Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 10
1.1.Физико-химический анализ. Диаграммы состояния, их научная и практическая значимость. Основные виды диаграмм состояния 10
1.1.1. Структура физико-химического анализа 10
1.1.2. Диаграммы состояния двух компонентных систем 14
1.1.3. Диаграммы состояния трех компонентных систем 18
1.2.Термический анализ 21
1.3.Информационные системы. Методология проектирования информационных систем 24
1.3.1. Основы методологии проектирования ИС 24
1.3.2. Структурный подход к проектированию ИС 30
1.4.Научные информационные системы 31
1.5. Анализ существующего программного обеспечения в области графической и математической обработки данных эксперимента 33
1.6.Обзор некоторых научно-информационных систем и порталов 38
1.7.Выводы по литературному обзору 39
ГЛАВА 2. Синтез простых и сложных сульфидов. Методы физико-химического анализа 42
2.1 .Установки синтеза сульфидов, реакторы 42
2.2.Синтез простых сульфидов MgS, Pr2S3 44
2.3.Синтез образцов в системе MgS -Pr2S3 45
2.4.Методы физико-химического анализа 46
2.4.1. Рентгенофазовый анализ (РФА) 46
2.4.2. Микроструктурный анализ (МСА), дюрометрический анализ (ДМА) 47
2.4.3. Дифференциально-термический анализ (ДТА) 48
2.4.4. Визуально политермический анализ (ВПТА), прямой термический анализ (ПТА) 50
ГЛАВА 3. Компьютерная обработка экспериментальных данных термического анализа. программный комплекс «thermogram analyser» 55
3.1 .Регистрация первичных экспериментальных данных 55
3.2.Графическое представление первичных экспериментальных данных 57
3.3. Первичная обработка экспериментальных данных. Фильтры. 60
3.4. Определение изломов на температурных кривых простого термического анализа 67
3.5.Определение границ тепловых эффектов превращений на кривой —— в простом термическом анализе 72
3.6.Определение границ тепловых эффектов превращений на дифференциальных кривых дифференциально-термического анализа (выделение пиков) 73
3.7.Получение количественной информации об исследуемом объекте 78
3.7.1. Определение характерных точек термических кривых 79
3.7.2. Определение площади пика 82
3.7.3. Содержание термоактивного компонента (эвтектики) 83
ГЛАВА 4. Математическое описание пиков тепловых эффектов. фазовая диаграмма системы MgS- Pr2S3. 85
4.1. Аппроксимация пиков тепловых эффектов дифференциально-термических кривых 85
4.1.1. Математическое описание пика 85
4.1.2. Влияние характера протекающего процесса на форму пика. Выбор аппроксимирующей модели пика . 86
4.2.Разделение площадей сложного пика 97
4.3.Моделирование дифференциально-термических кривых для двухкомпонентных диаграмм состояния эвтектического типа 101
4.4.Фазовая диаграмма системы MgS- Рг28з- Метод оценки теплот плавления исходных тугоплавких соединений. 106
ГЛАВА 5. Научная информационная система «диаграммы состояния двухкомпонентных систем» 115
Выводы 118
Список литературы 120
Приложение 129
- Анализ существующего программного обеспечения в области графической и математической обработки данных эксперимента
- Визуально политермический анализ (ВПТА), прямой термический анализ (ПТА)
- Определение изломов на температурных кривых простого термического анализа
- Влияние характера протекающего процесса на форму пика. Выбор аппроксимирующей модели пика
Введение к работе
Актуальность работы. Материалы являются важнейшей составляющей научно-технического прогресса. Их разработка относится к приоритетным направлениям развития науки и техники. Научной основой создания материалов являются диаграммы состояния систем, которые широко применяются в материаловедении, металловедении, металлургии, химии, при производстве строительных материалов.
Экспериментальное построение диаграмм состояния, как зависимостей <состав - температура фазовых переходов> осуществляется с помощью термического анализа (его разновидностей) в сочетании с другими методами физико-химического анализа. Имеющиеся компьютерные программы для термического анализа либо функционально ориентированы на конкретные типы экспериментальных установок, либо не всегда позволяют провести необходимые расчеты или моделирование процессов.
Обработку экспериментальных данных термического анализа (ТА) целесообразно сочетать с моделированием термических зависимостей. В дифференциально-термическом анализе (ДТА) форма пика теплового эффекта позволяет установить физико-химическую природу фазового превращения и представить данные на диаграмму состояния. Адекватное математическое описания пиков различных процессов позволит сочетать экспериментальные исследования и вычислительный эксперимент. Для понимания природы процессов важное значение имеет математическое моделирование дифференциально-термических кривых (ДТА-кривых) для основных типов диаграмм состояния.
Сведения о диаграммах состояния систематизированы в нескольких печатных справочниках в том числе и в последним из них [19] Издания на электронных носителях единичны (Эффенберг, RedBook). Актуальной является задача создания научно-информационной системы, которая позволит аккумулировать литературные, справочные и экспериментальные
данные по диаграммам состояния; расчётные программы, оперативно представлять в Internet результаты исследований в области построения диаграмм состояния, при необходимости предоставлять возможность обмена не только итоговыми результатами, но и первичными экспериментальными данными, предоставлять доступ к специализированному научному программному обеспечению.
Необходимость создания специализированных программ для различных видов термического анализа, математического описания пиков, моделирования термограмм для диаграмм основных типов, разработки комплекса научно информационной системы определяет актуальность и своевременность настоящей работы.
Цель работы.
Разработка комплекса программ регистрации и обработки экспериментальных данных термического анализа и его разновидностей.
Математическое описание пиков тепловых эффектов, разделение площадей накладывающихся пиков тепловых эффектов.
Построение компьютерной модели ДТА-кривых для диаграмм состояния эвтектического типа.
4 Разработка на базе современных компьютерных и телекоммуникационных технологий научно-информационной системы, включающей программное и информационное обеспечение для проведения экспериментального построения двухкомпонентных диаграмм состояния.
Задачами исследования.
1 .Разработка комплекса программ автоматической регистрации и обработки данных прямого, визуально-политермического и дифференциально-термического анализов.
2. Математическое описание пиков тепловых эффектов на дифференциально-термических кривых.
Разработка метода идентификации слабых тепловых эффектов на температурных кривых прямого и визульно политермического анализа.
Разработка методики разделения площадей сложных пиков на площади пиков, которым на диаграмме состояния соответствуют нон и моновариантные процессы.
Моделирование дифференциально-термических кривых для систем эвтектического типа.
Построение модельной фазовой диаграммы системы MgS - Рг2&з.
Разработка структуры базы данных для регистрации первичных экспериментальных данных по термическому анализу и полученных результатов.
Разработка научно-информационной системы «диаграммы состояния двухкомпонентных систем».
Научная новизна
Разработан метод идентификации слабых тепловых эффектов на температурных кривых прямого термического и визульно-политермического анализа по кривой скорости изменения температуры.
Математически описаны пики тепловых эффектов, которым на диаграмме состояния соответствуют нон и моновариантные равновесия. Разработана методика разделения площадей сложных пиков на площади пиков фазовых переходов, которым соответствуют нон и моновариантные равновесия.
Разработана компьютерная модель дифференциально-термической кривой для диаграмм состоянии эвтектического типа.
Впервые построена фазовая диаграмма системы MgS-Pr2S3.
Практическая значимость.
Для обработки экспериментальных данных термического анализа создан программный комплекс «Thermogram Analyser».
Комплекс позволяет проводить регистрацию экспериментальных данных прямого, визуально-политермического и дифференциально-термического
анализов; отображать термические кривые в различных координатах и масштабах; проводить обработку термических кривых (выделение пиков тепловых эффектов, определение характерных точек, расчет площадей пиков, разделение площадей налагающихся пиков). Универсальность комплекса позволяет его использование на установках термического анализа различных типов.
Разработанная научно-информационная система (НИС) «Двухкомпонентные диаграммы состояния» позволяет аккумулировать первичные экспериментальные данные физико-химических методов анализа в единой базе данных; на основе данных эксперимента обеспечивает построение двухкомпонентных диаграмм состояния и выполнение сопутствующих расчетов.
Разработанные программные продукты внедрены в учебный и производственный процесс, что подтверждено актами о внедрении.
На защиту выносятся:
Комплекс специализированных программ регистрации и обработки экспериментальных данных прямого, визуально-политермического и дифференциально-термического анализов.
Математическое описание пиков тепловых эффектов фазовых превращений, которым на диаграмме состояния соответствуют моно и нон вариантные равновесия. Разделение площадей сложных пиков на площади пиков каждого фазового перехода в отдельности.
Компьютерная модель дифференциально-термических кривых для двухкомпонентных диаграмм состояния эвтектического типа.
Фазовая диаграмма системы MgS-Pr2S3.
Научно-информационная система «Диаграммы состояния двухкомпонентных систем»
Анализ существующего программного обеспечения в области графической и математической обработки данных эксперимента
До конца XIX в. основным методом изучения химических систем являлся препаративный метод, основанный на выделении из системы данного вещества различными способами (кристаллизация, перегонка и др.) и изучении его состава и свойств (оптических, магнитных, электрических, объемных и т.д.). Препаративный метод имеет большое значение для развития химии и широко применяется до настоящего времени, особенно в органической химии. Однако этот метод оказался недостаточным при изучении многих систем, таких как растворы, расплавы, смолы, стекла и другие многокомпонентные системы [9].
На базе учения о химическом равновесии был разработан новый метод исследования химических систем — метод физико-химического анализа.
Основы физико-химического анализа были заложены в конце 19 в. Дж. Гиббсом, Д. И. Менделеевым, Я, Вант-Гоффом. Развитие этого метода обусловлено работами А. Ле Шателье, Г. Таммана, X. Розебома и особенно Н. С. Курнакова и его школы. По тематике физико-химического анализа издано несколько основополагающих монографий [1, 2, 3, 11-19].
Термин физико-химический анализ был введен Н.С. Курнаковым в 1913 г. Многочисленные работы Н.С.Курнакова по изучению металлических, органических и солевых систем показали, что метод физико-химического анализа является важным, а иногда и единственным методом исследования сложных систем. По определению Н.С.Курнакова метод физико-химического анализа есть "геометрический метод исследования химических превращений". В этом методе применяют геометрический анализ диаграмм, построенных в координатах физическое свойство — фактор равновесия (Р, Т, состав). Анализ таких диаграмм позволяет установить протекающие в системе качественные изменения, характер взаимодействия между компонентами, области существования и составы равновесных фаз [1, 2, 3, 9].
По определению Курнакова физико-химический анализ — это раздел общей химии, который имеет своей целью определение соотношения между составом и свойствами равновесных систем, результатом чего является графическое построение диаграмм состав—свойство [1, 2, 3, 9].
В Большой Советской Энциклопедии дано определение: Физико-химический анализ - это метод исследования физико-химических систем, посредством которого устанавливают характер взаимодействия компонентов системы на основе изучения соотношений между её физическими свойствами и составом. Физико-химический анализ представляет собой обширный раздел общей химии и имеет сложную структуру. В физико-химическом анализе можно выделить следующие составляющие: - понятийный аппарат физико-химического анализа; - основы учения о термодинамических равновесиях, в котором прежде всего следует выделит правило фаз Гиббса; - разработка теоретических основ физико-химического анализа, в частности, термодинамический вывод основных типов диаграмм состояния, их графическое представление, установление взаимосвязи между ними; разработка теоретических основ аппаратуры и методик экспериментальных методов исследования систем; - методологическая часть, позволяющая выбрать необходимые методы исследования; - объекты исследования; - результаты изучения диаграмм конкретных физико-химических систем. Физико-химический анализ оперирует такими понятиями, как система, компоненты, фаза, состояние системы, фазовое равновесие, диаграмма состояния. Компоненты - индивидуальные вещества, которые, будучи взяты в наименьшем числе, достаточны для построения всей системы, причем предполагается, что система находится в равновесном состоянии [2, 5]. Компоненты - независимые составные части системы [2, 5]. Фаза — совокупность однородных систем, находящихся между собою в термодинамическом равновесии [2, 5, 9]. Термодинамичеси равновесным, или равновесным, называется такое состояние, которое не изменяется во времени [2]. Фазовым или гетерогенным равновесием называется равновесие в системе, состоящей из двух или большего числа фаз [9]. В основе физико-химического анализа лежат правило фаз Гиббса и впервые введённые Н. С. Курнаковым принципы непрерывности и соответствия. Правило фаз - соотношение термодинамики, согласно которому для любой равновесной системы сумма числа фаз j и вариантности v равна числу компонентов к, увеличенному на число параметров п, определяющих равновесное состояние системы: j + v = к + п. При этом параметры состояния - температура Т, давление р, напряжённости электрического и магнитного полей и др. - должны быть одинаковыми во всех фазах. Если состояние системы может изменяться лишь под действием Тир, причём размеры фаз таковы, что можно пренебречь величиной их поверхностной энергии, то правило фаз принимает вид: v = k + 2-j [2, 5, 9]. Согласно принципу непрерывности, при непрерывных изменениях параметров состояния свойства системы изменяются также непрерывно (при условии, что число её фаз остаётся постоянным); при изменении числа фаз некоторые свойства изменяются скачком (претерпевают разрыв непрерывности) [1, 2, 9]. Согласно принципу соответствия, каждой фазе или совокупности фаз системы соответствует определённый геометрический образ (точка, линия, поверхность, объём) на диаграмме состав свойство. Так, началу кристаллизации фазы (или фаз) соответствуют кривые (или поверхности) ликвидуса, над которыми расположена область существования одной жидкой фазы (раствора или расплава); концу кристаллизации соответствуют линии (или поверхности) солидуса, ниже которых существуют лишь твёрдые фазы [1,2,9].
В физико-химическом анализе измеряют различные физические свойства систем, чаще всего температуры фазовых переходов (Термический анализ) и другие тепловые свойства (теплопроводность, теплоёмкость, тепловое расширение), электрические (электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость), оптические (показатель преломления, вращение плоскости поляризации света), плотность, вязкость, твёрдость и другие, а также зависимость скорости происходящих в системе превращений от её состава. Широко используют изучение исследуемых объектов посредством рентгеновского структурного анализа, микроскопической металлографии и др.
Визуально политермический анализ (ВПТА), прямой термический анализ (ПТА)
Информационная система (ИС) - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели [76-78].
Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность следующих подсистем: 1. Техническое обеспечение — комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы. 2. Математическое и программное обеспечение — совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, нормального функционирования комплекса технических средств. 3. Информационное обеспечение — совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных. Базовым понятием методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.
Под моделью ЖЦ понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении ЖЦ. Наиболее распространены каскадная и спиральная модели.
Основной характеристикой каскадной модели является разбиение всей разработки на этапы; переход на следующий этап происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем. Положительные стороны каскадного подхода проанализированы в [75]. Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении ИС, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к ИС "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ПО, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям.
Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ [72, 75], делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.
Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Основу проекта любой ИС составляют методологии, технологии и инструментальные средства проектирования (CASE-средства) [73, 74]. Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов ЖЦ. Технология проектирования определяется как совокупность трех составляющих: пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования; критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций; нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы. Технология проектирования, разработки и сопровождения ИС должна удовлетворять определенным требованиям. Технология должна: поддерживать полный ЖЦ ПО; обеспечивать гарантированное достижение целей разработки ИС с заданным качеством и в установленное время; обеспечивать возможность выполнения крупных проектов в виде подсистем; обеспечивать возможность ведения работ по проектированию отдельных подсистем небольшими группами (3-7 человек); обеспечивать минимальное время получения работоспособной ИС; предусматривать возможность управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта и его составляющих; обеспечивать независимость выполняемых проектных решений от средств реализации ИС (СУБД, ОС, языков и систем программирования); Одним из возможных подходов к разработке ПО в рамках спиральной модели ЖЦ является методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки ПО, содержащий 3 элемента: небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек); короткий, тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес); повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком. Жизненный цикл ПО по методологии RAD состоит из четырех фаз: фаза анализа и планирования требований; фаза проектирования; фаза построения; фаза внедрения. На фазе анализа и планирования требований пользователи системы определяют функции, которые она должна выполнять, выделяют наиболее приоритетные из них, требующие проработки в первую очередь, описывают информационные потребности.
Определение изломов на температурных кривых простого термического анализа
Рентгенофазовый анализ (РФА) применяли для идентификации фазового состава образцов, определения кристаллохимических параметров элементарных ячеек сульфидных фаз.
Дифрактограммы структур фаз получены при изучении проб образцов методом «порошка» [37, 38]. Съёмку проводили на дифрактометре «Дрон-ЗМ» в медном фильтрованном излучении (CUKQ - излучение, Ni - фильтр). Прибор градуировали по а-кварцу. Индицирование дифрактограмм фаз проводили на основе данных картотеки PDF-2. Параметры элементарных ячеек определяли из дифрактограмм при использовании программы POWDER, созданной в МГУ в 1990 г. Параметры элементарных ячеек фаз со структурами типа, NaCl определяли из рефлексов в области углов 0 = 50 - 80 с точностью + 0.0002 нм. . Микроструктурный анализ (МСА), дюрометрический анализ (ДМА) Методами микроструктурного и дюрометрического анализов определяли положение полей фазовых равновесий на диаграмме и характеристики зернистой структуры фаз. Исходя из взаимного расположения кристаллов сопряжённых фаз, их количественного соотношения судили о последовательности кристаллизации фаз из расплава, составе образующихся эвтектик. По появлению в образцах кристаллов второй фазы определяли положение границ областей гомогенности. При анализе поверхности протравленных шлифов проб образцов устанавливали размеры зёрен характер дефектов. По наличию на поверхности шлифов ямок, трещин, ступенек заключали о возможных макродефектах структуры, например винтовых дислокациях [2, 3]. Для анализов отбирали пробы из различных участков образцов, которые заливали эпоксидной смолой. При последующей механической обработке получали случайные срезы образцов. Для полировки шлифов использовали пасты АСМ различной зернистости. Для усиления контрастности окраски фаз, выявления дефектов поверхности, использовали травители на основе НС1 концентрацией от 1:1 до 1:1000. Микротвёрдость измеряли на приборе ПМТ-ЗМ при строгом соблюдении методик измерения [36, 41]. Нагрузки на четырёхгранную алмазную пирамидку Виккерса составляли Р = 20 - 70 грамм Ли и указаны при приведении результатов. Микротвердомер юстировали по рекомендованному монокристаллу NaCl. На исследуемых образцах делали по 15-25 отпечатков пирамиды, дважды измеряя длину каждой диагонали. Дефектные отпечатки не рассматривались. Обработка результатов измерений (в том числе статическая) производилась на электрон но- вычислительном устройстве, входящем в комплект микротвёрдомера. Ошибка измерений составляла в среднем 5 - 7 % от измеряемой величины [36, 41]. Дифференциально-термический анализ использовали для фиксирования тепловых эффектов, происходящих в пробе при её нагреве (охлаждении), знака теплового эффекта (эндо-, экзо-). Съёмку дифференциально-термических кривых проводили на установке ДТА-4 производства института металлургии им. Байкова (рис. 2.4.1).
В охлаждаемый корпус (1) установлен блок (2) и нагревательный элемент (3). В блок установлены термопары (11). В блок на горячие спаи термопар помещаются эталон (5) и проба (6). Сверху корпус закрывается съемной крышкой с прозрачным кварцевым стеклом (7). Внутреннее пространство корпуса вакуумируется и заполняется инертным газом. Стенки корпуса охлаждаются водой. Холодные спаи термопар (12) помешаются в термостат
(13). Температура в термостате составляет 0С. Значения ЭДС на холодных спаях термопар измеряются аналогово-цифровыми преобразователями (14).
Полученные цифровые эквиваленты значений ЭДС, по запросу управляющего компьютера (21), передаются по коммуникационной линии RS485 (18) к преобразователю интерфейсов (16) и, далее, по коммуникационной линии RS232 поступают в последовательный порт компьютера. Управляющая компьютерная программа считывает и обрабатывает поступающие данные и осуществляет управление цифро-аналоговым преобразователем (15). Управляющая команда в формате ASCII передается по коммуникационной линии RS232 к преобразователю интерфейсов и, далее, по коммуникационной линии RS485 поступает в буфер цифро-аналогового преобразователя. Цифро-аналоговый преобразователь устанавливает на выходе напряжение, соответствующее поступившей команде. Напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя используется для управления тиристори ым регулятором тока (22). Тиристорный регулятор управляет величиной напряжения, подаваемого через токоподводы (4) к нагревательному элементу (2).
В установке применялся бифилярный нагреватель (труба в трубе), позволяющий создавать температуру до 2073 К. Применялась вольфрам-рениевая термопара ВР5/20. Перед съемкой камера вакуумировалась и заполнялась инертным газом. Скорость нагрева составляла 5-20 К/мин. Применяли два варианта размещения пробы. Проба массы 0.3 г. находилась либо в вакуумируемых и запаянных кварцевых ампулах, либо в танталовых тиглях с притертой пробочкой. В первом случае съемку проводили до температуры 1723 К, во втором случае съемку проводили до максимальной температуры работы установки 2073 К.
В установке применялся бифилярный нагреватель (труба в трубе), позволяющий создавать температуру до 2073 К. Применялась вольфрам-рениевая термопара ВР5/20. Перед съемкой камера вакуумировалась и заполнялась инертным газом. Скорость нагрева составляла 5-20 К/мин. Применяли два варианта размещения пробы. Проба массы 0.3 г. находилась либо в вакуумируемых и запаянных кварцевых ампулах, либо в танталовых тиглях с притертой пробочкой. В первом случае съемку проводили до температуры 1723 К, во втором случае съемку проводили до максимальной температуры работы установки 2073 К.
Влияние характера протекающего процесса на форму пика. Выбор аппроксимирующей модели пика
Помимо задачи чисто качественного характера, а именно, установление наличия по термическим кривым тех или иных превращений и идентификация на этой базе качественного состава исследуемых образцов, важнейшей задачей термического анализа является получение количественной информации об исследуемом объекте.
Первоочередной задачей количественного термического анализа является определение содержания термоактивного компонента в исследуемом образце. В число актуальных задач входят определения характеристик изучаемого процесса: тепловой эффект реакции, энергия активации, порядок реакции и т. д.
К числу важнейших количественных элементов термических кривых, следует отнести длину горизонтального участка на температурной кривой (длительность процесса), высоту пика, площадь пика и т. п. Сложность аналитического описания хода всей дифференциальной кривой обусловливает необходимость использования для решения количественных задач отдельные элементы дифференциальной кривой, которые наиболее "чувствительны" к изменению измеряемого параметра. источников известно, з а точку температуры начала превращения с тем или иным основанием можно принять точки а, Ь, с на дифференциальной кривой (Рис. 3.7.1.).
Радиус кривизны дифференциальной кривой на участке 1 - 3 во многом определяется факторами, зависящими от конструктивных особенностей применяемой аппаратуры. В случае чисто инвариантных процессов при симметричном расположении образца относительно внешнего источника тепла, симметричном расположении спая термопары и малой его тепловой инерции радиус кривизны на этом участке будет близок к нулю, и точки 1, 2 и 3 практически совпадут. Наличие скруглення реальной дифференциальной кривой на данном участке пика можно объяснить тем, что в момент времени, соответствующий точке 1, превращение зародилось в некоторой отдельной точке поверхности образца и к моменту времени 3 замкнулось по всему периметру. В силу сказанного, все три точки начального участка пика (1, 2, 3) с тем или иным основанием могут претендовать на роль точек, указывающих температуру начала превращения.
В созданном комплексе реализован поиск всех трех точек Точка 1 (Рис 3.7.1.), точка начала отклонения ДТ-кривой от базовой линии определяется как точка начала пика. Данная точка становится известной сразу после выделения (ручного или автоматического) данного пика. Для выбора точки 3, в литературных источниках [29] дается рекомендация выбирать оную, как точку начала почти линейного участка начальной ветви пика. В первую очередь на участке 3-4 определяется такая группа последовательных точек {р дифференциальной кривой, а к - размер группы, что прямая аппроксимирующая эту группу будет иметь максимальный угловой коэффициент. Другими словами определяется наиболее вертикальный участок на левой ветви пика, который однозначно является частью разыскиваемого прямолинейного участка 3-4. Найденный участок попеременно увеличиваем в обе стороны (путем добавления в начало и конец данного участка близлежащих не вошедших в него точек) до тех пор, пока среднеквадратичное отклонение аппроксимирующей его прямой не превысит некоего заданного исследователем допустимого значения. Итоговую группу точек примем за искомый прямолинейный участок (Рис. 3.7.2., линия а), а первую точку данной группы за точку 3. Точка 2 определяется путем линейной экстраполяции двух более или менее прямолинейных участков (найденного прямолинейного участка на начальной ветви пика и участка дифференциальной кривой предшествующего пику). Определение температуры конца превращения. В случае инвариантных и близких к ним в кинетическом отношении процессов концу превращения соответствует вершина пика на дифференциальной кривой (Рис 3.7.1, точка 4) Разыскание точки 4 не вызывает проблем. Данная точка определяется, как точка с минимальным значением Atj среди всех точек пика. Для поливариантных эндотермических процессов превращение в массе образца к моменту времени, соответствующей точке 4 не заканчивается. Из литературных источников [29] известно, что момент полного окончания превращения (точка 4") можно рассчитать по ходу дифференциальной кривой на конечном участке пика на основе представления об экспоненциальном законе выравнивания температур нагретого или охлажденного тела. В созданном программном комплексе задача разыскания точки 4 сводится к поиску излома на линии получившейся в результате построения конечного участка дифференциальной кривой в логарифмических координатах. Под площадью пика понимается площадь, заключенная между пиком и базовой линией. Существует ряд подходов к ограничению площади пика. Наиболее просто и однозначно вопрос решается в том случае, когда ход дифференциальной записи после термического эффекта представляет собой более или менее точное продолжение хода дифференциальной записи на участке до термического эффекта. В тех случаях, когда совпадения уровней дифференциальной записи до и после превращения не наблюдается, вопрос правильного ограничения площадей пиков остаётся дискуссионным. На практике применяется несколько способов ограничения площади пика. Основные из них реализованы в разработанном программном комплексе.
