基于LabVIEW的储氢材料性能测试装置的研制与应用

发布时间：2017-08-29 11:16

  本文关键词：基于LabVIEW的储氢材料性能测试装置的研制与应用

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【摘要】：面对日益严峻的能源枯竭和环境污染等问题,人们一直在寻找清洁能源,如风能、太阳能等。而在诸多清洁能源中,具有发展前景的是氢能,它具有储备量多、易制备、无污染等特点,将逐步应用到人们的日常生活中。同时,氢的同位素氘和氚还可应用于核反应堆中。如何安全的存储和运输氢气是摆在人们面前的难题之一,不过随着储氢材料的问世,该问题在一定程度上得到了有效解决。但如何获得储氢材料的储氢性能仍是科研工作者面临的问题之一。为了解决这一问题,在对国内外测试设备理解的基础上,本文研制出基于LabVIEW的储氢材料性能测试装置,从而获得储氢材料的储氢性能参数以及开发出具有来源广泛、成本低等特点的新型储氢材料,还可以为储氢材料运用到实际生活当中去做出理论指导,如镍氢电池等。此外,有利于我国核工业和国防工业的发展。本文首先介绍了储氢材料性能测试装置的基本原理和结构。为了提高研制效率,采用Solidworks软件对该测试装置进行三维结构设计和装配。该测试装置属全金属型,可有效防止氢同位素的长期辐照所造成的泄漏。其次对该测试系统进行实体搭建并调试,通过对该装置泄漏率的测试结果与国内外相关文献对比可知,该测试系统气密性良好,完全满足后续测试要求。然后在对储氢材料性能测试过程、方法以及测试内容理解的基础上,利用LabVIEW软件实现了系统的数据采集、存储、处理和测试曲线输出等功能,从而完成对储氢材料吸放氢动力学和吸放氢PCT等曲线的自动化测试,进而开发了一套用户界面友好的测试系统软件,在一定程度上促进我国储氢材料的研究。为验证该测试装置的性能和所编写的测试程序的正确性,称取一定质量的LaNi5储氢合金或者LaNi4.25Al0.75储氢合金分别进行动力学曲线、PCT曲线以及TPD曲线等测试。所测结果与权威文献进行对比,实验结果表明,该测试装置的测试结果准确和所编写的测试程序运行正常,可以自动完成测试,并输出测试结果,自动化程度高。在理解储氢材料PCT曲线测试的基础上,对影响因素进行研究,如泄漏、反应时间、容积误差、温度误差以及样品用量等。研究各个因素对PCT曲线的影响规律,有利于当所测PCT曲线出现异常时,可迅速找到原因,有效解决问题。例如若系统存在泄漏,那么所测PCT曲线不闭合且会随着泄漏量的增大,不闭合的程度就会越大。最后对该系统的测量不确定度进行评估,从而评定测量质量的高低,进而完善对该储氢材料性能测试装置的性能评价。
【关键词】：储氢材料 测试装置 LabVIEW软件 PCT曲线
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 引言8-9
• 1.2 储氢材料性能测试装置的研究现状9-12
• 1.2.1 国内测试装置的研究现状9-10
• 1.2.2 国外测试装置的研究现状10-12
• 1.3 虚拟仪器技术和LabVIEW软件简介12-14
• 1.3.1 虚拟仪器概述12-13
• 1.3.2 LabVIEW软件简介13-14
• 1.4 本论文的主要研究内容及意义14-15
• 1.4.1 研究内容14
• 1.4.2 研究意义14-15
• 第二章 储氢材料性能测试系统的设计15-23
• 2.1 储氢材料性能测试方法15
• 2.2 测试装置的结构设计15-16
• 2.3 测试装置各部分的三维虚拟设计16-19
• 2.3.1 气动控制柜的三维结构设计16-17
• 2.3.2 电动控制柜的三维结构设计17-18
• 2.3.3 样品室的三维结构设计18-19
• 2.4 测试装置的整体虚拟装配和实体搭建19-22
• 2.4.1 测试装置的虚拟装配19-20
• 2.4.2 测试装置的实体搭建20-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 储氢材料性能测试装置的调试23-32
• 3.1 数据采集卡连接状态检测23
• 3.2 传感器检测23-24
• 3.3 腔体泄漏率的测试24-28
• 3.3.1 泄漏率测试程序25-26
• 3.3.2 泄漏率测试结果26-28
• 3.4 系统内各部分腔体容积的标定28-31
• 3.4.1 容积标定方法与原理28-29
• 3.4.2 容积标定实验结果29-30
• 3.4.3 容积对空测PCT曲线的影响30-31
• 3.5 本章小结31-32
• 第四章 测试系统的软件设计32-51
• 4.1 主程序32-33
• 4.2 手动测试程序33-36
• 4.3 材料活化测试程序36-37
• 4.4 抽真空实验程序37-38
• 4.5 自动吸氢动力学测试程序38-40
• 4.6 自动放氢动力学测试程序40-42
• 4.7 自动TPD程序42-44
• 4.8 自动PCT测试程序44-50
• 4.8.1 单次充放氢量智能算法的建立44-46
• 4.8.2 PCT曲线测试程序的编写46-50
• 4.9 本章小结50-51
• 第五章 各因素对储氢材料PCT曲线测试的影响51-60
• 5.1 泄漏的影响51-52
• 5.2 容积误差的影响52-54
• 5.3 温度误差的影响54-55
• 5.4 样品量的影响55-56
• 5.5 样品体积误差的影响56
• 5.6 反应时间的影响56-57
• 5.7 样品有无活化的影响57-58
• 5.8 压力传感器接线模式的影响58
• 5.9 合金粉末的影响58-59
• 5.10 本章小结59-60
• 第六章 系统测量不确定度的评定60-67
• 6.1 测量不确定度的概述60-61
• 6.2 测量不确定度的评定61-62
• 6.3 系统测量不确定度的计算62-66
• 6.4 本章小结66-67
• 第七章 总结与展望67-69
• 7.1 课题总结67-68
• 7.2 后续展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利73-74
• 攻读硕士学位期间所承担的科研项目74-75

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