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化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據的處理探討論文
摘要：數據處理是化學(xué)工程與工藝實(shí)驗的重要環(huán)節，數據處理方法是否得當、準確，往往給實(shí)際的生產(chǎn)工作產(chǎn)生較大影響。MATLAB軟件憑借其強大的功能，被廣泛應用在化學(xué)工程及工藝實(shí)驗的數據處理中，極大的提高了數據處理質(zhì)量與效果。本文探討化學(xué)工程與工藝實(shí)驗中MATLAB軟件數據處理相關(guān)知識，以供參考。
關(guān)鍵詞：化學(xué)工程；工藝實(shí)驗；數據處理；分析
MATLAB軟件由美國公司開(kāi)發(fā)研制，實(shí)現了科學(xué)數據、矩陣計算以及數值分析的可視化，為需要進(jìn)行數據計算的諸多領(lǐng)域提供高效、全面的解決方法�；瘜W(xué)工程及工藝實(shí)驗往往產(chǎn)生較多數據，使用MATLAB軟件能方便對數據進(jìn)行處理，幫助人們掌握實(shí)驗規律，為實(shí)際的正常提供準確的指導。
1化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據處理
化學(xué)工程與工藝實(shí)驗與一般的化學(xué)實(shí)驗只重視驗證某一原理不同，其主要作用在于解決工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際存在的問(wèn)題，以給工業(yè)生產(chǎn)提供指導，無(wú)論實(shí)驗時(shí)間還是實(shí)驗規模，以及實(shí)驗數據處理過(guò)程均較為復雜，由此可見(jiàn)化學(xué)工程及工藝實(shí)驗在人們的生產(chǎn)生活發(fā)揮極其重要的作用�；瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗涉及較多環(huán)節，尤其實(shí)驗數據的處理尤為關(guān)鍵。之前對化學(xué)工程及工藝實(shí)驗數據的處理主要采用人工方法進(jìn)行，耗費大量的時(shí)間及人力，無(wú)法滿(mǎn)足當今工業(yè)生產(chǎn)的需要。計算機的出現使得化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據處理效率的提高成為可能，尤其以計算機為基礎，人們開(kāi)發(fā)出了各種數據處理軟件，使得化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據處理更為簡(jiǎn)單、方便。其中MATLAB軟件是諸多數據處理軟件最為優(yōu)秀的一款軟件，通過(guò)在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據處理方面的應用，能化繁為簡(jiǎn)，極大提高數據處理效率，使得數據處理精度很好的滿(mǎn)足實(shí)驗需要，將數據處理誤差控制在合理范圍內。
2MATLAB在數據處理中的應用
為給化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據處理提供參考，接下來(lái)對MATLAB軟件在數據處理中的具體應用進(jìn)行探討。
2.1MATLAB的數據處理步驟
�。�1）數據處理整體框架眾所周知，每個(gè)化學(xué)工程與工藝實(shí)驗的目的存在較大區別，所以進(jìn)行數據處理的步驟以及應用的公式存在較大差別，很難使用一個(gè)程序完成所有數據處理工作。不過(guò)通過(guò)對多數化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據處理要求進(jìn)行分析，可得出其相似之處，即，先進(jìn)行數據輸入，借助基本數據庫進(jìn)行數據的處理，最終完成處理數據的輸出。針對這些相似之處進(jìn)行程序設計，可簡(jiǎn)化數據處理過(guò)程，促進(jìn)數據處理效率的提高。（2）編制數據處理程序數據處理程序是高效處理化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據的基礎，因此，使用MATLAB軟件處理化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據時(shí)，確保編制程序運行的高效性十分重要。數據程序編制包括數據輸入、處理與作圖、構建數據庫等環(huán)節。其中數據輸入的實(shí)現主要借助input函數加以實(shí)現。例如，需要輸入實(shí)驗環(huán)境中不同濕度參數時(shí)，可這樣設置t=input（‘請輸入實(shí)驗中環(huán)境濕度數據’），輸入函數多以矩陣方式形式呈現。處理與作圖是化學(xué)工程和工藝實(shí)驗數據處理中重要的一環(huán)，原因在于實(shí)驗獲得的數據一般為離散數據，需使用多種擬合方法對其進(jìn)行擬合處理，其中最小二乘法是應用率較高的擬合方式，接下來(lái)的探討主要基于最小二乘法擬合進(jìn)行探討。以化學(xué)工程與工藝實(shí)驗產(chǎn)生的（x1，y2）離散數據為例，利用最小二乘法對其進(jìn)行擬合處理，得到自變量、因變量x、y，并以y=f（x）為輸入函數關(guān)系，其依據的思路為使得∑（f（x1）-y1）2以及離散數據中x1的殘差平方取得最小值。原因在于實(shí)驗期間難免受外界因素影響，導致一些實(shí)驗誤差的出現，而使用最小二乘法并不需要對輸入函數y=f（x）進(jìn)行全部的離散數據（x1，y1），不過(guò)需要∑（f（x1）-y1）2以及離散數據中x1的殘差平方取得最小值。由最小二乘法擬合方法可知，化學(xué)工程與工藝實(shí)驗中采用最小二乘法可滿(mǎn)足數據處理要求。另外，化學(xué)工程和工藝實(shí)驗中有時(shí)會(huì )對流體流動(dòng)阻力狀況的研究，即，對流體的流動(dòng)阻力進(jìn)行測試，而后進(jìn)行針對性處理，獲得雷諾準數（Re）以及摩擦系數λ的離散數據，同樣適用最小二乘法擬合得到連續的曲線(xiàn)，以此為基礎將對應的圖形畫(huà)出，考慮到雷諾準數（Re）與摩擦系數為成雙對函數，所以可得λ=c+aReb，尤其當a、b、c均為常數時(shí)，此時(shí)令c=0，可得λ=aReb,又因Re和λ是成雙對函數，因此，logλ=loga+blogRe，在此基礎上可使用MATLAB中polyfit（）函數進(jìn)行線(xiàn)性擬合處理，實(shí)現對化工數據處理程序的基礎。（3）數據庫的構建采用以上思路對MATLAB數據處理程序進(jìn)行設計，在實(shí)驗過(guò)程中只是獲得在特定濕度條件下的實(shí)驗參數，而在實(shí)際生產(chǎn)中所受的影響因素多而復雜，不可能穩定在設計好的濕度條件下，這就考慮如何取得相近數據的問(wèn)題。假設其符合線(xiàn)性關(guān)系，使用外推或內插方式計算得出實(shí)驗物性數據參數。文中探討的化工實(shí)驗中，設計的程序已經(jīng)考慮到實(shí)驗濕度、粘度、密度等參數進(jìn)行擬合，構建較為完整的數據庫，因此，對化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據處理操作，只需按照提示將濕度參數輸入系統中，程序便自動(dòng)運行，計算得出該濕度條件下相關(guān)數據，大大的提高數據處理效率。為確保設計數據處理程序的合理性，數據處理程序設計完成且對應的數據庫構建完成后，需要輸入相關(guān)數據對程序的運行狀況進(jìn)行驗證，以及時(shí)分析出程序設計的不合理之處，并及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)對設計程序進(jìn)行反復的優(yōu)化，便可應用在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗的數據處理中。
2.2MATLAB的數據處理誤差分析
經(jīng)上文分析將MATLAB軟件應用在化學(xué)工程和工藝實(shí)驗數據處理中，可獲得預期的數據處理效果，但MATLAB軟件對數據的處理建立在對實(shí)驗數據正確采集的基礎上，因此，需要保證化工實(shí)驗數據采集的準確性，將誤差控制在合理水平�？紤]到化工實(shí)驗經(jīng)過(guò)的步驟較多，使用較多的測量?jì)x器，實(shí)驗人員操作中難免出現誤差，這就要求實(shí)驗人員結合具體的實(shí)驗內容，明確實(shí)驗的具體步驟以及影響數據誤差的因素，在實(shí)驗中加以準確把握。首先，保證實(shí)驗取樣的合理性�；�(shí)驗取樣的合理性包括很多內容，如使用專(zhuān)門(mén)的工具進(jìn)行取樣，保證取樣位置的合理選取，即，取樣應具有一定的代表性。同時(shí)，嚴格依據相關(guān)規范進(jìn)行取樣操作，保證每個(gè)取樣環(huán)節操作的正確性。其次，注重對樣品進(jìn)行正確處理。取樣操作完成后，對樣品操作是否合理、規范，會(huì )給實(shí)驗數據造成影響，因此，化工實(shí)驗對樣品進(jìn)行破碎、混勻、縮小等操作時(shí)，應由經(jīng)驗豐富的實(shí)驗人員嚴格按照規范進(jìn)行操作。最后，校準所用的測量?jì)x器�；瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗過(guò)程中使用的各種測量?jì)x器，這些儀器測量精度，以及性能往往給實(shí)驗數據產(chǎn)生較大影響，因此，化工實(shí)驗前要求實(shí)驗人員對使用的測量?jì)x器進(jìn)行認真的檢查，部分對測量精度要求較高的實(shí)驗，應對所用儀器進(jìn)行校準，確保測量誤差在允許的范圍內。另外，為進(jìn)一步提高實(shí)驗的準確性可根據規范標準設計相關(guān)的對照實(shí)驗，對實(shí)驗結果進(jìn)行校正，消除系統產(chǎn)生的誤差。當然為減少偶然誤差，化工實(shí)驗中還進(jìn)行多次實(shí)驗，通過(guò)多次實(shí)驗求取平均值，以達到降低實(shí)驗誤差的目的。
3結語(yǔ)
數據處理是化學(xué)工程與工藝實(shí)驗的關(guān)鍵環(huán)節，采取正確的方法，使用專(zhuān)門(mén)的數據處理軟件，在保證數據處理結果滿(mǎn)足要求的基礎上，可明顯提高數據處理效率。本文通過(guò)研究得出以下結論：（1）數據處理在化學(xué)工程與工藝實(shí)驗中的重要性不言而喻，當前常使用MATLAB軟件對實(shí)驗中產(chǎn)生的數據進(jìn)行處理，簡(jiǎn)化數據處理流程的同時(shí)，促進(jìn)數據處理效率的明顯提升。使用MATLAB軟件處理數據時(shí)，關(guān)鍵在于編寫(xiě)合理的數據處理程序，因此，應根據實(shí)驗要求，進(jìn)行全面的分析，確保編寫(xiě)程序的合理性，處理數據效率的高效性。（2）使用MATLAB軟件對化學(xué)工程與工藝實(shí)驗數據進(jìn)行處理時(shí)，為保證處理結果的準確性，應嚴把數據采集環(huán)節，即，在取樣以及樣品處理過(guò)程中應嚴格依據規范進(jìn)行，尤其應注重校準所用的測量?jì)x器，確保所用儀器處于最佳狀態(tài)。另外，根據實(shí)際情況還可采取設置對照實(shí)驗，多次實(shí)驗求平均值的方法降低實(shí)驗數據的誤差，為數據處理的正確性奠定堅實(shí)基礎。
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