感应电浆仪

浅谈仪器仪表雷电防护的必要性 静电放电（ESD）和电快速瞬变脉冲群（EFT）X寸仪器仪表系统会产生不同程度的危害。静电放电在5 ~20tMHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。 此辐射能量的峰值经常出现在35~45MHz之间发生自激振荡。许多信息传输电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内，结果电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射，从而耦合到电缆和机壳线路。当电缆暴露在4 ~8kV静电放电环境中时，信息传输电缆终端负载上可以测量到的感应电压可达到600V这个电压远远超出了典型数字仪器仪表的门限电压值0~4V典型的感应脉冲持续时间大约为400ns仪器仪表在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致电子设备的损坏，损坏的原因是仪器仪表中的半导体器件（包括二极管、晶体管、可控硅和集成电路等）皮烧毁或击穿。据统计仪器仪表的故障有75%是由于瞬变和浪涌造成的。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破，就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些，都是仪器仪表的隐形致命杀手。因此，为了提高仪器仪表的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。 防雷端口根据仪器仪表应用的工程实践，仪器仪表受雷击可大致分为直击雷、感应雷和传导雷。但不论以哪一种形式到达设备都可归纳为从以下4个部位侵入的雷电浪涌，在此把这些部位称为防雷端口，并以仪器仪表举例说明。 外壳端口比如说，我们可以把任何一个大的或小的仪器仪表或系统视为一个整体的外壳，如传感器、传输线、信号中断、现场仪表、DCS系统等，它们都有可能完全暴露在环境中受到直接雷击，造成设备损坏。 标准规定，当设备外壳受到4kV的雷电静电放电时，都会影响仪器仪表或系统的正常运行。例如放置于室外的传感器端子箱有可能受到雷电接触放电；位于机房内的DCS机柜有可能受到大楼立柱泄流时的空气放电。 信号线端口含天馈线、数据线、控制线等。 在控制系统中，为了实现信号或信息的传递总要有与外界连接的部位，如过程控制系统的信号交接端的总配线架、数据传输网的终端、微波设备到天线的馈线口等等，那么这些从外界接收信号或发射信号出去的接口都有可能受到雷电浪涌冲击。因为从楼外信号端口进来的浪涌往往通过长电缆，所以采用10/7（0Fs波形，标准规定线到线间浪涌电压为05kV，线到地间浪涌电压为1kV.而楼内仪器仪表之间传递信号的端口受到浪涌冲击相当于电源线上的浪涌冲击，采用1.2/50（8/20）Ms组合波，线到线、线到地浪涌电压限值不变。一旦超过限值，信号端口和端口后的设备有可能遭受损坏。 电源端口电源端口是分布最广泛也最容易感应或传导雷电浪的部位，从配电箱到电源插座这些电源端口可以处在任何位置。标准规定在L 2/50（8/20）Ms波形下线与线之间浪涌电压限值为Q 5kV线到地浪涌电压限制为1kV但这里的浪涌电压是指明工作电压为220V交流进入的，如果工作电压较低则不能以此为标准，电源线上受较小的浪涌冲击不一定立即损坏设备，但至少寿命有影响。 接地端口尽管在标准中没有专门提到接地端口的指标，实际上信息技术设备地端口是非常重要的。在雷电发生时接地端口有可能受到地电位反击、地电位升格地满□高影响，或者由于接地不良、接地不当使地阻过大达不到电位要求使设备损坏。接地端口不仅对接地电阻接地线极（长度、直径、材料）、接地方式、地网的设置等有要求，而且还与设备的电特性、工作频段、工作环境等有直接的关系。同时从接地端还有可能反击到直流电源端口损坏直流工作电压的设备。综上所述，信息技术设备的防雷可以考虑从四个关键的端口入手，如所示。 仪器仪表防雷的四个关键的端口，仪器仪表的端口保护外壳端口仪器仪表的外壳端口保护不仅仅是建筑物外壳，也应当包括某个设备的外壳或者某套系统的外壳，比如说机柜、计算机室等。按照EC 1312-1雷电电磁脉冲的防护第一部分（一般原则）的适用范围为：建筑物内或建筑物顶部仪器仪表系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、维护。其保护方法主要有三种：接地、屏蔽及等电位连接。 接地EC1024-1已经阐述了建筑物防雷接地的方法，主要通过建筑物地下网状接地系统达到要求。仪器仪表系统防雷时还要求对相邻两建筑物之间通过的电力线，通信电缆均必须与建筑物接地系统连接起来（不能形成回路）以利用多条并行路径减少电缆中的电流。 仪器仪表系统的接地更应当注意系统的安全性和防止其它系统干扰。一般来说工作状态下仪器仪表系统接地不能直接和防雷地线相连，否则将有杂散电流进入仪器仪表系统引起信号干扰。正确的连接方式应当在地下将两个不同地网，通过放电器低压避雷器连接，使其在雷击状态下自动连通。 屏蔽从理论上考虑，屏蔽对仪器仪表外壳防雷是非常有效的。但从经济合理角度来看，还是应当从设备元器件抗扰度及对屏蔽效能的要求来选择不同的屏蔽方法。线路屏蔽，即在仪器仪表系统中采用屏蔽电缆已被广泛应用。但对于设备或系统的屏蔽需要视具体情况而定。EC提出了采用建筑物钢筋连到金属框架的措施举例。 表系统的主要电磁干扰源是由一次闪击时的几个雷击的瞬时电流造成的瞬态磁场。如果包含仪器仪表系统的建筑物或房间，用大空间屏蔽，通常在这样的措施下瞬时电场被减少到一个足够低的值。 等电位接连等电位连接的目的是减小仪器仪表之间和仪器仪表与金属部件之间的电位差。在防雷区的界面处的等电位连接要考虑建筑物内的仪器仪表系统，在那些对雷电电磁脉冲效应要求最小的地方，等电位连接带最好采用金属板，并多次与建筑物的钢筋连接或连接在其它屏蔽物的构件上。对于仪器仪表系统的外露导电物应建立等位连接网，原则上一个电位连接网不需要直接连在大地，但实际上所有等电位连接网都有通大地的连接。 信号线端口信号线端口保护现在已经有许多类型的较为成熟的保护器件，比如仪器仪表信号网络不同接口保护器、天馈线保护器、终端设备的保安单元等。在保护器选择时除了保护器本身的性能外，应该注意保护设备的传输速率、插入衰耗限值、驻波比、工作电压、工作电流等相关指标，如果在同一系统（或网络）使用多级保护还应该考虑相互配合问题。值得提出的是，当前由于商业因素，在同一网络中有过多使用保护器的倾向，其反而带来降低速率、增大衰耗、传输失真、信息丢失等问题。因此对某一网络的信号端口保护应在网络信号进出的交界面处安装合适的保护器即可。 在信号端口窜入的瞬态电流最容易损坏信号交换或转换单元及过程控制计算机，如主板、并行口、信号接口卡等。事实上瞬态电流或浪涌可能通过不同途径被引入到信号传输网络中，EEE 802-3以太网标准中列出了四种可能对网络造成威胁的情况。（1）局域网络元件和供电回路或受电影响的电路发生直接接触。（2）局域网电缆和元件上的静电效果。（3）高能量瞬态电流同局域网络系统耦合曲网络电缆附近的电缆引入）（4）彼此相连的网络元件的地线电压间有细小差别（例如两幢不同建筑的安全地线电压就有可能略有不同）。 以数据通信线为例，在R-232的串、并行口的标准中，用于泄放高能浪涌和故障电流的地线同数据信号的返回路径共享一条线路，而小至几十伏的瞬态电压都有可能通过这些串、并行口而毁坏计算机及打印机等设备，信号传输线也能直接将户外电源线上的瞬态浪涌传导进来，而信号接口能够传导由闪电和静电泄漏引起的浪涌电压。 用户应当对数据线保护器慎重选择有些保护器虽然起到了“分流”作用，但常常是将硅雪崩二极管（SAD）接在被保护线路和保护器外壳之间，测试表明SAD的钳位性能很好，但它电涌分流能力有限。同时压敏电阻（MOV池不能在数据线保护器上使用。先进的过程控制系统的信号接口防雷保护装置无论是R-232串等通信接口还是计算机同轴网络适配器接口）目前均采用瞬态过电压半导体放电管，其冲击残压参数指标很重要。有条件能够采取多级保护设计电路效果更佳。 天馈线保护器基本采用波导分流原理，其中发射功率400W，额定测试放电电流（8/20s）5kA传输频率25GH插入损耗08响应时间100ns 23电源端口原则上采用多级SPD做电源保护，但信息系统的电源保护由于其敏感性必须采用较低的残压值的保护器件，且此残压应当低于需要保护设备的耐压能力。同时还必须考虑到电磁干扰对仪器仪表系统的影响，因此带过滤波的分流设计应当更加理想。 所以对于仪器仪表系统电源保护特别注意的两点是：前两级采用通流容量大的保护器，在仪器仪表终端处则采用残压较低的保护器。最后一级的保护器中最好有滤波电路。对仪器仪表系统电源端口安装SPD时应注意以下问题。 多级SPD应当考虑能量配合、时间配合、距离配合。如果配合不当的话，效果将适得其反。 （2）连接防雷保护器的引线应当尽量粗和短。 （3）全保护时尽可能将所有连接线捆扎在一起。内容来自看仪器网

背景介绍随着工业的迅猛发展和环保意识的加强，油水分离技术更受到人们的重视。目前已知的油水分离方法主要有重力式分离、离心式分离、电分离、吸附分离、气浮分离等，各种分离方法比较结果见下表1:表1 各种油水分离方法的比较由于油、气、水的相对密度不同，组分一定的油水混合物在一定的压力和温度下，当系统处于平衡时就会形成一定比例的油、气、水相。当相对较轻的组分处于层流状态时，较重组分液滴根据斯托克斯公式的运动规律沉降。重力沉降油水分离法具有成本低性价比高的特点，可以达到一进二出的效果，进入的是含油过程水。上出分离的油下出洁净的水。重力式沉降分离设备常用于工业生产过程中。及时回收到所需要的组分有利于提高生产效率，降低生产成本。应用情况某饲料添加剂、食品添加剂及医药原料中间体生产的工厂会大量用到正己烷，正己烷是一种几乎不溶于水的无色液体，易溶于氯仿、乙醚、乙醇。常用于目标有机物的提取。根据正己烷的性质设计了使用重力沉降法将正己烷与含盐水分离出开来的装置。通过监测正己烷与含盐水分离界面的液位，通过水相液位触发排水管路排放阀择时排出体系中沉降下来的水组分，并保留目标组分正己烷。现场主要仪器: 3700电磁式电导率传感器，Si792防爆控制器如下图1所示:图1 Si792防爆型变送器和3700E探头测量方法3700E系列封装型无电极电导率传感器在溶液的闭合环路中感应产生电流，然后通过测量电流的大小来进行溶液的电导率的测定。电导率传感器驱动线圈A，在溶液中感应产生交流电流 线圈B检测感应电流的大小，该电流与溶液的电导率成正比。电导率传感器处理这个信号并显示相应的读数。图2 油水分离装置示意图正己烷与水分离器竖管上部和下部各有一个3700电磁式电导率传感器，相当于液位限定限位装置。水的密度比正己烷的密度大且不互溶，会在正己烷中以不连续液滴的形式缓慢下落到分离器下部的收集装置中。当收集装置装满了以后，水会没过竖管上部的3700探头，水中电荷穿过3700线圈时会在线圈中产生感应电流，电流达到阈值后变送器通过阈值报警功能给工控系统发出信号，并会触发储水管底部的电磁阀开关，打开流路排出收集装置中的水，此时水位会持续下降。直到分离器下部的 3700探头被非极性的正己烷介质浸没时，探头中不再有电荷穿过，不再产生感应电流，证明分离出的水已经排空，变送器给工控系统发出信号，触发排水阀关闭，储水管继续收集落下的水滴，如此往复以完成工艺过程控制。总结3700电磁式电导率传感器具有坚固的、无污染设计，极化、油污和污染等问题都不会影响无电极电导率传感器的性能。传感器具有自动温度补偿，可应用于电导率高达2000mS/cm，温度范围在0~200°C之间的溶液。具有多种安装模式可供选择，包括卫生型安装，接液部分的材料有聚丙烯、PVDF、PEEK或PFA Teflon等可供选择。此探头维护量低，探头对被测样品无污染，反应灵敏，和控制器的配置结构简单易维护，能免去大型油水分离装置的配置，节约运营成本。

300mm大硅片是集成电路制造不可或缺的基础材料，对整个集成电路产业的发展起着关键支撑作用。针对我国集成电路制造行业对低氧高阻、近零缺陷等硅片产品的迫切需求，亟需解决大直径、高质量硅单晶晶体生长技术中的氧杂质输运、晶体缺陷调控等基础科学问题，进而开发大直径单晶晶体生长技术，实现特定的晶体杂质、缺陷的人工调控，满足射频、存储等领域的应用需求。 　　近日，中科院微系统所魏星研究员团队，在300mm晶体生长的数值模拟研究领域取得重要进展。该团队自主开发了耦合横向磁场的三维晶体生长传热传质模型，并首次揭示了晶体感应电流对硅熔体内对流和传热传质的影响机制，相关成果于2023年05月以 “Effects of induced current in crystal on melt flow and melt-crystal interface during industrial 300 mm Czochralski silicon crystal growth with transverse magnetic field”为题，发表在美国化学会旗下晶体学领域的旗舰期刊《Crystal growth & design》上。 　　在本工作中，通过对比三组仿真结果，系统的分析了晶体电导率、磁场强度、晶转速率这三个关键参数对晶体内感应电流的影响，进而分析了其对熔体对流、温度分布和界面形状的影响。结合实验数据，模型准确性得以验证，并预测了建模所需的合理的晶体电导率。研究结果表明，当晶体中感应电流增加时，界面下强制对流的驱动力逐渐从离心力转变为洛伦兹力，并改变强制对流的旋转方向，从而影响固液界面形状。这项研究弥补了传统模型的忽略晶体感应电流的不足，首次系统地揭示了晶转引起的感应电流以及关键工艺参数对传热传质、固液界面等的影响，大大提高了仿真结果的准确性，为近零缺陷硅片产品晶体生长技术的优化提供了理论支撑。 　　中科院上海微系统所陈松松助理研究员为文章的第一作者，魏星研究员为通讯作者。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所原名中国科学院上海冶金研究所，前身是成立于1928年的国立中央研究院工程研究所，是中国最早的工学研究机构之一。中国科学院上海微系统与信息技术研究所学科领域为：电子科学与技术、信息与通信工程；学科方向为微小卫星、无线传感网络、未来移动通信、微系统技术、信息功能材料与器件。图 1 模型示意图2 (a)晶体感应电流，(b)强制对流驱动力示意图和熔体自由液面温场、流场分布图