Kolloidisten suspensioiden analysointilaitteen vasteen lämpötilakompensointi

Abstract

Prosessit kohtaavat erilaisia häiriöitä, jotka vaikuttavat niiden toimintaan. Häiriöt ovat jonkin ulkoisen tekijän, esimerkiksi lämpötilan, kosteuden tai likaantumisen, aiheuttamia ei toivottuja muutoksia prosessoitavassa materiaalissa, prosessointilaitteissa tai prosessia mittaavissa antureissa. Häiriön vaikutus pyritään poistamaan eli kompensoimaan, jotta häiriön kohde toimisi normaalisti. Tässä työssä tutkitaan kolloidisten suspensioiden analysointiin kehitetyn mittalaitteen vastetta ja sen lämpötilariippuvuutta. Mittalaite tuottaa vasteena taajuusvasteen mitattavasta nesteestä, eli materiaalivasteen. Nesteen lämpötila vaikuttaa voimakkaasti vasteeseen ja tässä työssä muodostetaan matemaattinen malli lämpötilan vaikutuksen poistamiseksi vasteesta. Lisäksi tutkitaan erilaisten nesteiden vasteita ja niiden käyttäytymisen eroavaisuuksia lämpötilan funktiona. Taajuusvasteiden lämpötilakompensointiin käytetään kolmea eri menetelmää. Yksinkertaisin menetelmä on vakiokertoimien käyttö taajuusvasteesta laskettujen piirteiden siirtämiseen lämpötilasta toiseen. Tämän lisäksi taajuusvasteita mallinnetaan käyttäen radiaalikantafunktioverkkoa ja muodostamalla taajuusvasteista siirtofunktioita. Radiaalikantafunktioverkkojen ja siirtofunktioiden kertoimille muodostetaan sovitteita lämpötilan funktiona. Näiltä sovitteilta voidaan muodostaa uusi taajuusvaste halutussa lämpötilassa. Menetelmiä vertaillaan kolmessa kokeessa. Kokeiden perusteella siirtofunktiomenetelmä, jossa käytetään kolmea napaa ja kahta nollaa antaa yleisesti tarkimman kompensointituloksen. Kuitenkin riippuen käytettävistä nesteistä voidaan myös jollain toisella menetelmällä päästä tietyissä tapauksissa hieman parempiin tuloksiin. Tulokset osoittavat, että matemaattisen mallin avulla mittalaitteen vasteesta pystytään lämpötilan vaikutus poistamaan lähes kokonaan.

Industry process encounter various disturbances that affect the performance of the process. Disturbances are caused by external factors, such as temperature, humidity or contamination. These disturbances lead to unwanted changes in processed materials, processing devices or sensors measuring the process. Eliminating the effects of disturbances is crucial so that the process can operate normally. In this thesis, the response of colloidal suspensions analyzer and its temperature dependency is studied. The measuring device produces a frequency response from the measured fluid. Temperature of the fluid strongly affects the response and therefore a mathematical model for temperature compensation is presented. In addition, various fluid responses and behavioral differences as a function of temperature are studied. To compensate for the frequency responses temperature three methods are proposed. First and simplest method is to use constant factors when projecting the frequency responses calculated features between temperatures. The second method is based on radial basis function network and the third method is based on transfer functions. In the last two methods, frequency responses are modeled as a function of temperature and the response in the desired temperature can be calculated from the model. The methods were tested with three experiments. Based on the experiments a transfer function method with three poles and two zeros generally gives the most precise compensation results. However in certain cases some other methods can give more precise results. The experiments show that temperature compensation from frequency response can be reliably accomplished using mathematical models.