高低温环境检测大全11篇

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我国民爆产业的不断整改和进一步发展，对乳化炸药的生产工艺和安全生产质量控制的管理也越来越严格，对提高乳化炸药的稳定性和爆破性能都产生了很大的作用。乳化炸药的生产工艺中，要严格控制水相、油相的配置与控制，选择合理的乳化剂，提高生产水平和安全性，不断优化乳化炸药的各项性能。

1 乳化炸药稳定性检测方法

1.1 试验方法

乳化炸药的稳定性，是指乳化炸药在常温条件下，在一定的时段中，保证自身的物理状态和爆炸性能不发生明显变化的性能。自然储存法通常是检测乳化炸药稳定性最直观的的方式，但是这种检测方法的试验周期较长且受自然环境条件的局限比较大，因此，科学的检测研究通常是依靠显微观察法、电导率法、高低温循环法及水溶法等方法，来进行乳化炸药的稳定性检测。

在此次检测试验中，采用高低温循环试验测试样品的爆速值和硝酸铵析出量，对乳化炸药的稳定性做出评价。通过实验，测量其爆速值和AN的析出量，然后对比自然储存条件下的爆速值与高低温循环试验周期的爆速，分析其变化规律与内在联系，判定乳化炸药样品的稳定性。

1.2 试验步骤

（1）将乳化炸药放置在50%的高温条件下8个小时，然后变换环境，将其放在-40℃温度条件下，保存16个小时，为一个循环周期，在高低温循环转换的条件下，每3个周期，对乳化炸药样品的爆速进行一次测定。

（2）将乳化炸药放在自然存储条件下，每15天测定一次乳化炸药样品的爆速值，并做好相关数据记录。

（3）将乳化炸药自然存储条件下的爆速值与高低温循环后的爆速值进行对比观察，来判定乳化炸药的稳定性。

1.3 检测结果

实验证明，随着高低温循环次数的增加，乳化炸药的爆速值逐渐减小。

在经过28次高低温循环后，乳化炸药发生了拒爆现象。这表明乳化炸药在温度的剧烈变化条件下，是一种热力学不稳定的体系，温度的剧烈变化破坏了乳化炸药的乳化胶体，最终导致结晶析出，乳化炸药的爆炸性能大大降低。

2 乳化炸药生产的安全质量控制及其稳定性

2.1 水相控制

水相的材料质量、密度和温度都是水相配置过程中应严格控制的问题。水相氧化剂水溶液组要是为氧化还原反应提供氧气，与乳化炸药稳定性密切相关的一项因素就是水相析晶点的高低。按照标准比例，选用硝酸钠和硝酸铵配置成复合氧化剂，可以显著降低水相的析晶点，也能增大供氧量，这对提高乳化炸药的稳定性起到了很大的作用。同时，硝酸钠还会减小水相表面的张力，也有利于提高稳定性。

2.2 油相控制

油相材料的质量和温度是关键的控制因素，材料的粘度要保持适中，这样可以保证乳化体系界面膜的强度，对敏化和装药都提供了有利条件。材料的熔点温度所对应的乳化基质的粘度，对敏化温度起着直接的影响作用。油相材料的防水性特点决定了乳化炸药的防水特性，油相形成了整个乳化体系的连续相。油相作为可燃剂，均匀地分散在连续相中，水相与油相材料分子对接，就形成了强烈的爆轰反应。

2.3 乳化剂选择

添加乳化剂的主要作用就是降低油水界面的表面张力，提高整个体系的稳定性。选用聚异丁二酰亚胺和斯盘-80的复合乳化剂，采用油相加入法，控制好温度，乳化剂提高稳定性的功能就能得到充分发挥。

3 如何提高乳化炸药的稳定性

3.1 严格控制水、油相温度

在硝铵含量为65%～75%的水相溶液中，水相温度最好要高于析晶点约15℃。水相温度保持在96℃～100℃为宜，避免硝酸铵溶液在乳化初期就产生析晶。同时，降低了油相粘度，油膜包覆能力增强。有效地提高了乳化炸药的稳定性和储存时长。

3.2 严格控制乳化温度

乳化温度一定要与水相温度和油相温度相适应，这会对乳化炸药的稳定性产生重要的影响。如果乳化温度过高，乳化剂分子的吸附能力就会降低，高温碳化分解也会使乳化效果大大降低。如果乳化温度过低，会降低油相材料的流动性和分散性，影响乳化效果，甚至导致不乳化现象的发生。在实际生产中，控制乳化温度一般是通过控制冷却水的流量实现的，冷却水的温度要保持在25℃以下。

3.3 选用适当的敏化方式

乳化炸药爆轰感度的强化是通过敏化工艺来实现的，但是，敏化工艺会对乳化炸药的稳定性造成一些微小的影响，因此，选择合理的敏化方式会保障乳化体系的稳定性。敏化方式主要分为物理敏化和化学敏化。化学敏化的气孔比较均匀，不会影响炸药的稳定性。物理敏化中的空心玻璃微球敏化效果比较好，炸药爆炸性能和储存稳定性比较高。

4 结语

通过高低温循环法和自然储存法的试验对乳化炸药的爆速值进行对比，得出乳化炸药在剧烈的温度变化环境下，乳化炸药的乳化胶体被破坏，稳定性比较差。通过对乳化炸药生产的安全质量控制分析，对影响乳化炸药稳定性的因素进行严格的质量控制，其中几个主要包括对水相的控制、油相的控制以及乳化剂的选择，通过这些途径，可以有效提高乳化炸药的稳定性和爆炸性能，也延长了乳化炸药的保存期限。乳化炸药的生产工艺也逐步实现了连续化和自动化控制，对质量控制的要求也越来越高，因此，我们要不断深入探索、研究。

参考文献：

[1]胡坤伦，杨仁树，李冰，等.敏化温度影响乳化炸药稳定性的实验研究[J].煤炭学报，2008（9）.

[2]周贵忠，潘朝蓬，王纲，等.聚酰胺胺（PAMAM）树形分子用作乳化炸药的稳定剂[J].火炸药学报，2001（4）.

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1材料试验机的用途与作用

材料受载后表现出弹性、塑性、断裂三个变型过程，并且在各个过程已有相关技术标准（规范）规定出相关性能的技术指标，这些性能指标的具体测定必须在试验机上来完成。试验机的功能和计量特性指标是否满足预期使用要求，是材料机械性能试验的关键。材料试验机不仅是研究材料机械性能理论的基本手段和依据，也是企业、事业单位目前生产检验的基本手段之一。

2中国材料试验机的现状

我国计量、质检检测事业的历史悠久，但试验机制造行业在旧中国是空白，后，党和政府十分重视计量检测技术的发展，采取了许多重要措施来发展仪器仪表工业。经过五十多年的努力，我国材料试验机的制造，从无到有、从小到大，从单参数到多参数，从静态到动态，逐步发展成初具规模，具有能生产静负荷试验机（如拉、压万能试验机、扭转试验机、松弛试验机、持久强渡试验机、蠕变试验机、复合应力试验机等）和动负荷试验机（如冲击试验机和疲劳试验机等）的能力，有效地促进了国民经济建设和国防建设的发展。二十世纪九十年代初，我国实行了市场经济，众多民营企业应运而生。试验机制造行业也和其它行业一样，民营企业登上了试验机行业的舞台。近几年，随着国内试验机民营企业的不断做强做大，国有企业的改制，中国的试验机行业由原来以国有企业为主逐步演变为以民营企业唱主角的时代。

1、机械方面：试验机在我国经历半个世纪的发展，在机械结构方面没有太大变化，只是有些小的改进。从产品外观来看，国内产品与国外产品相比差距较大。

国外产品无论从造型、表面处理等方面，进口设备和国产设备很容易就能分辨出来。从观感、手感、质感等方面，制造工艺非常精良。国内厂家生产的试验机，都显粗糙。所以国内的厂家想在这方面赶上国外试验机厂家，还需进一步努力。

2、材料试验机夹具方面

（1）材料试验机的发展方向是由制样检测向制品（即成品、半成品）检测方向发展，这就要求与之相适应的夹具由原来用于标准试样试验的夹具向用于成品检测的夹具发展。

（2）夹具的使用向高效率、低劳动强度的方向发展。过去的夹具一般采用机械锁紧，费时费力，劳动强度大，效率低。随着工作环境的改善，及大批量试验（生产流水线随机抽检的）需要，夹具的夹紧方式由原来的机械夹紧向气压夹紧、液压夹紧等方向发展。

（3）全自动夹具：从试样尺寸测量到装夹，再到开始试验，最后出测试报告一次完成。此类夹具仅适用于大批量的相同试样或成品的测试和检验。

（4）高低温环境试验的增多，使用于高低温的夹具种类增多。高低温环境试验的增多，给夹具的设计增加了难度。我们知道高温拉伸试验国家标准都有规定：圆试样用螺纹，板试样上有孔。由于连接方式固定，所以夹具的设计较为简单。但高低温试验却不同，它一般是在高低温箱中做试验，它的试样一般标距短（一般为常温试样）。这样一来夹具就必须装在高低温箱内，高低温试验一般由于试验机行程受限制（试验机在装标准夹具时行程），这就要求夹具体积小，又要满足试验力，又要耐高温、低温，一般比较难设计。

（5）连续试验夹具增多。由于过去一般是制样检测，试样的拉伸、压缩是分开进行的（即拉伸、压缩是用不同的夹具进行的），而现在成品检测越来越多，试样在同一次试验中又要受拉伸，又要受压缩，又要有高的效率，只能用同一种夹具既做拉伸又做压缩。

（6）特殊行业用试验夹具增多。随着科学技术的发展，一些新兴的行业对试验机夹具提出了新的要求，例如要求夹具结构小、无磁性，耐腐蚀（在溶液中做试验）等。

3、测控系统：试验机的测控技术一直都落后于国外，近几年经过国内试验机行业各厂家不断努力，取得了较大突破，控制器采用一系列的新技术，即DSP 平台；基于神经元自适应PID 算法全数字、三闭环（力、变形、位移）控制系统；8 通道24 位A/D 数据采集系统及USB1.1 通讯等。DCS-200 所用的DSP 平台技术是世界上第三家采用此技术的试验机厂家，也是世界上最早把USB 通讯技术运用到试验机领域的生产企业。在DCS-200 成功推出后，国内试验机用户纷纷放弃国外的控制器，同时也促进国内其它试验机生产企业对新控制器的积极研发，由此突破了试验机控制的技术难关，推动了国内试验机制造技术的发展。

在测控系统方面，我国采用的某些技术已达到世界先进水平，但有些关键技术和部件制造还是受到一些因素的制约。如能采用世界顶级的HBM 等公司的力传感器，则力值测量系统的测量准确度和稳定性将进一步得到保证，其准确度等级也将得到更大的提高。

4、软件方面：现在国内的试验机厂家的试验软件，有自己开发，也有引进国外公司的，有的功能简单但操作方便，有的功能强大但操作略显复杂。我国的试验机从功能性、适用性等方面都紧随国外试验机行业，功能更强大、操作更人性化，获得了国内广大用户的一致好评，其中很多功能在其它厂家的试验机上，都可以得到实现。软件还需要在功能、操作性、稳定性考核等方面下功夫，进一步完善，特别要对软件系统进行评定或验证。

5、试验机配套器件：如试样变形测量系统，国内现采用最多用皮筋夹紧方式，夹持十分不便，但它的计量技术特性基本满足使用要求。国内还有几个单位生产的引伸计其计量特性也基本相同。目前国际上，应属德国兹威克（ZWICK）公司的试验机所配的全自动引伸计最为先进，居世界领先地位。其特点是减小人为误差、测量结果的不确定度，这是发展趋势。还有试样夹头、高温炉、环境箱等，就不一一细说了。总之，试验机配套器件方面要赶上世界领先水平，还需要我国从事试验机行业的人们付出更多的心力。

3中国材料试验机行业的发展思路

由于试验机夹具使用的特殊性，以及新材料的不断出现，夹具的设计一直处在被动的局面。我们每天都会碰到新材料，需要设计新的夹具。我们只有总结过去的成功经验，来顺应新的发展趋势。

对拉力试验机夹具好坏的判定很难界定，由于夹具结构的特殊性，对一种夹具，有时我们很难确定它到底更适合那种试样，通常从以下三点来判断：1、夹具是否使用方便、安全； 2、夹持是否可靠，不能有打滑现象；3、做试验过程中，试样断点好。数据离散性小。（即试样不断钳口、钳口内、平行段或标距外）而有几种类型的材料，有与本身的特性及适用的环境特殊，目前为止，解决的办法并不多。

1、钢丝、钢绞线由于试样硬度高，内部结构相对松散，在拉伸试验过程中受力不均匀，夹持试样的钳口易磨损等原因，夹具一直未得到好的解决。过去是夹铝箔来做，一次试验就耗费四片铝箔，浪费太大。现在采用了喷涂金刚砂的拉力试验机夹具，打滑问题解决了，但断口位置始终未能理想，10根试样只能成功一半左右。

2、对于变形量大的材料由于变形过大，所以夹持困难，夹具的设计也是一个难点。

3、对于需要在高温环境下做的试验，夹具的要求也很高，既要耐高温，又要不变形，体积要小，所以一般的试验机厂家来说，也是很难搞定的事情

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1资料与方法

1.1试样来源 乌鲁木齐市各餐饮场所送样检测151份。

1.2微生物卫生指标 依据 GB2726-2005熟肉制品卫生标准《食品卫生标准及相关法律汇编》，共检测以下5项微生物指标：菌落总数、大肠菌群、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌。菌落总数测定依据GB 4789.2-2010检测。大肠菌群测定依据GB/T 4789.3-2003检测。沙门氏菌测定依据GB 4789.4-2010检测。志贺氏菌测定依据 GB 4789.5-2012检测。金黄色葡萄球菌测定依据GB 4789.10-2010检测。

1.3评价标准 依据 GB2726-2005熟肉制品卫生标准《食品卫生标准及相关法律汇编》，酱卤肉制品微生物指标为菌落总数≤80000cfu/g，大肠菌群≤150MPN/100g，致病菌（沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌）不得检出，其中一项不合格即为微生物指标不合格。

1.4 统计分析 采用SPSS 21软件进行统计分析。用？字2检验，P

2结果

2.1各类酱卤肉制品检测结果 151份样品中，不合格率为19.87%（30/151）。不合格项目中，菌落总数单项不合格3份，占10%，大肠菌群19份，占63.33%，菌落总数与大肠菌群双重不合格8份，占26.67%，致病菌均未检出。

2.2不同季节卤制品检测结果 高低温季节菌落总数不合格率见表1，高低温季节大肠菌群不合格率见表2。由表1可见，P>0.01，按a=0.01水平，故不认为高低温季节菌落总数不合格率有差别。由表2可见，P

3讨论

从检测结果统计分析中，可以看出，我市餐饮场所酱卤肉制品卫生情况存在一定问题，主要是菌落总数和大肠菌群超标。大肠菌群不合格率在高温季节和低温季节差异显著，高温季节不合格率明显大于低温季节。菌落总数的多少在一定程度上标志着食品卫生质量的优劣。大肠菌群数的高低，表明了粪便污染的程度，也反映了对人体健康危害性的大小。酱卤肉制品微生物易超标，一方面是因为原料肉含丰富的蛋白质、脂肪、水分等营养物质，如温度适宜微生物就会大量繁殖；另一方面是因为在生产经营过程中外界微生物对肉制品的二次污染，如加工间的卫生环境差、原料和散装成品在运输和储藏中受到微生物的严重污染等。特别是在高温季节，温度较高，又是蚊蝇滋生的季节，如果酱卤肉制品不注意防尘防蝇，在外界暴露时间较长，食品加工人员不注意个人卫生，违规操作，极易造成大肠菌群超标，产生对消费者的健康隐患。

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中图分类号：TM24 文献标识码：A

引言

发热电缆广泛应用在建筑、石化、石油等领域。尤其建筑采暖市场发展迅速，我国年需求将超过50亿元人民币。目前，普通发热电缆生产工艺已经成熟，但普通的发热电缆却在某些特殊场合不能满足使用要求，如油污等恶劣环境及防腐蚀、耐高低温等场合。普通发热电缆易腐蚀老化开裂，降低了电缆的使用寿命，影响正常生产生活活动，同时造成一定的经济损失。新研制的防腐耐油发热软电缆具有安装维护方便、节能环保、安全可靠、用途广泛等特点，同时具备柔软、防腐、耐油、耐高低温等多项优越性能。产品符合国家环保要求和发展方向，属新型环保类电缆高新技术产品。

1 电缆结构设计

防腐耐油发热软电缆其结构特征是：该电缆导体选用电阻率永久恒定的铜镍合金和镍铬合金作为发热体，发热体是发热电缆的核心，即使发热电缆在恶劣的环境中工作（-60℃～180℃），也应保证其有效的加热功能。内绝缘选用PTFE氟塑料，该种材料是有机物中电气性能、机械性能、耐寒耐热性能最佳塑料。该种PTFE绝缘材料的使用，能大大降低外绝缘交联聚烯烃的表面温度，使外绝缘层能够保持在正常的温度内工作，确保外绝缘料性能不受影响。在冷热线接头处采用PTFE氟塑料挤包，且挤包长度向外延伸3～4cm。因存在冷热接头，其所处部位电阻通常要高于正常值，产生的热量和温度也高。采用在冷热线接头处PTFE氟塑料绝缘向外延伸方法，就是要保证此处有良好的电气性能和机械性能。外绝缘层采用绝缘性能优、耐热性能好的交联型聚烯烃材料，以满足电缆的绝缘性能和耐高低性能。屏蔽采用双层铝塑复合带纵包结构，使屏蔽覆盖率达100%，同时在铝塑复合带屏蔽层下增设镀锡铜丝引流线，可有效将电磁场引入大地，实现良好的抗电磁干扰能力。护套采用耐热180度的抗拉撕硅橡胶材料，可使电缆具有优良的防腐、耐油特性，也可有效保护电缆线芯同时增加了电缆的散热面积。

2 科学技术路线

2.1 发热电缆导体选择

根据国家标准《GB/T20841―2007额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆》规定：发热电缆直径不得小于6mm，因此本发热电缆设计导体直径为6.5±0.3mm，同时导体采用新型的复合金属发热材料，由多股合金材料绞合而成，其具有抗拉强度高（70N/mm2）、电阻率低、柔软性好、接触电阻低、可焊性好等优点。

2.2 耐高温指标

原创性地将导热功能引人高分子绝缘材料，将绝缘材料的导热率提高了10倍，使高分子材料的热老化温度下降了近60℃，从而成倍地提高了发热电缆的使用寿命、热效率和升温速率。《GB/T20841―2007额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆》标准规定：发热电缆的导体线芯最高工作温度为90℃，电缆护套最高工作温度为65℃。而新研发的防腐耐油发热软电缆新产品导体采用合金导体，绝缘选用PTFE氟塑料和交联聚烯烃材料，其线芯最高工作温度可达150℃。护套采用硅橡胶材料，可使电缆耐环境温度最高达180℃。电缆绝缘和护套材料的耐高温指标均超过国家标准，其目的是：保证发热电缆可在高温环境中长期使用而不发生故障。我公司作比对试验发现：新型的防腐耐油发热软电缆可经150℃工作温度，180天不间断加热试验，电缆仍完好无损；而普通发热电缆在同等条件下，通电加热23天后便出现故障停止加热。

2.3 发热电缆组成及工作原理

组成：分户电表配电装置温控器发热电缆向地面供暖。

工作原理：发热电缆通电后产生热量，其温度一般可控制在50℃～60℃，热量通过热传导方式向周围的水泥、地砖传热，其传导热量约占电缆发热量的70%；同时发热电缆在通电后，还会产生7～10微米的远红外向空间辐射，这部分热量约占电缆发热量的30%，因此电缆供暖效果良好利用率高，热效率几乎无损耗。

3 产品试验设计

3.1 弯曲性能

防腐耐油发热软电缆采用弹簧式制造技术，有效地提高了电缆的柔软度，从而避免由于地面高度落差而造成对电缆敷设及产品性能的影响。

3.2 耐温和耐高频性能

一般来说绝缘层的质量好坏直接影响到发热电缆的寿命，电缆绝缘材质的改进，提高了电缆的耐寒性、耐热性能，使电缆可在-60℃～+180℃范围内正常工作；电缆的耐高频性能：在50赫到1000赫广阔的超高频范围内，耐高频性能几乎不变，产品优于市场上销售的任何发热电缆。

3.3 防腐耐油性能

护套材料采用具有优异的耐腐蚀、耐高低温的硅橡胶材料，既能满足电缆的耐高低温性能，又能满足其在恶劣环境中长期使用。在酸碱液类型（HCL、NaOH标准溶液）1mol（168h）的试验条件下：抗张强度变化率小于±30%，为14%；断裂伸长率≥100%，为180%。

4 试制中存在的问题及解决方案

在试制过程中我们遇到了一些技术上的关键性问题，针对问题我们逐一分析、研究与突破，主要有以下几点：

4.1 原有外护套的存在散热效果不好、易老化问题

我们根据新研制的产品特点，采用了目前橡胶中最好的硅橡胶材料，用它作为电缆的护套，它具有：良好的导热、散热、粘接性能；固化速度快，对金属有良好的附着力且无腐蚀；长期使用不会脱落，不会产生接触缝隙而降低散热效果；卓越的耐高低性能、耐老化性能、电绝缘性能和优异的防潮、防腐、耐油、耐电晕性能，可满足电缆的使用要求。

4.2 发热时电磁辐射问题

由于发热电缆一般用于人员较为密集的场所，而电缆在通电发热过程中，会产生电磁辐射（电磁辐射超过100微特斯拉对人身健康产生影响）。因此我们采用双层铝塑复合带和镀锡铜丝引流线屏蔽结构，有效地将电磁场屏蔽在缆芯内防止向周围扩散，且通过增设镀锡铜丝引流线，可将电磁场引入大地，使电缆屏蔽层与大地形成等电位端，使电缆产生的电磁辐射不超过20微特斯拉，避免了电磁辐射对人身的伤害。

4.3 冷热丝接头问题

目前市场上发热电缆大部分都采用冷接方法（冷、热线用机械压接的方式处理）。电缆在长期的运行中，发热部分与冷引线部份的接触点会因为接触不良而形成较大电阻，在接头部分产生高温，最终在接头处烧坏。冷接头就像家里用的电炉一样，电炉丝是很少被烧断的，而电炉丝与电源的接头就经常出现问题。而本新型的防腐耐油发热软电缆，采用隐式接头焊接方法（一种小直径金属丝对接方法），将发热丝与冷引线熔为一体，可有效避免发热丝因冷热变换而引起的接触不良现象，同时避免了冷热丝间焊接不牢、分层现象，提高了发热电缆的安全性和可靠性，从而延长了发热电缆的使用寿命。

5 产品主要性能指标

研制的防腐耐油发热软电缆，经上海电缆研究所国家电线电缆质量监督检验中心检测，各项性能符合或超过国内外相关产品的规定，同时满足使用要求。电缆具备了优良的电发热性能和优越的防腐耐油特性，其主要性能指标如下：

A.电缆具有较强的耐弯曲性能，最小弯曲半径可达4D。

B.电缆产品芯线为具有正电阻温度系数的金属合金丝组成，线性额定功率为20w/m，且产品绝缘电阻大于500MΩ・km。

C.电缆可在-60℃～+180℃温度和恶劣的环境中长期工作，防腐耐油耐高低温性能优异。

D.电缆燃烧时发烟量少，不含有卤素，不产生有毒有害气体和腐蚀性气体。

E.电缆不含有铅等重金属，不污染土壤，可以重复利用，再生性强。

结语

防腐耐油发热软电缆的使用场所广泛，既可在普通场合作供暖使用，也可用于防腐、耐油、耐高低温等特殊场合，同时也可作为石油、化工企业储油设备防冻伴热用。产品安装简单，维护费用低，有良好的经济效益和社会效益。本产品采用零排放、无污染的绿色环保的供暖方式，有利于国家环保，符合国家产业政策。产品已获国家实用新型专利证书（专利号：ZL2012 20038198.9）。

参考文献

[1]GB/T20841―2007，额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆[S].

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1.引言

近年来，我国无缝线路铺设里程日益增加，与普通钢轨相比，无缝钢轨消除了列车运行时车轮对钢轨轨头造成的冲击破坏，减小了列车的震动，增加了列车运行的平稳性，提高了列车运行速度。无缝钢轨长期暴露在野外使用，它不仅承受列车运行时作用于钢轨的高强度应力，而且会随着外界环境温度的变化产生热变形[1]。由于无缝钢轨受扣件和道床阻力等外力作用，使其不能自由伸缩，导致钢轨内部产生温度应力，当内部温度应力积累到一定数值时，无缝轨道发生胀轨甚至断轨，危及行车安全[2]。针对高速铁路中钢轨温度的测量设计出无线监测节点，实时监控钢轨温度，以保证无缝钢轨冬天不被拉断，夏天不致胀轨跑道，防止事故甚至灾难的发生。

Zigbee技术是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低速率的双向无线通讯技术，主要用于近距离无线传输。由Zigbee模块组成的节点体积小且能自动组网，网络具有很强的自愈能力，布局十分方便。相比之下，传统的多路温度测量在一些长距离或者采集范围较大的场合，存在着布线复杂，传输距离近，对测量环境要求高、可靠性差、应用灵活性差等缺点，无法满足实时测量无缝钢轨的温度。另外，大量较长的引线受铁路现场电磁环境的干扰，不仅影响到数据采集的准确性和可靠性，而且也为列车的安全带来了隐患。因此，运用无线Zigbee技术设计出的单总线多路温度监测节点，具有安装方便，受测量环境影响小，传输距离远，组网灵活等优点，在需要多点测量场合应用价值比较高。

本文选用美国Dallas公司生产的DS18B20数字温度传感器和MSP430单片机组成的多路测温节点，采用单总线方式，通过无线Zigbee模块将数据传送给上位机进行预处理，并将预处理后的数据实时显示，真正实现了温度的检测与监控，无需介质互联。

2.多路温度节点硬件设计

2.1 节点硬件总体设计

无线监测节点通过编程来读取数字温度传感器DS18B20的温度，在MSP430F149单片控制下与Zigbee无线发送模块进行数据交换，经添加协议后，数据通过无线传输的方式发送给上位机，上位机通过温度检测软件实现温度数据的显示、存档及远程控制。图1所示为无线监测节点硬件设计框图。

2.2 温度采集电路设计

监测节点测量的温度有钢轨温度、节点盒温和节点温度，采用单总线方式进行温度数据传输。所测温度范围为-30℃～+70℃，测量精度为±1℃。实际应用中是将温度传感器粘贴于钢轨轨腰处、节点盒内以及节点内部，要求传感器具有测温范围宽、体积小、精度高的特点。

测温选用DALLAS半导体公司生产的数字温度传感器DS18B20，其测量温度范围为-55℃～+125℃，-10℃～+85℃的精度为±0.5℃。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，其设定值及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存[3]。每个DS18B20都有各自唯一片内序列号，通过序列号来区别单总线上挂接的多个器件。虽然单总线上可以挂接多个DS18B20，但是超过8个时就需要考虑微处理器的总线驱动问题。如图2所示DS18B20单总线接口部分电路，设计中多个温度传感器的信号线通过单总线与单片机I/O口P5.0连接，既保证了温度数据的传输又能传输时钟，同时节省了单片机I/O端口。DS18B20采用单总线方式与微控制器进行串行数据交互，因此应严格按照其读写时序进行编程，否则将无法读取测温结果[4]。测得温度直接以单总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适用于铁路沿线复杂环境的测量。

DS18B20具有两种供电方式：寄生电源供电方式和外部电源供电方式。当为寄生电源供电方式时，VDD引脚与GND引脚相连，通过数据线对其供电。当为外部电源供电方式时，VDD接外部电源，GND接地。设计中采用外部供电方式。当DS18B20处在存储器操作和温度A/D变换时，总线上必须有上拉电阻来保证在其有效时钟周期内提供足够的电流，设计时电源线与信号线之间须加一个4.7K的上拉电阻[5]。

2.3 无线通信模块设计

监测节点与网关之间的数据通信都是通过通信模块完成的，由于铁路现场环境复杂，过多的引线干扰会降低节点数据传输的稳定性，也不利于现场的布置。因此，节点与网关之间数据传输采用无线通信方式。安装在现场的多个监测节点通过无线局域网进行数据的传送，要求所选用的无线通信模块具有近距离通信，自组网能力强，低功耗等特点。

在当前普遍使用的短距离无线通信技术中，Zigbee技术以其低速率、低功耗、低成本、低复杂度的突出优点在无线传感器领域获得迅猛发展。Zigbee技术是一种双向低速率无线通信网络技术，应用于868MHz、915MHz和2.4GHz三个频段上，其中在2.4GHz频段上的最大数据传输速度为250kbps，适用于高吞吐量、低速率和短距离传输的场合[6]。

设计中选用基于Zigbee技术的无线通信模块。该模块是ZigBee技术的首批认证产品其设计满足IEEE802.15.4标准，工作频率2.4GHz，其基本性能参数如下[7]：发送功率63mW（+18dBm），接收灵敏度-102dBm，最大传输数据速率为250kbps，室内传输距离100m、室外传输距离最远可达到1600m；在3.3V供电模式下，发送数据时最大电流为45mA，接收数据时最大电流为50mA；组网性能方面采用DSSS（直接序列扩频）功能，实现点对点和点对多点组网。模块射频部分芯片全部内部集成，共有20引脚，直插式，可设计安装到一个插座上，因此模块在装上传感节点时不需焊接。选用的ZigBee模块满足了铁路沿线长距离布设组网的需要，图3给出了通信模块与微控器的接口电路图。

Zigbee模块与MCU通过串口DIN和DOUT进行数据通信，当SRST为低电平信号，可实现MCU复位Zigbee模块，同样CRST可实现Zigbee模块复位MCU。为了进一步降低通信模块功耗，在无数据传输的情况下启用模块的休眠功能。模块的PIN9是是休眠控制I/O口，PIN13用于指示当前模块休眠状态。

2.4 微控制器选型

微控制器是监测节点进行数据采集的控制核心，进行协调和管理模拟电路和数字电路。因此，它的性能直接关系到节点能否进行温度数据的采集以及与网关的无线传输。由于监测节点安装在钢轨，依靠蓄电池供电，且要实现全天工作，因此能耗是微控制器选型的重点；为充分实现各控制模块功能，需考虑微控制器的性能，外设资源以及所支持的开发工具。片上资源丰富的微控制器可以减少器件的数量，从某种程度上降低了成本[8]。

基于以上考虑选用美国德州仪器公司16位单片机MSP430F149作为下位机部分的控制芯片，其最显著的特点就是在1.8V～3.6V、1MHz的条件下运行超低功耗模式耗电电流在0.1mA～400mA之间，RAM在等待模式下为0.7mA，节电模式下耗电为仅0.1mA。MSP430F149内部拥有大容量的存储空间，60KB+256字节FLASH和2KBRAM的存储空间完全可以满足程序及数据的需要[9]。另外，在环境温度范围为-40℃～+85℃下MSP430F149可正常运行，能够适应恶劣的环境。

3.温度采集软件设计

3.1 软件设计总体框图

软件设计采用模块化编程思想，分为外部接口模块、处理函数模块及存储区模块，各个功能模块有各自较独立的程序来控制完成相应的能。外部接口模块主要功能是完成对Zigbee模块和DS18B20的初始化；处理函数模块包括单片机系统初始化、Zigbee网络数据接收和发送处理、Zigbee网络协议处理、设置采集参数。存储区模块是完成节点设置参数存储和要发送到无线网络中的数据进行暂存。

首先节点上电以后，单片机进行系统初始化（初始化单片机时钟、时钟芯片、Flash芯片、串口、定时器），DS18B20初始化和XBee无线发送模块的初始化；然后设置参数（实时采集或定时采集）开始进行温度的采集，将采集后的数据按照通讯协议添加帧头、帧尾和校验，放入发送数据缓冲区，然后通过Zigbee网络发送数据到网关，完成节点与网关的数据传输。图4给出了节点运行程序流程图。

3.2 DS18B20温度采集程序设计

DS18B20的操作步骤主要有以下几步：先对DS18B20进行初始化、搜索ROM，然后RAM操作，最后读取温度值。如下图5所示DS18B20的温度采集程序流程图。

DS18B20温度传感器内部有着各自唯一的64位序列号，这就方便了程序中采用二叉树搜索算法，利用单总线上所有器件DS18B20的注册码构成二叉树的深度为64[10]。在搜索过程中根据两次读取的数据来判断节点是左子结点、右子结点、还是叶子节点。在搜索程序遍历二叉树时，记录下搜索到的叶子节点数和所走过的路径，从而得到从器件的注册码和数量，完成对单总线上所有DS18B20的搜索。程序中对DS18B20进行ROM操作时，采用二叉树搜索算法遍历单总线上所有温度传感器，然后等待数据转换，当接收到实时采集或定时采集命令后开始采集温度[11]。

4.实验测试

4.1 实验设备搭建

本实验按照节点测量温度设计要求，在高低温箱环境中对节点进行测试。实验设备包括监测节点、八路DS18B20传感器、调试网关、节点电源、PC机和高低温箱。实验设备搭建如图6所示。

4.2 实验过程及监测温度显示

本实验选取-30℃、-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃这7个测温点进行测试，具体实验方法为：将安装有八路DS18B20传感器的监测节点放在高低温箱内，通过编程设置实现高低温箱内温度保持在-30℃、-15℃、0℃、15℃、30℃、45℃、60℃各2小时；设置节点定时采集温度数据，采集间隔为1min，采集频率设置为1Hz，采集时长为10S；通过上位机软件实时监测节点采集的温度数据，如图7所示温度从15℃上升到30℃时监测界面，显示的温度值为节点采集10个温度数据的平均值；对上位机保存的温度数据进行分析。

4.3 实验数据分析

以45℃测温点为例，具体阐述温度数据分析过程：设置高低温箱保持在45℃并维持2小时，节点各通道分别采集并保存了约120个温度数据，对采集到的温度数据进行统计学分析，得出结果如表1所示。

对上位机保存的其他5个测温点进行同样的数据分析，得出结论如下：

1）监测节点测量温度的重复精度达到了±0.5℃；

2）监测节点在-30℃～+60℃运行正常，满足铁路环境下使用要求；

5.实际应用

目前本监测节点已进入现场调试阶段，现安装于某城际铁路段，主要用于采集钢轨的温度、节点温度和节点盒温。经几个月的现场测试结果表明，节点各部分功能稳定，远程可控性良好，实现了现场温度数据的实时、定时采集，并及时将数据经网关远程传输至服务器数据库中，供技术人员分析汇总，为研究钢轨温度力提供必要的数据支持。

6.结论

DS18B20的测温传感器具有测量速度快，精度高，高低温报警等特点，由此构成的单总线多路温度采集无线监测节点体积小、安装方便、可靠性高，适用于户外无人值守的恶劣监测环境。另外，本文研究的无线监测节点安装在环境复杂多变的钢轨上，对多点温度进行实时监测，并对监测数据实现存储、显示、报警等多项功能，确保线路运行正常。

参考文献

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[2]宋旭东.无缝线路胀轨跑道的原因及防胀[J].山西建筑，2011，37（23）：159-160.

[3]杨久河.基于DS18B20的多点式无线温度测量仪的设计与实现[D].北京：中国海洋大学，2010.

[4]任志华，李永红.基于DS18B20的多路温度检测系统设计[J].电子测试，2012（7）：40-42.

[5]罗文广，兰红莉，陆子杰.基于单总线的多点温度测量技术[J].传感器技术，2002，21（3）：47-50.

[6]高键.ZigBee无线传感器网络节点的能耗研究[J].电子测试，2008，2（2）：1-4.

[7]Digi International.XBee/Xbee-PRO ZB RF Modules[DB/OL].http：///support/documentation/90000976_D.pdf.

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[9]王晓银，王彦瑜，蒋锋.基于MSP430F149单片机的温度监测系统的设计[J].单片机开发与应用，2006，22（7）：77-79.

[10]盛磊，葛照君.二叉树算法在DS18B20地址搜索中的应用[J].计算机系统应用，2010，19（2）：143-146.

[11]刘健华.二叉树算法在单总线技术中的应用[J].自动化仪表，2006，27（3）：63-64.

篇（6）

环境试验设备的一般基础指标为湿度以及温度，根据这两项参数有多种类型的箱体，如恒温恒湿型箱体、干燥箱以及老化箱等等。设备的校准按照相关规定进行检测，通常依据JJF 1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》和GB/ T 5170-《电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法》。实际上，这两种规定测定的结果都是有误差的，直接导致使用和评判上的混乱，无法得出准确的评价。所以在实际检测过程中，要依具体情况来判断使用这两种检测办法的哪一种。

1、环境试验设备的校准

1.1 检定的相关问题

检定有其要求和规程，而校准也有其规范。检定和校准的对象处于相互补充的关系，对于检定的对象要采取强制检定范围之内的计量设备，而对于校准对象来说，则应当使用法制计量范围以外的计量工具。而所谓检测的对象是制造中的计量器具，是根据国家或行业标准制造的。

因为校准只是为了得出误差或者赋值，在校准规范之中，未给定相关技术要求，只给定相关特性用作所在范围内的校准。故而，校准规范中的计量特性不应当作合格与否的依据。通常，检定规范里技术指标比产品标准要低，但是校准规范的计量特性一般决定于校准手段。

受检的设备是否合格的判定依据只能来自是设备用户所要求的计量需求以及技术说明书里表明的指标还有检定规程里表述的技术要求。一般即使产品标准中有其校准方法，但若要使用必须重新进行编改，不应直接作为产品合格与否的依据。

而使用中计量器具进行校准之后，只能给出校准报告。若产品用户要求给出合格与否的判据，校准者可以通过用户产品使用中的依据或标准分析出相应的技术指标，从而给出判断结果。

1.2 环境试验设备校准与检测依据的分类

环境试验设备包括了高低温试验箱、电热鼓风干燥箱、电热恒温培养箱等。国家颁布了相关校准规范，但是其中的各种指标所根据的校准规范未能完全包含所有环境试验设备的相应指标，故而还需要参照其他国家标准或行业标准以提高校准或检定的准确性。因此在一般情况下，以唯一的校准规范为准，若出现两者技术指标有差异时，不能随意依据其他标准来定，必须结合其他标准综合考虑各种因素。一般而言，要通过科学合理的结合使用者的用法以及考虑校准规范，还有设备说明书中的技术指标来进行校准工作，且须在结果中做出相应说明。

在现行工作中，主要有三种规范标准：

1）校准规范：JJF1101-2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》；

2）国家标准：GB/T 10586-2006《湿热试验箱技术条件》、GB/T 10587-2006《盐雾试验箱技术条件》、GB/T 10589-2008《低温试验箱技术条件》、GB/T 10592-2008《高低温试验箱技术条件》、GB/T 11158-2008《高温试验箱技术条件》等。

3）行业标准：JB/T 5520-1991《干燥箱技术条件》、YY 0027-90《电热恒温培养箱》等。

1.3 技术指标之间的比较

温度偏差、均匀度以及波动度是环境试验设备温度校准和检测中的三个主要的技术指标。

（1）JJF 1101―2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》技术要求。

（2）国家标准“环境试验设备技术条件”系列中的技术要求。

（3）由机械工业部的最新技术标准 JB/T 5520―2008《干燥箱技术条件》的技术要求。

对应三个指标中的任意一个，上面所提的标准与规范都有着对应不同的技术要求与计算办法。现在，通常来说有两种用于检测校对的指标书，也就是检测报告（以受检设备的技术文件与说明书指标为依据））还有校准证书（按照JJF 1101―2003）。从技术上来说，每一个具体的标准都有与其搭配的箱体，不同的箱体有不同的属性，根据箱体属性选择配套的标准来一一对应检查。不过在实际的操作过程中，要想一一对应起来时有难度的。一些特殊条件下的器件并没有确定的可参照的标准与规范，这样就要自己择取标准，所以对应不同标准就会有不同的检测结果。

当然，在实际的验核过程中，对应不同的标准有不一样的公式，自然得到的结论也不会相同。不过，在检测箱体的温度时，一台箱体唯一对应一种方式，倘若遵照JJF 1101―2003方法进行计算，得到的结果就不符合要求，而倘若遵照YY 0027―1990，结果也不符合。也就是说，企业在使用箱体时应当要求提供该箱体遵照GB/T 10592―2008的技术检测报告，符合要求即可展开细菌培养实验，而在闲置的时候亦可用来烘干烧杯。在现实运用当中我们发现，单一的JJF 1101―2003标准还远远达不到需求目标，我们必须结合其他的国家以及行业规范提供的技术指标说明来展开验核，这样才能得到更合理更具说服力的结论。

2、环境试验设备校准结论使用办法分析

2.1 一些术语的描述和定义

2.1.1温度波动度

根据JJF 1101―2003里的定义，温度波动度表示要进行试验的装置其空间上的工作中心上的温度值随着时间变化的变化值。按照GB/ T 5170―1995则不是工作中心而是任一点。

在实践检测时，按照规范说明，在设备的工作空间设置数目超过9个的温度传感器来测量。

2.1.2 改良措施

在测量时应当取整个工作空间里的点，中心点通常不会有太大的波动。而且用户在使用过程中也不是单单在其中心位置上操作，因此检测的波动度应该更加符合实际情况，提供更为合理有依据的结论，所以在测量时要对整个空间上的点都进行检测，找出整个空间里的最大温度波动值，这样用户就能有一个更为全面的了解。

2.1.3处理相关数据以及得出结论

（1） 计算偏差温度

按照JJF 1101―2003 ，偏差温度也就是设备上所表述的工作空间里的平均温度大小同实际测量的工中心位置上的平均温度大小之差。而GB/ T 5170―1995里的计算方法则不同，其提出了上下偏差的理念， 各自对应着实际测量时工作空间里所有点中最大与最小温度和标称温度（通常就是设备屏幕上的温度值。）之间的差值大小。

采取上下偏差的办法能相对全面地体现出受检装置内部的实际温度分布。而把中心位置温度当做设备偏差稍显说服力不足，并不能全面的反应装置的实际情况。

（2） 改进建议

在实际检测时，应当将上下偏差值作为必要的参考指标，然后结合实际的检测值来进行比对调整。倘若上下偏差值都是大于0的，这表示设备的内部实际温度全都大于设备屏幕的表述温度值，那么就要按照下偏差值的大小来对设备进行修正；若上下偏差值大小都比0小，则设备的实际内部温度大小比设备屏幕表述的温度值要小，那么就按照上偏差值的大小来进行比对修正。若一个值比0大，一个比0小，那么还要结合实际经验与试验来修正。

实际上，一般的日常校核都遵照JJF 1101―2003，而进行结果的分析时，如计算均匀度或者波动度等都遵照GB 5170―1995。

3、结束语

作为实际检测温度或者湿度等环境指数的设备，环境试验装备的运用非常普遍，因而，不准确不合理的校核或者计算都不能给出有说服力合理的检测结论，也会直接的对试验结果产生重大的影响，特别对于农业以及医药等对于装备内部的波动温度值有着严格规定的领域，不准确的结果会对产品的形象产生很大的负面效果。

篇（7）

一、前言

作为一种实际运用效果良好的传感器，光纤温度传感器在近期得到了长足的发展和进步。研究其在电力系统中的应用现状，能够更好地提升光纤温度传感器的实际运用效果，从而保证电力系统的可靠性。

二、概述

光纤温度传感器是一种我们经常运用的可以进行测量的测量仪器，它的应用范围可以说十分广泛。光纤温度传感器就是运用高分子温敏材料覆盖在我们的光纤外面，但是这个高分子温敏材料必须要与我们光纤的折射率有关。这种材料覆盖在光纤外面后，就将我们的光从一根光纤输入另一根光纤输出，这种温敏材料往往会受到温度的影响，如果收到了不同的温度其折射率也将会发生不同的变化，所以其输出的光功率与我们的温度存在着一个函数关系。它最基本的本质就是运用我们光纤中传输光波的振幅、相位、波长等特征对外界的环境因素的敏感特性。光纤温度传感器原理主要有物性型光纤传感器原理和结构型光纤传感器原理。其物性型光纤传感器原理就是运用我们的光纤对当前环境的感性变化进行输入，并且将我们输入后的物理量等变为我们的光信号，它的工作原理是基于我们的光纤光调制效应，它是利用的外界因素改变时，其传光的特性发生变化。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。结构型光纤传感器是由光检测元件与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。

三、不同光纤温度传感器的原理和研究现状

1.分布式光纤温度传感器

分布式光纤温度传感器，通常用在检测空间温度分布的系统，其原理最早于1981年提出，后随着科学家的实验研究，最终研制出了此项技术。这种传感器原理发展是基于三种传感器的研究，分别是瑞利散射、布里渊散射、喇曼散射。在瑞利散射和布里渊散射的研究已取得了很大的进展，因此未来的传感器研究热点，将放在对基于喇曼散射的新分布式光纤传感器的研究上。在我国也有很多大学展开了对分布式光纤温度传感器的研究。

2.光纤荧光温度传感器

当前最热门的研究，就是针对光纤荧光温度传感器，其是利用荧光的材料会发光的特性，来检测发光区域的温度。这种荧光的材料通常在受到紫外线或红外线的刺激时，就会出现发光的情况，发射出的光参数和温度是有着必然联系的，因此可以通过检测荧光强度来测试温度。

四、电力系统中常用的几种光纤温度传感器

1.热辐射光纤高温传感器

它的原理是黑体辐射定律，物质受热时会发出一定的热辐射，辐射量的大小取决于该物质的温度和材料的辐射系数。当温度为230℃时，理想黑体开始出现暗红色辐射，亮度随着温度的增加而增强。光纤热辐射高温传感器由高温探头，高低温光纤耦合器，信号检测和处理系统组成。当它被放于被测温度场中，黑体腔通过开口处向外辐射能量，辐射能量经过高低温光纤耦合器后，由低温低损耗光纤传输到信号检测系统和处理系统。

2.半导体吸收式温度传感器

这种传感器的基本原理是利用有些半导体物质（如GaAs）具有极陡的吸收光谱，波长与吸收端长的光可透过半导体，短的则被吸收。当温度升高时，本征吸收波长变大，透射率曲线向长波长方向移动，但形状不变；反之，当温度降低时，本征吸收波长变小，透射率曲线保持形状不变而向短波长方向移动。当光源的光谱辐射强度不变时，GaAs总透射率就随其温度发生变化，温度越高，总透射率越低。通过测量透过GaAs的光的强弱即可达到测温的目的。通过研磨抛光将GaAs加工成很薄的薄片，其入射光和出射光用光纤耦合，这就是半导体吸收式光纤温度传感器的基本原理。

3.光纤荧光温度传感器

当物体受到光或放射线照射时，其原子便处于受激状态。当原子回复至初始状态时随机发出荧光，且荧光的强度和辐射光的能量成正比，根据荧光的强度可以检测温度。而激励撤消后，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性、环境温度等因素，这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间。我们发现，在不同的环境温度下，荧光余晖衰减也不同。因此也通过测量荧光余晖寿命的长短，来检测当时的环境温度。

五、光纤温度传感器在电力系统中的应用

1.利用法拉第效应的光纤电流（磁场）传感器

根据法拉第效应，由电流所产生的磁场会引起在该磁场中的光纤（或法拉第晶体）中线偏振光的旋转，监测偏转角的大小可以得到对应的电流（磁场）数值。而利用法拉第效应的光纤电流（磁场）传感器，其使得信息在传输过程中，光从激光器发出的激光束经起偏器变成线偏振光，再经显微物镜聚焦耦合到单模光纤中。单模光纤绕在高压载流导体（或套在等离子束流）上。经信号处理系统处理，得到与被电流（磁场）有关的信号。相对于传统的传输方式而言，光纤电流（磁场）传感器其无疑大大提升了信息传输的稳定性与安全性，并且借助于光纤技术本身的测量范围大以及响应速度快等优势，使得本身的使用效率以及监测结果得到了显著地提升。

2.光纤传感器在我国电力系统光缆监测中的应用

电力系统光缆种类繁多，加之我国地域广阔，各地环境差异很大，不同的地貌因素以及天气自然状况对于光缆本身的要求也存在一定的差异性。并且部分高山地区或是雷电多发地区，其本身的强烈的电磁场无疑会感染到信息的传输以及传感器本身对于电缆的监测状况。其虽然能够取代传统的人工监测所带来成本负担，提升了传统光缆监测效率，但是其本身对于环境要求较高，特别是瑞利散射光基本不受温度和应力等外界条件的影响，由此也降低了在实际应用的效果。

3.光纤传感器在高压电缆温度和应变测量中的应用

在我国由于整体技术上不太成熟，仅仅是小范围的使用，并没有充分在全国各个区域充分实施与铺开。联系到我国南方地区所遭受到的雪灾来考虑，若能够在当时就应用现有的分布式光纤传感技术无疑能够在如此恶劣的条件下，对于电缆系统进行切实有效的监测，从而能够对存在故障的电缆在第一时间发现以及维修，从而第一时间避免了故障所带来的后续危害性，更好的保证了整体电缆系统运行的稳定性和有效性，由此可见光纤传感器在电力系统将具有广泛的应用前景和应用价值。

六、结束语

通过对光纤温度传感器在电力系统中应用现状的相关研究，我们可以发现，得益于光纤温度传感器的多重优势特点，其在电力系统中的应用还是较为深刻的，有关人员应该从电力系统的客观实际出发，制定最为优化的运用方案。

参考文献

篇（8）

中图分类号：TN918.91 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0036-02

信息科技的发展为人类带来无限机遇的同时，隐患也随之而来，且诸多企业的通信与信息机房共用，对固有的信息与通信设备，原有的普通柜子不能实时监测柜内状况，亦不能监控温度。因此本次研究内容包括以实现有轨平台操作为目标的柜内视频监控、带有自动微电子空调与新风系统，当柜内空调停止运行时，自动启动新风系统、对柜内电源进行电压、电流、负载等的智能控制、防止非法入侵的智能门禁控制等。

1 信息通信综合智能柜的功能

通过智能软件实现视频监控、环境温湿度采集、报警信号接入、空调、门禁等电控设备，可以顺利实现视频、智能识别和监视目标的行为分析功能。

针对信息通信综合智能柜，拟通过对柜内的部分开关进行改造，以满足信息、通信自动化的要求，提高了供电可靠性；实现柜内信息可视化实时监测；并可进行视频功能实时视频、监控；配置门池报警功能实现有效防盗；柜内小空调内置环境监测模块柜体易维护、易操作；柜内环境恒温设计有效提高柜内设备使用寿命。

2 信息通信综合智能柜的优势

2.1 正确的故障判断与信息采集

信息通信综合智能柜对于故障判断和信息的采集具有十分敏锐的优势，究其原因，在于其具备以下优势。

首先，信息通信综合智能柜可通过系统平台及柜内开关控制，实现柜内视频监控有轨平台操作。相较于硬盘的录像技术，该智能柜采用了视频组态的新技术，各个通道的图像能够以控件的形式插入随意的某个界面，这项技术对于大型的监控系统来说，最终是以电子地图的形式来加以呈现，能够方便工作人员对柜内的数据与图像进行集中管理。此外，新技术将闭路监控与动力环境监控合二为一，因此图像和动力环境的联动控制也能够顺利实现。

其次，信息通信综合智能柜可通过在柜内内置环境检测模块来实现柜内电源智能控制，有效检测系统的短路故障，可采集柜内的电压、电流等变量、环境温湿度、报警信号接入、空调、门禁柜内环境信息等，实现故障自管理功能，包括电压、电流、温度、风机、模块、高低温功能，同时检测模块将环境数据上传至中心站，供监控用，使工作人员的效率得以提高。

第三，信息通信综合智能柜可通过软、硬件的结合实现柜内新风系统，当柜内空调出现故障时，柜内自动启动新风系统，以保证柜内设备正常运行，更进一步保障了柜内设备的正常运行，提高了柜内的使用寿命。

第四，信息通信综合智能柜可通过在屏柜内置直流驱动精密半导体空调，实现柜内自动微电子空调控制，自动实现柜内的温湿度调节和微电子空调控制，保证柜内环境恒温恒湿，减少了柜内故障。

最后，信息通信综合智能柜通过对柜门改造，实现柜门联动门池报警功能，进行有效防盗。

2.2 环境检测模块

屏柜内置直流驱动精密半导体空调，可自动实现柜内的温湿度调节，保证柜内环境恒温恒湿。环境检测模块集成于半导体空调，实现了故障自管理功能，包括风机、模块、高低温功能，同时检测模块将环境数据上传至中心站，供监控用。

信息通信综合智能柜提供标准RS232和RS485接口，可直接连接串口设备；提供功能强大的中心管理软件，方便设备管理；具有短信与拨号两种工作模式，使用更加方便，灵活；系统配置和维护接口，支持串口软件升级和远程维护；可扩展视频数据提供了简便的检测FTU通讯口和数据检测环境数据。

3 信息通信综合智能柜的供电配件

信息通信综合智能柜采用质量优秀的电源配件，支撑上述诸多优势的长时间耗电，使其顺利完成通信与信息功能。

3.1 充电式模块电源

该电源具有体积小，转换效率高，性能稳定，原副边隔离，隔离强度高的优点。本产品电网适应能力强，220V标称输入，可在较宽输入电压范围内工作。另外，本产品具有智能充电功能，可对外接的24V电池充电，在交流断电时电池可不间断的对负载供电，显示电源状态，具有防止电池过放电的保护功能；也具备电池活化功能，手动或通过外部信号自动对电池进行活化维护。

3.2 蓄电池

根据浙电生字[2012]20号文 浙江省电力公司配电自动化终端技术规范（试行）推荐，本项目选用蓄电池型号为日本汤浅电池 NP7-12，参考重量约2.55kg，使用寿命约为5年。耐过充电性好，25摄氏度，完全充电状态的电池0.1CA充电48小时，容量维持率在95%以上。耐大电流性好，完全充电状态的电池2CA放电5分钟或10CA放电5秒钟。机柜内部外部可以实现完全密封，达到IP56以上，确保机柜内部电子设备得到完好保护，具有故障自检测自管理功能，低压、过压保护功能。通过PWM调制控制，内部温度可以达到±0.5℃控制精度。半导体制冷器不含运动部件，没有压缩机和制冷剂，环保、高效、COP效率（制热能效比）可以达到0.8。

4 结语

综上所述，在研究信息通信综合智能柜的过程中，部门人员始终以提高通信运维的效率和水平为目标，拟通过对柜内的部分开关进行改造，以满足信息、通信自动化的要求，提高供电可靠性；实现柜内信息可视化实时监测，并可进行视频功能实时监控；配置门池报警功能实现有效防操作，柜内小空调内置环境监测模块，柜内环境恒温设计有效提高柜内设备使用寿命，双网络切换平台功能的增设更是大大增加了其功能性。

参考文献：

[1]兰海，毛爱科.一种实现远程监测与控制的终端智能柜系统及通信方法[D].电气自动化，2014，（6）：26-27.

篇（9）

中图分类号： TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-04-0278-2

0 引言

随着科学技术的飞速发展，现代化养鸡对温度控制要求也越来越高。而传统的测温电路，其精度比较低，电路也比较复杂，要求工人工作主动性比较高，智能性较差，同时需要进行温度的校准、补偿，并且体积较大，使用不方便，在很大程度上影响了现代化养鸡现场温度控制的实际需要。为满足现代化养鸡的需要，设计出数字温度测量、保存、控制温度系统已经是很迫切的问题之一。

1 总体方案设计

温度检测系统有其共同的特点：环境复杂、布线分散、现场离监控室较远等。若采用一般温度传感器采集信号，则需要设计信号调理电路、A/D转换及相应的接口电路，才能把传感器输出模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。然而，由于鸡舍环境比较复杂，各种因素会造成检测系统较大的偏差；信号传输距离远及各种干扰影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。那么如何解决现代化养鸡舍的这些问题，就成为了本系统设计的难点和重点。

1.1 方案选择

设计方案一：利用DS18B20和单片机完成实时温度检测系统的设计。

DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字式温度计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点，可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。但是在恶劣的环境下其受到的影响较大，出现检测精度不高，容易受到干扰的毛病。

设计方案二：利用AD7416和单片机完成实时温度检测系统的设计。

在温度测量系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样后进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采取措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片AD7416进行温度测量，输出信号全数字化，便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多电路。切该芯片的物理化学性质很稳定，能用作工业测温元件。AD7416的最大特点之一，就是采用了I2C总线进行数据传输，由数字温度测量芯片AD7416和AT89C51构成的温度测量装置，直接输出数字信号。这样，测温系统的结构就比较简单，轻松组建传感器网络。

综上所述，选择设计方案二。

2 温度控制器系统硬件设计与实现

2.1 AD7416的概述及应用

AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包括温度传感器和10位模数转换器，可将感应温度转换为0.25℃，量化间隔的数字信号。用数字温度传感器AD7416设计各种控制系统，体积小、功耗低、编程简单操作方便。芯片带有自动比较、可编程控制输出端OTI，另外，AD7416功耗低，可以编程控制工作与休眠状态的切换，在低功耗系统设计中也有广泛应用。

该设计用到的温堪检测芯片为 AD7416。AD7416是美国模拟器件公司(ADI)出品的单机温度监控系统集成电路，其内部包含有带隙温度传感器和10位模数传感器，具有8引脚SO-8和RM-8封装形式。测温分辨率可达0.25℃可以进行高/低温度门限的设置，具有l2C总线接口等特点,是LM75的升级替代产品。

AD7416 可进行该多级联8片芯片，组成多回路温度检测系统。测量温度范围为-55℃～+125℃。现场温度直接以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备过程控制、测温类消费电子产品等。

2.2 AD7416接口应用

系统中AD7416部分硬件原理图如图1所示，A2、A1、A0接低电平，在八位地址中，高四位为1001表示选中7416，次三位为A2、A1、A0表示的地址，最低位表示读写，所以应用中AD7416 的写地址为10010010B，读地址为10010011B。本例中仅使用AD7416进行测量温度，OTI悬空，没有利用。串行时钟、数据总线对应连接处理器的时钟、数据总线端口。

2.3 主控电路设计

本系统选用STC89C51，可以代替AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。外型：40个引脚，双列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP在线编程功能，而AT89C51则不能。STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其他51单片机的，而51单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、网站、业余单片机培训都是以51单片机为入门教材的，所以，教材最多，例子最多。STC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，等等。

2.4 报警硬件电路设计

任何系统在设计时，都必须考虑到系统不能按照人们预期的模式工作时，怎样才能提醒操作人员。通常情况下设计者会考虑使用蜂鸣器或者发光二极管，该设计采用发光二极管来提示操作人员，系统采集到的实时温度已超出所设定的高低温门限值系统报警电路图。

当系统正常工作时，LED3被点亮，说明AD716采集到的实时温度在高低门限值之间。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时温度超出程序所设定的高温门限时，LEDI被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要开启风机。

当温度采集芯片AD7416采集到的实时度超出程序所设的低门限值时，LED2被点亮，蜂鸣器响起，提醒鸡舍工作人员超出设定温度，需要给炉子加煤提高鸡舍内温度。

3 温度控制器系统软件设计与实现

单片机的程序设计有其自身的特点.。在单片机系统中，硬件与软件紧密结合，由于硬件电路的设计不具有通用性，所以必须根据具体的硬件电路来设计对应的软件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计的难易，软件设计的优劣又直接影响到硬件的发挥。在很多时候，软件可以替代硬件的功能，当然，需要付出额外占用CPU时间的代价。

软件程序的设计是根据硬件电路圈的连接和各个元器件的功能进行设计。编写软件时，可以根据各个程序的功能将软件细分为各个功能模块，再通过主程序的调用来实现整个软件系统。该设计按整体功能可分成多个不同的模块，有主程序、定时器中断服务子程序、温度采样子程序、显示子程序等模块。然后将各个模块装配联调，组成完整的软件。

3.1 主程序部分

该软件设计的主要思想是首先把温度传感器采集出来的模拟信号转换为数字信号，然后再将该数信号送往8位7段LED 进行显示。根据硬件电路图的连接和各个元器件的功能进行系统流程图的设计，首先我们要解决的是系统主流程图的设计，下面就对系统主程序进行详细介绍。系统主流程图如图1所示：

图1

3.2 定时器设计

单片机上电复位后，首先进行系统初始化，如对定时器T0、数字温度芯片AD741进行初始化。初始化完成后，调用显示子程序进行显示；调用键盘扫描子程序判断是否有按键按下；判断10秒定时标志位是否置位，未置位则继续显示当前温度值；置位则调用温度采样子程序进行温段采集和数据处理，同时将10秒定时标志位清零。

STC89S51芯片内含有两个可编程定时器/计数器，分别称为定时器/计数器 0和定时器/计数器1。它们都是16位加法计数器结构，分别由THo(地址8CH)和TLo (8AH)及THI(8DH)和TLI(8DH)两个8位计数器组成。这四个计数器属专业计数器之列。

定时功能是通过计数器的计数来实现的，定时器的计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每个机器周期定时器加1，而一个机器周期等于12个振荡脉冲周期。所以，定时器的计数频率为晶振频率的1/12。以l2MHz为例，计数频率为lMHz, 即每微秒计数器加1。

程序如下：

void t0_int() interrupt 1 using 1

{ TH0 = def_th0;

TL0 = def_tl0;

t1ms_cnt1++;

dis_cnt++;

readdata_time++;

………………………….

3.3 用户使用

根据鸡舍温度的环境需要，用户可以通过控制器的按键对一些参数进行调节，如采样时间，高低温报警温度等。鸡舍温度控制器通过设置好的参数实现现场采集温度，保存温度实现了对鸡舍温度的监测，控制。如图2所示。

图2

4 结束语

本课题研究的根本思想是硬件电路的搭建和软件的编程思想，由理论来指导实践.并从实践中完善理论。本次设计以数字温度芯片AD7416和单片机STC89C51构成数字温度测量系统，以数字温度芯片的高集成化来简化系统的复杂性；以单片机较强的处理问题的能力来优化系统的快速性，从而使得其应用领域也在迅速扩大。

通过对系统的深入认识后，可以知道温度测量装置性能的优劣 要取决于采用的传感器元件和处理电路的性能。过去多采用单片的温度传感器，例如Pt100、AD590，这些芯片不仅体积大，而且输出的信号都是模拟信号，必须要经过A/D转换后才可以被处理器识别。而且没有数字通信和网络功能。这使得温度测量系统的硬件结构比较复杂。而AD7416智能数字温度传感器称积小、数字化、精度高、接线简单，可以在多种温度测量场合代替传统的温度传感器，因此采用数字温度传感器AD7416和处理芯片STC89S51具有良好的技术指标，从而实现对鸡舍温度的采样、处理及控制。

参考文献

[1] 李广弟.单片机基础[M].北京：北苁航空航天大学出版社,

2001.

[2] 罗四维.传感器应用电路详解[M].北京：电子工业出版社,

1993.

[3] 黄智伟.数字温度传感器的设计[J].传感器技术,2002,

21(9):31-33.

篇（10）

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0031-01

KDF2搭口胶原机采用热溶胶，冷却搭口。根据用户及市场调研情况了解到，由于环境温度、湿度等因素影响，生产的滤嘴棒如果长期存放，容易出现搭口暴口，粘接不牢等现象。另外就是在生产特殊滤棒时热溶胶粘接不牢也会出现暴口现象。针对这种情况，结合卷烟机卷烟的搭口用胶情况，特开发了一种KDF2热熔胶改冷胶（白乳胶）的电控系统，该系统具有较高的灵活性与通用性，结构简单、操作方便，可以广泛应用于目前主流的KDF2滤嘴成型机（见图1、图2）。

1 系统机械部分的实现

（1）保留KDF2热胶烟枪成型部分，改造冷却压条机构。如图1：将原冷却压条减短后改成低温弧型烙铁。同时安装支架也减短，并延用原结构形式，仍采用原叉架结构，向右侧平移一段距离安装。同时保证原机直径控制执行机构，即保留滤嘴棒直径控制功能。（2）增加第二烙铁总成，其功能是对滤嘴棒封口胶进行快速烘干定型。第二烙铁采用PROTOS70卷烟机的结构模式，安装在成型烟炝的后段，并采用气动自动升降控制。（3）去掉原机的热胶箱、热胶泵总成，及加热控制功能，在此位置增加一套冷胶箱、冷胶泵总成。即YL22-149部分。传动不变。（4）喷胶嘴组件采用KDF4的冷却喷胶嘴组件，安装在原机热熔胶喷胶嘴位置。为卷包纸搭口供胶。（5）为保证搭口可靠，在供低系统供胶前增加一套胶前加热装置，对卷包纸进行胶前预加热。结构采用PASSIM卷烟机水松纸胶前加热机构。便于更快的吸收胶中水分，易粘接牢靠。

2 系统电气部分的实现

取消原热溶胶加热控制部分，及冷却压条的冷却水循环系统，增加一套独立的电控系统。改电控控制功能为：精确的控制第二烙铁（高温烙铁），直径控制烙铁（低温烙铁）的温度；控制胶前加热器的温度，同时根据实际温度及设定的温度给出是否允许开机的信号，实现烙铁的动作控制。

系统由以下部分构成：

（1）高温烙铁（功率600瓦带PT100电阻）；（2）低温烙铁（功率600瓦带PT100电阻）；（3）胶前烙铁（功率2×220瓦带PT100电阻）；（4）高温烙铁动作的执行驱动器件（固态继电器等）；（5）低温烙铁到位传感器；（6）PLC控制系统（4路模拟量输入、10路输出、4路输入）；（7）人机交互界面（设定烙铁的温度等参数）。

3 系统的工作原理

温度控制工作过程：上电后，PLC根据人机交互界面设定的温度，将各个烙铁加热到设定温度。当温度达到设定温度时，输出开机允许信号高电平给KDF2，此时允许KDF2开机。若是温度达不到设定温度，则开机允许信号输出低电平给KDF2，此时不允许开机。

高低温烙铁的控制工作过程：KDF2开机后，手动按下低温烙铁，此时低温烙铁检测到位。若是PLC同时检测到低温烙铁到位且烟条信号B4有信号，则根据设定的时间延时放下高温烙铁。工作中若是检测不到低温烙铁到位且烟条有信号，则控制抬起高温烙铁。

4 结语

篇（11）

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）83-0210-02

1 HALT技术介绍

HALT的工作原理是按照一定的规范程序对产品逐渐的施加应力，直到产品应力超过了其承受极限从而暴露出相应的故障。HALT主要是运用故障物理学来作为一种激发出产品故障的模式，它是将产品在超过了其承受的应力极限时失效作为主要的研究对象，从而找出它的缺陷来对产品进行相应的整改，提高产品的质量。另外在进行HALT实验时，还可以还可以对产品进行测试，从而提高产品的测试性

2 HALT的原理特点

2.1 HALT技术原理

HALT技术主要原理是通过步进（或叫阶梯）增加应力的方式来找出或者说确定所设计产品的“工作极限”和“破坏极限”，这里所说的应力包括环境应力（如高低温、振动、温度循环以及温度和振动综合）和工作应力（如电源通断、电压拉偏、非正常负荷以及电压和频率边际测试等）。

如上图所示，产品的工作极限指的是在HALT加速试验中，施加的环境应力远远超过了该产品能承受的最大应力，从而使产品发生了故障，不能进行正常的工作，但是一旦将实验停止环境应力恢复到标准值以后，产品又能进行正常工作的情况。而产品还有破坏极限，顾名思义，就是在环境应力大大超过岂能承受的最大范围时，产品遭到了破坏，停止工作，就算应力恢复到正常值一样不能工作，受到了彻底的破坏。

在HALT中对产品施加环境应力时还可以通过温度来进行，它的工作原理主要是运用高热应力和热疲劳轮流施加在产品上，使产品的物理性质受到破坏。特别是在电子产品中，因为电子产品种类繁多，其制造的材料也都大不相同，所在产品在进行HALT时承受了高低温从不同方向袭来的热应力，其内部结构发生了变化，从而暴露出产品的缺陷。

2.2 HALT技术特点

HALT是以逐渐递增的形式来对产品施加环境应力以及工作应力的，并在在进行试验时要不断对施加的的应力进行提高，从而使产品发生故障蛮好从故障中找出产品的缺陷。而HALT中对产品施加应力后产品出现的失效情况是通过超过产品设计时的最大环境应力承受度来激发出来的，并且这些是小的情况都是产品在实际的使用过程之中可能会出现的问题，如果不然，那么HALT试验就没有多大的意义。

3 HALT以及测试性验证

HALT不仅试验时间（或周期）短，而且暴露的故障也很全面，并且在进行HALT试验过程中产品可能会出现的失效故障在实际使用过程中也会可能会出现的类似情况，这是因为HALT的工作原理就是将产品的故障暴露在人们的眼前，并且对这些故障进行相关的解决与改善。因而，HALT和测试性验证是密不可分的。HALT现今适合于各种不同层级的带有PCB控制板的电子产品中，一方面来说HALT试验可以将产品的缺点有效地暴露，同时还能对产品内部的的BIT系统（内部自检）的故障有效地暴露，从而从根本上对产品的可靠性以及相关的测试性进行提高。那么这样一来，在产品还处于设计阶段时，HALT就可以将BIT设计中所存在的一些问题及时的发现，从而实现对设计工艺以及施工工艺的改进。

3.1 HALT试验的同时必须对相关功能进行测试

当产品进行HALT试验时，就需要设定一个相对完善、健全的测试系统来作为整个试验的技术支持。HALT试验与普通的鉴定试验有着极大的不同，所以当其进行实验的过程中就必须进行相应的性能测试以及功能测试，，并且对实件的状态进行实时的检测，这个过程是一个循序渐进的过程，所以只有当试验室有效地进行实时的监控，才能对故障发生时的盈利水平及时准确的获取。

进行实时的功能检测一方面可以知道产品发生故障时的应力水平，就可以对发生故障时具体的产品状态进行及时的掌握，其次再通过科学的分析，得到相关的改进方案。另一方面来讲，进行实时的功能检测还可以在试验的时间上一定程度的所见。如果试验结束以后才进行相关的检测，就很有可能出现整个HALT试验结束了而试验样品还没有发生故障，或是试验还没有结束，试验样品就因已经发生故障而停止结束的情况。

但是，我们知道HALT方法并不能够进行提前的预知，因此，当实际发生的故障数目无法被确定的时候。就可以通过等比例法对其进行一定程度的压缩，将HALT试验中实际发生的故障数转化成测试性验证试验方案中要求的故障数。

若是故障数目没有要求的多，这是不能按等比列来扩大故障数的，因为故障数太少就会带来很大的波动性。

5 结论

在对电子产品进行可靠性验证相关测试过程中，对于硬件本身的故障所引发的问题，应用HALT进行试验，无疑是最直接、最高效的试验方法之一。

随着科技的发展以及人们对HALT技术的不断探索研究，HALT技术将会更加成熟、更加广泛地应用于电子产品的研发、设计乃至定型试验过程中，HALT试验最终将极大地提高电子产品整体的可靠性水平。

参考文献

[1]王道震，邵家骏，王晓峰.基于HALT的测试性验证方法研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2010，28(1).

[2]史晓雯，徐剑峰，徐丹.HALT试验技术综述[J].环境技术，2011，34(3).