборостроение. - 2000. - Т. 43. - № 4. - С. 60-62.

20.Горин В. И.др., Автоматизированная система управления технологическим процессом термической обработки, http://www.cta.ru, 2005.

21.Бажанов В., US WO - новый способ формирования управления для замкнутых систем автоматического управления, http://www.cta.ru, 2005.

22.Ярышев H.A. Приближенный анализ одномерных процессов теплопроводности // Изв. вузов. Приборостроение. - 2000. - № 3. - С. 5461.

23.Ярышев H.A. Расчет температуры однородного объекта при конвективном теплообмене // Изв. вузов. Приборостроение. - 2000. - № 4. - С. 61-66.

24.Бессонов А.А и другие. Методы и средства идентификации динамических объектов. JI.: энергоатомиздат, 1989 - 320с.

25.Сулин А.Б. Развитие теории проектирования систем охлаждения и термостатирования на базе термоэлектрических преобразователей: дис.докт.техн.наук. - С-Петербург.,СПбГУ, 2000. - 252 с.

26.Шерченков А.А., Штерн Ю.И. Физика и технология полупроводниковых преобразователей энергии. - М.:МИЭТ, 2006 - 164с.

27.Коломейцева М.Б., Хо Д.Л. Синтез адаптивной системы управления на базе нечеткого регулятора для многомерного динамического объекта // Приборы и системы управления. - 2002. - № 3. - С. 34-37.

28.Мазуров В.М., Спицын А.В. Цифровые ПИД-регуляторы с непрерывной частотной адаптацией // Приборы и системы. - 2001. - № 5. - С. 32-34.

29.Banerjee, Lin S.-C, and Srivastava N. //11th Asia and South Pacific Design Automation Conference. - Yokohama (Japan). - 2006. - . 223p.

30.Nolas G. S., Sharp J., and Goldsmith H. J. Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Development-Springer. - New York, 2001.

31.Ioffe A.F. Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling Infosearch. - London, 1957 - 35Op.

32.Landau L. D. and Lifshitz E. M. Electrodynamics of Continuous Media, Course of Theoretical Physics Vol. 8. - Pergamon (New York), 1984 - 280p.

33.Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano, edited by D. M. Rowe Taylor & Francis, London/CRC. - Boca Raton, FL, 2006 - 320p.

34.Gurevich Yu. G. and Logvinov G. N // Semicond. Sci. Technol. - 2005. - 20. -R57.

35.Гуревич Ю.Г., Логвинов Г.Н. Теория термоэлектрического охлаждения в изотропных полупроводниках // Термоэлектричество. - 2006. - №3. - С. 25-47.

36.Logvinov G.N., Velazquez J.E., Lashkevich I.M., and Gurevich Yu.G. // Appl. Phys. Let. - 2006. - 89p. - 092118.

37.Самойлович А.Г. Термоэлектрические и термомагнитные методы превращения энергии— М.: Издательство ЛКИ, 2007. - 224 с - 99с.

38.Яров В.М., Терехов В.П., Ильгачев А.Н. Полупроводниковые преобразователи частоты для установок индукционного нагрева: Учебное пособие. Чебоксары: Изд.-во Чуваш, ун.-та, 2005 - 228 с.

39.Лыков А. В., Теория теплопроводности. М. Высшая школа, 1967. с. 599.

40.Разоренов Н. Е., Автоматическое регулирование температуры тонкостенных труб при индукционном непрерывно-последовательном нагреве в индукторах конечной длины, Труды ВНИИТВЧ, вып. 4, 1963.

41.Уклейн А. Я., Исследование проходной индукционной печи как объекта автоматического регулирования и некоторые вопросы синтеза регулятора температуры, Диссертация, Куйбышев, 1971.

42.A.W. Sloman, P. Buggs, J. Molloy and D. Stewart, A microcontroller-based driver to stabilize the temperature of an optical stage to within 1 mK in the range 4-38°C, using a Peltier heat pump and a thermistor sensor, Meas. Sei. Technol., vol. 7 no. 11 (1996) 1653-1664.

43.Николаев А.Б., Ни Зо. Моделирование полупроводниковых микросхем с использованием термоэлектрического способа // Автоматизация и управление в технических системах. 2012, №2, с. 29-38.

44.Николаев А.Б., Ни Зо. Моделирование процессов распространения тепла в термоэлектрических материалах // Автоматизация и управление в технических системах. 2014, № 1.1, с. 3-10.

45. Лурье Б.Я, Энрайт П.Дж. Классические методы автоматического управления // Под ред. А. А. Ланнэ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 640 с.

46.Платунов Е.С., Буравой С.Е., Курежин В.В. и др. Теплофизические измерения и приборы. - М.: Машиностроение, 1986.

47.Крамаружин Ю.Е. Приборы для измерения температуры. - М.: Машиностроение, 1990.

48.Лыков А. В., Теория теплопроводности. М. Высшая школа, 1967. с. 599.

49.Ни Зо - Использование нечетких регуляторов в системах управления технологическими процессами при производстве полупроводниковых микросхем // Автоматизация и управление в технических системах. 2012, №2, с. 22-28.

50.Ни Зо. Исследование быстрой термообработки (БТО) с использованием многосвязного регулятора при производстве полупроводниковых микросхем // журнал "Вестник МАДИ". 2013, №2 (33), с. 76-81.

5¡.Николаев А.Б., Ни Зо. Исследование системы автоматического управления термоэлектрическим объектом // Автоматизация и управление в технических системах. 2013, № 4.1, с. 113-120.

52.Ромащев A.A., Арефвев Ю.И. Идентификация и оценивание параметров динамических объектов методом тестовых сигналов// Приборы и системы управления. -1998. №.8 -С. 18-19.

53.Цыпкин Я.З. Информационная теория идентификации. - М.: Наука, 1995. -320 с.

54.Гинсберг К.С. Теория идентификации: стимулы, предпосылки и перспективы развития, // Приборы и систем управления, №12, 1996.

55.Теплофизические свойства металлов при высоких температурах: Справочник/В. Е. Зиновьев. М.: Металлургия 1989 - 384с.

56.Карташов Э. М. Аналитическое методы в теории теплопроводности твердых тел: Учкб. пособие. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001.-550 е.: ил.

57.Теплофизические свойства металлов при высоких температурах: Справочник/В. Е. Зиновьев. М.: Металлургия 1989. 384 с.

58.Теория автоматического управления. / Под редакцией A.A. Воронова: в 2-х ч. - М.: Высшая школа, 1986. 4.1: Теория линейных систем автоматического управления. - 367 с.

59.Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев A.B. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. - М.: Машиностроение, 1985.-536 с.

60.Никулин Е.А. Основы теории автоматического управления. Частотные методы анализа и синтеза систем: Изд-во БХВ-Петербург, 2004. -601 с.

61.Ни Зо. Исследование частотных характеристик устойчивости САУ термоэлектрическим объектом. // Микроэлектроника и информатика. 21-й Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. - М.: МИЭТ, 2014г, с. 159.

62.Николаев А.Б., Ни Зо. Исследование устойчивости и качества системы автоматического управления термоэлектрическим объектом с помощью

частотного метода // Автоматизация и управление в технических системах. 2014, № 1.2(9), с. 61-69.

63.Клиначёв Н.В. Теория систем автоматического регулирования, http://vissim.nm.ru, 2006.

64.Акимов Н.В., Исследование САУ с запаздыванием мат-лы xxxl н.-т. Конференции, С.-К.Г.Т.У, 2006.

65.Ни Зо. Исследование качества устойчивости при управлении термоэлектрическим объектом // журнал "В мире научных открытий". 2014, № 2.1 (50), с.696 - 706.

66.Ni Zaw. The research of quality of stability control system for thermoelectric object, "In the world of scientific discoveries", Series (B). Volume 2, Number 1,2014. Page. 84-90.

67.Николаев А.Б., Ни Зо. Параметрическая оптимизация системы автоматического управления термоэлектрическим объектом // журнал "Научное обозрение". 2014г, №5, с. 156 - 163.

68.Николаев А.Б., Ни Зо. Моделирование системы автоматического управления термоэлектрическим объектам // журнал "Вестник МАДИ". 2014, №3 (38), с. 78-82

69.Ни Зо. Исследование качества САУ термическим объектом при оптимизации по улучшенному интегральному критерию // Микроэлектроника и информатика - 2012. 18-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. -М.: МИЭТ, 2011, с.242.

70.Ни Зо. Исследование одноконтурной автоматической системы регулирования температуры при производстве полупроводниковых микросхем. // Микроэлектроника и информатика. 20-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. -М.: МИЭТ, 2013г, с.204.

71.Dr. Ing Е. Н. Liebl, et al., "The Thermoelectric Generator from BMW is Making Use of Waste Heat", MTZ Worldwide, pp.4-11, 2009.

72.K. M. Saqr, M. K. Mansour and M. N. Musa, "Thermal design of automobile exhaust based thermoelectric generators: Objectives and challenges",

International Journal of Automotive Technologies, Vol. 9, No. 2, pp. 155-160, 2008.

73.Jihui Yang and Francis R. Stabler, "Automotive applications of thermoelectric materials", Journal of Electronic Materials, Vol. 38, No. 7, 2009.

74.Ni Zaw. The research of quality of stability control system for thermoelectric object / In the world of scientific discoveries M: by publishing "House science and innovation center", - 2014 - Volume 2, Series (B) - Page. 84 - 90.

75.Nikolaev Andrey Borisovich., Ni Zaw Research of stability and quality of automated control system for thermometric object by calculating log-frequency method / International journal of advanced studies M: by publishing "House science and innovation center", - 2014 - Volume 2 - Page. 15-21.