ADC型高精密测温电桥非线性误差修正方法研究

针对ADC型测温电桥因电路结构复杂、集成度高、非线性误差来源多样,导致现有误差修正方法效果不佳的问题,提出了一种基于误差来源分析的修正方法。根据ADC型测温电桥原理定量分析了电路中运算放大器共模抑制比、正反向电流不匹配度对非线性误差的贡献,运用RBC开展了这两个误差源的最大似然估计及修正,并对剩余残差进行了多项式拟合,实现了非线性误差修正;基于自制ADC型测温电桥及RBC对上述修正方法进行了验证,实验结果表明:所提方法修正后的最大非线性误差为-1.77×10^-5,相对于传统非线性修正方法的最大非线性误差-3.57×10^-5有了显著提升。     

差示绝热追踪的锂电池比热容测试方法研究

受限于仪器原理,传统绝热加速量热仪测量锂电池比热容时存在一定的热散失.然而,现有的测试方法均选择忽略该热散失对比热容测量结果的影响.针对上述不足,提出一种基于差示绝热追踪的锂电池比热容测试方法.首先,基于传统方法与本文改进的方法,对方形和圆柱形的标准样品进行比热容测试,将测得的比热容与标准样品的参考比热容对比,得到了两种测试方法的最大误差分别为7.66％和1.94％.其次优化了圆柱形样品打包方式,实验验证的结果表明优化后的方式减小了热散失对测量结果的影响.最后,利用改进方法测试50 Ah NCM622方形电池以及15 Ah LiFePO4圆柱形电池的比热容,在40～65℃温度范围内,其比热容测试值分别稳定在0.94～0.98 J/(g·K)和0.97～1.01 J/(g·K)之间.     

基于动态传热模型的反应器温度振荡量热法研究

为研究温度振荡量热法对反应器传热因子（UA）和反应热（Qr）的动态估计性能,基于热平衡理论建立了一种通用的反应器模型,模拟研究了放热工况、夹套介质流速和反应器体积对该方法估计结果的影响,并使用系统的总体时间常数（τ’）对振荡量热法适用性进行量化评价。结果表明：温度振荡量热法适用于放热速率平稳的反应过程,建议在5 L以内的小型反应器中应用温度振荡量热技术,对于体积较大的反应器或变化剧烈的放热反应过程,需要增加夹套油液流速以提高τ’的大小。τ’的建议值应小于900s,随着该值的增加,振荡周期将逐渐延长,反应过程中UA和Qr的整体估计质量也会逐渐降低。研究结果阐明了温度振荡量热法的适用性,对反应器系统的开发有重要意义。     

融合C80数据的绝热加速量热法热惯量因子修正

受限于仪器原理,绝热加速量热法数据分析需进行热惯量因子修正。然而,现有的修正方法均违背由反应物比热及炉体温度动态追踪效果变化等引起热惯量因子动态变化的事实,导致动力学参数求取存在偏差。针对上述不足,提出一种基于C80与绝热加速量热数据联用的绝热加速量热热惯量因子修正及动力学计算方法。具体步骤如下：基于Friedman法分析C80数据获取无模型动力学参数,将其代入绝热数据求解反应体系比热容与等效热惯量因子乘积,并在绝热平衡方程中由上述乘积替代恒定热惯量因子及比热实现动力学计算。以过氧化二叔丁基(DTBP)和过氧化氢异丙苯(CHP)为实验对象进行实验验证。结果表明,基于两种量热模式联用的热惯量因子修正方法避免了热惯量动态变化对动力学分析的影响,从而获得更加准确的动力学参数。     

基于扫描升温模式的差示功率补偿绝热量热方法

为了解决传统绝热加速量热仪反应检测效率低、反应判断灵敏度不高、绝热性能受限的问题,提出差示功率补偿绝热扫描量热方法. 在实验样品分解反应的激发阶段,用扫描模式匀速升温,并采用基于扫描基线的两通道补偿功率差、温差和样品温升速率3种动态反应检测方法并行进行检测,以适应复杂工况的反应环境,提高反应检测效率和灵敏度;当判断发生反应后,结合差示功率补偿控制和基于恒温基线的动态绝热追踪,使样品实现接近理想的绝热反应过程. 以过氧化二叔丁基（DTBP）为实验对象进行实验验证,结果表明,与传统绝热加速量热方法相比,差示功率补偿绝热扫描量热方法在0.3~0.7 ℃/min的扫描速率范围内,能明显提高反应检测效率和灵敏度,并可以得到更准确的热分解特性参数和动力学参数.     

基于动态特性补偿的绝热加速量热仪温度随动控制优化

针对绝热加速量热仪测试反应剧烈的样品时温度传感器存在动态测量误差,导致在进行反应热力学和动力学计算中出现偏差的现象,提出一种绝热反应过程中实时在系统动态特性补偿的方法。首先采用基于集中参数的方法对绝热反应过程进行模拟仿真,分析了影响进行反应热力学和动力学参数求取准确性的主要因素,其次利用粒子群算法的全局寻优能力,得到动态补偿器参数,并将其运用到绝热加速量热仪温度随动控制算法中。最后,通过标准样品对该补偿方法进行实验测试,验证了方法的有效性,研究结果对于提高化学反应热危险性评估准确性具有重要意义。     

基于焦耳热效应的加速量热仪热电偶一致性原位校准研究

针对加速量热仪上测温热电偶长时间工作发生漂移导致仪器整体性能下降,以及缺少相应原位校准方法的问题,提出一种基于焦耳热效应的热电偶一致性原位校准方法,建立了仪器内部的传热模型,分析了该方法的原理与校准过程,搭建了加速量热仪热电偶一致性原位校准装置,完成了热电偶校准实验,得到用于热电偶温度补偿的拟合公式,并通过模拟热电偶漂移实验、参考样品实验等手段验证了校准前后仪器性能的提升。模拟热电偶漂移的验证实验结果表明：实测补偿温度均值与理论补偿温度的最大偏差不超过0.020 6℃。参考样品实验表明：热电偶校准后获得的反应动力学参数相较校准前与文献值更为接近。     

基于遗传算法的半导体制冷器非线性PID设计

针对常规线性PID对具有非线性特征的半导体制冷器温度控制系统存在快速性和超调量难以兼得、抗干扰能力差的问题,提出将非线性PID控制用于半导体制冷器温度控制的策略.通过对线性PID存在问题以及PID各增益参数与偏差信号之间非线性关系的分析,构建了增益参数的非线性函数,针对非线性函数中参数较多问题提出了自适应遗传寻优的求解方法.仿真和实验结果表明,基于此遗传算法寻优的非线性PID控制器相比线性PID控制器,调节时间缩短,超调量减小,抗干扰能力更强.     

绝热加速量热无模型方法动力学预测

绝热加速量热主要采用基于单一实验数据的模型拟合方法进行动力学预测,难以应用于未知机理反应和复杂反应。为此,通过数值模拟方法在绝热条件下产生n级反应与Kamal自催化反应数据,采用Vyazovkin和Friedman等转化率方法进行动力学求解;然后在不同起始温度和等温条件下,采用无模型动力学参数进行绝热和等温动力学预测,并与模拟数据对比。结果表明,绝热加速量热采用Vyazovkin方法预测最大相对误差为39.9%,Friedman方法预测最大误差超100%,前者更适合进行预测;建议在预测温度±40℃范围内进行实验测量。这为未知化学物质和复杂反应热失控风险评估及化工事故模拟等提供了有效手段。