Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Информационно-измерительная система термического анализа

Диссертация: Информационно-измерительная система термического анализа
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Существующие технические решения в области повышения точности данных термоаналитического эксперимента в основном подразделяются на две большие категории, связанные: одна — с совершенствованием методики проведения калибровочных экспериментов, другая — с попытками создания математической модели термоаналитической ячейки, адекватной реально существующей (существует и третья категория, относящаяся… Читать ещё >

Содержание

  • 1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВА
    • 1. 1. Классификация термоаналитических методов исследования свойств веществ
    • 1. 2. Процесс получения информации в ходе ДТА — эксперимента
      • 1. 2. 1. Сбор и обработка термоаналитической информации в ИВУ
      • 1. 2. 2. Формирование зондирующего теплового потока
      • 1. 2. 3. Преобразование информации в термоаналитической ячейке
    • 1. 3. Математические модели термоаналитических ячеек
      • 1. 3. 1. Эмпирические модели термоаналитических ячеек
      • 1. 3. 2. Физические модели термоаналитических ячеек
    • 1. 4. Постановка задачи исследований и определение направления работ
  • Выводы
  • 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТАЯ
    • 2. 1. Участок кривой ДТА, соответствующий квазистационарному режиму
    • 2. 2. Участок кривой ДТА, соответствующий фазовому превращению
    • 2. 3. Математическая модель кривой ДТА с учетом внешнего теплообмена
      • 2. 3. 1. Теплообмен в «идеальной» системе ДТА
      • 2. 3. 2. Теплообмен в реальной системе ДТА
  • Выводы
  • 3. СИНТЕЗ АЛГОРИТМА ИЗМЕРЕНИЙ
    • 3. 1. Специфика термоаналитических измерений
    • 3. 2. Обоснование выбора метода измерений
    • 3. 3. Оценка устойчивости системы
    • 3. 4. Оценка результирующей погрешности измерения количеств теплот фазовых переходов
    • 3. 5. Оценка качества регулирования
    • 3. 6. Оценка динамической погрешности
  • Выводы
  • 4. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИИС
    • 4. 1. Состав и функциональная схема ИИС
      • 4. 1. 1. Термоблок
      • 4. 1. 2. Блок управления нагревом
      • 4. 1. 3. Усилитель постоянного тока
      • 4. 1. 4. Стабилизатор мощности тепловыделения
    • 4. 2. Экспериментальное исследование погрешностей ИИС ТА
      • 4. 2. 1. Выбор и подготовка реперных веществ
      • 4. 2. 2. Методика измерения количеств теплот ФП веществ
      • 4. 2. 3. Расчет величин удельных теплот ФП и определение калибровочного коэффициента
  • Выводы

Информационно-измерительная система термического анализа (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В современном промышленном производстве, научных исследо-аниях, при испытаниях материалов и образцов новой техники наиболее распространёнными являются измерения температур" [41].

Изучение тепловых эффектов, которыми сопровождается большинство физико — химических и биологических процессов в природе и технике, позволяет получать фундаментальную информацию о характере преобразования энергии. Одной из актуальных задач физикохимического анализа является описание реакций термического разложения как процесса, протекающего во времени. Закономерности процесса описываются математическими выражениями, являющимися кинетическими уравнениями реакции. В формализованном виде задача измерения кинетических параметров реакции заключается в оценке на основании полученных экспериментальных данных параметров математической модели процесса превращения вещества.

В настоящее время имеется множество работ, посвященных разработке и созданию программ ЭВМ для обработки данных при проведении исследований в области неизотермической кинетики, а также созданию систем автоматизированных научных исследований на их базе [3]. Это расчёты для определения кинетических параметров гомогенных реакций, для выявления механизмов гетерогенных процессов, параллельных реакций в полимерах и т. д.

Следует особо отметить, что в кинетическом исследовании чаще всего приходится решать т.н. обратную задачу, т. е. по экспериментальным значениям найти механизм исследуемого процесса или какую — либо физически обоснованную зависимость. Обратные задачи, особенно задачи обработки результатов эксперимента, как правило, являются математически некорректными, входные данные для обратной задачи могут противоречить друг другу, решения обратной задачи может вообще не существовать. Из-за ошибок эксперимента ищется такое решение, которое если не строго, то с наименьшей погрешностью удовлетворяет входным данным. Решение обратной задачи может заметно меняться даже при малом изменении входных данных, т. е. не обладает свойством устойчивости, поэтому важное значение имеет достижение наивысшей точности экспериментальных данных, получаемых на уровне первичного преобразования информации.

Существующие технические решения в области повышения точности данных термоаналитического эксперимента в основном подразделяются на две большие категории, связанные: одна — с совершенствованием методики проведения калибровочных экспериментов, другая — с попытками создания математической модели термоаналитической ячейки, адекватной реально существующей (существует и третья категория, относящаяся к уникальным, а, следовательно, очень дорогим, сложным и нетехнологичным устройствам — различные типы дифференциальных сканирующих калориметров, но мы их здесь не рассматриваем, хотя вышесказанное относится и к ним). Однако вследствие большого числа случайных и трудноучитываемых факторов, влияющих на точность результатов термоаналитических измерений (можно выделить до 18 различных экспериментальных факторов, влияющих на величину измеренной дифференциальной температуры [3]) погрешность существующих устройств дифференциального термического анализа (ДТА) составляет 10.25% [2]. Поэтому для дальнейшего развития автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) в области физико — химического анализа, в частности — термического анализаимеется насущная потребность в разработке алгоритмов измерения и ИИС, обеспечивающих получение термоаналитической информации с погрешностью измерений количеств теплот, не превышающей 2−3% (характерной для калориметров) при сохранении конструктивной простоты, присущей устройствам ДТА.

Тема диссертационной работы сформировалась в процессе выполнения хоздоговорных работ, проводимых в рамках координационного плана научно — исследовательских работ АН СССР по направлению «Термический анализ» на 1981 — 1985, 1986 — 1990гг., а также в рамках координационного плана научно — исследовательских работ АН РФ на 1991 — 1996 и при поддержке гранта РФФИ № 95 — 02 — 4 786 «Разработка теплоаккумулирующих материалов для систем теплоснабжения и тепло-аккумулирования». Шифр проблемы 2.19.2.1.1.

Целью диссертационной работы является развитие известных, а также разработка и исследование новых алгоритмов и ИИС термического анализа с погрешностью измерений теплот фазовых переходов (ФП) веществ, не превышающей 3% .

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ современного состояния существующих экспериментальных методов, алгоритмов и устройств ДТА.

2. Исследованы математические модели термоаналитической ячейки, как первичного измерительного преобразователя ИИС термического анализа.

3. Исследована природа возникновения методической погрешности измерений теплот в существующих устройствах ДТА с учётом внешнего теплообмена ТАЯ с печным пространством.

4. Разработан алгоритм измерений и структура ИИС, реализующей указанный алгоритм, обеспечивающий повышение точности измерений теплот ФП веществ и улучшение динамических характеристик ТАЯ.

5.Проведена теоретическая оценка динамической погрешности и устойчивости системы.

6. Проведены эксперименты, подтверждающие теоретические выкладки.

7. Реализована и внедрена ИИС термического анализа.

Научная новизна проведенных в диссертационной работе исследований заключается в том, что разработан оригинальный алгоритм термоаналитических измерений, существенно повышающий точность и разрешающую способность ИИС ТА. Разработана ИИС, реализующая указанный алгоритм, произведена теоретическая и экспериментальная оценка погрешностей ИИС. Рассмотрены вопросы технической реализации ИИС.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны и изготовлены опытно — промышленные образцы ИИС, которые успешно прошли испытания и внедрены в составе комплекса аппаратуры для термокинетических исследований на НПО «Технология» г. Обнинска, п/я Г -4213 г. Саратова.

Образец ИИС демонстрировался на ВДНХ СССР и награждён серебряной медалью.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах [40,48,49,51,52,54,55,57−60], в том числе 5 изобретениях. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и указателя литературы, включающего 77 источников, а также приложений. Иллюстративный материал представлен 24 рисунками и 5 таблицами.

Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на IV Межвузовской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной химии» (Куйбышев, 1985 г.), на VIII Всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (Саратов, 1991 г.), на XII Всероссийской научной конференции (Екатеринбург, 1996 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. БергЛ.Г. Введение в термографию. М.: Наука. 1969. 98с.
  2. У. Термические методы анализа. М.: Мир. 1978. 526с.
  3. Я. Теория термического анализа: Физико-химические свойства твердых неорганических веществ. М.: Мир. 1987. 456с.
  4. Проспект фирмы Setaram. 1986.
  5. Fyans R.L., Brennan W.P. Resent advances in computerized thermal analysis. Abctr. Pap. Pittsburgh conf. Anal. Chem. and Appl. Spectrosc. 1981. March 9−13. p.351.
  6. Beech G.J. Chem. Soc. 1969. (A), p.193.
  7. Проспект фирмы Mettler. 1986.
  8. А. И. Информационно-измерительная система кинетических параметров реакций термического разложения веществ./ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Куйбышев.: 1989. 19с.
  9. А.И. Принципы построения устройств формирования теплового потока приборов для термического анализа веществ. М./ Известия ВУЗов СССР. Серия «Приборостроение». 1987. N 6. с.91−95.
  10. В.П., Афанасьев Ю. В. Термический анализ с регулируемым ходом дифференциальной записи./ Изв. Сиб. отделения АН СССР. Сер. химических наук. 1974. Вып.4. N 9. с.48−51.
  11. Roots W. K Fundamentals of Temperature Control. New York London. Academic Press. 1969. p.357.
  12. ЯнгД. Кинетика разложения твердых веществ. М.: Мир. 423с.
  13. Н.М., Кнорред Д. Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа. 1969. 432с.
  14. KracekF.G. Polimorfhism of sodium sulphate. J. Phys. Chem. 1980. У34. p. 225−247.
  15. В.П. Введение в термический анализ. Самара.: 1996. 270с.
  16. В.В., Григорьев, А Т., Опришко A.A., ОськоВ.М. Калибровочная кривая для определения тепловых эффектов превращений. / В сб. «Автоматизация процессов управления в нефтепереработке и нефтехимии». 1979. Вып.З. С.127−131.
  17. H.A., Бессонов В. В. Бесконтактный метод количественного термического анализа и его возможности. / В сб. «Теоретические и экспериментальные исследования диаграмм состояния метталлических систем». М.: Наука. 1969. С. 183−186.
  18. Kissinger H.F. Reaction kinetics in differential thermal analysis./ Analitical Chemistry. 1957. V29. NU. P.1702−1706.
  19. Murrey P., White J. Kinetics of the thermal dehydration of clays./ Transaction Of The British Ceramic Sosiety. 1955. Y.54. N3. P.137−187.
  20. Pacor P. Applicability of the DUPONT 900DTA apparatus in quantitative differential thermal analysis./ Analytical Chemical Acta. 1967. V.37. P.200 -208.
  21. А. И. Анализ и синтез некоторых математических моделей термоаналитических ячеек, применяемых в дифференциальном термическом анализе. Черкассы. 1986. Деп. в ОНИИТЭХИМ 30. 06. 86. N834. XII. 86. С. 1−20.
  22. Metting R., Wilburn F. W., Meintosh R.H. Study of thermal analysis./ Analytical Chemistry. 1969. V.41. N10. P. 1275 1296.
  23. Navarro J., Torra V., Rojas E. l Analis Fisica. 1971. V. 67. P. 367.
  24. .Н. Точная калориметрия. M.: Из-во стандартов. 1973. 308с.
  25. П. С., Буланов С. Б. Методика восстановления калоримет -рических кривых методом Фукрье анализа./ Труды VIII Всесоюзной конференции по термическому анализу. Куйбышев. 1983. С. 36−44.
  26. П. С., Шептий В. И., Синявский В. В. Применение быстрого преобразования Фурье для восстановления термограмм в теплопрово-дящей калориметрии./ Журнал физической химии. 1982. Т.56. N5.С.1312−1316.
  27. R., Petit J.L., Gravelle Р. С. An important method for the determination of the input applied to a linear system by deconvolution of the output, Application in thermokinetics./ Journal of Thermal Analysis. 1977. V. 11. P.431−444.
  28. И. И. Оперативная идентификация объектов управления. М.: Энергоиздат. 1982. 130 с.
  29. Я.З. Терия линейных импульсных систем. М.: Наука. 1963. 967с.
  30. А.А., Акапъев B.JI. Использование мини-ЭВМ в термоанализе./ Тез. докл. IX Всесоюзного совещания по термическому анализу. Ужгород. 1985. С. 61−62.
  31. Gray A.P.Porter R.S., Johnson J.F. Analytical Calorimetry./ Plenum Press. N.Y. 1968. P. 209.
  32. Boersma S.L. Theory DTA, new methods of measuring and interpretation./ J. Amer. Ceram. Soc. 1955. V 38. P. 281−284.
  33. П., Неврива M., Шестак Я. Корректность калориметрических измерений посредством устройств ДТА./ Изв. АН СССР. Сер. неорг. мат. 1974. Т. 10. С. 2097.
  34. Dosch E.L. An electrical technique for characterization of responseparameters of DTAsample holders./ Thermochimica Acta. 1970. У. 1. P. 360−371.
  35. A.B. Теория теплопроводности. М.: Наука. 254 с.
  36. М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М: Энергия. 1977. 343 с.
  37. Л.Г., Егунов В. П. Физический смысл некоторых характерных точек кривых ДТА./ЖНХ. 1969. Т. 14. N3. С. 611−613.
  38. В.К. Основы радиационного и сложного теплообмена. М.: Энергия. 1972. 463 с.
  39. В., Хеке Г. Калориметрия. Теория и практика. М.: Химия. 1990.
  40. Устройство для дифференциального термического анализа. A.C. N 1 376 019 (СССР)./ Мощенский Ю. В., ТрунинА.С.
  41. К.Л., Купер В. Я. Методы и средства измерений. М.: Энергоатомиздат. 1986. 448 с.
  42. М., Вошни Э. Измерительные информационные системы. М.: Мир. 1975.310 с.
  43. Э. Динамика измерительных цепей. М.: Энергия. 1969. 235.
  44. В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука. 1975. 768 с.
  45. В.Я. Введение в теорию точности измерительных систем. М.: Сов. радио. 1975. 304 с.
  46. П.В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. JL: Энергоатомиздат. 1991. 304 с.
  47. А.Н. Определение теплот реакций методом ДТА./ Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Куйбышев. 1989. 180 с.
  48. Устройство для регулирования температуры. A.C. N 1 200 262 (СССР)./ Мощенский Ю. В., Трунин A.C., Умрилов В.В.
  49. Устройство для регулирования температуры. A.C. N 1 444 732 (СССР)./ Мощенский Ю. В., Трунин A.C.
  50. Л.Б., Петухов А. Б., Гальперин Л. Н. Прецизионный стабилизатор мощности./ПТЭ. 1978. N 1. С. 145.
  51. Устройство для дифференциального термического анализа. A.C. N 776 225 (СССР)./ Вертоградский В. А., Егорова Л. С., Трунин A.C., Мощенский Ю.В.
  52. Устройство для термического анализа. A.C. N 1 567 949 (СССР)./ Мощенский Ю. В., Измалков А. Н., Трунин А. С.
  53. .И., Минц М. Б. Высокочувствительные усилители постоянного тока с преобразователями. Л.: Энергия. 384 с.
  54. Устройство для нанесения покрытия из газовой фазы. A.C.1 680 800 (СССР)./ Космынин А. С., Штер Г. Е., Трунин А. С., Гаркушин И. К.
  55. А.С., Кирьянова Е. В., Трунин A.C., Мощенский Ю. В. Введение в калориметрию гетерогенных равновесий./ Учебное пособие. Самара.: Самар. гос. техн. ун-т, 1997. 30 с.
  56. Breuer K.H., Eysel W. The calorimetric calibration of differential scanning calorimetry cells./ Thermochem. Acta, 1982. У567. N3. P.317−329.
  57. Ю.В., Ананасов В. В., Саблин А. Ю. Повышение точности измерений теплот фазовых переходов в количественном ДТА./ Актуальные проблемы совр. химии. Тез. докл. IV Межвузовской науч. техн. конф. Куйбышев. 1985. С. 122.
  58. Ю.В., Трунин A.C., Измалков А. Н. Сканирующие микрокалориметры для физико-химического анализа./ В кн. УШ Всесоюз. совещания по физ. хим. анализу. Тез. докл. Саратов, 1991. С. 46.
  59. Ю.В., Космынин A.C., Трунин A.C. Автоматизированная термическая установка синтеза./ XII Всеросс. научн. конф. Тез. докл. Екатеринбург. 1996.
  60. Ю.В., Саблин А. Ю. Устройство для калибровки приборов ДТА и калориметров./ VII Всесоюзн. конф. по термическому анализу.
  61. A.C., Мощенский Ä-9.Ä-Термоанализатор ДТАП-3./ Инф. листок. Куйбышевский ЦНТИ. г. Куйбышев, 1978 г.
  62. A.C., Мощенский Ю. В. Программно-регулирующее устройство ДТАП-003./ Инф. листок. Куйбышевский ЦНТИ. г. Куйбышев, 1978 г.
  63. A.C., Мощенский Ю. В., Космынин A.C. Новые термоаналитические установки серии ДТАП./ V Всезоюзн. конф. по термическому анализу. г. Рига, 1979, с.108−109.
  64. Функциональный преобразователь. A.C. № 750 514 (CCC?)J Петровский В. Н., Злочистый A.M., Мотовилов В. В., Мощенский Ю.В.
  65. Ю.В., Кобяков С. Н. Разработка и исследование УПТ с гальваническим разделением входа и выхода./1 Межвузовская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы современной химии». Тез. докл. г. Куйбышев, 1981, с.89−90.
  66. Ю.В., Сураев Ю. Г., Степанов И. А., Саблин А. Ю. Доработка потенциометра КСПП-4 с целью расширения его функциональных возможностей./1 Межвузовская науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы современной химии». Тез. докл. Куйбышев, 1981, с. 90.
  67. Ю.В., Сураев Ю. Г., Степанов И. А., Саблин А. Ю. Цифровой термометр./ II Межвузовская науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы современной химии». Тез. докл. Куйбышев, 1982, с. 115.
  68. Ю.В., Захаров И. В., Андреев В. Ю., Саблин А. Ю. Цифровой задатчик временных интервалов./ II Межвузовская науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы современной химии». Тез. докл. Куйбышев, с. 116.
  69. Ю.В., Гаркушин И. К., Надеин В.Ю, Дибиров М. А., Трунин A.C. Использование установки ДТАП-4М для калориметрических измерений ./VI II Всесоюзн. конф. по термическому анализу. Тез. докл. Москва-Куйбышев, 1982, с. 34.
  70. Теплоаккумулирующий состав. A.C. № 1 089 100 (СССР) I Трунин A.C., Гаркушин И. К., Воронин К. Ю., Дибиров М. А. Мощенский Ю.В.
  71. Ю.В., Трунин A.C. Приборы термического анализа и калориметрии./ Инф. листок № 464−89 Куйбышевский ЦНТИ. 1989 г.
  72. Ю.В., Трунин A.C. Способ повышения точности измерения кинетических параметров в ДТА-эксперименте./ Труды I Всероссийской конференции по физико- химическому анализу многокомпонентных систем. Махачкала, 14−16 апреля 1997 г. с.25−26.
  73. ФритцДж., ШенкГ. Количественный анализ. М.: Мир, 1978.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?