物理设备

2024-10-02

物理设备（共8篇）

物理设备篇1

随着科学技术的不断进步, 各种物理农业技术越来越多地在现代化农业生产中得到了推广应用, 本文举例综述几种物理农业技术及设备。

1 3DFC-45O电除雾防病促生系统

工作原理:挂在温室棚顶的电极线为正极, 植株和地面以及墙壁、棚梁等接地设施为负极, 当电极线带有高压时, 就产生了空间电场, 利用这个空间电场能够消除温室的雾气及空气微生物等微颗粒, 彻底消除动植物养育封闭环境的闷湿感, 建立空气清新的生长环境。

作用: (1) 能有效预防与控制接种室、发菌室、出菇房空气杂菌对食用菌形成的落菌性污染; (2) 能对空气放电促成空气的氮肥化、臭氧化和负离子化, 为食用菌的安全快速生长提供一个良好环境; (3) 能在栽培空间产生空间电场, 促进菌丝扭结成蕾; (4) 能对食用菌生产各环节的空气实施有效的静态净化; (5) 能将湿气、水分从空气中脱除到食用菌表面, 形成利于食用菌生长的表面气层湿度, 而空气却干燥洁净。

2 利用静电技术进行农产品干燥

静电干燥技术是近年来一种发展很快的新技术, 具有投入低、能耗低、不升温等优点。例如, 1999年日本的HASHINAGA F.等采用静电技术进行苹果片的干燥试验, 结果表明在交流电场下苹果片的初始干燥速率是对照组的4.5倍, 干品的有效成分能保留较好, 颜色接近干燥前本色;我国的丁昌江等人应用高压电场对胡萝卜、马铃薯、甘蓝、青椒等蔬菜进行了高压电场干燥实验, 并将干燥所得样品与热风干燥进行对比, 结果显示每种蔬菜在质量、辅料厚度、初含水量和终含水量相同的条件下, 电场干燥 (温度36~42℃) 比70℃烘箱干燥的时间分别缩短了43.3%、41.0%、28.6%和40.9%, 从干燥样品有效成分的保留情况来看, 高压电场干燥的胡萝卜中的胡萝卜素比热风干燥的高62.0%;从马铃薯、甘蓝、青椒中维生素C的含量来看, 高压电场干燥的样品中维生素C含量分别较热风干燥的高43.5%、138.4%和244.0%。

3 利用静电技术进行农产品分级

利用静电技术进行农产品分级主要是依据不同物料具有不同的荷电特性, 通过不同的荷电方法使不同物料相互分离, 从而达到物料清选分级的目的。静电技术具有其自身许多独特的优势, 如静电清选分级无污染, 不会在清选分级的过程中混入其它杂质。

高压静电选种是利用种子的电导率和介电常数的差异进行种子的清选分级。目前, 市场上对于种子分选大多采取色选的方法, 但是色选无法反应种子的内部特性, 采用静电方法分选可以反映出种子内部的品质, 如活力、发芽率等。目前, 高压静电场选种已经能够分选处理多种作物种子, 例如:应用高压静电的电晕放电原理进行的香葱种子、萝卜种、茄子种、小麦、黄豆、玉米和脱绒棉种等的分选分级, 通过发芽试验验证, 都达到了理想的分选效果。

4 植物声频控制技术

植物声频控制技术是建立在对植物自发声频率测定和该频率与环境因子之间变化关系的研究基础上的, 它给予植物的刺激声波不是单一、固定的频率, 而是变化的动态的声波, 其频率要与植物自发声频率相吻合, 发生谐振, 方有作用。据张建国报道, 江苏省无锡市利用其农机技术推广站自行研制的ZWXC-1型植物谐振促生器对草莓进行了声频处理试验。该仪器是分体式, 由音响和主机两部分构成。有8个不同频率的波段, 可依据环境温度和浇水状况调节与植物自发声频率相匹配的波段;音量可根据处理面积调节, 一般以离声源远端处达40dB为宜;处理时间是每2d播放一次, 每次3h, 以清晨太阳刚出来为最佳时期。试验历时半年多, 共计处理60次。试验表明: (1) 处理的草莓根系发达; (2) 能促进生长发育; (3) 能增加产量; (4) 能改善品质; (5) 能延长保质期; (6) 增加经济效益。

5 等离子体种子处理技术

等离子体种子处理技术是科技部863农业发展计划项目。该技术是将模拟部分太空环境的原理应用于现代设备来处理种子, 因此经过处理的种子被俗称为“太空种子”。等离子种子处理机又称“太空机”, 是一项见效快、农民易接受的环保型农机化高新技术, 在提高种子活力、耐低温干旱、抗倒伏、减轻病害等方面都具有显著效果。据嵇巍然等报道, 齐齐哈尔市于2007年以来推广应用了DL-2型等离子体种子处理机。到2010年, 全市所辖的9个县 (市) 和梅里斯区都有了等离子体种子处理机 (保有量达到94台) , 等离子体种子处理技术试验示范区10个。2010年实施面积为7.59万hm2, 处理的作物有玉米、大豆、水稻、绿豆、红豆、黑豆、花生、葵花、蔬菜等。2007~2010年, 齐齐哈尔市应用等离子体种子处理技术, 玉米平均增产10.1%, 大豆平均增产9.9%。等离子体种子处理机的作业效率为1.2t/h, 每台处理机一个作业期可满足1000~1333hm2的播种面积。

6 磁化水灌溉

经磁场处理后的水称为磁化水, 可用来灌溉等。磁化水浇灌的土壤较普通水浇灌的土壤疏松、不板结, 对盐碱地也有一定的改良作用。而且, 用磁化水浇灌的农作物根系比普通水浇灌的发达, 因而可以提高农作物对水分、矿质元素的吸收速率, 影响其生理生化过程的进行, 进而提高农作物的产量。但刘亚丽等研究认为, 磁化水灌溉以及浸种、水培幼苗等促进农作物的生物学效应是有一定限度的, 并不是磁场强度越大, 效应就越明显, 而是在一定的强度内起到促进作用, 超过一定的强度反而起到负效应。这说明磁生物学对植物体的生物学效应是很复杂的, 其详细机理尚需进一步研究。

摘要：综述了几种物理农业技术及设备, 包括电除雾防病促生系统、利用静电技术进行农产品干燥、利用静电技术进行农产品分级、植物声频控制技术、等离子体种子处理技术、磁化水灌溉等。

关键词：物理农业,技术,设备

参考文献

[1]阿卜力米提·热合曼.物理农业技术及设备在温室中的应用[J].新疆农机化, 2011 (4) :41-42.

[2]白亚乡, 胡玉才, 刘滨疆.现代静电技术在农业生产中的应用[J].当代农机, 2012 (1) :76-77.

[3]郭淑霞, 坎杂, 张若宇, 等.静电技术在农产品分级中的应用[J].农机化研究, 2011, 33 (11) :187-190.

[4]张建国.植物声控技术在草莓生产中的应用[J].农机科技推广, 2011 (8) :46.

[5]嵇巍然, 杜晓民, 张勇.等离子体种子处理技术试验与推广[J].农机科技推广, 2011 (8) :44-45.

[6]刘亚丽, 岳树松, 刘凌, 等.磁化水对农作物的生理生化效应[J].河南师范大学学报:自然科学版, 2002, 30 (3) :82-84.

物理设备篇2

应届毕业生求职网总结：建筑师物理与设备笔试题

1热量传递有三种基本方式，以下哪种说法是完整、正确的?

A．导热、渗透、辐射

B．对流、辐射、导热

C．吸热、放热、导热、蓄热

D．吸热、对流、放热

提示：热量传递的三种基本方式即对流、辐射和导热，

答案：B

2热量传递有三种基本方式，他们是导热、对流和辐射。下面关于热量传递状况的描述哪个说法是不正确的?()

A．存在着温度差的地方，就发生热量传递

B.两个相互不直接接触的物体间，不可能发生热量传递

C．对流传热发生在流体之中

D．密实的固体中的热量传递只有导热一种方式

提示：两个相互不直接接触的物体间，可以辐射的方式发生热量传递。

答案：B

3关于保温材料的导热系数的叙述，下述哪一项是正确的?()

A．保温材料的导热系数随材料厚度的增大而减小

B．保温材料的导热系数不随材料使用地域的改变而改变

C．保温材料的导热系数随湿度的`增大而增大

D．保温材料的导热系数随干密度的减小而减小

提示：保温材料的导热系数随湿度的增加而增大，随温度的升高而增大，有些保温材料的导热系数随干密度减小，导热系数先减小，然后会增大，

答案：C

4“导热系数”是指在稳态条件下，在以下哪种情况时，通过1mz截面积在1h内由导热方式传递的热量?()

A．材料层厚度为1m，两侧空气温度差为1℃

B．围护结构内外表面温度差为1℃

C．围护结构两侧空气温度差为1℃

D。材料层厚度为1m，两侧表面温度差为1℃

提示：“导热系数”是指在稳态条件下，材料层厚度为1m，材料层两侧表面温度差为1℃时，在1h内通过lrn2截面积由导热方式传递的热量。

答案：D

5下列物理量的单位，()是错误的。

A．导热系数[W／(m·K)]

B．比热容[M／(k9·K)]

C．传热阻[(m·K)／W]

D．传热系数[W／(m2·K)]

提示：传热阻的单位应是m2·K／W。

物理设备篇3

【关键词】高中物理；实验教学；设备资源

“伏安法测电阻”是高中物理实验中比较简单的一个实验，同时它也是比较适合让高中老师去了解高中物理实验教学中资源运用的一个实验。物理实验资源的高效利用，是每一位教学物理实验的高中老师应当掌握的。

一、实验教学中的资源

教学资源是教学当中不可避免使用到的，在“伏安法测电阻”实验中，有几种主要的设备资源。

（1）电阻。一件被测电阻，一般来说选择适合的阻值的电阻是比较重要的，实验室中电流的大小和电流表的量程有一定限度，阻值较大的电阻测量时可能显示不明显，影响实验观察。

（2）电流表。电流表有选择的标准，尽量让测量显示的结果在量程的1/3至2/3的位置，同时电流表的选择需要估计电阻阻值和电流大小来进行选择。

（3）导线。导线要求教学前进行测试，检测是否接触良好，如果老师没有提前进行测试，导致实验教学过程中才发现导线无法接通电流，会浪费时间，影响教学进程。

（4）电压表，电压表用于测量电阻电压，同时电压表的选择也要遵循一定的规定，例如估计测量结果在1/3/至2/3的位置。

许多老师认为教学资源中的实验设备的选择无关要紧，事实上很多高中物理老师在讲学实验前没有很好地准备设备资源，导致实验教学当中出现许多小意外，这是高中物理老师需要注意的。

二、高中实验中使用设备资源的目的

（1）培养学生动手能力。新时代对物理学习的要求是学生要学会自己动手进行实验，在未来的实验研究当中，经常需要动手操作实验，如果学生没能在高中期间便熟练实验操作，那么在未来的物理研究中，动手能力会更弱。

（2）让学生在实践中学习。理论性的学习很难全面地让学生了解到实验的细节，在进行“伏安法测量电阻”的实验当中，学生就发现了许多在理论教学中忽视的问题。

（3）通过具体操作来强化记忆。先进行书本上的死记硬背之后，再通过手动实验操作，就会让学生记忆更加深刻。学生再“伏安法测量电阻”实验当中，通过动手选择设备、连导线等触觉接触和大脑回忆，加深了对该实验的记忆。

三、物理实验中设备资源的运用

第一步：选择器材。老师现场提供了不同种类的电流表、电压表和各种器材，让学生独自选择。在这设备资源使用中，发现学生很多看到滑动变阻器就拿了一个，全然忘记了滑动变阻器选择的标准，还有许多学生不会看滑动变阻器的规格，同时部分学生在选择电流表和电压表过程中，没能选择正确。

第二步：按照实验图连接导线和其他设备。这个实验图有内接法和外接法，从这两只接法来加深了解如何选择电流表和电压表。同时在平常的理论课上，老师画电路图，没能把导线连接的位置画出来，利用设备资源进行实验，可能让学生真正明白导线该怎样连接到电器中的。

第三步：通电，并调节滑动变阻器。利用设备资源教学才发现，许多学生忘记了先把滑动变阻器调节至最大，然后再慢慢调小。同时，许多学生也忘记了该把滑动变阻器调到什么程度才适合。通过这次设备资源的利用，让学生记住了滑动变阻器的使用。

在利用实验设备资源的教学中，才发现学生对该实验的许多细节不熟悉，通过该过程让老师发现学生的问题。

四、物理实验资源运用的注意事项

很好地利用设备资源，会起到不一样的结果，在设备资源运用中，相信许多高中物理老师都会，只是懂得很好利用的不多。以下是几方面的注意事项，帮助高中老师学会正确地实验设备资源来教学。

（1）实验教学前让学生自己动手。在实验教学当中，老师通过让学生自己动手，看出学生存在的问题，而该实验的操作步骤，往往可以在理论课上教学，如果老师一边说一边带同学做，许多同学都没意识到自己不懂的地方。

（2）实现教会学生保护设备。在实验之前，老师务必叮嘱学生保护好实验设备，避免不正当操作影响设备的寿命。在放手给学生自己操作实验前，必须要确认他们能够保护好设备和自身安全。

（3）教学前检测设备是否能使用。许多老师为了减少麻烦，就懒得检测下设备是否能很好使用，等到实验教学时才发现有的设备损坏了，导致浪费了上课时间。

设备资源的利用中，为了保护设备的安全需要严格注意一些事项，物理老师没能注意好这些事项，会更加容易出现人为失误，带来设备的损伤。

五、结束语

设备是高中物理实验教学中一种不可或缺的资源，很好利用该资源来教学也是高中物理老师提高学生学习成绩、加强记忆和感悟必须的，而设备资源的有效利用，需要老师们用心去研究和体会。目前没能够利用好设备资源的物理老师，往往会让学生在实验中强化记忆不过、损坏了部分设备，这种情况也是物理老师没有利用好设备资源导致的。

参考文献：

[1]邵忠升.网络信息资源在物理教学实践中应用的意义[J].吉林省教育学院学报（中学教研版），2010，26（5）：44

[2]姚武斌，刘金易.运用云教育轻博平台进行跨地区的物理资源分享和教学合作[J].技术物理教学，2012，20（1）：75-76

[3]吴同华，张军.例谈中学物理实验资源的开发与运用[J].中学物理（高中版），2010，（11）：37-38

[4]何旺強.低成本大智慧将生活资源融入物理课堂[J].中小学实验与装备，2012，（4）：16-17

物理设备篇4

然而长期以来, 教师感觉物理难教, 学生感觉物理难学。仔细分析一下我们的学生, 他们面对的是新事物层出不穷的新时代, 而且自身接受新事物的能力又较强, 自我表达的需求更高, 因此他们不喜欢教师在课堂上灌输一些枯燥乏味的知识。他们需要解放眼睛, 多看一看;解放思维, 多想一想;解放嘴巴, 多说一说;解放头脑, 多用一用;解放双手, 多做一做。

心理学研究表明, 同样的学习材料, 单用听觉, 3小时后能保持所获知识的60%, 3天后降为15%;如果听觉、视觉并用, 3小时后可保持90%, 3天后可保持75%。显然, 增加听觉、视觉信息量是获取知识的有效方法。通过多媒体教学, 教师可以引入音频、视频、动画, 突破时空限制, 创造物理情境, 多感官刺激学生。作为高中物理教师, 笔者对于多媒体设备在教学过程中的作用感触颇深。

一、应用多媒体设备创设物理情境

为了将学生尽快带入物理课堂, 我们可以通过多媒体播放视频、动画、问题等方式创设情境引入新课。比如讲解安培力时, 先播放一段电磁轨道炮视频, 然后投影展示迷你电磁轨道炮模型 (如图1所示) , 引导学生进行分组实验。接通电路后, 学生观察到导体棒运动起来, 总结得出磁场对通电导线产生力的作用, 这个力就称为安培力。

习题课也可以通过播放视频引入。例如在讲解应用动能定理分析多过程问题时, 播放一段滑草的视频引入本节课要解决的两过程问题。视频冲击了学生的视觉、听觉, 平面图画与动态过程结合起来, 给学生留下了深刻的印象, 他们体会到物理与生活息息相关, 产生了学习物理的兴趣。

运用多媒体可以弥补实际运动不易观察的缺陷。例如在讲解自由落体运动、平抛运动时, 物体运动的时间极短, 不易观察。这时可以通过多媒体动画延缓物体下落的时间让学生仔细体会。图2为物体做平抛运动时, 利用多媒体做的频闪照片。

运用多媒体教学, 教师可以将更多的精力用在重点内容的分析、疑难问题的解决上, 做到内容分布合理, 课堂信息量大, 实现多感官教学。这样有利于将教师从课堂中解脱出来, 变成真正意义上的指导者, 而学生则成为课堂的主体。例如在讲解楞次定律时, 学生可以顺利地完成实验操作与现象记录, 却不知如何下手分析并从现象中得出抽象的规律。此时, 教师可以借助多媒体课件, 将4幅实验图同时展示 (如图3所示) , 用一种颜色的线表示原磁场的磁感应线方向, 另一种颜色的线表示感应电流的磁感应线方向, 逐个分析, 一一攻破, 带领学生体会物理规律得出的过程, 体验探索自然规律的艰辛与喜悦, 加深对知识的理解与认识。

运用多媒体教学可以将抽象的内容转变为感性的材料, 降低教学的难度。例如在分析弹簧振子的位移、回复力、加速度、弹性势能、速度、动能等物理量的变化规律时, 弹簧振子的振动过程复杂, 用语言描述起来不容易说明白, 会增加学生对物理的畏惧感。而通过多媒体动画, 将振动过程分为4个阶段, 逐一分析, 步步落实, 提高了课堂实效。多媒体技术把教师从大量重复性的教育活动中解放出来, 将更多精力放在更具挑战性和个性化的问题上。

二、应用多媒体设备辅助实验教学

物理是一门以实验为基础的学科, 在教学过程中, 实验必不可少。然而由于条件的限制, 有些实验在高中物理教学中很难实现, 例如波的干涉与衍射实验, 光的干涉、衍射实验, 原子物理中的粒子散射实验等。对于此类实验, 可以借助多媒体课件演示实验现象。图4为粒子散射实验演示图片, 通过多媒体动画演示, 可以给学生留下深刻的印象。

对于数据处理比较复杂的实验, 如验证牛顿第二定律的实验, 此前学生已经熟练掌握了利用打点计时器测量加速度的数据处理, 本实验主要目的是验证牛顿第二定律, 加速度的处理可以弱化, 所以可以利用传感器测量加速度, 再利用计算机进行数据处理, 总结实验结论, 从而节省了实验时间。

再比如电学实验的教学, 尤其是根据电路图连接实物图, 无论教师的语言表达能力与板画能力多强, 总是会有学生出现问题。图5为描绘小灯泡的伏安特性曲线实验的实物连接图。利用多媒体课件可以将鼠标变换成教师手中的粉笔 (单击鼠标右键, 选中指针选项中的笔) , 教师边画边说, 形象直观, 快速准确, 大大提高了课堂效率。尤其是滑动变阻器的连接, 若是分压电路教学生连滑动变阻器时要“两下一上”, 限流电路连滑动变阻器时要“一下一上”, 教师的示范对学生作用重大, 并且印象会更深刻。

通过多媒体课件讲解, 可以提升实验的能见度。尤其是一些重要实验仪器的读数, 如螺旋测微器、游标卡尺、多用电表的读数, 可以让学生一边动手一边通过多媒体课件学习仪器的测量原理和读数规则, 克服了实验仪器小、教师演示不方便等困难。

三、应用多媒体设备做好复习课教学

多媒体设备引入课堂之前, 习题课与复习课通常采用“粉笔+黑板”的方式, 教师“一板接一板”地板书, 学生也要不停地做笔记。利用多媒体可以扩大复习课的容量, 提高复习效率。例如高三的光学复习课, 为了克服高三学生在复习过程中的倦怠和疲惫, 调动学生的积极性, 这节课设计了以下环节:

环节一:快速抢答。仔细看图片和听问题, 随时可抢答, 每题每组只有一次抢答机会, 共8小题, 每题10分。在课件中以图片加文字的形式将常见的光学现象进行展示与区分, 如光的色散现象、光的全反射现象和应用、光的干涉现象、光的衍射现象、光电效应现象, 以及考纲中要求的两个光学实验, 测定玻璃砖的折射率和测定单色光的波长。

环节二:争分夺秒。第一轮分数低的小组先选题, 限时40秒, 尽可能快地回答问题, 每题10分。将光学零散的知识点以问题的形式呈现, 让学生加以区分, 并且能够检测学生掌握的灵活程度。图6为“争分夺秒”的一组题目, 课件中的小喇叭图标超链接到限时器, 滴答滴答的声音可以制造紧张的气氛, 提高学生的反应速度。

环节三:我说你猜。两人合作, 一人描述, 一人猜词, 猜对一个10分, 时间为60秒。不能用英文或者汉语拼音拼写, 不能出现关键词。调动学生的多种感官, 提高合作能力以及语言表达能力。图7为“你说我猜”的一组题目。

环节四:思维导图。给每组学生5分钟时间, 对光学全部内容进行整合, 画出思维导图。在学生画思维导图的同时, 播放轻柔的音乐, 让学生在舒适放松的环境里进行归纳总结, 并将全组学生的积极性调动起来, 汇集全组学生的智慧。图8为学生在课堂上完成的思维导图, 合理地利用了下课前的几分钟时间, 高效地完成了课堂小结。

多媒体教学对物理课改的作用意义深远, 但要注意课件内容不能太杂乱, 过多的声音、图片等容易使教学过程脱离教材, 使学生的学习失去了抓手。因此利用多媒体教学时一定要注意与教材相结合, 教材中难以理解的内容可用多媒体帮助分析, 教材中有的图画不必展示, 重要的实物演示实验不能用多媒体动画来替代, 教师板书的示范作用更不可以用多媒体替代。

四、结束语

多媒体教学方式对教师的教学技能提出更高的要求, 教师在教学中既要发挥多媒体的优势, 又要将其与传统教学方式相结合, 合理利用多媒体设备, 将课堂还给学生, 提高学生的综合学习能力。

参考文献

[1]齐建芳.学科教育心理学[M].北京:北京师范大学出版社, 2012.

物理设备篇5

（试行）

为了加强仪器设备维修管理工作，提高仪器设备的完好率和使用率，充分发挥仪器设备的使用效益，保证教学、科研和管理工作正常运行，特制定我院实验室仪器设备维修经费暂行管理办法。

第一条为了合理有效地使用有限的维修经费，加强仪器设备维修、保养工作，延长仪器设备的使用寿命，由实验室负责本实验室内部仪器设备维修管理的具体组织实施工作，在主管系主任的批准下，负责掌管用于仪器设备维修的专项经费。

第二条学院根据仪器设备总值，每年从行政事业费中划拨一定的仪器设备维修经费，用于仪器设备维修的专项经费，专项立帐。随着实验室的不断发展，仪器设备的总额不断增加，维修任务不断加重，实验室应力争少花钱，多办事，办好事。

第三条仪器设备维修费的使用范围

(1)用于日常办公的仪器设备。

(2)用于全校各教学系实验教学的仪器设备和相关的科研设备。

以下几个方面不在仪器设备维修费的使用范围之内：

(1)5万元以上的贵重仪器设备维修由使用单位另行向学院申请经费维修。

(2)正在进行中的科研项目所购的仪器设备维修经费从该项目科研经费开支。

(3)在保修期内的仪器设备正常损坏由实验室联系供货厂家负责维修。

第四条仪器设备维修程序

1.报修：（1）各办公仪器设备如不能正常工作，由实验室负责组织技术鉴定小组鉴定，确认属实，由报修单位填写“仪器设备维修报告单”经主管领导签字后，报实验室。（2）对维修难度较大的仪器，组织技术鉴定小组，确认本实验室或本系自身无力维修，由报修单位填写“仪器设备维修报告单”经主管领导签字后，报学院国资处。

2.维修：（1）经主管领导批准，由实验室组织校内业余专家维修。（2）对维修难度较大的损坏仪器，组织校内专家会诊修理。确需外请专家，按报修程序办理手续。

3.报销：维修任务完成后，需从划拨于本系的专项仪器设备维修经费中开支，必须出具结算票据及“仪器设备维修报告单”，经实验室主任审核，由报修单位主管领导签字后，经国资处审核，按照学院财务审批程序办理报销手续。

第五条为了合理有效的使用有限的专项维修经费，本系应组建兼职维修队伍，充分调动有维修技能和专长人员的积极性，在不影响本职工作的前提下承担实验室的仪器设备维修任务。有关零部件费、劳务费，均从实验维修经费中给付。付酬的原则是：拟定、计件，拟定就是按报来仪器损坏情况，确定维修要求；计件就是确定维修人员后，按件填写“委托维修议定书”一式三份，并议定报酬，议定报酬应充分遵照技术鉴定小组的意见。

第六条修理后的仪器由实验室主任负责组织技术鉴定小组验收，确认恢复原功能者，在“委托维修议定书”上签字，报修单位主管领导签字后，修理人员持相关票据按学院经费报销程序办理有关付酬手续。

第七条实验室的仪器设备，要实行专人专管，定点存放，定期检查，定期维护，必须根据仪器设备的性能要求做到防尘、防震、防潮、防锈蚀等日常维护工作。对仪器设备易损坏部位定期检查，进行预防维修，对一般损坏仪器要及时维修。

第八条仪器设备的日常维护保养工作是做好维修管理工作的基础，也是仪器设备使用人员的职责，学院应建立合理的激励机制，充分调动实验技术人员和有维修技能人员的积极性，做好本单位仪器设备的日常维护、保养和维修工作。

第九条学院和实验室要负责定期和不定期地抽查各实验分室仪器设备的使用、保养、维护和仪器设备完好率等情况，并记录在案，作为评选先进单位和个人的重要依据。

第十条对乱存、乱放，长期不进行检查和维护，人为造成仪器设备出现故障，影响正常工作，管理上存在严重问题的管理人应给予通报批评，并限期提出整改措施。

物理与机电工程学院实验室

物理设备篇6

举例说明，假设有一个客户，其移动网络装置出现了一个问题，这个案例发生的背景是，公司在校园里有5座建筑物，笔记本电脑由于病毒的原因正在内部发起一个拒绝服务式的攻击。交换机关闭接口，IT人员将进入电信间以确定故障设备的位置。但是当IT找到交换机，物理层问题来了，因为对线缆路径了解的资料不足，将无法寻找笔记本电脑的位置，或者他们根据电缆路径追踪到该位置，却发现笔记本电脑已经不在。笔记本电脑用户觉得失去连接是由于网络问题，每次他被关闭连接后，他就转移到另一个地方，但是一段时间后，很快又失去连接。

在案例过程中，交换机在不断的执行它们的工作——关闭接口，该用户在不断地想办法排除他自己的问题，IT人员则在寻找他的位置以及纠正问题所陷入困境等，并且这个循环不断继续。该用户觉得该楼层的设备很可能有一些特殊的设定，于是他转移到另一层。在再次失去连接后，他觉得可能是这座大楼的安全设置上出了问题，于是他又转移到另一座大楼，循环仍然在继续。大约5小时之后，笔记本电脑及其用户被发现，问题才得以解决。对于IT人员在说，这是5小时的混乱，对于用户来说，这是5小时的挫败感。

另外一个场景里，对标准的遵守和整体网络安全也会在物理层上大打折扣。大部分公司都会有一些公用的桌子和小房间，这些房间和桌子大部分是闲置的，流动的雇员使用。拥有可用端口的会议室也可能构成威胁，对于很多必须遵循规则的行业用户来说，这些开放端口可能导致一个公司安全审核的失败，除非他们完全关闭或者只允许某些特定的用户通过这些接口进入该网络。另外选择是使用防火墙，使这些接口与实际网络隔开，这意味着授权的网络用户每次想要利用接口，都要重新配置。所有这些风险和它们的补救办法，对于一个IT管理者而言都是负担。

在数据中心和电信领域里，技术人员也会制造一些额外的风险，当他们不小心拔下一些不该拔的插头。假设偶然断开的是一个VoIP交换机或一个关键服务器，就像最近在新闻里多次播报的那样，如果一个装置脱离了一台存有关键信息的设施会有什么样的后果?网络管理员如何知道谁进入了网络?他们访问了哪些网络?这些操作如何被记录下来?最后，发生的移动、添加和变更如何处理?

1智能回答

智能配线的使用已经有一段时间，功能较之原来的版本也有所改善。在上述的情况下，使用一个智能基础设施管理系统，如在MapIT™系统上将允许网络管理员用鼠标点击该出错的设备，就能浏览整个信道，甚至在建筑的图纸上找到该设备。

通过加入物理层，网络管理者不再只局限于上层信息。知道了MAC地址、IP地址和登陆信息肯定是有益的，但如果物理层档案与实际基础设施不同步，那么寻找问题设备可能是一个艰巨的任务，MapIT G2智能配线弥补了这个缺口。

2系统如何运作

该系统通过带传感器的硬件(MapIT)和软件协同工作。在硬件方面，MapIT G2的智能铜缆配线架和光纤配线箱在每个端口上都配置了一个传感芯片。MapIT G2的跳线有一个标准的RJ45接口或标准的光纤连接器，还包括一个“第九针”，旨在接触传感芯片。跳线上额外的第九针连接，使系统可以检测到物理层的实时变化。这些实时信息首先在智能铜缆配线架和光纤配线箱中得到处理，并显示在智能配线架的图形液晶显示屏上，用于指示跳线连接、诊断和操作菜单。一根单头的跳接线将智能配线架与1U的MapIT G2主控制器连接起来。一个1U的MapIT G2主控制器即可管理2880个端口，并把信息转给运行了MapIT IM管理软件的中央数据库。

该软件是在每个端口的基础上购买，并作为一个单独的应用程序来工作，或可与现有的网络管理程序包相结合。在一个集成配置中，设备和它的信道可以通过网络管理程序来得到追踪，如HP OpenView。对设备一个简单右击，MapIT IM软件便可显示对物理层线缆的即时追踪。追踪包括信道的所有信息，还可以在CAD图纸上显示设备的物理位置。

该软件通过SNMP读取网络设备识别信息，并根据用户设定的参数发送SNMP(包括第3版)包，用以关闭某些端口。当物理层被包括在内时，这个软件提供了很大的益处。例如，如果你想要知道网络上每一台运行Windows 2000的PC机的位置，它会以图表形式以及报告格式展现在你的面前。

虚拟配线架(VWC)模块提供了一些关于电信机架的文档记载，包括连接、快接跳线长度、每个设备连接的位置等。MapIT G2的益处是追踪MAC的工作，而无需手工操作去更新电子表格和文档记载，还包括一个为建立工单的工作单模块。工作单可以被迅速派送，并显示在工作现场的智能配线架的显示屏上，而且所做的任何改动都将被自动追踪，管理者即刻知道该工作是何时完成。

这也可以与其他安全系统结合，如NetBotz®(属于APC®)或摄像头。基于用户定义的触发机制，例如有人拔出一个VoIP交换机插头，照相机可抓拍图片并将其写到日志中，管理软件将如你所期望的，通过电子邮件、手机或传呼机提供警报，如无响应还可逐步升级警报。接触机制可以从门一直到房间、机柜等，一旦连接被打破，同样类型的日志会出现，包括日志中的照片、日期和时间，还有操作者的摄影、录像证据。

这些都只是MapIT G2的一小部分功能，就像你看到的，他们是重要而有益的。如果我们回到开始的例子—在校园里，一个简单的右击，将节省5个小时追踪用户的时间。不仅是文档记录被实时更新，让网络管理员知道交换机在大楼中的端接位置，而且还可以以图表形式显示出来。

物理设备篇7

关键词：虚拟机,QEMU,虚拟网卡,接口

近年来, 虚拟机技术重新得到重视并得以快速发展, 基于虚拟机的虚拟网络环境成为当前网络计算领域的热点研究问题。虚拟网络设备能够满足实验和学习的需求, 提供较为灵活的组网环境, 所需成本也相对较低。

对于虚拟网络设备而言, 虚拟机是承载网络设备操作系统的硬件资源, 虚拟机支持的启动参数中, 可以指定一定类型的虚拟网卡, 虚拟机上的虚拟网卡和模拟的网络设备的接口是一一对应的。只有网卡正常通信, 设备才能通信, 对于虚拟设备而言, 各个模块的收发包要依赖网卡来收发数据, 这就需要及时获得网卡收发包功能是否正常的信息, 因此对网卡的管理就显得尤为重要了。

本文围绕解决虚拟网卡物理层通信问题, 主要介绍网卡状态的管理, 保证虚拟网卡正常的收发报文, 维护网卡的状态, 以便快速响应用户的操作和感知对端在线情况, 将网卡的实时状态通知其它模块, 便于其它模块进行本模块的收发包。使用的虚拟机为QEMU, 采用的设计方法是借助宿主机自身的通信机制实现数据的交互, 这样使得具有良好的扩展性, 也简化了用户的操作。

1 相关工作

1.1 虚拟机介绍

对于虚拟机来讲, “虚拟”实际上就是指的一些虚拟指令集。每个虚拟机都有一个用户可以访问的虚拟指令集, 虚拟机把这些虚拟指令“映射”到计算机的实际指令集。

在虚拟机领域, 主要有四种不同的模型。第一种以IBM虚拟机模型为代表, 它几乎是一种一一映射, 用户实际上就是在访问并执行机器的指令。第二种流派由抽象计算机实现对操作系统和机器指令的映射, 它以Java虚拟机为代表。第三、第四种分别为UNIX虚拟机模型和OSI虚拟机模型, 这两种模型直接映射一部分指令, 而其它的指令则是对操作系统函数的直接调用。

1.2 QEMU虚拟机

QEMU虚拟机属于UNIX虚拟机模型一类, QEMU是一套由Fabrice Bellard所编写的模拟处理器的自由软件。它与Bochs, Pear PC近似, 但其具有这两者所不具备的特性, 如高速及跨平台的特性。经由Kqemu这个开源的加速器, QEMU能模拟至接近真实电脑的速度。

QEMU是开源界广泛使用的虚拟机软件, 它支持多种硬件架构的模拟, 支持的硬件器件类型和数量都很丰富。重要的是, 它可以支持最大128 个网口, 并且支持丰富的网络模拟连接方式, 非常适合承载网络设备模拟器。

2 物理层通信的设计与实现

2.1 物理层通信基础分析

QEMU借助宿主机Socket进行通信, 这里可以将虚拟网卡发送的数据交给宿主机的Socket, 从而能够将数据发送到宿主机网络中去。同样的, 从Socket获取的数据也能交给虚拟网卡, 这样就能实现互通。这种方式得益于QEMU提供一种方式能够将虚拟网卡和Socket关联到一起, 并且一一对应起来, 这里我们选取使用一个tag标记的方式将两者关联。采用这样的通信方式可以免去安装大量虚拟网卡的麻烦, 节省了资源。

虚拟网卡的转发模块维护网卡的收发包功能, 各模块设定模块ID在转发模块注册, 转发模块以模块ID为标记来维护各个模块的收发数据。QEMU虽然实现了网卡之间的数据传输, 但是没有提供网卡状态的通知机制, 即网卡的开启和关闭, 没有实时通知其它模块, 这样各模块无法获取网卡的开启和关闭状态, 影响了各个模块数据的收发。例如, 两台虚拟设备的两个接口相连,

2.1.1 虚拟设备间通信

虚拟设备间通信是通过UDP单播[8] 来进行点对点通信, 需指定源端口和目的端口号, 以及目的ip地址, 采用这种方式来模拟接口的点对点通信。

2.1.2 虚拟设备和宿主机通信

QEMU的启动参数支持虚拟网卡的关联, 在启动参数中指定关联的虚拟网卡, 可以将虚拟网卡和宿主机上的虚拟网卡绑定, 如tap网卡, 这样就实现了虚拟机和宿主机的通信。

2.1.3 虚拟设备和物理设备通信

将虚拟tap网卡和宿主机的物理网卡桥接, 这样, 虚拟网卡发出的报文, 会发送给tap网卡, tap网卡再将报文通过桥接通道发送给物理网卡, 从而达到利用宿主机网卡发送报文的目的。接收报文流程类同。这样就实现了和物理设备的互通。

2.2 物理层通信的设计与实现

网卡状态管理, 管理的是虚拟网络设备的接口, 用户看到的每个接口是QEMU启动参数中指定的虚拟网卡, 所以用户对接口的操作实际是对虚拟网卡的操作。

2.2.1 接口连线分析

通过2.1 节虚拟网络设备的连网工作模式, 可以获知网卡的连接对象, 即用户在虚拟网络设备看到接口的连接对象, 对于2.1.1 虚拟网络设备间通信, 接口的对端是另一个虚拟设备的接口, 即连线的两端是虚拟设备的两块虚拟网卡;对于2.1.2 虚拟设备和宿主机通信, 接口的对端是安装在宿主机上的tap网卡, 即连线的两端一端是虚拟设备的网卡, 另一端是宿主机的虚拟网卡;对于2.1.3 虚拟设备和物理网络设备通信, 接口的对端是安装在宿主机上的tap虚拟网卡, 但是物理网络设备一个接口与宿主机的物理网卡连接在一起, 两者又通过桥接通道间接连接。

因此, 对于虚拟网络设备的网卡的连接对象有两个:一个是虚拟设备的网卡, 一个是安装在宿主机上的tap网卡。

2.2.2 接口状态设计

由上面的分析可知, 接口的连线有三种:有对端连线、无对端连线, 对端为tap网卡。用户的操作有打开、关闭接口, 另外, 有连线的两端要实时探测到对端是否在线。设计了接口的三种状态:关闭状态 (网卡关闭收发包) 、探测状态 (开启网卡收发包、只发送接口状态管理私有协议的报文) 、就绪状态 (各协议报文都能收发) 。

(1) 用户关闭网卡;

(2) 用户打开网卡;

(3) 对端有连线, 探测到对端在线, 接口切成就绪状态;

(4) 探测不到对端, 对端下线, 接口切成探测状态。

2.2.3 网卡状态管理实现

下面是网卡状态管理实现的主要内容:

(1) 创建hash表。Hash表以网卡id为key, hash节点内存放的结构体有网卡id、本端接口状态、定时器超时计数次数、接口对端信息 (无连接、接口、tap网卡) 。节点创建后不需删除, 因为对于虚拟网络设备是不支持动态删除网卡的。

(2) 封装报文。接口状态管理需要用到两种类型以太报文:hello报文 (用来探测) 、stop标识报文 (网卡关闭前通知对端, 本端下线) , 协议为模块私有协议。

探测报文格式:

以太头+ 网卡ID+ 协议标识 (ifstate) +HELLO+ 以太尾。

Stop标识报文:

以太头+ 网卡ID+ 协议标识 (ifstate) +STOP+ 以太尾。

(3) IFSTATE_OPEN函数。该函数是完成用户打开接口, 有以下动作:

(1) 开启网卡收发包。

(2) 接口状态为探测状态。

(3) 创建定时器, 超时时间为500ms, 超时次。

数为6 次, 即超时周期为3s, 超时处理函数中负责发送探测报文 (Hello报文) , 如果本端处于就绪状态, 超时周期内没有收到对端的探测报文, 认为对端不在线, 将本端状态切成探测状态, 并通知其它模块, 同时将定时器超时计数清零。如果本端处于探测状态, 不做任何处理, 直到收到对端的探测报文。如果本端接口没有对端, 或者是对端是tap网卡, 则不用创建定时器, 也不用发送探测报文, 另外, 如果对端是tap网卡直接将接口切成就绪状态, 除非用户手动关闭接口。

(4) IFSTATE_CLOSE函数。该函数是完成用户关闭接口, 有以下动作:

(1) 发送stop标识报文, 通知对端, 本端下线。

(2) 将本端状态切成关闭状态。

(3) 删除定时器。

(4) 关闭网卡收发包。

(5) IFSTATE_RECEIVE函数。该函数为收包函数, 有以下动作:

(1) 收到对端的Hello标识报文。

如果对端处于就绪状态, 不做任何处理;

如果对端处于探测状态, 将本端接口状态切成就绪状态, 发送一个探测报文, 通知对端本端就绪。

(2) 收到对端的Stop标识报文。

如果本端处于探测状态, 不做任何处理。

如果本端处于就绪状态, 将本端切成就绪状态, 直到收到对端的探测报文。

采用上述管理机制, 每个接口只需维护此状态切换机制, 也就能正确维护链路状态了, 从而保证了虚拟设备的物理层接口正常运转, 报文数据能够正常的收发, 上层协议能够在物理层就绪的基础上正常协商, 进而实现了虚拟设备的通信。

3 实验结果

本节以一个组网来验证设计物理层的通信机制, 基于QEMU的虚拟设备是运行在宿主机上的, 一台宿主机可以起一台或多台虚拟网络设备。

实验目标:验证网卡状态管理是否正常, 能否达到预期。

实验预期:网卡处于就绪状态, 链路通过ping报文验证, 两端能够互相ping通, 网卡处于探测或关闭状态, 两端不能ping通。

实验环境:选择两台虚拟网络设备和一台真实物理交换机, 虚拟网络设备分别模拟的是路由器VM1 和高端交换机VM2。其中VM1和VM2 位于两台PC上, 两者是跨PC组网, PC1 和PC2 位于同一局域网内, 能够正常通信, 而PC2 和物理交换机能够通信, VM2 和物理交换机之间的通信是虚拟网络交换机和真实物理设备的通信, 即VM2 的GE1/0/10 绑定tap网卡, 并通过桥接通道和物理交换机的Ge1/0/10 口相连, 测试前已验证能够正常通信。按图中所示, 给每个接口配置相应的ip地址。

实验结果:

(1) 通过命令行查看, VM1 端口GE1/0/4 和VM2 端口GE1/0/4、GE1/0/10, 以及物理交换机端口GE1/0/10均处于就绪状态。Ping命令结果显示PC1 能ping通物理交换机。

(2) 将VM2 端口GE1/0/4 手动切成探测状态, 通过命令行查看VM1 端口GE1/0/4 自动切成探测状态, 而物理交换机端口GE1/0/10和VM2 端口GE1/0/10 处于就绪状态。Ping命令结果显示PC1 不能ping通物理交换机。

4 结语

基于QEMU的通信方式的设计, 更加的简单、高效, 这也得益于QEMU对Windows的兼容性。当然此套设计方案也是有不足之处的, 比如在Windows操作系统上QEMU的性能比运行在Linux操作系统上低, 也存在多处bug, 还有tap网卡的缺陷。对于接口状态管理模块, 设计方案是排除了多种设计方案后选取的设计方案, 该方案在模块上更加内聚、处理上也更加高效, 没有使用两端的频繁的握手, 当然还是存在不足, 就是对宿主机的cpu对报文的处理效率有很大的依赖, 如果cpu处理效率低, 很容易产生接口震荡的问题。

参考文献

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[3]马向玲, 范宇明, 赵安兴等.虚拟机在嵌入式系统实验教学中的应用[J].实验技术与管理, 2008, 25 (6) :87-88.

[4]Vmware.Time Keeping in VMware virtual m a c h i n e s[E B/O L].[2 0 0 8-8-1 4].http://www.vmware.com/pad/vmware_timekeeping.pdf.

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[6]刑仲景, 浅谈虚拟机在网络实验课程中的作用[J].实验室研究与探索, 2007, 26 (12) :304-306.

[7]成思越, 基于Hash函数的RFID认证协议研究[J].铜业工程, 2012 (4) , 47-50.

物理设备篇8

硬质热固性聚氨酯泡沫塑料为浅黄色的热固性塑料,具有优越的绝热性能和机械性能,容易与板材粘结,因而被广泛应用于制造制冷设备门体和箱体的隔热层。硬质热固性聚氨酯泡沫塑料作为制冷设备的隔热层,主要是以多元醇、异氰酸酯为主要原料,再添加各种助剂,填充到制冷设备的门体和箱体空腔,在一定的高温下发泡成形[1,2]。随着我国国民经济的发展,制冷设备的总保有量和每年的报废量不断地增加,而硬质热固性聚氨酯泡沫塑料硬化后分子呈三维交联结构,不能再熔融、溶解,不易于回收再利用,且目前回收的废旧冰箱大多采用CFCS物质作为发泡剂,对臭氧层有破坏作用[3,4],所以大量的聚氨酯废弃物会对生态环境产生不利影响。因此,加强对废旧聚氨酯泡沫的再生利用研究,对保护环境、节约资源、实施可持续发展战略具有重要意义。

目前,国内外废旧聚氨酯泡沫回收主要有3种方法:物理回收、化学回收和能量回收。物理回收是指仅改变废弃物的物理形态,此后直接利用的方法,这种方法生产效率较高、操作简单、二次污染少,但是生产的制品性能较差,经济效益低;化学回收是通过化学方法,将废弃物转化为化工原料或其他物质,缺陷是工艺复杂,适用性差,成本高,反应产生的毒副产物难以控制;能量回收容易产生有毒有害物质,会对环境造成二次污染[5,6]。

本文基于机械物理法的废旧聚氨酯泡沫再生工艺方法,通过废旧制冷设备最大程度地拆卸处理、分离[7,8,9]和粉碎再生聚氨酯材料及回收其过程中的发泡剂等工艺实现废旧聚氨酯泡沫的再生利用,并通过正交试验对试验结果和试验因素进行了分析。

1 基于机械物理法的废旧聚氨酯泡沫再生工艺

1.1机械物理法回收原理

废旧聚氨酯泡沫在高速粉碎过程中,机械设备施加给物料强烈的剪切、挤压、研磨、摩擦等多种机械力,由于机械能量的累积,使得内应力分布不均匀或冲击能量集中在个别链段上,产生临界应力使化学键断裂,同时机械力产生的热能促使分子结构中键能较弱的化学键发生一定程度的断裂[10,11,12],因此使聚氨酯分子结构趋于非体型化,降低交联密度,增加活性及塑化性能,最终使交联的三维网状结构被破坏或部分被破坏,使得硬质热固性聚氨酯泡沫恢复一定的塑性能力,从而有利于废旧聚氨酯泡沫的再生回收利用。

1.2工艺流程的制订

基于机械物理法的废旧聚氨酯泡沫再生工艺流程(以冰箱为例)如图1所示,具体流程按以下步骤进行:首先利用手工加机械的方法拆卸掉废旧冰箱的压缩机、制冷剂等,得到处理后的箱体和门体;再利用整体或者切割分离的方法将聚氨酯材料从箱体、门体中分离出来,在整体分离过程中,箱体及门体经过二级破碎机和一级碾碎机破碎后利用风选机将轻质的聚氨酯泡沫分离出来,冰箱破碎物再经过各种分选设备分选出铁、塑料等,在切割分离过程中,利用切割设备按图1中所示的方法将钢板、内胆剥离掉,对分离出的聚氨酯泡沫进行粗破;然后将聚氨酯粗料送入粉碎再生装置中进行粉碎再生;最后将粉碎再生后的聚氨酯粉末经过压塑成形装置压制成制品。在分离和粉碎再生过程中利用发泡剂回收系统实现发泡剂的环保处理。

1.3分离步骤

首先进行最大程度的无损拆解处理,利用手工加机械的方法拆解掉压缩机、内置物、制冷剂等,得到经过处理的箱体和门体。箱体、门体主要组成物有钢板、塑料内胆、聚氨酯隔热保温层等,而聚氨酯隔热保温层与部分塑料、金属连在一起,利用手工拆卸的方法无法将其分离,因此利用图1中的2种方法将聚氨酯材料从箱体、门体中分离出来。

(1)整体分离。

首先,将箱体及门体经过二级破碎机和一级碾碎机破碎成一定大小的破碎料,再经过风选机将轻质的聚氨酯泡沫分离出来,剩下的重质混合料经各种分选设备将塑料、铜、铁、铝分别分选出来回收利用。

(2)切割分离。

在封闭的车间内利用切割设备首先将箱体的顶板、中部的隔板切割下来;然后分别沿冰箱门、箱体顶板、箱体的棱边作周向切割,切割深度大于钢板厚度,再利用手工或者钳子等工具将钢板、内胆剥离掉,将分离出的聚氨酯泡沫进行粗破,得到聚氨酯泡沫粗料。

1.4粉碎再生步骤

1.4.1 粉碎再生设备

基于机械物理法的废旧聚氨酯泡沫粉碎再生设备的物理模型如图2所示,该模型主要由剪切、粉磨两个部分构成,图3为粉碎再生设备刀具结构的三维示意图。

1.剪切刀轴 2.环形定刀 3.动磨盘 4.静磨盘 5.轴 6.机架

1.剪切刀轴 2.环形定刀 3.磨盘

(1)剪切刀轴和环形定刀是剪切机构的刀具。聚氨酯泡沫碎料进入剪切机构后,受到高速旋转的剪切刀轴上的剪切刀齿的撞击和强剪切力作用,同时随剪切刀轴旋转的物料与环形定刀刀齿做相对剪切运动,在周期性的高频率剪切作用下,导致聚氨酯网状交联结构破坏并解体,使得物料在这一区域被粉碎。

(2)静磨盘和动磨盘构成粉磨机构的刀具,共有两组动静磨盘。细小的物料进入动静磨盘之间的再生腔后,受到两磨盘相对运动形成的巨大剪切力和强烈挤压力的作用而被粉碎成细小的粉体,亦即聚氨酯泡沫物料经再生设备长时间的剪切、研磨、冲击及摩擦等机械力综合作用后,一方面物料粉末颗粒粒度越来越小;另一方面物料发生降解,从而实现其可再生性。

1.5发泡剂回收

目前回收的废旧冰箱大多采用CFCS物质作为发泡剂,该物质对大气臭氧层有破坏作用,对地球的气候会产生不利影响,因此需要对其进行环保处理。在图1的分离和粉碎再生过程中,二级破碎机和一级碾碎机或者密封车间、粉碎再生设备中的空气和发泡剂的混合气体在抽风机的吸引下,经过除尘器存入储气罐中,再经气体压缩机加压、冷凝装置冷却后获得液化发泡剂,然后将液化后的发泡剂收集起来,将没有液化的空气排放到空气中去,实现发泡剂的分离。

2 基于机械物理法的废旧聚氨酯泡沫再生试验

2.1试验方法

为了更好更快地找出粉碎再生工艺参数对聚氨酯泡沫降解再生效果的影响规律,并得出最优的再生工艺,选用正交试验方法进行试验设计。试验选择转速v、时间t和进料量m 三个主要影响因素进行试验设计。转速的大小决定了物料在再生过程中受到的剪切、挤压、研磨、摩擦等多种机械力的剧烈程度,转速越高,物料受到的机械力作用越强烈,其降解效果越好;时间的长短决定了粉碎再生机内机械能量累积的大小,时间越长,积聚的能量越大,物料的降解效果越好;进料量的多少则决定了物料与腔壁在粉碎再生机内间隙的大小,进料量的增多可使粉碎腔内物料与腔壁的间隙减小,从而增大它们之间的摩擦作用,使物料的降解效果更充分。根据现有的试验条件和研究经验,在一定的范围内,每个影响因素设定3个因素水平,由因素及水平,选择正交试验方案[13,14,15]为L9(34),共计9次试验,正交表头设计如表1所示。

首先将从废旧冰箱拆解下来的聚氨酯泡沫放入破碎机进行粗破,得到颗粒状物料,再按试验设定的工艺条件称取聚氨酯泡沫物料,进料量为20～28g;然后,在常温常压的条件下,利用自行研制的可调速热固性塑料粉碎再生试验机对物料进行粉碎再生,试验机转速可在600～2400r/min范围进行调整,试验机粉碎再生40～120min后,停止试验机运转,用不同目数的筛网对再生后的物料进行筛分称重。

2.2试验结果与分析

2.2.1 试验结果

聚氨酯泡沫经可调速热固性塑料粉碎再生试验机粉碎再生后,物料粒径变小,在腔壁和刀具上粘有许多细小的粉末,时间越长、转速越高,粉末的平均粒径越小,粘有的细小粉末越多,物料塑性和表观黏性明显增加。图4所示为40min时,不同转速下的形貌对比,随着转速的上升,聚氨酯泡沫粉末团聚现象越来越明显,降解效果越来越好,其他因素的对比试验形貌也出现明显的变化。

表2所示为不同工艺条件下、不同目数范围内的聚氨酯泡沫粉末筛分称重后的物料质量比例及粉碎再生后的质量和比例。由表2可以看出,当速度一定时,延长粉碎再生的时间,小于60目的物料质量比例减小,大于60目的物料质量比例变大,物料的减轻量比例变大;当时间一定时,提高粉碎再生的速度,也会出现相似的变化。如:在转速为1500r/min时,时间由40min延长到120min,在小于60目(>250μm)范围内,质量百分比由53.20%减小到12.26%,在120～160目(96～125μm)范围内;质量百分比由9 .52%增大到25.12%;物料的质量减轻率比例由20.75%增大到31.10%。由此可见,延长时间、提高转速可以增强粉碎再生效果,物料被粉碎得更加细小,粉碎后的减轻量比例变大。

2.2.2 红外分析

利用傅里叶红外光谱仪(Nicolet 67)分析热固性聚氨酯泡沫分子结构及官能团变化。如图5所示,其中,曲线1为热固性聚氨酯泡沫粉碎再生前粗料的ATR-FTIR谱图,曲线2为粉碎再生后的120目粉末的ATR-FTIR谱图。曲线1图谱中的3324.7cm-1的宽峰是氨基-NH的特征峰,1226.5cm-1的窄强峰是C-C伸缩振动;曲线2图谱中的2358.5cm-1的窄峰是异氰酸酯基团特征峰。比较曲线1图谱和曲线2图谱,可以看出热固性聚氨酯泡沫被粉碎到120目时,分子结构发生了如下的变化:

(1)3324.7cm-1氨基的-NH伸缩振动峰明显减弱变宽,原因是羟基峰-OH的大量出现并和浓度很大的氨基峰在此重叠。

(2)2358.5cm-1处出现异氰酸酯基团特征峰,说明氨基甲酸酯基团在C-O键处发生断裂,分子链运动能力提高,产生自由基,出现新的基团和异氰酸酯基团。

综上可以发现,在持久的机械力和摩擦热综合作用下,不仅使得物料微细化,而且使得分子链发生断裂,生成新的基团,聚氨酯三维网状结构交联度降低而降解,热固性聚氨酯泡沫恢复了一定的塑性能力,从而有利于热固性聚氨酯泡沫的再生和回收利用。

1.再生前粗料的ATR-FTIR谱图 2.再生后120目粉末的ATR-FTIR谱图

2.2.3 极差分析

本文试验选取聚氨酯粉末质量减轻率Y1和粉碎再生后的不同目数物料综合降解效果Y2作为试验的重要指标,Y1=(粉碎前的质量-粉碎后的质量)/粉碎前的质量,由于粉碎再生后的物料的粒径大小不同,不同目数范围内的物料降解的效果不一样,化学键断裂的程度不同,因此不同目数的降解效果可利用多目标决策中的线性加权和法建立其评价函数Y2,即

$Y_{2} = \sum_{1}^{4} w_{i} x_{i} = w_{1} x_{1} + w_{2} x_{2} + w_{3} x_{3} + w_{4} x_{4}$ (1)

式中,xi为各目数范围内物料所占质量百分比;x1、x2、x3、x4分别为小于60目、60目到120目、120目到160目、大于160目的物料所占质量百分比;wi为各目数范围内的物料权重。

目数越大的聚氨酯粉末粒径越小,同质量不同目数范围内的聚氨酯粉末相比,大目数范围内的粉末分子链被打断的相对更多,生成的基团更多,降解的效果更好;小于60目、60目到120目、120目到160目、大于160目的聚氨酯粉末的降解效果依次变好。若将粉末完全降解视为1,则可将各目数范围内物料的权重依次设定为w1=0.3,w2=0.6,w3=0.8,w4=0.9。利用多目标决策中的线性加权和法,可建立聚氨酯泡沫降解效果Y的评价函数:

$Y = \sum_{1}^{2} α_{i} Y_{i} = α_{1} Y_{1} + α_{2} Y_{2}$ (2)

式中,αi为评价指标的权重。

通过对各单项指标数据结果方差分析得出,时间对粉碎再生后的不同目数物料综合降解效果有显著的影响,转速对聚氨酯粉末质量减轻率有显著的影响,两个指标的影响因素相当,故权重应该均分,但是聚氨酯泡沫中含有发泡剂,在粉碎再生过程中,由于剪切粉碎作用中的发泡剂逸出到空气中,使得聚氨酯粉末质量减轻率变大,粉碎再生后的不同目数物料综合降解效果比聚氨酯粉末质量减轻率更重要。因此综合考虑,将聚氨酯粉末质量减轻率的权重α1和粉碎再生后的不同目数物料综合降解效果α2分别确定为0.3和0.7。

根据上面指标的定义可知,Y值越大则热固性聚氨酯泡沫的降解效果越好,再生回收利用率越高。表3所示为极差分析法计算表,试验结果的极差分析如下:

(1)主次因素。

根据极差R的大小顺序排出的因素的主次顺序为:t、v、m,其中,转速v的极差为10.90,时间t的极差为14.71,进料量m的极差为1.96,v、t的极差相差不大,而m的极差较小,因此时间t为主要因素,转速v为仅次于时间t的因素,v、t对试验结果的影响较大,进料量m对试验结果的影响较小。

(2)每个因素的较优水平。

聚氨酯粉碎再生试验要求聚氨酯粉末质量减轻率、不同目数物料综合降解效果都越大越好,所以要求综合加权评分越大越好,因此,应该选取每个因素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中最大的那个水平,即v3、t3、m1。

(3)最优再生工艺。

根据正交试验设计的均匀可比性质,各因素的好水平组合起来就是要求的最优再生工艺,而进料量对试验结果的影响较小,所以最优再生工艺应是转速为2400r/min、时间为120min的水平组合。

(4)指标—水平变换规律。

综合加权评分与因素水平的关系如图6所示,由图可以看出,在试验所设定的工艺范围内,转速、时间都是大些好,转速对试验结果的影响率逐渐变小,时间对试验结果的影响率基本保持不变,进料量对试验结果影响不大。从图6的曲线趋势看,重要因素时间t的水平还可以提高、次要因素转速v的水平也还可以提高,亦即经优化后可得到更优的好水平组合。

1.转速的影响 2.时间的影响 3.进料量的影响

2.2.4 方差分析

采用方差分析方法对正交试验的数据进行分析,计算得到的数据如表4所示,由表4中的F值可以看出,因素v、t、m对聚氨酯降解效果的影响程度不同,主次顺序是t、v、m,其中,时间t具有显著性影响,转速v有一定的影响,进料量m几乎没有影响,可见方差分析和极差分析结果一致。