液体危险化学品自燃温度测试装置的研究与开发

发布时间：2017-08-29 13:45

  本文关键词：液体危险化学品自燃温度测试装置的研究与开发

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【摘要】：欧盟REACH法规的实施,迫使我国出口商不得不向欧盟提供液体危险化学品自燃温度等数十项理化参数。而我国在液体危险化学品自燃温度检测装置方面的探索十分欠缺,使得液体危险化学品自燃温度检测装置的设计与研究必不可少,因而该项研究具有非常重要的现实意义。基于美国材料与试验协会的ASTM-E659 (2005)标准所提供的液体危险化学品自燃温度检测原理与方法,研究设计了一款液体危险化学品自燃温度检测装置,重点对其硬件电路、温控方法及其系统软件进行了深入研究与精心设计,并对部分核心模块进行了仿真,对检测装置进行了试验验证。硬件电路主要包括炉温检测电路、燃烧室内温度检测电路、加热控制电路等,并以AT89C51单片机为主控核心。设计的炉温检测电路与燃烧室内温度检测电路以K型热电偶作为测温传感器,实现了对炉温和燃烧室内温度的精确控制与检测；加热控制电路基于单片机,以零点电压型固态继电器为执行器件控制加热电路的通与断,实现了对加热电路的可靠控制；通过自燃检测电路与报警电路的设计,在实现自燃现象自动检测的同时,大大降低了试验人员专注反光镜观察自燃现象的劳动强度；此外,还设计了键盘与显示电路,实现了检测装置与试验人员的良性互动；为上述各电路提供电源的电源电路通过各具特色的稳压芯片组件,实现了不同电压的稳定输出。选定的温控方法采用脉宽调制法控制加热器功率。通过数字增量型PID控制算法算出一个加热周期内的占空比,实现加热电路在一个加热周期内接通的时间比例,从而实现对加热功率的控制。基于模块化设计思想,开发了主程序及其按键检测程序、显示程序、A/D转换程序、热电偶线性化处理程序、PID控制算法程序等,共同构成了测试装置的系统软件。借助keil和Proteus软件,对温度的检测与显示以及键盘输入等核心模块进行了仿真；并通过简易试制装置,以市售93号汽油、酒精、冰醋酸为试材进行了初步检测试验。仿真与试验结果表明,系统硬件电路设计合理,软件代码编写正确,系统的可靠性强、精度高。
【关键词】：液体危险化学品 自燃温度 检测装置 硬件电路 PID控制 系统软件
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ086.5;TH811
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1. 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 液体危险化学品相关概念11-12
• 1.2.1 自燃温度11
• 1.2.2 闪点11-12
• 1.2.3 燃点12
• 1.3 国内外相关研究现状12-18
• 1.3.1 燃烧理论的发展12
• 1.3.2 谢苗诺夫自燃理论及自燃温度定义12-13
• 1.3.3 液体化学品自燃温度测试装置研究现状13-16
• 1.3.4 坩埚炉温度控制技术研究现状16-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-19
• 2. 液体危险化学品自燃温度测试装置总体方案设计19-25
• 2.1 ASTM E659-78(2005)标准解读19-20
• 2.1.1 自燃温度测定原理19-20
• 2.1.2 自燃温度测定的试验步骤20
• 2.2 检测装置总体方案设计20-24
• 2.2.1 功能总体设计方案20-21
• 2.2.2 结构总体设计方案21-22
• 2.2.3 硬件总体设计方案22-24
• 2.2.4 系统软件设计内容24
• 2.3 本章小结24-25
• 3. 系统硬件电路设计25-48
• 3.1 单片机选择25-26
• 3.2 炉温检测电路的设计26-33
• 3.2.1 温度传感器的选择26-28
• 3.2.2 信号调理电路28-31
• 3.2.3 A/D转换电路31-33
• 3.3 燃烧室内温度检测电路的设计33
• 3.4 加热器控制电路的设计33-36
• 3.5 着火检测电路的设计36-39
• 3.5.1 着火检测方法36-37
• 3.5.2 着火检测电路37-39
• 3.6 报警电路的设计39
• 3.7 人机交互电路设计39-44
• 3.7.1 显示电路设计39-42
• 3.7.2 键盘电路设计42-44
• 3.8 电源电路设计44-46
• 3.8.1 ±5V电源设计44-45
• 3.8.2 ±15V电源设计45
• 3.8.3 ±2.5V电源设计45-46
• 3.9 本章小结46-48
• 4. 温控方法研究48-54
• 4.1 温控方式48-49
• 4.1.1 过零触发48
• 4.1.2 脉宽调制48-49
• 4.2 控制算法49-52
• 4.2.1 PID原理49-52
• 4.2.2 PID参数的整定52
• 4.3 本章小结52-54
• 5. 系统软件设计54-63
• 5.1 系统开发语言54
• 5.2 系统总体设计54-62
• 5.2.1 系统主程序设计54-55
• 5.2.2 按键检测程序设计55-57
• 5.2.3 显示程序设计57
• 5.2.4 A/D转换程序设计57-58
• 5.2.5 热电偶线性化处理程序设计58-61
• 5.2.6 PID算法程序设计61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 6. 仿真与试验验证63-72
• 6.1 仿真63-70
• 6.1.1 仿真目的63
• 6.1.2 仿真工具63-64
• 6.1.3 仿真过程与结果64-70
• 6.2 试验验证70-71
• 6.2.1 几种常见液体危险化学品自燃温度检测试验70-71
• 6.2.2 试验结果分析71
• 6.3 本章小结71-72
• 7. 结论与展望72-74
• 7.1 结论72-73
• 7.2 创新点73
• 7.3 展望73-74
• 7.3.1 目前存在的问题73
• 7.3.2 今后努力的方向73-74
• 参考文献74-80
• 附录A80-81
• 附录B81-82
• 致谢82

【参考文献】

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