導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇巨磁電阻，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

從磁電阻效應(yīng)說(shuō)起

在人類長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，磁的利用源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，我國(guó)對(duì)古代世界文明的四大貢獻(xiàn)之一的指南針便是磁的一種重要應(yīng)用。人們很早就以大量科學(xué)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找電與磁之間的聯(lián)系。早在150年前的1857年，英國(guó)科學(xué)家開(kāi)爾文就發(fā)現(xiàn)了鐵磁材料在磁場(chǎng)中電阻改變的磁電阻效應(yīng)。他把鐵和鎳放在磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)這些磁性材料在磁場(chǎng)作用下，沿著磁場(chǎng)方向測(cè)得的電阻增加，垂直于磁場(chǎng)方向測(cè)得的電阻減?。弘娮柙黾踊驕p小的幅度約在1％～2％之間。由于磁電阻效應(yīng)的大小與磁化強(qiáng)度的取向有關(guān)，所以稱為各向異性磁電阻效應(yīng)(AMR)。由于電阻的變化不大和當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，這一效應(yīng)未引起太多的關(guān)注。直到1971年，美國(guó)科學(xué)家亨特才第一次提出利用磁電阻效應(yīng)制作磁盤系統(tǒng)讀出磁頭。1985年IBM公司首先把亨特的設(shè)想付諸實(shí)用化，生產(chǎn)了AMR磁頭，用于當(dāng)時(shí)IBM3480磁帶機(jī)上。重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在今年這兩位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主1988年的新發(fā)現(xiàn)之后。

巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)

從1986年起，德國(guó)格林貝格爾教授率領(lǐng)的研究小組，利用納米技術(shù)，對(duì)“Fe/Cr/Fe三層膜”結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，從中他們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)調(diào)節(jié)鉻(Cr)層厚度為某一數(shù)值時(shí)，在兩鐵(Fe)層之間存在反鐵磁耦合作用；再取各種不同膜層厚度，在一定的磁場(chǎng)和室溫條件下，可觀察到材料電阻值的變化幅度達(dá)4.1％；在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)偻ㄟ^(guò)降低溫度，觀察到材料電阻值的變化幅度達(dá)10％。格林貝格爾意識(shí)到這種磁電阻效應(yīng)在技術(shù)上的應(yīng)用前景。因此，他在1988年發(fā)表該項(xiàng)研究成果的同時(shí)就申請(qǐng)了專利。

與此同時(shí)，法國(guó)費(fèi)爾教授領(lǐng)導(dǎo)的科研小組獨(dú)立地設(shè)計(jì)了一種鐵、鉻相間的“Fe/Cr多層膜”。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用微弱的磁場(chǎng)變化就成功地使材料電阻發(fā)生急劇變化。例如，他們?cè)跍囟葹?.2K、2T磁場(chǎng)的條件下，觀察到材料電阻值下降達(dá)50％。

費(fèi)爾小組在研究報(bào)告中把這一效應(yīng)稱為巨磁電阻效應(yīng)(縮寫為GMR)。GMR的發(fā)現(xiàn)起源于納米科技的進(jìn)步，也是凝聚態(tài)物理學(xué)的一項(xiàng)重大成就，它的發(fā)現(xiàn)引起了世界各國(guó)科學(xué)家的普遍關(guān)注。

GMR發(fā)現(xiàn)后，人們迅速開(kāi)發(fā)出一系列磁電子新器件，并得到了廣泛應(yīng)用，其中最突出的是IBM實(shí)驗(yàn)室帕金的工作。他的小組嘗試用通常的磁性材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并很快獲得成功；以后又在室溫、常規(guī)磁場(chǎng)條件下做大量相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最終獲得突破性進(jìn)展。這一突破大大推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展步伐。

巨磁電阻效應(yīng)的應(yīng)用

這里只談一些大家較常見(jiàn)的例子。先講講它在計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器或稱硬盤(HDD)中的應(yīng)用。大家知道，硬盤讀取數(shù)據(jù)是通過(guò)磁頭來(lái)完成的。最早使用的磁頭是一種讀寫合一的電磁感應(yīng)式磁頭，由于它對(duì)硬盤的設(shè)計(jì)造成不便，很快就被一種分離式結(jié)構(gòu)的MR磁頭替代。但隨著單碟容量的不斷增加，MR磁頭也到了讀取的極限。這樣人們很快就意識(shí)到GMR材料的重要性。1994年，IBM公司首次把GMR材料用于制造GMR自旋閥結(jié)構(gòu)讀出磁頭(GMRSV)，當(dāng)年就獲得了每平方英寸10億位(1Gb/平方英寸)的HDD面密度世界紀(jì)錄，1995～1996年，IBM產(chǎn)的HDD面密度繼續(xù)領(lǐng)先，達(dá)到了5Gb/平方英寸。這些新技術(shù)、新產(chǎn)品給IBM公司帶來(lái)了上百億美元的收入。近年來(lái)，研究人員通過(guò)引入納米厚度的氧化物反射層和人造反鐵磁耦合技術(shù)對(duì)GMR磁頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使HDD的面密度迅速提高到100Gb/平方英寸的數(shù)量級(jí)。硬盤的體積越來(lái)越小，容量越來(lái)越大，轉(zhuǎn)換信號(hào)的清晰度越來(lái)越高，從而引發(fā)了硬盤容量與質(zhì)量的根本變革。

再講講GMR在計(jì)算機(jī)內(nèi)存方面的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。內(nèi)存用來(lái)存放計(jì)算機(jī)正在使用(或執(zhí)行中)的數(shù)據(jù)或程序。前些年，內(nèi)存廣泛采用的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)主要是半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)和靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)。但這兩種均為易失性的存儲(chǔ)器，即當(dāng)機(jī)件斷電時(shí)，所存數(shù)據(jù)易丟失。這些年來(lái)，人們用GMR研制成了巨磁電阻隨機(jī)存儲(chǔ)器(MRAM)，它是一種非揮發(fā)性的隨機(jī)存儲(chǔ)器，所謂“非揮發(fā)性”是指關(guān)掉電源后，仍可保持記憶完整，只有在外界的磁場(chǎng)影響下，才會(huì)使它改變存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。運(yùn)用MRAM，大大地降低了器件的生產(chǎn)成本，在容量和運(yùn)行速度上均超過(guò)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。目前IBM、摩托羅拉和西門子等公司都在不斷地研究與推出新一代MRAM。另外，由于MRAM具有抗輻射性能強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，使它在軍事和航空航天中的應(yīng)用有重要意義。它對(duì)民用工業(yè)中的傳真機(jī)、固態(tài)錄像機(jī)等大容量電子存儲(chǔ)器都具有良好的應(yīng)用前景。

最后，還要講講GMR傳感器的廣闊市場(chǎng)。磁傳感器主要用來(lái)檢查磁場(chǎng)的存在、強(qiáng)弱、方向和變化。在GMR傳感器之前，人們主要是用AMR材料制作的傳感器。由于AMR磁電阻率變化小，在檢測(cè)微弱磁場(chǎng)時(shí)受到限制。而巨磁電阻材料制成的傳感器則磁電阻率變化大，能夠?qū)ξ⑷醮艌?chǎng)進(jìn)行傳感，具有抗惡劣環(huán)境的特點(diǎn)；再加上體積小、功耗少，可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，它將逐步取代霍爾傳感器、感應(yīng)線圈傳感器等傳統(tǒng)產(chǎn)品。它在汽車電子技術(shù)、機(jī)電一體化控制、家用電器、衛(wèi)星定位、導(dǎo)航系統(tǒng)以及精密測(cè)量技術(shù)中都具有廣闊的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用價(jià)值。

但是，巨磁電阻效應(yīng)在作用機(jī)理等方面的理論還需要不斷地完善，目前各國(guó)仍有不少科學(xué)家在進(jìn)行研究。早在1996年6月，我國(guó)香山科學(xué)會(huì)議的主題就是“巨磁電阻效應(yīng)的現(xiàn)狀與未來(lái)”，會(huì)議把GMR的研究及應(yīng)用開(kāi)發(fā)列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。中科院物理所“九五”課題“磁膜和微結(jié)構(gòu)”的研究取得了重要成果，當(dāng)時(shí)國(guó)際上發(fā)現(xiàn)的20多種GMR金屬多層膜，其中的3種是該課題組首次發(fā)現(xiàn)的。同時(shí)，南京大學(xué)等高校及中科院技術(shù)研究所等研究機(jī)構(gòu)這些年來(lái)在GMR顆粒膜、大磁矩膜、磁膜隨機(jī)存儲(chǔ)器、薄膜磁頭等項(xiàng)研究都獲得了顯著成果，使我國(guó)具備了GMR基礎(chǔ)研究和器件研制的良好基礎(chǔ)。

幾點(diǎn)啟示

今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給兩位長(zhǎng)期從事基礎(chǔ)研究的科學(xué)家，其意義不僅是因?yàn)樗麄兊陌l(fā)現(xiàn)被廣泛應(yīng)用，造福了人類，而且更重要的意義在于該發(fā)現(xiàn)具有極大的潛力，為我們打開(kāi)了通往自旋電子學(xué)等新領(lǐng)域的大門，推動(dòng)未來(lái)人類社會(huì)信息化的進(jìn)程。從中我們可以得到什么啟示呢?

首先，物理學(xué)作為一門最基礎(chǔ)的自然科學(xué)，它的發(fā)展動(dòng)力是深深地植根于人類對(duì)真理的非功利追求。巨磁電阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)有力地證明，這種非功利的追求給人類帶來(lái)了最大的利益。堅(jiān)持基礎(chǔ)研究，帶動(dòng)應(yīng)用科學(xué)，方能實(shí)現(xiàn)高技術(shù)的創(chuàng)新與突破。

其次，當(dāng)今科研成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技術(shù)，技術(shù)應(yīng)用、實(shí)際生產(chǎn)或社會(huì)發(fā)展中的需求轉(zhuǎn)化為科研課題，這兩種轉(zhuǎn)化互為因果，關(guān)系越來(lái)越緊密，轉(zhuǎn)化的周期也不斷縮短。巨磁電阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn)這一基礎(chǔ)性研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力僅僅間隔6年，在歷史上是罕見(jiàn)的，它是科研成果快速轉(zhuǎn)化為高技術(shù)生產(chǎn)力的一個(gè)范例，說(shuō)明了科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的觀點(diǎn)。

篇2

關(guān)鍵詞：自旋閥；巨磁阻；電流傳感器；霍爾；智能

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）05-00-04

0 引 言

電流傳感器[1]在電力電子應(yīng)用方面主要起測(cè)量、保護(hù)和監(jiān)控的作用，根據(jù)其測(cè)量原理分為直接式和間接式兩類。直接式測(cè)量根據(jù)電流通過(guò)電阻時(shí)在電阻兩端產(chǎn)生的壓降來(lái)確定被測(cè)電流的大小，如分流器就采用這種原理來(lái)測(cè)量直流。分流器的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不受外磁場(chǎng)干擾、性能穩(wěn)定可靠，但缺點(diǎn)是需要接入電路中，且由于分流的材料一般是合金，因此在測(cè)量大電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量；間接式測(cè)量則通過(guò)測(cè)量被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，間接測(cè)量被測(cè)電流的大小。屬于間接式測(cè)量的主要有電流互感器[2]、羅氏線圈電流傳感器[3]、霍爾電流傳器[4]、光纖電流傳感器[5，6]、巨磁阻電流傳感器等[7]。羅氏線圈通過(guò)測(cè)量磁通勢(shì)砣范ū徊獾緦韉拇笮。由于線圈不含磁性材料，沒(méi)有磁滯效應(yīng)和磁飽和現(xiàn)象，但存在靈敏度低、頻帶較窄等問(wèn)題[8]?；魻栯娏鱾鞲衅髦饕鶕?jù)載流半導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)間接測(cè)量，但溫度對(duì)其影響較大，導(dǎo)致精度較低。光纖電流傳感器通過(guò)測(cè)量偏振光在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的角度來(lái)檢測(cè)電流大小，因采用光纖作為傳感介質(zhì)，故在絕緣性、抗電磁干擾、可靠性等方面優(yōu)勢(shì)明顯，但易受振動(dòng)干擾[9]。間接式測(cè)量相比直接式測(cè)量具有精度更高、線性度更好的特點(diǎn)，是目前電流傳感器研究的主要方向。

物聯(lián)網(wǎng)的興起，表明智能傳感器是當(dāng)今傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向，傳統(tǒng)的電流傳感器已無(wú)法完全滿足市場(chǎng)的需要。在電流檢測(cè)方面，巨磁阻傳感器[10]與其他類型的傳感器相比，具有能夠測(cè)量直流高頻（MHz量級(jí)）電流信號(hào)、測(cè)量范圍寬、靈敏度高和體積小等優(yōu)點(diǎn)，尤其是巨磁阻傳感器能夠測(cè)量直流電流，對(duì)于直流輸電系統(tǒng)中直流的檢測(cè)極為有利[11，12]。本文基于巨磁阻傳感器靈敏度高、溫漂小和ZigBee在組網(wǎng)、無(wú)線傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢(shì)提出了一種智能直流電流傳感器設(shè)計(jì)方案，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電流傳感器在靈敏度、溫度穩(wěn)定性、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等方面的不足。

1 智能電流傳感器設(shè)計(jì)框架

智能電流傳感器分為巨磁阻電流傳感器和ZigBee智能傳輸模塊，其工作原理圖如圖1所示。巨磁阻電流傳感器負(fù)責(zé)將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，其反饋電阻與智能無(wú)線傳輸模塊的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)相連；監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主要采集巨磁阻電流傳感器的反饋電阻兩端電壓，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，待轉(zhuǎn)化完成后，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器與計(jì)算機(jī)通過(guò)串口連接，將收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)算機(jī)，并在計(jì)算機(jī)上顯示出來(lái)。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電流的非接觸測(cè)量和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

2 智能電流傳感器電路設(shè)計(jì)

智能無(wú)線傳輸模塊采用的ZigBee芯片是CC2530[13，14]，其電路主要由晶振電路、電源電路、RF電路等構(gòu)成，電路結(jié)構(gòu)較為常見(jiàn)。巨磁阻電流傳感器分為如下四部分：

（1）巨磁阻傳感器及磁芯將傳感器感應(yīng)的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；

（2）放大電路將微弱的傳感器輸出電壓信號(hào)進(jìn)行放大；

（3）功率放大電路將放大后的電壓信號(hào)進(jìn)一步放大并提供反饋電流；

（4）反饋電路利用磁平衡原理，被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)反饋電流進(jìn)行補(bǔ)償，使磁芯始終處于零磁通工作狀態(tài)。巨磁阻電流傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 巨磁阻電流傳感器結(jié)構(gòu)圖

電流傳感器的工作電壓為±12 V，由穩(wěn)壓電源提供。VA100F3[15，16]是一款自旋閥材料的巨磁阻芯片，將VA100F3放在開(kāi)有氣隙的磁環(huán)的氣隙里，并用膠水加以固定（巨磁阻傳感器與磁環(huán)的相對(duì)位置不能改變，否則會(huì)影響傳感器輸出電壓的大小）。巨磁阻傳感器的差分輸出信號(hào)接到儀表放大器AD620的差分輸入引腳。放大器的增益可以通過(guò)1腳和8腳之間的電位器進(jìn)行控制。儀表放大器的輸出信號(hào)接至功率放大器LM3886TF，功率放大器的輸出接反饋線圈，該反饋線圈繞在磁環(huán)上，在反饋線圈的末端接一個(gè)10 Ω的反饋電阻并接地，通過(guò)測(cè)量反饋電阻兩端的電壓，計(jì)算反饋線圈中的電流，進(jìn)而推算出穿過(guò)磁環(huán)的被測(cè)電流的大小。電流傳感器電路圖如圖3所示。

2.1 巨磁阻傳感器

設(shè)計(jì)中選擇VA100F3型巨磁阻傳感器，采用惠斯通電橋結(jié)構(gòu)[17]，具有測(cè)量范圍寬、靈敏度高、磁滯小、溫漂低和線性度好等特點(diǎn)。巨磁阻芯片特性曲線如圖4所示，輸出電壓范圍為-60～60 mV，封裝為TO94，該封裝放入磁環(huán)氣隙中占位置比較小。VA100F3采用電壓供電，工作電壓為±5V，±5 V的電壓由±12 V的電壓經(jīng)LM7805和LM7905電源芯片得到。VA100F3的1腳和3腳是控制輸入端，2腳和4腳為電壓輸出端。巨磁阻傳感器可將磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。傳感器輸出電壓為：

VH=KHB （1）

式中，KH為巨磁阻傳感器的靈敏度，單位為mV/mT；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為mT。從圖4中可以得到KH的取值范圍。

圖4 巨磁阻芯片特性曲線

在本設(shè)計(jì)中，將巨磁阻傳感器放進(jìn)開(kāi)有氣隙的磁環(huán)的氣隙里，并將傳感器和磁環(huán)固定，以獲得穩(wěn)定的輸出電壓信號(hào)。磁場(chǎng)B的大小根據(jù)安培環(huán)路定律得：

（2）

其中，l為路徑長(zhǎng)度；N為路徑包圍的通電導(dǎo)線的匝數(shù)；μ0為真空磁導(dǎo)率；I為通過(guò)的電流。

根據(jù)安培回路定律，被測(cè)導(dǎo)線和磁場(chǎng)的關(guān)系為：

（3）

式中，H1表示磁環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度；H2表示氣隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度；r0為平均半徑，r0=（r+R）/2；I0為被測(cè)電流；磁環(huán)氣隙寬度為d。由式（3）得：

（4）

由于磁環(huán)磁導(dǎo)率μ遠(yuǎn)大于真空磁導(dǎo)率μ0，上式可以簡(jiǎn)化為：

（5）

設(shè)N=1，代入式（1）可得：

（6）

由式（6）可知，輸出電壓與被測(cè)導(dǎo)線的電流成正比，而且磁環(huán)氣隙越小，巨磁阻傳感器輸出電壓越大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)磁環(huán)氣隙應(yīng)以卡住傳感器為宜。

2.2 放大電路

由巨磁阻傳感器將磁環(huán)收集到的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為弱電壓信號(hào)，輸出一般為幾十毫伏，需對(duì)其進(jìn)行放大。文中采用AD620儀表放大器，通過(guò)改變電阻來(lái)改變放大倍數(shù)（1～1000）。AD620的1腳和8腳跨接1個(gè)10 kΩ電位器S1和1個(gè)75Ω的電阻R1來(lái)調(diào)整放大倍數(shù)。如果需要改變放大倍數(shù)，則可以調(diào)節(jié)S1。AD620的引腳4和7分別接-5 V和+5 V的工作電壓，并各自接有0.01 μF的旁路電容至地，用來(lái)過(guò)濾交流成分，使輸出更平滑；輸入引腳3和2分別接巨磁阻傳感器的引腳4和2；引腳6輸出放大后的電壓值；引腳5為參考電壓，一般接地，在設(shè)計(jì)中接了一個(gè)可調(diào)電壓，可通過(guò)調(diào)整電位器S2的電壓來(lái)改變參考電壓。由于巨磁阻傳感器靈敏度較高，環(huán)境中的磁場(chǎng)干擾對(duì)其影響比較嚴(yán)重，在被測(cè)電流為零時(shí)，巨磁阻傳感器會(huì)有一個(gè)輸出，該輸出可通過(guò)調(diào)節(jié)S2來(lái)改善。AD620的輸出電壓V0與輸入電壓V1、V2的關(guān)系如式（7）所示：

（7）

具體改善零點(diǎn)漂移的方法是：在測(cè)試開(kāi)始之前，如果V0不等于零，則通過(guò)調(diào)節(jié)S2改變VREF的大小使得V0為零。該方式理論上可以完全消除零點(diǎn)漂移，但實(shí)際操作時(shí)受電位器的精度影響，能明顯改善零點(diǎn)漂移狀況。

2.3 功率放大電路

巨磁阻傳感器的輸出電壓信號(hào)經(jīng)儀表放大器之后的輸出不足以驅(qū)動(dòng)次級(jí)線圈的負(fù)載，此時(shí)需加一個(gè)功率放大器進(jìn)行放大，使反饋電路能夠正常工作。設(shè)計(jì)中采用的功率放大器為L(zhǎng)M3886TF，LM886TF的引腳10和引腳9是信號(hào)輸入引腳，引腳10與AD620的輸出信號(hào)相連，引腳9接地，9腳和10腳接一個(gè)電容，與R9形成低通濾波，消除輸入的殘余高頻，使輸入信號(hào)更加光滑，減小功率放大器的不必要功耗，同時(shí)還可以消除電路自激；引腳1和引腳5分別接+24 V和-24 V工作電壓。引腳8為mute腳，接低電平表示為靜音狀態(tài)。引腳3為功率放大器的輸出引腳，最大輸出電流為400 mA，與反饋電阻相連。

2.4 反饋電路

反饋電路主要由反饋線圈和反饋電阻構(gòu)成，以平衡被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。平衡磁場(chǎng)的原理為：被測(cè)電流通過(guò)磁環(huán)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，由反饋線圈的電流進(jìn)行補(bǔ)償，使磁環(huán)始終處于零磁通工作狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)電流通過(guò)磁環(huán)，反饋電流尚未形成時(shí)，巨磁阻傳感器感應(yīng)到磁場(chǎng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)，經(jīng)放大級(jí)放大后，推動(dòng)驅(qū)動(dòng)級(jí)產(chǎn)生反饋電流，由于反饋線圈的存在，反饋電流不會(huì)發(fā)生突變，而是逐漸上升，反饋電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)補(bǔ)償了部分被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。因此，巨磁阻傳感器輸出降低，反饋電流上升減慢。當(dāng)反饋電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)完全補(bǔ)償了被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，磁環(huán)磁場(chǎng)為零，巨磁阻傳感器輸出為零。 但由于線圈的緣故，反饋電流還會(huì)上升，補(bǔ)償過(guò)沖，巨磁阻傳感器輸出發(fā)生變化，反饋電流減小，如此反復(fù)在平衡點(diǎn)附近振蕩?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量反饋電阻兩端的電壓，間接計(jì)算出被測(cè)電流。

3 智能電流傳感器穩(wěn)態(tài)誤差

智能電流傳感器是基于負(fù)反饋的一種運(yùn)用，從負(fù)反饋的角度分析，可以更好地改善其性能，電流傳感器的系統(tǒng)反饋框圖如圖5所示。BP是被測(cè)電流在磁芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BS是次級(jí)電流IS在磁芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BH是被測(cè)電流與反饋電流在磁芯中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度差，KH是巨磁阻傳感器的靈敏度系數(shù)，G（s）是巨磁阻傳感器輸出電壓VH進(jìn)一步處理的放大電路及功率放大電路的傳遞函數(shù)。RM、RS、SLS分別是串聯(lián)次級(jí)線圈的測(cè)量電阻、次級(jí)線圈的電阻以及次級(jí)線圈電感的阻抗，三者共同構(gòu)成了功率放大器的負(fù)載。BS與IS的比值定義為KS[18]。

該反饋系統(tǒng)的理論誤差為：

（8）

由式（7）可知，該穩(wěn)態(tài)誤差只能減小而不能消除，這也說(shuō)明了巨磁阻電流傳感器并非真正工作在零磁通狀態(tài)，正是由于穩(wěn)態(tài)誤差的存在，使得巨磁阻傳感器能夠不斷感應(yīng)到磁場(chǎng)使后續(xù)部分工作。該誤差產(chǎn)生的原因是磁芯和線圈的消耗。巨磁阻傳感器的靈敏度高，KH大可以有效減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；選用磁導(dǎo)率高，直徑小的磁環(huán)或減小負(fù)載均能改善傳感器的性能，提高傳感器的精度[19]。

忽略系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差可得到式 （9）， NP為被測(cè)電流的匝數(shù)，NS為次級(jí)線圈的匝數(shù)。

（9）

進(jìn)一步化簡(jiǎn)可得式（10），通過(guò)測(cè)量RM的電壓Vout即可求出被測(cè)電流IP。

（10）

4 測(cè)試結(jié)果分析

在25℃的溫度下，使用穩(wěn)壓電源以及安捷倫電流源進(jìn)行測(cè)試，用直流穩(wěn)壓電源為電流傳感器提供12 V的工作電壓；用安捷倫E3631A型直流電源提供0～5 A的被測(cè)電流。步長(zhǎng)為50 mA，從0 A逐漸增加到5 A。用ZigBee智能無(wú)線傳輸模塊測(cè)量反饋電阻的電壓并⑵浞⑺透計(jì)算機(jī)，從計(jì)算機(jī)上得到測(cè)量數(shù)據(jù)。部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所列。

25℃直流數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果如圖6所示。三角表示理論輸出值，方塊表示實(shí)際測(cè)量值。在零輸入情況的輸出是由外界磁場(chǎng)干擾產(chǎn)生的，外界磁場(chǎng)主要包括地磁場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室各種器件產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)調(diào)節(jié)AD620的參考電壓來(lái)抵消外界磁場(chǎng)干擾產(chǎn)生的輸出電壓，實(shí)際運(yùn)用時(shí)可對(duì)巨磁阻電流傳感器進(jìn)行屏蔽處理，否則會(huì)因環(huán)境的不同而產(chǎn)生不同的輸出，影響測(cè)量結(jié)果。25℃校正后的直流數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果如圖7所示，相比圖6傳感器的零點(diǎn)漂移有了明顯改善。從圖7中可以看出兩條線基本處于平行狀態(tài)，因此巨磁阻電流傳感器的線性度較好，計(jì)算表明線性度優(yōu)于0.05%。

通過(guò)增長(zhǎng)率的變化可判斷電流傳感器性能的穩(wěn)定性。理論增長(zhǎng)率取決于反饋線圈匝數(shù)和反饋電阻的比值，K=N/R。對(duì)1 A的測(cè)試電流進(jìn)行50次測(cè)試，根據(jù)I=KV得到測(cè)試增長(zhǎng)率K，圖8所示為實(shí)際測(cè)量與理論增長(zhǎng)率的對(duì)比圖，從圖中可以看出測(cè)試增長(zhǎng)率變化較小，穩(wěn)定性較好。由于計(jì)算過(guò)程中忽略了穩(wěn)態(tài)誤差，以此測(cè)試的K值比理論的K值大。測(cè)試電阻隨溫度的升高而變大，使得測(cè)試增長(zhǎng)率呈現(xiàn)變小的趨勢(shì)。選擇溫度穩(wěn)定性較好的電阻元件可以進(jìn)一步提高電流傳感器的性能。

5 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)表明，基于巨磁阻傳感器的智能電流傳感器測(cè)量直流的方案是可行的，該傳感器具有較好的靈敏度和線性度，解決了磁飽和、零點(diǎn)漂移、溫度穩(wěn)定性差等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電的非接觸測(cè)量和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。測(cè)試結(jié)果表明，該智能電流傳感器可測(cè)量幾十毫安至幾安的直流電流，其靈敏度為103.5 mV/A，線性度優(yōu)于0.05%?？蛇M(jìn)一步通過(guò)軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣邆鞲衅鞯木取?/p>

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篇3

一、 通過(guò)閱讀材料能獲得未知信息和進(jìn)行歸納總結(jié)

例1 （2010年鹽城）閱讀短文，回答問(wèn)題：

巨磁電阻效應(yīng)

1988年阿爾貝•費(fèi)爾和彼得•格林貝格爾發(fā)現(xiàn)，在鐵、鉻相間的三層復(fù)合膜電阻中，微弱的磁場(chǎng)可以導(dǎo)致電阻大小的急劇變化，這種現(xiàn)象被命名為“巨磁電阻效應(yīng)”.

更多的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，并非任意兩種不同種金屬相間的三層膜都具有“巨磁電阻效應(yīng)”．組成三層膜的兩種金屬中，有一種是鐵、鈷、鎳這三種容易被磁化的金屬中的一種，另一種是不易被磁化的其他金屬，才可能產(chǎn)生“巨磁電阻效應(yīng)”.

進(jìn)一步研究表明，“巨磁電阻效應(yīng)”只發(fā)生在膜層的厚度為特定值時(shí)．用R0表示未加磁場(chǎng)時(shí)的電阻，R表示加入磁場(chǎng)后的電阻，科學(xué)家測(cè)得鐵、鉻組成的復(fù)合膜R與R0之比與膜層厚度d（三層膜厚度均相同）的關(guān)系如乙圖所示.

1994年IBM公司根據(jù)“巨磁電阻效應(yīng)”原理，研制出“新型讀出磁頭”，將磁場(chǎng)對(duì)復(fù)合膜阻值的影響轉(zhuǎn)換成電流的變化來(lái)讀取信息.

（1） 以下兩種金屬組成的三層復(fù)合膜可能發(fā)生“巨磁電阻效應(yīng)”的是_____.

A． 銅、銀 B． 鐵、銅

C． 銅、鋁 D． 鐵、鎳

（2）對(duì)鐵、鉻組成的復(fù)合膜，當(dāng)膜層厚度是1.7nm時(shí)，這種復(fù)合膜電阻_____（選填“具有”或“不具有”）“巨磁電阻效應(yīng)”.

（3） “新型讀出磁頭”可將微弱的________信息轉(zhuǎn)化為電信息.

（4） 鐵、鉻組成的復(fù)合膜，發(fā)生“巨磁電阻效應(yīng)”時(shí)，其電阻R比未加磁場(chǎng)時(shí)的電阻R0

（選填“大”或“小”）得多.

（5） 丙圖是硬盤某區(qū)域磁記錄的分布情況，其中1表示有磁區(qū)域，0表示無(wú)磁區(qū)域．將“新型讀出磁頭”組成如圖所示電路，當(dāng)磁頭從左向右勻速經(jīng)過(guò)該區(qū)域過(guò)程中，電流表讀數(shù)變化情況應(yīng)是丁圖中的解析本題屬于典型的材料閱讀題，學(xué)生閱讀后，對(duì)文中的一些現(xiàn)象說(shuō)明原因，或者提出一些相關(guān)的現(xiàn)象讓學(xué)生進(jìn)行思考回答.這類閱讀題不僅要求學(xué)生掌握知識(shí)，還要求學(xué)生能夠根據(jù)掌握的知識(shí)去解釋一些現(xiàn)象.給出的閱讀材料，讓學(xué)生從材料中找出與物理相關(guān)的現(xiàn)象，并說(shuō)出該物理現(xiàn)象的物理原理或道理，重點(diǎn)考察了學(xué)生所學(xué)物理知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用，讓學(xué)生會(huì)使用物理知識(shí)去解釋一些現(xiàn)象.

二、 通過(guò)閱讀材料關(guān)注科技熱點(diǎn)

例2 （2010年福州）請(qǐng)仔細(xì)閱讀下文，并回答文后問(wèn)題.

納米陶瓷

納米陶瓷作為高新科技材料應(yīng)用廣泛.貼于“神舟七號(hào)”飛船外表面的“太空”納米陶瓷，具有永久、穩(wěn)定的防靜電性能，且有耐磨、耐腐蝕、耐高溫、防滲透等特點(diǎn).采用氧化鋯材料精制而成的納米陶瓷刀，具有金屬刀無(wú)元法比擬的優(yōu)點(diǎn)：刀刃鋒利，能切割鋼鐵等物質(zhì).能削出如紙一樣薄的肉片；硬度高，其耐磨性是金屬刀的60倍；完全無(wú)磁性；不生銹變色，健康環(huán)保；可耐各種酸堿有機(jī)物的腐蝕；為全致密材料，無(wú)孔隙、不沾污、易清潔.納米陶瓷充分體現(xiàn)新世紀(jì)、新材料的綠色環(huán)保概念，是高新技術(shù)為現(xiàn)代人奉獻(xiàn)的又一杰作.

（1） “神舟七號(hào)”飛船與空氣摩擦呈熾熱狀態(tài)時(shí)，飛船艙不至于被燒毀的原因之一是飛船外表面的陶瓷具有_____的特點(diǎn).

（2） 納米陶瓷刀_____（選填“能”或“不能”）被磁化.它的耐磨性好，是因?yàn)樗?______高.

（3） 圖是納米陶瓷刀、合金鋼刀、普通菜刀磨損程度隨時(shí)間變化的曲線，其中反映納米陶瓷刀磨損特點(diǎn)的是曲線_____（填字母）.

解析高科技熱點(diǎn)在試題中的滲透，是中考物理命題的一個(gè)新趨向.學(xué)生通過(guò)閱讀材料對(duì)我國(guó)高科技發(fā)展的水平有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，喚起學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義的熱情，激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感.對(duì)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)科學(xué)及其相關(guān)科學(xué)技術(shù)對(duì)于社會(huì)發(fā)展、自然環(huán)境及人類生活的影響，具有十分重要的意義.

解答材料閱讀題的過(guò)程由四步組成：一處理材料中反映的信息，包括丟棄與問(wèn)題無(wú)關(guān)的干擾材料，找到有用的材料信息，并使之跟物理知識(shí)發(fā)生聯(lián)系；二純化材料信息，是把題目中的日常生活、生產(chǎn)或現(xiàn)代科技背景抽去，純化為物理過(guò)程；三為確定解題方法或建立解題模型；四列式求解.其中一、二兩步是解答材料閱讀題成敗的關(guān)鍵.要解答好材料閱讀題，就要求我們平時(shí)關(guān)注科學(xué)，增加課外閱讀量；聯(lián)系實(shí)際，拓寬視野，直面現(xiàn)實(shí)生活中的物理問(wèn)題，學(xué)以致用；活化物理基本知識(shí)，注重基本素質(zhì)和能力的培養(yǎng).

參考答案

例1（1）B（2）具有（3）磁（4）?。?）B

篇4

一、分析電路的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題

例1（2007?煙臺(tái)）如圖1所示的電路中（電源電壓不變），閉合開(kāi)關(guān)S后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片自左向右移動(dòng)時(shí)，下列判斷中正確的是（）

A． 電流表的示數(shù)不變，電壓表的示數(shù)不變

B． 電流表的示數(shù)變大，電壓表的示數(shù)變小

C． 電流表的示數(shù)變大，電壓表的示數(shù)變大

D． 電流表的示數(shù)變小，電壓表的示數(shù)不變

解析：閉合電鍵S后，兩電阻并聯(lián)，電壓表讀數(shù)保持不變。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片自左向右移動(dòng)時(shí)，變阻器的有效電阻變大，根據(jù)歐姆定律可判斷，電流表測(cè)量的R2電流變小。所以D項(xiàng)正確。

例2（2008?煙臺(tái)）如圖2所示，電源電壓不變，閉合開(kāi)關(guān)S后，滑動(dòng)變阻器滑片自a向b移動(dòng)的過(guò)程中（）

解析：閉合開(kāi)關(guān)S后，兩電阻串聯(lián)，V1測(cè)量R1的電壓，V2測(cè)量R2的電壓。滑動(dòng)變阻器滑片自a向b移動(dòng)的過(guò)程中，總電阻變大，電流強(qiáng)度變小，V1的讀數(shù)變小，根據(jù)V2的讀數(shù)等于總電壓減去V1的讀數(shù)判斷V2字?jǐn)?shù)變大。所以D項(xiàng)正確。

點(diǎn)評(píng)：電路的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題可謂牽一發(fā)而動(dòng)全身，判斷時(shí)先分析電路的組成和連接方式，然后根據(jù)電阻的變化判斷電流的變化和電壓的變化，在整個(gè)過(guò)程中要盯牢不變量。以上兩例中的電源總電壓保持不變，判斷時(shí)要以不變應(yīng)萬(wàn)變。

二、測(cè)定小燈泡的功率實(shí)驗(yàn)

例1（2007?重慶）某同學(xué)做“測(cè)定一個(gè)小燈泡的功率”的實(shí)驗(yàn)，所用燈泡的額定電壓是2.2 V。

（1）如圖3是他實(shí)驗(yàn)的電路，但連接不完整，請(qǐng)你幫他完成電路的連接。

（2）電路連接完整后，當(dāng)向右移動(dòng)變阻器的滑片P時(shí)，電壓表的示數(shù)將_________，電流表的示數(shù)將_________。（填變化情況）。

（3）實(shí)際實(shí)驗(yàn)的有關(guān)記錄與計(jì)算如下表：

該同學(xué)注意到燈的亮度變化是：第二次比第一次暗，第三次比第一次更亮。你認(rèn)為，根據(jù)他觀察的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可得出一些什么結(jié)論呢？請(qǐng)說(shuō)出兩點(diǎn)（這兩點(diǎn)的意思應(yīng)不同）：

①__________________________________________；

②__________________________________________。

（4）他還注意到，這個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄也可以用來(lái)計(jì)算燈絲的電阻，并完成了有關(guān)計(jì)算如下表格：

這位同學(xué)有些納悶兒：導(dǎo)體的電阻不是與電壓、電流無(wú)關(guān)嗎？怎么三次計(jì)算的燈絲電阻卻不一樣呢？請(qǐng)你對(duì)此做出兩種可能性的解釋：

①__________________________________________；

②__________________________________________。

解析：（1）如圖4所示。

（2）向右移動(dòng)變阻器的滑片P時(shí)，總電阻變小，所以電流變大，燈泡兩端的電壓也變大。

（3）①燈泡兩端電壓越大，功率越大；②功率越大，燈越亮。

（4）①可能實(shí)驗(yàn)有誤差；②可能電阻與溫度有關(guān)。

例2（2008?揚(yáng)州）在測(cè)量“小燈泡的功率”中，所用小燈泡的額定電壓是3.8 V。

（1）圖5是小崗?fù)瑢W(xué)沒(méi)有連接完的實(shí)物電路，請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線幫他將電路連接完整。

（2）閉合開(kāi)關(guān)，小崗發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光很亮，其操作存在的問(wèn)題是__________________。

（3）糾正上述操作后，小崗測(cè)出三組數(shù)據(jù)，記錄在下表中，第二次中的功率數(shù)據(jù)忘記處理了，請(qǐng)你幫他把數(shù)值填入表中的空格內(nèi)。

（4）該實(shí)驗(yàn)測(cè)出三組數(shù)據(jù)的目的是______________。

（5）小崗根據(jù)測(cè)出的三組數(shù)據(jù)求出各次電阻，發(fā)現(xiàn)燈泡在不同電壓下的電阻值不同，這是因?yàn)闊襞莸碾娮柚蹬c________________的變化有關(guān)。

解析：（1）見(jiàn)圖6。（2）滑動(dòng)變阻器的阻值沒(méi)有調(diào)到最大。（3）根據(jù)P=UI算出功率為1.14 W。（4）此類小燈泡在不同電壓時(shí)的功率（或小燈泡在不同亮度時(shí)的功率）。（5）溫度。

點(diǎn)評(píng)：伏安法測(cè)量電阻（功率）所需器材、電路的連接、故障判斷、電表讀數(shù)等都是電學(xué)實(shí)驗(yàn)中必須掌握的基本技能，涵蓋電學(xué)中的很多重要知識(shí)，所以成為電學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查熱點(diǎn)。此類問(wèn)題的連接電路（電鍵斷開(kāi)、滑動(dòng)變阻器滑片放到阻值最大）、故障分析、電表讀數(shù)等試題都是萬(wàn)變不離其宗。

三、圍繞磁感線問(wèn)題

例1（2007?濰坊）圖7中小磁針的指向正確的是（）

解析：根據(jù)安培定則判斷，ABCD四圖螺旋管的左側(cè)都為N。因?yàn)槁菪艿拇鸥芯€與條形磁鐵相似，其周圍的磁感線都是從N極出來(lái)，回到S極，而小磁針的N極受力方向與磁感線切線方向一致，所以ABC選項(xiàng)正確。

例2（2008?溫州）圖8中能正確表示條形磁鐵磁場(chǎng)的磁感線的是（）

解析：磁鐵周圍的磁感線都是從N極出來(lái)，回到S極，磁感線不相交，所以C項(xiàng)正確。

點(diǎn)評(píng)：不管是磁鐵還是通電螺旋管，由于他們的磁感線具有相似的特性，所以據(jù)此可以做些文章，如上題的利用小磁針進(jìn)行判斷。

四、圍繞電磁應(yīng)用問(wèn)題

例1（2007?金華）如圖9所示實(shí)驗(yàn)裝置中，彈簧測(cè)力計(jì)下面掛著條形鐵塊，螺線管中插有鐵芯，開(kāi)關(guān)S撥在觸點(diǎn)②位置且電流表示數(shù)為I。要使彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大，下列操作方法能夠?qū)崿F(xiàn)的是（）

A． 開(kāi)關(guān)S位置不動(dòng)，將鐵芯從螺線管中取出

B． 開(kāi)關(guān)S位置不動(dòng)，將滑片P向a端滑動(dòng)

C． 將開(kāi)關(guān)S撥到①位置，并通過(guò)調(diào)節(jié)仍使電流表示數(shù)為I

D． 將開(kāi)關(guān)S撥到③位置，并通過(guò)調(diào)節(jié)仍使電流表示數(shù)為I

解析：題中的“要使彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大”就是電磁鐵的磁性變強(qiáng)，使通過(guò)電磁鐵的電流變大或電流相同的情況下匝數(shù)變多即可達(dá)到這個(gè)目的。所以C選項(xiàng)正確。

例2（2008?連云港）法國(guó)科學(xué)家阿爾貝?費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得?格林貝格爾由于發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻（GMR）效應(yīng)，榮獲了2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。如圖10是研究巨磁電阻特性的原理示意圖。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閉合S1、S2后使滑片P向左滑動(dòng)過(guò)程中，指示燈明顯變亮，則下列說(shuō)法正確的是（）

A． 電磁鐵右端為N極

B． 滑片P向左滑動(dòng)過(guò)程中電磁鐵的磁性減弱

C． 巨磁電阻的阻值隨磁場(chǎng)的增強(qiáng)而明顯增大

D． 巨磁電阻的阻值隨磁場(chǎng)的增強(qiáng)而明顯減小

解析：當(dāng)閉合S1、S2后使滑片P向左滑動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)電磁鐵的電流增大，所以電磁鐵的磁性增強(qiáng)，根據(jù)安培定則判斷電磁鐵的左端為N極。指示燈變亮，說(shuō)明巨磁電阻（GMR）的阻值變小，因此D項(xiàng)是正確的。

點(diǎn)評(píng)：以上兩題都是圍繞電磁鐵這個(gè)應(yīng)用性較強(qiáng)的器材結(jié)合其他的知識(shí)進(jìn)行考查的。例1涉及到磁化、鐵塊的平衡等問(wèn)題，較好地考查了學(xué)生的綜合分析能力。例2涉及到新的科技問(wèn)題，較好地考查了學(xué)生的閱讀、推理、分析等能力。雖然側(cè)重點(diǎn)不同，對(duì)電磁鐵的磁性問(wèn)題的考查目的卻是一致的。

1． （2008?蕪湖）科學(xué)研究經(jīng)常需要猜想與假設(shè)。合理的猜想與假設(shè)不是主觀臆測(cè)，它總伴隨著理性的分析和科學(xué)的思考，并有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。19世紀(jì)20年代，以塞貝克為代表的科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到：溫度差會(huì)引起電流。安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽(yáng)照射后地球正面與背面的溫度差，于是提出如下假設(shè)：地球磁場(chǎng)是由繞地球的環(huán)形電流引起的。若規(guī)定地磁場(chǎng)N極與S極在地球表面的連線稱為“磁子午線”（如圖11所示），則安培假設(shè)中的電流方向應(yīng)該是（）

A． 由西向東垂直磁子午線

B． 由東向西垂直磁子午線

C． 由南向北沿磁子午線

篇5

[關(guān)鍵詞]丹參；紅花；藥對(duì)；數(shù)據(jù)挖掘；組方規(guī)律；中醫(yī)方劑大辭典；中醫(yī)傳承輔助平臺(tái)

[Abstract]In this study， formulas containing Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma-Carthami Flos in the database of Dictionary of Chinese Medicine Prescription （DCMP） were extracted by using traditional Chinese medicine inheritance support system （TCMISS）. The drugs pairs and formula composition rules were analyzed with data mining methods， such as association rules， improved mutual information method and complex system entropy clustering. Totally 39 formulas were included in this study and involved 280 Chinese medicines. The top 5 Chinese medicines most frequently used were Danggui （Angelica sinensis）， Chuanxiong （Ligusticum chuanxiong）， Xiangfu （Cyperi Rhizoma）， Baishao（Radix Paeoniae Alba）， Taoren（Prunus persica） and Shengdihuang （Radix Rehmanniae Recens）. Six core medicinal pairs were obtained through clustering analysis， namely Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Xiangfu （Cyperi Rhizoma）-Honghua （Carthami Flos）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Honghua （Carthami Flos）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Danggui （A. sinensis）-Xiagnfu （Cyperi Rhizoma）-Honghua （Carthami Flos）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Danggui （A. sinensis）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Honghua （Carthami Flos）， Honghua （Carthami Flos）-Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Danggui （A. sinensis）， Danshen （Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）-Baishao （Radix Paeoniae Alba）-Honghua （Carthami Flos）-Danggui （A. sinensis）. The support degree was set at 11 （38.46%）， with a confidence coefficient of 80%， and then 38 associated pairs were screened. These results suggested that Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma， Carthami Flos is often combined with herbs for activating blood and promoting circulation of qi to treat gynecopathy， stasis blood pain syndrome， stroke and other syndromes.

[Key words]Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma； Carthami Flos； medicine pair； data mining； medication regularity； Dictionary of Chinese Medicine Prescription； traditional Chinese medicine inheritance support system

丹參、紅花是著名的活血藥對(duì)，經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)在活血化瘀方中，丹參為唇形科植物Salvia miltrorrhiza Bge.的干燥根及根莖，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，列為上品，味苦性微寒，具有活血通經(jīng)、清心除煩、消腫等功效；紅花為菊科植物Carthamus tinctorius L.的干燥管狀花，始載于《開(kāi)寶本草》，味辛微苦性溫，具有活血通經(jīng)、祛瘀止痛作用，為活血化瘀要藥。兩者均歸心肝二經(jīng)，丹參性寒主降，行而不傷，有利于營(yíng)血新生；紅花性溫主升，補(bǔ)而兼行、補(bǔ)而兼通，二者一寒一溫、一升一降，相輔相成，共奏活血通絡(luò)、祛瘀止痛之功[1]。為了進(jìn)一步了解丹參、紅花藥對(duì)組合的臨床應(yīng)用，本文對(duì)匯集上自秦漢、下迄現(xiàn)代（1986年）所有有方名醫(yī)方的《中醫(yī)方劑大辭典》[2]中含有丹參、紅花方劑進(jìn)行了整理、挖掘，并對(duì)其主治病證、常用配伍組合等進(jìn)行分析，以期為其臨床應(yīng)用及深入開(kāi)發(fā)提供參考與借鑒。

1資料與方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所中藥新藥設(shè)計(jì)課題組構(gòu)建的《中醫(yī)方劑大辭典》數(shù)據(jù)庫(kù)。其數(shù)據(jù)庫(kù)中出現(xiàn)的藥物名稱嚴(yán)格按照2010年版《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)正名，其中暫未收錄的藥物，均使用統(tǒng)一名稱。

1.2數(shù)據(jù)分析

通過(guò)“中醫(yī)傳承輔助平臺(tái)”系統(tǒng)軟件（由中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所與中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)）[3]中“統(tǒng)計(jì)報(bào)表”“數(shù)據(jù)分析”模塊中的“方劑分析”功能，進(jìn)行主治疾病統(tǒng)計(jì)、組方配伍及用藥特點(diǎn)的分析。在“指定中藥”項(xiàng)中輸入“丹參”，提取出包含丹參的全部方劑，再次在“指定中藥”項(xiàng)中輸入“紅花”，點(diǎn)擊“結(jié)果中查詢”提取出包含丹參、紅花的全部方劑。將含丹參、紅花方劑中主治疾病統(tǒng)計(jì)的頻次從大到小排序，進(jìn)行疾病分布情況分析。設(shè)置“支持度”（表示在所有方劑中藥物同時(shí)出現(xiàn)的頻次占總處方數(shù)的百分比），調(diào)整“置信度”（表示A藥出現(xiàn)時(shí)，B藥出現(xiàn)的概率），根據(jù)藥物在處方中的使用頻次及該藥與其他藥物相互配伍的關(guān)聯(lián)度，獲得核心方藥物組成。

2結(jié)果

2.1中醫(yī)疾病情況分析

《中醫(yī)方劑大辭典》收載含丹參方劑834首，治療疾病共425種，其中頻次>5的有21種；含紅花方劑1 385首，治療疾病共751種，其中頻次≥10的有21種，具體見(jiàn)表1，2。以丹參、紅花藥對(duì)出現(xiàn)的方劑共39首，治療疾病涉及45種，主要以婦科病、瘀血疼痛證、中風(fēng)等為治療病證。

2.2含丹參、紅花方劑組方規(guī)律及用藥特點(diǎn)分析

2.2.1用藥模式分析39首方劑涉及280味中藥，常用的藥物（頻次≥10）為丹參（39）、紅花（39）、當(dāng)歸（32）、川芎（22）、香附（20）、白芍（19）、桃仁（15）、生地黃（15）、熟地黃（14）、甘草（14）、牛膝（12）、白術(shù)（12）、陳皮（11）、赤芍（10）、黃芪（10）、牡丹皮（10）。其中3味、4味、5味藥物的常用藥對(duì)頻次見(jiàn)表3。

2.2.2藥物組成關(guān)聯(lián)規(guī)則分析應(yīng)用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，對(duì)39首方劑的藥物配伍關(guān)系進(jìn)行挖掘，按置信度由高到低排列，關(guān)聯(lián)分析結(jié)果見(jiàn)表4。其中，常用藥物組合中置信度為100%的關(guān)聯(lián)藥物為丹參-香附-紅花，丹參-白芍-紅花，丹參-當(dāng)歸-香附-紅花，丹參-當(dāng)歸-白芍-紅花，紅花-丹參-白芍-當(dāng)歸，丹參-白芍-紅花-當(dāng)歸。

2.2.3藥物組成網(wǎng)絡(luò)分析將支持度不斷提高，制作不同支持度條件下的藥物組合網(wǎng)絡(luò)圖，見(jiàn)圖1。從左至右橫向來(lái)看，當(dāng)支持度為28.20%時(shí)，顯示出的藥物數(shù)量較多，可以較全面的顯示出藥物組合的臨床使用情況；當(dāng)支持度為38.46%時(shí)，藥物數(shù)量有所減少，只顯示置信度和支持度更高的藥物組合；當(dāng)支持度上升至48.72%時(shí)，使用頻率最高的核心組合明顯的展示出來(lái)?？梢钥闯?，丹參、紅花均常與活血、行氣之品當(dāng)歸、香附、川芎、白芍等聯(lián)用。

3討論

藥對(duì)是相對(duì)固定的2味藥的配伍組合，是中藥配伍應(yīng)用中的基本形式。遵循四氣五味、升降浮沉、歸經(jīng)、有毒無(wú)毒等中藥藥性理論和相輔相成或相反相成的組合原理，具有組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配伍取效明確的特點(diǎn)。藥對(duì)既是單味藥的深入發(fā)展，又為方劑的起始開(kāi)端，是聯(lián)接中藥與方劑的橋梁。以藥對(duì)為基本單元，對(duì)確有療效的方劑進(jìn)行拆方研究，有助于方劑作用機(jī)制的闡明。在臨床上，通過(guò)對(duì)藥對(duì)配伍規(guī)律的研究，可為組建新方提供依據(jù)[4]。應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析平臺(tái)從不同角度層次進(jìn)行藥對(duì)組成結(jié)構(gòu)、配伍效應(yīng)、臨床診治等方面的關(guān)聯(lián)研究，有利于進(jìn)一步了解中藥配伍規(guī)律，指導(dǎo)臨床合理用藥，創(chuàng)新藥物研究與發(fā)展。

本文基于“中醫(yī)傳承輔助平臺(tái)”，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法[5]對(duì)《中醫(yī)方劑大辭典》含丹參、紅花藥對(duì)處方的用藥規(guī)律進(jìn)行了挖掘研究。研究結(jié)果顯示，含丹參、紅花藥對(duì)的處方臨床主要應(yīng)用于中風(fēng)、血瘀痛證、月經(jīng)不調(diào)、咳嗽、瘰疬等。處方中丹參、紅花常與活血、行氣之品聯(lián)用，如配伍當(dāng)歸、川芎以補(bǔ)血而不滯血、行血而不傷血；配伍生地、白芍以防熱盛傷陰、苦寒傷陰。無(wú)論是3味還是4味藥物組合，絕大部分藥物歸心、肝經(jīng)。關(guān)聯(lián)規(guī)則分析結(jié)果顯示，常用藥物組合中置信度為100%的關(guān)聯(lián)藥物共計(jì)6組，分別為丹參-香附-紅花，丹參-白芍-紅花，丹參-當(dāng)歸-香附-紅花，丹參-當(dāng)歸-白芍-紅花，紅花-丹參-白芍-當(dāng)歸，丹參-白芍-紅花-當(dāng)歸，此6組全部為活血祛瘀的要藥，其中當(dāng)歸和川芎出現(xiàn)次數(shù)最多，占總頻數(shù)的82.05%，56.41%。本研究又通過(guò)改變支持度的設(shè)置（28.20%，38.46%，48.72%），展示并比較分析了不同支持度條件下的藥物組合特點(diǎn)，以期較好地把握“丹紅”復(fù)方的共性，又清晰地展現(xiàn)單味藥的個(gè)性。

藥對(duì)的研究以及藥對(duì)在方劑中的地位和關(guān)聯(lián)關(guān)系探討，有利于客觀認(rèn)識(shí)和深化理解方劑的配伍規(guī)律。本研究通過(guò)“中醫(yī)傳承輔助平臺(tái)”系統(tǒng)以單味藥-藥對(duì)-核心配伍-類方體系的研究模式，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由淺入深、逐層遞進(jìn)對(duì)丹參、紅花藥對(duì)在方劑配伍中的地位和作用進(jìn)行研究，以期為“丹紅”配伍規(guī)律研究提供方法，為其臨床應(yīng)用和新藥研發(fā)提供支持[6]。

[參考文獻(xiàn)]

[1]秦勝利，秦政，沈丹. 丹紅注射液治療冠心病45例[J]. 世界中醫(yī)藥，2012，7（2）：121.

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[3]崔一然，唐仕歡，劉欣，等.基于數(shù)據(jù)挖掘的心悸伴失眠方證對(duì)應(yīng)中成藥用藥規(guī)律分析[J].中華中醫(yī)藥雜志，2015，30（5）：1792.

[4]劉萍，王平，劉松林，等.基于藥對(duì)探討中藥復(fù)方配伍規(guī)律的思考[J].中華中醫(yī)藥學(xué)刊， 2010，28（9）：1833.

篇6

【關(guān)鍵詞】納米材料；納米技術(shù)；應(yīng)用

有人曾經(jīng)預(yù)測(cè)在21世紀(jì)納米技術(shù)將成為超過(guò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”，由此納米材料將成為最有前途的材料。世界各國(guó)相繼投入巨資進(jìn)行，美國(guó)從2000年啟動(dòng)了國(guó)家納米計(jì)劃，國(guó)際納米結(jié)構(gòu)材料會(huì)議自1992年以來(lái)每?jī)赡暾匍_(kāi)一次，與納米技術(shù)有關(guān)的國(guó)際期刊也很多。

一、納米材料的特殊性質(zhì)

納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴(kuò)散途徑，導(dǎo)致了高擴(kuò)散率，它對(duì)蠕變，超塑性有顯著，并使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強(qiáng)。因此納米材料所表現(xiàn)的力、熱、聲、光、電磁等性質(zhì)，往往不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)出的性質(zhì)。與傳統(tǒng)晶體材料相比，納米材料具有高強(qiáng)度——硬度、高擴(kuò)散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熱導(dǎo)率、強(qiáng)軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、磁記錄、特殊導(dǎo)體、分子篩、超微復(fù)合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結(jié)助劑、劑等領(lǐng)域。

（一）力學(xué)性質(zhì)

高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開(kāi)發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。納米材料的位錯(cuò)密度很低，位錯(cuò)滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯(cuò)圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯(cuò)塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯(cuò)滑移和增殖不會(huì)發(fā)生，這就是納米晶強(qiáng)化效應(yīng)。金屬陶瓷作為刀具材料已有50多年，由于金屬陶瓷的混合燒結(jié)和晶粒粗大的原因其力學(xué)強(qiáng)度一直難以有大的提高。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。

（二）磁學(xué)性質(zhì)

當(dāng)代機(jī)硬盤系統(tǒng)的磁記錄密度超過(guò)1.55Gb/cm2，在這情況下，感應(yīng)法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應(yīng)為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統(tǒng)的巨磁電阻效應(yīng)高達(dá)50%，可以用于信息存儲(chǔ)的磁電阻讀出磁頭，具有相當(dāng)高的靈敏度和低噪音。巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時(shí)納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場(chǎng)間存在近似線性的關(guān)系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復(fù)合納米材料對(duì)可見(jiàn)光具有良好的透射率，對(duì)可見(jiàn)光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗晶材料低得多，而且對(duì)紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗晶材料低3個(gè)數(shù)量級(jí)，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個(gè)數(shù)量級(jí)，從而在光磁系統(tǒng)、光磁材料中有著廣泛的應(yīng)用。

（三）電學(xué)性質(zhì)

由于晶界面上原子體積分?jǐn)?shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫(kù)侖堵塞效應(yīng)制成的納米器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來(lái)全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。2001年用碳納米管制成的納米晶體管，表現(xiàn)出很好的晶體三極管放大特性。并根據(jù)低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研究的深入進(jìn)展，已經(jīng)成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。

（四）熱學(xué)性質(zhì)

納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對(duì)太陽(yáng)光有強(qiáng)烈的吸收作用，從而有效地將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為熱能。

（五）光學(xué)性質(zhì)

納米粒子的粒徑遠(yuǎn)小于光波波長(zhǎng)。與入射光有交互作用，光透性可以通過(guò)控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應(yīng)和光過(guò)濾中廣泛。由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。

（六）生物醫(yī)藥材料應(yīng)用

納米粒子比紅血細(xì)胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運(yùn)動(dòng)，如果利用納米粒子研制成機(jī)器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對(duì)人體進(jìn)行全身健康檢查和，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。在醫(yī)藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的輸運(yùn)更加方便。

二、納米技術(shù)現(xiàn)狀

在歐美日上已有多家廠商相繼將納米粉末和納米元件產(chǎn)業(yè)化，我國(guó)也在國(guó)際環(huán)境下創(chuàng)立了一（下轉(zhuǎn)第37頁(yè)）（上接第26頁(yè)）些影響不大的納米材料開(kāi)發(fā)公司。美國(guó)2001年通過(guò)了“國(guó)家納米技術(shù)啟動(dòng)計(jì)劃（NationalTechnologyInitiative）”，年度撥款已達(dá)到5億美圓以上。美國(guó)戰(zhàn)略的重點(diǎn)已由過(guò)去的國(guó)家通信基礎(chǔ)構(gòu)想轉(zhuǎn)向國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃。布什總統(tǒng)上臺(tái)后，制定了新的納米技術(shù)的戰(zhàn)略規(guī)劃目標(biāo)：到2010年在全國(guó)培養(yǎng)80萬(wàn)名納米技術(shù)人才，納米技術(shù)創(chuàng)造的GDP要達(dá)到萬(wàn)億美圓以上，并由此提供200萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位。2003年，在美國(guó)政府支持下，英特爾、蕙普、IBM及康柏4家公司正式成立中心，在硅谷建立了世界上第一條納米芯生產(chǎn)線。許多大學(xué)也相繼建立了一系列納米技術(shù)研究中心。在商業(yè)上，納米技術(shù)已經(jīng)被用于陶瓷、金屬、聚合物的納米粒子、納米結(jié)構(gòu)合金、著色劑與化妝品、元件等的制備。

目前美國(guó)在納米合成、納米裝置精密加工、納米生物技術(shù)、納米基礎(chǔ)等多方面處于世界領(lǐng)先地位。歐洲在涂層和新儀器應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。早在“尤里卡計(jì)劃”中就將納米技術(shù)研究納入其中，現(xiàn)在又將納米技術(shù)列入歐盟2002——2006科研框架計(jì)劃。日本在納米設(shè)備和強(qiáng)化納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域處于世界先進(jìn)地位。日本政府把納米技術(shù)列入國(guó)家科技發(fā)展戰(zhàn)略4大重點(diǎn)領(lǐng)域，加大預(yù)算投入，制定了宏偉而嚴(yán)密的“納米技術(shù)發(fā)展計(jì)劃”。日本的各個(gè)大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和界也紛紛以各種方式投入到納米技術(shù)開(kāi)發(fā)大潮中來(lái)。

在上世紀(jì)80年代，將納米材料列入國(guó)家“863計(jì)劃”、和國(guó)家基金項(xiàng)目，投資上億元用于有關(guān)納米材料和技術(shù)的研究項(xiàng)目。但我國(guó)的納米技術(shù)水平與歐美等國(guó)的差距很大。目前我國(guó)有50多個(gè)大學(xué)20多家研究機(jī)構(gòu)和300多所企業(yè)從事納米研究，已經(jīng)建立了10多條納米技術(shù)生產(chǎn)線，以納米技術(shù)注冊(cè)的公司100多個(gè)，主要生產(chǎn)超細(xì)納米粉末、生物化學(xué)納米粉末等初級(jí)產(chǎn)品。

三、前景展望

經(jīng)過(guò)幾十年對(duì)納米技術(shù)的研究探索，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室操縱單個(gè)原子，納米技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展。納米技術(shù)的應(yīng)用研究正在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤4大領(lǐng)域高速發(fā)展。可以預(yù)測(cè)：不久的將來(lái)納米金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管、平面顯示用發(fā)光納米粒子與納米復(fù)合物、納米光子晶體將應(yīng)運(yùn)而生；用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學(xué)組裝機(jī)將投入應(yīng)用；分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機(jī)器人、集成生物化學(xué)傳感器等將被研究制造出來(lái)。

納米技術(shù)目前從整體上看雖然仍然處于實(shí)驗(yàn)研究和小規(guī)模生產(chǎn)階段，但從的角度看：上世紀(jì)70年代重視微米科技的國(guó)家如今都已成為發(fā)達(dá)國(guó)家。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國(guó)家很可能在21世紀(jì)成為先進(jìn)國(guó)家。納米技術(shù)對(duì)我們既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機(jī)遇。必須加倍重視納米技術(shù)和納米基礎(chǔ)理論的研究，為我國(guó)在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)騰飛奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。整個(gè)人類將因納米技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化而產(chǎn)生根本性的變革。

篇7

邢定鈺，江蘇高淳人，1945年2月生，中國(guó)科學(xué)院院士?，F(xiàn)任南京大學(xué)物理學(xué)院教授和學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，南京微結(jié)構(gòu)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）主任，中國(guó)物理學(xué)會(huì)“凝聚態(tài)理論與統(tǒng)計(jì)物理”專業(yè)委員會(huì)主任，以及“量子調(diào)控”國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃的 “固態(tài)電子系統(tǒng)的量子效應(yīng)、量子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和量子計(jì)算”項(xiàng)目的首席科學(xué)家。同時(shí)兼任“物理學(xué)報(bào)”和“Chinese Physics B”的副主編，以及三個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)期刊的編委。長(zhǎng)期從事凝聚態(tài)理論研究，在量子輸運(yùn)和自旋輸運(yùn)理論、磁性納米結(jié)構(gòu)和巨磁電阻、半導(dǎo)體的熱電子輸運(yùn)、以及超導(dǎo)和磁性理論等方面做出系列的創(chuàng)新成果。作為第一獲獎(jiǎng)人曾獲得一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)和二項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。近年來(lái)在國(guó)際核心學(xué)術(shù)期刊上300多篇，包括在美國(guó)的《物理評(píng)論》和《物理評(píng)論快報(bào)》上120多篇。指導(dǎo)博士研究生多人，已有26人獲得博士學(xué)位。2010年被授予“全國(guó)先進(jìn)工作者”稱號(hào)。

目前，微結(jié)構(gòu)科學(xué)已成為物理學(xué)、化學(xué)、材料和電子學(xué)等學(xué)科交叉研究的國(guó)際主流方向，這一領(lǐng)域的科研競(jìng)爭(zhēng)可看作微結(jié)構(gòu)物理的“奧運(yùn)會(huì)”，近20年來(lái)，微結(jié)構(gòu)物理的研究一直是國(guó)際前沿領(lǐng)域。

南京微結(jié)構(gòu)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）是以南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主體，以微結(jié)構(gòu)科學(xué)和量子調(diào)控、分子工程學(xué)等為研究核心，并且吸納和融合了南京大學(xué)凝聚態(tài)物理、理論物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高分子物理與化學(xué)、微電子和固體電子學(xué)、無(wú)線電物理等7個(gè)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科的精華科研隊(duì)伍。這是以多學(xué)科交叉為科研優(yōu)勢(shì)組建而成的微結(jié)構(gòu)物質(zhì)科學(xué)的研究平臺(tái)。作為科技部“量子調(diào)控”國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃的一個(gè)項(xiàng)目首席科學(xué)家，南京微結(jié)構(gòu)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任邢定鈺院士肩負(fù)著重要的職責(zé)。邢院士的研究方向是凝聚態(tài)物理，由于在自旋輸運(yùn)和巨磁電阻理論方面所做出的突出貢獻(xiàn)，曾獲過(guò)一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，自旋輸運(yùn)和巨磁電阻理論是當(dāng)今物理研究的熱門和重點(diǎn)，邢定鈺院士的研究成果在該領(lǐng)域已經(jīng)處于國(guó)際前沿行列。

近年來(lái)，國(guó)家在物理學(xué)科領(lǐng)域中提高的水平較明顯，在國(guó)際前沿的課題發(fā)言權(quán)也越來(lái)越強(qiáng)。邢定鈺院士給我們舉了這樣的例子：在鐵基超導(dǎo)體方面，盡管最早是日本報(bào)道的，但后來(lái)的主要進(jìn)展研究成果都是中國(guó)人做的，特別是中科院物理所和中國(guó)科大的幾個(gè)研究組做出了突出貢獻(xiàn)。同時(shí)，在科技部推動(dòng)的量子調(diào)控重大研究項(xiàng)目方面也取得了重大進(jìn)展，這些都是值得肯定的。邢院士說(shuō)：“我國(guó)目前不管是在科研的前沿領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)，還是在論文的數(shù)目和質(zhì)量方面都有很大的提高。”但在取得重大科研成果的同時(shí)，還存在一些不足。邢院士指出，我國(guó)科研人員要想獲得更大的成果，需要在原始創(chuàng)新方面加倍努力。

所謂原始創(chuàng)新，就是指重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明、原理性主導(dǎo)技術(shù)等原始性創(chuàng)新活動(dòng)。邢院士強(qiáng)調(diào)，近一二十年來(lái)的科研經(jīng)費(fèi)不斷增加、科研環(huán)境越來(lái)越好，能在國(guó)際的一些頂尖期刊上發(fā)文章，文章的數(shù)目也越來(lái)越多，但是重大的原始創(chuàng)新還不夠?！笆濉逼陂g，他期待中國(guó)人能夠提出一些創(chuàng)新性的觀點(diǎn)來(lái)引導(dǎo)研究的國(guó)際潮流，在重視國(guó)外人才引進(jìn)工作的同時(shí)，也要注重對(duì)國(guó)內(nèi)人才的培養(yǎng)。邢院士非常重視對(duì)青年人才的培養(yǎng)，他指導(dǎo)博士研究生數(shù)十人，已有26人獲得博士學(xué)位。他曾被評(píng)為江蘇省優(yōu)秀研究生導(dǎo)師，江蘇省優(yōu)秀科技工作者和全國(guó)先進(jìn)工作者。近年來(lái)，他和研究團(tuán)隊(duì)取得了一些創(chuàng)新型成果，一批青年學(xué)術(shù)研究人員也正在成長(zhǎng)起來(lái)。

邢院士提倡寬松自由的學(xué)術(shù)氛圍，認(rèn)為這樣更有可能研究出創(chuàng)新成果。他認(rèn)為，科學(xué)有它自身的規(guī)律性，是經(jīng)過(guò)若干年積累才能一步一步地往上走，只要整體地科研水平上去了，我們將來(lái)攀登國(guó)際科研的最高峰是早晚的事情。同時(shí)我們也應(yīng)該給有才華的年輕人一些時(shí)間，讓他們做出大成果，現(xiàn)在的狀況是小成果不斷，這種小成果不斷的硬性指標(biāo)使科研人員很難做出重大的科研創(chuàng)新。

篇8

（一）力學(xué)性質(zhì)

高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開(kāi)發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。納米材料的位錯(cuò)密度很低，位錯(cuò)滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯(cuò)圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯(cuò)塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯(cuò)滑移和增殖不會(huì)發(fā)生，這就是納米晶強(qiáng)化效應(yīng)。

（二）磁學(xué)性質(zhì)

當(dāng)代計(jì)算機(jī)硬盤系統(tǒng)的磁記錄密度超過(guò)1.55Gb/cm2，在這情況下，感應(yīng)法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應(yīng)為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統(tǒng)的巨磁電阻效應(yīng)高達(dá)50%，可以用于信息存儲(chǔ)的磁電阻讀出磁頭，具有相當(dāng)高的靈敏度和低噪音。

（三）電學(xué)性質(zhì)

由于晶界面上原子體積分?jǐn)?shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫(kù)侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來(lái)全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。

（四）熱學(xué)性質(zhì)

納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

二、納米材料在化工行業(yè)中的應(yīng)用

（一）在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。

（二）在涂料方面的應(yīng)用

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

（三）在精細(xì)化工方面的應(yīng)用

精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。

納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué)，主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。21世紀(jì)將是納米技術(shù)的時(shí)代，為此，國(guó)家科委、中科院將納米技術(shù)定位為“21世紀(jì)最重要、最前沿的科學(xué)”。納米材料的應(yīng)用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問(wèn)題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問(wèn)題。

參考文獻(xiàn):

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[4]DyerPE,FarleyRJ,GiedlR,etal..Excimerlaserablationofpolymersandglassesforgratingfabrication.AppliedSurfaceScience,1996.

篇9

矢志追求物理夢(mèng)想

1967年，年僅22歲的邢定鈺從南大物理系本科畢業(yè)，畢業(yè)后，先是奔赴泰州紅旗農(nóng)場(chǎng)，開(kāi)始為期一年半的勞動(dòng)鍛煉，隨后，他又到徐州半導(dǎo)體廠工作，一干就是8年多，其扎實(shí)的理論功底和出色的動(dòng)手能力，使他很快成為廠里的技術(shù)骨干，并受到重用，然而，工作之余，邢定鈺總覺(jué)得缺了點(diǎn)什么，在廠里的工作，較多的只是日復(fù)一日地重復(fù)別人的東西，較少有創(chuàng)造性。

更重要的是，邢定鈺的心里一直有一個(gè)夢(mèng)想，那就是能夠從事他所熱愛(ài)的科學(xué)研究，1978年研究生招生恢復(fù)以后，邢定鈺毅然考回南大，回到闊別11年的母校，碩士階段，他師從龔昌德教授，開(kāi)始系統(tǒng)的理論物理學(xué)習(xí)和研究，碩士畢業(yè)后，邢定鈺留校任教，因其突出的科研和教學(xué)能力，1985年他被破格晉升為副教授，1986年，邢定鈺應(yīng)美國(guó)休斯敦大學(xué)丁秦生教授邀請(qǐng)遠(yuǎn)赴美國(guó)，成為休斯敦大學(xué)物理系和德州超導(dǎo)研究中心的訪問(wèn)學(xué)者，當(dāng)時(shí)，德州超導(dǎo)研究中心正位于國(guó)際超導(dǎo)研究的前沿。

做訪問(wèn)學(xué)者期間，邢定鈺實(shí)現(xiàn)了科研路上的新飛躍，短短兩年間，他在美國(guó)《物理評(píng)論》上發(fā)表了多篇半導(dǎo)體熱電子輸運(yùn)理論和高溫超導(dǎo)相關(guān)理論方面的論文，受到了國(guó)際同行的廣泛重視，其中，關(guān)于解釋高溫超導(dǎo)體正常態(tài)輸運(yùn)性質(zhì)的一個(gè)理論還受到諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、英國(guó)劍橋大學(xué)莫特(MOTT)教授的重視，莫特教授還親筆寫信給邢定鈺，表示對(duì)該理論很感興趣，并專門寄來(lái)了自己的論文與其進(jìn)行討論。

訪問(wèn)學(xué)者期滿后，邢定鈺毫不猶豫地選擇了重返南大，邢定鈺了解自己：盡管和美國(guó)相比，國(guó)內(nèi)科研和生活條件還比較艱苦，但對(duì)他來(lái)說(shuō)，能夠在母校繼續(xù)自己的科研事業(yè)。能夠?yàn)橹袊?guó)物理學(xué)發(fā)展作出一點(diǎn)貢獻(xiàn)，才是真正實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值的最好方式，他要在母校――南京大學(xué)繼續(xù)自己作為一個(gè)物理人的夢(mèng)想。

勤奮收獲累累碩果

在科研的道路上，勤奮很重要，邢定鈺經(jīng)常告訴學(xué)生：“聰明的頭腦是需要的，但是，能考進(jìn)南大物理系，這證明你的天分夠了，后面就需要你的勤奮和堅(jiān)持不懈的努力，只有從開(kāi)始就比別人更努力。將來(lái)才有可能更勝一籌?！?/p>

1997年，邢定鈺的研究成果“半導(dǎo)體熱電子輸運(yùn)的非平衡統(tǒng)計(jì)理論”獲江蘇省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，繼而，他與合作者對(duì)磁性金屬納米結(jié)構(gòu)和氧化物的巨磁電阻效應(yīng)和理論做了系統(tǒng)和深入的研究，智慧與辛勤的汗水匯成另一個(gè)碩果――自旋輸運(yùn)和巨磁電阻理論，該項(xiàng)成果獲得2002年國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)和2001年教育部中國(guó)高校自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，該理論是凝聚態(tài)物理學(xué)的一個(gè)國(guó)際前沿研究課題，在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用前景方面都有重大意義，現(xiàn)有電腦讀寫的磁頭都是使用了這一效應(yīng)，2007年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者就是憑借在此問(wèn)題上的重大發(fā)現(xiàn)而贏得大獎(jiǎng)的。

在醉心科研的同時(shí)，邢定鈺也非常重視教學(xué)工作，三尺講臺(tái)，是他與學(xué)生互動(dòng)交流的最好的平臺(tái)，他在教學(xué)中深入淺出，著重物理圖像的描述和基本理論的演繹，深得學(xué)生愛(ài)戴，并在2006年被南京大學(xué)浦口校區(qū)的本科生評(píng)為“我最喜愛(ài)的老師”。

敬業(yè)奉獻(xiàn)無(wú)怨無(wú)悔

篇10

關(guān)鍵詞：變壓器運(yùn)行故障處理方法

Abstract: in the power transformer in operation of common fault, for transformer voice, normal temperature, weld wire fusing the phenomenon such as judge, adopt the appropriate treatment methods, and remove in time fault hidden trouble in this paper.

Keywords: transformer operation fault processing method

中圖分類號(hào)：TM4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

電力變壓器在運(yùn)行中的故障，一般可以通過(guò)變壓器的運(yùn)行溫度、聲音以及儀表的指示觀測(cè)電壓、電流的變化和氣體繼電器的動(dòng)作指示反映出來(lái)，簡(jiǎn)述一般變壓器的異常運(yùn)行現(xiàn)象和簡(jiǎn)單的處理方法。

一、運(yùn)行中的變壓器聲音異常

變壓器在接通上電源后，由于勵(lì)磁電流以及磁力線的變化，鐵芯、繞組會(huì)振動(dòng)而發(fā)出連續(xù)均勻的嗡嗡聲，俗稱交流聲。但是有的異常聲響，應(yīng)該按照發(fā)聲情況進(jìn)行分析與檢查。

當(dāng)大容量的動(dòng)力設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，負(fù)荷變化較大，使變壓器聲音增大。如變壓器帶有電弧爐、晶閘管整流器等負(fù)荷時(shí)，由于有諧波分量，使變壓器聲音也會(huì)變大；過(guò)負(fù)荷時(shí)，使變壓器發(fā)出很高而且沉重的“嗡嗡”聲；個(gè)別零件松動(dòng)，如鐵心的穿芯螺栓夾得不緊，使鐵心松動(dòng)，變壓器發(fā)出強(qiáng)烈而不均勻的“噪音”；內(nèi)部接觸不良或絕緣有擊穿，變壓器發(fā)出放電的“噼啪”聲；系統(tǒng)短路或接地，通過(guò)很大的短路電流，使變壓器有很大的噪音；系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，變壓器發(fā)出粗細(xì)不勻的噪音；有滋滋聲時(shí)，說(shuō)明表面閃絡(luò)，要檢查套管是否太臟或有裂紋；若套管無(wú)閃絡(luò)，則可能是變壓器內(nèi)部的問(wèn)題；當(dāng)發(fā)現(xiàn)音響特大，而且很不均勻或有爆裂聲時(shí)，表明有擊穿現(xiàn)象，如繞組的絕緣損壞，會(huì)導(dǎo)致短路，應(yīng)該立即停電修理，但要與大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)所引起的特大響聲相區(qū)別。

二、運(yùn)行中的變壓器溫升過(guò)高

電力變壓器的溫升是指變壓器在運(yùn)行負(fù)荷基本不變時(shí)，變壓器心子溫度的凈增值。如果變壓器環(huán)境溫度不高，負(fù)荷電流不變而溫度不斷上升則說(shuō)明變壓器允許不正常，通常造成變壓器溫度升高的主要原因及處理方法是：

1、由于變壓器繞組的匝間或?qū)娱g短路，會(huì)造成溫升過(guò)高，一般可以通過(guò)在運(yùn)行中監(jiān)聽(tīng)變壓器的聲音進(jìn)行粗略低判斷。也可取變壓器油樣進(jìn)行化驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)油的絕緣和質(zhì)量變壞，或者瓦斯保護(hù)動(dòng)作，可以判斷為變壓器內(nèi)部有短路故障。如果需要進(jìn)一步判別故障的相別，通過(guò)運(yùn)行中觀察變壓器一、二次側(cè)的三相電壓和三相電流的平衡狀態(tài)，有無(wú)某相電流過(guò)大的現(xiàn)象，還可以將變壓器停電后，用直流電橋分別測(cè)量三相繞組的直流電阻加以判斷。如已查證屬于變壓器內(nèi)部故障，應(yīng)對(duì)變壓器進(jìn)行大修。

2、變壓器的分接開(kāi)關(guān)接觸不良，使得接觸電阻過(guò)大，甚至造成巨部放電或過(guò)熱導(dǎo)致影響溫升過(guò)高。當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓器溫升過(guò)高，通過(guò)輕瓦斯是否頻繁動(dòng)作有信號(hào)指示來(lái)判斷；還可以通過(guò)變壓器取樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，看油的閃點(diǎn)是否下降；也可以通過(guò)用直流電橋測(cè)量變壓器高壓繞組的直流電阻來(lái)發(fā)現(xiàn)故障。如化驗(yàn)分析變壓器油閃點(diǎn)降低，直流電阻有明顯變化，可粗略判斷是變壓器分接開(kāi)關(guān)接觸不良，處理方法是，將變壓器吊芯，檢修變壓器的分接開(kāi)關(guān)。

3、變壓器鐵心硅鋼片間絕緣損壞，主要是由外力損傷或長(zhǎng)期運(yùn)行使絕緣老化以至造成鐵芯硅鋼片間局部短路，這樣將使渦流損失增大而造成局部過(guò)熱。如果鐵芯的穿芯螺栓的絕緣套管絕緣損壞，可能也會(huì)造成渦流過(guò)大發(fā)熱導(dǎo)致變壓器溫升過(guò)高。檢查方法可同樣參照上述方法加以判斷，例如：瓦斯是否頻繁動(dòng)作，變壓器油閃點(diǎn)是否下降等現(xiàn)象。如這些現(xiàn)象發(fā)生后，還應(yīng)對(duì)變壓器進(jìn)行吊芯檢修。

三、變壓器嚴(yán)重缺油運(yùn)行

變壓器缺油的主要原因有：密封圈老化長(zhǎng)期漏油、油截門關(guān)閉不嚴(yán)漏油、變壓器出現(xiàn)假油面未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)油、經(jīng)常取樣而未及時(shí)補(bǔ)油等。變壓器缺油運(yùn)行，對(duì)變壓器有嚴(yán)重的危害，因此運(yùn)行中應(yīng)該經(jīng)常檢查油面并需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)油，以保證變壓器的安全運(yùn)行。

四、運(yùn)行中變壓器保險(xiǎn)熔絲熔斷

采用熔斷器保護(hù)的變壓器在運(yùn)行中保險(xiǎn)熔絲熔斷應(yīng)該按照規(guī)程規(guī)定檢查處理。規(guī)程規(guī)定：變壓器在運(yùn)行中當(dāng)一次保險(xiǎn)熔絲熔斷后，應(yīng)立即進(jìn)行停電檢查，內(nèi)容包括外部有無(wú)閃絡(luò)、接地，短路及過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)搖測(cè)絕緣電阻。低壓側(cè)保險(xiǎn)熔絲熔斷，故障在負(fù)荷側(cè)，而且是外部故障造成，例如：低壓母線、斷路器、絲熔斷器等設(shè)備發(fā)生單相或多相短路故障造成變壓器低壓側(cè)熔絲熔斷，應(yīng)重點(diǎn)檢查負(fù)荷側(cè)的設(shè)備，發(fā)現(xiàn)故障經(jīng)處理后，消除故障點(diǎn)可以恢復(fù)供電。

變壓器高壓側(cè)一相保險(xiǎn)熔絲熔斷，如戶外跌落式熔斷器，其主要原因是外力、機(jī)械損傷造成，此外內(nèi)部繞組接地或系統(tǒng)中有磁諧振過(guò)電壓出現(xiàn)也可能造成高壓側(cè)一相保險(xiǎn)熔絲熔斷。如發(fā)生應(yīng)按照規(guī)程要求，將變壓器停電后進(jìn)行檢查，如未發(fā)現(xiàn)異常，可將熔絲更換，在變壓器空載狀態(tài)下，試送電，經(jīng)監(jiān)視變壓器運(yùn)行狀態(tài)正常，可帶負(fù)荷。

變壓器高壓側(cè)兩相保險(xiǎn)熔絲熔斷，也應(yīng)將變壓器停電后進(jìn)行檢查。這種情況一般可判斷為變壓器內(nèi)部繞組相間短路造成。先應(yīng)檢查高壓引線及瓷絕緣有無(wú)閃絡(luò)放電痕跡，同時(shí)注意觀察變壓器有無(wú)過(guò)熱、變形、噴油等異?，F(xiàn)象。變壓器內(nèi)部?jī)上嘟拥囟搪?，可造成兩相保險(xiǎn)熔絲熔斷，此時(shí)重點(diǎn)應(yīng)檢查變壓器有無(wú)異常聲音等，并通過(guò)搖測(cè)絕緣電阻進(jìn)行判斷，取油樣化驗(yàn)，檢查耐壓是否降低、油的閃點(diǎn)是否下降，必要時(shí)，用電橋測(cè)量變壓器的直流電阻來(lái)進(jìn)一步確定故障性質(zhì)。如果變壓器低壓側(cè)保險(xiǎn)器未按規(guī)定值裝配，其熔斷值大于變壓器額定值時(shí)，低壓線路短路也可引起上述現(xiàn)象。通過(guò)檢查、鑒定，結(jié)果正常則可能是變壓器二次出線故障或熔絲長(zhǎng)期運(yùn)行而變形并受機(jī)械力的作用造成二相熔絲熔斷。直至查出故障處理后，方可更換熔絲供電。

變壓器低壓側(cè)保險(xiǎn)器熔斷情況進(jìn)行判斷。如果保險(xiǎn)器整段全部燒熔消失，可判斷為低壓側(cè)線路相對(duì)相或相對(duì)零短路所致，且故障點(diǎn)離保險(xiǎn)處不遠(yuǎn)。如果保險(xiǎn)器中部燒斷，形成窄小縫隙者，可判斷為過(guò)負(fù)荷燒斷。如果保險(xiǎn)器根部燒斷形成縫隙，可判斷為安裝不緊，是保險(xiǎn)絲（片）與保險(xiǎn)器接觸不良造成的。故障經(jīng)處理后可以恢復(fù)供電。

變壓器是電網(wǎng)中的重要設(shè)備之一，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器在運(yùn)行中異常現(xiàn)象，正確分析、判斷和處理故障，保證變壓器的安全運(yùn)行，使電力供應(yīng)更加安全可靠。

參考資料：