电磁学的发展史

电磁学的发展史（8篇）

1.电磁学的发展史 篇一

自2000年起，国内电磁炉平均每年市场增长率都在70%以上，产量从100余万台猛增到了2005年的近4000万台，发展速度令人侧目。根据国家有关部门预计，未来五年国内电磁炉市场潜力将达到7000万至8000万台，每年以60%-70%的增幅高速增长，市场容量将可达到数百亿元。2006年上半年市场零售量同比增长了49.77%，而市场零售额更是增长了55.92%。2006年，电磁炉的产量已经达到了6000万台，生产企业最多时达到2000余家。从2000年到2006年，我国电磁炉品牌就激增到3000多个，其中，专业大品牌只有几十个，剩下的全是杂牌，价格多在100—200元之间，占据电磁炉大部分市场，特别是在三、四级市场成为主流。自2006年下半年开始，电磁炉市场的发展受到遏制，陷入了停滞状态，产品库存迅速上升，直到2007年下半年市场开始回暖。

2006年电磁炉品牌集中度有进一步提高的趋势，前10品牌的市场占有率为92.6%，而2005年此数据为90%。前5品牌的占有率也从2005年的64.5%升至68.7%，市场份额进一步向一线品牌集中，其中美的以30%以上的市场份额，占行业领先地位，九阳、富士宝等以10%左右的份额处于第二军团，在后起之秀中格兰仕、苏泊尔等都是增长较快的品牌。2007年4月美的的市场份额还在继续攀升，由去年同期的32.87%升至34.75%，与排在第二位的企业之间的差距仍在不断拉大。九阳以9.58%的份额仅次于美的，排在行业第二的位置。尚朋堂在2005~2007年连续三年的4月的品牌占有率分别为9.2%、5.46%和3.58%，呈逐年下降趋势。

海关数据显示，2007年1-8月电磁炉1-9月出口1761975台，同比增长31.77%。从7月开始电磁炉的出口量开始大幅上涨，10月、11月出口量均超过250000台，但出口单价比前几个月低。

2007年下半年电磁炉的销售开始逐渐回暖，与去年同期相比，高端品牌售价下降约1倍。特别是煤液化气价格不断上扬，电磁炉企业的不断宣传推广，使得电磁炉销售有了转机。

本报告详尽描述了中国电磁炉行业运行的环境，重点研究并预测了其下游行业发展以及需求变化的长期和短期趋势。针对当前行业发展面临的机遇与威胁，提出了我们对电磁炉行业发展的投资及战略建议。本报告以严谨的内容、翔实的数据、直观的图表帮助电磁炉企业准确把握行业发展动向、正确制定企业竞争战略和投资策略。我们的主要数据来源于国家统计局、国家信息中心、海关总署、行业协会等业内权威专业研究机构以及我中心的实地调研。本报告整合了多家权威机构的数据资源和专家资源，从众多数据中提炼出了精当、真正有价值的情报，并结合了行业所处的环境，从理论到实践、宏观与微观等多个角度进行研究分析，其结论和观点力求达到前瞻性、实用性和可行性的统一！

2.电磁学的发展史 篇二

反演被定义为一种方法, 借助这种方法, 人们可以根据原始观测数据来推定地下地质体模型。以地球物理数据为例, 观测结果包括那些可称之为地下构造的物理特征信号。

反演就是根据给定的一组地球物理测量数据反映地下地质模型, 再由构建的地下地质模型响应拟合测量结果的方式进行, 然后通过拟合差来判定所构建地质模型是否符合实际的方法来完成。因此要确定一个优秀地质模型是很重要的, 但是就算地质模型建立的很合理, 仍有大量的问题需要我们去解决。

人们尝试使用最优化反演方法来观测地球物理响应与理论地球物理响应的匹配。运用多种算法, 这些算法的目的是为了使观测到的数据与模型计算出来的数据之间在某种差异上达到最小。一般的方案都是先对模型参数最初步估计, 然后用最优化算法生成一组调节或修正这种差异的参数, 接着将这些参数用于理论模型, 从而得到新的理论响应应改善参数的匹配工作。若拟合差较小, 则说明反演是收敛的;否则说明参数匹配的不合适, 可以通过大量方法来达到匹配的目的。

反演计算的结果既取决于正演模型的选择, 也取决于合适的最小化拟合差原则的选择。常规的方法是建立在累积最小平方误差和累积最小绝对偏差的基础上。除误差标准的选择之外, 通常也可采用光滑约束的方法来避免解矢量中的虚假振荡。

2 传统的反演方法

反演的主要目的是从已有的数据得到可靠的地质模型信息, 建立模型与数据的函数, 假设测量数据满足高斯分布, 并考虑到数据对模型的限制信息, 反演就变成了一个无约束最小化问题。采用迭代法从初始模型出发, 建立一系列模型逼近最小值。

大量的MT数据处理都是以一维水平层状介质模型为基础。高斯-牛顿阻尼最小二乘法MT一维迭代反演一直被应用至今的事实说明了一维地下地质模型的能力和通用型, 主要是计算Jacobian矩阵以及Hessian矩阵。

水平层状介质模型还形成了我们所熟悉的修改地层厚度模型, 通过修改地层厚度与给定的视电阻率数值来计算理论曲线, 使其与实测曲线进行拟合, 目的就是为了得到最小拟合差。把正演算子在一个参考模型附近线性展开, 通过计算得出新的参考模型, 再进行迭代。

3 新的反演方法

过去几十年中, 反演理论在地球物理界获得了广泛的应用, 但地球物理领域对这些新技术的接受和应用还是得不到认可。现在又发展到非线性共轭梯度法, 它不是对正演算子线性展开, 而是通过使函数最小化时通过一系列方向的最小化实现。非线性共轭梯度法不需要计算繁琐的Jacobian矩阵以及Hessian矩阵, 而只需计算A与一个向量的乘积存储量与模型成线性关系, 而每次迭代仅需求解三次正演问题, 在求解速度上较高斯-牛顿阻尼最小二乘法快很多。视电阻率和阻抗相位的联合反演方法分别是以视电阻率资料和阻抗资料相位资料作为表征, 建立模型函数。而视电阻率和阻抗相位具有不同量纲, 对二者资料进行联合反演时必须在两者之间建立协调统一的关系, 使其在函数中存在平等的地位, 以便在反演时对模型参数改正两的贡献相同。Bostick反演法与SVD反演法的出现证实了视电阻率与阻抗相位联合反演方法的有效性。

阻抗实部和虚部的联合反演方法是由于阻抗的实部和虚部地位相同, 因此对模型参数改正量的贡献是一样的。但是随着谐波场和极化方式的不同, 实部和虚部也会有符号的变化, 我们在正演模型计算与资料处理中使其符号保持一致, 从而得到正确的结果。为了消除横向非均匀性畸变的影响又出现了E/H极化的联合反演方法。

以上所说的视间接的反演方法, 需通过多次迭代, 其结果依赖于初始模型的建立, 否则稍有不慎则出现错误的结论。先又发展到直接反演方法, 也是使用视电阻率资料和相位资料, 是一种局部性的反演方法, 不需要通过迭代而只涉及两层构造, 原理很简单, 是一种实用性的反演方法, 使时间和经费都得到节约。给出第一层的电阻率之外几乎不需要初始模型, 对局部变化具有较高的分辨率, 而其弊端在于地步参数不理想。原因是由于体积效应存在, 使某一层的电性对表面观测的影响并不是集中在一个采样点, 这种误差的传递导致下部参数偏离真实地电结构。

至此, 反演就是一个正演模型对各地球物理数据集进行转换。很显然, 反演就是对地球物理数据集进行转换, 以获得更多的地下信息。问题是对多种地球物理数据的转换是联合进行好还是顺序进行好。

4 展望未来

前面, 我们阐明了现行地球物理反演方法中大多数都可以看成是解决普遍存在的反演问题的尝试, 我们有地球物理数据, 我们有这些数据产生过程的抽象地质模型, 进而, 我们寻求能够对模型参数进行转换的算法。随着地球物理处理技术的不断发展, 反演方法在理论和运算方面的问题将显得尤为突出。在当今地质勘探界, 迭代地球物理反演尚未得到广泛使用, 其原因是计算量大, 数据繁琐, 对于计算机的要求也很高。现如今3D反演技术的发展使地球物理学家不仅能够将观察的原始数据转换成地下的构造形态, 而且能够更详细地了解地下的物理、化学和地质特征。这些新技术获得广泛应用之日也就是地球物理反演理论在地质勘探中大放光彩之时。

参考文献

[1]晋光文.大地电磁阻抗相位资料的特点及其应用[J].地震地质, 1988.

[2]晋光文.大地电磁视电阻率资料和阻抗相位资料的联合解释[J].地震地质, 1987.

3.电磁学的发展史 篇三

【关键词】：铝合金电磁铸造技术 应用与发展

1、引言

铝及铝合金轧制、挤压和锻造用的铸锭通常用定向激冷式半连续或连续铸造方法（简称DC法）生产。铝合金电磁法铸造技术是20世纪60年代初期由原苏联首先研究开发的。这种用电磁力来维持铝熔体形状的连续铸造方法简称EMC法。20世纪60年代末电磁铸造铝合金圆铸锭的技术才成熟并正式应用于工业生产。20世纪70年代初电磁铸造铝合金方锭技术也获得成功并推广应用。紧接着，东欧各国和瑞士、美国、日本的一些大型铝业公司都相继引进和进一步发展了这一新技术，诸如美国凯撒铝业和化学公司、雷诺金属公司、瑞士铝业公司和日本三菱化成工业公司等[1]。

2、对铝合金电磁铸造技术的应用现状的分析与认识

2.1、电磁铸造的基本原理[1]

如图1所示，当感应线圈中有中频交变电流I流过时，在线圈导体周围会产生交变磁场H。由于“集肤效应”和“圆圈效应”，感应圈内侧的电流密度和磁场强度要比外侧强大很多。交变磁场H将使磁场内的金属液柱感生出与电流l方向相反的感应电流，即涡流I1、，涡流在金属液柱内自行闭合，产生涡流磁场H1。H1和H磁力线方向相同，因其互相排斥作用产生电磁推力F。F总是指向金属液柱并作用在金属液柱表面，可以推住一定高度的金属液柱，使之成为与感应圈内圈相似的形状，并在金属液柱与感应圈内壁之间保持一定距离。与此同时，对金属液柱表面直接喷水冷却，使其结晶凝固，控制铸造速度和各项工艺参数与金属流入量相互平衡，保持液柱高度相对稳定，就能使铸造过程连续下去，铸造出高质量的铝合金铸锭。

图1 电磁铸造原理

2.2、EMC法与DC法比较的三个基本特点

a）、EMC法液态金属结晶是在电磁场内进行结晶，液穴范围内的金属液将受电磁力作用而流动；

b）、电磁结晶器铸造时，由弯液面到铸锭被水直接冷却区的距离比金属结晶器的小得多；

c）、电磁结晶器铸造时，正在结晶的液态金属和已结晶的铸锭与模壁之间保持一定的距离，没有任何接触。

2.3、电磁法铸造的铸锭质量

使用电磁法可以铸造不同尺寸的各种铝合金圆锭、方锭和空心锭。无论铸锭的外观、宏观组织、显微结构，逆偏析和力学性能等方面都具有独特优越性，是其他铸造方法无可比拟的。

电磁法铸造的铸锭表面光滑、没有冷隔成层、偏析瘤、拉痕等缺陷。由于电磁力的作用，对铸造中的铝液柱有搅拌和加热作用，使铝合金化学成分更加均匀，内部组织细化，并伴有除气除渣作用。

电磁法铸造的铸锭表皮部分完全是均一的晶体结构。铸锭表面晶粒生长方向几乎是垂直向内的，晶粒平均线性尺寸仅为传统铸锭的1/2-1/3，晶粒细小。

电磁法铸造的铸锭与传统的铸锭相比，显微组织最明显差异在外周层。电磁法铸锭外周层显微组织不存在深度偏析瘤，树枝晶尺寸小，中间过渡区变短。铸锭逆偏析量和逆偏析范围较小。

用电磁法铸造的铸锭具有特别好的加工性能，并能提高最终产品的成品率。其用于挤压和锻造可不必先车皮，在轧制后可大大减少切边。

由于是在高频下“向着球心压缩熔体”，在施加高频振动下凝固，内部体积收缩使微观空隙显著减小，因此其能生产出更精密和力学性能优越的铸锭。

由于铸锭截面上的致密度、强度和塑性的提高，因此圆锭的性能和挤压产品的性能都均匀。3004和5182合金扁锭轧制的薄板分别用于制造饮料桶和盖，能减少轧制道次。飞机用高强AA7075铝合金，用电磁铸造可获得优异的显微组织。

由于“集肤效应”的作用，铸锭表皮层的性能不管是抗拉强度还是伸长率都有显著提高。因此，对于铸造空心薄壁铸件会获得更加优异的质量。

电磁法铸造的各种规格铸锭目前有：实心圆铸锭Φ150mm-Φ800mm，扁铸锭300mm-500mm×1200×1900mm，空心圆铸锭Φ789/525mm。可为航天航合金铸锭。正在开发的空心薄壁的铝合金铸件将为特需产品提供结构复杂、质量更高的毛料。因此，电磁铸造不但能提高铝合金铸造的内部质量，满足高新技术领域发展的需求，还有较高的经济效益。

瑞士铝业有限公司（以下简称为瑞士铝公司）改进了其电磁铸造（（EMC）技术[3]。其中，最显著的特点是，铝液冷却和凝固的控制，可调式电磁结晶器和非接触式金属水平传感器的操作过程都全部自动化。经六年工业生产的考核，电磁铸造法已被证明是可靠的，操作是安全的，具有高的生产率和好的经济效益。目前应用瑞士铝公司的电磁铸造技术生产的铸锭，年产量已达30多万吨。其产品规格多，同时，生产量也正迅速增长。用电磁铸造法铸造的铸锭能使其后的铣面和切边减少或消除，从而节约了大量金属。瑞士铝公司的电磁铸造技术现已得到其它铝制品生产厂家的确认。

铸造凝固期间的金属与结晶器无任何机械接触曾是长期的梦想。Z.N.Gevselev在其1969年的专利中阐明了如何实现用电磁力使液体金属与结晶器不接触而铸造成型的原理。虽然多数大铝业公司早已承认电磁铸造的可能性和现实性，并且拥有这种技术专利，但是，电磁铸造法在试验这阶段完成很长时间之后才被西方国家应用于工业生产。

2.4、铝合金电磁铸造技术的应用

我国东北轻合金加工厂在20世纪70年代初开展了铝合金圆锭电磁铸造的研究。20世纪70年代末研制了一套电源装置。其一次可铸3根φ482mm圆铸锭，并成功地在生产中应用了一段时间。20世纪80年代中期，在铝合金圆锭电磁铸造圆锭电磁铸造成功经验的基础上，国家将方锭电磁铸造列为“七五”重点科技攻关项目。由东北轻合金加工厂、西南铝加工厂和北方工业大学联合承担攻关任务，经共同努力，完成了340mm×1260mm方锭微机程控电磁铸造任务，并且达到了国际20世纪80年代水平。1990年12月其通过国家鉴定验收。

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虽然我国在20世纪80年代相继研究开发成功铝合金圆锭电磁铸造和方锭微机程控电磁铸造。但基于当时的管理体制和技术形势，电磁铸造的成功只是均衡了一下国际新技术的发展趋势。要推广应用电磁铸造技术就要额外增加设备投资，增加能源消耗，以及复杂的操作技术等。这样就增加了生产成本。而当时的国内用户对金属内部质量要求不高，大众产品多，尖端产品少，使用普通铸造方法就能满足用户需求等诸多因素，致使电磁铸造新技术被搁置。

随着社会的发展，科学技术的飞速前进，产品质量的不断提高，对金属内部质量的要求也越来越高。尤其目前的航天航空和国防军工尖端产品的飞速发展，对金属内部质量要求就更高了。因此，用普通铸造方法生产的金属内部质量很难或无法满足要求。这就需要采用最先进的技术来生产内部质量好的产品，才能满足市场飞速发展的需求。而电磁铸造法则是目前国际上保证铝合金铸锭内部质量最佳的铸造方法。诸如美国、瑞士、日本和俄罗斯等国都一直在应用电磁铸造。据中国有色金属工业总公司率团赴澳大利亚和美国技术考察报告中报道：美国雷诺公司在利斯特希尔工厂用电磁铸造生产660mm×2032mm×6048mm扁锭。美铝公司在南厂装有2台立式电磁铸造机。凯撒铝技术中心、雷诺冶金研究所也都在应用电磁铸造技术。而俄罗斯的白卡利托瓦冶金厂用电磁铸造生产的铝合金厚板可满足航空航天工业的需要。萨马尔冶金联合企业1966年就开发了电磁铸造新工艺。俄罗斯的电磁结晶器铸造技术比较成熟，并且应用较为普遍。俄罗斯有很大部分的扁铸锭是用电磁结晶器生产的。其可铸造截面为300mm-500mm×1200mm-1900mm的扁锭，直径150mm-480mm的圆锭，而且金属利用率平均提高5%。

3、依靠技术进步，以促进铝合金电磁铸造技术的应用的可持续发展

因为用电磁铸造法，依靠电磁力约束熔体，在不接触结晶器的情况下进行铸造，所以没有造成前述缺陷原因的结晶器和铸锭间的空隙区，即能获得健全的表层组织、有光泽表面的铸锭（图2）。这样，除大幅度降低表面铣削量外，表层组织也微细化。因此其也能防止热轧时产生裂边。

图2 EMC法铸锭组织照片

为了使受熔体静压和控制范围限制的电磁力均衡，其铸造条件管理范围与传统铸造方法相比，狭窄得多，因此应当利用结晶器设计技术、结晶器内液面控制技术及铸锭冷却技术进行严格管理。这些技术如下[2]。

a）、结晶器设计技术

电磁铸造不用传统的结晶器，其原理是用通高频电流的线圈使熔体内产生感应电流，该感应电流和线圈电流所形成的磁场相互作用，在熔体内诱发电磁力，保持熔体（图1）。通常熔体保持高度定为30mm-50mm，凝固时为了容易得到平滑的铸锭，在减弱熔体上部电磁力上下功夫。俄罗斯的原理专利设置电磁屏蔽栅网进行磁场控制，同时也提出了正确选择电流线圈断面形状的方法和栅网线圈化改变阻抗的方法。为了探讨栅网的形状和位置，磁场解析技术是不可缺少的。其根据有限单元法的数值解析结果求出电磁力，通过流动解析探讨结晶器内熔池的流动和铸锭质量的相关性。

在实用方面，开发了能铸造多种尺寸铸锭的宽度可调结晶器。

底座的形状与结晶器一样重要。在EMC中，由于底座与铸锭间夹着的冷却水沸腾蒸发，摇动铸锭的剧沸现象，对铸锭形状有很大影响，因此其应当采取排水对策。

b）、浇铸自动化技术

浇铸自动化技术的核心是使熔体静压和电磁力经常保持平衡的结晶器内液面控制装置。该装置由液位传感器、调 整熔体流出量的执行器及控制器等构成。传感器有静电容量型、感应电流型、光学型；执行器有旋转型、油缸型等。现在正在开发多种装置。液位控制采用比例积分微分（PID）控制，与铸造速度、冷却水量等与铸造机相关的控制一起，以系统化的形态进行铸造条件管理。其铸造初期条件的管理尤为重要。如何适应铸锭合金的种类和结晶器型式，已成为EMC操作的技术决窍。

EMC除固有的优点外，可通过自动化消除了操作偏差，铸锭质量稳定。

c）、铸锭冷却技术

开始向结晶器内浇铸熔体不久，熔体在底座内凝固。其后，如果底座下降而被直接水冷，凝固壳急剧增高。其增高速度极快，在铸造机的下降速度控制方面，往往很难适应。因此，在铸造初期一般采用缓慢冷却，使凝固壳缓慢增高。作为缓慢冷却技术有脉冲开闭冷却水喷出的方法、冷却水中混入CO2气和小苏打使其发生细小气泡的方法以及降低冷却水的喷出角度，降低热传导的方法。瑞士Alusuisse公司的EMC技术，即使用CO2气。

正常铸造时的冷却，通过控制一定水量的方法进行。但是，结晶器冷却水喷射部分的设计应能保证结晶器周边没有剧烈的水量变化。为了防止冷却水不均匀喷出，应当充分探讨冷却水的清净化。

d）、一般铸造技术

结晶器内的玻璃滤网，原来的目的是防止氧化物流入铸锭。最近，为了在熔池内得到最佳的温度分布也采用这种滤网，并开发了COMBO bag和MINI bag （COMBO bag，MINI bag，是把粗、细网目的玻璃滤网重合，为控制结晶器内的熔体流动而开发的新技术产品）。在EMC中，除上述目的外，为了控制液位，在bag内外应当使用没有熔体压力差的滤网。另外，为了防止结晶器内熔体上面的厚氧化膜流进铸锭表面，探讨了各种断面形状和尺寸的拦渣挡板（Skim Dam ）。

目前电磁铸造法是一种很先进的铸造技术。用瑞士铝公司的电磁铸造法每年生产30多万吨铸锭，而且在今后几年内，还将会有显著的增加。在经济效益上，瑞士铝公司已超过预期的设想。其主要效益是在热轧时消除了洗面和减少了切边。然而，其它效益经实践证明，也取决于现存设备和产品配料。最先进的铝合金电磁铸造装置如图3、图4所示。电磁法铸造的铸锭表面与直接冷却法铸造的铸锭表面质盆对比如图5所示。

图3 瑞士Chippis工厂高强铝合金电磁铸造装置的控制盘

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图4 俄亥俄州Hannibal联合铝厂三台电磁铸造装置之一

图5 电磁法铸造的铸锭表面（右）与直接冷却法铸造的铸锭表面质盆对比

回顾过去，产生此重要发明公认有两个重要因素，即技术因素和人材因素[3]。

a）、技术因素

技术因素是指应用电磁成型这一有特殊意义的复杂技术。其比直接冷却（DC）铸造法更加完善得多。在其同时由于光学检测和其它可靠装置的采用，产品的质量标准也提高了。这就需要铸造车间研究和应用新的设备和工艺。其包括：电子计算机控制（对生产中众多的参数和快速反应的必要条件加以保证）；金属水平控制（让结晶器中的金属水平维持在很窄的范围内波动）；电磁铸造结晶器和过滤装置（以便获得最好的产品质量）；控制金属的冷却和凝固（铸锭铸造刚出头时，难以控制）。

自动控制-对于电磁铸造法和直接冷却铸造法，计算机控制已经有了发展。在电磁铸造中，计算机是必不可少的，因为要进行多参数控制。特别当开始下降，铸锭刚出头时，自动控制尤为关键。

计算机有三个主要的功能：

1）、起动检测；

2）、铸造参数的参照；

3）、程序控制。

铸锭开始下降前，在初始位置时，要检查传感器和仪器的正常功能。然后计算机对铸造操作几乎进行全部管理，并根据铸造实际的特殊需要给予不同的控制程序。在铸锭开始下降并刚出头的临界期间内，计算机的监控是十分重要的。其也监控铸造的全过程。若误差超过要求时，其就进行干预，并对操作人员发出信号，因而改善了工序的稳定性和可靠性。变量的监测对质量起反馈作用。操作人员控制盘的设计是以人机工程学的原理为依据。其得到全体操作者的赞赏。

由于金属水平控制-在电磁铸造时，结晶器中的金属水平（结晶器中金属液面的高度）是一个非常关键的参数，因此，自动化程序中，金属水平控制装置担负着重要的任务。其由一台非接触金属水平传感器和一个步进电机驱动的流量控制元件所组成。两者在铸造车间的环境里都已被证明是可靠的。其可以保持金属水平的控制误差在1mm以内。

对于多模铸造，结晶器中金属液流速度与金属水平的控制是很重要的。利用现有设备的程序自动控制，可以同时控制8个以内的结晶器。

结晶器-电磁铸造结晶器的设计将影响铸锭的表面质量和金属回收率。如果铸锭规格频繁更换，则可调式结晶器降低了投资费用，并提高了适应性和生产率。其最大调整范围为512mm；最小调整量和每次可调量都为25.6-mm。

控制金属的冷却与凝固-铸锭的冷却由总的热传导率来确定。阿尔考（A1coa）公司的CO2法能完全改变铝水交界面处的热交换。

b）、人的因素

技术文件-所提供的文件是建立在技术转让已获得成功的基础上。瑞士铝公司提供的文件由下列部分组成：

1）、工艺方法介绍；

2）、设计说明书；

3）、制造；

（1）、自动化

（2）、运转

（3）、铸造

4）、维护。

“设计说明书”部分包括工厂为适应电磁铸造的特殊要求所必需的全部准则。“制造”和“自动化”配有装置详图。

5）、培训-整体范围内的全面培训是很重要的。操作和维修的人员、冶金工作者、设计和工艺工程师都必须接受培训。培训中，理论与实际相结合是十分有效的。在开工以前，可在研究和试验单位，或某些生产单位进行基本训练。在试运转期间完成培训。

6）、操作实践

生产单位-瑞士铝公司这种工艺使用在它的Chippis工厂和它的Hannibal美国子公司的联合铝厂。Hannibal工厂能生产饮料罐坯料、箔材坯料和一些3003，3005，5052合金，铸造厂为多模铸造（四或五个结晶器，其尺寸从512mm×1024mm到512mm×536mm）。

Chippis工厂是专门铸造硬合金，诸如2024，7075，5182等。产品带有高塑性的特点，铸锭尺寸从307mm×1024mm到307mm×2176mm。

瑞士铝公司已对雷诺（Reynolds）和阿尔考（（Alcoa）公司给予电磁技术转让。这些公司的部分生产厂在生产中均使用电磁铸造技术。

使用瑞士铝公司电磁铸造技术生产的铸锭，年产量已超过30万吨，主要是生产饮料罐坯料用的3004合金。

7）、质量-电磁铸造的铸锭可以不锐面，广泛用作生产饮料罐和其盖的坯料、箔材坯料和其它板材等。在热轧时，甚至对于硬合金2024或7075，基本上都可消除裂边。这些合金的铸锭比用直接冷却法铸出的铸锭有更好的可轧制性。电磁铸造的铸锭如果再进行轻微的铣面，与铣面的直接冷却法铸锭相比，其制品有更好的阳极化处理质量。从冶金学的角度来看，电磁铸造的铸锭，表面光滑，偏析层薄，晶粒细小并为等轴晶。

用户对产品评价很高，因此都购买电磁铸造法生产的产品。

8）、节约一很显然，节约是与不铣面和不裂边有关。碎屑的处理和重熔（包括在操作时正常的烧损），甚致比铣面工艺本身花费的费用要更大。特别对于硬铝合金节约更是与不铣面和不切边有直接关系，它们通常要求深铣面和宽切边。

除了这些“共同”方面的节约之外，还有相当程度的“间接”节约。其基本上取决于某些现有的设备（这些设备，一些工厂已制造，一些工厂还未制造）。由于碎屑重熔大减，这就提高了生产率。当某些其它工艺步骤不再需要时，可以减少铸锭用量和缩短铸锭的交付时间。同样的理由，其适应性也提高了。如果以前因受炉子、铣床、锯床等条件的“约束”，那么现在就可以生产出较大尺寸的铝卷。由于轧制时道次压下量增加，维修时间的减少以及裂边所引起的划伤废品的降低。这些都会导致节约和成本降低。

省去铣面和减少切边的“直接”费用是可以预先正确的估算出。但是想从“间接”的节约中估算出有多少效益是很困难的。总的来说，与直接冷却铸造法相比，瑞士铝公司的电磁铸造法通常可以节约8￠/kg以上，在某些情况下，甚至可以超过13￠/kg。

4、结束语

电磁铸造技术是绝对可行的技术。但非必是取得铸造成功的充分条件。必须承认在早期试验阶段，人的因素是很重要的。这些复杂的技术，要求操作人员必须具备电子计算机控制、电子学、精密机械和冶金铸造工艺等方面的知识和操作能力。这些复杂的技术需要准备进行技术转让，包括全体操作人员完成全面培训计划和加大铸造车间的工释能力。

参考文献

[1]、魏宝昌等.铝及铝合金电磁铸造的工业应用[A].全国铝合金熔铸技术交流会论文集[C].2004年；

[2]、[日]林典史.铝合金电磁铸造技术[J].有色金属加工.1996（06）：21-23。

[3]、曲贵贞等. 铝合金电磁铸造法的工业应用[J].轻金属.1989（12）：57-60。

作者简介

谢恩（1972，06）， 男，工程师，主要从事有色金属材料研发及相关的生产管理工作。

4.电磁学的发展史 篇四

摘要：高等学校课程课堂教学改革是推进高校教育教学改革，提高教学效果、学生综合素质和能力的重要组成部分。电磁学课程是高校物理学专业的一门十分重要的专业基础课。本文结合内蒙古民族大学《电磁学》课程课堂教学改革实际情况，对电磁学课程课堂教学改革作了初步探讨，从教学方法、信息技术手段在教学中的应用、课堂及课后作业设计、考核方式和教学效果五个方面进行了阐述。

关键词：电磁学课堂教学改革

高等学校课程课堂教学改革是推进高校教育教学改革，提高教学效果，提高学生综合素质和能力的重要组成部分。由于目前的高等學校教学改革更加注重学生应用能力的培养，物理学等基础学科的理论课学时都在压缩，使课堂教学不能过于详细地讲解教学内容，因此对课堂教学方式进行改革势在必行。

，内蒙古民族大学为了推进教学改革的开展，开始尝试课程课堂教学改革。笔者主讲的《电磁学》课程参加了混合式课堂教学改革，针对《电磁学》课程自身的特点，在课堂教学改革过程中对《电磁学》课程的课堂教学从教学方法、信息技术手段在教学中的应用、课堂及课后作业设计、考核方式和教学效果五个方面进行了阐述，具体如下所述。

《电磁学》课堂教学改革改变传统课堂教学模式中，坚持以“教师为主导”的理念，转变教师的角色，促使教师成为课堂教学资源的提供者、课堂活动的组织者、问题的设计者、学生学习的指导者，教师由教给学生知识向教会学生学习转变。坚持以“学生为主体”，使学生从课堂被动接受者转换为既是课前学习资源的准备者，也是课堂中思考、交流和讨论的主体，同时还是课后学习、巩固、提升的行动者和教学效果评价的参与者。转变学生学习方式，倡导主动参与、积极探究、合作交流的学习方式，调动学生自主学习的积极性、主动性，培养学生实践能力和创新能力，使教与学有机结合，实现教学相长。

1教学方法

找到比较适宜的教学方法和教学手段，是取得课堂教学改革成功的重要环节。在《电磁学》课程课堂教学改革的教学过程中，我们尝试将传统教学方法与现代教学手段相结合，以传统教学方法为基础，现代化教学手段为辅助，既不过分地夸大现代教学手段的作用，也不完全抛弃好的传统的教学方法，使两者相得益彰。在课堂上加强采用启发式教学方法，不断调动学生学习的积极性、主动性，引导学生积极进行思考，不仅要教会学生们用已学过的知识来解决问题，更重要的是引导学生如何发现问题、解决问题，培养学生获取新知识的能力和创新能力。

1.1启发式教学法

多年的教学实践证明，在课堂教学中运用启发式，精讲多练，是培养学生思维能力的主要方法。对课堂教学中遇到的一些问题，引导学生独立地解决问题。在启发式教学过程中，要完成以下四个方面的工作：(1)要很好地设计问题。(2)要引导学生对所设计的问题进行思考。(3)给出一个假设结论。(4)引导学生对假设结论进行探索求证。通过启发教学使学生可以对同一问题的不同层次上举一反三。例如：在电路部分讲授功率因数提高时，引导学生考虑一下：除了教材上常用的在感性负载上并联电容以外，是否可以把电容串联?功率因数提高得越大越好吗?通过这种启发式教学方法，能够极大地调动学生学习的积极性和学习热情，深刻理解并灵活掌握所学知识。

1.2激发兴趣法

学习兴趣是促使一个学生能够自主学习起决定作用的因素，在课堂教学过程中，老师的责任不仅仅要求学生听下去，更重要的是使学生能够主动地听下去。在理论讲解中穿插高科技成果在实际中的应用问题，使学生同时获得理性认识和感性认识，并能在学习过程中获得解决现实问题的成就感，激发兴趣，充分调动其学习的积极性和主动性。例如在静电部分讲授静电屏蔽时，启发学生将静电屏蔽和实际生活中的例子相比较，比如防静电屏蔽袋、人体静电的防护及避雷针等，以课堂讨论的方式使每个学生都有兴趣积极参与，活跃课堂气氛，培养了学生的自学能力。

2信息技术手段在教学中的应用

2.1多媒体教学

多媒体课件授课是现代化教学手段之一，多媒体在教学中发挥着其特有的优势。它可以增加课堂教学的信息量，形象地展示器件、设备、系统的外形和结构;利用自己制作的多媒体课件，将课程中的背景材料、实物图片和资料，以及各种音像材料，运用动画、录像等方式，穿插应用于课堂教学中，使传统单调的课堂丰富起来，提高学生的学习兴趣和积极性。但它并不能完全代替传统“粉笔+黑板”的教学方法。尤其在涉及公式推导方面的问题，传统教学方式要优于课件授课。针对电磁学课程涉及内容广的特点，适当地采用多媒体和传统教学方式相结合的.形式，可以提高讲课效率和效果。

2.2充分利用网络资源，促进学生自主学习

引导学生利用网络资源进行自主学习，十分有利于自学能力的培养和创新能力的提高。提前将与电磁学课程配套的教学资源(包括电子课件、电子教案、教学视频等)上传到学校校园网的电磁学课程教学平台上，以供学生结合教材进行课前预习和课后复习。利用这些资源，学生可以提前进行自学，粗略掌握基本内容，通过课堂提问和讨论，加深对基本内容的理解和掌握。这样教师可以将授课重点放在课程的重点和难点上，进行精讲和细讲，有利于学生掌握重点内容。同时，借助于网络教学平台，可以实现与学生的线上互动，进行线上发帖讨论、线上测试、线上提交作业等，并把这些互动过程作为平时成绩的一部分;在线下，通过QQ、微信等及时与学生交流，极大地调动了学生学习的积极性。也通过这些现代教育技术的应用，提供给学生主动性学习环境和学习资源，以提高学习效果。

3课堂及课后作业设计

与物理专业的其他课程相比，电磁学课程的特点之一就是课后习题量非常大，要想使学生很好地完成电磁学课程的学习，更好的吸收和消化所学知识，必须完成一定量的课堂及课后作业。通过作业启发他们独立思考，培养他们独立发现问题、分析问题和解决问题的能力。

一般作业主要由基础作业和综合性作业两部分构成：基础作业用于巩固和加深对课堂讲授的知识的理解;综合性作业用于能力的提高。每一次课后，布置适量作业，作业包括线上作业和线下作业两部分：线上作业系统自动评分，线下作业每周收一次，批改给出作业成绩，每章上一次习题课。习题课后适时布置一些综合性问题。引导学生用学过的知识解决实际问题，提高学生独立思考、自主学习和应用知识的能力，培养学生的创新能力。

4考核方式

考试不仅具有考查功能，同时也具有教育功能，考试应着重考查学生分析问题，解决问题的能力及学生的素质。为此，《电磁学》课程实施了考试改革，课程总成绩不仅仅由期末成绩决定，也包括学生平时的表现，因此采用了多种方式综合评定学生成绩：课程总成绩中期末考试占50%;平时成绩占50%。平时成绩包括出勤占10%、线下作业占7%、课堂讨论占3%、线上成绩占30%。

5教学效果

通过一学期的课堂教学改革尝试，从期末考试成绩来看，学生适应并认可了这种改革方式，取得了令人满意的教学效果。物理专业级汉班电磁学课程的期末考试成绩考出了较令人满意的水平，平均成绩达70.43分，及格率达75%。卷面最高成绩95分，最低成绩40分。

6结束语

综上所述，本文结合内蒙古民族大学《电磁学》课程的课堂教学改革的实践，对高等院校课程课堂教学改革作了初步探讨。虽然有一定的收获，但仍存在一些的问题，在以后的教学中，要再接再厉，及时解决存在的问题，以期取得更好的教学效果。

参考文献

[1] 赵凯华，陈熙谋，电磁学(第三版)[M]，北京：高等教育出版社，

5.电磁学的发展史 篇五

类比法在大学物理电磁学教学中的运用

一、引言

物理学作为自然科学的带头学科，是当代科学技术发展的最重要基础，而大学物理课程又是国内高校理工科专业的基础必修课程。它所阐明的物理学知识、基本概念、定理规律和研究方法，不仅是学生继续学习专业课程和其他科学技术的基础，也是培养和提高学生科学素质、科学思维方法和科技创新能力的重要途径。湖北大学的“大学物理”课程作为一门公共基础课程，面向全校理工科专业大学一年级的学生，目前采用的是马文蔚主编的《物理学》（第六版）

教材，其中包含了力学、电磁学、振动和波、光学、热学和近代物理学这六大板块。其中电磁学板块学习难度相对较大，往往会给初学者带来许多困惑，所以如何通过适当的教学方法运用来促进学生学习，提升教学效果，也是我在这篇文章中所要阐述的主题。

二、大学物理电磁学教学的概况

1.大学物理电磁学的知识特点：在马文蔚《物理学》（第六版）的教材中，电磁学部分的内容涉及到第五章《静电场》，第六章《静电场中的导体和电介质》，第七章《恒定磁场》和第八章《电磁感应和电磁场》，公式众多，内容繁杂，是本教材中难度较大的一个部分。之前学生在高中物理的课堂上学习电磁学，将主要的研究对象设置为带电粒子和载流导线，研究的重点也放在了它们的受力和运动上，所以这更像是牛顿力学在电场和磁场中的一种体现而已，即电场和磁场中的力学。而大学物理学习电磁学，研究对象则从电荷和电流变成了由

它们所产生的电场和磁场，但是场作为一种物质，却与我们之前研究的实物有着很大的不同：首先，实物集中在有限范围内具有集中性，而场分布范围广泛具有分散性；第二，对场的描述需要逐点进行，不能像实物那样只需作整体描述。所以研究对象的变化自然也带来了研究方法的变化，描述场中各点性质的基本物理量也就成为了我们讨论的重点，所以才利用库仑定律和电场强度叠加原理来计算电场强度，利用电场强度的路径积分或电势叠加原理来计算电势，再利用毕奥-萨伐尔定律和磁感强度叠加原理来计算磁感强度。而从静电场中的高斯定理和环路定理到磁场中的高斯定理和安培环路定理，对场的内在物理性质的分析也就成为了这两章的核心内容。

2.教学对象所面临的困惑：在对电磁学各基本物理量的计算和对各基本定理的推导及应用中，都要涉及到大量的高等数学微积分知识，于是这也让其教

学对象――大学一年级的理工科学生产生了许多困惑。他们往往会在诸如电场强度叠加原理的积分公式、毕奥-萨伐尔定律的矢量公式、高斯定理的曲面积分公式和环路定理的环路积分公式等复杂公式面前迷失了前进的方向，在满PPT屏幕或满黑板的公式推导和积分运算中丧失了学习的兴趣，或错误地把大学物理当成又一门高等数学课，认为只要会计算微积分就能学好电磁学的知识，或沮丧地觉得自己高等数学没有学好，因此大学物理也很难学的明白透彻。所以为了消除教学对象所存在的这些困惑，我们必须引入一些电磁学学习的基本方法，如微元法、补偿法、对称性分析法，以及接下来我们所要介绍的类比法。

三、类比法在电磁学教学中的应用

1.类比法的介绍：类比法（Method of analogy）也叫“比较类推法”，是指由一类事物所具有的某种属性，可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。这是运用类比推理形式进行论证的一种方法，与其他思维方法相比，类比法属平行式思维的方法。无论哪种类比都应该是在同层次之间进行。亚里士多德在《前分析篇》中指出：“类推所表示的不是部分对整体的关系，也不是整体对部分的关系。”类比法的特点是“先比后推”。“比”是类比的基础，既要“比”共同点也要“比”不同点。对象之间的共同点是类比法是否能够施行的前提条件，没有共同点的对象之间是无法进行类比推理的。类比法的作用是“由此及彼”。如果把“此”看作是前提，“彼”看作是结论，那么类比思维的过程就是一个推理过程。按照思维方向分类，类比又可分为单向类比、双向类比和多向类比，而我们在大学物理电磁学教学中采用的正是双向类比，将静电场和恒定磁场这两部分内容作为类比的对象。

2.利用类比法来学习静电场和恒定磁场：在静电场和恒定磁场的学习中，我们发现许多物理量遵循着相类似的规

律，表现为描述此类规律的方程式有着相同的形式，例如电场强度与磁感强度，电位移矢量与磁场强度矢量，电偶极子与磁偶极子，电场强度通量与磁通量等。它们尽管物理本质不同，但是所遵循的规律形式相类似。在分析此类物理问题时便可借助类比的方法，通过其中一个已知物理量的规律去推测相应的另外一个物理量的规律，可以将学生从枯燥的数学推导中解脱出来，将更多的注意力放在物理概念本身的内涵上。比如在学习磁感线的时候，我们便可以将其与电场线相类比。它们有许多共同点，都是对场的物理图像做出了非常直观的几何化形象描述，可将抽象的朦胧电磁认知化为直观的清晰图景，从中感受到场存在的直观对称和谐美。同样的，由法拉第提出的“力线”，切线方向表示磁感强度（或电场强度）的方向，其密度则为磁感强度（或电场强度），而且任意两条磁感线（或电场线）都不相交。但它们的不同点也很明显：电场线总是始于正

电荷，终止于负电荷，不形成闭合曲线；而磁感线则是围绕电流的闭合曲线，没有起点，也没有终点。磁感线与电场线的共同点决定了定量描述它们的物理量电场强度通量和磁通量表述形式相一致，而它们的不同点则决定了静电场与恒定磁场性质的巨大差异，由此得出的静电场和磁场中的高斯定理分别表明了静电场是有源场，而恒定磁场却是无源场。

再比如在?W习磁介质时，我们也可以通过与电介质的类比将问题予以简化。在电介质中，束缚在介质表面的是极化电荷，而在磁介质的表面则存在磁化电流；我们用电介质中单位体积内分子电偶极矩的矢量和来表示电介质的极化程度，定义为电极化强度P，又用磁介质中单位体积内分子的合磁矩来表示介质的磁化程度，定义为磁化强度M。接下来通过数学推导，得出电介质中的辅助矢量――电位移D和磁介质中的辅助矢量――磁场强度H；最后再由此分别给出电介质中的高斯定理和磁介

质中的环路定理。它们的计算功能也很类似，前者可以用来求对称分布电荷的电位移D和电场强度E，后者则可以用来求对称分布电流的磁场强度H和磁感强度B。

四、结语

6.电磁学的发展史 篇六

电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。工作原理:电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。

分类:

①直动式电磁阀。原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。②分布直动式电磁阀。原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点：在零压差或真空、高压时亦能可动作，但功率较大，要求必须水平安装。③先导式电磁阀。原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点：流体压力范围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。在使用更是应该考虑它的一些特性，比如介质特性，环境温度，工作频率，电源等因素。

电磁阀基本特性

一、安全性：不注意安全即会产生灾难。

1、腐蚀性介质：宜选用塑料王电磁阀和全不锈钢；对于强腐蚀的介质必须选用隔离膜片式。例CD-F.Z3CF。中性介质，也宜选用铜合金为阀壳材料的电磁阀，否则，阀壳中常有锈屑脱落，尤其是动作不频繁的场合。氨用阀则不能采用铜材。

2、爆炸性环境：必须选用相应防爆等级产品，露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种。

3、电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。

二、适用性：不适用等于花钱买费物，还要添麻烦。

1、介质特性。1）质气，液态或混合状态分别选用不同品种的电磁阀，例ZQDF用于空气，ZQDF—Y用于液体，ZQDF—2（或-3）用于蒸汽，否则易引起误动作。ZDF系列多功能电磁阀则可通通于气.液体。最好订时告明介质状态，安装用户就不必再调式。2）介质温度不同规格产品，否则线圈会烧掉，密封件老化，严重影响寿命命。3）介质粘度，通常在50cSt以下。若超过此值，通径大于15mm用ZDF系列多功能电磁阀作特殊订货。通径小于15mm订高粘度电磁阀。4）介质清洁度不高时都应在电磁阀前配装反冲过滤阀，压力低时尚可选用直动膜片式电磁阀作例如CD—P。5）介质若是定向流通，且不允许倒流ZDF—N和ZQDF—N单需用双向流通，请作特殊要求提出。6）介质温度应选在电磁阀允许范围之内。

2、管道参数。1）根据介质流向要求及管道连接方式选择阀门通口及型号。例如，用于一条管道向两条管道切换的，小通径的选CA5和Z3F，中等或大通径请选ZDF—Z1/2。又如控制两条管道汇流的，请选ZDF—Z2/1等。2）根据流量和阀门Kv值选定公称通径，也可选同管道内径。请注意有的厂家未标有Kv值，往往阀孔尺寸小于接口管径，切不可贪图价低而误事。3）工作压差最低工作压差在0.04Mpa以上是可选用间接先导式；最低工作压差接近或小于零的必须选用直动式或分步直接式。

3、环境条件。1）环境的最高和最低温度应选在允许范围之内，如有超差需作特殊订货提出。

2）环境中相对湿度高及有水滴雨淋等场合，应选防水电磁阀。3）环境中经常有振动，颠簸和冲击等场合应选特殊品种，例如船用电磁阀。4）在有腐蚀性或爆炸性环境中的使用应优先根据安全性要求选用耐发蚀。5）环境空间若受限制，请选用多功能电磁阀，因其省去了旁路及三只手动阀且便于在线维修。

4、电源条件。1）根据供电电源种类，分别选用交流和直流电磁阀。一般来说交流电源取用方便。2）电压规格用尽量优先选用AC220V.DC24V。3）电源电压波动通常交流选用+%10%.-15%，直流允许±%10左右，如若超差，须采取稳压措施或提出特殊订货要求。4）应根据电源容量选择额定电流和消耗功率。须注意交流起动时VA值较高，在容量不足时应优先选用间接导式电磁阀。

5.控制精度。1）普通电磁阀只有开、关两个位置，在控制精度要求高和参数要求平稳时请选用多位电磁阀；Z3CF三位常开电磁阀，具有微启，全开和关闭三种流量；ZDF—Z1/1组合多功能电磁阀具有全开、大开、小开、全开四种流量。2）动作时间：指电信号接通或切断至主阀动作完成时间，只有本公司专利产品多功能电磁阀可对开启和关闭时间分别调节，不仅可满足控制精度要求，还可防止水锤破坏。

三、可靠性：不可靠将会损害整个系统！

1、工作寿命，此项不列入出厂试验项目，属于型式试验项目。为确保质量应选正规厂家的名牌产品。

2、工作制式：分长期工作制，反复短时工作制和短时工作制三种。本公司常规产品均为长期工作制，即线圈允许长期通电工作。对于长时间阀门开通只有短时关闭的情况，则宜选用常开电磁阀。用在短时工作制而批量又很大时，可作特殊订货以降低功耗。

3、工作频率：动作频率要求高时，结构应优选直动式电磁阀，电源听优选交流。

4、动作可靠性。严格地来说此项试验尚未正式列入我国电磁阀专业标准，为确保质量应选正规厂家的名牌产品。有些场合动作次数并不多，但对可靠性要求却很高，如消防、紧急保护等，切不可掉以轻心。特别重要的，还应采取两只连用双保险。

四、经济性：不经济就是对资金，精力乃至生命的浪费

它选用的尺度之一，但必须是在安全、适用、可靠的基础上的 经济。经济性不单是产品的售价，更要优先考虑其功能和质量以及安装维修及其它附件所需用费用。更重要的是，一只电磁阀在整个自控系统中在整个自控系统中乃至生产线中所占成本微乎其微，如果贪图小便宜而错选造成损害群是巨大的。

7.汽车电磁兼容技术现状及发展趋势 篇七

当今, 汽车电子技术的应用程度已成为衡量汽车技术水平的一个重要标志。汽车电子技术分为两大类:一是汽车电子控制系统, 二是车载汽车电子装置, 包括提供重要的驾驶员信息、控制发动机、避撞监测和避碰、执行线控制动和转向、GPS导航、DVD等高级信息娱乐系统、对车内环境实施智能控制等。

从目前的情况看, 汽车行业中70%的创新来源于汽车电子, 或者与汽车电子密切关联。统计数据表明, 在国内生产的轿车中, 电子部件的成本已占整车总成本的20%~30%, 国外高档轿车的这个比例已达到30%~40%。在这种情况下, 保证多种电子设备在汽车中可靠地工作, 又不对车外设备造成干扰, 已成为汽车电气系统设计的一个重要课题。

汽车电磁兼容技术是解决汽车整车及其电子、电气部件电磁兼容性问题的一门技术, 它涉及汽车与环境、汽车与汽车、汽车内部的电磁兼容性问题。汽车电磁兼容技术是随着市场需求和技术进步形成的新技术门类。汽车电磁兼容对于现代汽车以及未来的汽车而言至关重要, 它关系到汽车的安全性、汽车排放控制的有效性、汽车节能的有效性、汽车智能控制的可靠性等等。因此, 汽车电磁兼容技术、汽车排放技术、汽车安全技术, 这三项技术同属于汽车的共性技术。

二、汽车电磁兼容性的概念

汽车的电磁兼容性 (EMC) 定义为:车辆或零部件或独立技术单元在其电磁环境中能令人满意地工作, 又不对该环境中任何事物造成不应有的电磁骚扰的能力。汽车的电磁兼容性也可理解为:在汽车及其周围的空间中, 在一定的时间内 (运行时间) , 在可用的频谱资源条件下, 汽车本身及其周围的用电设备可以共存, 不致引起性能 (功能) 降级或丧失。

电磁干扰包括干扰源、干扰源的传递途径和干扰敏感设备三个环节。

1. 干扰源

干扰源是多种多样的, 总的来说可以分为内部干扰源和外部干扰源两大类。

1) 内部干扰源

来自设备内部的干扰源分为两类, 一类为传统部件, 其中包括:雨刮器、冷却风扇电机、发电机、分电器、闪光器、电喇叭等;另一类为现代部件, 其中包括:中央门锁控制器、电子燃油喷射控制器、各种电子模块、各种电机、ECU、SOC等。

2) 外部干扰源

来自外部的干扰源有以下几种:来自大自然的干扰, 如雷电、宇宙射线、地磁辐射等;来自日光灯、电风扇的低频干扰;来自电钻、电喇叭、电源开关、电动机电刷的电火花干扰;来自雷达、高频发射机的高频干扰;高压电气设备、高压输电线等的电晕放电会产生宽带感应脉冲, 干扰与其临近的逻辑电路, 使其误动作。

2. 干扰源的传递途径

干扰源的传递有以下三个途径: (1) 通过公共阻抗引入干扰源, 公共阻抗可以为各种形式, 如公共电源、公共地线、信号线和阻抗不匹配等; (2) 当干扰源靠近某一电路时, 若两者的间距在λ/2π之内 (λ为干扰波长) , 则干扰将通过电容性或电感性耦合进入电路; (3) 当干扰源离开某一电路较远, 两者的距离大于λ/2π时, 则干扰将通过远场电磁波辐射方式耦合。

3. 干扰敏感设备

各种电子模块、ECU、安全气囊控制器、电子燃油喷射控制器、信号线缆等都是干扰敏感设备。

三、电磁兼容性设计

电磁兼容性设计一般可以从三个方面入手, 即:抑制干扰源、切断或减弱干扰的传递、提高电路或设备的抗干扰能力, 其中抑制干扰源最为重要。对设备内部的干扰源, 应确定必要的抑制指标, 设计时应分析干扰源产生干扰的原理, 采取必要措施加以抑制, 当采取措施后仍达不到规定的指标时, 再从切断或减弱干扰的传递途径及提高抗干扰能力方面采取措施。电磁兼容性设计的基本方法有以下几种。

1. 屏蔽

屏蔽是一种用来减小设备之间或设备内部各部分之间辐射干扰的去耦技术, 其目的主要有两点, 其一是将辐射能限制于规定的区域;其二是阻止辐射能进入规定的区域。凡是属于场的干扰, 都可以用屏蔽的方法来削弱, 以确保设备的正常工作。

2. 滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。无论是抑制干扰源, 消除干扰耦合, 还是增强接收电路的抗干扰能力, 都可以采用滤波技术。滤波器的种类很多, 通常有低通、高通、带通、带阻等几种类型。

3. 接地

接地是指建立两点之间的导电通路, 其中一点通常是系统的电气或电子单元, 另一点是参考点。接地是电子系统中的一个重要问题, 整个系统能否稳定工作, 与接地有很大关系。良好的基本接地平面或参考点, 是使系统工作可靠、不受干扰的基础。理想的接地平面是零电位、零阻抗的物体。然而, 由于接地材料的物理性能和特点, 决定了没有这样理想的接地平面。所以, 系统中两个接地点之间总是存在一些电位差。接地系统中电位差能否减至最小值, 以及接地电流所能下降的程度, 取决于该接地系统的效率。一个不良的接地系统, 不仅起不到应有的作用, 反而可能使已经妥善屏蔽的单元的屏蔽效果减弱, 或使滤波器无法发挥作用, 导致更加难以消除的电磁干扰。

4. 电路保护措施

为了抑制和防止干扰, 在电路设计时还经常设计一些其它保护性措施, 如平衡电路、接点保护网络、整形电路、积分电路、选通电路、阻尼电路及泄放电路等。

5. 合理的布局和布线

电路的布局和系统内部的布线, 会直接影响系统的电磁兼容性, 因此其布置需合理。一般来说, 远场辐射对电路布局影响不大, 而近场感应的大小与电路布局有着直接的关系。

近场感应的电感性耦合, 其互感随着导线间距的加大和靠近接地平面而减小, 故应减小电路导线的闭合面积, 最大可能地使电路隔开, 正确布设导线的方向, 限制电流的频率和上升时间, 利用屏蔽和接地等方法来减小电感性耦合的影响。近场感应的电容性耦合, 其减小电容性的方法与电感性耦合相同, 在实际应用上应使所有导线尽量接近地平面。

6. 搭接

搭接是在两金属表面间建立低阻抗通路, 这条通路可以建立在系统接地面的两点之间, 也可以建立在接地基准与组件、电路或结构单元之间。搭接的目的是避免在金属部件之间形成可能引起干扰的电位差。总而言之, 电磁兼容问题是一个系统的问题, 应将各种因素综合考虑才能作出好的设计。

7. 隔离

隔离包括隔离稳压、光电隔离、空间隔离等多种措施。隔离稳压就是通过隔离变压器使用电设备与汽车供电系统隔离, 通过稳压电路进一步抑制干扰;光电隔离就是使控制电路与被控电路的地线分开, 通过光电转换对被控设备进行控制;空间隔离就是使干扰源尽量远离易扰元件, 通过空间隔离抑制干扰。

8. 抗干扰软件设计

在很多场合中, 用简单的软件抗干扰设计, 就可以将一个微控制器的干扰抑制效果大大提高, 这样抗干扰的魅力在于实现的费用较低, 可以节省硬件成本。常用的软件抗干扰技术有软件陷阱、指令冗余、重复输入/输出、数字滤波等。

9. 热设计

一般电子设备或元件在高温时其抗干扰容限会恶化, 所以对电子设备的安装位置、散热进行合理设计, 也是提高设备抗干扰能力的有效措施。

从有利于散热的角度出发, 电子模块最好直立安装, 板与板之间的距离一般不应小于2cm。必要时, 如安装在发动机上的电子控制模块, 可以采取燃油冷却的方式。同一块电路板上的器件应尽可能按发热量的大小及散热程度分区排列, 发热量小或耐热性差的器件 (如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等) 放在冷却介质的入口处, 发热量大或耐热性好的器件 (如功率晶体管、大规模集成电路等) 放在冷却介质出口处。对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域, 千万不要将其放在发热器件的正上方。

四、EMC技术发展状况

1. 国内现状

国内目前应用的汽车电子产品几乎全部是国外品牌和产品, 汽车电子产品检测几乎为空白, 因国外检测费用昂贵, 国内企业一般检测不起。中外合资汽车公司的汽车电子部件都被要求送到国外去做EMC检测试验。

目前, 国内实力相对较强的几大汽车厂家已认识到电磁兼容性的重要性, 并开始着手这方面的研究, 但与先进国家相比差距还是比较大的。

2. 国外现状

汽车技术比较先进的国家都十分重视对汽车电磁兼容性的研究, 纷纷制定了相应法规。各大汽车生产商则投入大量资金建立相应的汽车电磁兼容性研究中心, 对其整车执行测试认可, 对批量生产的汽车电子产品零部件进行检查, 分析事故的赔偿责任, 对整车电磁环境的测试进行分析和描述, 从而提出整车电气系统和汽车电子产品的电磁兼容性设计的技术要求。

国外任何电子产品在应用到汽车上之前, 都必须经过性能试验和EMC试验;在商业化之前, 必须经过各项严格的匹配试验和最为关键的技术要求——EMC认证 (国内无此过程) 。对未经过严格试验的电子产品, 任何整车绝对不会采用, 这也是国内企业的产品难以进入国外汽车零部件供应链的关键所在。由于EMC涉及到整车的安全性、可靠性, 因此国外汽车整车企业不会轻易采用未经可靠性试验的零部件产品。

3. 国外汽车EMC认证情况

欧洲颁布了汽车EMC指令72/245/EEC, 于1995年11月修订为95/54/EC (等效ECE R10) , 1996年1月1日开始实施, 2002年10月1日全面强制实施。凡不符合该指令要求的新车拒绝登记、销售、进入市场。

2004年11月该指令再次修订为2004/104/EC, 增强了抗干扰性内容, 于2006年1月1日开始执行, 2009年1月1日全面执行。由此看到, 自技术指令出台到全面执行, 逐步实现强制执行、增加技术条款, 充分表明了EMC的特殊性。

日本2004年以前出口到欧洲的汽车执行ECE R10;2004年1月1日起, 在本土全面执行ECE R10。

4. 电磁兼容标准化组织

电磁兼容标准化组织分为基础类标准化组织和汽车类标准化组织两大类, 如表1、表2所示。

5. 汽车电磁兼容标准

国际标准主要有CISPR12Ed5.1:2005《车辆、机动船和内燃发动机驱动装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法》;CISPR 25Ed.2:2002《用于保护用在车辆、机动船和设备上的车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》;ISO11451:2003《道路车辆-窄带辐射电磁能量产生的电气干扰-整车测试方法》;ISO 11452:2003《道路车辆-窄带辐射电磁能量产生的电气干扰-零部件测试方法》;ISO 7637:1990《道路车辆-由传导和耦合产生的电气干扰窄带辐射电磁能量产生的电气干扰》等。

地区标准有欧洲的ECE法规和EEC指令, 如:72/245/EEC、95/54/EC、2004/104/EC等。美国的国家标准有美国汽车工业协会的SAE J551:1990、SAE J1113:1987等。我国的国家标准主要有GB14023-2000《车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值和测量方法》 (等效CISPR 12) 、GB18665-2002《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》 (等效CISPR 25) 、GB/T 17619-1998《机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测量方法》等。国内、外汽车电磁兼容标准如表3所示。

6. 电磁兼容性试验

汽车EMC试验分为:整车骚扰, 即整车对外的骚扰;车内骚扰, 即车内电气部件间的相互干扰;整车的抗扰, 包括抗外界电磁骚扰、抗车内电磁骚扰;电气部件的骚扰;电子部件或电子控制系统的电磁抗扰。

汽车EMC问题排查应遵循以下技术步骤:安装于整车上的零部件应全部符合EMC技术规范要求;任何电气零部件应在整车上进行EMC匹配试验。

目前, 国内已经具备了完善的测试设备, 可以完成汽车电磁兼容方面的中国国家标准、CISPR出版物、ISO标准、ECE法规、SAE标准以及国外的一些企业标准的测试。

五、汽车电磁兼容研究的发展趋势

目前的EMC研究还不能完全提供有效的解决汽车EMC问题的方法, 还有待于进一步发展。在整车系统分析上, 逼近现实的建模和巨大的计算量之间的矛盾是要解决的关键问题, 需要模型精确性和算法效率;专家系统有待于在实际应用中不断完善;伴随着汽车技术发展出现的新问题也需要不断地发现和解决。

实践表明, 解决整车EMC问题应在产品开发设计阶段进行, 应从汽车的电子部件开始考虑, 这是节省费用、降低成本的关键, 如果在产品定型后再解决EMC问题, 难度相当大, 费用也会百倍甚至更高地增加。

8.两个常见电磁学问题的探讨 篇八

1.课本介绍、定义“电势”时，常用的两种方式

(1)用U=E/q(q为正电荷，E为电势能)定义，相应的文字有：①放在电场中某点的正电荷具有的电势能跟它电量的比值，叫做电场中这一点的电势。②单位正电荷在电场中某点所具有的电势能，叫做电场中这一点的电势。

(2)电场中某点的电势在数值上等于单位正电荷从该点移到零电势点的过程中电场力所做的功;其定义式为U=W/q(W为电场力的功，q为正电荷)。

中等物理学如何科学地介绍、定义“电势”?这是一个很实际的问题，值得进一步地思考。

用U=E/q(q>0)或U=W/q(q>0)定义电势，电势总是正的，其中的q必须是正电荷(电量)。我们知道，电势是静电场的一个重要物理量，它是静电场本身的一种特性。静电场中各点的电势是客观存在的，它反映了静电场的能的性质等。对一个电场而言，其中电势的大小只和场源电荷Q的正负性、电量大小和所考查的点的位置以及零电势点的选择有关。同一个静电场中某点的电势可正、可负，也可以为零。静电场中某点电势的大小不是绝对的，它和电势的零点选择有关。零电势点选择以后，静电场中某点电势的大小既可用q>0，也可用q<0的检验电荷及相关的电势能来探测、计算，无须设限。用上述方式定义电势，人为地设置了障碍或限定。理解、使用它们时会出现一些问题。

用U=E/q(q>0)定性或定量地处理涉及q<0的电势能或电势等问题会有麻烦，往往不能自圆其说。这种定义会让学生误认为电场中某点的电势，只能用q>0的检验电荷及相关的电势能来探测、计算，q<0则不行;也会让学生误解为涉及电势能、电势等电学问题，只能借助于q>0的检验电荷分析、处理，q<0不行。这种定义还会产生歧义，即涉及q<0的电势能、电势等电学问题，都不能用公式U=E/q(q>0)处理，因为它强调q是正电荷(电量)。

用U=W/q(q>0)定性或定量地处理涉及q<0的电势能或电势等问题，也会有麻烦，学生会产生疑问或不解，使用这一公式时还会不放心，感到有些别扭，因为此公式中使用或要求的也是正电荷(电量)。

总之，用U=E/q(q>0)或U=W/q(q>0)解决涉及q<0的电势能或电势等问题时，心中不踏实，道理上也说不清、说不通，有些勉强或强人所难。

定义是对事物本质或范围的确切而扼要的说明，所以，电势的定义理应完整、严密，并具有普遍性和科学性，不能以偏概全和留下隐患。既然正、负电荷及相关的电势能都可以探测，处理电势及相关的问题，定义电势时就不要人为地限定，仅仅使用或涉及q>0的检验电荷，不提或排除q<0的检验电荷。

综上可见，用U=E/q(q>0)或U=W/q(q>0)定义电势均有不妥，应当予以修正，以避免理解和使用中出现的因定义本身所带来的问题及留下的后患。

2.较为科学的两种电势定义

这类定义具有普适性、科学性，使用效果良好。它们没有规定q必须是正电荷，q>0或q<0均适用、成立。建议中等物理学课本及教学参考、选用。

(1)对于电场中某点来说，放在该点的电荷具有的电势能和电荷的电量之比是一个常量;这个常量的大小跟电荷无关，它反映了电场的一种性质;这个常量叫做电场中该点的电势。定义式为U=E/q。

(2)电场力将检验电荷从电场中某点移到零电势点所做的功与检验电荷电量的比值，叫做该点的电势。定义式为U=W/q。

用U=E/q或U=W/q定义电势，q既可为正电荷，也可为负电荷(电量)，相应的U也会有正、有负，这样就避免了U只会是正值的现象。事实上，静电场中的U不可能总是正的。U有正、有负全面、真实地反映了静电场的实际情况。U总是正值则是片面、残缺的和不真实的，也违背了客观事实。用U=E/q或U=W/q定性或定量地分析、处理电势能或电势等问题(习题)，上述担心和思维障碍没有了，可以用它们大胆、合理地解决所有的相关问题。这样定义“电势”既合理、科学，又有说服力，适应面也很宽;使用它时，学生不再茫然或不知所措。

电势的定义中，q为正电荷和q既可是正电荷，又可是负电荷，虽然差别不大，但差之毫厘，谬以千里。

二、 磁场没有强弱和方向

翻开物理课本，涉及磁场内容及其问题等，都会有磁场强弱和磁场方向这类说法，物理类科普书刊、物理教辅书和物理教学中也经常使用这种行话。但是，细细琢磨和认真地思考后，我们发现这类说法有点问题，值得反思。现谈谈对这种司空见惯说法的“另类思考”与“奇谈怪论”。

磁场和电场一样，是物质客观存在的形态，且是物质存在的两种基本形式之一。磁场和电场均具有一定的质量、能量和动量等物质属性;磁场和电场是弥漫在空间的无形无边的物质，它们看不见、摸不着。物质(实物与场)没有强弱和方向性，不能说物质(实物与场)具有强弱和方向。所以，磁场和电场这类物质不存在强弱和方向，也不能有强弱和方向之说。这就如同桌子、石块等物质没有强弱和方向一样，我们不会说桌子、石块具有强弱和方向。若说磁场有方向，那么磁场方向向东或向西，怎样说明、理解?匀强磁场的磁场方向只有一个;非匀强磁场的磁场方向则有许多个，这又如何理解?若说磁场有强弱或大小，那么磁场强或磁场大怎么理解?

大家知道，研究磁场的力的性质的物理量——磁感应强度B有大小，方向;描述、研究磁场分布及性质等的磁感应线有方向，而且磁感应线上某点的切线方向就是磁场中该点的磁感应强度方向;研究磁介质中磁场分布及相关问题的辅助物理量——磁场强度H也有大小、方向。然而，这些物理量等的大小、方向都不能说是磁场的大小(强弱)、方向，不能因为前者具有大小、方向，就说磁场有大小、方向，更不能因而认定磁场具有大小、方向。磁场和研究、反映磁场性质的物理量(矢量)等是不同的概念与问题，不能混淆等同，它们的内涵、外延均不一样，它们不相同、也不相等。磁场是研究对象，是磁感应强度B、磁场强度H等物理量的载体;前者和后者有着一种宏观与微观、整体与局部的关系。

磁感应强度B等有大小、方向，不代表也不说明磁场就有大小、方向。从语言学和物理学的角度分析，磁场大小、方向和磁感应强度B等大小、方向意思是不同的，前者不能代替后者，前者也非后者的简称，也不能认为前者就是后者的省略语。介绍、处理磁场及其问题时，该说的话要说完整，不能省略，也不应该省略。否则，会产生歧义、混淆视听。

磁场某点的磁感应强度B或磁场强度H有大小、方向，但不能由此派生、衍生或简化、泛化出磁场的大小、方向这类似是而非或想当然的说法。

同理，电场的大小、方向这种习以为常的说法也不妥，它的语意不明、不详，概念混乱，而且不准确、不科学。

总之，物质(实物与场)是没有大小(强弱)和方向的，磁场大小(强弱)和磁场方向等这类约定俗成的说法，不宜再使用。它们的内涵不清、外延不明。

基于上面的分析，物理课本和物理教学中的上述流行说法，应做修改，以保证物理课本和物理教学的准确性、科学性。下列的说法可参考：

1.磁感线上某点的切线方向就是磁场中该点的磁感应强度的方向。

2.磁场中任意一点，小磁针静止时其北极所指的方向，就是该点磁感应强度的方向。

这样，物理课本的有关内容，其前后顺序和组合，要相应地做点调整，以保证物理课本和物理教学的内在逻辑性和科学性。