標籤:天文航天力學

物體在引力場中自由運動時有質量而不表現重量的一種狀態,又稱零重力。失重有時泛指零重力和微重力環境。

1音樂

英國樂團Marconi Union and Lyz Cooper發布的8首號稱世界上最放鬆的音樂。其中《失重》上榜 2011年最佳發明。

2基本簡介

失重,是指物體失去了重力場的作用,當物體處於失重狀態時物體除了自身重力外,不會受到任何外界重力場影響。
所謂失重,就是物體不被引力所作用。所謂重力,是物體所受地球的引力的一個分力(大小几乎等於引力)。引力的大小與質量成正比,與距離的平方成反比。就質量一定的天體來說,物體離它越遠,所受它的引力越小,即重力越小,在足夠遠的距離上,它的引力可以忽略不計。但宇宙中不只一個天體,眾多天體的引力會形成一個引力場。因此,太空不會是失重環境。當然,就局部地區來說,如在地--月系統中,只考慮地球與月球的引力,在地球與月球之間的某些點上,地球與月球的引力相互抵消,重力為零。在日--地之間也有引力平衡點。繞地球飛行的載人飛船,離地面一般只有幾百千米,那裡的太空當然不會是零重力環境,即使在36000千米高空繞地球飛行的航天器,其周圍太空也不會是零重力,而只能是輕重力,即重力比地球表面上輕。 利用飛機作拋物線飛行或利用自由落體原理設計的失重塔只能提供短暫的失重感。航天器在環繞地球運行或在行星際空間航行中處於持續的失重狀態。在環繞地球運行的軌道上,實際上只有航天器的質心處於零重力,其他部分由於它們的向心力與地球引力不完全相等而獲得相對於質心的微加速度,這稱為微重力狀態。航天器上軌道控制推進器點火、航天員的運動、電機的轉動以及微小的氣動阻力等都會使航天器產生微加速度。因此,航天器所處的失重狀態嚴格說是微重力狀態。航天器旋轉會破壞這種狀態。在失重狀態下,人體和其他物體受到很小的力就能飄浮起來。長期失重會使人產生失重生理效應。失重對航天器上與流體流動有關的設備有很大影響。利用航天失重條件能進行某些在地面上難以實現或不可能實現的科學研究和材料加工,例如生長高純度大單晶,製造超純度金屬和超導合金以及製取特殊生物藥品等。失重為在太空組裝結構龐大的航天器提供了有利條件。所謂失重,就是重力為零,即零重力。
生活現象
經常有人們認為自由下落過程中的物體被稱作失重狀態,但這種解釋只是表象,感官上認為這是失重,其實並不是真正的失重,失重是指物體不被任何重力場影響。
失重

  失重

但是航空器在軌道上的失重不是重力消失或大幅度減小的結果(事實上,在100KM高度上,地球重力僅僅比地球表面減少大約3%)。失重現象主要發生在軌道上或太空內或在其他一些不正常情況下的(遠離星球或大重量物體)處於引力平衡點的零重力的環境下,這種現象應被稱為完全失重。物體對支持物的壓力小於物體所受重力的現象叫失重(假如說地球重力消失了,那麼人只要輕輕一跳將會向著一個方向永遠飛行下去)。
影片《卧虎藏龍》中大俠們「騰雲駕霧,飛檐走壁」的絕技在太空飛行中可是易如反掌,你只要輕輕一點腳,人就會騰空而起,在空中自由的飛來飛去,本領之大,超過人們的想象。以上這種現象常被人誤以為是失重現象,這種現象應被稱為似微重力現象。
繞行軌道時的向心加速度由重力加速度提供,因此圓周運動的太空船所受合力提供了太空船做圓周運動的向心力。而每個時間點的瞬時加速度,都將指向地球中心。在外太空,太空人和太空船里每一件物件受到地心引力,都以同樣的速度繞地球運動,所以在太空中會呈現失重狀態,所有的物質都無法測出重量的。

3失重特徵

判斷物體是否完全失重一個最重要的標誌是,物體內部各部分、各質點之間沒有相互作用力,即沒有拉、壓、剪切等任何應力。

4人體失重

平衡是我們最常見的物體的一種運動狀態。但是,力的平衡與失重完全是兩回事。例如
失重

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,人站在地上,坐在椅子上,躺在床上,乘坐飛機等速飛行等,都是處於力的平衡狀態,但並不失重。因為在這些情況下,人體內部各部分之間都存在相互的作用力。
真正的失重模擬,應使人體各部分特別是體內器官、內臟之間互相作用力消失。在這種情況下,人的前庭器官中的耳石由於失重,不再與周圍的神經細胞接觸而向中樞神經傳輸信號,從而喪失定向功能。前庭器官與人體主管呼吸、消化、循環、排泄、發汗等功能的植物神經系統有密切關係。所以,一旦前庭器官不起作用,身體內臟之間正常的相互作用消失,就會引起航天飛行員產生頭暈、噁心、嘔吐等癥狀。
在過去三十多年太空飛行中,蘇俄和美國的科學家收集了一些初步的數據。這些數據顯示,失重對內分泌、紅白血球的產量、內耳平衡器官及骨質的疏鬆,都有一定程度的影響,但最明顯的生理失重狀況,莫過於太空失水及其引起的一些癥狀,如太空貧血、內分泌降低、雙腿肌肉萎縮等。失重還會引起骨骼失鈣的後果,與上了年紀的骨質疏鬆症(osteoporosis)極為相似。
在微重力物理、化學科學方面也有了長足的進展。大量收集了在失重下燃燒、材料、流體方面的數據。在蛋白質晶體生長方面更有突破性的進展。每次太空飛行都帶著上百個蛋白質結晶實驗,這對人類的醫學方面貢獻是極為巨大的。

5完全失重於微重力

完全失重是一種理想的情況,在實際的航天飛行中,航天器除受引力作用外,不時還會受到一
失重

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些非引力的外力作用。例如,在地球附近有殘餘大氣的阻力,太陽光的壓力,進入有大氣的行星時也有大氣對它的作用力。根據牛頓第二定律,力對物體作用的結果,是使物體獲得加速度。航天器在引力場中飛行時,受到的非引力的力一般都很小,產生的加速度也很小。這種非引力加速度通常只有地面重力加速度的萬分之一或更小。為了與正常的重力對比,就把這種微加速度現象叫做「微重力」。其實,航天器即使只受到引力作用,它的內部實際上也存在微重力,這是因為航天器不是一個質點,而是具有一定尺寸的物體。人們常用10^-6-10^-4g來表示航天器中微重力的水平。微重力越小,失重越完全。總之,完全失重狀態只是理想狀態,微重力才是實際情況。
電梯中也會出現完全失重現象
電梯只受萬有引力作用的時候,如果試圖在電梯質心坐標系(最好定義它的坐標軸指向遙遠的恆星。定義它相對地面平動尚可)中,對電梯或電梯中的物體(以及對電梯外邊附近的物體,比如電梯正下方的幾米厚的泥土),應用牛頓第二定律,那麼電梯和其中的物體似乎失去了地球和其它天體施加的萬有引力(實際上為慣性力所平衡),這種現象也稱為完全失重。兩塊磚頭疊在一起,作平拋運動或自由下落的時候,如果試圖在磚頭質心坐標系中,對每塊磚頭應用牛頓第二定律,那麼磚頭似乎失去了萬有引力(實際上慣性力正好跟萬有引力平衡),這種現象也稱為完全失重。在磚頭質心坐標系中,每塊磚頭都處於靜止狀態,受力平衡或不受力;磚頭完全失重,相應地,兩塊磚頭之間沒有壓力作用。按照以上定義,完全失重概念適用於,只受萬有引力而運動的物體的質心坐標系中,對質心附近的物體進行動力學分析。
.完全失重的定量分析:
當a=g時,支持力為N,由牛頓第二定律知:
mg-N=ma=mg
所以N=0
由牛頓第三定律可知,物體對支持物的壓力為0

6失重公式

由牛頓第二定律得:N+ma=mg
失重

  失重

所以N=m(g-a)<mg
由牛頓第三定律知,物體對支持物的壓力<mg
完全失重的定量分析:
當a=g時,支持力為N,由牛頓第二定律知:
mg-N=ma=mg 所以N=0
由牛頓第三定律可知,物體對支持物的壓力為0
得出結論:向下加速向上減速:加速度方向向下,產生失重現象
故只要加速度方向向下就是失重,與速度方向無關.

7太空失重

在環繞地球飛行的飛船上,失重的原因是g=向心加速度,當速度達到第一宇宙速度能夠環繞地球飛行時,發生這種失重,如果我們把地球比作環繞太陽飛行的飛船,我們也是處於相對太陽的「失重」狀態,因為地球萬物沒有受到太陽「重力」的影響。

8宇宙開發

人造地球衛星、宇宙飛船、太空梭進入軌道后,其中的人和物將處於失重狀態.人造地球衛星、宇宙飛船、太空梭等航天器進入軌道后,可以認為是繞地球做圓周運動,做圓周運動的物體,速度的方向是時刻改變的,因而具有加速度,它的大小等於衛星所在高度處重力加速度的大小
失重

  失重

.這跟在以重力加速度下降的升降機中發生的情況類似,航天器中的人和物都處於完全失重狀態。
你能夠想象出完全失重的條件下會發生什麼現象嗎?你設想地球上一旦重力消失,會發生什麼現象,在宇宙飛船中就會發生什麼現象.物體將飄在空中,液滴呈絕對球形,氣泡在液體中將不上浮.宇航員站著睡覺和躺著睡覺一樣舒服,走路務必小心,稍有不慎,將會「上不著天,下不著地」.食物要做成塊狀或牙膏似的糊狀,以免食物的碎渣「漂浮」在空中進入宇航員的眼睛、鼻孔…….你還可以繼續發揮你的想象力,舉出更多的現象來.
你還可以再想一想,人類能夠利用失重的條件做些什麼嗎?下面舉幾個事例,將會幫助你思考.這裡所舉的事例,雖然還沒有完全實現,但科學家們正在努力探索,也許不久的將來就會實現.
在失重條件下,融化了的金屬的液滴,形狀呈絕對球形,冷卻后可以成為理想的滾珠.而在地面上,用現代技術製成的滾珠,並不絕對呈球形,這是造成軸承磨損的重要原因之一。
玻璃纖維(一種很細的玻璃絲,直徑為幾十微米)是現代光纖通信的主要部件.在地面上,不可能製造很長的玻璃纖維,因為沒等到液態的玻璃絲凝固,由於它受到重力,將被拉成小段.而在太空的軌道上,將可以製造出幾百米長的玻璃纖維.
在太空的軌道上,可以製成一種新的泡沫材料棗泡沫金屬.在失重條件下,在液態的金屬中通以氣體,氣泡將不「上浮」,也不「下沉」,均勻地分佈在液態金屬中,凝固后就成為泡沫金屬,這樣可以製成輕得像軟木塞似的泡沫鋼,用它做機翼,又輕又結實.
同樣的道理,在失重條件下,混合物可以均勻地混合,由此可以製成地面上不能得到的特種合金.
電子工業、化學工業、核工業等部門,對高純度材料的需要不斷增加,其純度要求為「6個9」至「8個9」,即99.9999%~99.999999%.在地面上,冶鍊金屬需在容器內進行,總會有一些容器的微量元素摻入到被冶鍊的金屬中.而在太空中的「懸浮冶鍊」,是在失重條件下進行的,不需要用容器,消除了容器對材料的污染,可獲得純度極高的產品.
在電子技術中所用的晶體,在地面上生產時,由於受重力影響,晶體的大小受到限制,而且要受到容器的污染,在失重條件下,晶體的生產是均勻的,生產出來的晶體也要大得多.在不久的將來,如能在太空建立起工廠,生產出砷化鎵的純晶體,它要比現有的硅晶體優越得多,將會引起電子技術的重大突破.

9發生狀況

平衡是我們最常見的物體的一種運動狀態。但是,力的平衡與失重完全是兩回事。例如,人站
失重

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在地上,坐在椅子上,躺在床上,乘坐飛機等速飛行等,都是處於力的平衡狀態,但並不失重。因為在這些情況下,人體內部各部分之間都存在相互的作用力。真正的失重模擬,應使人體各部分特別是體內器官、內臟之間互相作用力消失。在這種情況下,人的前庭器官中的耳石由於失重,不再與周圍的神經細胞接觸而向中樞神經傳輸信號,從而喪失定向功能。前庭器官與人體主管呼吸、消化、循環、排泄、發汗等功能的植物神經系統有密切關係。所以,一旦前庭器官不起作用,身體內臟之間正常的相互作用消失,就會引起航天飛行員產生頭暈、噁心、嘔吐等癥狀。

10主要危害

失重的不利作用很大,失重除了導致宇航員骨質損失外,還會導致宇航員肌肉鬆弛,免疫力下降和衰老。引發多種空間運動病,近20年載人航天史上,空間運動病頻繁發生。下面一組數字足以說明這一點:原蘇聯上升號宇宙飛船上的航天員發病率約為60%,禮炮號空間站上的發病率為40%,美國阿波羅宇宙飛船上航天員以病率約是37%,天空實驗室上為55.5%,太空梭上為53%,這說明了空間運動病是航天學領域極待解決的問題。失重會使水份在人體內的分佈發生變化。由於失去重力的作用,面部水份分佈會增多,就會出現眼窩腫脹,面部水腫,眼帘變厚,皺紋消失,血漿容量減少,細胞內
失重

  失重

液丟失等現象失重還會使人體內心血管功能產生變化。具體變化如下:1.心功能下降。例如:心肌質量減少,收縮力下降等;2.人體心肌的病理性變化;3.冠狀動脈和冠脈微血管的組織結構改變,毛細血管血液淤浸,出血,血管內皮細胞腫脹,破裂;4.心肌的生化改變,如蛋白質合成減少,脂質堆積,心肌膠原增加,去甲腎上腺素減少,鉀鈉離子減少;5.主動脈,腹主動脈有明顯的內膜增生,脂質沉積,毛細血管萎縮,內皮細胞腫脹等;6.人體上身器官和組織中血液充盈度上升,下肢靜脈血液充盈度下降,長期在失重狀態下工作會使腦半球供血不對稱(右升左降)而免疫系統呢?我們的身體每時每刻都會受到微生物的侵襲。比如細菌、病毒,一些原
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生動物等。一般情況下,這些微生物不會對人體造成傷害,甚至有些細菌對人體還是有益的。免疫系統保護著人體。人的免疫系統功能主要歸功於人體各種各樣的免疫細胞,其中,最重要的是B淋巴細胞和T 淋巴細胞。B淋巴細胞能夠分泌抗體、阻止病原菌的入侵併標記致病菌,T淋巴細胞殺滅致病菌。但在太空中,這兩種細胞就不那樣「勤奮」了。比如,T淋巴細胞在太空中不能很好增殖,它們的數量大大少於在地球上的數量,並且,在體內的遷移以及相互之間的聯繫信號也不正常。從而使抵禦外來致病菌的能力大大降低了。
美國約翰遜航天基地微生物研究中心的丹尼爾皮爾森說,宇航員咳嗽所噴出的小液體中所含有的病原微生物要比地球上正常人多8到10倍。這主要是因為失重等原因,使體內荷爾蒙釋放異常,從而影響了T淋巴細胞的表現。有的是骨失。我們通常認為骨頭是剛性的、不變的,然而事實並非如此。骨骼也是一種組織,它們的新陳代謝活動繁忙,它們的形狀會因承受壓力的變化而變化。骨骼組織中既有破骨細胞,又有成骨細胞。成骨細胞不斷的貯藏磷酸鈣,而破骨細胞不斷地除去。通常情況下,這兩種活動過程互相平衡。一旦你進入太空,重力幾乎為零,骨頭缺少壓力,促使成骨細胞活動的刺激沒有了,但破骨細胞的活動還在繼續,因此,破骨與成骨的平衡被破壞了,骨骼被破壞的多,重建的少,導致骨骼物質流失,使骨骼變得脆弱。據研究表明,太空旅遊者每個月會丟失1%到2%的骨頭重量,到目為止,還沒有找到有效防止的方法。研究還發現:太空中的輻射,失重,生物鐘的調節以及精神上的壓力,都會影響人類在太空中的生殖能力。男性精子染色體會受到影響,發育中的胚胎會被破壞。由於失重和輻射線會使男女內分泌失調,極易造成不孕,而即使能正常生育,孕婦及胎兒的健康也很難完全正常。鈣質的流失會使孕婦的骨質疏鬆,而胎兒的鈣質劇烈變化,會使新生兒痙攣,甚至喪命。如何加強太空中的防輻射設備,強化人體骨質,調整男女的內分泌系統,是實現太空移民夢必須克服的難題。除了以上幾個重要影響外,失重還對人的味覺發生影響。因此,宇航員普遍抱怨在天上吃飯吃不出味道。那是因為,太空失重環境引起宇航員的味覺失調,如失重使鼻腔充血,導致味覺神經鈍化,唾液分泌發生變化失重環境下哺乳動物不能正常繁衍後代日本理化學研究所和廣島大學共同成立的研究小組在2009年8月25日出版的美國《公共科學圖書館·綜合》(PLoS ONE)雜誌上發表的一項研究成果指出:在國際空間站、太空梭等接近失重的環境中,老鼠受精卵的發育會受到抑制,產仔率也大幅下降。  這一結果表明同為哺乳動物的人類可能也很難在太空繁衍後代。理化學研究所發生和再生科學綜合研究中心(神戶市)的研究小組組長若山照彥表示「通過調查受精卵發育需要多少重力,或許可以知道是否有可能在月面基地培育後代。」  研究人員使用特殊裝置通過讓實驗容器旋轉製造出地面重力千分之一的微重力環境,調查其對老鼠體外受精和產仔造成的影響。  結果發現,雖然能正常受精,但在受精卵分裂過程中,胎盤一側聚集的細胞數少於通常情況,發育速度也有所減慢。將其注入雌鼠子宮之後可以正常產仔,但產仔率下降了將近一半。  過去開展的太空實驗表明,魚類和兩棲類可以在太空正常發育。研究小組分析認為「造成這一狀況可能是因為哺乳動物特有的胎盤的發育和重力有關」。  失重的科學定律  物體的重量來源於地心的引力,牛頓的萬有引力定律,論述了地球的引力場作用於所有的物質。在宇宙星系中,所有的星球都存在一種引力場。《失重》一詞,代表了物質失去了引力場的作用力,比如,人類在太空中脫離了地心的引力,其重量等於零,一切物質都呈現為漂浮狀態。物質的重力相對於地心的引力作用,物質的密度和質量越大,相對於的重力就越大。脫離了地心的引力,一切物質都將在失重的狀態下。在五維空間中,由於物質運行速度的量變,時間,地心引力,微重力,物質高速運行時所產生的離心力,以及物質的重力和失重都將會產生相對的作用量變/

11解決方法

自從1957年,蘇聯發射第一顆人造衛星以來,航天技術的發展可謂一日千里。運載衛星,航天飛船,載人衛星相繼出現,現在,地球的周圍,已結滿人類智慧的花朵,而我們已開始走出地球,來到外太空進行科學研究了。現在,已有人類登上宇宙空間站進行科學研究。影響美國太空梭從1982年開始就栽種植物種子到太空,觀察它們在失重條件下的發芽生長情況:還載各種小動物到太空研究它們在失重條件下的活動和發育情況。1984年4月6日挑戰號太空梭升空,它載有蔬菜,水果,花卉等120個品種的種子,其中有1200粒西紅柿種子,研究了宇宙輻射對植物種子的效應和失重狀態對植物萌芽的影響。1992年9月12日升空的奮進號太空梭,載有180隻大黃蜂,7600隻果蠅和30隻受精雞蛋等,進行了19項生物學實驗,觀察它們在失重環境的繁殖和習性行為。1993年10月18日哥倫比亞號太空梭上天,還載有48隻老鼠,研究了哺乳動物從微重力條件下返回地球重力場后對重力的適應過程。還有11項實驗以航天員本身為實驗對象,研究了太空對人體的影響。人們開始在太空栽培植物,看看植物是否還知道「上」和「下」的概念呢?從理論上講,在太空失重的環境下,再加上24小時都有充沛的陽光,植物生長有條件比地球上優越得多。科學家期望,空間站能結出紅棗一樣大的麥粒,西瓜一樣大的茄子和辣椒。但,結果卻令人失望。為什麼植物對重力這麼依戀呢?按照溫特的生物理論可以這樣解釋:長期生活在地球的植物形成一種獨特的生理功能,當它受到重力刺激,在植物組織下部的生長素含量會大大增加,於是就使植物的根朝下生長,而莖則朝上生長。一旦失去重力作用,生長素就無法匯聚在適合的部位,使幼莖找不到正確的生長方向,只能雜亂無章地向周圍發展,最終導致死亡。太空環境對生物的不利影響很多。 失重
在太空上,只有模仿地球引力和負荷,加強運動才能解決肌肉萎縮,骨質疏鬆,心功能衰退的問題。現在新式太空服中必須有一套為人體補充維生素和紫外線輻射的裝置,以解決這個問題
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,此外在太空中空氣不會自由流動,通風機一定要不停地開動。>醫生們治療骨折時,通常是用石膏,夾板和繃帶從外面將骨骼固定,保持骨骼固定性。但是,美國現在有一種內部固定技術,可使用於太空中,即在太空做手術。這種技術的好處是恢復快,痛苦少,甚至無痛苦,非常適用於太空。瑞士內部固定研究會和美國宇航局正對這方面的技術進行全面的研究並訓練了多名外科醫生。建立空間醫院也是一個很重要的方面。它不僅負責心理治療,更研究如何確保宇航員的生命安全其中包括研究如何採取物理預防措施,如體育運動,電刺激,下身負壓,防護服等,還要研究空間用的藥物,進行臨床治療與預防。空間藥理學的任務是要尋找有效藥物使血液重新分佈正常化,消除小循環和大腦血液循環的部血現象,預防心臟活動的紊亂,提高站立耐力等。其中特別重要的是研製預防和治療心律不齊葯,強心劑,影響心肌能量儲備葯,調節血管張力葯等。當然,根本性的解決辦法是設法建立一個類似於有重力的特殊環境。對此我們設想可以利用離心力:讓人生活在一個轉動的輪子里,輪壁對人的支持力,形成向心力。而人對輪子就有壓力。這樣與地球上的重力相似。只要選取合適的輪子半徑和轉速,就可產生類似重力的力了。人生活在這樣的環境中會不會覺得頭暈呢?這是可能的,因為:人具有高度,這樣頭和腳的轉動半徑就會不一樣,因而受到的向心力就會不同,這可能會引起生理上的不適,導致頭暈等感覺。但這個問題是完全可以解決的,我們分析:要減少這種感覺,就要減少頭與腳的向心加速度的差距。
還有一個問題:在宇宙中無依無靠,怎樣才能使輪子轉起來呢?根據動量守恆定律,利用兩個輪子分別向相反方向轉動。首先,可把一具電動機裝在兩個輪子的圓心上,一個接定子,一個接轉子,當開動電動機時,兩個輪子就以相反方向的速度旋轉,當達到一定的轉速時,關閉電動機,輪子就可永遠不停歇地轉下去。(不考慮阻力)
做到這樣,人類既可以在失重環境下工作,又可在有模擬重力的環境下生活,就能使太空的科學研究和生產活動更持久,取得更好效果。不妨想象一下吧,人們在這個環境中生活和在地球上是完全一樣的,跳起來,一樣會落下去,水也會向低處流,鷹擊長空,魚游水底也能在太空成為現實,甚至人們的重力還是可以調節的,只要調節轉速就可以改變向心加速度(類似於地球上的重力加速度),人們也可以在那個環境中進行體育健身活動,建立一個在太空中的足球場在理論也是可行的,當人們踢足球時,就將重力加速度調小,運動員們就可以跳得更高,跑得更快,比賽就會更精彩,那該是多麼的美妙啊!我們堅決認為,只有建立一個這樣的環境,人類大規模利用太空才能成為可能。

12失重秤

連續式
應用
1.傳統使用的連續式計量方法
在如建材、糧油、礦山等散狀物料計量或在線控制配料時,有很多種方法
失重

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。比較典型的有:皮帶秤類、沖板流量計類、核子秤類、圓盤給料秤類。這些計量形式各有特點,但是局限性很大,受設備機械變化影響大,精度不高,安裝調校煩瑣,維護量大。
皮帶秤工藝介紹,流程:
皮帶秤將單位面積(稱重段)上受到的負荷信號與變化速度(皮帶轉速)信號進行積分運算得出流量值,以此作為可控制的對象。
註:通過控制拖拉式皮帶轉速,改變拖出的物料量,物料經給料溜槽的出料口整形后, 其厚度穩定均勻,無論皮帶機轉速大小,皮帶上的負荷都是恆定的。 與其它給料方式相比, 該方式計量與控制精度效果較好。
註: 給料與稱量功能分別在兩條皮帶上實現
連續式計量方法在連續攪拌設備上使用現狀
連續式攪拌設備包括:穩定土廠拌設備,水泥連續式攪拌設備,瀝青連續式攪拌設備。就計量精度而言,目前,這些設備不能與間歇式相提並論。因此,連續式攪拌方法受不到廣大用戶的青睞,也是原因之一。科學分析可以說明,這兩種計量方法決定的攪拌工藝都有其適用的場合,不能由於暫時的技術限制而影響連續式攪拌的應用。
目前,中國連續式攪拌設備均採用容積法或皮帶秤/螺旋秤兩類來計量,七十年代從歐洲引進開發連續攪拌工藝至今,一直如此,始終未有突破。事實上,這兩種計量方法在歐洲使用能夠作到高精度,例如德國申克(Schenck)的皮帶配料秤,動態配料精度達到2%。而在中國卻不行,原因在於受到中國機械製造及材料等基礎工業的制約。目前中國用於公路行業的皮帶秤計量精度一般只能達到5%左右,與容積計量相差無幾,長期穩定性較差。
差分減量秤
連續稱重的革命——差分減量(失重)秤
失重秤(英文Loss-in-weight)是九十年代開始應用於工業過程稱重連續計量的。失重秤逐漸替代皮帶秤、螺旋秤,甚至累加秤,作為一種全新的計量方法,逐漸應用到越來越多物料處理。
1.基本原理:
將秤量斗及給料機構作為整個秤體,通過儀錶或上位機不停對秤體進行重量信號的採樣,計算出重量在單位時間的變化比率作為瞬時流量,再通過各種軟硬體的濾波技術處理,得出可以作為控制對象的「實際流量」。
這個流量的獲取非常重要,是失重秤能否準確計量的基礎。圖中介紹的是一種經典的方法:然後FC通過PID反饋演算法,進行逼近目標流量的控制運算,輸出調節信號去控制變頻器等給料機控制器。
2.差分減量秤(失重秤)在實際中的應用:
從原理上可以看出它不受秤體與給料機構的機械變化影響,它只是計算重量差值(差重),與傳統動態計量手段相比,其優點是不言而喻的。
對於控制對象為流量(t/h ,kg/min ),而且物料可輸送性好,計量精度要求高時,採用失重法計量可以作為一種最佳方案。
3.失重秤設計必須注意的事項,影響精度的因素:
失重秤兼有靜態秤、動態秤特點,因此,在設計系統時,要求:
正確的輸送率範圍,一般實際工作範圍為額定輸送量的60%~70%最佳。若採用交流調速,對應變頻率為35-40Hz最佳。這樣保證調節範圍寬。還由於在輸送率過低時,系統穩定性差。感測器量程選用適當,按公式
也就是說,感測器也用到其量程的60%~70%,信號變化範圍寬,對提高精度極為有利。
機械結構設計要確保物料流動性好,同時保證補料時間短,補料不應過於頻繁,一般要求5-10分鐘補一次料。
配套傳動系統要保證運行平穩,線性好。
4.應用前景:
隨著電子控制技術的飛速發展,失重秤通過採用新的技術,在計量精度上由0.3%~0.5%。而提高到0.1%~0.2%,甚至到超過靜態秤,這一新技術的核心即數字式稱重感測器的應用。
數字式
稱量感測器的應用
為了適應動態測量的需要,在稱重系統中作為系統輸入端的感測器至關重要。特別在需要智能化的場合,感測器的直接或間接數安化已必不可少,此時測量不確定度和測量速度往往是一對矛盾,兩者很難兼得,而需根據實際情況作折衷選擇。在稱重領域,中國目前大量生產和應用的都是傳統的模擬式感測器,模擬信號的輸出較小。以生產量最大、採用電阻應變原理的稱重感測器為例,一般最大輸出為30-40mV。故其信號易受射頻干擾,電纜傳輸距離也短,通常在10m以內。在使用多個感測器並聯的容器稱重系統(料斗秤式配料秤)、平台稱重系統或秤橋(汽車衡或軌道衡)中,利用數字系統可實現「自校準」。這是因為多通道的數字感測器系統,不存在阻抗匹配問題。用戶輸入各感測器的地址、秤量和靈敏度,即可自動進行秤的「四角」或「邊角」平衡,不必一次次地反覆調整信。而在模擬系統中多個感測器關聯接線后,每個感測器的特性就不再是可辨別的了,校準時需在每一個感測器上施加砝碼並利用接線盒中的分壓器進行調整。由於調整時存在著交互作用,因而反覆多次。在數字系統中,則允許分別複核作為單體的每一個感測器。因此,校準裝有數字感測器系統的所有花費的時間,僅為模擬系統的1/4。
利用數字系統可以實現「自診斷」,即診斷程序連續地檢查各感測器信號是否中斷、輸出是否明顯超出範圍等。若有問題,在儀錶或控制器面板上會自動顯示或報警,用戶利用面板上的鍵即可尋找各個感測器,獨立地確定問題原因並進行故障排除。這種直覺診斷和故障排除能力,對用戶顯然是一種重要優點,而在模擬感測器系統中則是很難忘以低成本實現的。
在稱重領域中,典型模擬感測器系統的模數變換器的分辨力為16比特,即有50000個可用計數;而數字系統中每一個感測器的解析度為20比特,即有1000 000個可用計數。所以,一個裝有4個數字感測器的系統即可提供4000 000個計數的解析度。這種高解析度的優點,特別適用於秤架自重大而被稱物重量小的場合。例如:在配料稱重系統中,有時配方中某種物料僅占很小比例,但準確度要求卻仍然很高。這在傳統的模擬系統中同樣是很難實現的。
1.國內外應用的現狀(在水泥廠、冶金、塑料、化纖等行業取得)
許多行業有豐富應用失重秤的經驗。如:水泥廠配料。近年來在工程塑料、化纖、光纖等等眾多行業已廣泛普及。有些行業由於採用了連續失重計量,可以保證落料按比例混合,而弱化攪拌需要,簡化了工藝。國外發達國家這一產品很成熟,如德國申克公司,布達本拉(brabender),瑞士開創(ktron)公司,技術處於國際最領先地位。其中開創公司由於採取了數字感測器技術動態精度可達0.25%。以工業過程稱重而言,已經達到靜態秤精度。在連續式攪拌機械上的應用及前景影響:由於國內連續式攪拌設備計量停留在傳統的方法上,因此,推廣失重秤應用前景將十分廣闊,對穩定土廠拌、水泥連續攪拌、瀝青連續攪拌工藝起到革命性的改變,對流量的精準控制將會製造出非常合格理想的混合料。由於連續式拌和工藝結構簡單,維護費用低,因此一旦在產品級配上把好關,將徹底改變連續式拌和的市場佔有低的現狀。特別是公路、水電行業所需的高產設備,具有重大意義。
賽摩失重秤過靜態秤稱量完整的給料系統(料倉、給料機和散狀物料)及通過變速電機或電振機控制散關物料的卸料流量。物料(通過螺旋、振動管或槽)從系統卸下,將按每個單位時間(dv/dt)測量的"失重"與所需給料量(預設值)進行比較,實際(測量)的流量與期望的(預設)流量之間的差異會通過給料控制器(MT2104)發生糾正信號,該控制器能自動調節給料速度,從而在沒有過程滯后的情況下保持精確的給料量。當料倉中測量的重量達到料倉低料位(重新加料)時,控制器將給料系統按容積給料進行控制,然後料倉快速重新裝料(手動或自動),失重控制器重新動作。在批稱量失重系統中,設計與連續失重系統相似,然而,給料(批量) 循環最終重量的精度要比實際的給料量控制更高。6104控制器通過向變速驅動器提供高給料信號以完成快速給料,然後轉換到低給料控制信號用於在批量結束時精確控制。

13漂浮

沒有翅膀的魚和螞蟻竟然可以優哉游哉地飄浮在空中,這可不是魔術表演的現場,也不是在模擬太空失重環境,而是發生在西北工業大學實驗室的真實一幕。主持這項實驗的解文軍是西北工業大學的材料物理學家,當然科學家們並非故意在和這些小動物開玩笑,而是在進行一項聲懸浮研究。普通物體和動物由於自身的重力作用,如果不藉助外力不可能克服地心引力,自由飄浮在空中。當然也有例外,宇航員在太空中也體驗過失重的感覺,可以懸浮在空中。這是因為宇航員搭乘的航天器,運動軌跡處在兩個天體的引力平衡點上,比如地球和月球的引力互相抵消,這時航天器就處在失重環境中,重力為零,自然就能飄起來了。這些飄浮在空中的魚和螞蟻難道也是因為科學家通過特殊手段為它們營造出了一個失重環境嗎? 「魚和螞蟻的飄浮不是一種失重現象。」失重的猜測馬上遭到了解文軍的否定,看來答案並非如此簡單。 如果魚和螞蟻依然沒有逃脫自身重力的作用,從力的平衡角度考慮,必定有一個來自外部的力量幫助它們克服了重力,最終實現飄浮。這個我們看不到的力量到底來自哪裡呢解文軍告訴我們,實際上他們只是巧妙利用了聲波。在實驗中,上面的聲發射端發出聲波,聲波抵達下端的聲反射端后被反射回來,反射回來的聲波與繼續向反射端傳播的聲波重疊,如此就形成了駐波,駐波不會像聲波一樣向前運動,只是在原地上下振動,振幅最大處叫波腹,振幅最小處即看上去靜止不動處叫波節。只要把魚和螞蟻等小動物放到波節處,它們也就靜止不動了。進行實驗時,只要先調節好反射端到發射端之間的距離,波節位置就是固定的,這時只要用鑷子將螞蟻、瓢蟲和小魚等小動物放在這個位置就可以了。飄浮在空中的時候,這些動物都顯得比較緊張,螞蟻手舞足蹈地企圖四處遊走,瓢蟲也使勁拍打著翅膀,似乎想飛走。但是它們的身體並沒有受到傷害,不過小魚的活力顯然受到了一些影響,因為離開了有水的環境,所以當小魚飄浮在空中的時候,解文軍還在一旁不停地給小魚進行「淋浴」。 事實上,早在2002年,解文軍和同事就曾經利用聲波懸浮起了固體銥和液體汞。從2003年起,他們開始關注有生命物體的聲懸浮。那麼,如果聲波達到一定強度,是否有可能將人也懸浮起來呢?解文軍說,實驗證明,聲懸浮原則上可以懸浮起一定體積的任何固體和液體,他們實驗中懸浮的動物有地上爬的、水中游的以及天上飛的,但是小動物的尺寸都不超過1厘米。這是因為,聲懸浮的原理決定了懸浮物體的尺寸必須小於半波長。對超聲波段,可以懸浮的物體尺寸不超過1厘米。目前還沒有看到能夠懸浮像人這麼大尺寸的物體的聲懸浮器將活著的動物懸浮起來的實驗國外也有科學家進行過嘗試。1997年,荷蘭奈梅亨大學的物理學家安德烈。傑姆和英國布里斯托爾大學的麥克爾·貝利爵士,曾經使用磁石使青蛙飄浮起來。他們利用一塊超導磁石將一隻活著的青蛙飄浮在半空中。青蛙本身是一個非磁體,但是通過電磁石的磁場而變得有磁性。除此之外,超導體也會因為它們對磁場的排斥力而自動浮起。這一原理已在日本得到驗證,1996年日本在磁場懸浮實驗中,利用一個金屬盤子將體重為142公斤的相撲運動員懸起。相同的原理也被用於研製磁懸浮列車,儘管現在使用的磁懸浮列車多用電磁場來實現,但它們的原理是一致的。

14星弟歌曲

歌詞
斟酌的話都不說
忍著情緒不重播
注視浮在半空的寂寞
是想太多
阻止的情緒變色
沒太多的假設
你的香味回蕩著
定格
乘繁華穿梭在這城市中
你不在身邊心情失重
電話中難抑制語言失控
還是不能(無法)宣洩始終
B:
我還能沉默 多久
還不想聽見你對我說NO
有太多下個 路口
會忍著私念一直到最後
B2:
我還能沉默 更久
再不想聽見你對我說NO
有太多語言 預留
會忍著思念(一切)一直到最後
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