谈谈高压锅炉汽包水位测量的补偿(完整版)实用资料

谈谈高压锅炉汽包水位测量的补偿（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）

谈谈高压锅炉汽包水位测量的补偿问题谈谈高压锅炉汽包水位测量的补偿（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）强天驰(南京化学工业集团氮肥厂,江苏,南京,210035摘要:本文针对高压锅炉汽包水位测量中普遍存在的问题,介绍了采用DCS系统进行补偿,大大改善测量精度的方法。关键词:汽包水位;补偿运算;DCS一、绪言在大型化工厂的动力装置中,高压锅炉汽包的水位是一个极其重要的热工参数,它直接关系到生产装置能否安全稳定的运行。汽包水位过高将影响蒸汽的品质,影响用汽设备的正常工作;过低则会破坏锅炉的水循环,引起爆管。控制好汽包水位的前提条件是对水位进行准确地测量。通常,采用差压式水位计来测量锅炉的水位。通过平衡容器将水位高度的变化转换成差压的变化,用测量差压的方法来测量汽包中的水位。常用的平衡容器有三种:1.单室平衡容器。它的测量原理简单,但因汽包内的饱和水、蒸汽与平衡容器内的凝结水的温度不同,重度也不同,从而造成较大的测量误差。单室平衡容器一般在小型中、低压锅炉上使用。2.双室平衡容器(图1。它使里外两根管内水的温度比较接近,从而减少了因正负压头水的重度(γW1和γW2不同所引起的测量误差。图1双室平衡容器差压与水位的关系式如下:ΔP=LγW1-HγW2-(L-HγS≈L(γW-γS-H(γW-γS(1式中:γW—汽包压力下饱和水重度,kg/m3γS—饱和蒸汽重度,kg/m3L—平衡容器测量长度,mmH—汽包水位,mm双室平衡容器较单室平衡容器好,但是它仍然存在以下问题:(1平衡容器的温度远低于汽包的温度,故负压管的水面比汽包的水面低,从而产生测量误差;(2平衡容器向外散热,正、负压容器中的水温由上至下逐渐降低且温度分布不确定,重度γW1和γW2的数值很难确定;(3当汽包压力变化时,饱和水重度γw和饱和蒸汽重度γs随之变化,使差压式水位计的指示产生较大的误差。随着压力的降低,重度差(γw和γs增大,由于双室平衡容器的结构尺寸L总是大于H,所以使输出ΔP增大,差压式水位计指示偏低。该误差的大小直接与水位H、平衡容器的结构尺寸L有关。(L-H愈大,指示误差愈大,即低水位时比高水位时误差大。这种误差在中压锅炉可达40~50毫米,在高压锅炉可达100毫米以上。3.蒸汽罩式平衡容器(图2。在平衡容器中,利用蒸汽加热的方法使正压恒位水槽中的水温等于饱和温度,从而使槽内水的重度始终等于汽包压力下饱和水的重度,不受环境温度的影响。蒸汽凝结水由泄水管流入下降管。负压管直接从汽包水侧引出,为保证压力引出管的垂直部分中水的重度等于环境温度下水的重度,引压管的水平段距离S要足够长,通常为1米以上。图2蒸汽罩补偿式平衡容器差压与水位的关系式如下:ΔP=L(γW-γS+l(γα-γW-H(γW-γS(2式中:γW—汽包压力下饱和水的重度,kg/m3γS—饱和蒸汽的重度,kg/m3γα—环境温度下水的重度,kg/m3L—平衡容器测量长度,mml—重度补偿长度,mmH—汽包水位,mm在设计平衡容器时,通过确定适当的l和L值,可使运行时的正常水位H0受汽包压力变化的影响大大减小。但在水位偏离正常水位时,水位计的指示仍然会受到汽包压力的影响。由此可见,蒸汽罩式平衡容器较好地解决了汽包中饱和水与平衡容器中凝结水温度差的问题。但即使这样,要想准确地测量汽包的水位,也必须对由于汽包压力变化而产生的影响进行补偿。二、水位测量的补偿要对测量信号进行补偿,首先应根据被测参数随温度、压力变化的数学模型,然后利用各种元件构成运算电路进行计算,实现自动补偿。按照参数变化范围和要求的校正精度不同,可建立不同的数学模型,设计出不同的自动补偿方法。采用DCS的运算功能,可以很方便地实现水位测量的自动补偿。1.双室平衡容器的补偿由公式(1可得汽包水位:ΔPΔPH=L-—————=L-————(3γW-γSf(P式中,f(P——压力补偿函数。根据不同汽包压力P下的饱和水重度γW和饱和蒸汽重度γS,求出函数f(P,即可通过运算式对水位进行补偿。2.蒸汽罩式平衡容器的补偿根据公式(2可以推出汽包水位的计算公式为:l(γα-γW-ΔPF(P-ΔPH=L+————————=L+——————(4γW-γSf(P式中,F(P、f(P——压力补偿函数。根据不同汽包压力P下的饱和水重度γW、饱和蒸汽重度γS和环境温度下水的重度γα,求出函数F(P、f(P后,即可通过运算式对水位进行补偿。三、汽包水位测量补偿(蒸汽罩式平衡容器举例下面以我厂新建30万吨/年合成氨、52万吨/年装置的自备电厂中的高压锅炉为例,介绍汽包水位测量的补偿方法。我厂高压锅炉的汽包水位采用了蒸汽罩式平衡容器,由三台1151smart变送器测量差压信号。变送器的安装方式为反测量法,即变送器的正压室接汽侧、负压室接水侧。当水位最低时,变送器输出信号最大;当水位最高时,输出信号为零。DCS为横河公司的CENTUM-CS系统。1.蒸汽罩补偿式平衡容器的几何和安装尺寸L=593mml=318mmH0=335mm(H0为汽包几何中心线以下180mm2.有关参数在不同压力下,饱和水重度γW、饱和蒸汽重度γS及环境温度(t=20℃下水的重度γα如表1所示。表1有关参数压力(MPaγα(kg/m3γW(kg/m3γS(kg/m3γW-γS(kg/m3γα-γW(kg/m3l(γα-γW(mm×kg/m30.0998.30958.770.5797958.1939.5312.572.0999.20848.1010.339837.76151.1048.054.01000.10798.2120.206778.00201.8964.206.01000.95758.6730.731727.94242.2877.058.01001.86723.3842.159681.22278.4888.5610.01002.74690.0754.773653.30312.6799.4312.01003.64640.0768.985571.09363.57115.6214.01004.45623.8585.407538.44380.60121.0316.01005.34588.64105.108483.53416.70132.513.计算确定差压变送器的量程及水位测量范围差压变送器的量程应按仪表工作时可能的最大差压进行设定,即按压力P=0Mpa、温度T=100℃时的计算值进行调校。在锅炉汽包水位测量中,通常以正常水位H0作为汽包的零水位,故对于汽包水位来说:最低水位H1=-335mm最高水位为H2=L-H0=258mm由此可得汽包水位的测量范围为-335~258mm。可由公式(2计算出变送器的量程:H=0时,ΔP=593×0.95819+318×0.03953=568.2+12.57≈580.8mmH2OH=L时,ΔP=318×0.03953≈12.6mmH2O因此,应将变送器的量程调校为12.6~580.8mmH2O。4.水位计算公式根据公式(4,并考虑到以正常水位H0作为汽包的零水位,汽包水位的测量范围为-335~258mm,故在DCS上使用的计算公式应为:l(γα-γW-ΔPF(P-ΔPF(P-ΔPH=L+————————-H0=593+——————-335=258-——————(5γW-γSf(Pf(P在CENTUM-CS系统中,F(P和f(P可以用多段折线函数来实现。根据表1可求得以下折线函数。IN(%压力(MPaF(Pf(P0.00.012.570.95812.52.048.050.83825.04.064.200.77837.56.077.050.72850.08.088.560.68162.510.099.430/65375.012.0115.620.57187.514.0121.030.538100.016.0132.510.4845.控制图在CENTUM-CS中,回路的组态是通过控制图(ControlDrawing来完成的。汽包水位测量的控制图如图3所示。如图中所示,汽包压力变送器PT06A和PT06B来的输入信号分别通过指示模块(PVIA01PT06A和A01PT06B处理后,送二选一处理模块(SS-DUALA01PT06。在二选一模块中可以进行高选、低选或由操作人员根据实际情况人工选择。处理后的压力信号作为折线函数(FUNCAFWC03和AFWC04(分别对应于f(P和F(P的输入。折线函数AFWC03和AFWC04的输出送水位计算模块(CALCAFWC05。三台测量汽包水位的差压变送器LT03、LT04和LT05(为便于处理,在此将其量程定义为0~100%提供的输入信号分别通过函数模块(FUNCA01LE03R、A01LE04R和A01LE05R进行量程转换处理,将0-100%转换成mm,其中0%对应于最高水位258mm,100%对应于最低水位-335mm。然后,这三路信号分别经一阶滞后处理模块(LAGA01LE03、A01LE04和A01LE05进行处理后,送三取中模块(SS—MAFWC02。在此模块中选择具有中值的信号作为其输出。该模块的输出信号送指示模块(PVIAFWC01作为未经补偿的水位测量信号显示;同时送函数模块(FUNCA01LE02R进行处理,这是为了满足水位运算公式要求而设置的量程转换模块。处理后的输出数据送运算模块(CALCAFWC05。运算模块AFWC05根据公式(5,对(来自AFWC03、AFWC04和A01LE02R的三个输入数据进行处理,计算得出补偿后的水位信号。图中所用到的多个函数模块(A01LE03R、A01LE04R、A01LE05R和A01LE02R是为了满足变送器的反测量方式、仪表指示相对于零水位的非对称性以及公式计算的需要而设置的。利用函数可以很方便地解决量程转换的问题。图3控制图控制图中涉及到的折线函数和运算式如下所示:(1AFWC03(f(P,八段折线XY0.00.9582.00.8384.00.7786.00.7288.00.68110.00.65312.00.57114.00.53816.00.484(2AFWC04(F(P,八段折线XY0.012.572.048.054.064.206.077.058.088.5610.099.4312.0115.6214.0121.0316.0132.51石油化工自动化谈谈高压锅炉汽包水位测量的补偿2001年第2期（3）A01LE03R、A01LE04R、A01LE05R（直线函数）X0.0100.0（4）AFWC02R（直线函数）X-335.0258.0（5）AFWC05（运算式）CPV=258+(RV-RV2/RV1四、应用情况1．在汽包水位计投用前，我们用信号源模拟锅炉运行情况对此进行校验，其校验数据如表2所示。从表中的校验结果可以发现，水位计的补偿效果是比较理想的。表2汽包水位计校验数据H(mmP（Mpa）0.03.05.07.510.010.9258255.74258.94258.37253.51253.01262.10129131.03131.41131.64129.80132.77132.840-1.122.13-1.43-0.832.222.35-167.5-167.45-166.97164.88-165.14-164.94-166.42-335-335.00-329.87-332.10-335.96-327.91-331.15Y580.812.6Y258.0-335.02．在水位计投入使用后，我们通过人工记录的办法，得到经压力补偿后的水位计指示与就地云母水位计指示以及通过计算出锅炉汽包应有水位的比较结果，如表3所示。表3汽包计算水位、就地水位计指示与补偿后水位计指示比较情况H(mmP（Mpa）3.423.477.497.59.4610.57计算所得水位12.48-83.436.418.4363.47160.4就地水位计指示-10-100-25-40-2045补偿后水位计指示11.24-89.6538.8126.2776.63156.75由于汽包和就地云母板水位计中的介质温度相差很大，液位计的指示比真实液位要低很多，具体差值与汽包压力及两处的温度差值有关。从表中数据可以看出，即使在压力变化较大的情况下，经过补偿的水位计仍可获得较为满意的结果。（本文发表于《石油化工自动化》2001年第2期）共6页第6页论锅炉汽包液位的三冲量调节

[日期：2005-09-27]

[来自：山东新华制药股份公司计量处]

介绍了锅炉汽包液位的控制方法,讨论了三冲量调节系统的原理和适用条件及其应用。

0

引言

锅炉是化工生产中重要的动力设备。汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。这就要求汽包液位在一定范围内,适应各种工况的运行。影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外,还有蒸汽负荷和给水流量的波动。当负荷突然增大,汽包压力突然降低,水就会急剧汽化,出现大量气泡,形成了“虚假液位”。

如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统(如图1

所示)

,一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。

为此,图2

采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出现时,液位信号a

要关小给水阀,

而蒸汽信号b

是开大给水阀,这就能克服“虚假液位”的影响。但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。

这就要用如图3

所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。即再加一个给水流量的冲量c

,使它与液位信号的作用方向一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系统。

1

原理

根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。

图3

中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。

在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流为:I0

=

K1

I1

-

K2

I2

+

K3

I3式中,

I1

为液位调节器的输出电流;

I2

为蒸汽流量变送器的电流;

I3

为给水流量变送器的电流;

K1

、K2

、K3

分别为加法器各通道的衰减系数。设计K2

I2

=

K3

I3此时I0

正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必须用气关阀)

。假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2

相应增加,加法器的输出电流I0

就减少,从而开大给水调节阀。但是与此同时出现了假液位现象,液位调节器输出电流I1

将增大。由于进入加法器的两个信号相反,

蒸汽流量变送器的输出电流I2

会抵消一部分假液位输出电流I1

,

所以,

假液位所带来的影响将局部或全部被克服。

待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1

开始减小,此时,它与蒸汽流量信号变化的方向相反,因此加法器的输出电流I0

减小,意味着要求增加给水量,以适应新的负荷需要并补充液位的不足。调节过程进行到液面重新稳定在给定值,给水量和蒸发量达到新的平衡为止。当蒸汽负荷不变,给水量本身因压力波动而变化时,加法器的输出相应变化,去调节阀门开度,直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量,起到了“超前信号”的作用,使给水阀一开始就向正确的方向移动,

因而大大减小了液位的波动幅度,抵消了虚假液位的影响,并缩短了过渡过程时间。

图4

为三冲量液位调节方案图,

图5

为三冲量液位调节方框图。

2

应用

从上面分析可以看出三冲量调节系统能及时克服负荷(蒸汽量)

和给水流量的干扰作用,调节精度高,适用于汽包容积较小、负荷和给水干扰较大的场合。单冲量适合在汽包容积较大、负荷变化比较小的场合。双冲量调节适合于锅炉容积较小,给水压力波动不大的场合。锅炉汽包液位三冲量调节系统在我们厂得到了应用,实践证明效果良好。汽包水位补偿算法hPdγsAHγaγwP2-P1+以水柱为单位上式中A、h、ΔH、H均为标准单位m；ρ0（水的密度）、ρa、ρw、ρs均为标准单位t/m3给上式两边同乘以103、则A、h、ΔH、H可为mm单位；ρ0、ρa、ρw、ρs同时乘以10-3，则其单位变成Kg/m3。这样上式就变成：其中上式可由SAMA图表示为：（见附图）水和水蒸汽的密度表绝对压力P（MPa）饱和温度ts（℃）饱和水密度ρ’S(Kg/m3)饱和水蒸汽密度ρ''s(Kg/m3)0.199.63958.410.9010.2120.23942.681.12880.3133.54931.531.65050.4143.62922.592.16250.5151.85915.082.66801.0129.88887.005.14671.5198.28866.705.14672.0212.37849.9110.0472.5223.94835.2812.5163.0233.34822.1715.0113.5242.54810.0417.5384.0250.33798.6620.1054.5257.41787.9622.7175.0263.92777.7325.3746.0275.56758.3230.8557.0285.80739.9736.5768.0294.98722.3942.5719.0303.31705.2748.87610.0310.96688.4255.55611.0318.04671.7362.61712.0324.64655.0170.17513.0330.81638.1678.30914.0336.63620.9687.03215.0342.12603.1496.61816.0347.32584.76107.1817.0352.26565.29119.0318.0356.96544.07132.7319.0361.44519.99149.2520.0365.71490.68170.27临界状态参数：P=22.115MPa、t＝374.12℃、ρ＝317.763协调控制方式（DEB-400）DEB=DirectEnergyBalanceDEB方式下，炉侧DEB压力调节器工作以“”所表示的机侧能量需求信号作为调节器的定值；以“”（Pb为汽包压力）所表证的锅炉热量信号作为反馈信号。如果考虑动态过程令SP=PV，则稳态情况下，Ps＝PT。可见该调节器等效于压力调节器。（相应SAMA图附后）理论和实践表明：汽轮机调速级压力P1与机前压力PT的比值P1/PT可以很好地代表汽轮机调节气门的开度，即：μ∝P1/PT*汽轮机能量需求信号（P1/PT）Psp锅炉热量信号（Pb为汽包压力），C为锅炉的蓄热系数该热量信号是对锅炉燃烧燃料量的一种比较准确的测量值。双执行机构平衡回路所谓双执行机构平衡回路就是双执行机构共同控制一个变量。例如：①送风控制、②引风控制、③一次风机调节、④再热烟气挡板控制等。（相应SAMA图附后）A、B没有同时自动时，bias＝0；只有当A、B全部自动时，才允许运行人员设置bias；A、B刚开始同时自动时强制out=1/2(Aout)+1/2(Bout),同时自动计算bias=1/2(Aout)-1/2(Bout)刚退出A、B自动样式时，bias=0.Out跟随一位仍在自动方式下的设备输出值(Aout)/(Bout)系统中给出两秒的切换时间是为了充分保证切换过程的平稳，主要是避免运算时序的过多考虑。水和无机盐的平衡和调节(教案）高中选修第一章第一节一、水和无机盐的平衡和调节教学设计思路教材分析《人体生命活动的调节及营养和兔疫》的知识在初中生物课和高中生物必修课中均有涉及，本章的内容是在此基础上的进一步深入，它主要从内环境的稳态、营养与健康、兔疫机制等方面进行论述。《人体的稳态》、《人体营养与健康》和《兔疫》这三节内容在知识上并没有直接的联系，但是它们都与人体健康密切相关，本章正是通过这条主线，结合人们的日常生活，将它们有机地联系在一起，使学生不仅更加深入了解了有关人体健康的知识，而且为学生在实际生活中运用这些知识打下良好的基础。本章涉及的“稳态”、“调节”和“免疫”的内容相对抽象，这里有分子水平的物质基础，有细胞水平的结构知识，还有个体水平上的调控和表现，因此在教与学两方面都有一定的难度。本章内容与生产、生活实际结合紧密，也容易与理、化的相关知识相互渗透，因此这部分内容还是对学生进行STS教育，培养学生思维综合能力的良好素材。本章作为选修教材的第一章，在全书中起着基础性的作用。教学目标1．知识方面（1）水和无机盐的平衡（理解）；（2）水和无机盐平衡的调节（理解）；（3）水和无机盐平衡的意义（理解）。2．态度观念方面（1）增强学生自我保健的意识，逐渐养成良好的生活习惯；（2）帮助学生树立局部与整体对立统一的辩证唯物主义观点；（3）培养学生理论联系实际、学以致用的学习意识。3．能力方面（1）培养学生观察、分析、判断的思维能力；（2）培养学生识别、理解图表信息的能力；3）培养学生运用本节知识解释和说明日常生活中一些实际问题的能力。重点、难点分析1．重点：水和无机盐的平衡和调节。2．难点：水和无机盐平衡的调节。3．分析：稳态是一个在生理学中涉及范围比较广的概念，通过高中生物必修教材的学习，学生已经了解了稳态的概念，已经了解了它的温度、渗透压和pH等理化性质都维持在一个相对稳定的状态。本节课在此基础上进一步引申：内环境的渗透压是如何维持稳态的呢？一个重要条件就是内环境中水和无机盐的含量必须稳定。因此，通过分析使学生理解人体内水和无机盐通过生命活动的调节其含量是稳定的，对于深入理解内环境的稳态具有重要意义。因此，“水和无机盐的平衡和调节”是本节的重点。通过前面的学习，学生还知道人体生命活动调节的基本方式是神经调节和体液调节。神经调节的基本方式是反射，其结构基础是反射弧；而体液调节主要又依靠体液中的各种激素进行调节。具体人体内的水和无机盐是如何经过生命活动调节达到平衡的呢？这部分内容既是本节的重点，又是一个难点。“水和无机盐平衡的调节”作为生命活动调节的一部分，依旧要靠神经调节和体液调节。本节的主要内容就是要分析出完成水和无机盐平衡调节的具体激素是什么，完成神经反射调节的具体反射弧是什么，具体刺激又是什么，由于激素调节涉及到尿的形成等有关初中生物的知识，神经调节涉及到的反射弧比较复杂，因此水和无机盐平衡的调节，是本节的难点。教学模式问题——探究式。教学手段1．实物投影仪：展示相关的问题、图表和信息资料，创设探究的情境；2．挂图、板图：加强教学的直观性；3．设计出与教学内容相关的课件：辅助教学，增强教学的形象性。课时安排一课时。设计思路“水和无机盐的平衡和调节”这部分内容与人体健康密切相关，与学生的生活实际紧密相联。因此，本节课的课堂教学设计突出以人为本的思想，突出健康生活的主体，充分利用学生自身的生理现象，充分利用学生已有的知识和生活经历，经过教师的精心设疑，引导学生分析有关水和无机盐平衡和调节的问题，引导学生从宏观到微观逐步深入地去探究生命（活动的本质和规律。“内环境”、“内环境稳态”和“渗透压”都是学生已熟悉的概念，因此通过分析内环境渗透压的稳态很容易引出内环境这一溶液中溶剂——水的含量应该是平衡的，溶质——无机盐等化学物质的含量也应该是平衡的，具体通过哪些来源和去路来保持水和无机盐的平衡？这部分内容可以通过教师提出问题，学生结合自身的生活实际，分析讨论，自己总结出来。“水和无机盐平衡的调节”这一重点和难点内容，可先从学生更熟悉的水平衡的调节开始，引导学生分析为什么“喝水多的时候，尿就会多；喝水少的时候，尿就会少”？通过层层设问，诱发学生思考：是什么刺激导致渗透压感受器兴奋？调节水平衡的神经中枢和效应器分别是什么？效应器释放出的激素名称及作用是什么？等等问题，然后通过与教学内容相关的课件，辅助教学过程，形象直观地展示生命活动的调节过程，给学生留下深刻生动的印象。关于无机盐平衡的调节，首先教师提出思考问题，学生带着问题观察与教学内容相关的课件、阅读教材、分析图表、小组讨论，最后总结出无机盐平衡也是受神经和激素的调节，主要通过肾脏完成。“水和无机盐平衡的意义”这部分内容可以采取自学，讨论的方式，由学生自己总结出来，并通过对生产、生活中有关的实际问题做出解释和说明作为对本节课教学效果的反馈。

第一章人体生命活动的调节及营养和免疫第一节人体的稳态一水和无机盐的平衡和调节教学过程天津市第五十七中学

王春易教学步骤教师活动学生活动设计意图创设情境、

导入新课第一章：

人体生命活

动的调节及

营养和免疫1．投影本章题图，刨设探究情境，引导学生思考下列问题：

（1）照片上所展示的内容与哪些生命活动有关？（2）结合照片上的场面，你受到了什么启发和教育？

通过分析、讨论明确：

（1）人体生命活动的调节及营养和兔疫，对维持人体健康有着非常重要的意；

（2）中国人民军队是人民的子弟兵，是做可爱的人。（1）激发学生学习本章内容的兴趣；

（2）对学生进行热爱社会主义祖国、热爱人民军队的教育。第一节：

人体的稳态2、精心设计问题情境（1）吃的东西过咸，为什么会感到口渴？（2）为什么夏天尿少，而冬无尿多？

（3）大量出汗后为什么要喝点盐水？

（4）“以饮料代水”的做法科学吗？……发生兴趣，激起疑惑，产生探究的欲望，处于外在的兴奋状态。

（1）诱发探究的欲望，明确探究的问题，培养热爱科学的情感；

（2）总结出本节课的课题——水和无机盐的平

衡和调节。观察讨论、探究新知一、水和无

机盐的平衡1．提供信息资料：

（见书中小资料）分析讨论，的出结论：水是构成人体各种组织或器官的主要成分，且含量稳定。（1）培养学生分析图表信息的能力；

（2）使学生明确：人体内的水是平衡的。2．引导学生讨论：

（1）人体内的水是从哪来的？

（2）排尿是排出体内水分的惟一途径吗？回忆旧知识，联系自身生理情况进行分析、讨论，得出结论：

（1）人体内的水有三个来源；

（2）排尿不是排出体内水分的惟一途径。（1）培养分析问题的能力和理论联系实际的意识；

（2）总结出人体内水的来源与去路。3．提供信息资料：

（见书中表1一1）分析、讨论，表达见解：

（1）人体水的摄入量和排出量相等；

（2）机体内的水保持动态平衡。培养学生正确分析图表信息，得出科学结论的能力。4．进一步提出问题：

（1）人体内的无机盐主要以什么状态存在？它们在体内是否平衡？

（2）以钠盐和钾盐为例，说明它们的来源与去路。回忆旧知识，带疑阅读课丈，分析教材中的图1-1和1-2，得出结论：

（1）多数无机盐在人体内以离子状态存在；（2）钠盐和钾盐均来自食物，它们有多条排出途径。（1）培养阅读能力、自学能力、分析图表的能力；

（2）引导学生总结出：

人体内钠盐和钾盐的来源与去路。二、水无机盐平衡的调节1．引导学生回忆：

（1）人体生命活动调节的基本方式是什么？

（2）神经调节的基本方式是什么？其结构基础是什么？

（3）体液调节的主要方式是什么？回忆旧知识，独立思考，用专业术语回答问题：

（1）人体生命活动调节的基本方式是神经调节和体液调节；

（2）神经调节的基本方式是反射，其结构基础为反射弧；

（3）体液调节以激素调节为主。（1）培养学生用专业术语描述生物学概念、原理的能力；

（2）培养学生归纳总结和语言表达能力。2．进一步诱导：

参与水平衡神经调节的

（1）感受器是什么？

（2）神经中枢在哪？

（3）效应器是什么？通过回忆旧知识、联系新知识，分析自身的生理情况，学生能明确：感受器应位于人体内部，神经中枢一定位于中枢神经系统内，而对效应器会误认为是肾小管和集合管，需要

教师进一步点拨更正。（1）通过引导促成学生知识的合理迁移和思维的有序发展：

（2）突出重点，突破难点。3．进一步提出问题并点拨：

（1）导致渗透压感受器兴奋的刺激是什么？

（2）效应器如何发挥效应？结合自身生理和生活实际，阅读、讨论，发表见解：

（1）刺激是细胞外液渗透压的改变；

（2）效应器通过释放激素发挥效应。（1）学会利用所学知识解释自身的生理现象，培养学以致用的学习意识；

（2）使学生明确神经调节的效应器是什么。4．进一步引导探究：

效应器释放激素的名称和作用是什么？阅读教材，形成感性认识。（1）培养通过阅读获取新知的能力：

（2）总结出相关知识。5．承上启下，课件展示：

（1）尿的形成过程；

（2）水平衡的神经调节和激素调节。观察、回忆、思考、分析，加深对知识的理解，形成完整的知识体系。（1）形象直观，突破难点，强化重点；

（2）培养学生观察、分析、总结的思维能力。6．提出新问题：为什么某人进食钠盐过多，结果尿中钠盐也随之增多？思考、分析、讨论，发表见解：钠盐多吃多排。引导学生联想：体内无机盐的平衡也要靠生命活动的调节。7．课件展示：

无机盐平衡的激素调节。观察、分析、讨论，得出结论：调节无机盐平衡的激素是醛固酮。（1）形象直观，突破难点，突出重点；

（2）引导学生总结无机盐平衡激素调节的全过程。8．进一步引导探究：无机盐平衡的神经调节是如何实现的？回忆旧知识，发表见解。培养学生将新、旧知识进行整合的能力。9．引导总结：水和无机盐平衡调节的共同点是什么？分析、讨论，用专业术语归纳总结。（1）培养学生归纳总结的思维能力；

（2）促成学生对重点知识的深刻理解。三、水和无机盐平衡的意义1．提供信息资料：

（1）血钠升高或降低，会导致血压异常；

（2）血钾降低，将引起心肌的自动节律异常；

（3）尿量过少，会引起中毒。分析资料、小组讨论，总结归纳。（1）培养分析、阅读、归纳总结的能力；

（2）深化学生对人体稳态的理解。2.引导学生对本节课内容进行总结，对水和无机盐平衡与内环境稳态的关系进行分析。思考、讨论，将前后知识进行横向、纵向的类比分析。（1）渗透对立、统一的哲学观点，帮助学生建立辩证唯物主义世界观；

（2）促成知识的融会贯通，达到巩固和提高的目的。结合实际应用反馈1．引导学生解释与说明：与本节课内容相关的实际问题（见课前投影在屏幕上的问题）。思考、小组讨论、归纳总结。教师对学生的回答做出适宜评价，从中了解教学目标的实现情况。2．组织学生讨论：本节课的学习内容，对健康生活有什么重要意义？发散思维，展开联想，各抒己见，相互交流。提高学生自我保健意识，逐渐养成良好的生活习惯。

要点提示

1．本节课内容与学生的生理现象、生活实际紧密结合，教师要善于因势利导，鼓励学生提出问题，分析自己的亲身经历，引导学生积极探究，充分发挥学生学习的积极性和主动性。

2．本节课内容教科书提供了5幅图、1个小资料、1个表和4个旁栏思考题，这些内容形象、直观，教师要注意引导学生对这些图表进行分析，研究，从中挖掘出丰富的教育信息，延伸对知识的理解和应用。

3．本节课涉及到“尿的形成”这些初中生物学的知识，由于学过时间已久，学生对一些专业术语已把握不准，因此对这部分内容应作适当复习。高中选修第一章第一节一、水和无机盐的平衡和调节板书设计一水和无机盐的平衡体内物质来源去路水①饮水②食物中的水③代谢产生的水①肾脏排尿②皮肤排汗③肺排除水汽④大肠排便钠盐食物①肾脏排尿②皮肤排汗钾盐食物①肾脏排尿④大肠排便二水和无机盐平衡的调节

高中选修第一章第一节一、水和无机盐的平衡和调节参考资料

1.为什么钠离子主要存在细胞外而钾离子主要存在细胞内？这种机制依赖于细胞正常代谢提供的能量。很早以前，有人形象地把这一机制比喻为“泵”。能逆着浓度差将细胞内的Na+移出膜外，同时将细胞外的K+移入细胞内，称为“钠—钾泵”，简称“钠泵”。钠泵实际上是镶嵌在细胞膜上的类脂双分子层中的具有三磷酸腺苷酶（ATP酶）活性的一种特异性蛋白质，在Mg2+存在的条件下，可被膜外的K+或膜内的Na+所激活，因此又称为钠—钾依赖ATP酶。钠泵被激活后分解ATP并释放能量，用于转运Na+和K+，一般认为，钠泵酶分解一个ATP分子，即可排出3个Na+和摄入2个K+。所以，Na+主要存在细胞外，而K+主要存在细胞内。2.K+的分泌与K+—Na+交换在正常情况下，由尿中排出的K+大约是滤过的K+量的1/10，说明肾小管能重吸收K+。但对于人和哺乳动物来讲，当给以大量的钾盐时，尿中K+的排出量可超过肾小球滤过的K+量，这又表明肾小管有分泌K+的能力。至于机制可能与“钠——钾泵”有关，也可能与钠离子的重吸收造成的电位差有关。总之，K+的分泌都是与Na+的重吸收相关联的，故称为“K+—Na+交换”。这一过程受肾上腺皮质分泌的醛固酮调节。２００９年９月第３７卷第９期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＳｅｐ．２００９Ｖ０１．３７Ｎｏ．９ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｒＬ１００１—３８８１．２００９．０９．０１２数控机床螺距误差测量与补偿陈芳（深圳职业技术学院，广东深圳５１８０５５）摘要：分析了激光干涉仪测量线性误差的原理。提出了一种使用激光干涉仪对数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差进行测量和补偿的方法，并给出了应用实例。实践结果表明该方法有效地提高了数控机床的加工精度。关键词：数控机床；螺距误差；反向间隙；激光干涉仪中图分类号：ＴＣ，６５９文献标识码：Ａ文章编号：１００１—３８８１（２００９）９—０３７—２ＴｈｒｅａｄＰｉｔｃｈＥｒｒｏｒＭｅａｓｕｒｅａｎｄＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎＣＮＣＭａｃｈｉｎｅＣＨＥＮＦａｎｇ（ＳｈｅｎｚｈｅｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＧｕａｎｇｄｏｎｇｅｌＴＯＩ＇Ｓ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ）ａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａ－ｗａｔｌＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｉｎｅａｒｒｉｎｇｔｈｅｏｐｐｏｓｉｔｅｃｌｅａｒａｎｃｅａｎｄｔｈｒｅａｄｐｉｔｃｈＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｅｒｒｏｌｏｗｉｔｈｌａｓｅｒｉｎｔｏｆｆｅｍｍｅｔｅｒＷ８．８ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｗｉｔｈｌ／璩ｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｔｏｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄａｎｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｄａｔａ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎ８ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ；Ｔｈｒｅａｄｐｉｔｃｈｅｒｒｏｒ；Ｏｐｐｏｓｉｔｅｃｌｅａｒａｎｃｅ；Ｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ在半闭环数控加工系统中，加工定位精度很大程度上受到滚珠丝杠精度的影响。一方面，滚珠丝杠本身存在制造误差，另一方面，滚珠丝杠经长时间使用磨损后精度下降。所以必须对数控机床进行周期检测，并对数控系统进行正确螺距误差补偿，提高数控机床加工精度。激光干涉仪在数控机床螺距误差测量和补偿中应用非常广泛。作者给出使用激光干涉仪测量和补偿数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差的方法。１约１／４个波长，则光束会以１８００的相位差向观察者异步射回，并发生相消性干涉，而产生较暗淡的光。因此，观察者可以计算透镜移动时的闪光次数来测量可移透镜所移动的距离。利用激光干涉仪测量和补偿滚珠丝杠误差的步骤：首先安装激光干涉仪并对光；然后生成检测程序；开始检测反向间隙和滚珠丝杠螺距误差；最后对数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差进行补偿。２激光干涉仪安装与对光现以机床ｌ，轴为例说明激光干涉仪的安装和对光【２］。其安装示意如图２所示。将激光干涉仪如图安激光干涉仪测量线性误差的原理【１１固定反射镜基准臂活矧射镜ＩＩ．≥．Ｍｉｌ．１装好之后，让经过线性干涉镜的反射光和经过线性反射镜之后的反射光一起进入激光器，若在机床沿测量轴ｌ，轴移动的过程中，ＲｅｎｉｓｈａｗＬａｓｅｒｌＯ豳７∥分光镜：复二光主Ｌ图１干涉镜原理如图１所示，光源在半银色透镜表面分开，一半的光呈９０。反射至一个固定距离透镜，剩余的一半则透过一个可移动的透镜。两个透镜互相准直，以使从透镜反射的还原光束互相平行，并一同向观察者反射回去。若每一个透镜与半透镜的距离完全相同，则光束会同步到达观察者处，并发生相长性干涉，使光更为明亮。若可移透镜放得再远一点，使其位置偏移大Ｃａｐｔｕｒｅ界面左边绿色超过第二条壑线，则说明光已调好ｏ图２激光干涉仪安装图３滚珠丝杠误差捌３．１相关数据清零在检测数据之前，需将数控系统相关数据清零。对于西门子系统¨１：设定参数ＭＤ３２４５０＝０（反收稿日期：２００８—０９—２６基金项目：深圳市科技计划项目（２１０７Ｋ１７１ＦＡ）作者简介：陈芳（１９ｒ７７一），女，汉族，湖南桃源人，讲师，研究方向为数控技术应用、数控设备维修，主要从事工作教学与科研工作，已发表论文９篇。：１３２６５５５８９５５，０７５５－２６７３１８２１。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｆａｎｇｓｚ＠Ｏａ．ｓｚｐｔ．ｎｅｔ。万方数据・３８・机床与液压第３７卷向间隙）；将８０２Ｄ螺距误差补偿文件导出并将螺距误差清零之后再导入到８０２Ｄ数控系统。注意：只有在机床参数ＭＤ３２７００＝０时，补偿文件才能写入８０２Ｄ系统；当ＭＤ３２７００＝１时，８０２Ｄ内部的补偿数组进入写保护状态。对于ＦＡＮＵＣ系统Ｈｏ：设参数Ｎｏ．１８５１＝０（各轴的反向间隙补偿量），Ｎｏ．３６２４＝０（螺距误差补偿点的间隔）之后，则系统不进行误差补偿。３．２生成检测程序在ＲｅｎｉｓｈａｗＬａｓｅｒｌＯ软件中等距定义目标：第一定位点为Ｏｍｍ；最终定位点为一５７０ｍｍ；间距为３０ｒａｍ；运行次数为５次。选择最接近的数控系统可自动生成程序。注意：自动生成的程序有的要进行局部修改，如Ｇ０４Ｘ４要改Ｇ０４１７４，还有程序头要修改。３．３采集和分析数据将生成的程序传到ＮＣ中，运行该程序。当机床移动到ｙ０时，计算机按“设定基准清零”，可自动开始采集数据。裹１反向间隙补偿表参考点位置／ｎＬｒｎ０．０００补偿起点／ｍｍＯ．０００补偿终点／ｍｍ一５７０．０００补偿间隔／ｎｕｎ３０．０００反向间Ｉ彩¨ｍ２６表２螺距误差补偿表编号轴线位置／ｍｍ补偿数值均值补偿／斗ｍ１０．０００００２—３０．００００一ｌ３—６０．ｏｏＯＯ一２４—９０．００００—３５—１２０．０００Ｏ一２６—１５０．００００—２７—１８０．０００Ｏ一２８—２１０．０００Ｏ—ｌ９—２４０．０００ＯＯ１０—２７０．００００—１１１—３００．ＯｏｏＯＯ１２—３３０．０００Ｏｌ１３—３６０．００００一ｌ１４—３９０．０００Ｏ一２１５—４２０．００００—２１６—４５０．００００一２１７—４８０．００００—２１８—５ｌＯ．００００一２１９—５４０．０００００２０—５７０．００００２通过数据分析可得到误差补偿图表。图表类型选择：均值补偿；补偿类型：西门子系统选择绝对值，ＦＡＮＵＣ系统选择增量值。以西门子系统为例，得到万方数据反向间隙和丝杠螺距误差补偿数据，见表１、２。４数控机床误差补偿４．１误差补偿现在对数控系统进行误差补偿。误差补偿包括反向间隙补偿和丝杠螺距误差补偿。对于西门子８０２Ｄ系统，设反向间隙补偿参数Ｎｏ．３２４５０＝０．０２６ｍｍ。修改螺距误差补偿文件＂１：￥ＡＡ＿ＥＮＣ—ＣＯＭＰ［Ｏ，０，ＡＸ２］＝２￥ＡＡ—ＥＮＣ—ＣＯＭＰ［０，１，ＡＸ２］＝０￥ＡＡ＿ＥＮＣ＿ＣＯＭＰ［Ｏ，２，ＡＸ２］＝一２￥ＡＡ＿ＥＮＣ＿ＣＯＭＰ［Ｏ，３，ＡＸ２］＝一２￥ＡＡ－ＥＮＣ＿ＣＯＵＰ＿ＳＴＥＰＥＯ，ＡＸ２］＝３０￥ＡＡＥＮＣ—ＣＯＭＰ—ＭＩＮＥ０，ＡＸ２］＝－５７０￥ＡＡ－ＥＮＣ—ＣＯＭＰ＿ＭＡＸ［０，ＡＸ２］＝０￥ＡＡ—ＥＮＣ—ＣＯＭＰ—Ｉｓ—ＭＯＤＵＬＯ［０，ＡＸ２］＝Ｏ回参考点使反向间隙生效，设置参数ＭＤ３２７００＝１，使螺距误差补偿生效。对于ＦＡＮＵＣ系统，设定下列参数：Ｎｏ．３６２１＝０（各轴负方向最远一端的螺距误差补偿点的号码）；Ｎｏ．３６２２＝２０（各轴正方向最远一端的螺距误差补偿点的号码）；Ｎｏ．３６２０＝Ｏ（各轴参考点的螺距误差补偿点号码）；Ｎｏ．３６２４＝３００００（补偿点的间隔）；Ｎｏ．３６２３＝０（补偿的倍率）；Ｎｏ．１８５１＝２６（各轴的反向间隙补偿量）；并将增量值的滚珠丝杠螺距误差输入到系统中。４．２补偿结果分析‘ａ）补偿之前的螺距误差２Ｏ辩枷除。岬．鑫、■看．２群－４．６．８ｌ、、宁～轴线位置，ｍｍ轴线何置，ｍ“（ｂ）补偿之后的螺距误差图３补偿前后螺距误差对比图（下转第５３页）第９期李勇勇等：超声辅助电火花沉积装备的设计・５３・可以降低应力集中。在截面突变处加适当的圆弧过渡，不仅可以降低应力集中，而且可以使实际谐振频率恢复到计算值，这一过渡圆弧称为最佳过渡圆弧，其过渡圆弧半径可以从图４中求取。计算过程如下：ａ＝Ｄｌ／ｌ＝０．２３；Ⅳ＝Ｄ１／Ｄ２＝２．５由图４查得Ｒ／Ｄ２＝０．５５；Ｒ＝０．５５Ｄ２＝０．５５Ｘ８＝４．４ｍｍｏ以上边幅杆的设计为理论计算值，当工具头连接到变幅杆上后，对振动系统的共振频率和振幅是有一定影响的，因此在时间的生产过程中也需要不断对边幅杆进行修正，以产生谐振，至于工具头对振动系统影响程度如何？目前还没有形成系统理论，也不能定量地分析这个问题。但是大量实验证明Ⅲ１，对于阶梯形变幅杆，其小端缩短部分的重量与工具头的重量大致相等，可以产生谐振。而且也有研究表明Ｂ１｜，在工具长度为１／４波长时，可勿需修整末级变幅杆长度而使工作达到较佳状态。因此，在选择修复电极或抛光工具时，应该尽量使修复电极或抛光工具的质量与变幅杆末端减少部分的质量接近，或者应该使修复电极或抛光工具的长度接近于１／４波长，即４３ｒａｍ。３结语作者提出超声辅助电火花沉积与抛光工艺，丰富了模具修复与抛光的方法，此工艺方法的研究成功，模具的大修复厚度、低成本、快速、简捷的修复将不再是一个梦想。作者设计的新型电极装置具有结构简单、成本低、便于携带等优点，因此特别适合中小型模具企业的实际生产应用。该装置已经研制成功，下一步将进行加工试验研究，有关研究结果将在后续的文章中报道。参考文献：【１】ＡｒｖｉｎｄＡｇａｌ＇ｗａｌ，ＮａｒｅｎｄｒａＢＤａｈｏｔｒｅ．Ｐｕｌｓｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｄｅｐｏ－ｓｉｔｉｏｎｏｆｓｕｐｅｒｈａｒｄｂｏｒｉｄｅｃｏａｔｉｎｇｓＯｉｌｆｅｒｒｏｕｓａｌｌｏｙ［Ｊ］．Ｓｕｒ－ｆａｃｅａｎｄＣｏａｔｉｎｇｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８（１０６）：２４２—２５０．【２】ＢｅｍｄＩＶｌＳｅｈｕｍａｅｈｅｒ．Ａｆｔｅｒ６０ｙｅａｒｓｏｆＥＤＭｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓｒｅｍａｉｎｓｓｔｉｌｌｄｉｓｐｕｔｅｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｌＶｌａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏ－ｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４（１４９）：３７６—３８１．【３】ＲｏｇｅｒＪｏｈｎｓｏｎ，ＳｈｅｌｄｏｎＧＬ．Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｐａｒｋｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＶａｃＳｏｌＴｅｅｈｎｏｌＡ，１９８６，４（６）：２７４０—２７４６．【４】刘丹，王德新，陈文华．钛合金材料表面电火花沉积镍层工艺的研究［Ｊ］．电加工与模具，２００４（６）：７—９．【５】王建生，王华昆，李勇，等．电火花沉积技术及应用［Ｊ］．机械工人，２００４（１）．３４—３６．【６】卢红军．电火花沉积技术应用实例［Ｊ］．新技术新工艺，２００４（２）：３０—３４．【７】陈伟伟，朱颖，康慧，等．电火花沉积技术国内外研究现状［Ｊ］．焊接，２００６（６）：２１—２４．１８】陈文华，王德新．钛合金电火花沉积硬质合金的强化工万方数据艺研究［Ｊ］．机械工人，２００４（１）．３２—３４．【９】汪瑞军，李延军，黄小鸥，等．电火花表面强化工艺的参数优化［Ｊ］．焊接，２００４（８）：２１—２４．【ｌｏ】ＫｒｅｍｅＤ，ＬｅｂｒｕｎＪＬ，ＨｏｓａｒｉＢ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｅｔｓｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎｓ０１１ｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｉｎＥＤＭ［Ｊ］．ＡｎｎａｌｓｏｆｔｈｅＣＩＲＰ，１９８９，３８（１）：１９９—２０２．【１１】ＫｒｅｍｅＤ，Ｌｈｉａｕｂｔｃ，ＭｏｉｓａｎＡ．Ａｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇｕｌｔｒａ蚰ｎｉｅｖｉｂｒａｔｉｏｍｗｉｔｈｐｕｌｓｅｓｉｎＥＤｂｌ［Ｊ］．ＡｎｎａｌｓｏｆｔｈｅＣＩＲＰ，１９９１，４０（１）：２１１—２１４．【１２】徐明刚，张建华，张勤河，等．超声振动辅助气体介质电火花加工机理研究［Ｊ］．电加工与模具，２００５（６）：３４—３７．【１３】徐明刚，张建华，等．超声振动辅助气体介质电火花加工研究［Ｊ］．中国机械工程，２００６，１７（１４）：１４４７—１４５０．【１４】朱健，张全忠，张立文，等．钛合金表面电火花沉积ｗｃ涂层的研究［Ｊ］．金属热处理，２００５，３０（２）：１１—１４．【１５】李英龙，刘永涛，等．功率超声对灿一ｓｉ合金组织和性能的影响［Ｊ］．中国有色金属学报钛，１９９９，９（４）．．７１９—７笼．【１６】杜敬磊，李路明，张雁军，等．焊接过程中电弧超声对细化晶粒的影响［Ｊ］．电焊机，２００２，３２（３）：６—８．【１７】杨周铜，杨明娜．１／４波长超声波加工工具的研究［Ｊ］．成都大学学报：自然科学版，１９９７，１６（４）．【１８】曹凤国．超声加工技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４．【１９】林仲茂．超声变幅杆的原理和设计［Ｍ］．北京：科学出版社，１９８７．【２０】肖永军，杨卫平，李尧忠，等．旋转超声磨削装置的研制［Ｊ］．制造技术与机床，２００７（６）：７０—７２．【２１】刘战锋，杨立合．深孔超声轴向振动钻削装置的设计与研究［Ｊ］．制造技术与机床，２００７（４）：８５—８７．（上接第３８页）通过图３比较得知，反向间隙在没有补偿之前的数据为２６１山ｍ，补偿后为０。螺距误差在补偿之前的误差范围在５～一２０１ａｘａ之间，补偿后在３一一８１．Ｌｍ之间。从数据中得知，通过反向间隙和滚珠丝杠螺距误差补偿，数控机床的精度得到了较大的改善。５总结利用激光干涉仪测量和补偿数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差，操作简单，检测精度高，能有效地提高数控机床的ＪＪｔｌ『－ｒ＿精度。参考文献：【１】郭然．雷尼绍与多普勒激光干涉仪测量方法比较［Ｊ］．机电工程，２００６（９）：５３—５４．【２】廖澄清．激光干涉仪测长精度校准方法的研究［Ｊ］．现代测量与实验室管理，２００５（１）：６—７．【３】西门子．ＳＩＮＵＭＥＲＩＣ８０２Ｄ简明调试指南［ｂｔ］．２００２．【４】朱仕学．数控机床系统故障诊断与维修［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００７．７．综述数控机床误差补偿技术及应用发展动态及展望Ξ天津大学刘又午章青王国锋北京机床研究所盛伯浩赵宏林编者按数控机床误差补偿为促进技术的发展和推广应用,本刊从这期起陆续刊登北京机床所和天津大学联合撰写的一组“数控机床误差补偿技术及应用”文章,内容包括:发展动态及展望、几何误差补偿技术、载荷变形误差补偿技术、热变形误差补偿技术、在线监测误差补偿技术、综合误差补偿及在线监控技术等,供大家参考。在数控机床上对零件实现高精度加工和检测的关键是提高机床的定位精度。通过提高机床固有的性能是一条硬途径,但会导致加工母机造价大幅上升。而计算机实时误差补偿技术是一种经济而有效的方法。该方法是在不改变机床结构和制造精度基础上,通过对机床加工过程的误差源分析、建模,实时地计算出加工点的空间位置误差,将该误差量反馈到机床的控制系统中,改变坐标驱动量来实现误差修正,从而提高机床定位精度。本文综合国内、外误差补偿技术的成果,介绍误差补偿技术的关键问题、应用技术和发展前景。1数控机床误差源分析影响机床加工精度的误差源主要表现为:(1机床系统的空间误差,它包括:①由于结构几何误差、热误差和承载变形误差引起刀具与工件作用点上的相对位置偏差;②由于伺服系统的跟踪误差、进给传动机构误差和位置检测误差等引起的位移误差。(2刀具系统的位置误差,主要由换刀、刀具的尺寸调整误差、受力变形、热伸长和磨损等因素引起的。(3工件和夹具系统的位置误差,主要由装夹弹性变形、切削热和工件材质不匀等随机误差引起的误差。(4检测系统的测试误差,主要指加工过程中实时检测,或工序间在机检测的测试误差。(5外界干扰误差,主要指环境条件的扰动和运行工况的波动所引起的随机误差。根据美国E.K.Kline等的研究成果,误差权重分配附表,从表中可看出,几何误差、热变形误差、载荷误差及刀具误差占总误差的60%~70%。误差的权重随机床种类或工作状态有所变化,如大型机床的载荷误差就占较大比重。加工中心各误差源所占比重机床误差几何误差22%热误差28%50%加工过程误差刀具误差1315%夹具误差715%工件热误差615%操作误差715%35%检测误差15%2数控机床误差建模技术实现高精度误差补偿的关键技术之一是如何精确地建立数控机床空间误差(几何误差、热变形误差和承载变形误差的计算模型。211几何误差计算模型的建立机床是由多个部件连接而成的,各个部件在制造和安装过程中存在误差,而且当一部件沿导轨运动时,将产生六个自由度的误差,这些误差项通过机床运动链的传递和变换构成几何误差。由于机床拓扑结构的多样性(立式、卧式、龙门式及多轴等,其几何误差建模方法也有多种多样。1973年W1J1Love和J1Scarr用几何关系对三坐标机床的几何误差进行理论建模,1977年R1Hocken用矩阵变换对坐标测量机(CMM进行几何误差建模,1987年P1M1Ferreira和C1R1Liu推导了二次线性化误差模型,1993年V1Kiridena等用机构学推导了五坐标机床的空间几・5・1998年第12期Ξ本文内容部分为“七五”、“八五”国家重点科技攻关成果并得到天津市自然科学基金的支持。何误差模型,1994年天津大学章青利用多体系统运动学推导了任意拓扑结构的机床误差建模方法,可以看出,几何误差的建模已经比较完善。212热变形误差计算模型的建立由于机床结构复杂,工况多变,加上环境因素的影响,热变形误差早已引起人们的注意,也是补偿技术的难点之一。早期的方法有经验计算法和数值计算法。经验计算法是测量机床各主要部件的温度分布和各自变形状况(如主轴箱的变形、床身的弯曲、立柱的倾斜等,找出热源传热和变形之间的关系,形成经验计算公式。这种方法在某些特定的条件下效果较好,但通用性差,特别是参数变化较多时,难以解决。数值计算法是利用一些试验数据分析有关构件的热源和传热情况。用数值计算法(常用有限元法确定温度场和变形场,计算结果较精确,但计算时间长,且该计算模型无法实现实时补偿。80年代以来,将专家系统和神经网络技术应用于机床热变形分析,取得了一定的成果。1993年美国密西根大学的J1S1Chin等将三坐标机床的21项几何误差与热误差结合,建立了32项误差参数模型(其中包括11项热误差。213承载变形误差计算模型的建立载荷误差主要体现在大型或重型机床上,如镗铣床滑枕悬臂的下垂形变,龙门铣床主轴箱移动引起横梁变形等。80年代初期德国的Behrens通过对关键点的应变测量,建立变形场模型,其静态载荷变形补偿量达80%。日本学者在机床立柱上安装一些标准块,通过在线检测方法确定结构变形量进行补偿。北京机床研究所和西安理工大学开展了滑动贴塑导轨结合面静动态特性的研究,为承载变形和动态性能的计算分析奠定了基础。3误差参数的测量技术机床原始误差参数的精确测定是误差模型准确计算的关键。几何误差的检测方法有下述两类。311单项误差直接测量法选用合适的测量仪器,对机床多项几何误差直接单项测量。如三坐标运动机床,利用双频激光干涉仪可直接测量18项误差,剩下的3项转角误差可用电子水平仪检测。Renishaw公司在90年代发展了回转精度的测量仪,解决回转轴旋转角度测量。312综合误差测量参数辨识法对机床空间特定点的空间位置误差进行测量,通过数学辨识模型实现误差参数分离,这种方法往往测量仪器简单,效率高,操作方便。如Renishaw的球杆仪(DoubleBallsBar,可快速检测伺服精度和反向间隙;MCG空间精度检测规,可对CMM空间误差快速检测;天津大学研究发展的22线法可测量机床21项几何误差参数。4误差补偿实施策略目前,绝大多数数控机床具有螺距补偿功能,可补偿运动方向上的部分定位误差。90年代的高档数控系统,具有直线度补偿功能。事实上,机床系统的几何误差、热变形误差和承载变形误差等都具有空间性,可以表达成空间坐标f(x,y,z函数,特别是导轨的倾斜、偏摆和俯仰误差,具有比例放大作用,仅用螺距补偿或固定的直线度补偿是不够的。数控机床包括NC控制系统、伺服驱动系统和反馈检测系统,相应的误差补偿器可分为NC型、前馈补偿型和反馈修正型。411NC型误差补偿机床的加工指令经NC系统的粗、精插补后,以脉冲当量的形式分别驱动各坐标轴,NC型误差补偿策略是将误差模型计算的误差值,取反后叠加到插补过程中,从而实现坐标轴的精确控制。该方法又派生出两种类型,其一是通过一个转换程序将原始数控加工代码进行重构,生成具有预补偿的数控加工代码。该方法在60年代D.French和S.H.Humphries进行了初探,1995年天津大学又进行了研究,结果表明,该方法对复杂模具和空间雕塑曲面较为有效。另一种是通过接口,NC系统将机床当前位置参数和刀具参数传输到PC中,PC对该位置的空间位置误差进行计算,并将误差计算结果返回到NC系统,NC系统将误差反向叠加到当前插补过程,实现误差修正。如框图所示。NC型误差补偿策略框图该误差补偿技术80年代德国阿亨大学在西门子系统上,北京机床研究所在FANUC系统上,美国Michigan大学在辛辛那提系统上均得以实现。412前馈补偿型前馈补偿策略是直接用误差量来控制伺服电机实现误差补偿,对于直流伺服系统是将误差量经DA转换后,控制电机;交流数字伺服将误差量转换后实现控制。在80年代北京机床研究所进行了一些探索,但由(下转第21页・6・《制造技术与机床》求。显然,要获得六方必须采用三把刀具,且刀尖要在同一圆周上均布。图4误差分析图3结构图5为主传动系统图。9、10、16为三个电磁离合器,当9吸合,10放开时,主轴经齿轮7、5、4、1获得高速,可进行正常的车削加工。当9放开,10吸合时,主轴经齿轮3、2、8、6获得低速,同时转矩经齿轮11、12从主轴箱输出,当16同时吸合时,刀盘15经齿轮13、14、19、20、17、18获得两倍于主轴的转速,此时可车方。刀盘轴的支承固定于横溜板上,而齿轮19的支座固定于大溜板上,齿轮副1920,1718间为活动铰链支承,使刀盘可纵向和横向进给。改进后的CLK6130数控车床,不仅增加了车方功能,而且将数控刀架改为排刀座,并配以自动夹紧和自动上下料装置,功能和效率大为提高。如图1所示零件,仅需20s,即可完成螺纹部分和两平行平面的加工。图5传动系统图1~8、11~14、17~201齿轮9、10、161电磁离合器151刀盘第一作者:李鹤,山东滕州市鲁南机床厂技术开发部,:277500(编辑刘茹贵(收修改稿日期:1998—01—05(上接第6页于伺服系统的多样性,目前还没有较为成熟的装置。413反馈修正型目前的数控机床绝大多数实现了闭环和半闭环控制,采用码盘或光栅作为反馈检测元件。反馈修正的策略是将误差计算量转换成反馈测量传感器的当量数据,反向叠加到反馈系统中,利用数控系统位置调节功能实现补偿。当然,这也只能补偿运动方向上的传动误差(单项,修正不了空间误差。90年代初,在NIST(美国国家标准支持下,美国Michigan大学成功地开发出三坐标反馈修正装置。414其它方法机床构件各点温度差异导致热变形,在关键点进行温度监控,通过在一定位置布置加热元件或冷却系统,实现温度场的均衡,减少热误差。德国WaldrichCoburg公司、Hauser公司及日本的安田工业公司都在机床中实现应用。5误差补偿的应用和发展误差补偿技术在CMM上已经得到了较广泛的应用。德国著名的ZEISS公司用该技术,产品精度提高40%。意大利的DEA公司、美国的GIDDINGS&LEWIS公司及国内有关厂家等都应用了该技术。相比之下,数控加工机床工况复杂、环境恶劣,且需要对空间轨迹进行实时补偿,特别是由于数控系统的封闭性和多样性,该技术还处于试用阶段。随着新一代开放型数控系统的推广和普及,NC型补偿将变得简单实用,该技术已呈现出强大的生命力和发展前景。CAQC技术已成为加工过程的重要组成部分(在美国发展QIA技术:QualifyinAutomation,使高精度的在机监控技术得到迅速发展,误差分析和补偿是该技术的基础。目前,天津大学在国家自然科学基金支持下,对此进行全面系统的研究,最终目标是将数控机床发展成高精度加工和检测的集成设备。参考文献1LiuYouwu,ZhangQingetc.TheCompensativeTechniqueofPosi2tioningErrorsforNCMachineTools.InternationalConferenceonIntelligentManufacturing.Wuhan,1995:843~8462ShengBohao.ComprehensiveDynamicCompensationTechnologyforErrorofCNCMachineTools.AsianIndustrialTechnologyCongress.HongKong,1997.3ZhangQing,LiuYouwuetc.AMethodofEnhancingthePosition2ingAccuracyforNCMachineTools.ChineseJournalofMechanicalEngineering.1996,9(44J.S.Chenetc.Real2timeCompensationforTime2variantVolumet2ricErrorsonaMachiningCenter.ASME.1993,115:472~4795盛伯浩1数控机床误差的综合动态补偿1WMEM11995(26章青1数控机床定位误差建模、参数辨识及补偿技术的研究1天津大学博士论文,1995.第一作者:刘又午,天津大学机械工程学院,:300072(编辑徐鸿根(收稿日期:1998-05-07・12・1998年第12期五轴数控机床的动态特性测定和调整方法摘要:五轴机床对机床装备制造业意义非凡,RTCP功能是衡量五轴机床性能的重要指标。在执行RTCP过程中,由于旋转轴的加入,需要对直线轴进行非线性补偿,因此旋转轴和直线轴的伺服动态特性需要进行测定和调整,才能保证加工动态精度。本文对RTCP原理进行了简单介绍,设计了一种五轴动态精度测定算法,通过该算法对五轴机床的5个伺服轴特性进行了强弱排序,从而对伺服参数进行优化和调整。以五轴叶轮加工为例,将伺服参数调整前后所加工的叶轮的加工质量进行对比,证明该方法取得了较好的效果。关键字:RTCP;五轴动态精度;伺服不匹配度Abstract:Five-axismachineissignificantfortoolequipmentmanufacturingindustry,andthefunctionofRTCPisaveryimportantreferencetoevaluatetheperformanceofafive-axismachinetool.DuringtheprocesswiththeRTCPfunctionturningon,itneedsanonlinearpositioncompensationforthelinearaxesbecauseoftherotaryaxes,sotheabilityofservofollowingofthelinearaxesandrotaryaxesisrequiredtoguaranteetheprocessingdynamicprecision.Inthispaper,theprincipleofRTCPisintroducedandakindoffive-axisdynamicprecisionmeasurementalgorithmisdesigned.Accordingtothealgorithm,thefiveaxesareordered,whichhelpstooptimizeandadjusttheservoparameters.Takingfiveaxisimpellermachiningasanexample,themachiningqualityoftheimpellersiscomparedbeforeandaftertheadjustmentoftheservoparameters,anditshowsthatthebetterresultsareobtained.Keywords:RTCP;five-axisdynamicprecision;servodismatchingdegree五轴数控机床比原有的三轴数控机床拥有更多优点,如加工复杂曲面、减少加工工序从而提高加工效率。但是由于旋转轴的存在,在执行RTCP过程中,旋