混合原理（精选7篇）
混合原理 篇1
粉体混合是指通过机械或流体方法使不同物理性质和化学性质的颗粒在宏观上分布均匀的过程, 简言之是两种以上的固态粉体物料在外力的作用下, 其不均匀性降到最低的过程。如药品生产的总混就是让药品的有效成分能均匀地分布到辅料内, 满足生产质量的要求。
1 混合机理
由于粉体均化目的不一样, 对均化的要求和评价方式也不完全一样, 均化的途径也不一样, 但均化过程的基本原理是基本相同的, 归纳起来有3种: (1) 移动混合:物料颗粒从一处移动到另一处, 类似于流体的对流; (2) 扩散混合:分离的粒子分散到不断展现的粉面上, 相互掺和、渗透而得到均匀的混合; (3) 剪切混合:在物料团堆内部, 粒子之间的相对移动, 在物料中形成若干滑动面, 像薄层状的流体一样相互混合和掺和。
每种混合都是以上述3种混合方式来综合体现的。
2 混合的随机性
以粒度相同的两种等量物料固体A和固体B混合为例, 如A与B的密度相同, 在理论上似可轻易达到完全的混合状态, 只要使A和B相互交错排列, 即达到完全的理想的混合。若A是B的2倍的量, 则必须有2个A粒子与一个B粒子排列在一起。若A与B的密度不同, B为A的2倍, 就必须1个A与2个B并列。这样, 绝对的均化在工业生产中就不大可能出现了, 那么最佳的混合状态就是无序的不规则排列, 一般认为混合的过程就是一个“随机过程”, 也称“概率混合”, 其所能达到的最佳程度称为随机的完全混合。
实际的混合问题比上述的情况要复杂的多, 不仅颗粒的大小是不均匀的, 密度也不相同, 而且影响固体粒子混合的固体粉料特性远远不止密度和粒度两项, 还有混合机内 (堆料内) 的混合作用。
3 影响混合的因素
由于混合的物料性质和运动的方式等状态在混合过程中的改变, 混合的过程不能达到最佳混合状态, 尤其是较细的粒子, 由于粉体的凝聚以及静电效应等原因, 产生了逆混合均化的现象称为反混合, 也叫偏析。显然, 偏析会阻碍随机的完全混合, 也可说混合状态是分料与混合之间的平衡。平衡的建立乃基于一定的条件, 适当地改变这些条件, 可使平衡向着有利于混合的方面转化, 从而改善混合作业。影响混合的因素如下:
3.1 颗粒性质
颗粒性质包括:粒子的粒度与粒度的分布, 粒子的形状、粗糙度, 粒子的密度、松散体积密度、静电荷、水分含量、脆碎性、休止角、流动性、结团性以及弹性等。例如:粒子的形状影响粒子的流动性, 粒子的密度差异在混合中会发生密度偏析作用。
二维运动混合机在防止以上因素中的几点运用: (1) 从混合机理来看, 移动混合最少偏析, 混合机筒体内设有刮板和运动方式采用摇摆移动混合方式; (2) 在混合出料时, 设备的振动和落差小, 保证出料时混合的物料均匀; (3) 原料的密度、形状、粗糙度和弹性是不容调节的, 设备内有刮板可以强制混合, 符合扩散混合和剪切混合机理。
3.2 混合工艺
运转条件包括:物料在容器内的配比量的多少, 占混合机体积的比率 (装料系数) , 混合时间, 进入混合机的方法、次序、搅拌部件和混合的旋转速度等。其中, 混合时间是根据混合设备的不同和混合物料的不同而改变的, 二维、一维运动混合机混合时间≥25~30 min。
3.3 混合机性能和混合方式
混合机性能包括机身、搅拌部件的尺寸与形状、进料部位和结构材料表面加工质量以及卸料装置的性能, 其影响粒子在混合机内的运动, 如流动方式和速度。二维、一维的混合均化方式为机械均化方式, 有利于提高混合均匀度。
4 混合质量评价
4.1 合格率 (平均值)
合格率是指若干样本在规定的质量标准上下限之内的百分率, 即一定范围内的合格率。这种计算方法虽然也在一定的范围内反映了样品的波动情况, 但不能反映出全部样品的波动幅度, 更没有提供全部样品中各种波动幅度的分布情况。如两种样品中某一成分的含量在0.95%~1.05%之间, 合格率都在100%。平均值第一组为1.011 2%;第二组为1.001 6%, 这两组的合格率一样, 平均值相近, 单比较两组波动的幅度相差很大, 这说明需要其他的比较方法, 两组平均值如表1所示。
平均值的计算公式:平均值x= (X1+X2+X3+…+XN) /N
4.2 标准偏差
也称为均方差根, 表示数据的波动幅度, 其计算公式为:
式中x——样品的平均对含量, g;
Xi——某一样品对某物料的含量 (i=1, 2, …, N) , g;
N——样品的数量;
S——对含量的标准误差, %。
当式中N值很大时, 即样本的观察数值很多时, 就比较接近和代表了总体。
4.3 离散度和均匀度
离散度R (也叫变异系数, 用“CV”表示, %) 定义为标准差S与样本平均值之比。
均匀度H是相对于离散度的, H=100%-R
4.4 均化效果
指均化过程前后的标准差之比。
均化效果主要运用在预均化过程中, 来定工艺混合均化时间和来保证混合物料的均化性。
5 混合质量检验
混合质量检验, 一般是根据其均匀性与化学组成的正确性来评定。均匀度测定的基本内容为试样采取和试样分析。试样的采取主要包括试样的大小、试样只数和取样位置。试样分析则包括测定的组数和具体分析方法, 在此不做具体详述。
6 案例
6.1 案例1:二维运动混合机混合均匀度验证
(1) 验证混合机型号:EYH-1000A二维运动混合机。
(2) 混合机额定技术参数 (如表2) 。
(3) 物料组成:对乙酰氨基酚 (2.5 kg) , 淀粉 (247.5 kg) 。
(4) 验证目的:二维运动混合机的运行是否符合生产工艺要求。
(5) 取样方法:总混一段时间后, 按筒体的上、下、左、右和中心顺序取样。混合出料开始1样、过程3样和出料结束1样。取样量:40 g/样。
(6) 确认方法:对药品含量、含量均匀性确认。
平均值x= (X1+X2+X3+…+XN) /N
式中x——样品的平均对乙酰氨基酚含量, g;
Xi——某一样品的对乙酰氨基酚含量 (i=1, 2, …, N) , g;
N——样品的数量, N=5个;
S——对乙酰氨基酚含量的标准误差, %。CV为变异系数 (离散度) , %。
H为均匀度, %。
(7) 接纳标准:以每10 g含对乙酰氨基酚0.1 g计。各点CV≤1.38%, H≥98.62%。
(8) 试验情况如表3所示。
(9) 结论:设备混合30 min后CV可满足要求。发现混合到25~30 min时均匀度有回落现象;30 min后混合均匀度较稳定提高。
6.2 案例2:一维运动混合机混合均匀度验证
(1) 验证混合机型号:YYH-1000L一维运动混合机。
(2) 混合机额定技术参数 (如表4) 。
(3) 物料组成:对乙酰氨基酚 (5 kg) , 淀粉 (245 kg) 。
(4) 验证目的:一维运动混合机的运行是否符合生产工艺要求。
(5) 取样方法:总混一段时间后, 按筒体的上、下、左、右和中心顺序取样。混合出料开始1样、过程3样和出料结束1样。取样量:40 g/样。
(6) 确认方法:对药品含量、含量均匀性确认。
平均值x= (X1+X2+X3+…+XN) /N
式中x——样品的平均对乙酰氨基酚含量, g;
Xi——某一样品的对乙酰氨基酚含量 (i=1, 2, …, N) , g;
N——样品的数量, N=5个;
S——对乙酰氨基酚含量的标准误差, %。CV为变异系数 (离散度) , %。
H为均匀度, %。
H=100%-CV
(7) 接纳标准:以每10 g含对乙酰氨基酚0.2 g计, 含对乙酰氨基酚应为标示量的95.0%~107.0%。各点CV≤5%, H≥95%。
(8) 试验情况如表5所示。
(9) 结论:设备混合10 min后CV即可满足要求。发现混合到25 min时均匀度不如20 min的好, 为回落不稳定现象;30 min后均匀度趋于稳定提高, 不再出现回落不稳定现象。
冷补沥青混合料原理与施工 篇2
沥青混凝土路面在经过长期使用后, 经常会出现凹坑、松散、开缝等危及道路安全的问题, 这些问题不仅会影响道路的通行能力, 对道路的寿命也会造成极大的影响甚至严重时还会引发交通事故, 对过往车辆人身和财产安全产生隐患。所以对于道路上出现的凹坑、松散、开缝等需要及时进行修复。早先我国采用的修补方法为热拌沥青混合料的方法, 热拌沥青混合料的方法是通过高温将沥青等材料加热配比得到合适的修补材料, 这种方法容易产生高温, 存在很多安全隐患, 因此, 在热拌沥青混合料的方法的基础上开发出了新的冷补沥青混合料方法。现就冷补沥青混合料强度形成原理进行阐述。
1 道路冷补的简介
在原来的修补方法中, 多采用的是热拌沥青混合料的方法, 这种方法是通过高温加热将沥青融化并加入一些修补材料, 而后将这些修补材料倒入需要修补的地方从而完成道路的修补工作, 这种热拌沥青混合料的方法采用的高温加热法往往会带来一些严重的安全隐患, 同时操作复杂, 因此需要采用一种新的道路材料修补法, 现今, 一种新的沥青混合料修补方法被开发出来的了———冷补沥青混合料修补法, 相较于热拌材料法, 冷态修补则不需要加热, 只需使用冷态沥青修补材料进行修补就可以了, 沥青冷补材料是指没有加热的矿料 (骨料) 与稀释的沥青经过拌和而形成的一种混合料。其通常采用两种拌合方法:工厂拌和和现场拌和。冷拌冷补沥青混合料是国内新兴的一种道路路面坑槽修补材料。冷补沥青混合料具有不受天气条件限制, 随用随补等优点, 在1998年以前, 我国城市道路工程并没有真正意义上的冷补材料, 只有水基的乳化沥青材料, 用于常温修补。2000年以后, 冷补材料作为一种科技含量较高的产品在国道、省道、市政道路上得到推广应用。
2 道路冷补沥青混合料的特点
传统的热拌沥青混合料的修补方法, 需要加热保温沥青, 不仅操作麻烦, 还需要消耗大量的能源, 同时污染环境, 并且养护时间较长, 影响道路的通行, 冷补沥青混合料法则没有以上这些缺点, 其具有其独特的优点:
相较于热拌沥青混合料法, 冷补沥青混合料法在各种复杂条件下都能够使用, 其可在20℃至50℃之间的温度范围内完成修补工作。
在进行修补工作时, 操作简单, 相较于热拌沥青混合料法, 在进行修补做业时, 无需粘层油。其使用材料操作简便, 无需使用大型工程机械设备, 可以根据道路的损坏情况使用不同的压实方式, 例如:进行小范围、小施工量的修补作业时可以采用人工压实和冲击压实的方法, 当需要大范围的修补时可采用压路机压实的方法, 方法选择简便。
如果使用质量极佳沥青冷补材料时, 可以保证修补后的道路能够使用很长一段时间, 这种极佳的沥青冷补材料, 具有极强的抗老化和粘结的特性, 在完成修补作业后能够很好的修补道路, 一次性修复成功率高。
相较于传统的热拌沥青混合料法, 冷补沥青混合料保存的时间更长, 通常可以在常温下可露天存放两年以上, 如果采用妥善的保存方式, 则可以存放更长的时间。冷补沥青材料生产简单, 可以极大地限度的采用原有的热沥青搅拌设备在当地生产, 从而能够降低在设备方面的投入。
在使用沥青冷补料修补后, 在进行修补的区域能够很快进行通车, 无需像传统的热拌沥青材料法那样需要等待道路冷却后才能进行通车, 这对于因道路修补工作而造成的道路堵塞具有很好的缓解作用。
这种新的沥青冷补材料具有很高的环保效益, 在生产和使用过程中不会像热拌沥青混合料法那样产生粉尘和黑烟, 特别是其不溶于水的特性。能够更好的保护大气环境和地下水资源。
这种新的冷补沥青材料能够广泛适用于水泥混凝土, 金属表面, 木面等不同基质的材料表面, 能够完成多种基质材料下的路面的修补与养护。
在修补过程中, 冷补沥青材料能够在各种天气条件下工作, 对于道路修补能够及时完成, 避免了道路状况的进一步恶化, 同时无需像热拌沥青混合料法那样需要多种搅拌设备和施工机械, 同时, 修补材料按需使用, 剩下的材料可以在下次修补中继续使用, 无浪费。
3 冷补沥青混合料的成型原理
沥青冷补材料的强度形成过程和热沥青混合料的强度形成过程有所不同, 热沥青混合料用的沥青是热塑性的, 而冷补沥青混合料的沥青是经过改性的, 己经不是完全的热塑性。冷补混合料的强度形成有一个缓慢的过程, 在摊铺, 碾压时具可塑性、流动性, 能被挤压至坑槽中不规则的地方。在行车和空气的作用下使一部分溶剂挥发, 沥青逐步变稠, 冷补混合料颗粒之间的分布更加紧密, 空隙率减少, 矿料相互的黏结更牢固。混合料的密度增大, 对路面软的感觉会逐渐消失, 这一过程需要7-10天时间。此后强度还会逐步增加, 经过三个月左右的时间, 其变形和强度会逐步稳定, 达到或超过热沥青混合料冷却后的性能。冷补混合料的强度由两部分构成:一是由于改性沥青自身的黏结性和黏附性及与矿料相互作用而形成的混合料的内聚力和黏附力所构成的。它们使得矿料颗粒料间不易分离, 形成整体, 也使混合料与原表面要有较高的粘着力而不易剥离、推移。二是混合料经碾压后由于矿料颗粒间的嵌挤锁结作用而形成的混合料的内摩擦阻力。冷补料这两部分力就构成其初期强度, 并足以抵抗车辆荷载的作用。
4 冷补沥青混合料使用
坑槽清理。将待修补的坑槽内及四周的碎石、废渣清理干净, 坑槽内不得存有泥浆, 冰块等杂物。市政道路工程的修补, 被修补的坑槽应整齐的切边, 废渣的清除要见到固体坚固面为止。
填满坑槽。把足够的沥青冷补材料填进坑槽内, 直到填料高出地面l.5cm左右。市政道路修补, 其冷补材料的投入量可增加10%或20%左右, 填满后坑槽中央处应稍高于四周路面并呈弧形, 若路面坑槽深度大于5cm时, 应分层填补, 逐层压实, 每层3-5cm。
压实铺设均匀后, 根据实地环境, 修补面积的大小和深度, 选择适当的压实工具和方法进行压实。如人工用铲背压实、人力夯、振动平板夯压实、压路机压实等。
清扫压实完成后可在表面均匀撒上一层石粉或细沙, 并用清扫工具来回清扫, 以便细沙填满表面空隙。验收修补完的坑槽表面应光洁、平整、无轮迹, 坑槽四周边角一定要压实, 无松散现象。普通道路修补压实度要达到93%以上, 高速路修补压实度要达到95%以上。
5 结束语
相较于原来的热拌沥青混合料法, 冷补沥青材料具有使用方便、生产使用无污染、适用于各种复杂的天气条件等优点, 文章从冷补沥青混合料的优点、冷补沥青混合料的使用方法、以及冷补沥青混合料强度的形成机理进行了介绍, 并着重对冷补沥青混合料强度形成原理进行阐述。
摘要：建国以来, 中国公路建设突飞猛进, 截止到2009年底国家公路总里程已经超过了370万公里。在这漫长的公路里程上, 经常会发生公路破损需要修补, 原来我国对沥青混凝土路面的凹坑、开裂裂缝等多采用热拌沥青混合料的方法来解决问题, 这种方法温度较高, 很容易造成事故或是对道路路基等造成损坏, 现今, 一种新的沥青混合料修补方法被开发出来的了——冷补沥青混合料修补法.文章将就冷补沥青混合料强度形成原理进行阐述。
关键词：冷补,沥青混合料,原理,施工
参考文献
[1]宋建生, 吕伟民.储存式沥青混合料组成设计的研究[J].同济大学学报, 1998 (6) .
[2]盛落实.冷补沥青混合料生产和施工工艺研究[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2013 (6) .
混合原理 篇3
随着学分制的实施,学校对专业课程的教学学时进行了不同程度的缩减,但用人单位对专业人才需求的质量标准并没降低,相反,随着各种新技术新方法的不断涌现,专业课程的教学内容还要不断更新和充实,因此,有必要寻求一种在课程学时减少的情况下,又能保证人才培养质量的教学模式。2011年,国外提出了大规模开放课程(MOOCs)的教学模式,许多高校认为找到了一个绝佳的教学模式。实际上,据朱永海、韩锡斌等的调查分析,2012年和2013年,美国高校已经开设MOOCs的仅3.8%,计划开设的仅9.35%,54.05%的高校没有决定开设,有32.85%的高校明确表示不打算开设MOOCs[1]。哈佛大学负责Harvard X(ed X)的主任罗伯特·鲁(Robert Lue)教授认为:MOOCs已经过时了,课程不必是大规模的,也不必是开放的[2]。斯隆联盟在线教育在2014年1月的系列报告中,统计了美国高校提供在线课程与混合课程的情况,结果表明,截止2013年底,70%的院校领导认为他们将有40%的混合课程[3]。
二、研究现状
国内有高校在公共基础课中开始试行混合教学,专业课实施混合教学的还很少[4,5,6]。黑龙江大学的形势任务教育课在2015年采用线上网络教学4个专题,线下面授教学4个专题。安徽大学的形势与政策课在2013下半年就启用了混合教学,学生的总评成绩中,网络学习情况占50%,参加专题讨论情况占30%,网上完成作业占20%。浙江大学的信息技术课采用在线学习加课堂讨论的混合教学。福建化工学校的二维动画制作采用40分钟自主学习加40分钟作品制作的形式实施混合教学,将“听老师讲”变成“自己学”,采用交互式视频讲解技能操作训练,对学生高度分组,满意度很高。石河子大学的家畜繁殖学(54学时),在改革前有44学时为面授,10学时实践,采用清华网络教学平台后,改为线上40学时、实践14学时、面授14学时,建立由1000多道题组成的试题库,学生上机考试,随机抽取试题,由计算机当场给出课程成绩[7]。通过分析国内国外的情况可知,混合教学是教学模式的一种创新,可提高教学质量和教学绩效。
三、混合教学的内涵
混合教学是介于传统课堂教学和完全网络在线学习之间的教学模式,是指将面授教学(Face-to-Face Learning)与在线学习(Online Learning)相融合,以达到有效学习的一种学习模式[8]。传统课堂教学以黑板、实物等为教学媒体,以传授知识为主,注重面授教学的实施,以教师为主体,学生被动接受,学习方式单一,教学评价以总结性评价为主。而混合教学综合考虑课堂教学要素与在线教学要素,教学内容除教材以外,还包括丰富的在线教学内容,教学媒体丰富,教学过程和模式多样化,以学生为主体,由教师进行主导,教学提供线上线下多种学习方式,以能力培养为主,注重将面授教学与在线教学进行互补,发挥最大优势。对比传统课堂教学和完全在线教学,混合教学扩展学习时间、空间和机会,支持多种教学资源的提供,通过交互与合作促进学生积极参与到教学中,支持课程管理活动(例如交流、评估、评分、反馈)。总之,混合课程可提高教学的质量和绩效。
四、机械原理混合教学
机械原理课是机械类专业的一门主干技术基础课程,在学生知识、能力和素质的培养体系中,占有十分重要的地位。本课程的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能,学会常用机构的分析和综合方法,并具有进行机械系统运动方案设计的初步能力。在培养机械类高级工程技术人才的全局中,本课程为学生从事机械方面的设计、制造、研究和开发奠定了重要的基础,具有增强学生适应机械技术工作能力的作用。
全国机械原理教学指导委员会建议该课程的学时为70学时(理论56学时,实验14学时),课程设计1周[9]。我校2013版人才培养方案修订为60学时(理论46学时,实验14学时)。课时减少了,但随着现代设计方法和先进制造技术的发展,课程内容不断充实,如随着工业机器人的需求发展,课程中新增了开链机构的设计和运动分析。因此,仅靠课堂面授的46学时,教师无法高质量地完成教学内容。
1.机械原理混合教学设计。(1)教学内容的安排。混合教学一般将适合于网络学习的教学内容安排成E-Learning模式,将不适合的内容或者难以实现网络学习的内容安排成老师讲授或指导的模式,并采用网络进行教学信息交流、作业的管理等。笔者对机械原理课程中以下几方面的内容安排了网络自主或协作学习:一是难度大,不容易理解的内容,如机构结构组成等,可在线上多次重放动画(或视频)便于理解;二是纯粹文字叙述、无公式推导演算的内容。具体说来主要有以下一些内容:绪论;机构组成;平面四杆机构的类型;凸轮机构的组成及类型;凸轮从动件常用运动规律;齿轮机构的组成和类型;渐开线齿廓的切制原理;轮系的类型及功用;间歇运动机构的组成及工作原理;刚性转子的平衡;机械运转速度波动的类型及调节方法;机械系统方案设计的一般流程。总计约20学时。(2)网络课程的架构设计。我校的机械原理网络课程采用清华在线教育综合课程平台作为开发平台。该平台支持MOOC、混合教学、网络辅助教学等多种教学模式,是一个通用的网络教学平台,主要有课程建设、课程学习、学习社区、学习分析、课程管理等模块(图1)。我们灵活运用其功能模块,创建机械原理网络课程用户界面及其课程内容,如图2所示。网络课程内容包含教学大纲、教师教案、考试大纲、理论课、实验课、课程设计等内容。另外,还有丰富的图片、视频、动画等课程资源。理论课程内容包括分章节的演示文稿、视频播课、课程作业、试题库、试卷库、课程问卷、答疑讨论等内容。课程实验模块包括实验指导书、实验操作视频、实验报告格式及样例。课程设计模块中主要包括任务书、辅导课的PPT、格式规范要求、样例、几种机构建模及分析软件的使用方法介绍等内容。(3)课程资源的建设。课程资源的类型有文本、图片、动画、视频等。文本可以直接在平台的编辑器中输入,也可在文字处理软件中编辑好后再导入课程平台。图片有教材中的插图、实物照片、三维实体截图等。图片中的线图建议用不同的颜色区分各图形对象,机构结构图建议用三维爆炸视图或动画形式,直观清晰,方便理解。视频可采用手机、摄像头、照相机等常用工具进行制作,进行适当的格式转换,建议单个视频长度不超过5分钟,仅针对单个知识点,文件大小不能太大,方便学生利用零散时间在移动终端上学习。本机械原理网络课程中共制作了171个机构动画素材文件,68个视频素材。
2.机械原理混合教学实践。2015年,我们在2013级机制专业中试用了混合教学。线下第一次课明确上述线上线下的内容安排,对混合教学的实施方式做了说明,对网络课程的使用方法进行了演示,要求学生按教学进度安排进行线上和线下的学习。学生在线学习时可分章节、分知识点观看播课单元,研读课程内容,若有疑问可在讨论区发问,老师和其他同学均可在线上答疑。课程作业暂时只要求客观题在线提交,主观题要求线下提交纸质作业。线下理论课的教学方式也实施了改革,一是对线上的教学内容仅作总结归纳,并通过提问、组织课程讨论等方式检查学生在线学习的效果;二是对线下教学内容采用多媒体教学手段进行精讲。每个月采用网络课程中的试题库对学过的内容实施在线测试,检查学生的学习效果,以督促学生按教学进度完成学习任务。
课程结束后,学生修读这门课程的总评成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分组成。平时成绩根据网络课程平台中学生的学习统计给出,占30%;期末考试成绩占70%,其中客观题(40分)采用在线测试,主观题(60分)采用传统纸质考试。从最终成绩来看,成绩符合正态分布,平均成绩75.6分。从学生评教的结果来看,学生满意度为93.2%。
五、结论
混合教学综合考虑了课堂教学要素与在线教学要素,是一种新的教学模式,特别适用公共课和专业基础课的教学。我校在机械原理课程中使用混合教学,显著地提高了教学的质量和绩效,为其他课程起到了示范和引领作用。
摘要：为了提高教学质量和教学绩效,学校采用清华教育在线网络教学综合平台建设机械原理网络课程。2015年在机制专业采用混合教学,面授36学时,自主学习20学时,课程总评成绩中在线学习占30%。采用混合教学提高了学生学习的积极性和主动性,也提高了教学的绩效。
关键词：机械原理,混合教学,网络课程,教学模式
参考文献
[1]朱永海,韩锡斌,杨娟,等.高等教育借助在线发展已成不可逆转的趋势——美国在线教育11年系列报告的综合分析及启示[J].清华大学教育研究,2014,(04):92-100.
[2]申灵灵,韩锡斌,程建钢.“后MOOC时代”终极回归开放在线教育——2008-2014年国际文献研究特点分析与趋势思考[J].现代远程教育研究,2014,(03):17-26.
[3]韩锡斌,葛文双,周潜,等.MOOC平台与典型网络教学平台的比较研究[J].中国电化教育,2014,(01):61-68.
[4]李一浩,王辉,裴旭明.面向机电专业混合教学模式的探索[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2015,(01):234-235.
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混合原理 篇4
伴随知识经济的到来及终身学习理念的深入, 越来越多的学校意识到继续教育对于教师专业化发展的重要性, 教师继续教育在教师专业化发展中起着至关重要的作用, 构建一种大规模、低成本、高效的教师继续教育培训模式非常必要。
二、教师继续教育混合学习培训模式研究
(一) 教师继续教育混合培训模式概念界定
所谓教师继续教育混合学习培训模式是指将混合学习原理应用于教师继续教育培训领域, 整合面授培训和网络培训, 将培训有机优化组合的一种新的培训方式。 这种方式不仅是学习方法和策略的有效整合, 更重要的是一种学习理念的有机整合。
(二) 教师继续教育混合培训模式的特点
与单纯的面授培训和网络培训相比, 教师继续教育混合培训模式表现出以下优势:
1.混合培训模式是网络在线学习、 面授答疑与校本研修的结合。
教师继续教育混合学习培训模式是针对教师培训需求, 对在线学习、 面授辅导、 校本研修等多种培训方式的深度整合, 发挥各种方式在不同培训情境下的优势, 以期将培训效果最优化的学习模式。
2.混合学习培训模式是多种学习方式和策略的结合。
在教学方式层面, 混合学习是多种学习方式的混合, 包括典型的讲授型学习、 自主学习、 合作学习和研究性学习的混合。 在混合培训模式实施中, 面授辅导主要以讲授型学习进行 (专家讲座形式) , 而网络学习包括自主学习、协作学习和探究式学习。
3.混合学习培训模式是资源整合、 共享与资源重复利用的结合。
混合学习培训模式通过网络在线学习、专家讲座、校本研修等多种培训方式, 可以实现培训者与受训教师之间、受训教师相互之间的资源整合和共享, 且培训具有长效机制, 资源可以重复利用, 极大地节约了培训成本。
4.混合培训模式是形成性评价与终结性评价、 自评与互评及他评的结合。
传统的教师继续教育培训方式注重终结性考核, 培训结束后的最终考核在评价中占据极大比重, 混合培训模式更注重对学习过程的考核, 通过学习监控、管理系统可有效获取学习过程数据, 更加注重形成性评价与终结性考核的相互结合和渗透。
(三) 教师继续教育混合学习培训模式的构建
1.教师继续教育混合培训模式架构。
混合培训模式架构主要是将网络在线学习、专家讲座、校本研修相结合。 受训教师主要通过网络平台进行集中培训 (专家讲座) 前预习、填平差异, 通过自主学习、探究式学习、交流互动和在线考试等, 面授 (专家讲座) 进行重、难点解读和答疑, 通过校本研修提高个人教学研修能力和小组协作能力、进行教学反思和体现教学成果。 各种方式相互依存、相互渗透相互影响、循环巩固, 形成一个螺旋上升的整体。 教师继续教育混合学习培训模式架构如图1:
2.教师继续教育混合培训模式流程。
教师继续教育混合培训模式在流程上应包括需求分析“总体设计”培训实施和评估总结四个环节, 如图2所示。
三、教师继续教育混合学习培训模式实践
(一) 总体设计
1.培训平台设计。
本次培训依托QQ群、 学校平台进行, 采用摄录像技术、flash技术和, html技术制作了丰富多彩的学习资源及教学案例等形式的培训内容, 针对教师工学矛盾突出情况, 尽可能选择了教师迫切需要的知识进行学习, 如网页制作、微课等新知识进行了培训。
2.学习资源设计。
学习资源为视频讲座等课例, 并提供文字材料, 经过培训过程后问卷调查教师的学习情况, 发现课例为10分钟左右的比较受教师们欢迎, 在课例制作时可以参考微课程制作的方法, 把讲解的内容分解成几个单独的部分, 可以很好地强化培训的效果。
(二) 评估总结
为了解混合培训模式的有效性, 本研究对教师培训中的效果以调查问卷的形式进行三个方面的评估 (学习资源、学习支持服务、学习效果) , 评估结果显示, 教师对该培训模式的三个方面满意度均达到了90%以上。
四、结语
实践表明, 教师继续教育采用混合学习培训模式非常可行, 这种方式是开展大规模、低成本、有质量的培训教师的有效途径。 同时, 混合培训模式在实践中还有不少需要改进的问题, 主要体现在: (1) 受环境条件限制, 如部分偏远地区计算机软硬件缺失, 培训效果受到一定影响。 (2) 以传统面授培训为主的培训方式根深蒂固, 这对受训教师的学习自主性具有一定影响。
参考文献
[1]阮连法, 张素江, 周朝农, 等.网络——面授集成培训模式的构建[J].继续教育, 2012 (6) :7-10.
[2]吴东醒.网络环境中面向混合学习的教学模式[J].中国电化教育, 2008 (6) :72-75.
混合原理 篇5
本文对snort入侵检测系统及基于免疫原理的入侵检测技术进行了探讨和研究,利用snort系统为误用检测系统,把人工免疫的算法应用到异常检测,用于检测未知攻击。在此基础上设计了混合模式入侵检测系统。
1 入侵检测技术介绍
入侵检测技术主要有两种:误用检测和异常检测。
误用检测(Misuse Detection)是假定所有入侵行为和手段(及其变种)都能够表达为一种模式或特征,那么所有已知的入侵方法都可以用匹配的方法发现。误用检测的关键是如何表达入侵的模式,把真正的入侵和正常行为区分开来。误用检测的优点是可以有针对性地建立高效的入侵检测系统,其主要缺陷是不能检测未知的入侵,也不能检测已知入侵的变种,因此可能发生漏报。
异常检测(Anomaly Detection)是假定所有入侵行为都是与正常行为不同的。异常检测需要建立目标系统及其用户的正常活动模型,然后基于这个模型对系统和用户的实际活动进行审计,以判定用户的行为是否对系统构成威胁。常用的异常检测方法有:专家系统、神经网络、机器学习、和人工免疫等。异常检测的关键问题是:(1)特征量的选择。异常检测首先是要建立系统或用户的“正常”行为特征轮廓,这就要求在建立正常模型时,选取的特征量既要能准确地体现系统或用户的行为特征,又能使模型最优化,即以最少的特征量就能涵盖系统或用户的行为特征。(2)参考阈值的选定。因为在实际的网络环境下,入侵行为和异常行为往往不是一对一的等价关系,这样的情况是经常会有的:某一行为是异常行为,而它并不是入侵行为。同样存在某一行为是入侵行为,而它却并不是异常行为的情况。这样就会导致检测结果的虚警和漏警的产生。由于异常检测是先建立正常的特征轮廓作为比较的参考基准,这个参考基准即参考阈值的选定是非常关键的,阈值定的过大,那漏警率会很高;阈值定的过小,则虚警率就会提高。合适的参考阈值的选定是影响这一检测方法准确率的至关重要的因素。
误用检测能够较好地检测已知类型的攻击,通常误报率较低,因此大多数的商业IDS都采用这种方式。但是,该类型的系统无法检测未知类型的攻击。面对层出不穷的新型攻击显得捉襟见肘。异常检测虽然可以检测未知类型的攻击,但又伴随着较高的误报率,而且检测算法的复杂度一般较高,所以在实际环境中的应用不是很广。由于异常检测和误用检测这两种方法各有所长,选择其中一种方法忽视掉的入侵很可能会被另外一种所识别。因此,可以通过寻找一种有效的协调方式把误用检测和异常检测结合起来,发挥两者各自的优点。弥补各自的缺点,从而获得更好的性能。
2 snort系统分析
Snort是目前使用最广泛的开放源代码入侵检测系统,它具有实时数据流量分析和对网络上的IP网络数据包日志进行测试等功能,能够进行协议分析,完成内容搜索/匹配。它能够检测各种不同的攻击方式,对攻击进行实时报警。此外,Snort具有很好的扩展性和可移植性。从本质上来说,Snort是一个基于误用检测的IDS。snort系统是通过一个已有的规则库进行人侵行为的检测,其中没有规则的扩充机制,这就使得它对于新的攻击行为无能为力。
2.1 snort系统架构
Snort入侵检测系统主要由四部分组成:数据包嗅探器、预处理器、检测引擎、报警输出模块。系统体系结构如图1所示。
2.2 snort系统工作流程
Snort的基本功能是数据包嗅探器,数据包嗅探是Snort工作的开始,Snort取得数据包后先用预处理插件处理,然后经过检测引擎中的所有规则链,如果检测到有符合规则链的数据包,则系统就会根据输出设置把该信息记录到文件并报警。Snort的预处理器、检测引擎和报警模块都是插件结构,插件程序按照Snort提供的插件接口完成,使用时动态加载,在不用修改核心代码的前提下使Snort的功能和复杂性扩展更容易。既保障了插件程序和snort核心代码的紧密相关性,又保障了核心代码的良好扩展性。
3 人工免疫原理与入侵检测
3.1 生物免疫系统
生物免疫系统(Biology Immune System,BIS)是一个分布式、自组织和具有动态平衡能力的自适应复杂系统。它对外界入侵的抗原(Antigen,Ag),可由分布全身的不同种类的淋巴细胞产生相应的抗体(Antibody,Ab),其目标是尽可能保证整个生物系统的基本生理功能得到正常运转。生物免疫系统具有良好的多样性、耐受性、免疫记忆、分布式并行处理、自组织、自学习、自适应等特点,这些诱人特性,引起研究人员的普遍关注。
人工免疫系统(Artificial Immune System,AIS)就是研究、借鉴、利用生物免疫系统的原理、机制而发展起来的各种信息处理技术、计算技术及其在工程和科学中的应用而产生的多种智能系统的统称。计算机免疫系统是人工免疫、计算机科学的一个分支,是继神经网络、模糊系统、进化计算、人工免疫等研究之后的又一个研究热点。在众多的研究领域中,引入免疫概念后取得了满意的成果,特别在计算机病毒防治、网络入侵检测上,基于免疫的网络安全技术克服了传统网络入侵检测系统的缺陷,被认为是一条非常重要且有巨大实际应用前景的研究方向。
3.2 免疫算法
Forrest等研究人员受生物免疫系统启发提出了否定选择算法。否定选择,又称阴性选择。否定选择的主要思想是:建立一个随机检测器集,从中进行选择,将对系统无害的自体信息排除,剩下的则认为是异常体的集合。
本文提出的检测器生成器算法(如图2)是在原有的否定算法的基础上进行了改进。利用误用检测模式先检测出已经确定的攻击模式,对于未知的异常数据则用免疫算法的检测器检测,因此本文的检测器生成是以少量的异常数据为基础生成的,而不是一种不可能存在的模式,这样,产生的检测器数量不会像原始算法产生的那么多,这些检测器是有效的,有利于提高检测效率,节约存储空间。
4 系统设计
4.1 系统设计思路
Snort基于误用检测技术,其检测能力受到规则数据库中规则的限制,无法检测到未知类型的入侵行为,而基于免疫的异常检测技术的优点是能够检测到未知类型的入侵行为。
一般情况下,网络中绝大部分数据包都是正常的,可以在Snort检测引擎之前加入异常检测引擎来过滤掉大部分正常数据。减少Snort检测引擎的负担,提高其检测效率;由于Snort支持插件方式,因此将异常检测引擎编写成插件,通过Snort提供的插件接口,使用时动态加载,可方便地实现在Snort中添加异常检测的功能。对于那些不符合网络正常行为模型的数据包,可将其视为异常数据包,先送至误用检测引擎作进一步的检测。经过误用检测引擎未发现入侵行为的异常数据包很可能是新的入侵行为产生的数据包,对这些异常数据包再通过免疫的异常检测模块可以判断是否新的入侵行为模式,然后将这些入侵行为模式转换为Snort入侵检测规则并添加到规则库中,这样误用检测引擎就可以检测到新的入侵行为。
4.2 系统架构
本文提出的检测模型系统架构如图3所示。
系统主要包括6个功能模块:
数据包捕获和解码子系统,用来捕获网络的传输数据并按照TCP/IP协议的不同层次将数据包进行解析;
数据预处理,是介于解码器与检测引擎之间的可插入模块,提供一些对解码后的数据包及一些应用层协议的附加处理及解码功能;
异常检测引擎,负责对数据包进行检测,并过滤掉正常的数据包;并将可疑的异常数据包输出到snort误用检索引擎模块;
Snort误用检测引擎模块,把获得的网络数据与规则库进行比较,如果匹配,则报警;否则,作为异常数据存入异常文件;
基于免疫原理检测模块,对异常文件数据进行免疫检测,检测出新的入侵行为模式,调用报警模块,并转换为符合snort规则语法的入侵检测规则,然后添加到规则库中。
该系统的主要优点:结合了误用检测与异常检测的优点,提高了检测效率,应用免疫原理提高了检测未知攻击的检测的能力,可以不断更新规则库,检测某些新变种的入侵。
4.3 系统实现
本文改进模型的实现是基于开源网络入侵检测系统Snort及其相关组件的,这些都可以通过互联网免费获得。具体实现过程分为以下几步进行:
1)在Windows系统下部署一个简单的snort网络入侵检测系统。用到的主要软件有:Snort、Winpcap、jpgraph、Mysql、Apache、php、ADODB、ACID等.对这些软件进行合理的安装和配置,构建起一个功能较完善的snort入侵检测系统。
2)将可疑数据存入可疑数据库并对其进行分类,使新的人侵数据和正常数据分开。这部分通过在ACID(AnalysisConsole for Intrusion Databases)中加入相应的处理页面来人机交互实现。
3)利用数据挖掘算法构建正常行为模式库并实现异常检测引擎模块。异常检测引擎模块在Snort程序中使用C语言来实现。
4)对异常数据进行向量转换,利用免疫算法对异常入侵数据进行检测,如果是攻击数据则转换成适合Snort的规则。这部分使用C语言来实现。
5 结束语
该文提出了一个混合型的入侵检测系统,利用snort的预处理技术进行异常检测分类过滤掉大量正常数据,提高人侵检测系统的数据处理能力。再利用误用检测引擎检测已知类型的攻击。对于无法确定的攻击则由后续的基于免疫原理异常检测模块做二次检验;该系统可以进行在线的检测工作,可以自动更新规则库,记忆新类型的攻击,灵活性较高,检测性较强。
参考文献
[1]宋劲松.网络入侵检测[M].国防工业出版社,2006.
[2]杨义先,钮心忻.入侵检测理论与技术[M].高等教育出版社,2007.
[3]郭文忠,陈国龙,陈庆良,等.基于粒子群和人工免疫的混合入侵检测系统研究[J].计算机工程与科学,2007(29,10).
[4]袁晖.基于Snort的入侵检测系统安全性研究[J].计算机科学,2008(35,4).
空氧混合器与氧电池的原理和评估 篇6
空氧混合器就把氧气和空气混合,再按比例调节成治疗所需的安全氧浓度输出给病人的一种装置。按工作原理可分为浮标式混合器,机械膜式混合器,和电子比例混合器三种。混合后的氧浓度要用测氧计予以检测。
1 浮标式空氧混合器
由两个独立的氧气流量浮标计和空气流量浮标计组成,两种气体混合后的输出气体为所需氧浓度。
浓度则从附表里读出。横坐标是空气流量(L/min),纵坐标是氧流量(L/min),两流量读数的交叉点即为输出的氧浓度数百分数。浮标式空氧混合器结构简单,价格低廉,氧浓度浓度可以与氧监测仪组合在一起监测,也可以用一张附表读出(见表1)。
2 机械式空氧混合器
其原理为:氧气O2与空气Air分别从接口1和10进入混合室,两混合室空间大小比例决定了进入混合室4的气体量的多少,也决定了混合气体输出端5的氧浓度比例(见图4)。这一切均由调节钮4推动弹簧的位置来决定混合腔室空间大小。当调节钮4逆时钟旋到左限位装置时,右腔室最小,左腔室最大,这时混合气室间里全为空气,输出口的含氧量为21%。当调节钮4顺时钟旋到右限位装置时,左腔室关闭,右腔室全开,这时混合腔室里全为氧气,输出氧浓度为100%。当旋钮旋到某一位置时,左右腔室大小发生改变,输出氧浓度亦属之相应改变。由于操作简单,读数直观,故障率低,体积小巧,价格适宜,美国生产的(Bid -Med;)(Sechrist)混氧器被应用在Bird;Siemens-300,Sensormedics等呼吸机上已多年。故障主要是空压机里的冷凝水进入到混氧器生锈,导致腔体变位不准。国产的新型空氧混合器结构在这方面作了重要改进:腔室由钢体改为石墨腔体,弹簧也改为不锈钢,故障率低于进口的。如果进入到混氧器的供气气源压力差达到0.05 MPa-0.12 MPa时, 哨音发生器9发出鸣叫声报警。进口的是铜制哨鸣器,也会因水锈导致报警失灵,国产的改为硅胶,就不怕水了。所以,作者认为:优选国产的混氧器应该是不错的选择。为做体外循环或单侧肺手术时,两侧肺的氧浓度要求是一样的,但是流量不同,所以可选用双流量计的空氧混合器(图4)。
3 比例式电子空氧混合器
近年来,空氧混合采用了比例电子空氧混合技术。所谓比例控制,是闭环控制系统的一种,它的输出变量(氧浓度)与输入信号(空气和氧气的流量)是通过电磁混合控制阀完成比例关系的。当输入空气和氧气的压力和温度是不变的前提下,首先是将它们的其中某一个流量的变化,进入到“控制反馈系统”变为第一次空气或氧气的输出变量,然后再将这个输出变量通过“传感器”与标定值的“氧浓度”反馈给“控制器”,计算出第二次变量,再去调节输入变量的大小,从而使最终输出变量氧与标定值的“误差”是最小的。二次反馈式系统的 (输出变量)与 (初输入变量)的变化呈线性比例关系变化。又是精度最高的。
电磁比例空氧混合器是由两组并联的压缩空气接口1和控制氧气接口2组成了多孔电磁比例阀入口,里面并联有多个空气和氧气电磁阀。在吸气过程中,控制电流流经伺服阀内的线圈,将阀球从阀座拉起,使阀球与阀座之间形成一个环形沟,通过调节阀门线圈的电流改变控制阀门开启程度的大小,环形沟开闭程度和供气压力的大小共同决定了输出端3处的混合气体的流量和比例,实现输出量氧浓度比例地发生变化的需求。在呼气过程中,阀球被压进阀座里,阀口关闭。混合腔内装有不断搅动余留的气体,使空气、氧气充分混合的混合瓣。因为其动作犹如钢琴琴键般组合,故称其为琴键阀,又称为比配阀。其优点是反应时间快,其流量变化曲线是呈方波状,电流是快速递增或快速递减过程,故其控制精确。常用于高档呼吸机的氧浓度和流量的控制。
比较一个比例流量阀的优劣,主要需要考量下列技术参数:如响应时间要快(小于5 ms)、功耗要小(小于1.0 W )、工作寿命要长(不少于1亿次)、大通径(高流量) 的出口口径(8 mm外径)、迟滞效应小(<5%)……先进的比例阀还采用了“压力平衡”技术设计,消除了膜片(即阀芯)两侧的流体压力差,使阀门开启时只需对抗弹簧的阻力,比例调节更精确。
电磁空氧比例阀灵敏度和精度高,调节方便。价格较高。也要防止压缩空气中溢入的残余水进入阀体,一旦有水进入,可以先用无水酒精棉球擦净,并用吹风机吹干。
3 氧电池的工作原理及性能检测
用于测量混合后送给病人的混合气体的真实氧浓度的氧电池(Oxygen sensor ) ,其原理是基于氧化锆对氧的敏感性,在铂电极催化下,氧气在参与氧化还原过程中会产生电势差,进而转化成为电压信号这样一种化学电池。
其电极反应: 正极:O2 + 2H2O + 4e- =4OH ;负极:Fe-3e- +3OH- = Fe(OH)3 。
总方程式:3O2+4Fe+6H2O=4Fe(YOH)3。
在恒定工作压力和恒定温度条件下,氧浓度在21%-100%段输出的电压约为14%-20%±5% 毫伏(600Ω负载电阻)。输出电压在整个寿命期内基本上是稳定的。
4 氧电池失效的判断
一般氧电池的工作寿命通常只有一至两年,质量好的可以使用接近三年,主要随实际操作环境而有所变化,如在高氧浓度或高温状况下其使用寿命将可能会缩短。当测量到的氧浓度值与设置的氧浓度值偏差较大时,机器将发出报警提示:氧浓度过高:O2% HIGH;氧浓度过低:O2% LOW。或者直接报警(请重新安装氧电池:REPLACE O2 SENSOR)。这时可先对其进行定标校准。工程师可分别在21%,50%,100% 氧浓度下测出氧电池输出电压(分别为Xmv、Y mv); 两者偏差应在5%允许范围内。例如实测一个M-04 氧电池,置于正常空气中(21% 氧浓度)输出为13.9mV,置于100% 纯氧下,输出为66.3 mV,实际误差为(21×13.9)/100×66.3 = 4.42%低于5%,因此可初步判断此氧电池还是在正常范围内。如果误差超出5%,就要进一步检查其他原因了。可从输入的氧气源压力,空气源压力是否正常和均衡、氧电池寿命是否衰老、混氧器有否故障、等三个方面分别判断。
首先应检查氧气源和空气源的压力或流量是否正常,两路气源的压力是否不均匀。氧气源的压力均应在240 ～ 600 kPa间, 一般应在400 kPa 左右;流量在120 L/min左右。大部分呼吸机还具有进气气源压力不均衡报警。有的呼吸机面板或菜单里可直接检测到输入的空气源的压力和供氧源氧浓度和压力值。在确认两路进气气源压力和氧浓度正常后,如果氧浓度测量值与设置值偏差超过±10% 并在30 s以上,基本可确定是原氧电池失效。不妨从其它呼吸机拆同一型号的氧电池对换后,如果报警消失,就需更换氧电池。也可以另外用一个便携式标准氧浓度测量对比比较。如果故障还不能排除,最后就要怀疑空氧混合器可能不正常了(最大可能就是混合器里进水)。当然还有注意空气连接管路是否漏气或进水的可能。
5 氧电池的定标与校正
氧电池作为一种电化学传感器,随着使用时间的延长,其能量不断消耗,导致氧电池老化,浓度控制和监测可能会不一致,如果氧浓度实测值与设置值偏差超过±2%,并且为第一次出现,那么不妨尝试对氧电池做一次定标,所以常实行定标是非常重要的,通过校正,有时氧电池的寿命还可延长1～3个月。
氧电池校正和更换步骤如下:
(6-1)把面板上(氧电池浓度)FiO2设定键钮在21%
(6-2)打开主机,钮在(TEST)档,屏幕上会出现(CALIBRATION O2?)(氧电池需要校正吗?)的字体出现。点入(START)。自动较正开始。(OK)表示校正结束。有的机器也可以在机器运作过程中。从子菜单(OPERTION)里选择(Calibration O2)档 进行动态校正。保持1 mm左右稳定读数。
(6-3)把面板的氧电池浓度设定钮旋到50% 再较正。
(6-4)再把氧电池浓度钮在90%或100%,再同上步骤进行校正并停留1 min让测量值稳定;高端可允许3%的误差。
如果三点校正通不过,就只好换新的氧电池了。现在的呼吸机一般都会自动定标。
(6-5)呼吸机氧电池老化会发出声,光,字报警:氧浓度过高(O2% HIGH);过低(O2% LOW),或者直接打出字样(更换氧电池REPLACE O2 SENSOR)。
6 兼容氧电池选择
氧电池在密封真空包装盒开封后,将在21%的空气浓度中自然老化,寿命随使用的氧浓度而有所变化,在高氧浓度或高温状况下使用,其寿命会缩短。故氧电池属于呼吸机耗材。考虑到原厂氧电池价格太贵,可选择兼容氧电池。一般兼容厂家都有产品替换目录。目前氧电池兼容生产厂家主要有德国IT、EnviteC、美国Teledyne、英国City Technology 等公司。对市场上常见的呼吸机品牌如Babylog, PB、ohmeda、Drager、Bard, Newport ,HAMILTON, Siemens 300、700、900, Stephen,SLE等极大多数的氧电池都有相应兼容替换产品。氧电池的兼容选择主要是外形,及接口要相应。不同的呼吸机配有不同外形的氧电池(氧电池外形见附图7),更换时要注意型号和外形。事实上,极大多数氧电池是兼容的,但呼吸机厂家为了不让其它厂家插手,往往在外形和连线,插接头上大做文章,只要工程师理解其接线原理,替换应该不是什么难题。
唯有 Servo-i及Servo-s没有兼容的电池,因为西门子厂家在它的氧电池里面装了带记忆芯片( 记忆芯片内包括氧电池序列号、更换日期、有效时间等)。 更换新的氧电池后必须做自检, 电池的序列号及容量都能在状态栏里显示出来, 目前还没有可以替代的产品。
据说目前市场上声称已有利用超声原理的永久性氧电池,可避免氧电池作为耗材经常更换。当然它的价格也很高。尙未得到推广普及。
7 氧浓度的检测
有的单位出于节约开支目的,认为氧电池在呼吸机里仅做终末监测,以为呼吸机面板已有设置氧浓度的刻度,监测和不监测无关重要,就关闭了氧浓度监测功能,其实这种做法是十分错误的。因为一旦空氧混合器,包括比例电磁阀也可能出故障,就可能为患者输送了与预置吸氧浓度(FiO2)不符的氧气,低氧浓度直接影响氧合疗效,可怕的是可能如果长时间吸入高浓度氧会导致引起不可逆的氧中毒,尤其对新生儿可能发生ROF (肺支气管发育不良) ,BPD(视网膜脱开)的严重后果。为了病人的健康,请不要忽视氧浓度的检测。应正确认识氧电池在呼吸机中的重要作用,定期进行相关安全性能检测,保证设备正常运行。 定期对氧电池和混氧器较正和更换。
8 其他
便携式氧浓度计就用氧电池检测其氧浓度的毫伏数,经电路放大处理后用数字仪显示。可用于鼻面罩,氧帐等氧疗仪的检测配套部件。当然也可加配超阈报警装置(见图8)。
摘要：本文就常用的机械式,电子式,空气—氧气混合装置的原理和优缺点予以评述。并对氧电池的工作原理,应用和监测,更换注意事项等给予详细的介绍。
混合原理 篇7
目前电气化铁路的电能质量治理主要分为无源和有源2种方式。无源方式是目前普遍采用的治理方法,分为固定补偿(FC)和SVC动态补偿2种。FC主要是安装3、5、7次滤波装置并兼顾无功补偿。SVC主要是通过调节牵引变电所输出端口并联的电容和电抗来实现负载平衡及谐波无功的补偿。文献[2-3]详细研究了无源对称补偿的原理、系统结构、容量和控制策略。有源治理主要是采用APF和SVG等方式注入补偿电流而实现综合治理,通常注入的补偿电流包含谐波电流和无功电流,这种方案因所需补偿装置容量大、价格贵而较少应用。文献[4-7]分析了各种大容量SVG系统的设计与实现问题;文献[8-10]研究了背靠背SVG针对多种变压器接线方式的补偿方案;文献[11-13]详细研究了多种方案的补偿容量问题。上述研究大都基于理论仿真或小系统模拟试验,其实际应用的效果和经济性值得商榷。
针对以上问题,本文主要研究了将背靠背单相换流器与FC相结合的方案用于平衡接线方式变电所的电能质量综合治理情况,通过安装小容量的换流装置即可实现电能质量综合治理。文章首先介绍了无源补偿的系统结构和原理,分析了无源补偿负序和无功所需的补偿容量;然后提出根据变电所容量和牵引负荷运行情况合理配置FC和背靠背单相换流器的安装容量的方法;最后通过对实际运行的牵引变电所进行现场试验,详细分析该试验的治理效果并指出该方案在实际设计时需要注意的一些关键问题。
1 无源补偿系统结构及容量分析
牵引变压器接线方式从功能上大致可分为非平衡接线和平衡接线。非平衡接线变压器的副边输出电压相位相差120°,而平衡接线副边输出电压相位相差90°。平衡接线变压器副边2个供电臂消耗相等时,其负序电流为零。目前电气化铁路引起的电能质量问题均集中在牵引变压器副边治理,它通过在α、β供电臂并联电容和电抗实现谐波、负序和无功的综合治理,其系统结构如图1所示(由供电臂和负荷或补偿装置所形成的电气回路称为端口)。
设Sα、Sβ分别为α、β供电臂负载容量,ψα、ψβ分别为变压器副边牵引供电臂对应的接线角,φα、φβ分别为两臂负载功率因数角。在无补偿情况下负载所产生的负序功率之和为[1]:
由于电力机车属于感性负载,其产生的无功为两臂负载无功的总和S0Q:
设SR-和SRQ分别为负序和无功的补偿容量,定义感性为正,容性为负。KN和KC分别为负序和无功的补偿度,即:
其中m表示对应的负荷或补偿端口号;KN和KC的取值范围为[0,1]。
当牵引负载不变时,经过式(1)—(4)的计算,在2个指定端口分别进行感性和容性补偿即可实现系统的无功和负序完全补偿。但由于牵引负荷总是不断变化,如果要达到上述效果就需要不断地改换补偿端口和补偿容量,这在实际工程中是很难实现的。如果在3个固定端口进行补偿,设K、L、T分别为补偿端口,其中K与α同端口,L与β同端口,T为自由相端口(通过电容或电感将α供电臂和β供电臂连接而形成电气回路),可得3个补偿端口的补偿容量如式(5)所示。化简式(5)可得3个端口的并联补偿安装容量如式(6)所示。
设η为两牵引供电臂负载容量比,η=Sα/Sβ,要实现系统的无功和负序完全补偿,各端口的补偿容量曲线见图2。
从图2的补偿曲线可以看出,在固定端口进行综合完全补偿时无源补偿容量与负载容量以及两臂负荷不对称度成正比;同时也可以看出,当补偿端口固定后采用无源方式实现完全补偿时,必须在3个补偿端口进行补偿容量调节,仅在2个固定端口调整补偿容量无法实现系统的综合补偿。
2 基于平衡接线的混合式补偿系统
2.1 基于平衡接线的混合式补偿系统结构
本文研究的对象为阻抗匹配平衡变压器接线方式的牵引变电所,它能够将公用电网的三相电变换成两相电且两端口输出电压相位相差90°。在牵引变压器两牵引负载端口配置3、5次固定补偿装置,并将2台背靠背连接的单相换流器的输出端通过隔离变压器分别接入2个负载端口,从而组成了混合式补偿系统,其结构如图3所示。在这种牵引变压器的接线方式下,当两相负载消耗的有功和无功同时相等时,即可在公用电网的三相侧认为负载对称。由于该接线方式的变压器的2个输出端口电压相位相差90°,因此在接触网上它们之间通常采用电分相连接。考虑到IGBT的耐压水平,换流器只能通过串联或并联方式来增大容量和电压水平,然后通过隔离变压器升压后接入27.5 k V的牵引供电系统。该补偿系统能根据负载的情况实时调节换流器的注入电流,从而实现对电能质量的综合治理。
2.2 基于平衡接线的混合式补偿原理
阻抗匹配平衡变压器是一种三相变两相的电能变换装置,其原边电流矢量图如图4(a)所示,副边电压、电流矢量如图4(b)所示。其中,α臂与原边a相电压相位相同,β臂超前α臂90°。当在平衡变压器副边加载相等的负载时,原边的三相电流对称,当负载不相等时将会在原边产生负序电流并降低功率因数。
副边负载大小不等时,其电压、电流矢量如图4(c)所示。α臂负载电流为iα,其功率因数角为φα;β臂负载电流为iβ,其功率因数角为φβ。由瞬时无功功率算法可得各供电臂电流的有功、无功分量大小为:
混合式补偿系统通过背靠背的单相换流器将电流较小的供电臂的部分电流通过单相整流,然后经直流电容后再由单相换流器逆变补偿到负载电流较大的供电臂,使2个供电臂电流有功分量Ip-α和Ip-β基本相等,从而完成两供电臂的有功平衡。对于负载需要的无功则主要由FC装置补偿,当牵引负荷所需无功补偿小于或大于所安装的FC容量时,换流器可动态地产生适量的感性或容性无功用于解决FC过补偿或欠补偿问题,使得Iq-α与Iq-β均为0。通过以上补偿过程使平衡变压器副边2个供电臂消耗的有功和无功分别基本相等,实现电能质量的综合治理。
3 基于平衡接线的混合式容量分析
根据平衡变压器的特性可以得到,混合补偿方案只要使得两供电臂补偿后的等效负载消耗的无功功率为零、有功消耗大小相等即可解决无功和负序问题。因此需要对无功和有功的补偿装置安装容量进行研究从而实现最优的补偿效果。
3.1 无源补偿装置容量分析
无功补偿最理想的条件就是使牵引负荷消耗的无功完全由FC和背靠背单相换流器提供,由于换流器的容量有限,因此无功的补偿主要由FC完成,而换流器仅作为小容量的SVG协调动态补偿无功。FC容量的选择主要是根据每条线路的实际运行情况而选取安装。设两臂安装的最佳FC容量为SqFC-α和SqFC-β,其容量大小可由下式计算得到[14]:
其中,p(t)为每个时刻系统消耗的有功,q(t)为每个时刻消耗的无功。如果每个时刻系统消耗的无功q(t)都有SqFC补偿,那么系统的功率因数就为1。但是由于FC装置无法准确实时补偿,根据线路的时间运行情况,每条线路总能找到一个最优的FC容量使得系统的功率达到最高。目前大部分线路依然是交直型机车,其功率因数在0.82左右,可将安装的FC容量增加一些。运行交直交机车的线路功率因数普遍在0.95左右,因此可安装适当的FC容量以避免造成过补偿现象。根据式(8)的方法,本文采用实际数据进行分析,其功率因数和FC容量曲线如图5所示。
由图5可见,本条线路主要运行交直交机车,当α供电臂设置FC容量为2 Mvar时,该供电臂功率因数最高可达0.98,β供电臂无补偿时达到最大值,若安装容量大于最佳补偿值时将造成过补偿。
3.2 有源补偿装置容量分析
获得最佳FC容量后,为进一步提高系统功率因数,可通过单相换流器对FC进行调节,实现系统功率因数为1。设换流器提供的最大动态无功补偿容量为Sqr-α、Sqr-β,可得α和β臂无功补偿容量范围为:
针对图5所测试的数据,各供电臂选取最佳FC后仍无法达到单位功率因数,本文通过换流器对负荷进行了无功补偿,安装最佳FC后,功率因数与动态无功补偿容量之间的关系如图6所示。可见,采用换流器能够实现系统无功的完全补偿。针对图5安装最佳FC后,即可完全补偿α供电臂需要换流器补偿的2 Mvar无功,同理β供电臂需要1.5 Mvar。
电气化铁路牵引负荷在高压母线上产生的最大电压不平衡度可采用该点短路容量和不平衡容量进行估算,其电压不平衡度VGN为:
其中,SGN为系统不平衡容量,SS为系统短路容量。
由式(10)可见,因系统接入点短路容量不同,相同的不平衡容量也可能会导致不同的电压不平衡度,因此各变电所应根据自身系统容量调整补偿容量。
换流器在进行无功和有功的补偿时,一般是通过瞬时无功功率理论实时计算出α和β供电臂牵引负荷消耗的有功容量Spα、Spβ和无功容量Sqα、Sqβ。有功相等的目标就是使得2个供电臂为牵引负荷提供相等的有功,其大小分别为两臂负荷总和的一半。当α臂负载较大时,可以通过单相换流器从β臂传递部分有功到α臂,从而减小α臂有功消耗的同时增大β臂有功消耗,使得有两臂有功消耗相等;当β臂负载较大时其有功补偿原理相同。背靠背单相换流器2个端口有功补偿大小可由式(11)获得:
根据某牵引变电所实测数据整理得到该线路两供电臂负荷差值概率曲线如图7所示。
两供电臂最大的有功负荷差值为15 MW,如果按照最大差值安装显然系统补偿的经济性不高,有功转移的容量可根据电网的容量选取负荷有功偏差概率较大的容量进行安装,从而提高补偿的经济性。
通过分析换流器对无功和有功补偿容量计算即可得到换流器所需总体容量,从而实现系统的最优容量配置。当换流器容量有限时,可对换流器的无功和有功补偿功能独立控制。当需要提高无功补偿容量时,可降低有功补偿,从而提高换流器无功补偿能力。
4 实例测试与分析
某牵引变电所根据图1的混合式补偿系统的接线并依据铁路的运行规律,以1 d作为测试周期进行了4 d、多种补偿方式的连续测试。该变电所一次侧由220 k V系统引入2回110 k V电源,系统最小短路容量为800 MV·A,接入点的主变压器容量为2×240 MV·A。变电所正常运行时由一路110 k V电源供电,另一路电源热备用。牵引变压器采用110 k V/27.5 k V阻抗匹配平衡变压器,额定容量为31.5 MV·A。混合补偿系统由FC和背靠背单相换流器组成,其中α和β臂分别安装了3次和5次FC滤波器,其安装容量分别为2400 kvar和1200 kvar,每个供电臂无功容量总计为3600 kvar。背靠背单相换流器由2组组成,每组容量均为2.4 MV·A,共计4.8 MV·A。为比较试验结果,本次试验分为4种补偿模式进行:模式1没有任何补偿;模式2采用FC+背靠背单相换流器补偿无功和谐波;模式3采用背靠背单相换流器独立补偿无功和谐波;模式4采用FC+背靠背单相换流器补偿负序和谐波。本次测试采用西南交通大学研制的BDC-5型电能质量测试仪,每3 s测量一次,测量时间为24 h。图8分别为2种补偿模式下的二次侧α和β供电臂母线的有功波形。
从图8的功率曲线中可以看出,列车在05:00—10:00运行相对较少,有功功率消耗很小。在14:00—20:00α臂负载较大,β臂负载相对较小,此时间段负序最严重。通过对比图8(a)、(b)和图8(c)、(d)可以看出,背靠背单相换流器能够将α臂的部分有功功率转移到β臂,从而降低α臂的负载,使得变压器二次侧两臂有功消耗相对平衡。同时表1中电压不平衡度95%概率值也说明了该混合补偿系统有调节负载平衡的能力。根据前面的估算,要使得系统完全补偿,其背靠背单相换流器容量应在8 MV·A左右为宜。由于现场所安装的背靠背单相换流器容量比估算的小,在进行负序补偿时无法实现完全补偿,现场测试结果也说明了这一点。当换流器容量有限时再增加无功补偿的功能势必更加降低补偿的效果,因此采用FC补偿无功具有很大的实际意义。
本次试验的线路所运营机车主要为交直交机车,其功率因数可达0.95左右。从试验的测试数据看出,当没有补偿时α臂无功消耗大,β臂无功消耗小。当采用换流器补偿无功时,由于换流器是动态补偿,不会产生过补偿现象,所以系统功率因数提高较大。然而本混合补偿系统所安装的FC补偿装置配置β臂明显偏大,在投入混合补偿时,α臂补偿有效,β臂却出现过补偿现象而影响了整个系统的补偿效果。本次试验的无功补偿测试结果见图9。
从表2的系统功率因数测量结果可以看到系统在反送不计的情况下补偿后的功率因数接近1,而在反送正计时混合补偿功率因数偏低甚至低于无补偿,导致这种情况的主要原因是FC容量偏大。结合表1的测试结果可得出该线路的补偿系统应增大换流器容量,减少FC容量。
从表3的谐波补偿测量的结果看出,采用FC兼顾3、5次的滤波装置与换流器组成混合滤波系统补偿效果较好。若单独采用单相换流器滤波其效果并不理想,其主要原因是由于大容量的换流器开关频率不高且谐波突变时谐波检测存在延时。谐波总含量数据表明混合式补偿系统比纯有源补偿系统的滤波效果更好。
5 结论