微结构气敏传感器的热分析与结构设计

微结构气敏传感器由于其微型化、低功耗、易阵列化、易智能化、易批量生产等独物优点,受到国内外研究者的广泛重视。本文分析膜片型微结构气敏传感器基本单元的热学行为,用有限元方法模拟计算多种不同电极结构的器件功耗及工作区温度分布,提出了进一步降低黛耗改善工作区温度均匀性的途径和方法,并讨论了微结构气敏传感器设计中应着重考虑的问题。     

加速冷却过程的模型预测控制

在中厚板加速冷却过程中, 无法检测钢板温度的动态变化, 这使得加速冷却过程的精确控制变得困难. 本文提出了一种新的控制方法, 把冷却的控制目标转化为冷却装置沿长度方向上的温度分布曲线, 采用热物理模型估计钢板在冷却装置各位置处的温度分布. 应用模型预测控制, 根据温度估计值实时优化控制变量, 使过程温度分布与目标温度分布曲线一致. 仿真结果表明, 本方法能够较好的克服冷却过程中钢板开冷温度不均匀、钢板打滑等不确定性, 提高了控制精度, 并保证钢板长度方向温度的均匀性.     

基于一致性算法的多模式搅拌器微波加热系统温度均匀性优化

微波加热的内部传热方式及热点的随机分布特性导致采用常规测量方法难以获得温度的准确信息,在改进机械设计的研究中,螺旋辐射单模式搅拌器微波加热系统能够改善温度分布的均匀性.在单模式搅拌器的基础上,进一步探索具有多个模式搅拌器的微波加热系统的温度均匀性及其计算问题;同时,由于微波加热过程中多物理场的深度耦合及边界条件的时变特性,如何协同模式搅拌器的状态特征与有效计算温度场,开展温度均匀性的优化处理成为关注的重点.为此,应用一致性算法表达模式搅拌器的状态信息,对温度场分布的均匀性进行优化计算.一方面通过一致性算法将加热空间电磁场边界条件的时变性用编队队形表征,组合模式搅拌器的位置状态信息表达编队队形的变换;另一方面由整型变量与连续型变量混合的优化问题构建温度有限元模型,并对温度场的均匀分布优化解开展有效计算.数值计算结果验证了所提出一致性算法及其计算方法对微波加热温度均匀性的优化是可行和高效的.     

基于分级控制策略的LD温度控制实现电路

介绍了内、外双层恒温物理系统,结合内、外层工作区的两级温度控制要求,给出了采用分级控制策略控制内、外层温度的控制方案,设计了相应的两级温度检测和TEC驱动控制电路.经实验测定,研制的温控系统的温度稳定度优于0.01℃.     

增强型等离子化学气象沉积炉均匀布气研究

研究感应式射频等离子体技术,为提高离化率,利用流体力学的相关数值计算方法, 对增强型等离子化学气象沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ,PECVD)设备的布气系统进行理论分析,得到平板布气装置中压力与孔径的关系.为了实现根据PECVD设备最大面积的均匀性布气,根据PECVD设备中的压力分布,优化现有的布气装置结构参数,以实现孔径补偿气流的效果.并结合专用的CFD软件对上述不同结构中的气流进行仿真,验证所优化的布气装置的合理性.用到现有的设备当中测试,提高了装备的均匀布气效果.     

基于一致性理论的多源微波加热温度均匀性优化

在使用多微波源阵列进行空间功率合成的微波应用装置时,如何协同多微波源馈入功率的状态信息以利用温度分布的自组织特性优化温度均匀性是研究的重点.为此,一方面,提出微波源构成智能体的必要要素,并构建技术方案.在此基础上,引入基于代数图论的二阶非全连接通信拓扑一致性算法协同多微波源的功率馈入状态信息,保证在利用自组织特性优化温度分布的过程中不会有新的热点产生;另一方面,使用有限元方法,构建解决整型变量和连续型变量混合优化的数值计算模型,开展优化温度场分布均匀性的有效计算.最后通过仿真实验验证微波源智能体化方案的有效性,数值计算结果表明:所提模型较通用加热模型在各水平和铅垂截面能够分别提升24.3%～55.5%和20.4%～82.9%的均匀性;同时能提升10.0%～43.7%的热能转化效率.以上结果验证了所提基于一致性理论的多源微波加热温度均匀性优化方法是可行且高效的.     

多通道温度测量整体校准系统仿真分析

为了实现低温风洞等设备高精度温度场测量目的 ,需要综合考虑温度传感器、连接电缆、调理放大器、数据采集系统以及环境等各种因素产生的综合误差,设计一套在低温范围内对温度测量系统进行整体全回路原位校准装置;针对整体全回路原位校准装置在准度、温度场均匀性、温度场稳定性等各方面的高精度要求,在装置方案设计完成后,对其核心部分隔热校准腔进行了热力学仿真计算,对其主体三层结构型式、绝热技术、引线密封方式、温度场均匀性保证措施等进行了模拟计算,并建立了实验平台对仿真结果进行了实际验证和方案优化;仿真和实验验证结果证明,低温温度测量系统整体校准装置所采用的设计方案能够满足一次校准通道数11路和在77～323 K温度范围内温度准度50 mK、有效温度场均匀性50 mK等技术指标要求.     

基于PID算法的疫苗保温箱温控系统设计

针对疫苗从生产到使用这一过程中极易受到外界环境温度的影响,使疫苗功效大大降低,甚至产生对人体有害物质这一问题.论文通过分析温度信号采集系统、温度调控系统,设计出基于单片机STM32F103C8T6和DS18B20温度传感器的具有结构简单、温度控制精度高、调温速度快的疫苗保温箱基于PID算法温控系统.解决了疫苗在运输途中的保温问题,同时有效地解决传统保温箱的超调、精度低、响应慢等问题.     

高温用多孔等温钠热管的研制

研制了用1Cr18Ni9Ti 不锈钢和 GH181高温合金作结构材料的两种多孔等温钠热管。它们已分别用在850℃以下和1064℃以下使用的高温铂电阻温度计的精密分度与校验装置中,效果显著。该热管装置的优点是温控稳定性好、温度场均匀、热惯性小、且结构简单。热管的测温孔内径为(?)12～13mm,长290mm。测温孔之间温度均匀性达0.02℃,在90mm 长度内单个测温孔的垂直温差为0.02℃。GH181/Na 热管系国内首次研制的高温等温钠热管。其短时间使用温度可达1100℃。试样热管在600～1100℃温度范围内经受了713小时的快速寿命试验。本文叙述了热管的结构设计、性能以及寿命试验结果。     

CO余热锅炉瓦斯燃烧器改造及仿真研究

中石化某分公司催化裂化装置CO余热锅炉运行过程中,瓦斯燃烧器燃气空气混合不充分,火焰温度分布不均匀,燃烧效果差.为解决此问题,分析了瓦斯燃烧器的工作特点及结构形式,对燃烧器的配风方式、气流混合原理及稳燃机理进行了研究,并对燃气系统进行了核算,提出了燃烧器改造方案,最后运用计算流体力学(CFD)软件FLUENT,对改造前后的燃烧器内的燃烧情况进行了模拟.仿真结果表明,改造后的燃烧器火焰温度分布均匀,燃烧完全.燃烧器改造方案是合理可行的.     

可穿戴腕部体温监测装置设计

为解决各式体温计测温时间长、精度不高及操作繁琐等问题,提出并实现了一种基于腕部测温的可穿戴体温监测装置的设计方案.通过对人体体表温度和深度温度的分析,确定了腕部体表温度与以腋下温度为基准的体温间的补偿方案;对测温装置进行了设计实现并对数据的处理进行了优化.实验结果证明:设计的体温监测装置稳定性好,精度高,且支持高频率、实时的体温采集.     

基于WSNs的机房温控系统设计与实现

为了有效监控机房内温度情况,在机房内和设备内部署一定数量的传感器节点,采集并发送设备温度和环境温度信息至控制系统,利用Kriging算法模拟出机房内温度的分布情况并直观地展现在界面中,同时控制系统实时监测温度信息,当机房温度过高时,系统自动启动通风板和空调降温,当机房温度异常高时,系统向管理人员发出警报.     

干涉型光纤温度传感器

为了长期和在线实时检测各种工程结构内(如飞机机翼)的温度,在介绍了2种典型的干涉型光纤温度传感器技术的基本原理、结构及优缺点的基础上,提出了一种新型光纤温度传感器——嵌入式干涉型光纤温度传感器的工作原理和结构设计。它用特殊加工工艺将光纤埋入材料中,通过相位调制产生干涉条纹,再通过条纹的判向计数来对材料内部温度进行测量。实验结果表明:嵌入式光纤温度传感器能长期有效测量材料内部的温度,并且,它的灵敏度比放在空气中的灵敏度要高2~3倍。具有很大的研究开发和应用价值。     

Multivariable temperature measurement and control system of large-scaled vertical quench furnace based on temperature field

A temperature control system of 31m vertical forced air-circulation quench furnace is proposed,which is a kind of equipment critical for thermal treamlent of aluminum alloy components that are widely used in aerospace industry. For the effective operation of the furnace, it is essential to analyze the radial temperature distribution of the furnace. A set of thermodynamic balance equations modeling is established firstly. By ufilizmg the numerical analysis result to modify the temperature measurements, the control accuracy and precision of the temperature are truly guaranteed. Furthermore, the multivariable decouplmg self-learning PID control algorithm based on the characteristics of strong coupling between the multi-zones in the large-scaled furnace is implemented to ensure the true homogeneity of the axial temperature distribution. Finally, the redundant structure composed of industrial control computers and touch panels leads to great improvement of system reliability.     

真空热试验温度参考点热响应测试系统设计与实现

在航天器真空热试验的温度测量中应用最广泛的是热电偶测温系统,温度参考点是热电偶测温系统的重要组成部分,对温度测试数据的准确性和航天器产品的安全有很大影响。为了在热试验开机前对参考点铂电阻与热点偶补偿端匹配关系的正确性进行验证,设计了一种可用于真空热试验的热电偶测温参考点热响应测试系统。该系统由加热器以及控制箱组成,可通过LAN网络与上位控制计算机连接实现热响应远程测试。文章通过对参考点装置的热分析以及热响应测试原理分析,给出了系统的硬件结构以及软件设计方案,并在多项航天器真空热试验中投入使用,提高了航天器真空热试验热电偶测温系统的可靠性。     

几种白肋烟烤机控制系统的对比分析

根据设备控制系统的差异,现有白肋烟烘焙设备可分为热风对流式、微波辐射式。主要分析了现有三层、单层、流化床隧道式烘焙机的结构特点,并针对处理过程中热风对流系统的控制方式、物料的运动状态、设备的控制方法等,指出了采用流化床隧道式白肋烟烘焙机处理过程中,其热风系统控制分布较均匀,物料始终能处于悬浮翻滚状态,物料受热面积大大提高,且过程控制精度较好,有利于物料含水率和温度的稳定,对于改善提高白肋烟处理质量有着明显的可比优势。     

改进PID在反应釜温度控制系统中的应用研究

反应釜炉温控制是化工生产过程中主要的控制系统之一,其温度控制具有大滞后、时变、非线性等特点.针对常规PID控制效果不佳的缺点,提出一种改进的模糊RBF神经网络智能控制方法.将系统的输入误差及误差变化率进行模糊化,并利用RBF神经网络算法对PID控制参数进行在线学习、运算和整定.在RBF神经网络控制算法中,设定初始权值在一定范围内服从高斯分布和均匀分布,对权值不断优化,使得反应釜温度达到良好的控制效果.经Matlab仿真验证,结果表明和常规PID相比,该方法提高了系统的控制精度并具有较强的鲁棒性.     

一种硅漂移探测器的优化设计与特性研究

硅漂移探测器(SDD)因能量分辨率高和计数率高广泛应用于X射线的探测分析。阐述了同心圆环结构的圆柱形硅漂移探测器的工作原理,基于该结构采用TCAD仿真其内部电势分布、电场分布和电子浓度分布,依照仿真结果对器件结构进行优化,并对所研制的器件电学特性进行了测试分析。结果表明,优化后的硅漂移探测器内部漂移电场较为均匀并且电场强度较强,能够满足探测器的设计需求。     

铂热敏电阻器在液浮陀螺仪温控系统中的应用

建立了液浮陀螺仪温控模型,深入分析了其结构组成和工作原理。针对所建立的数学模型对各个结构参数进行了分析研究。对满足条件的热敏线圈和铂热敏电阻器的温控系统进行了实验验证,实验结果表明:改进后温控系统的静态性能和动态性能得到加强,控制精度较之前未受影响,铂热敏电阻器的使用未影响液浮陀螺仪的各项性能指标,为液浮陀螺仪选择更可靠的温控元件提供了有力的依据。     

PCR 扩增芯片中微加热器结构优化分析

针对PCR扩增芯片中微加热器的传热问题进行有限元分析,用计算机模拟了不同形状微加热器的温度分布,通过对比分析,得出了提高温度分布均匀性的加热器结构和布置规律;根据分析结果,设计出双螺旋环形微加热器,这种结构能在一定范围内提供均匀的温度分布,为完成高质量的片上PCR扩增提供所需的温度环境;同时该结构还能有效减小微加热器本身的自感效应,提高加热效率.