Автоматизация лабораторных измерений в области горения
Лабораторные исследования в области горения предполагают как изучение свойств компонентов, так и самого процесса горения. Значимыми характеристиками компонентов являются дисперсность и термические свойства. Достаточно полную картину процесса горения дает температурный профиль.
Разработаны лабораторные установки и программное обеспечение:
  • для автоматизации микроскопического анализа дисперсного состава порошкообразных компонентов;
  • для снятия и обработки данных дериватографического анализа в процессе неизотермического нагрева;
  • для снятия и обработки температурного профиля волны горения.
    В программно-аппаратном комплексе использованы плата ввода изображения Miro Video DC 20 Plus и плата АЦП - PC - LPM - 16 фирмы National Instruments (реализована также поддержка производителей плат АЦП: L-Card, ЗАО Руднев-Шиляев, ADLink).
    Программные продукты реализованы в среде программирования Delphi 5.
    Ввод данных

    Общую схему ввода данных можно представить следующим образом (см. рис). Сигнал с объекта измерения усиливается и поступает на плату АЦП или видеозахвата. Затем производится регистрация и обработка сигнала при помощи компьютерной программы.

    Микроскопический анализ порошковых материалов при помощи программы Little 2

    Разработанная программа, позволяет автоматизировать микроскопический анализ и решать следующие задачи: производить калибровку и вводить масштабный коэффициент; производить фильтрацию изображения; преобразовывать изображение в бинарное (черно-белое); анализировать изображение (определять размеры, число частиц и фактор формы) в автоматическом и ручном режиме; группировать данные, полученные при анализе изображения.
    Для определения размеров частиц и фактора формы используется алгоритм прослеживания контуров [1], что существенно повышает надежность метода. При группировке данных автоматически выбирается оптимальное число интервалов группирования (столбцов гистограммы) [2].
    Реализовано описание дисперсного состава порошковых материалов при помощи одного из четырех уравнений: нормального, логонормального распределения; Розина-Раммлера; Годена-Андреева [3].
    Программа позволяет автоматизировать микроскопичекский анализ дисперсного состава порошковых материалов.

    Демонстрационная версия программы "Little 2" (На сайте ООО "Кардиопротект")
    Регистрация и обработка температурного профиля волны горения при помощи программы Prophil

    Разработанная программа позволяет: принимать информацию с АЦП; выбирать информативный участок кривой; определять ширину зон горения; рассчитывать теплофизические характеристики вещества в каждой зоне; определять температуру самовоспламенения в установившемся режиме горения; рассчитывать функцию тепловыделения; определять кинетические параметры процесса горения; выводить на экран исходный температурный профиль и графическую интерпретацию промежуточных и конечных результатов расчетов.
    В процессе математической обработки исходного температурного профиля осуществляется: удаление шумов путем сглаживания; двойное дифференцирование информативного участка сигнала. Сглаживание информативного участка кривой проводится с применением полинома [4] либо сплайна [5].
    При дифференцировании информативного участка данные аппроксимируются кубическим сплайном, после чего вычисляются его производные в каждой точке.
    Температура самовоспламения (Tсв) в установившемся режиме горения определяется, исходя из максимума первой производной на информативном участке кривой.
    Функция тепловыделения и кинетические параметры процесса горения рассчитывается по методике [6].
    Основным достоинством программы является возможность снятия температурных профилей быстропротекающих процессов горения и большая информативность получаемых данных.

    Регистрация и обработка данных термического анализа при помощи программы Termo

    Разработанная программа позволяет: принимать информацию с АЦП; выбирать информативный участок кривой; проводить предварительную обработку сигнала; определять кинетические параметры процесса и поправки к кривым; выводить на экран исходные данные и графическую интерпретацию промежуточных и конечных результатов расчетов.
    Обработка экспериментальных данных осуществляется тремя способами с использованием кривых T-TG, T-TG-DTG, T-DTA. Возможность использования в расчетах кривых T-TG-DTG, либо T-DTA позволяет повысить информативность эксперимента, поскольку реакции могут идти при незначительном изменении массы образца либо незначительном тепловыделении. Применение способа расчета по кривым T-TG позволяет избежать ошибок в случае сильного зашумления кривой DTG.
    В процессе математической обработки вначале производится удаление шумов путем сглаживания, затем исходные данные преобразуются к функциям степени и скорости превращения.
    При расчете кинетических параметров применяется одно из четырех наиболее часто используемые уравнения [7]: уравнение Аврами-Колмогорова-Ерофеева; уравнение порядка реакции; уравнение показательной функции; полное кинетическое уравнение.
    Реализован метод нахождения поправки нулевой линии DDTG.
    Разработанная программа позволяет регистрировать исходные данные, полученные на дериватографе, и реализует расчет кинетических параметров.

    Прогнозирование эксперимента при помощи программы Lines 3D

    Программа предназначена для построения изолиний свойств смесей, таких как фазовое состояние, тепловой эффект, концентрационные пределы получения продуктов, температурные интервалы синтеза и т. д. Предусмотрено проведение расчета двойных и тройных смей, а также переход от тройных координат к двойным. Исходные данные аппроксимируются полиномом Шеффе, линейным полиномом заданной степени либо произвольной функцией. Возможно построение отдельных изолиний по заданному массиву экспериментальных данных.

    Литература

    1. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен: Пер. с англ.- М.: Мир, 1976.- 512 с.
    2. Новицкий П. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений.- Л.: Энергоатомиздат, 1991.- 304 с.
    3. Хальд А. Математическая статистика с техническими приложениями.- М.: Изд-во иностр. лит., 1956.- 642 с.
    4. Джонсон К. Численные методы в химии.- М.: Мир, 1983. - 504 с.
    5. Носач В. В. Решение задач аппроксимации с помощью персональных компьютеров.- М.: МИКАП, 1994. - 328 с.
    6. Зенин А. А., Нерсиян Г.А. Тепловая структура волны СВС, механизм и макрокинетика в системах Ti-Si и Zr-Si.- Черноголовка, 1980 - 26 с.
    7. Шестак Я. Теория термического анализа: Физико-химические свойства твердых неорганических веществ: Пер. с англ . - М.: Мир, 1987. - 456 с.