双通道快速筛选量热仪研制

发布时间：2017-10-09 03:22

  本文关键词：双通道快速筛选量热仪研制

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【摘要】：随着社会的发展,在化学品需求逐日剧增的同时,其燃爆特性带来的危害也在不断扩大。化学品在生产、运输、存储和消费过程中容易发生热累积效应,这是引发燃爆类公共安全事件的首要因素。如何通过实验室小样品量热效应试验模拟化学品生产、运输及存储环境,记录化学品温度、压力随时间变化数据,是分析和防范此类公共安全事件的有效手段。同时针对绝热量热仪测试时间长、成本高等问题,出现了以实现快速测试评估物质热危险性为目的的快速筛选量热仪。目前,国内用于评估物质热危险性的快速筛选量热仪器主要依赖于进口,尚无自主生产能力。所以,自主开发一台能够快速测试、数据全面和安全高效的量热仪具有非常大的意义。本论文旨在研制一台高性能、快速、高效的量热仪器,重点研究了双通道量热炉体结构、高精度温度测量技术、高精度压力测量技术和高精度温度跟随控制等关键技术,实现了不同升温模式下,物质热危险性的快速测试。具体研究工作如下:首先,在大量调研相关快速量热仪器和测试方法的基础上,创新性的提出了双通道量热方式设计,确保了量热精度和效率,基于此结构分析了加热器功率和排布等影响测量精度的关键因素,设计了铜制双通道测量室;同时,为了进一步提高测量效率,对小球的结构和材质进行了合理设计,实现了在快速测量过程中高精度实验数据的获取。其次,为了保证双通道测量的准确性,针对双通道量热方式,并结合炉体散热和升温特性,设计了基于模糊PID的双通道温度跟随控制算法,保证了双通道的量热优势。同时根据总体设计方案完成了硬件系统和软件系统的设计。最后,对各部分关键功能进行了测试和分析,确定了温度检测精度、压力检测精度和控温精度,在此基础上,针对评估物质热危险性需求,对其中主要关键数据进行了检验评估。实验结果表明:系统测温精度小于0.02℃,测压精度小于0.02bar,控温精度小于0.15℃/min,根据测试数据评估物质热危险性,对比国外同类产品测试结果具有较高的一致性,所得结论符合实际情况,满足设计要求。
【关键词】：量热仪 热危险性 跟随控制
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ056.16
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-19
• 1.1 研究目的及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 物质热危险性评估方法的研究现状15-16
• 1.2.2 快速筛选量热仪器的研究现状16-18
• 1.3 课题主要研究内容18
• 1.4 本章小结18-19
• 2 系统总体方案设计19-29
• 2.1 总体方案设计19-21
• 2.2 功能技术指标21-22
• 2.3 双通道快速筛选量热试验平台的搭建22-27
• 2.3.1 试验电阻炉设计22-24
• 2.3.2 样品小球的设计24-25
• 2.3.3 温度传感器的选型25-26
• 2.3.4 压力传感器的选型26-27
• 2.4 双通道温度跟随控制器的选择27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 双通道模糊PID温度跟随控制器设计29-46
• 3.1 经典PID控制29-31
• 3.1.1 PID控制器构成30
• 3.1.2 PID参数的整定30-31
• 3.2 模糊控制31-34
• 3.2.1 模糊集合32
• 3.2.2 隶属度函数32
• 3.2.3 模糊矩阵和模糊关系32-33
• 3.2.4 模糊逻辑与模糊推理33-34
• 3.3 跟随控制34-36
• 3.3.1 跟随控制原理34-35
• 3.3.2 跟随控制器35-36
• 3.4 双通道快速筛选量热系统温度跟随控制器设计36-45
• 3.4.1 概述36-37
• 3.4.2 炉体散热功率与升温功率预估37-38
• 3.4.3 模糊PID控制设计38-43
• 3.4.4 温度跟随控制设计43-44
• 3.4.5 双通道等速升温跟随控制实验44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 4 双通道快速筛选量热系统测控系统设计46-59
• 4.1 控制系统总体结构46-47
• 4.2 控制单元硬件电路设计47-53
• 4.2.1 系统电源设计47-48
• 4.2.2 单片机基本电路设计48-49
• 4.2.3 温度检测电路设计49
• 4.2.4 压力检测电路设计49-50
• 4.2.5 继电器温控电路及报警指示电路设计50-51
• 4.2.6 串口通讯模块设计51-53
• 4.3 控制系统软件流程设计53-58
• 4.3.1 软件系统概述53-54
• 4.3.2 温度检测流程54-55
• 4.3.3 压力检测流程55-56
• 4.3.4 模糊跟随控制流程56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 实验数据分析59-64
• 5.1 采集系统的测试实验59-61
• 5.1.1 热电偶测温实验59-60
• 5.1.2 压力传感器测压实验60-61
• 5.2 控温精度测试61
• 5.3 样品测试结果评估61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 附录 双通道快速筛选量热仪整机实物图69-70
• 作者简历70

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1 包元兴;双通道快速筛选量热仪研制[D];中国计量学院;2016年

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本文编号：997894