КАЛЕНДАРЬ

«    Ноябрь 2013    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 



УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ СОРБЦИИ ВОДОРОДА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ

 Экология, экономика и развивающиеся технологии требуют освоения новых источников энергии. Решать проблему следует не только в направлении модернизации традиционной энергетики (нефть, газ, уголь), а также за счет привлечения новых материалов. Большое внимание уделяется водороду - неиссякаемому возобновляемому источнику энергии. ключевой проблемой считается решение задачи безопасного хранения и транспортировки водорода, так как существующие на сегодняшний день не эффективны. Водород лучше хранить в сорбированном виде. Исследователи полагают, что для этой цели наиболее подходят вещества на основе углерода . К сожалению, в литературе часто встречаются противоречивые данные об эффективности сорбции одним и тем же веществом [-3]. Приводятся значения от десятых долей процента до десятков процентов водорода по отношению к весу сорбента. Эти расхождения могут быть связаны с отличием объектов исследования, которые имеют авторы в своем распоряжении. Для решения задачи исследования сорбции водорода нами была разработана установка, представленная на 1: 1.


Схема установки для исследования сорбции водорода: 1 - баллон с водородом; 2 -редуктор; 3 - рабочая камера; 4 - термопара; 5 - вакуумный насос; М1-2 - манометры; - краны Устройство состоит из электрической и механической частей. Первая служит для автоматического поддержания определенной температуры исследуемого сорбента. Состоит из индукционного нагревателя, ВЧ генератора, ВЧ усилителя. контрольи управление данной системы осуществляется блоком управления питания ВЧ усилителя за счет термической эдс термопары 4, который поддерживает заданную температуру сорбента постоянной. Механическая часть установки предназначена для исследования сорбционных свойств материалов и состоит из редуктора 2, манометров М1-2, вакуумного насоса 5, рабочей камеры 3. Исследуемый сорбент помещается в рабочую камеру и подвергается термообработке за счет нагревания ВЧ токами. Процесс производится одновременно с вакуумизацией системы до 104 Торр. Рабочая камера выполнена в виде азотной ловушки, что позволяет совмещать ее с установкой для получения углеродных продуктов. Первоначально камера соединяется с выходом установки синтеза углеродного продукта, далее она устанавливается в аналитическое устройство 1. По этой методике мы исследуем продукты, не подвергшиеся воздействию воздуха. Регистрация количества десорбированного водорода из сорбента проводится при нормальных условиях с помощью U-образного манометра М2. Технические характеристики установки: 1. Максимальное давление в системе 150 атм. 2. Минимальное давление в системе 10"5 Тогг. 3. Диапазон исследуемых температур -180 °С - 1000 °С. 4. Погрешность автоматического контроля температуры 0.3 °С. 5. Резонансная частота ВЧ генератора 44 кГц. 6. Максимальное напряжение питания 300 В. 7. Максимальный потребляемый ток 30 А. 1. На разработанной установке были проведены исследования сорбционньгх свойств следуюнщх углеродных материалов, полученных в углеродно-гелиевой плазме: Ф -фуллереновая смесь, состоящая из 60 % Сбо, 25 % С70 и 15 % высших фуллеренов; Т - углеродный конденсат, состоящий из 15-20 % многостеночных нанотрубок диаметром 120— 160 нм, и турбостратного графита . Расстояние между графитовыми плоскостями в на-нотрубках и турбостратном графите составляет 0.342 нм; Ci - фуллеренсодержащая сажа, в состав которой входят 9 % фуллеренов (Ф) и более 40 % одностеночных нанотруб; Сг -фуллеренсодержащая сажа с содержанием 8% фуллеренов и 15 % нанотруб; А - наугле-роженный AI2O3 (содержание углерода 2 вес. %). Размер частиц 5-40 мкм, удельная поверхность - 119 м /г . Эффективная сорбция молекулярного водорода наблюдается у углеродных нанотрубок . Работа вьшолнена при поддержке Министерства образования и науки, раздел 3.3 «Развитие научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов» программы «Развитие научного потенциала высшей школы». ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ОХЛАЖДЕНИЯ РЭС НА ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ Растущая тенденция к высоким показательным характеристикам современных РЭС наложила ряд новых ограничений на охлаждающие устройства, в связи с этим в некоторых случаях применение традиционных систем охлаждения не всегда приемлемо. Определяющими показателями ридиоэлектронных средств (РЭС) являются такие характеристики, как вес, габариты, величина энергопотребления, возможно сть безотказной работы под воздействием различного рода перегрузок, большой срок службы и ряд других факторов. Таким образом, использование обратимых процессов, сопровождающихся значительными эндотермическими эффектами, при фазовых или химических превращениях рабочих веществ и создания на их основе систем охлаждения могут соответствовать необходимым требованиям, предъявляемых к охлаждению современных РЭС. Для РЭС, работающих в импульсном режиме, наиболее перспективным является применение обратимых эндотермических процессов плавления, сопровождающихся поглощением тепла на границе раздела твердой и жидкой фаз. Эти процессы обладают надежной многократной обратимостью вне зависимости от действия различных силовых полей и незначительным изменением объема. Практически постоянство объема рабочих веществ (теплоаккумуляторов) при изменении их фазового состояния и надежность обратимости процесса делают систему охлаждении с плавящимся веществом практически независимой от количества «пиковых» включений аппаратуры. В качестве таких рабочих веществ могут быть использованы, например, парафин, элаидиновая, пальмитиновая, лау-риновая, стеариновая кислоты, кристатлической азотнокислый никель, гидрат окиси бария, дифенил, нафталин, сплав Вуда и др. В процессе проектирования устройств охлаждения, основанных на использовании плавящихся веществ, следует учитывать некоторые особенности тепломассопереноса, заключающиеся в том, что температура оболочки устройства может возрасти до недопустимых значений даже в том случае, когда твердая фаза в расплаве присутствует, но она отделена от поверхности нагрева, что характерно для таких условий, когда естественная конвекция в жидкой фазе вещества будет отсутствовать, т. е. перенос тепла внутри рабочего вещества осуществляется только теплопроводностью. Наряду с основными ограничениями, связанными со свойствами рабочих веществ и теплофизики процессов, могут оказывать влияние следующие факторы: обратимость фазовых превращений при многократном воздействии тепловых нагрузок, несовместимость контактирующих материалов конструкции и рабочего вещества, изменение объема при переходе из одного фазового состояния в другое. По способам отвода тепла от РЭА конструкции охлаждающих устройств можно разбить на два типа:

- конструкции, у которых охлаждаемые злектрорадиоэлементы (ЭРЭ) находятся вне объема с рабочим веществом и соприкасаются с последним через разделяющую герметичную оболочку ;

- конструкции, у которых охлаждаемые ЭРЭ непосредственно находятся внутри объема с рабочим веществом .

- Оба типа конструкций устройств обладают своими преимуществами и недостатками и могут применяться в зависимости от конкретных условий эксплуатации и требований к аппаратуре. Следует отметить только то, что конструкции с изолированным от ЭРЭ рабочим веществом более удобны в эксплуатации, не требуют слива и повторной заправки вещества при выходе из строя отдельных элементов аппаратуры и не нуждаются в защите последних от вредных воздействий рабочего вещества. Конструкции с непосредственным заполнением блока с ЭРЭ рабочим веществом имеют лучшие условия для отвода тепла, но регулировка, проверка, а также ремонт таких блоков при выходе из строя отдельных элементов затруднены. Также в случае непосредственного контакта ЭРЭ с рабочим веществам предъявляются дополнительные требования по диэлектрическим свойствам, совместимости с самыми различными материалами конструкции и электрорадиоэлементами, химической и коррозионной стойкости, токсичности и надежной обратимости.


Обычно на термостабилизируемой поверхности устройства охлаждения устанавливаются мощные транзисторы, триоды, диоды, различные типы интегральных микросхем, отдельные электронные устройства и приборы. При этом как наружная, так и внутренняя поверхности герметичной оболочки могут иметь оребрение для шгтенсификации теплообмена соответственно с рабочим веществом и окружающей средой. Результаты исследований, изложенных в, показывают, что стабильность поддержания температуры внутри емкости с рабочим веществом, а следовательно, и стабильность поддержания температурного режима прибора существенно зависят от теплопроводности вещества. При использовании металлов или сплавов термическое сопротивление расплава невелико, что объясняется большой его теплопроводностью. Теплопроводность кристаллогидратов органических веществ значительно ниже, чем у металлов или сплавов, поэтому при их использовании приходится принимать специальные конструктивные меры для уменьшения теплового сопротивления в расплаве. В противном случае температура прибора будет сильно возрастать и необходимой стабилизации температурного режима можно не достигнуть. В виду сложности расчёта таких устройств охлаждения и отсутствием достаточного количества справочной литературы был разработан виртуальный лабораторный практикум по дисциплине ОПЭС, предусматривающий поэтапное изучение теоретических аспектов термодинамики процессов фазового перехода и имитационного моделирования устройств охлаждения. Цель лабораторного практикума - теоретическое исследование конструктивной модели устройства охлаждения РЭА с использованием плавяпщхся веществ, получение практических навыков инженерного расчёта такого рода устройств и изучение физико-химических особенностей широко распространённых наполнителей.


МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ВСТРОЕННЫХ СИСТЕМ


Ведущим направлением микроэлектронной промышленности является разработка встроенных систем. Такие системы встраиваются в некоторую обычно некомпьютерную систему с целью выполнения специализированных задач. Как правило, встроенные системы выполняют задачи управления/мониторинга родительской системы. Необходимость встраивания накладывает определенные ограничения. Компоненты встроенной системы должны быть максимально дешевыми, максимально компактными, потребляющими мало энергии, надежными, гибкими и высокоинтегрированными. Одним из основных компонентов встроенной системы является ОЗУ. В настоящее время для встраиваемых систем наблюдается тенденция роста площади кристалла отводимой под ОЗУ по сравнению с комбинационной частью. По прогнозам International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS 2001) площадь кристалла, отводимая под ОЗУ, будет асимптотически доминировать к 2016 году. На рынке цифровых устройств требуются высокоскоростные модули ОЗУ большой ёмкости, встроенные в сложные СБИС. Увеличение ёмкости и скорости, однако, приводит к проблемам технологического характера: усложнению структуры модулей, а сложность в свою очередь — к увеличению вероятности появления сбоев в работе таких устройств. Такие сбои приводят к появлению ошибок хранимых данных. Ошибки в свою очередь могут как повлечь выдачу системой неправильного результата, так и привести к краху всей встроенной системы. Так, например, ошибка чтения стека приводит к изменению последовательности команд управления. Таким образом, применение методов повышения надежности функционирования встраиваемого ОЗУ приводит к повышению надежности всей системы. -


Хранение информации в ОЗУ, как правило, осуществляется в виде двоичных кодов с символами 0 и 1. Любое искажение этих кодов называется ошибкой. Под кратностью ошибки понимается количество искаженных информационных символов. Причиной ошибки может быть неисправность, либо сбой в работе ОЗУ. Для выявления неисправностей в процессе эксплуатации могут применяться методы встроенного самотестирования, а для обнаружения ошибочных данных — методы встроенного оперативного контроля . При встроенном самотестировании предполагается наличие дополнительного устройства, которое служит для генерации тестовых воздействий и обработки результатов тестирования. Тестирование осуществляется во время простоя системы либо после подачи внешнего сигнала, по которому ОЗУ переключается в соответствующий режим. К достоинствам данного подхода можно отнести возможно сть проведения исчерпывающего тестирования для выявления любых типов неисправностей. К недостаткам - тот факт, что ошибки, возникшие в результате воздействия внешних факторов (альфа-частицы естественной радиации окружающей среды), в промежутках между тестированием не могут быть обнаружены. Для проведения неразрушающего тестирования содержимое ОЗУ сжимается на СА в соответствии с фазами чтения неразрушающего алгоритма тестирования. Полученная эталонная сигнатура сохраняется. Далее подаются тестовые воздействия, а получаемые выходные реакции снова сжимаются на СА. Полученная сигнатура сравнивается с эталонной. Если сигнатуры различны, то произошла ошибка в работе ОЗУ. Главным недостатком такого подхода является необходимость вычисления эталонной сигнатуры каждый раз после изменения содержимого ОЗУ. Оперативный контроль в отличие от самотестирования не нарушает процесс нормального функционирования ОЗУ. При встроенном оперативном контроле ОЗУ с применением корректирующих кодов совокупность запоминающих элементов рассматривается как канал передачи информации, в котором информация передается не в пространстве, а во времени. Данные, поступающие на хранение в ОЗУ, предварительно обрабатьшаются кодером, который вносит избыточность с целью обнаружения и/или исправления ошибок определенной кратности. При считывании происходит декодирование: на основании информационных и контрольных символов рассчитывается синдром. Значение синдрома определяется конфигурацией ошибок, оно не зависит от информационных символов. Таким образом, на основании синдрома ошибка может быть обнаружена и, если возможно , исправлена. 2. Встроенный оперативный контрольОЗУ с использованием обнаруживающих и корректирующих кодов Обнаруживающая способность данного подхода зависит от характеристик используемого корректирующего кода. Существенным недостатком оперативного контроля ОЗУ с применением корректирующих кодов являются значительные аппаратурные затраты на реализацию. В был предложен подход, основанный как на принципе самотестирования, так и оперативного контроля - адаптивный сигнатурный анализ (АСА). Затраты аппаратуры на реализацию АСА значительно меньше, чем при использовании традиционного подхода оперативного контроля ОЗУ с использованием корректирующих кодов. В основу АСА положен метод неразрушающего тестирования ОЗУ, предложенный Конеманом в 1986 году . Данный метод основан на свойстве линейности сигнатурного анализатора (СА). 3. Адаптивный сигнатурный анализ Метод АСА позволяет производить коррекцию эталонной сигнатуры, не выполняя сжатие всего содержимого ОЗУ, что позволяет использовать СА в качестве инструмента оперативного контроля . Основное отличие метода АСА от классического сигнатурного анализа - сжатие на сигнатурном анализаторе вместо информационных символов их адресов. Суть АСА заключается в применении взаимообратных примитивных полиномов ф(х) и ф_1(х) Д-113 схемы ГШ и СА. Степени полиномов равны разрядности адреса ОЗУ. Процедуру проведения оперативного контроля ОЗУ с применением АСА можно описать следующим образом Изначально значения рабочей и эталонной сигнатур равны нулю. При изменении содержимого ОЗУ текущее значение эталонной сигнатуры суммируется по модулю два со значениями адресов ячеек памяти поменявших свое значение. Если необходимо провести контрольхранящихся данных, функционирование ОЗУ приостанавливается. Рабочая сигнатура вычисляется как сумма по модулю два ячеек ОЗУ со значением 1.


Рабочая и эталонная сигнатура сравниваются. Факт несовпадения эталонной и рабочей сигнатур говорит о том, что ОЗУ содержит ошибочные данные. Адресация ячеек не может начинаться с нулевого адреса, так как каждый адрес, сжимаемый на анализаторе, должен изменять значение сигнатуры. АСА позволяет обнаруживать и диагностировать все однократные ошибки, а также обнаруживать все двукратные ошибки. Так как метод АСА основан на сигнатурном анализе, то к нему применимо понятие наложения ошибок. Это означает, что сигнатура исправной памяти и сигнатура памяти, содержащей ошибочные данные, могут совпадать. Для обнаружения всех ошибок нечетной кратности необходимо изменить сжимаемый адрес: добавить единичный контрольный бит. Актуальной является задача повышения достоверности АСА.



(автор - Artik, добавлено - 16-06-2012)

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.