高温极限氧指数测定仪的设计与开发

摘要

阻燃材料具有延滞燃烧并且自身不容易被点燃的优点，很早以前就被普遍的使用在各个领域中。为了满足社会的需求，提高阻燃材料的阻燃性，材料的阻燃化技术得到了飞快的发展。因此，鉴定材料的阻燃性能就显得极为重要;利用阻燃材料的鉴定技术反过来指导阻燃材料的研发也得到更多的运用。而我国目前能够研发的氧指数检测设备自动化程度都相对较为落后，更重要的是不具备最新氧指数法国际标准中要求的高温氧指数检测功能，不能很好地指导阻燃材料的研发。因此，本课题依据最新的国际标准ISO4589设计开发一套高温极限氧指数测定仪。
　　本文首先简单介绍了的高温氧指数测定仪测定材料氧指数的实验步骤和基本原理。并且根据ISO4589标准的要求，确定了高温极限氧指数测定仪的整体设计方案。整个设计方案中包括实验燃烧筒结构设计、温度控制系统设计、混合气体配气和气流切换系统设计、人机交互系统设计。然后详细介绍了高温氧指数仪所需要的元器件的选型、控制器硬件电路的设计以及相关软件程序的设计。此外，为了提高配气系统的性能，本课题还对比例电磁阀的调控算法做了深入研究，分别使用了专家PID控制算法和模糊PID参数自整定控制算法，最终取得了良好的控制效果。最后，对本课题所研发的高温极限氧指数测定仪各个模块和整机进行了测试实验。实验结果表明本课题所设计的高温极限氧指数测定仪的各项性能指标达到了国际标准要求，可以投入实际运用。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 国内外研究历史和现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 高温极限氧指数测定仪的原理及总体设计方案

2．1 高温氧指数测定原理

2．2 试验程序

2．2．1 高温氧指数测量

2．2．2 易燃温度测量

2．3 总体设计方案

2．4 燃烧筒设计

2．4．1 燃烧筒机构的设计

2．4．2 燃烧筒加工材料的选择

2．4．3 试样支架及试样传送杆的设计

2．5 温度控制系统

2．5．1 测温传感器

2．5．2 温度控制器选择

2．5．3 温度控制器的使用

2．6 配气系统

2．6．1 流量调节阀的选型

2．6．2 流量传感器的选型

2．6．3 氧传感器的选型

2．7 人机交互模块

2．7．1 触摸屏人机交互

2．7．2 上位机实验数据报表处理模块

2．8 本章小结

第三章 高温氧指数测定仪控制器的硬件电路设计

3．1 控制器的硬件总体方案设计

3．2 控制器的最小系统设计

3．2．1 核心控制器MCU的选型

3．2．2 复位电路

3．2．3 时钟电路

3．2．4 系统电源模块

3．3 控制器的主要外围电路的设计

3．3．1 A／D数据采集模块

3．3．2 信号调理电路

3．3．3 D／A输出及驱动放大电路

3．3．4 触摸屏接口电路

3．3．5 U盘通信电路

3．3．6 MCU与上位机通信电路

3．3．7 RS485通信电路

3．4 控制板的PCB设计

3．5 本章小结

第四章 配气系统的控制方法研究

4．1 PID控制

4．1．1 PID控制原理

4．1．2 数字PID控制

4．2 专家PID控制

4．2．1 专家PID控制原理

4．2．2 专家PID控制的实现

4．2．3 专家PID控制效果

4．3 模糊PID自整定控制

4．3．1 模糊PID控制算法的原理

4．3．2 模糊PID算法的设计

4．3．3 模糊PID算法的效果

4．4 本章小结

第五章 高温氧指数仪的软件设计

5．1 人机交互界面设计

5．2 下位机总体程序设计

5．3 AD数据的采集与处理模块

5．4 温度控制模块

5．4．1 AIBus通信协议

5．4．2 温度控制程序

5．5 DGUS屏通信模块

5．5．1 触摸屏的通信数据协议

5．5．2 DGUS屏通信程序

5．6 上位机软件设计

5．6．1 上位机与下位机的通讯方式

5．6．2 上位机软件编写

5．7 本章小结

第六章 高温氧指数测定仪的实验分析

6．1 实验平台的搭建

6．2 温控系统实验

6．2．1 温度传感器性能测试

6．2．2 燃烧简加热升温测试

6．2．3 燃烧筒恒温测试

6．3 配气系统实验

6．4 样品测试实验

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录