电磁感应的优点范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇电磁感应的优点范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

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在中学物理教材中，电磁感应定律表述为：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，在国际单位制下，则电磁感应定律可以表示为E=ΔΦΔt.在大学基础物理教材中，电磁感应定律表述为：通过回路所包围面积的磁通量发生变化时回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比，若采用国际单位制，则此电磁感应定律可表述为E=-dΦdt，在约定的正负符号规则下，式中的负号反映了感应电动势的方向，它是楞次定律的数学表现.符号的规定方法，限于文章篇幅，在此不再赘述，读者如有兴趣可查阅文献.

两种表述相较，大学教材比中学教材更显严谨，突出了物理规律的数学精确表达，E=-dΦdt要比E=ΔΦΔt更能使规律得到一般性的体现，式中用负号反映了感应电动势的方向.在理解难易层次上，对于中学生而言，中学教材显然更为适切，尤其E=-dΦdt中与楞次定律相关的负号的方向含义不易被理解.同一个内容，两种教材呈现形式不同，编者主要考虑了学习对象在数学知识能力上的差异.第二种表述，要求具备微分知识以及物理原理利用数学诠释的思维习惯.

根据通过闭合回路所围面积的磁通量Φ=SB·dS可知，使磁通量变化的方式是多样的，但从本质上可归为两类：电路运动（磁场不变，电路回路面积改变） 和磁场变化（磁场改变，电路回路面积不变），各自由此产生的电动势被称为动生电动势和感生电动势.对于感应电动势的产生机制，宏观上将其理解为磁通量的变化率，它适用于或由电路运动或由磁场变化（或兼由两者）所引起的磁通量变化，但这种解释并不能对“电路运动”或“磁场变化”加以细致区分.有文献利用数学导数方法对“磁通量的变化率”理解为：ΔΦΔt=（Φ）′=（BS）′=B′S+BS′=ΔBΔtS+BΔSΔt，其中B′S=ΔBΔtS为感生电动势，BS′=BΔSΔt为动生电动势.对此，笔者认为该观点值得商榷.感生电动势是在导体回路不动，磁场发生变化而产生的电动势；动生电动势是磁场保持不变，导体回路或导体在磁场中运动而产生的电动势.在表达式B′S=ΔBΔtS和BS′ΔSΔt中实际上难以保证S或者B始终保持不变.物理现象既能从宏观上解释，还能从微观上进行考量，在普遍意义上诸多物理现象的微观机制往往更加奥妙.微观上，需要从非静电力做功的角度进行阐释，感生电动势与感生电场相关，而动生电动势是运动电荷受洛伦兹力的结果.在物理学的其他领域里还没有一个像法拉第电磁感应定律这样需要从两种完全独立的不同现象进行分析才能真正理解的.电动势可定义为导线中每单位电荷所受的沿切向力对整个电路环绕一匝的路程积分.中学物理教材在此方面主要给出了定性解释，而大学物理教材除定性分析外还进行了定量描述，感应电动势表示为E=∫k·d，Ek为等效的非静电力场的场强，动生电动势E=∫Lk·d=∫L（×）·d，k=×为非静电力场强.在中学物理教学过程中，教师在讲授该内容时，对动生电动势和感生电动势的微观机理往往阐释得较为粗浅，不够深入透彻，而把重点定位为法拉第电磁感应定律在具体电路中的应用计算.通过这样的课堂学习，学生学会了对动生电动势和感生电动势在各种不同情形下的问题计算，培养了较强的解题能力，但却缺失对电磁感应现象本质成因的思考，从而导致对此毫无印象，或留有印象但一知半解.这种倾向于应试目的的教学方式，削弱了物理学科本身在研究思想方法上的教育价值，学生的物理思维未得到有效历练，物理品格未得到实际提升.笔者认为，对两种电动势的微观解释的教学，在原有中学教材定性分析基础上，应当适当作一些深层次的拓展，帮助学生突破感生电场及洛伦兹力在动生电动势中的作用等难点与疑点知识，将微观物理过程和图象展现给学生，教学过程中渗透科学研究中宏观与微观两种不同角度的思考方法，注重学生科学研究素质的培养.不能因为知识的生涩难懂和学生在数学上存在的困难，而放弃物理研究思想方法的教育，应当让学生明白数学的困难仅是暂时的，在物理研究中数学主要也仅起到了工具的作用，与物理思想方法相比，显然后者更加重要.

在知识考查上，电磁感应与力学、电学、能量内容的结合是历来高考最为常见的考查方式和考点.此外，无论在物理竞赛中，还是在近年来越来越备受关注的名校自主招生考试中，电磁感应也始终未脱离命题者的视线.对于同时存在电路运动和磁场变化的复杂电磁感应问题，在求解感应电动势时往往故意将其看成在该时刻仅由磁场变化引起的感应电动势和仅由“切割运动”引起的感应电动势的代数和进行处理（同时考虑感应电动势的方向），或者利用一些特殊的方法进行求解，如等效法.这些方法都能巧妙地解决问题，但对方法本身的理解要求较高，不易被掌握.与其利用特殊，还不如回归一般.在教学中引入对电磁感应定律的一般性导数认识，对感应电动势的大小采取E=dΦdt的计算，对于其方向利用中学生熟知的楞次定律另作判断，不将反映方向的负号置于式中，这样便可以避免文中之前提及的负号方向费解的问题.学生在高二第二学期已经学习了导数知识，尽管所学内容的深度及广度还有所欠缺，但已经能够求解各种初等函数的导数，这为将导数方法引入到高中物理中提供了可能.在解决问题时，从磁通量的变化率角度出发的导数方法，以不变应万变，显然要比使用其他方法更加自然顺手，易于掌握.此外，不仅局限于该章节的内容，在其他模块的一些知识的教学过程中，也可以适时地引入导数，这既能拓宽学生解决问题的思路，也培养了数学物理思想，还能为今后不少学生进入大学进一步学习普通物理做好铺垫.

如何做好中学物理教学与大学物理教学的过渡衔接与有机结合，如何让学生的物理思维得到有效延伸和发展，如何让物理思想研究方法为学生所熟悉、掌握、运用乃至创新，以期培养出优秀的物理人才，这些都应当值得探索.物理教学过程中，不应将中学物理与大学物理割裂，反之应促使两者实现一脉相承.以上对于电磁感应定律的理解与教学建议处理，只是笔者的管窥之见，如有不妥之处，敬请同仁指正.

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1 电磁感应加热技术的优点

电磁感应加热技术的发展历史、应用及优点。电磁感应加热技术的速度比其他的媒介加热的速度快，电磁感应技术在加热的时候损耗铁屑的数量较少。电磁感应技术在加热的时候起动比较快。电磁感应技术的节能效果比较好，因为在不用的时候可以将电磁感应加热技术的电源关掉，比较环保。可以关闭，因为感应加热有启电磁感应技术的工作效率比较高，在短时间内加热就可以到达效果，可以降低成本。除此之外，感应加热还有几点好处：（1）便于控制，易于实现自动化；（2）减少设备占地面积；（3）作业环境安静，安全和洁净；（4）维护简单。正是因为电磁感应技术技术的很多优点，所以才将其用于包装工程的工作中，争取取得更大的效果和最优化的结局。

2 感应电加热技术

电磁感应加热技术法是基于电磁感应技术原理，当交流电流通过初级线圈时，环绕着线圈产生交变磁场，交变磁场在次级线圈上（金属炉料）产生感应电动势。由于此感应电动势的作用，在闭合的线圈（被加热的金属）中产生感应电流使金属加热。为中间包侧面感应加热装置。该装置中的感应器由铁芯、线圈和引入钢水的通道组成。当绻圈中通入交流电后，钢液中产生的感应电流放出焦耳热使钢水加热。在浇注初期，因中间包耐火材料吸热，应供以较大的功率使钢水迅速升温。当中间包容量为10t时，最大功率约为1000kW。采用中间包电加热技术后，可使中间包中钢水温度相对稳定；而且利用磁感应加热钢水时，由于电磁搅拌作用，可使钢中夹杂物上浮。据资料介绍，在5t中间包中采用电磁感应技术电加热技术，当功率为1000kW时，升温速度达25℃/min，热效率为90%，可控制钢水温差在士2.5℃范围内。

感应电加热技术依靠两种能量转换过程以达到加热目的，即焦耳热效应和磁滞效应。第一种是非磁性材料，如铝，铜、奥氏不锈钢和高于居里点（即磁衰变温度）的碳钢产生热量的唯一途经，也是铁磁性金属（如低于居里点温度的碳钢）中主要产热途径。对于铁磁性金属材料，感应发热的一少部分来源于磁滞损耗。磁滞发热可以这样来解释，磁滞现象是由分子（或称磁性偶极子）之间的磨擦力导致的。当铁磁性金属被磁化时，磁性偶极子可以看成是小磁针，它随着磁场方向变化（即交流电的变化）而转动，这种来回转动所引起的发热，就是磁滞发热。交流电频率越高，磁场变化就越快，单位时间内产生出的热量也就越多。焦耳热效应是由涡流损耗产生的。涡流损耗和焦耳的表达式和直流电、交流电的能量消耗公式相同。和其它电流一样，涡流也必须有一个闭合回路。假设该电路中电压为V，电阻为R，电流为Ⅱ，由欧姆定律V=ⅡR。当电势降低时，电能就转变成热能。这种电能的转化过程类似于机械运动过程中势能的转化。势能转化过程是由于在重力作用下，物体由高处向低处落下时发生的。电势降低时产生热，其关系式可以给出。必须清楚，感应加热的机理和直流电或交流电产生的电磁场有密切的关系。对于一个带直流电的导体而言，磁场（感生磁场）的方向垂直于电流方向。距离导体越远，磁场强度越弱。磁场强度的大小和电流大小成正比。磁场极性或磁力线的方向由右手定则给出。假如直流电流过一螺旋线圈，则螺旋线圈内的场强大载流体（中心凋围的磁场（O箭头）而线圈外的强度小。相邻两匝线圈之间的场强很小。这是因为相邻两匝之间的磁力线方向相反，彼此互相抵消了。现在再来考虑在一个通有直流电的螺旋线圈中插入一个实心棒时磁场将会发生怎样的变化。如果棒是非磁性的，则磁场不受影响；反之，如果插入磁性钢棒，则磁力线的数量就会大大增加。这是因为钢的导磁率比非磁性物的导磁率大得多的缘故。实际上，在电学计算中只需要知道相对导磁率即可。非磁性物质和空气的相对导磁率都定为1，磁性的物质的相对导磁率都大于1。

3 包装工程的内容和特点

目前我国的包装主要研究和应用的重点是包装理论、技术方法、结构设计、包装测试、包装材料强度和结构；同时发挥多学科综合专业的优势，在计算机辅助设计、包装机械、市场营销、管理以及造型设计诸方面开展工作。计算机与测试技术可为包装工程设计提供计算、分析、实验和数据处理的手段，以提高包装设计的质量、效率，并适应现代包装工程高速化、智能化、自动化的要求。应包括包装CAD、包装测试技术、包装自动控制等。

4 结束语

现代的包装工程是许多技术的综合运用，因此我们应该加强各个方面的技术的应用，从包装产品的特点、性能、运输、储藏、安全、销售等等很多方面考虑包装工程的要求。包装工程还有一个重要的步骤就是包装材料的问题。包装材料的好坏是包装完成的第一步，也是最重要的一个步骤。可以应用电磁感应技术这个技术制造更好的包装材料。如果包装材料都不好的话，包装的任何一部都无法进行。不仅要包装包装的安全完整，还要做到美观，包装材料的安全完整美观才能吸引消费者额眼球，应该以最安全完整的包装材料达到最完美的包装效果，让包装发挥最大的视觉冲击，吸引更多更广的消费者。利用电磁感应技术这个技术为包装工程作出更好的贡献。

参考文献

[1]郑宇明.浅议包装设计在商品与消费者之间的沟通作用[J].科教文汇（上旬刊），2010.

[2]薛小英.我国第三方物流包装问题初探[J].福建商业高等专科学校学报，2012.

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中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170332017

1 中药煎煮机加热方式的研究

1.1 国内中药煎煮机加热方式现状

中药煎煮机作为一种新型、高效、卫生的煎煮中药的设备，已经在国内得到了广泛应用。已经成为各大医院煎煮中药的常用设备。生产厂家也达到了几十家，国内市场保有量达到了几十万台，加热方式采用的都是传统的电阻加热方式。根据设计的功率要求，在煎煮机底部缠绕电阻丝或者电加热圈作为加热源，通过金属底板接触，由外而内来传导热量。

1.2 电阻加热存在的问题

由于电阻通电过程中，自己也要消耗一部分电能转化成热能，散失到空气中，导致了周围工作环境温度升高，另外中药煎煮机作为使用频率很高的设备，电阻加热存在着加热速度慢、不均匀、使用寿命短、工作环境温度高等问题。据测算，传统电阻丝加热方式的传导热效率是60%左右，其他能量都消耗在热传导和空气热对流上了，因此电阻加热方式能量损耗是非常大的。

1.3 电磁感应加热技术原理和现状

而电磁感应加热技术的基础是利用高频电磁感应原理，通过整流电路将220V或380V交流电整流成直流电；再将直流电转化成频率为2～4万Hz的高频高压电流；电流流过线圈时会产生交变磁场；磁场的磁力线通过金属材料时产生强大的无数的感应电流，即小涡流，导致金属材料自行高速发热，从而达到加热金属反应釜内物料的目的。它的能量转化方式如图1所示：

电磁感应加热技术已经非常成熟，广泛的应用到工业领域和民用设备中。国外从19世纪20年代开始研究并应用到实际中，我国从20世纪50年代开始从国外引进、吸收电磁加热技术到自主研发，已经成为电磁加热技术应用比较广泛的国家，尤其是民用设备上，例如电磁炉等小家电产品上。具不完全统计，现在市场上的电磁炉的保有量都以亿来计算了。

1.4 电阻加热技术与电磁感应加热技术对比

据测算，电磁感应加热技术的热效率能够达到90%以上，而电阻加热只能达到60%左右，相对于传统电阻加热方式，使加热效率提高了30%左右。

与传统的电阻加热方式相比，电磁加热还具有加热速度快，热转化效率高，节能环保。使用寿命长，安全性高，可显著降低工作环境温度等优点。

2 电磁加热圈结构与自动控制系统的设计

2.1 电磁加热圈的设计

鉴于电磁加热技术已经非常成熟，只需设计好结构，设计好控制系统，使之与中药煎煮机主反应釜的配套合理，达到最佳的加热效果就可以了。

电磁加热圈是根据电磁感应加热的特点来设计的。加热线圈采用横截面积为4m2以上高温线，然后使用圆形绕法来缠线，与反应釜接触部分要用高温棉包住约20mm，再用玻璃丝带包裹一层，再缠绕线圈。线圈要用云母绕包玻璃纤维编织耐高温电缆，外部用一圈非金属护板作为外界绝缘层。绕线完成后要测量线圈功率和电感量，设计功率为2kw，电压为220V。

根据电磁感应原理制作了电磁加热圈镶嵌在反应釜的下半部。反应釜下半部使用特殊材质的不锈钢作为反应釜桶壁材料。这样设计有利于水上下对流的形成。如图2所示：

2.2 电磁加热圈控制电路设计

电磁加热圈电路控制原理如图3所示。

将220V/50Hz的民用电接入系统，经整流电路得到脉动的直流电，经滤波电路得到稳定的直流电，然后经过逆变电路输出一个2～4万Hz高频交流经谐振槽路对负载进行加热。

2.3 自动控温、调节功率设计

电磁加热圈通过控制器与单片机控柜箱连接，来实现自动控温，自动调节功率输出等功能。进而达到节能环保，操作方便的效果。自动控制电路如图3所示。

3 对比试验

在对整机进行了安装调试后，用一台传统电阻加热方式的中药煎煮机和一台电磁感应加热方式的中药煎煮机在试验条件一致的情况下做了对比试验，试验条件如表1。

与传统的电阻加热方式相比，电磁加热比电阻加热具有加热速度快，热转化效率高，节能环保、使用寿命长，安全性高、可显著降低环境温度、改善工作条件等优点。是一种理想的加热源，未来必定会逐步取代电阻加热方式，成为中药煎煮机主流加热源。

参考文献

[1]谢杨彪.塑机螺杆电磁加热技术与开发[D].浙江海洋学院硕士论文，2013.

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在维基百科等网站上，广义的无线供电定义是终端用电器通过无线方式获取电能的过程。但按照目前绝大多数人认可的观点，无线供电技术是将电源端的电能转换为其他形式的无线能量，并在接收端被再次转换为电能供终端使用的技术。按照这一定义，很多看起来“无线”的供电方式，比如使用太阳能和风能等等都不能算做“无线供电”。事实上，我们也很少把这类能源供电归为无线供电的范畴。按照这一定义，目前已经实用化的无线供电技术只有两类，一类基于电磁感应原理，另一类则基于电磁共振原理。不过，尽管这些原理听起来很简单，但实用化的难度并不算小。

无线供电的早期发展

我们都知道无线电波具有能量，波长越短，能量也就越高，类似原子弹和氢弹爆炸那样的核辐射可以快速杀死生命，即使是波长仅仅比可见光稍短的紫外线也可灼伤皮肤。既然能量能够通过无线方式传递，那么只要找到合适的传递方式，就可以实现电能的无线传输。天才的物理学家尼古拉?特斯拉曾经设想在地球和电离层之间以低频电磁波传递电能，并进一步实现电力全球输送的宏图。由于无线供电有着潜在的军用价值，因此不少机构和公司在这一领域投入了大量资金，并取得了一系列的重要成果。不过，早期的无线供电研究的军方背景使无线供电偏重于长距离和高性能，这需要低频、大功率的载波发射接收装置，此类装置一般都相当庞大，这也使得无线供电技术很难用于民用场合，更别提用在便携装置上了。

无线供电安全吗？

无线供电的安全性是每个人都关心的问题。一方面，无线供电造成的交变电场和磁场可能会对人体产生影响，但这种影响通常很小。根据日本相关企业的研究结果，在电动巴士上配备22KHz频率、30kW的电磁感应式无线供电系统时，磁场强度在近场以距离的立方比例衰减，在100mm远的位置的磁场强度为72μT。这个值对普通人完全没有影响，但对于特殊人群则可能会有问题——比如德国规定心脏起搏器的最大容许磁力线密度为66.5μT，因此安装心脏起搏器的人士应该离开充电装置至少100mm以上。当然，由于部分电能会变成热能消耗，因此人们会感觉充电系统旁边会热一些。

电磁感应式供电

那么，有没有什么无线供电技术更为适合民用领域，即距离不那么长、功率也不那么大的场合呢？答案自然是肯定的。科学家们最先想到的是电磁感应技术。电磁感应现象最早为法拉第所发现，当导体切割磁力线时，导体中就会产生电流。电磁感应是我们广泛运用的发电机的设计基础，同样地，我们目前使用的大量智能卡——比如公交卡和餐卡也是基于电磁感应技术来工作的。在读卡器上方有微弱的交变磁场，而封装在塑料卡内部的则是智能芯片和感应线圈，当把智能卡放在读卡器上时，感应线圈中就会产生电流，供芯片使用。

在同样工作原理的基础上，将交变磁场的强度加以放大，就能够实现对小型用电装置进行无线供电的目的了。无线供电端的工作部分是一个初级线圈，在其中通入交变电流，线圈即会产生交变磁场，这一磁场可以覆盖与初级线圈很近并与之同轴的次级线圈，从而在次级线圈中产生电流。目前市售的大量无线电动牙刷、电动剃须刀等小电器以及某些型号的智能手机就采用了这一技术。以数年前的产品Palm Pre手机为例，Palm公司在2009年推出了一款与之配合的无线充电底座“Touchstone（点金石）”，充电底座的内部是用于产生交变磁场的电路，而专用的手机背盖则内置了感应线圈，并通过两个触点连接到电池。当然，Palm公司的这一技术并非原创，而是来自Fulton Innovation公司的eCouples技术授权。该公司的eCouples技术同样被德州仪器、戴尔等公司所采用。

电磁感应式供电的优点是实现起来非常简单，充电设备和终端设备只需配备感应线圈以及相应的稳压电路即可，目前市售的“无线充电底座”大部分采用了这一技术。不过，它的缺点也很明显，一是只有当初级线圈和次级线圈保持近似同轴时才能获得较高的传输效率；二是有效距离较短，在可接触距离内充电无法体现无线供电的便捷性；三是功率仍有限制，这类设备通常会避免将磁场设计得过强，以免损坏其他设备或对人体造成影响。

电磁共振式供电

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电磁感应现象是物理教学中重要的知识内容，而磁通量是研究电磁感应现象极其重要的物理量之一，是一个较抽象、较难理解的概念。深刻理解磁通量的物理含义对掌握电磁感应这一物理概念意义重大。本磁通量演示模型是根据“穿过一个闭合电路的磁感线的多少”可以用来形象地理解“穿过这个闭合电路的磁通量”的原理制作而成，可用来演示磁通量、比较磁通量大小等（如图1）。

一、制作方法

1.底座与支架

取一长40cm、宽15cm的木板做底座，并标上S极，用来表示S极磁场。在其一侧面用两个高35cm的方木做支架。在支架上方固定一个和底座大小相同的木板做极板。在极板上标上N极，用来表示N极磁场，在支架上标出磁感线方向（如图2）。

2.磁感线

磁感线共10根，可用30cm长的铁丝做成，安装在支架上方N极木板的前、后两侧，每侧各5根，每两根间距5cm，板的两边各留出10cm（如图3）。

3.闭合电路

可用铁丝做成25cm×25cm的U形框，在U形框的边上围成圈，使一面成为可以活动的方框（如图4），当作闭合电路。闭合电路做成两个等大的。

二、使用方法

演示匀强磁场时，铁丝竖直，即磁感线垂直向下，等距排列。演示非匀强磁场时可在铁丝中部用细线拴好，拉成扇形，表示磁场呈放射状向下散开。

1.演示磁通量

把闭合电路放入磁场中，那么穿过这个闭合电路的磁感线的多少，可理解为穿过这个闭合回路的磁通量，即穿过闭合电路的磁感线条数用来表示磁通量大小。可把闭合电路按水平、竖直、倾斜三种情况放入磁场中进行讨论。

2.演示比较磁通量大小

首先把闭合电路S1放入磁场中，然后把磁感线下部用线拴上使之成为扇形，呈放射状，再放入闭合电路S2。表明：面积相同的两个闭合电路，穿过S1的（磁感线6条）磁通量比较大，穿过S2的（磁感线2条）磁通量比较小（如图5）。

3.演示磁通量变化率

演示方法同2。磁通量的差（即穿过两个闭合电路S1和S2的磁感线条数之差）可以理解为磁通量的变化率。但要注意磁感线的方向。

三、说明

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【关键词】电磁感应；高温空气；升温特性；加热件

1.引言

感应加热技术应广泛应用于金属熔炼、热处理和焊接等过程，己成为冶金、国防、机械加工等部门不可缺少的技术。中频感应加热技术因其具有加热速度快、热效率高、无污染易于实现机械化等优点[3、4]，因此这项技术已经在许多行业中得到应用[5﹑6]。在常规的电磁感应加热炉中，利用感应热对金属进行热处理，不同金属会呈现出不同的升温特性。本文在加热装置上进行试验研究，以探求这种高温空气发生装置的可行性以及加热功率、加热体表面积、加热体形状等因素对空气加热特性的影响。

 

2.原理设计计算

（1）电磁感应定理：法拉第电磁感应定律说明：在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律是感应加热的理论基础。

 

当感应线圈上通交变的电流i时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通φ，交变磁通φ又会在金属工件中产生感应电势e。根据麦克斯韦电磁方程式，感应电动势的大小为：

由式（1-5）可以看出，感应电势和发热功率与磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的感应电流可以使工件中产生的涡流增大，从而增加加热效果，使工件升温更快。

 

3.实验方案及结果

3.1 实验流程

在实验开始前第一步是打开装置的水冷却系统，对设备内及感应器通水冷却；接着打开空气压缩机，使通气设备储存一定的空气量；第三步则是打开中频感应设备对金属导体进行加热，同时通气进行热交换加热空气；最后用热电偶对出口空气温度进行测量，记录数据。实验装备流程如图3所示。

 

3.2 实验方案及实验结果

3.2.1 加热体表面积﹑形状对空气温度的影响

实验条件如下：通入恒定空气流量为1m3/h，开始加热金属导体的同时即通入空气；在感应设备输出电流为800A的情况下加热5分钟，然后每隔30秒记录一次出口空气温度；每隔3分钟改变一次输出电流，分别为：800A，900A，1000A，1100A，1200A，1300A，1400A。

 

方案一：通风管道内感应加热体为两个螺旋形钢丝，空气与之进行热交换后出口空气温度记录如表3.1。

方案二：为了与方案一形成对比，探讨热交换面积的大小对出口空气温度的影响，在与方案一实验条件相同的情况下，只把双螺旋形钢丝变成单螺旋形钢丝，出口空气温度见表3.2。

 

方案三：为了探讨加热体形状对出口空气温度的影响，在与方案一实验条件相同的情况下，用小钢管作为空气加热的热源，与空气热交换后出口空气温度见表3.3。 

3.2.2 加热功率对空气温度影响

在此实验方案中，空气流量为一恒定值1m3/h，通过改变中频感应设备的输出功率来探求加热功率对出口处空气温度的影响。中频感应输出电流分别为800A、1000A、1200A，每加热1min记录一次出口空气温度，总加热时间为30分钟。在此条件下空气温度如表3.4所示。

 

由表3.4可知：改变中频感应设备的输出功率，随着加热功率的增加，出口处空气温度增加。

4.实验结果分析与讨论

加热体形状﹑表面积对空气温度的影响：

（1）小钢管为加热体条件下空气加热效果

从图4.1可以看出，小钢管为加热体时，空气温度经过初期快速升温后，升温幅度略微减小，近似为直线关系。随着加热时间的延长，出口空气温度也随之增加。这是因为通入的冷空气不能及时带走小钢管的热量，小钢管的热含量越来越多，表面温度升高，有利于热量从小钢管传递给空气，因此随着加热时间的延长，出口空气温度升高。

 

（2）双螺旋钢丝为加热体条件下空气加热效果

由图4.2可知：双螺旋钢丝为加热体，出口空气在经过初期的快速升温后，升温幅度迅速减小，升温曲线近似水平，说明冷空气带走的热量与双螺旋钢丝感应产生的热量近似平衡，加热效果不理想。

 

（3）螺旋形钢丝与钢管的感应加热效果对比

从图4.1和图4.2对比可知：在相同的条件下，螺旋形钢丝与小钢管相比较，螺旋形钢丝在感应加热过程中感应加热效果不明显，加热效果的效果较差。

（4）单螺旋及双螺旋形钢丝条件下空气温度的对比

由图4.3可知：当用双螺旋形钢丝作为感应加热体与空气进行热交换时，出口空气温度大约是单螺旋形钢丝条件下的两倍。因此，增大加热体表面积可以提高出口空气温度。

参考文献

[1]Sun W Q，Cai J J，Xie G W. Application research on energy-saving of continuous heating furnaces based on thermal value theory[A].In：Proceedings of first international conference on applied energy[C].Hong Kong：2009：614-620.

 

[2]蔡九菊，孙文强，谢国威.热价值理论及其在加热炉节能中的应用[J].东北大学学报（自然科学版），2009（10）.

[3]赵长汉，姜土林.感应加热原理与应用[M].天津：天津科技翻译出版公司，1993：10-11.

[4]俞勇祥.感应加热技术的应用与发展[J].今日科技，1999（9）：4-5.

[5]赵清林.邬伟扬.张纯江.感应加热在液体加热中的应用[J].燕山大学学报，2002，26（2）：173-175.

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引言

无线充电技术（Wireless charging technology），源于无线电能传输技术[1]，小功率无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电常采用谐振式将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池进行充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不需要使用电线进行连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

无线充电技术是近年来在各种电子、电气设备的迅猛发展与普及的情况下被重视研究的一种充电技术，它与传统的充电技术有很大的区别。无线充电技术通过无线能量传输的方式为电子电气设备充电，分离开供电设备与用电设备之间的物理连接，这样既可以在提高用电设备的美观、实用性的同时，还可以提高用电设备的安全性。更重要的是，规范化的无线充电器可以为各种便携式电子产品、移动设备（如手机，数码相机等）充电，不仅可以提高产品的便携性与灵活性，降低产品本身的成本，还利于环保，节约资源[2]。

1.无线充电原理

下面对3种主流无线充电技术原理进行介绍。

1.1 电磁感应式充电

电磁感应式充电是一种充电距离相对较近的一种感应耦合式充电方式，利用互感线圈实现无线电能传输。初级线圈带有一定频率的交流电，通过电磁感应现象在次级线圈中产生一定的电流，从而实现将能量从传输端转移到接收端的目的。目前最为常见的近距离充电场合多数都采用了电磁感应式充电解决方案，从移动电子设备的锂电池到大型设备的蓄电池等[3]。事实上，电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感，其原理简单，在传输距离近的条件下传输效率高，因此也得到了广泛应用。中国本土的比亚迪公司，早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利，就使用了电磁感应充电技术原理。

电磁感应通过送电线圈和接收线圈之间传输电力，是最接近实用化的一种充电方式。当送电线圈中有交变电流通过时，发送（初级）、接收（次级）两线圈之间产生交替变化的磁束，由此在次级线圈产生随磁束变化的感应电动势，通过接收线圈端子对外输出交变电流。

电磁感应式充电技术目前存在的问题是：充电距离近（约100mm左右），传输距离越大，传输效率越低，并且当送电与接受两部分出现较大偏差时，电力传输效率下降愈为明显。此外，充电功率大小与线圈尺寸直接相关，需要大功率传送电力时，须在基础设施建设和电力设备方面加大投入。

1.2 磁场共振充电

磁场共振式充电方式是利用电磁耦合产生谐振实现，由能量发送装置和能量接收装置组成，当两个电磁装置具有相同谐振频率，或者说在一个特定的频率上产生共振，它们就可以交换彼此的能量，实现无线传输[3]。由麻省理工学院（MIT）物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡，并将该技术取名为WiTricity。但值得一提的是，该实验中使用的线圈直径达到50cm，体积较大，如果要缩小线圈尺寸，那么显然接收功率自然也会下降，因此磁场共振式充电方案尚未成熟，线圈尺寸成为该技术得到广泛应用的障碍，目前无法实现商用化。

与电磁感应充电方式不同之处在于，磁共振方式加装了一个高频驱动电源，采用兼备线圈和电容器的LC共振电路，而并非由简单线圈构成送电和接收两个单元。共振频率的数值会随送电与接收单元之间距离的变化而改变，当传送距离发生改变时，与电磁感应充电方式一样，传输效率也会迅速降低。为此，可通过控制电路调整共振频率，使两个单元的电路发生共振，即“共鸣”。所以，这种磁共振状态也被称为“磁共鸣”。

在控制回路的作用下改变传送与接收的频率，可将电力传送距离增大至数米左右，同时将两单元电路的电阻降至最小以提高传送效率。当然，传输效率还与发送与接收电单元的直径相关，传送面积越大，传输效率也越高。

1.3、无线电波式充电

无线电波式充电技术是发展较为成熟的一项无线充电技术，原理类似于早期使用的收音C，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载做出调整的同时能够保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器，以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器即可实现。

使用2.45GHz的电波发生装置传送电力，发送装置与我们熟悉的微波炉使用的“磁控管”基本相同。传送的微波也是交流电波，可用天线在不同方向进行接收，可以利用整流电路转换成直流电为汽车电池等设备进行充电。为防止充电时微波外漏，充电部分装有金属屏蔽装置。使用中，送电与接收之间的有效屏蔽可防止微波外漏。

无线电波式充电方式目前存在的主要问题是，磁控管产生微波时的效率过低，造成许多电力转变为热能被白白消耗。

2 无线充电标准

无线充电技术尽管已经受到人们关注，成为充电系统的发展方向之一，有着非常广泛的应用场景，但是正如目前我们看到的这样，现如今无线充电技术还没有得到广泛应用。原因在于无线充电标准还未统一，而不同的充电系统对供电参数要求又不尽相同[1]。下面对全球现有3个相对成熟的无线充电联盟标准：Qi标准、A4WP标准、iNPOFi进行介绍。

2.1 Qi标准

Qi是全球首个推动无线充电技术的标准化的组织--无线充电联盟（Wireless Power Consortium，简称WPC）推出的“无线充电”标准，具备便捷性和通用性两大特征。首先，不同品牌的产品，只要有一个Qi的标识，都可以用Qi无线充电器充电。其次，它攻克了无线充电“通用性”的技术瓶颈，相信在不久的将来，手机、相机、电脑等电子产品都可以用Qi无线充电器充电，为无线充电的大规模应用提供可能。

Qi标准的充电原理为电磁感应原理，系统在两个平面线圈间采用电感耦合的方式在功率发射器和功率接收器间实现电力传输。数字控制回路对输出电压进行调节，进行功率接收器与功率发射器的通信，并消耗一定的功率。藉由反向散射调变，功率发射器到功率接收器间可达成单向通信。在反向散射调变中，功率接收器线圈会被载入，改变功率接收器内的电流消耗。这些电流消耗的改变会被监控并解{成两个设备协同工作所需的资讯。

目前，虽然Qi标准锁定智能型手机的电流标准仅为5瓦（W），不过显然地，对于无线充电联盟而言，为平板电脑以及更大型电子电气设备进行充电将逐步实现，而针对这些设备的10W解决方案也即将问世。

2.2 A4WP标准

A4WP标准，全称Alliance for Wireless Power，是由美国高通公司、三星公司以及Powermat公司共同创建，它的目标主要是建立电子产品之间统一的标准，甚至与电动汽车等相匹配的充电标准。A4WP标准采用的是“电磁谐振技术”，这是与其他标准最大的不同之处。相比于Qi，A4WP采用了更大的输出线圈，能同时为多台设备进行充电。这种充电标准的优势在于由于设定了精确的共振频率，即使微弱的感应磁场也能为设备充电，这意味着A4WP的充电范围将会比Qi大得多，理论上来说隔着物体也可以充电，同时也不需要准确地将设备摆放在充电基座上。和Qi一样，A4WP也可以根据充电设备的数量和缺电状况自动调整能量分配方案，以达到节能的目的。从其特点来看，A4WP由于自身技术优势，要比Qi方便不少，由于A4WP对充电场地的限制弱化了，用户不再需要像使用Qi无线充电设备时那样将电子设备小心地摆放好，而且由于A4WP的充电范围相对较大，能够支持一些形状复杂的设备，比如相机。这种充电标准最大弊端在于效率低下，并且在短时间内很难克服[1]。将其优缺点列举如下：

优点：

（1）相较于电感式替代方案，可以潜在性的更低成本提供最大的自由空间；

（2）可扩展到更高的功率和穿戴式产品是其一大卖点；

（3）允许多设备充电。

缺点：

（1）因为独立的信令电路，所以通信费用高；

（2）电磁干扰增高/辐射高；

（3）由于松散耦合的线圈结构，所以效率低；

（4）由于额外的通信带宽会增加成本，所以配件有限。

2.3 iNPOFi标准

iNPOFi（“invisible power field”，即“不可见的能量场”）无线充电是一种新型无线充电技术。其无线充电系列产品采用智能电传输无线充电解决方案，具有无辐射、高电能转化效率、热效应微弱等特性。

与现有其他的无线充电技术相比，iNPOFi没有辐射效应，采用电场脉冲模式，不产生任何辐射。中国泰尔实验室测试结果显示，辐射增加值近乎零。在高效方面，泰尔试验室还测定，该技术的产品，充电传输效率高达90%以上，彻底改变了传统无线充电技术最高70%的电转换低效率问题。

在智能管理方面，采用芯片适配管理技术，其中包括：自动开启、关闭充电过程；自动适配需要的电压、电流，管理充电过程，以确保较高的充电效率；并可以使用一个统一的充电板，为任何品牌、型号的电子产品，进行安全、便利、高效的充电。

在安全性方面，同时考虑到了各种弱电充电中的安全性问题，如静电ESD保护、防过充、防冲击等等，甚至若受电设备自身电源管理出现问题时，可以通过iNPOFi芯片自动熔断保护电子设备不被损坏。值得一提的是，对于智能设备厂商而言，iNPOFi仅以一颗极小的芯片为核心，实现了超微化设计，仅有1/4个五毛硬币大小，可以方便地集成到任何设备中，也可以集成到各种形态的可穿戴设备中，这是传统电磁原理的产品无法达到的。

iNPOFi技术作为新一代无线充电技术标准，高效、绿色、便捷、经济。采用该技术的充电设备包含电源发射装置和电源接收装置两部分，发射装置大小、薄厚堪与普通手机相当，接收装置可以嵌入手机保护套中，将手机套上保护套，平放在发射装置上进行充电。充电过程中，手机不需要插上任何连接线。充电设备支持低电压供电，兼容普通USB供电，实现低温充电，有效保障设备及电池的使用安全及寿命。

4 结论

无线充电技术具有便利、安全等优势，具有很大的市场潜力和发展空间，是今后充电技术和相关产品未来发展的主流方向及趋势。目前无线充电技术尚处于初步阶段，还未得到普遍应用，主要原因在于现有的主流充电标准各有优缺点，无线充电技术标准还未统一，成为无线充电技术发展的主要障碍。今后随着无线充电市场竞争日趋凸显，在商业化的带动下无线充电技术将日趋成熟，为我们带来一个更加便携的无线充电环境。

参考文献

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中图分类号：TM910.6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-102-02

1 引言

随着移动设备、无线数据传输、无线网络技术的普及，传统的供电方式已不能满足需求，无线供电方式开始渗透到我们的生活。“无线供电”是指，在不使用物理连接的情况下，利用特殊装置传输电能。至2012年，全球约有上百家设备商已掌握了构建无线供电系统的方法，无限传能技术拥有着巨大的发展潜能。现阶段无线供电的方式有三种：电磁感应式（利用电流通过线圈产生磁场实现近程无线供电）、电磁共振式（利用电磁耦合共振效应近程无线供电）以及电磁波辐射式（电力转换成电波以辐射方式传输供电）。由于电磁共振所需试验线圈太大，目前还处于试验阶段。而电磁波辐射方式又存在电路复杂、成本高的问题。因此本装置采用主流的电磁感应式，电路设计简单、成本低且效果好。

2 无线供电装置结构框图

本装置主要利用电磁感应原理，依靠两个非接触的空心耦合线圈，实现电能无线传输。如图1所示。装置主要分为发射端单元、耦合线圈以及接收单元。发射单元由220V/50Hz交流电作为电源，经整流滤波稳压后为NE555供电。利用NE555接成高频振荡电路，在发射线圈中激发磁场。接收线圈与发射线圈相互耦合，由变化的磁场而产生交变感应电流与感应电动势，经过整流滤波稳压，便可以给电子设备供电。

3 无线供电装置电路设计

3.1 发射单元电路设计

3.1.1 电源电路设计

电源电路主要由变压器和整流滤波电路组成。由变压器将220V/50Hz的交流电转换为7V/50Hz的交流电。通过四个普通二极管1N4007组成的整流桥整成直流，如图2所示。

3.1.2 高频振荡放大电路设计

该部分电路主要由稳压电路、高频振荡电路与功率放大电路组成。高频振荡电路主要是用于产生高频振荡电流供下一单元使用。555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，该电路功能灵活、适用范围广，只要电路稍作配置，即可构成多谐振荡器。不同型号的555组成的高频振荡电路最高频率在500kHz～1MHz不等，完全可以满足设计要求。LM7805组成的三端稳压集成电路，由于其结构简单、稳压性能好，输出电压可以直接为NE555芯片供电。功率放大则由功率管IRF540N来实现，如图3。

3.2 耦合线圈与LC振荡电路设计

4.2 线圈在不同绕制方式传输效果测试

在保持线圈直径、线圈电感以及测试距离相同的情况下，用同心圆式线圈代替螺旋式线圈。调节匹配的电容，通过试验，测得最大的感应电压在6V左右。在同样情况下，改变两种方式的传输距离，记录下感应电压，对比数据后可得：同心圆式线圈传输效果不如螺旋式。

4.3 工作稳定性测试

利用稳压电路将输出稳压后，可以点亮LED灯以及直流小彩灯。并且接收端三端稳压电路输出为5V直流电，通过USB线可以直接给手机充电。通过多次试验证明，该装置可以持续稳定工作数小时以上。

5 结束语

无线供电是当今研究的热点问题之一，发展前景非常宽广。本装置成功地实现了电能的无线传输；改变了线圈绕制方式，在一定程度上提高了传输性能。最大输出电压可达到11V左右，但是电能的最大传输距离仅在7cm左右，属于微距传输。通过试验证明，本装置具有电路简单、安装方便、性能稳定、运行效果良好等优点。

（资助项目：西南大学本科生科技创新基金，项目编号（1215004））

参考文献：

[1] 古丽萍.令人期待的无线电力传输及其发展[J].中国无线电，2012（1）：27-30.

[2] Gozalvez，J.First Wireless Electric Vehicle Charging Trial [Mobile Radio][J].TVehicular Technology Magazine，IEEE，2012，7（2）：10-17.

[3] 王洪博，朱轶智，杨军，等.无线供电技术的发展和应用前景[J].电信技术，2010（9）：56-59.

[4] Starks，Ann.Secondary-Side Bridge Rectification for Wireless Charging Applications[J].Wireless Design & Development，2012，20（3）：26-28.

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一、概述

电磁流量计（Electromagnetic Flowmeter）是由直接接触管道介质的传感器和上端信号转换器两部分构成。电磁流量计特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。另外我们独家设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。 电磁流量计在满足现场显示的同时，还可以输出4～20mA电流信号供记录、调节和控制用，现已广泛地应用于化工、环保、冶金、医药、造纸、给排水等工业技术和管理部门。采用电磁感应原理测量介质流体流速的电磁流量计。它在管道的两侧加一个磁场，被测介质流过管道就切割磁力线，在两个检测电极上产生感应电势，其大小正比于流体的运动速度。可以用于测量酸、碱、盐溶液、水煤浆、矿浆、砂浆灰泥、纸浆、树脂、橡胶乳、合成纤维浆和感光乳胶等各种悬浮物、气化汽和粘性物质的流量。电磁流量计密封性能好，还可用于自来水和地下水道系统。而且测量过程不与流体接触，适于制药、生物化学和食品工业。这种流量计还可检测血液流量。它的量程比约为100：1，精度一般为1%，由于这种传感器必须保持管道内电阻和测量电路阻抗之间有一定比例关系，因此在制造上有一定困难。当被测介质的电导率约为10欧姆·厘米时就开始产生困难，电导率更低时就产生原理性困难。当电导率为10欧姆·厘米时，就达到导电介质和电介质之间的“分界线”，热噪声电平随内阻的增大而显著增加。电磁流量计是高精度、高可靠和使用寿命长的流量仪表，所以在设计产品结构、选材、制定工艺、生产装配和出厂测试等过程中每一个环节我们都非常细致讲究，还自行设计了一套中国最先进的，专用于电磁流量计的生产设备和流量实流标定装置，从而在软件和硬件上都能切实保证产品长期的高质量。电磁流量计特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。另外我们独家设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。

二、技术原理

1.工作原理。电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法 拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。

2.测量原理。根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B，L，u三者互相垂直，则：e=Blu（3-35） 。与此相仿.在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势：e=BD（3-36） 。式中，为管道截面上的平均流速.由此可得管道的体积流量为：qv=（3-37） 。由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关，这就是电磁流量计的测量原理。

三、特点

测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。LDE转换器采用国际最新最先进的单片机（MCU）和表面贴装技术（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零点稳定，参数设定方便。点击中文显示LCD，显示累积流量，瞬时流量、流速、流量百分比等。

双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。

四、技术参数

仪表精度：管道式0.5级、1.0级；插入式2.5级

测量介质：电导率大于5μS/cm的各种液体和液固两相流体。

流速范围：0.2～8m/s

工作压力：1.6MPa

环境温度：-40℃～+50℃

介质温度：聚四氟乙烯衬里≤180℃

橡胶材质衬里≤65℃

防爆标志：ExmibdⅡBT4

防爆证号：GYB01349

外磁干扰：≤400A/m

外壳防护：一体化型： IP65；

分离型：传感器IP68（水下5米，仅限于橡胶衬里）；转换器IP65

输出信号：4～20mA.DC，负载电阻0～750Ω

通讯输出：RS485或CAN总线

电气连接：M20×1.5内螺纹，φ10电缆孔

电源电压：90～220V.AC、24±10%V.DC

最大功耗：≤10VA

变送器是由 励磁电路、信号滤波放大电路、A/D采样电路、微处理器电路、D/A电路、变送电路等组成。

五、安装时需注意的事项

（1）传感器应安装在干燥通风的地方，避免潮湿、容易积水受淹的场所，还应尽量避免阳光直射和雨水直接淋浇。（2）应尽可能避免安装在周围环境温度过高的地方。一体型结构的电磁流量计还受制于电子元器件环境温度，要低些。 （3）安装传感器的管道上应无较强的漏电流，应尽可能地远离有强电磁场的设备，如大机电、大变压器等，以免引起电磁场干扰。（4）安装传感器的管道或地面不应有强烈的震动，特别是一体型仪表。（5）安装传感器的地点要考虑工作人员现场维修的空间。

六、应用领域

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异步平盘式磁力联轴器是一种涡流转动式磁力联轴器，其结构特点为安装磁体的元件为平盘结构，主、从动盘横向排列。此种磁力联轴器是由美国俄勒冈国家大学等于1995年开始开发和研究的，主要用于连接电机和负载，其传动效率较高。目前对此种联轴器的研究主要有采用层分析理论对此种磁力联轴器的磁场、扭矩和传递性能进行研究，并对此种磁力联轴器进行分析优化设计。近年，对此种联轴器的可调速型研究较多，发展也较迅速，已在生产领域得到了广泛应用。目前，吉林大学等已对此种磁力联轴器做了相关的研究，其中主要的研究类型有固定气隙式、延迟型、扭矩限制型等。

永磁体是磁力联轴器的重要构成部分，永磁体材料一般采用铁钕錋材料，此种永磁材料具有热稳定性差、高温会产生退磁现象。当磁力联轴器应用于需要输送高温介质的场合时，介质的高温以及涡流产生的热量达到永磁体的高温退磁温度时，就会影响磁力联轴器的输送扭矩及效率，并且减短磁力联轴器的使用寿命。这一局限性限制了同步磁力联轴器应用范围。江苏大学许士芬研究所为了解决同步磁力联轴器高温退磁的现象，拓宽磁力联轴器的应用范围，从结构、原理上进行改革，根据电磁感应原理，研制出了多种耐高温的磁力联轴器，其最大的结构特点是只在外转子上布置永磁体。以下介绍三种耐高温的异步圆筒式磁力联轴器。

鼠笼式异步磁力联轴器，其结构如图2所示。外转子上布置有永磁体，内转子的结构设计则是借鉴了异步电机的鼠笼式转子。由于结构的相似性，因此，它的工作原理也与鼠笼式异步电机的相似，即电磁感应原理。其结构特点是内转子的周向无永磁体，内转子由实心转子基体与端环以及导条组成，而只在外转子的周向布置有永磁体，并且用隔离套密封住泵输送的高温介质，使得外转子上的永磁体与高温介质无直接接触，若隔离套采用非导体材料制作，能隔绝或者减缓介质温度的扩散，从而降低了介质温度对永磁体高温退磁的影响，因此此种磁力联轴器对输送介质的温度没有严格的要求，它可用于输送高温介质的场合。

普通实心异步磁力联轴器，其结构如图3所示。其结构特点是内转子采用普通的实心转子，实心转子上无永磁体布置，而在外转子的周向均匀镶嵌有同等大小的永磁体，其工作原理为电磁感应原理。普通实心磁力联轴器采用实心转子具有启动性能好、结构简单、加工方便等优点，但是其电磁转矩、传动效率偏低，因此在此基础上提出了双层实心异步磁力联轴器。双层实心磁力联轴器在普通实心异步磁力联轴器的结构基础上，在内转子的表面增加了一层良导体，其工作原理与普通实心磁力联轴器基本一样。

双层实心异步磁力联轴器也具有启动特性好等特点。在普通实心异步磁力联轴器基础上改良的双层实心异步磁力联轴器，具有较高的传动性能，通过实验已经证明了其传递扭矩及传递效率明显高于普通实心异步磁力联轴器。

根据以上各类磁力联轴器的介绍，对同步圆筒式磁力联轴器与异步圆筒式磁力联轴器进行比较，总结如下：

（1）结构异同：前者内外转子上都布置有永磁体，后者只在外转子上布置有永磁体，即两者外转子结构相同，内转子结构不同。

（2）工作原理不同：前者根据永磁体同性相斥，异性相吸的原理工作；后者根据电磁感应原理工作。

（3）输送介质温度限制范围不同：在没有冷却装置以及特殊设计情况下，同步圆筒式磁力联轴器对输送的高温介质的温度高低限制较大，而异步圆筒式磁力联轴器对介质的温度高低限制较小。

（4）产生涡流的位置不同：前者只有隔离套上存在涡流，而后者在内转子及隔离套上都存在涡流。

（5）实用性：前者因传动效率高目前已广泛应用于各个领域，而目前开发的异步圆筒式磁力联轴器虽已具备了实用化的条件，但其传动性能还稍逊于同步圆筒式。

将异步圆筒式磁力联轴器与异步平盘式磁力联轴器进行比较：

（1）结构不同：前者为圆筒式结构，内外转子之间由隔离套隔开；后者为平盘式结构，两侧转子之间无隔离套隔开。

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学生由于在中学期间超负荷重压，丧失了学习兴趣。他们遭遇升学考试失败，进人技校学习职业技能心理有压力。因此，教师要满腔热情地对待每位学生。为了每位学生健康发展，营造一种朝气蓬勃，宽松和谐、积极主动学习电工技能的氛围。比如，教师在每次讲授新课前，提几个趣味性较强与现今生产生活密切相关的实际问题，这些问题应用已经学过的知识就能解决。教师除了赞扬回答问题比较圆满的学生外，还要给予较高的等级分，这种肯定能够激发学生的学习兴趣，让学生产生成就感，让他们树立自尊心、自信心和自豪感。这样，既重新激发学生学习愿望，又夯实了技校学生电工学基础知识。

2　面向学生传授电工学基本概念和基本理论

教师面向学生不是迁就学生，不能仅仅考虑学生的可接受性，一味迎合学生兴趣；面向学生既注意学生一时兴趣，又致力于培养学生长期兴趣和志趣；既注意学生现有发展水平，又注意有一定挑战性(强调“最近发展区”概念)。为此，教师要依据电工学学科特点，注重从生产生活现象情景出发，引出电工学学习内容。比如，依据“最近发展区”概念，讲授电工学第四版第二章第四节电磁感应课。首先复习中学物理电磁学中电磁感应现象，即闭合电路中一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生感应电动势和感应电流。如果电路不闭合，导体中只产生感应电动势，而无感应电流。这样，感应电动势和感应电流这两个知识点的来龙去脉就弄得一清二楚，牢固地建立了新知识楞次定律的起点。教师在做好楞次定律演示实验的基础上，借助前面讲清的知识点即“最近发展区”，引导学生经过与电磁感应现象对比得出：当条形磁铁插入螺线管中时，相当于条形磁铁不动，而螺线管中的线圈做切割磁感线运动，线圈中产生感应电动势和感应电流，这时电流计的指针向右偏转。这时，教师强调指出，线圈中有感应电流就会产生感应磁场和磁通，使用安培定则能够判断出感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向相反，即中原与垂感相反。同理，当条形磁铁从螺线管中拔出时，螺线管中线圈也做切割磁感线运动，产生感应电动势及感应电流，此时线圈里感应电流的方向与插入磁铁时感应电流方向相反，应用安培定则也能够判断出线圈中感应电流产生的磁场方向与条形磁铁产生的磁场方向相同，即原与感相同。归纳以上分析，得出实验结论即楞次定律(感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化)。当然，法拉第电磁感应定律的教学也可以这样进行。因此，教师依据“最近发展区”概念教学，新旧知识点衔接自然，容易激发学生的学习兴趣，有利于知识的有效迁移，有利于学生在良好的基础上形成电工学新的基本概念和理论，有利于学生掌握正确的分析解决问题的方法。实践证明这种教学方式教学效果较好。

篇12

0 前言

我国塑料产业在近几年呈现出快速稳步的发展态势，就目前的形势而言，塑料产业已经成为了我国经济发展的新支柱产业之一。塑料制品已经不再是简简单单地满足于民生需求而是发展为一种全新的配套模式，这就实现了从简单的消费品到生产资料领域的一个重大转型，成为集新材料、新工艺、新技术、新装备为一体的新型制造业。据中国报告大厅的2016-2021年中国塑料制品行业市场供需前景预测深度研究报告显示，为了避免“先污染、后治理，边治理、边破坏”现象的再次出现，塑料制品企业必须以创新、绿色、循环、低碳发展为导向，以保护生态环境、治理环境污染为核心，通过结构的调整、加强创新和有效的控制资源环境从而真正的实现清洁生产。

单螺杆挤出机是塑料加工行业常见的一种塑料挤出设备，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统三部分组成，如图1所示。挤压系统包括加料装置、螺杆、机筒和机头等部分；传动系统则是将动力传递给螺杆，通过螺杆的连续旋转把机筒内的熔融物料连续不断向前推送和挤压；加热冷却系统包括加热系统和冷却系统两部分结构，加热系统是为了把机筒内的物料融化，达到工艺操作所需要的温度[1-2]；冷却系统则是为了保证物料处于加工的工艺温度范围内。挤压系统和加热冷却系统是塑料实现成型挤出的关键部分，其中加热冷却系统中的加热温度的平稳性等方面对塑料制品的质量起到关键的作用[3]。

图1 单螺杆排气挤出机结构图

1.机头；2.排气口；3.加热冷却系统；4.螺杆；5.机筒；

6.加料口；7.减速箱；8.止推轴承；9.系统；10.机架

1 单螺杆挤出机加热系统现状

目前市场上的大部分单螺杆挤出机仍然采用电阻式加热圈，电阻式加热圈是基于电流电阻热效应来产生热量，并通过接触式传导的方式进行热量的传递，故需要将加热圈的内壁与机筒的外壁可靠且紧密接触才能将热能传递到料筒上。电阻式加热圈的优点是价格便宜，结构简单，故障率低等。但是，电阻式加热圈同样也有明显的缺点，因为是接触式传热，而单螺杆挤出机在高速运作过程中发生震动，影响普通加热圈的加热效率，从而带来能耗的增加，造成车间温度过高。

2 电磁加热原理及优势

电磁加热技术是将380V工频交流电通过整流后逆变成10～20KHz的交变电压，然后通过谐振电路线圈产生交变磁场，在机筒壁厚范围内产生涡流效应，从而实现了对物料的加热，其本质就是运用交～直～交电路将电磁能转变成热能[4]。

图2 电磁加热原理图

电磁加热技术的优点：

1）加热效率高：电阻丝式加热是塑料加工行业最为常用的加热方式，因为该方法产生的热量只能单面的进行传导，故至少有一半的热量耗散到周围环境中，导致周围环境温度的升高。电磁加热系统的加热线圈不与被加热物体直接接触，而且保温层处于中间可以起到隔热的作用，这样一来热量极大程度的被封锁在被加热物体中，电能的利用率得到了极大的提高。

2）加热速度快：电磁加热系统通过在被加热物体上产生涡流效应来对物体进行加热，相对于电阻丝式加热可以使物体很快的达到预设温度。

3）控制精度高：可以采用多种控制策略进行精确的功率控制，使被加热物体温度与预设温度相差不超过1℃[4-7]。

3 磁加热系统应用分析

挤出机生产是一个比较复杂的过程，其中影响挤出机加热用电量的因素又有很多，如：使用的材料、塑料制品的规格、生产的班次、塑料制品的长度等等。在此，以Φ65挤出机生产直径Φ10mm以下的小规格电缆，材料为常用的低烟无卤、PVC和PE料为例。按每天3个班，每班8小时的生产班次计算。统计时参考各班次的产量，确定一个比较合理的班次。对Φ65挤出机的用电量按产品的材料来分类，按生产的班次来进行统计[7]。

结合实际的生产情况，Φ65挤出机的机筒加热区分为4段，三种材料的各段工艺加热温度是不同的，参考温度如表1所示。

对Φ65挤出机在生产过程中的用电情况进行统计归纳如表2所示。

结合表2中数据可见，对于同中规格型号的设备在正常生产同种规格塑料制品时，采用了传统加热技术的设备生产过程中所消耗的电能明显高于使用了电磁加热技术的设备。由此可见，电磁加热技术在节能方面具有明显的优势。

4 小结

综上所述，传统加热技术与电磁加热技术各有其优缺点，而在以节能减排、绿色发展为世界的主旋律的今天，电磁加热技术也迎来了一个发展的重大契机。尤其随着电力电子技术的进步，对于利用电磁加热技术制造的加热系统来说，其稳定性和效率都得到了提升[8]。由此可以预测，电磁加热技术以其优异的性能和极高的电能利用率会越来越受到塑料加工制造业的青睐，电磁加热必将给塑料制造业带来一次新的革命[8]。

【参考文献】

[1]张伟.塑编挤出机加热器节能改造（实例）[J].塑料包装，2010（4）：30-33.

[2]黄健.塑料挤出机加热方法的发展与探析[J].辽宁工业大学学报（自然科学版），2016（1）：20-22.

[3]杨宇怡，马越，秦荔.塑料挤出机电阻加热与电磁感应加热的对比应用与探讨[J].科技创新与应用，2012（18）：5.

[4]宋伟男.基于电磁加热的注塑机加热系统的开发与应用[J].科技视界，2016（6）：208+227.

[5]胡a豪.电磁感应器加热技术的应用与研究[J].科技创新导报，2016（28）：50-51.

篇13

Abstract: this paper electro-prospecting method in complex geological exploration areas to develop common interference problems are analyzed, and puts forward the solutions, for reference.

Keywords: electro-prospecting method; Exploration; Interference; overcome

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

双频激电法是在变频的基础上发展起来的一种频率域激发激化法，它的本质是将两种不同频率的方波电流组合后同时供入地下并同时接收，与传统的直流和交流激发极化法相比具有以下优点：(1)仪器性能稳定，自身抗干扰能力强；(2)数据采集速度快、工作效率高；(3)测量结果受电流的变化影响小，观测精度高；(4)仪器轻便、灵活。

1激电测量中电极效应的干扰分析

电极效应在电阻率测量中普遍存，而在激电测量中也存在这效应，并影响着成果的解释。常见的主要有以下两种：

(l)电阻率电极效应；当单个供电极或者一双供电偶极经过地下电阻率不均匀体的上方或附近时，极化场(或一次场)就会发生不同程度的畸变，从而影响着观测结果。这种畸变既影响电阻率测量，也影响激电测量。这种电阻率不均匀体可能是岩体、岩层、断层或极化体；总之，电阻率电极效应是一次场局部畸变引起的，这种畸变会产生干扰异常甚至叠加在有用异常上，最终得到的异常形态较为复杂，对解释带来了困难。

(2)激电电极效应；当地下电阻率均匀变化而极化体不均匀时，供电电极通过不均匀极化体或附近时，此时接收到的二次场的大小和方向都会改变，出现激电异常的变化，即为激电电极效应。

通常极化体既是极化不均匀体也是电阻率不均匀体，激电异常经常受到这两种电极效应的影响。这种由于供电电极与极化体之间相对位置关系而引起测量电极间的异常干扰，使得伊异常的极大值并不总是位于极化体的正上方，必须对测得的IP异常进行仔细分析，综合地层和构造变化因素，才能对钻孔验证位置、方向及深度做出正确的指导。

2电极接地问题的分析及克服

在时间域激电测量中，通常采用标准的非极化电极来克服电极差的影响。在双频激电测量中观测的是交流信号，且仪器自身具有抗干扰能力强的优点，电极极差的变化对观测结果的影响不大。在本次工作中，供电电极A和B各采用5根钢电极、接收电极采用两根铜电极进行。野外实践表明，使用铜电极供电十分方便，尤其是在接地条件较差的地区，铜电极的接地电阻要比不极化电极小。

在野外激电测量中，接地条件差，接地电阻太大势必会对工作的开展带来影响。一方面，在接地条件差的地方，使用相同的电压向地下供电，电流太小，为了提高信噪比就需增大供电电流。通过增大供电电压后，电能很大部分消耗于接地电阻和导线上，造成了资源的浪费，同时也增大了电磁祸合效应；另一方面，接收端由于接地电阻太大，引入的干扰也越强，在实际数据采集中常会显示负值FS，且数据极不稳定。

在使用金属电极供电和测量中，影响接地电阻的因素有：

1.电极与土壤的接触面积越大，接地条件越好；接触面积与电极的半径大小、电极的入上深度及土壤颗粒的大小均匀程度有关，电极半径和入土深度越大、土壤颗粒越小，接触面积越大，即接地条件也越好；

2.电极的接地电阻与周围土壤和岩石自身的电阻率有关；土壤和岩石中水分越多，或含有的离子成分越多，自身的电阻率就越小，电极与周围的接地条件也越好。

为了有效降低接地电阻，提高观测精度和工作效率，可采取以下措施(1)供电电极A和B端分别采用5根钢电极同时向地下供电，电极呈梅花状接入地下，电极的钉入深度至少大于20cm；

(2)接收端M、N分别采用铜电极采集数据，注意铜电极引出的电线完好，在测量中尽量减少电极附近的走动；

(3)供电和接收电极尽量打入有土壤或潮湿的地段，避免在基岩出露区钉电极；

(4)在接地条件较差、基岩出露较多的测点，为有效改善接地电阻，向供电和接收电极处浇灌盐水；

3激电测量中电磁祸合效应的干扰及克服

电磁感应祸合是供电回路、测量回路、大地三者之间通过电磁感应引起的祸合效应，它与激电效应同时存在成为干扰，地下电阻率越低、频率越高、极距越大，受到的干扰程度也越大；在激电测量中，电极的排列方式不同，所受到的电磁感应祸合的影响不同而对称四极排列测深与其它排列方式相比受到的电磁感应祸合效应影响最大，电磁藕合效应的影响会使得大面积的激电测量数据无法解释，在实际工作中尤其要重视。

激电测量中出现的电磁感应藕合一般有两种；一种是电容祸合，它是线与地之间或线与线之间的分布电容进行电能量转移，在测量回路中引起的与探测目标无关的畸变信号。根据电容存在的部分不同，常有测量导线与大地之间、供电导线与大地之间，测量导线与供电导线之间的电容。另一种是电磁藕合，它是电流随时间的变化引起的，它的实质是电磁感应。只要供电电流发生变化，就会产生电磁祸合，实际工作中供往地下的电流无法做到稳定不变，即电磁藕合效应的影响成为一种不可避免的客观事实；在激电测量中，只要地电条件、工作装置和电流形式确定，电磁感应祸合的大小和分布就可以确定，因此是实际施工当中，采取以下必要的措施来尽可能减小祸合效应的影响。

1.电容藕合和电感祸合均与电极距有关，通过在已知钻孔上进行孔旁测深试验工作，合理的选择能反映实际的电极距，同时尽可能减小电容藕合与电感祸合带来的影响；

2.在移动、变化极距的过程中，供电导线和测量导线保持一定的距离，尽量减小导线与导线之间的电磁感应祸合效应的影响；

3，水的介电常数比空气大几十倍，在激电测量中电容祸合效应会由于水对数据采集带来相当大的影响；研究区内有河流通过，且测线通过浇灌后的水地，在铺线测量过程中，将导线架空或绕道敷设，保持导线干燥，防止潮湿；

4二频率越高电磁藕合效应越明显，而选择低频测量时，工作效率低，同时容易受到来自地下游散电流的影响，因此，在地势相对平缓时选择低频组测量；

5.选用内阻小、绝缘性好的导线作供电和测量线，以减小导线内阻；尽可能改善供电电极和接收电极的接地条件，降低接地电阻；

4天然干扰的存在和影响

天然干扰主要有天然的大地电流场和自然电场两种。大地电流场也称大地噪声，是地球上广泛分布的宽频带电磁场，主要是由地球外部太阳风、磁暴、等离子层中离子波动等产生的低频电磁辐射，它们是以微脉动形式出现的电磁波，在电离层与地球表面之间来回传播，地表可以观测到这种微弱的电磁场。同时在地层中可感应出强度不大而分布范围很广的电流场。在地表观测到的较高频率的大地电磁场主要来源于赤道地区的雷电等，可对激电测量带来一定的干扰。由于大地电流场的频谱主要集中于低频部分，频率越低，强度越大，因此在激发极化测量中频率一般选择在0.1-5Hz的大地电流场频谱的低谷上，以避开大地电流场的干扰。本次研究工作中采用的工作频率为4HZ与4/13Hz，避开了大地电流场的峰值影响。

自然电场主要由矿物与溶液的电化学反应和离子过滤、扩散的局部电化学场，具有相对稳定分布较窄的特点。自然电场是直流电场，而双频激电法中使用的是特定的低频交流电场，自然电场对双频激电法等频率域激电法不构成干扰。

5偶然及人文干扰的存在和影响

实际测量中常见到的人文及偶然干扰有地下管道、金属物体、铁轨、高压电线、电话线及50Hz工业游散电流等。这些干扰表现在数据采集中产生的IP异常，对后期成果的分析解释带来困难。在实际施工中实行克服与避让相结合的措施，即有水流、水田干扰的地段，将供电和测量导线架空或绕道铺设；当必须经过公路、桥梁铁护栏、输电线等地物时，选择没有行车经过的时段测量，并对导线进行埋藏保护处理，正确记录测点号和测量极距，以便在后期的数据处理和解释中作为参考。

6地质干扰的存在和影响

地质干扰因素主要包括当地人开采后遗留下的废弃采坑、地表残留的少量矿化程度低的废矿石、地形地质条件等。数据采集过程中，由于地质干扰体的存在，接收机显示的视幅频率FS值往往显示负值且数值极不稳定，通过改善接地条件，多次观测取平均值可压制干扰，取得较好的观测精度。

参考文献：

【1】李金铭.激发极化法技术指南[Ml.北京冲国地质大学，2002

【2】张力，白宜诚，龙慧.应用双频激电偶极剖面法探察水下隐伏断层[J].建筑设计.2006，1(35).