微尺度量热仪的研制

发布时间：2017-10-01 12:00

  本文关键词：微尺度量热仪的研制

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【摘要】：火灾在各类灾害中是发生频率很高的一种,给人们的生命财产造成了巨大损失,危害极大,因此材料的燃烧性能研究是消防、阻燃材料和高校等研究单位的重要课题。本文描述了一种评估毫克级样品可燃性的方法,并依据标准ASTM D7309-13《微裂解燃烧量热法测定法测定塑料和其它实心材料燃烧性能的实验方法》开发了微尺度下的裂解燃烧量热仪。该仪器分别再现了在无火焰可控升温作用下固体试样的热解过程以及试样裂解后产生的气体在高温下的无焰氧化燃烧的气相过程。从规模上看,该设备填补了国内在微尺度阻燃测试设备领域的空白,具有极为重要的意义。首先,介绍了微尺度裂解燃烧量热仪的研究背景,阐述了微尺度裂解燃烧量热仪的原理及待测量参数的相关理论模型,为该仪器的研发奠定了坚实的理论基础。其次,完成了微尺度裂解燃烧量热仪的整体解决方案设计,主要包括反应炉结构、试样称重与加载系统、温度控制系统、配气系统与气体预处理系统等。再次,实现了数据采集系统的硬件设计,主要包括专用数据采集板设计和温度信息采集等。然后,完成了基于LabVIEW开发环境的上位机应用程序开发,主要包括串口通信测试、氧传感器校准、实验前准备及丌始试验等各个模块,界面友好且便于操作。最后,对微尺度裂解燃烧量热仪进行整体设备调试,并比较了微尺度裂解燃烧量热仪测量参数与其他设备之间的联系。结果表明,该仪器基本满足标准要求,并与极限氧指数仪具有较好的相关性。
【关键词】：火灾 可燃性 裂解燃烧 量热仪 氧气浓度 LabVIEW
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH81
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究的背景与意义9-11
• 1.2 国内外研究的历史和现状11-13
• 1.3 课题研究的主要内容13
• 1.4 本章小结13-14
• 第二章 微尺度裂解燃烧量热仪的原理和方法14-18
• 2.1 裂解燃烧原理14
• 2.2 微裂解燃烧试验方法测试参数的理论模型14-17
• 2.3 微尺度裂解燃烧量热仪操作方法17
• 2.4 本章小结17-18
• 第三章 微尺度量热仪总体设计18-27
• 3.1 反应炉设计18-21
• 3.1.1 反应炉加热材料19
• 3.1.2 电阻丝材料19
• 3.1.3 保温材料19-20
• 3.1.4 反应炉体尺寸设计20-21
• 3.1.5 电阻丝功率计算21
• 3.2 试样称重与加载系统21-22
• 3.2.1 高精密微量电子天平21
• 3.2.2 样品加载系统21-22
• 3.3 温度控制系统22-23
• 3.3.1 测温传感器22
• 3.3.2 温度控制算法22
• 3.3.3 温度控制器选择22-23
• 3.4 配气系统23-25
• 3.4.1 气源选择23
• 3.4.2 质量流量控制器选择23-25
• 3.4.3 微量气体质量流量传感器25
• 3.5 气体预处理系统25
• 3.6 本章小结25-27
• 第四章 数据采集系统的硬件设计27-38
• 4.1 专用数据采集板27-34
• 4.1.1 总体硬件架构设计27-28
• 4.1.2 采集板主控制单元28-29
• 4.1.3 采集板电源与转换基准源模块29-31
• 4.1.4 模拟量输入与转换(A/D)模块31-33
• 4.1.5 数模转换与输出(D/A)模块33
• 4.1.6 RS-485通信模块33-34
• 4.2 相关传感器选择设计34-36
• 4.2.1 N_2、O_2流量传感器34
• 4.2.2 混合气体流量传感器34
• 4.2.3 氧传感器选择34-36
• 4.3 裂解室温度测量36-37
• 4.3.1 AIBus通信协议36-37
• 4.3.2 AIBus通信指令编写37
• 4.4 本章小结37-38
• 第五章 微尺度裂解燃烧量热仪的软件设计38-48
• 5.1 虚拟仪器38-39
• 5.1.1 虚拟仪器的概念38
• 5.1.2 虚拟仪器的结构38
• 5.1.3 虚拟仪器的硬件38-39
• 5.1.4 虚拟仪器的软件39
• 5.1.5 虚拟仪器的特点及优势39
• 5.2 LabVIEW 2011软件平台39-40
• 5.2.1 LabVIEW概念39-40
• 5.2.2 LabVIEW的功能与特点40
• 5.3 数据处理与控制系统软件设计40
• 5.3.1 总体框架40
• 5.3.2 LabVIEW程序逻辑设计40
• 5.4 LabVIEW程序功能模块设计40-47
• 5.4.1 串口通信检测模块40
• 5.4.2 氧传感器校准模块40-42
• 5.4.3 实验准备模块42-43
• 5.4.4 实验开始模块43-47
• 5.5 本章小结47-48
• 第六章 微尺度裂解燃烧量热仪测试48-54
• 6.1 反应炉升温实验48-49
• 6.1.1 裂解室升温测试48-49
• 6.1.2 燃烧室恒温测试49
• 6.2 配气测试49-50
• 6.3 系统气密性测试50
• 6.4 样品测试50-51
• 6.5 设备重复性测试51-52
• 6.6 仪器测量精度测试与分析52-53
• 6.6.1 标准试样测试52
• 6.6.2 测试结果分析52-53
• 6.7 本章小结53-54
• 第七章 总结与展望54-55
• 7.1 总结54
• 7.2 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 附录59-60

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