Ղազարյան, Գայանե Ազատի

Technology

Աշխատությունը նվիրված է խոնավության չափման և հսկման համար նախատեսված տվիչների աշխատանքի սկզբունքների հետազոտմանը, դրանց հիմնական տեխնիկական բնութագրերի գնահատմանը և համապատասխան չափիչ սարքի մշակման խնդիրներին։ Հիմնական ուշադրությունը կենտրոնացված է խոնավության՝ որպես տարբեր տեխնոլոգիական, արտադրական, գյուղատնտեսական և կենցաղային գործընթացների կարևոր ֆիզիկական պարամետրի ճշգրիտ որոշման վրա։ Խոնավության մակարդակի փոփոխությունը կարող է ազդել նյութերի հատկությունների, արտադրանքի պահպանման պայմանների, տեխնոլոգիական գործընթացների կայունության և տարբեր սարքավորումների աշխատանքի վրա, ինչի պատճառով դրա շարունակական կամ պարբերական վերահսկումը կարևոր նշանակություն ունի ավտոմատացված կառավարման համակարգերում։ Հետազոտության շրջանակում դիտարկվում են խոնավության չափման ֆիզիկական հիմքերը և տվիչի զգայուն տարրում տեղի ունեցող այն փոփոխությունները, որոնց միջոցով միջավայրի խոնավությունը վերածվում է չափելի էլեկտրական ազդանշանի։ Կախված ընտրված սկզբունքից՝ զգայուն տարրի էլեկտրական դիմադրությունը, ունակությունը կամ այլ էլեկտրաֆիզիկական պարամետր կարող է փոփոխվել խոնավության ազդեցության տակ։ Այդ փոփոխության գրանցումը և համապատասխան մշակումը հնարավորություն են տալիս որոշել վերահսկվող միջավայրի խոնավության մակարդակը։ Առանձին ուշադրություն է հատկացվում տվիչի կառուցվածքի և զգայուն տարրի նյութի ընտրությանը, քանի որ դրանց հատկությունները մեծապես պայմանավորում են չափման ճշտությունը, զգայունությունը, արձագանքման արագությունը և աշխատանքային տիրույթը։ Քննության են առնվում տարբեր տեսակի խոնավաչափական տվիչների առանձնահատկությունները և դրանց կիրառման հնարավորությունները։ Համեմատվում են տարբեր չափման սկզբունքների առավելություններն ու սահմանափակումները՝ նպատակ ունենալով ընտրել տվյալ խնդրի համար առավել նպատակահարմար տեխնիկական լուծումը։ Կարևորվում են տվիչի զգայունությունը, չափման միջակայքը, գծայնությունը, կրկնելիությունը, կայունությունը և արտաքին պայմանների ազդեցության նկատմամբ դիմադրողականությունը։ Տվիչի արդյունավետ աշխատանքի համար անհրաժեշտ է, որ ելքային ազդանշանի փոփոխությունը հնարավորինս հստակ արտացոլի խոնավության իրական փոփոխությունը և նվազագույն չափով կախված լինի անցանկալի արտաքին գործոններից։ Հետազոտության կարևոր ուղղություններից է ջերմաստիճանի ազդեցության ուսումնասիրությունը։ Խոնավության չափման արդյունքները հաճախ կապված են միջավայրի ջերմաստիճանի հետ, իսկ զգայուն տարրի էլեկտրական հատկությունները նույնպես կարող են փոփոխվել ջերմաստիճանի տատանումների պատճառով։ Այդ պատճառով անհրաժեշտ է ուսումնասիրել ջերմաստիճանային ազդեցությունը և նախատեսել համապատասխան փոխհատուցման մեխանիզմներ։ Ջերմաստիճանային շտկման կիրառումը կարող է բարձրացնել չափումների ճշգրտությունը և ապահովել սարքի կայուն աշխատանք տարբեր պայմաններում։ Առանձին տեղ է հատկացվում տվիչի ստատիկ և դինամիկ բնութագրերի հետազոտմանը։ Ստատիկ բնութագիրը ցույց է տալիս մուտքային խոնավության և ելքային ազդանշանի միջև կախվածությունը, մինչդեռ դինամիկ բնութագրերը նկարագրում են տվիչի արձագանքը խոնավության արագ փոփոխությունների նկատմամբ։ Արձագանքման և վերականգնման ժամանակները հատկապես կարևոր են այն համակարգերում, որտեղ անհրաժեշտ է իրական ժամանակում հետևել միջավայրի վիճակի փոփոխություններին։ Ուսումնասիրվում է նաև հիստերեզիսի երևույթը, երբ խոնավության բարձրացման և նվազման ընթացքում տվիչի ցուցմունքները նույն պայմաններում կարող են որոշ չափով տարբերվել։ Նման շեղումների գնահատումը կարևոր է չափիչ համակարգի ընդհանուր սխալանքը որոշելու համար։ Մեծ նշանակություն ունի չափումների ճշգրտության և սխալանքների ուսումնասիրությունը։ Տվիչի ցուցմունքների վրա կարող են ազդել զգայուն տարրի հատկությունները, էլեկտրոնային բաղադրիչների պարամետրերի տատանումները, սնուցման լարման փոփոխությունները, ջերմաստիճանը, արտաքին էլեկտրամագնիսական ազդեցությունները և այլ գործոններ։ Հետազոտության ընթացքում հնարավոր է գնահատել այդ ազդեցությունների չափը և մշակել դրանց նվազեցման միջոցներ։ Ճշգրտության բարձրացման կարևոր փուլ է տվիչի տրամաչափարկումը՝ հայտնի խոնավության արժեքների հետ չափման արդյունքների համեմատման միջոցով։ Ստացված փորձարարական տվյալների հիման վրա հնարավոր է կառուցել տրամաչափարկման բնութագիր և սահմանել ելքային ազդանշանի ու իրական խոնավության միջև համապատասխանությունը։ Աշխատության տեխնիկական մասը կարող է ներառել նաև ազդանշանի մշակման էլեկտրոնային հանգույցի նախագծումը։ Զգայուն տարրից ստացվող ազդանշանը հաճախ անհրաժեշտ է ուժեղացնել, զտել, փոխակերպել և համապատասխանեցնել հետագա մշակման համակարգին։ Անալոգային ազդանշանի դեպքում կարող է կիրառվել թվային փոխակերպում, որից հետո տվյալները մշակվում են միկրոկառավարիչի կամ այլ հաշվարկային հանգույցի միջոցով։ Թվային մշակումը հնարավորություն է տալիս իրականացնել տրամաչափարկման գործակիցների հաշվառում, ջերմաստիճանային փոխհատուցում, սահմանային արժեքների վերահսկում և չափման արդյունքների ներկայացում։ Առանձին ուշադրություն է հատկացվում հսկման գործառույթին։ Սարքը կարող է ոչ միայն չափել խոնավությունը, այլև համեմատել ստացված արժեքը նախապես սահմանված թույլատրելի միջակայքի հետ։ Սահմանային արժեքների գերազանցման դեպքում համակարգը կարող է ձևավորել համապատասխան ազդանշան՝ տեղեկացնելով վերահսկվող պայմանների փոփոխության մասին կամ փոխանցելով հրահանգ կառավարման համակարգին։ Այս սկզբունքը հնարավորություն է տալիս տվիչը ներառել ավտոմատ կարգավորման համակարգերում, որտեղ չափման արդյունքների հիման վրա կառավարվում են օդափոխության, խոնավացման, չորացման կամ այլ տեխնոլոգիական գործընթացներ։ Կարևոր խնդիր է նաև սարքի երկարաժամկետ կայունությունը։ Տվիչի զգայուն տարրի հատկությունները ժամանակի ընթացքում կարող են փոփոխվել շրջակա միջավայրի ազդեցության, աղտոտման կամ նյութի ծերացման հետևանքով։ Այդ պատճառով ուսումնասիրվում են ցուցմունքների շեղումները երկարատև աշխատանքի ընթացքում և պարբերական վերահսկման կամ կրկնակի տրամաչափարկման անհրաժեշտությունը։ Կայունության բարձրացումը կարևոր է հատկապես այն համակարգերում, որտեղ տվիչները երկար ժամանակ աշխատում են առանց անմիջական տեխնիկական սպասարկման։ Հետազոտության փորձարարական մասը կարող է ընդգրկել մշակված տվիչի փորձարկումը տարբեր խոնավության և ջերմաստիճանի պայմաններում։ Փորձարկումների ընթացքում ստացված տվյալները հնարավորություն են տալիս կառուցել բնութագրական կորեր, որոշել զգայունությունը, աշխատանքային միջակայքը, չափման սխալանքը, արձագանքման ժամանակը և կրկնելիությունը։ Արդյունքների վիճակագրական մշակումը թույլ է տալիս գնահատել չափումների վստահելիությունը և համեմատել մշակված սարքի իրական ցուցանիշները նախագծման ժամանակ սահմանված պահանջների հետ։ Անհրաժեշտության դեպքում փորձարկումների արդյունքների հիման վրա կարող են փոփոխվել զգայուն տարրի կառուցվածքը, էլեկտրոնային սխեման կամ ազդանշանի մշակման ալգորիթմը։ Առանձին ուշադրություն է հատկացվում տվիչի կառուցվածքային կատարմանը և շահագործման պայմաններին։ Պաշտպանիչ պատյանը պետք է ապահովի զգայուն տարրի փոխազդեցությունը վերահսկվող միջավայրի հետ՝ միաժամանակ նվազեցնելով մեխանիկական վնասման, փոշու կամ այլ անցանկալի ազդեցությունների վտանգը։ Կառուցվածքի չափերը, էներգասպառումը և տեղադրման եղանակը ընտրվում են՝ հաշվի առնելով նախատեսվող կիրառության պայմանները։ Եթե սարքը նախատեսվում է հեռավար կամ ինքնավար համակարգերի համար, առանձնահատուկ նշանակություն կարող են ունենալ ցածր էներգասպառումը և տվյալների փոխանցման համապատասխան հնարավորությունները։ Մշակված լուծման կիրառական նշանակությունը կարող է ընդգրկել տարբեր ոլորտներ։ Գյուղատնտեսությունում խոնավության հսկումը կարևոր է ջերմոցներում, պահեստներում և մշակաբույսերի աճեցման պայմանների վերահսկման համակարգերում։ Արդյունաբերությունում այն կարող է օգտագործվել տեխնոլոգիական միջավայրերի, հումքի և պատրաստի արտադրանքի պահպանման պայմանների վերահսկման համար։ Շենքերի ավտոմատացման համակարգերում խոնավության տվյալները կարող են օգտագործվել ներքին միկրոկլիմայի կարգավորման համար, իսկ լաբորատոր և չափագիտական համակարգերում՝ սահմանված միջավայրային պայմանների պահպանման նպատակով։ Աշխատության գիտատեխնիկական նշանակությունը պայմանավորված է խոնավության չափման ֆիզիկական սկզբունքների, տվիչի կառուցվածքի, էլեկտրոնային ազդանշանի ձևավորման և չափագիտական բնութագրերի միասնական ուսումնասիրությամբ։ Տեսական հաշվարկների և փորձարարական արդյունքների համադրումը հնարավորություն է տալիս հիմնավորել ընտրված տեխնիկական լուծումները և գնահատել մշակված սարքի գործնական կիրառելիությունը։ Ընդհանուր առմամբ նյութը ներկայացնում է տվիչի ստեղծման ամբողջական հետազոտական մոտեցում՝ չափման սկզբունքի ընտրությունից և զգայուն տարրի ուսումնասիրությունից մինչև ազդանշանի մշակում, տրամաչափարկում, փորձարկում և ավտոմատացված հսկման համակարգերում կիրառման հնարավորությունների գնահատում։ Այն կարող է օգտակար լինել չափիչ տեխնիկայի, էլեկտրոնիկայի, ավտոմատացման, սենսորային համակարգերի և սարքաշինության ոլորտների հետազոտողների, ինժեներների, դասախոսների և ուսանողների համար։