Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Процессы массопереноса в системах с участием твердой фазы. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
,
где а и b – абсолютные значения зарядов ионов А и В соответственно.
Коэффициент селективности можно вычислять из экспериментальных данных. Если обменивающиеся ионы имеют одинаковый по значению заряд, то коэффициент селективности не зависит от единиц измерения концентраций в фазах раствора и смолы. При обмене ионов с различающимся значением заря­дов вследствие различия показателей в уравнении значение Кв/а зависит от единиц, которые использованы для выражения концентраций в обеих фазах.
Для растворов используют обычно моляльные или эквивалентные кон­центрации, для фазы ионообменника – либо молярные, либо эквивалентные до­ли. Любое значение коэффициента селективности, отличное от единицы, есть мера относительного различия в сродстве двух фаз к обоим конкурирующим противоионам. Если Кв/а = 1, то селективность отсутствует. Значение коэффи­циента селективности отражает суммарный результат всех взаимодействий как в фазе раствора, так и в фазе ионообменника, оказывающих влияние на селек­тивность.
Исправленный коэффициент селективности. Ионообменное равновесие можно охарактеризовать также исправленным коэффициентом селективности, который получают, заменяя в выражении для коэффициента селективности эк­вивалентные доли ионов А и В в растворе активностями
Отношение /д//в показывает, насколько стремление иона В покинуть фазу раствора больше или меньше, чем стремление иона А. С помощью отношения /д//в в коэффициент Кв/а вводится поправка на ту долю селективности, которая обусловлена не свойствами ионообменника, а взаимодействиями в растворе. Используя исправленный коэффициент селективности вместо коэффициента селективности, мы как бы исключаем ту долю селективности, которая зависит от свойств раствора, т. е. обусловлена взаимодействиями в растворе.
Для описания состояния ионообменного равновесия на практике часто используют концентрационный коэффициент распределения Dc – отношение общей концентрации вещества в ионообменнике к его аналитической концен­трации в растворе. Концентрации рассчитывают на 1 см3 набухшего ионооб­менника и 1 см3 раствора. Коэффициенты распределения определяют статиче­ским или динамическим методом и используют в практике для нахождения оп­тимальных условий хроматографического разделения элементов. Способность двух ионов к разделению определяется фактором разделения ад/в-. Фактор раз­деления – это отношение коэффициентов распределения двух веществ для кон­кретных условий при определенной температуре.
Концентрационный коэффициент распределения одного микрокомпонен­та не зависит от присутствия другого микрокомпонента. Согласно гипотезе Ни­кольского-Гапона, которая подтверждена рядом работ, обмен любой пары ионов протекает независимо от присутствия других ионов в растворе. Количе-
61
ство сорбированного ионообменником микрокомпонента прямо пропорцио­нально его концентрации в растворе. Для разделения двух ионов необходимо, чтобы их концентрационные коэффициенты распределения значительно разли­чались.
Графическое изображение ионообменного равновесия – изотерма обмена. Графическое изображение данных по ионообменному равновесию дает сведе­ния о селективности ионообменника в разных условиях опыта. Изотерма обме­на отражает зависимость эквивалентной доли противоиона А в ионообменнике Xa от его эквивалентной доли в растворе Xa и показывает, в какой степени со­отношение концентраций противоионов А и В в ионообменнике отклоняется от соотношения их в растворе при заданной температуре. Изотерма обмена для ионообменника, не обладающего селективностью к нонам А или В, выражается прямой линией, наклоненной под углом в 45° к оси абсцисс. Селективность ионообменника обусловливает нелинейность изотермы. Коэффициент разделе­ния для некоторого произвольно выбранного состава дается отношением пло­щадей / и //, которые касаются изотермы в заданной точке.
Влияние температуры на ионообменное равновесие. Влиянием темпера­туры на ионообменное равновесие можно пренебречь, поскольку ионный обмен можно рассматривать как чисто диффузионный процесс, тепловой эффект ко­торого невелик. Исключение составляют реакции нейтрализации на катионооб­менниках в Н-формах и анионообменниках в ОН-формах. Ионообменники бо­лее селективны при обычной температуре, чем при повышенной.
Влияние концентрации обмениваемых ионов на ионообменное равнове­сие. Ионообменное равновесие определяется не только относительным срод­ством ионов к ионообменнику, но и относительными концентрациями ионов. Это используют при регенерации ионообменников: ионы с малым сродством к ионообменнику, но большей концентрации способны замещать ионы с боль­шим сродством к ионообменнику. Зависимость концентрации противоиона в ионообменнике от его концентрации в растворе при определенных условиях и постоянной температуре выражается изотермой ионного обмена.
7.4. Кинетика ионного обмена
Для понимания процессов ионного обмена важно кроме самого равнове­сия рассматривать и скорость его установления. Состояние равновесия насту­пает через определенное время – от нескольких секунд до нескольких дней. Иногда реакция обмена протекает так медленно, что истинное равновесие прак­тически не наступает. Скорость установления ионообменного равновесия зави­сит от многочисленных факторов, в том числе свойств ионообменника и рас­творителя. При достаточно высокой степени ионизации функциональных групп у сильноосновных и сильнокислотных ионообменников скорость установления равновесия больше, чем у слабоосновных и слабокислотных ионообменников. Например, слабокислотные ионообменники в Н-форме и слабоосновные анио­нообменники в ОН-форме набухают незначительно, и обменные реакции осу­ществляются на них очень медленно. Скорость обмена при этом зависит от рН.
62
Ионообменные реакции в неводной среде, особенно в неполярных растворите­лях, протекают очень медленно, значительно медленнее, чем в воде. Это связа­но с меньшим набуханием ионообменников в водноорганических и неводных средах, образованием обмениваемыми противоионами ионных пар с ионоген­ными группами матрицы.
Чтобы проверить, достигнуто ли состояние равновесия, лучше всего про­водить обмен первого противоиона на второй, и наоборот, т. е. достигать рав­новесия с обеих сторон. Для количественного определения противоионов в рас­творе и ионообменнике можно применять любые обычные аналитические ме­тоды.
Рассмотрим механизм ионного обмена с точки зрения кинетики. При об­мене между двумя фазами происходит перенос противоионов в обеих фазах к поверхности раздела и от нее. Этому переносу ионов в растворе способствует его перемешивание. Однако даже при самом эффективном перемешивании зер­но ионообменника остается всегда окруженным неподвижной пленкой раствора. Толщина пленки примерно 10
-3
– 10~2 см. Процесс обмена, происходящий меж-
ду зернами ионообменника и хорошо перемешиваемым раствором, сводится к трем последовательным стадиям: I – диффузия обменивающихся противоионов через стационарную пленку, окружающую зерно ионообменника; II – диффузия их в зерне ионообменника; III – химический обмен. Собственно обмен – стадия III – протекает практически мгновенно, поэтому ионный обмен рассматривают как чисто диффузионный процесс, скорость которого определяется самой мед­ленной стадией: либо диффузией в пленке – «пленочная кинетика», либо диф­фузией в зерне – «гелевая кинетика». Все факторы, которые увеличивают диф­фузионный поток в пленке и уменьшают поток в зерне, способствуют гелевой кинетике; пленочной кинетике благоприятствуют факторы, увеличивающие диффузионный поток в зерне и уменьшающие его в пленке. Например, диффу­зией в пленке может быть скорость, определяющая стадию в системах с более высокой концентрацией фиксированных ионов, с меньшим числом поперечных связей в матрице ионообменника, с меньшим размером зерен, с меньшей кон­центрацией раствора, при более слабом перемешивании раствора. При обмене в растворах с концентрацией > 0,01 M лимитирующей стадией является, как пра­вило, диффузия в геле. Скорость обмена в большинстве хроматографических колонок определяется диффузией в зерне. При средних скоростях потока по­движной фазы и больших значениях коэффициента распределения лимитиру­ющей стадией является диффузия в пленке. При увеличении скорости потока подвижной фазы в колонке уменьшается толщина пленки и вследствие этого растет скорость массообмена.
Существует много методов установления кинетического механизма, т. е. стадии, лимитирующей скорость ионообменного процесса. Если скорость об­мена определяется диффузией в пленке, то зависимость степени достижения равновесия F от времени i выражается уравнением – In = Kct; если же скорость определяющей стадией является диффузия в геле, эта зависимость выражается уравнением F = Kct при малых значениях t. При этом степень достижения рав-
63
новесия F = CBtICBao – это отношение концентраций иона В в ионообменнике в момент времени t и при равновесии.
Построение графических зависимостей – In = f и F = f на основании экс­периментально полученных значений F и t позволяет отличить гелевую кинети­ку от пленочной. При пленочной кинетике должна получиться прямолинейная зависимость – In = Kct; при гелевой кинетике зависимость F = Ket1'2 должна вы­ражаться кривой, которая при малых значениях t имеет прямолинейный ход, а затем искривляется.
Скорость, определяющая стадию, может быть установлена также на осно­вании данных о зависимости скорости обмена от размера частиц, количества поперечных связей, концентрации раствора, скорости перемешивания. Если скорость определяющей стадии является диффузия в геле, скорость обмена об­ратно пропорциональна квадрату радиуса частиц, зависит от числа поперечных связей и не зависит от концентрации и интенсивности перемешивания раствора. С повышением температуры скорость диффузии в зерне увеличивается в боль­шей степени, чем скорость диффузии в пленке. В случае пленочной кинетики скорость обмена пропорциональна концентрации раствора, обратно пропорци­ональна радиусу частиц и при одинаковой концентрации фиксированных ионов не зависит от количества поперечных связей в ионообменнике.
Надежные сведения о механизме кинетики дает метод прерывания, при котором ионообменный процесс на некоторое время прерывают, например, при отделении зерен ионообменника от раствора. Если скорость ионообменного процесса лимитирует диффузия в пленке, то прерывание контакта фаз на неко­торый промежуток времени не влияет на скорость обмена после возобновления контакта. При гелевой кинетике после возобновления контакта фаз скорость обмена оказывается большей, чем до прерывания процесса, так как за то время, на которое ионообменник и раствор были отделены друг от друга, градиент концентрации внутри зерна успевает снизиться.
Изменение внешних условий может привести к изменению кинетического механизма, т. е. скорости определяющей стадии. В некоторых случаях, когда скорости диффузии в геле и пленке сравнимы, скорость ионного обмена могут контролировать обе стадии – смешанная диффузия.
7.5. Ионный обмен в колонках
Использовать иоиообменники для отделения и разделения ионов можно статическим или динамическим путем. При статическом разделении навеску ионообменника приводят в контакт с определенным объемом раствора, из ко­торого требуется удалить те или иные ионы. Но при этом, как правило, их пол­ного удаления из раствора не происходит, так как процесс ионного обмена об­ратим. Количественное поглощение ионов возможно только в некоторых част­ных случаях, когда равновесие ионного обмена можно полностью сместить, а именно при поглощении катионов катионообменником в Н-форме из щелочных растворов, а также анионов анионообменником в ОН-форме из растворов сво­бодной кислоты.
64
Применение ионообменников в аналитической химии. Ионообменники широко применяются в практике. Их используют при анализе руд, минералов, сплавов, вод, пищевых и других многочисленных объектов. Разработаны мето­ды разделения и определения различных элементов.
Одной из первых областей применения ионного обмена была теплотехни­ка, где ионообменники использовались для деионизации воды. В настоящее время очистка воды в технике и лабораториях, в частности аналитических, про­изводится почти исключительно с помощью ионного обмена. Принцип очистки воды прост. Воду последовательно пропускают через систему колонн, напол­ненных катионообменником в Н-форме и анионообменником в ОН-форме. В катионообменных колонках происходит поглощение катионов, например
2RH + CaCl2 ↔ R2Ca + 2HCl
2RH + MgSO4 ↔ R2Mg + H2SO4
Кислый раствор, поступая в колонку с анионообменником, освобождается от анионов
R’OH + HCl ↔ R’Cl + H2O
Очень часто, особенно в лабораторной практике, применяют колонки, наполненные смесью катионо- и анионообменника. В этих колонках процессы катионного и анионного обменов протекают одновременно. Из колонок вытека­ет очищенная вода. Для получения особо чистой воды рекомендуют деионизи­рованную в колонках воду подвергать дистилляции, так как на колонках уда­ляются только ионы, а примеси неионизированных и коллоидных веществ в ней остаются.
При выполнении аналитических работ все чаще требуются особо чистые реактивы. Предложен ряд эффективных методов очистки реактивов с примене­нием ионного обмена. В частности, на ионно-обменных колонках можно успешно очищать соляную кислоту и ее соли от примесей железа. Для этого концентрированные растворы хлоридов пропускают через колонку с сильноос­новным анионообменником в С1-форме. Сорбция Fe3+ в виде его хлоридных комплексов чрезвычайно велика и железо полностью задерживается на колонке.
Важной проблемой в анализе является концентрирование веществ перед их определением в сильно разбавленных растворах. Раньше упаривали большие объемы растворов, что сопряжено с затратой времени и возможными потерями веществ. Применение ионообменников упрощает задачу. Фильтрацией разбав­ленного раствора через ионообменник поглощают подлежащие определению элементы, а затем извлекают их из ионообменника небольшим объемом элюен­та. Предложены методы концентрирования ионов свинца, меди, серебра, железа и т. д. Особое значение имеет метод ионообменного концентрирования в гео­химии при анализе природных вод. Отпала необходимость в трудоемкой опе­рации отбора больших объемов природных вод в полевых условиях и их транс­портировки в стационарные лаборатории. В настоящее время на месте осу­ществляют фильтрацию воды через небольшие ионитовые колонки, которые за-
65
тем регенерируют в стационарных лабораториях, где и определяют содержащи­еся в воде элементы. Исключительно важно концентрирование радиоактивных элементов, в частности, при определении в воде радиоактивных стронция, це­зия, кобальта.
Широкое применение получил предложенный О. Самуэльсоном метод определения общей солевой концентрации растворов с помощью ионообмен­ных смол. Для осуществления метода пригодны как катионообменники, так и анионообменники. Сущность метода заключается в следующем. Если через ко­лонку пропускать раствор соли, то катион будет сорбироваться катионообмен­ником, а в растворе образуется эквивалентное количество кислоты, которая может быть оттитрована щелочью.
Аналогично при пропускании раствора соли через колонку с сильноос­новным анионообменником в ОН-форме происходит сорбция аниона; в раствор выделяется эквивалентное количество щелочи, которое титруется кислотой.
Метод анализа солей прост, точен и проводится быстро. Существуют многочисленные методы определения различных солей и их смесей. Эти опре­деления применяют при анализе природных вод. Общую солевую концентра­цию вод, а также содержание хлоридов и сульфатов определяют после пропус­кания определенного объема воды через колонку с Н-катионообменником, тит­руя одну порцию эффлюента щелочью, другую – нитратом серебра для опреде­ления хлорид-иона; концентрацию сульфат-иона определяют по разности. Ин­тересен и перспективен анализ труднорастворимых солей. Если суспензию ка­тионообменника в З-форме привести в контакт с осадком труднорастворимой соли, то последняя растворяется, соответствующая кислота переходит в раствор и определяется титриметрически.
8. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА РАСТВОРЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ
Первой стадией растворения любого полимера является его набухание. Набухание – это процесс поглощения полимером низкомолекулярной жидкости, сопровождающийся увеличением массы, объема полимера и изменением кон­формации его макромолекул.
Набухание обусловлено большой разницей в размерах и, следовательно, в скоростях диффузии молекул полимера и низкомолекулярного растворителя, а также сильным межмолекулярным взаимодействием в полимере. При сопри­косновении полимера с растворителем более подвижные и меньшие по размеру молекулы растворителя проникают в фазу полимера. Они не только заполняют пустоты между макромолекулами (процесс, аналогичный капиллярной конден­сации в твердых пористых телах), но и увеличивают расстояния между центра­ми масс полимерных клубков, не нарушая сплошности полимерного тела, что приводит к значительному увеличению объема полимера. Набухший полимер представляет собой раствор низкомолекулярной жидкости в полимере.
Если растворение полимера останавливается на стадии набухания, то го­ворят об ограниченном набухании. Так, полимеры пространственного строения могут только ограниченно набухать, образуя студни. Способность полимеров к
66
набуханию характеризуют степенью набухания (), которую определяют как количество поглощенной полимером жидкости, отнесенное к единице массы или объема полимера
 
(m – m
или   (V- V0)/ V ,
0)/ m0
где m0, V0 – масса и объем исходного полимера; m и V – масса и объем набух­шего полимера.
На рис. 12 приведена зависимость степени набухания  от времени t. Максимальная или равновесная степень набухания у разных полимеров различ­на. Она определяется как природой полимера и растворителя, сродством между ними, так и густотой пространственной сетки полимера. При этом простран­ственная сетка в полимере может существовать за счет химических связей меж­ду макромолекулами и (или) физических узлов (взаимодействий, зацеплений и т. п.) между цепями.
Τ
Рис. 12. Зависимость степени набухания от времени
В случае полимеров линейного строения, при изменении условий (темпе­ратуры, концентрации и др.), ограниченное набухание может перейти в неогра­ниченное, т. е. в растворение полимера. Малоподвижные макромолекулы начи­нают диффундировать в растворитель до образования гомогенного раствора.
Поскольку растворы полимеров являются истинными, их образование со­провождаются уменьшением изобарно-изотермического потенциала, т. е.
где G
G 
изобарно-изотермический потенциал раствора; G
р-ра
(G
р-ра
 G
комп
)  0,
. – сумма изо-
комп
барно-изотермических потенциалов компонентов до растворения.
Так как G  H  TS, где H  H
р-ра
 
H
комп
и S  S
р-ра
 S
комп
,
т. е. изменения, соответственно, энтальпии и энтропии системы при растворе- нии, то самопроизвольное растворение полимера возможно в следующих слу­чаях:
1) H  0 и S  0. Растворение сопровождается возрастанием энтропии и
выделением тепла (растворение экзотермическое). В этом случае энергия взаимо­действия между разнородными молекулами больше, чем между однородными;
2) H  0 и S  0, при условии ǀHǀ  ǀTSǀ . Растворение при этом также
экзотермическое, но сопровождается уменьшением энтропии. Это наблюдается,
67
например, при растворении полярных полимеров в полярных растворителях. Энтропия уменьшается за счет иммобилизации растворителя в сольватных обо­лочках макромолекул. При повышении температуры, когда ǀHǀ ≤ ǀTSǀ проис- ходит расслоение системы, т.е. система обладает НКТР;
3) H  0 и S  0, при условии, что ǀHǀ  ǀTSǀ. Растворение происходит
за счет возрастания энтропии и сопровождается поглощением тепла, т.е. рас­творение эндотермическое. Это наблюдается в случае гибкоцепных полимеров и неполярных растворителей. При понижении температуры, когда ǀHǀ  ǀTSǀ, в системе наблюдается расслоение, т.е. система обладает ВКТР;
4) H  0 и S  0. Растворение осуществляется за счет возрастания эн-
тропии и сопровождается нулевым тепловым эффектом (растворение атермиче­ское). Это наблюдается в некоторых случаях при растворении полимера в своем гидрированном мономере (например, полиизобутилен в изооктане, поливи-
нилацетат в этилацетате). Как известно, величина     H = U + pV ха- рактеризует изменение внутренней энергии (U) и изменение объема системы при растворении. Поэтому условие H  0 означает, что взаимодействие, как и плотность упаковки молекул, не изменяются при растворении полимера в низ­комолекулярной жидкости. Действительно, плотность полимера в высокоэла-
стическом состояния (например, полиизобутилен при комнатной температуре) близка к плотности низкомолекулярной жидкости.
В случае разбавленных растворов низкомолекулярных веществ условие
H 
0 обычно приводит к подчинению их законам идеальных растворов. Од-
нако, растворы полимеров, даже будучи атермическими, обнаруживают суще­ственные отклонения от идеального поведения.
Литература
1. Тагер, А. А. Физико-химия полимеров / А. А. Таггер. – М.: Научный
мир, 2007.
2. Семчиков, Ю. Д. Высокомолекулярные соединения / Ю. Д. Семчиков. –
М.: Академия, 2003.
3. Киреев, В. В. Высокомолекулярные соединения / В. В. Киреев. – М.:
Высшая школа, 1992.
4. Шур, А. М. Высокомолекулярные соединения / А. М. Шур. – М.: Выс-
шая школа, 1981.
5. Энциклопедия полимеров. – Т. 1–3. – М.: Советская энциклопедия, 1977.
9. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Эффективность создания и эксплуатации автоматизированных производ-
ственных систем обеспечивается интеграцией таких автоматизированных си­стем, как АСНИ, САПР, САПР ТП, АСУ, АСУ ТП. За рубежом эти системы по­лучили название CIM (Computer Integrated Manufacturig). Опыт создания ин­формационно-измерительных систем и информационно-управляющих систем на основе широкого использования ЭВМ показал, что проблемы создания си­стем автоматизации в науке, технике и производстве решаются на основе раз-
68
работки общих методов и средств автоматизации в виде информационно­вычислительных систем с магистрально-модульной структурой. Этим обеспе­чивается создание систем автоматизации измерения, управления, сбора и ана­лиза данных в реальном масштабе времени с требуемыми характеристиками.
Опережающий уровень развития и решения задач автоматизации в фун­даментальных научных исследованиях по сравнению с автоматизацией техно­логических процессов предъявляет повышенные требования к системам авто­матизации и стимулирует их развитие. При этом требуется обеспечивать такие параметры, как:
– высокое быстродействие сбора данных;
– высокая точность средств измерения;
– большая плотность монтажа (микроминиатюризация) в целях увеличе­ния числа каналов измерений;
– высокая производительность средств сбора и анализа данных и т. д.
В свою очередь результаты законченных НИР часто открывают новые возможности в технологии микроэлектроники, в развитии средств связи, систем сбора и анализа данных. Это можно характеризовать как регенеративный цикл развития.
9.1. Этапы автоматизации исследований
В научных исследованиях обычно выделяют десять основных этапов, подлежащих автоматизации (рис. 13).
На основе теоретических расчетов и гипотез (1) экспериментатор плани­рует проведение эксперимента (2), выбирает необходимые методы и средства автоматизации измерений, а также определяет потребности в разработке новых средств (3). Создание систем автоматизации ведется специалистами в соответ­ствии с требованиями эксперимента и в тесном контакте с заказчиками.
Этап настройки аппаратуры (4), ее проверки осуществляют совместно с заказчиком на примере типовых задач из данного класса. После отладки систе­мы проверяют ее инструментальные характеристики и калибруют. На этапе из­мерений и накопления экспериментальных данных (5) требуется текущий кон­троль за информацией (6), который осуществляют на экранах дисплеев с помо­щью ЭВМ. В отдельных задачах осуществляют оперативную обработку и при­нятие решений (7) в целях отбора и сжатия данных для последующего анализа, в других – вводят режим управления ходом эксперимента по результатам обра­ботки. На следующем этапе систематизируют экспериментальную информацию (8), сравнивают с теоретическими расчетами и гипотезами. На последнем этапе получают научную информацию, которую используют в качестве выводов и рекомендаций для техники, технологии и производства (в прикладных областях исследований), или систематизируют и вводят в информационно-поисковые си­стемы (банки данных) (10) для хранения и последующего доступа (в фундамен­тальных исследованиях). Затем на основе полученной информации строят но­вые гипотезы и т. д. Таким образом осуществляется замкнутый цикл регенера­тивного развития и получения новых знаний, в котором в настоящее время ав-
69
томатизация играет решающую роль. Законы физики и другие количественные законы природы и их адекватность предсказываемым моделям не могут быть окончательно установлены и проверены без систем автоматизации измерений, результаты которых открывают пути создания:
– новых средств (в технике, технологии и в прикладных областях физи­ки), исследованиях окружающей природы;
– исследования образцов новой техники и автоматизации технологиче­ских процессов.
Для успешного решения таких задач требуется разработка дорогостоящих средств измерительной и вычислительной техники, средств сопряжения, связи и управления, что привело к необходимости разработки методологии создания систем автоматизации при широкой унификации и стандартизации технических и программных средств.
Автоматизация экспериментов является основой как фундаментальных, так и прикладных исследований. Большое разнообразие дорогостоящих экспе­риментов приводит к необходимости разрабатывать системы автоматизации, решающие определенные классы задач. Тем не менее основой эксперимента является процесс получения в реальном масштабе измерительной информации (рис. 13). При этом различают пассивные и активные эксперименты. В первом случае измерение ведется без воздействия на объект (натурные наблюдения), а задачи управления ограничивают только приборами и контролем оборудования, трактов и характеристик приборов. Во втором случае дополнительно воздей­ствуют на объект (управление) по требуемым алгоритмам. Обобщенная модель автоматизации современного эксперимента (рис. 14) включает все взаимосвя­занные этапы эксперимента, хотя в конкретных случаях многие из них могут быть слабо выражены или отсутствовать совсем. Система автоматизации слож­ных экспериментов содержит обычно ряд функциональных подсистем, которые могут выполнять автономно или в едином программном комплексе следующие задачи:
1. Сбор данных, накопление и предварительная их обработка для последу-
ющего окончательного анализа на ЭВМ, включая средства автоматизации изме­рений, отбора, статистической буферизации и упаковки случайных событий.
2. Выработка решений о полезности каждого случайного события в ста-
тистическом потоке входных данных. При этом необходим очень быстрый ана­лиз событий с минимальным мертвым временем. В новых экспериментах, тре­бующих сбора событий большого объема (тысячи слов) при высокой средней интенсивности событий на входе (порядка 106 с-1 и выше), необходима выра­ботка двузначного решения за десятки — сотни наносекунд в виде логических пространственно-временных функций обработки. В таких случаях требуется создание многоуровневых подсистем обработки для принятия двузначного ре­шения. На первом уровне осуществляют простой быстрый отбор, уменьшая среднюю интенсивность на один-два порядка, что решается с помощью быст­рых схем технологии ЭСЛ (105—104 с-1).
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]