ELAN系列ICP-MS的结构和原理

ELAN系列ICP-MS的结构和原理
ELAN系列ICP-MS的结构和原理

ELAN系列ICP-MS的结构和原理

1.总体描述

仪器的构造包括:进样系统,电感耦合等离子体离子源(ICP),接口(采样锥和截取锥),离子光学系统,动态反应池(DRC,ELAN 9000中不含这一部分,在ELAN DRC-e和DRC II中为标准配置),四极杆质谱仪(MS)和检测器。除了这些部件,仪器还包括一个内置于质谱仪中的真空系统。整个仪器由软件进行自动控制。

这些区域的位置下图所示。

2.进样系统概述

样品进样系统是将待测样品转变成合适的形式,即雾化的电离状态从而进入仪器的接口区。简单地讲,样品进样系统的目的就是将样品送入等离子体。下面的框图说明了样品在流经ELAN的样品进样区所经过的区域,包括以下几部分:蠕动泵、雾化器、雾室、ICP炬管。

2.1 蠕动泵

系统集成的蠕动泵是为了保证在一定的流速下将液体样品由容器送入雾化器。它位于顶盖的右侧。

通过改变滚轮的转速,蠕动泵还可以调节样品的提升率。另外,由于样品的粘度不同(标准样品和空白样品),蠕动泵还可补偿提升率的不同。

2.2 雾化器

ELAN 9000和DRC-e标准的样品进样系统是耐HF酸耐高盐分进样系统。

2.3 雾室

ELAN 9000和DRC-e的标准配置雾室由Ryton材料制成。这种聚合物可耐无机酸和有机溶剂。

2.4 ICP炬管

很小的样品气雾液滴在雾化器气流的带动下由雾室出来进入ICP炬管。这是通过一个很小的喷射管完成的。在ELAN 9000和DRC-e标准配置中,喷射管是由刚玉制成的。

3.电感耦合等离子体离子源(ICP)

射频发生器是ELAN主要部件。它是完全由计算机控制,功率为40MHz的自激设计。计算机控制可以使整个系统实现自动化操作。

射频发生器的作用是将交流功率转换成为射频功率,从而用来维持氩气等离子体。使用40MHz的频率,振荡器使用一个功率放大器,可以产生1.6kW的功率。

感应加热线圈:射频感应加热线圈包括3匝铜管。感应加热线圈冷却是借助于将等离子体带入炬管的氩气进行的,因此无需另外的冷却液体用来冷却感应加热线圈。

外壳:射频发生器的外壳是由一个厚铝板制成的。盒子上所有的接缝处均采用连续焊接,可以对射频干扰/电磁干扰(RFI/EMI)进行恰当的屏蔽。

4.接口区域概述

ELAN的两部分在不同的压力下操作。仪器的质谱仪部分在操作中需要真空,而ICP部分是在大气压下操作的。由于存在不同的压力需求,ELAN设计有一个接口区域,它可以通过一些减压步骤将等离子体中的离子送入质谱仪。接口本身是由铝制成的,由于其中含有样品锥使得它可以将样品离子送入质谱仪。接口机架用螺栓固定在真空室上。下图表明了仪器中接口区域的位置。

接口部分包括一个采样锥和一个截取锥。采样锥是一个钝锥,中间有一个入射孔。孔的直径为1.1毫米(0.045英寸)。等离子体直接打到采样锥上,采样锥对通过中心部分等离子体的气体进行分离,只允许富含样品离子的气体进入接口区域。大部分等离子体氩气在采样锥处被拦截,使用真空泵将废气抽走。真空泵的真空度约为4托,可将大部分的气流抽走。

进入采样锥的离子气体还要经过截取锥。截取锥是一个锐角锥,中间的孔径为0.9毫米(0.035英寸)。这同样会对最初来自等离子体的气流产生约束,控制它们在中间区域流动。

5.离子透镜-自动透镜功能(AutoLens)

使用ELAN的自动透镜功能可以允许透镜扫描与四极质量扫描同步进行。自动透镜由软件自动控制,动态调整透镜来达到最优的设置,在扫描的同时对每一个同位素调整它的质量范围。这意味着对于每一个质量都使用的是最佳的透镜条件。同时避免了对各种操作条件的折中。由于透镜的这种设计,使得分析灵敏度和精度都大大提高,同时减小了基体效应。

6.动态反应池

动态反应池(DRC)是内有一个四极杆系统的反应池。与中阶梯分光ICP-OES相似,DRC-ICP-MS具有双四极杆质量分析器,即ICP-MS-MS,DRC部分进行化学反应并与主四极杆同步扫描实现离子初步选择和过滤,大大延长了ICP-MS主四级杆质量分析器的寿命,提高了ICP-MS的性能和灵活度。

DRC本身具有离子选择过滤的功能。例如分析56Fe+时,反应气CH4与ArO+发生反应产生O原子、Ar原子及带正电的CH4+离子,由于CH4+离子的质量数(16)与56Fe+相差较大,在产生的瞬间就在DRC的四极杆中强烈偏转而被消除,完全消除了其进一步反应产生其它离子的可能性。

在测定40Ca时,由于CH4的电离电位(10.2eV)比Ar的电离电位(15.8eV)低,发生CH4与40Ar+的反应,进行电荷置换,这种反应是放热反应,而且速率快;但是,Ca的电离电位(6.1eV)比CH4低的多,无法进行反应。

而在碰撞池中使用的是六极杆或八极杆,只起离子透镜的作用,产生的任何离子都可以通过,在池中通入大量H2或He通过碰撞降低某些离子能量,然后加反向电场加以甄别,但在降低ArO+和40Ar+能量的同时,也相应降低了K、Ca等的能量,在甄别中被消除,使得测量的灵敏度损失严重,甚至无法进行测量。

DRC的扫描线相当于中阶梯分光系统中的三棱镜,起离子预过滤的作用。例如测量59Co时,CH4+和Ca+在产生的瞬间就会在DRC的四极杆中强烈偏转而打在DRC四极杆上被吸收过滤掉,不可能产生Ca CH4+干扰离子。此时能够在DRC四极杆中存在并通过的仅有质量数为58、59、60的离子,大大缩短了主四极杆的质量扫描时间,有利于提高仪器的分辨率。

碰撞池的六极杆或八极杆不能加直流过滤电压,因而其扫描线与横坐标相同,任何质量的离子都可以通过。

ELAN DRC拥有的强大的抗干扰能力和分析物传送能力成就了极佳的信噪比。实测中在峰背景值降到了1cps,比那些碰撞池系统的报道数据要低50到150倍。低的在峰背景值就意味着低的背景当量值(BEC),这是检测能力的真正量度标准。如果信号值落到了BEC以下,那它已是由背景产生的噪音。在超痕量的测量中,实际上是BEC值限制了分析,而不是检出限。更低的BEC意味着可以在超痕量水平上的精确定量。

z只有DRC技术可以达到9个数量级的干扰去除,相比之下,碰撞池或者碰撞反应池最高只能达到3个数量级的干扰去除效果。

z只有DRC技术可以完全不需要冷等离子体,而碰撞池或者碰撞反应池依然需要冷等离子体分析Ca、K、Fe等元素,样品需要进行标准加入等复杂的处理。

z只有DRC技术可以达到优于150,000的化学分辨率,而且在提高分辨率的同时不损失分析的灵敏度。化学分辨率=(待测物质量数-干扰物质量

数)/待测物质量数,例如:87Sr-87Rb(287,000),204Hg-204Pb(450,000)。

这一分辨率远远优于电磁双聚焦的ICP-MS。

7.四极杆

四极杆质谱仪是一个由四个平行的导电棒组成的质量过滤器,只有具有一定质荷比的离子才能在任意时刻及时通过质谱仪。质量不符合要求的离子与棒相碰撞或者离开棒之间的轨道,被泵抽出系统。

双曲面镀金陶瓷四极杆是目前最新的专利技术。这意味着四极杆之间的热膨胀系数很小,而且可以很好地相互匹配。为了能够产生双曲面电场,棒的形状与尺寸完全相同,以及它们之间的间距也必须完全相同。当恰当地将直流和交流电压施加于这些棒的时候,可以实现对质量进行选择性过滤的功能。

在几毫秒内就可以对整个质量范围由1到270原子质量单位(amu)进行扫描。用户可以通过操作计算机选取扫描范围,可以是整个扫描范围,也可以是其中一部分。通过改变施加于质量过滤器上的电压,可以在微秒范围内改变可通过的离子质量,从而保证可以对整个质量范围进行快速扫描。

8.检测器

双模式检测器是整个系统构成中的一个重要组成部分。它检测到通过四极杆的离子后,产生可被电子检测元件处理的放大信号,然后发送到计算机进行数据处理。

检测器的特点是,它可以同时检测模拟信号和脉冲信号。在维持低背景计数率的条件下,可以在更高的动态范围内使对离子信号的计数率达到最大。

检测器位于真空室中。它包括26个倍增电极,这些电极负责执行电子倍增程序。离子首先通过四极杆,然后撞在第一个倾斜的电极上。这会使离子经历一个曲线轨迹,将信号离子与背景噪声分离,背景噪声包括中性物和来自离子源的电磁辐射。一旦离子与第一个电极碰撞,就会产生二次电子。随着电子从电极上依次往下传,由电极表面射出的电子数目倍增。这一信号经电子检测元件处理,然后发送到计算机进行数据处理。

如果脉冲信号超过2×106计数,一个单独的电极就会转换成为接地电位,使检测器的脉冲方式失效。同时,检测器的模拟方式仍然有效,可以检测离子撞击13个倍增电极所产生的电流。转换到模拟方式后,检测器的动态检测范围增加。动态检测范围增加可以更为精确地检测更高的计数率,一次扫描中动态检测范围可以达到9个数量级。在模拟方式下,当离子流量超过扩展动态检测范围的界限时,检测器自动保护。柱面透镜上会产生电压通过将离子束扩散,从而阻止更多的离子进入四极杆。

9.真空室

真空室的特殊设计采用了CAD/CAM技术。透镜、动态反应池、四极杆和检测器等所有关键装置的电板均直接安装在箱体上,从物理位置上尽量接近它们控制的设备。在机架内使用特殊设计的引线将耦接头直接连接可以实现最短的连接,将静电干扰降到最低。特别重要的是,当与射频和脉冲电子元件同时工作时,可以消除噪音。

真空泵由两个机械泵和两个涡轮分子泵组成,为降低噪音,两个涡轮分子泵由同一套控制系统进行控制。

10.计算机

ELAN使用基于Windows XP操作系统的计算机运行ELAN软件。使用软件可以对整个系统进行控制。

ELAN 系统的软件具有以下特点:

ELAN 软件为多任务程序,它可以控制和监视系统的操作参数,数据采集以及样品进样。

具有以下几种分析功能:定量分析,半定量分析,同位素比,同位素稀释,谱扫描和强度/时间分析。

从仪器的功能介绍到对结果的分析都采用易于理解的图片来帮助用户。DynaRinse:一台计算机控制的动态变量泵和自动取样系统可以在保证最大样品通过量的条件下大大优化清洗,读数和洗涤时间。

Reporter:可以灵活地输出文件。针对客户的需求,可以使用任意一部分数据或计算结果制作数据报告。

PathFinder:在线帮助系统

使用者通过ELAN软件来操作仪器。这个程序不仅容易理解,而且可以通过简单操作实现复杂的分析功能。在windows中使用下拉式菜单、对话框、快捷键、特殊功能键和鼠标,ELAN软件可以帮助用户控制仪器并且获取数据。

ELAN是真正的多任务处理软件。所有的关键系统功能均可用。按开始按钮即会自动启动开始程序。所有的仪器子系统,例如样品进样系统、等离子体、接口、透镜、四极杆、检测器、多通道分析器和真空系统等都是受计算机控制。为了实现仪器性能优化,AutoTune可以自动调整一些重要的操作参数。

系统安装就绪开始运行后,内置的在线系统诊断程序连续监视系统的所有关键操作参数,这样可以保证仪器在最佳状态下持续运行。

AutoAnalyst可以使数据分析实现自动化。单击需要的元素,与此同时一种方法就会自动生成。用户通过使用动态在线QA/QC做出判断和采取行动程序,来实现实时自动检查样品实验结果。

PathFinder是一个在线帮助顾问。面向任务的QuickSteps使用者指南帮助分析员一步一步地熟悉仪器操作。PathFinder可以帮助操作者解决他们在分析中遇到的各种问题。

多任务处理的ELAN软件不仅控制和监视系统运行参数以及数据读取功能,它还可以控制样品进样系统。

四极杆电源具有优越的稳定性,这可以保证仪器单点峰跳跃。这将使仪器在最佳信噪比的条件下,在最短的合理时间内达到最低检测限。

DynaRinse技术是由计算机控制的动态变量泵和自动取样系统,在最大样品通过量的条件下优化了清洗、读取和洗涤时间。需要的清洗时间越短,系统就可以更加快速地分析下一个样品。对样品通过量进行了优化,同时样品在转移过程中的污染也会降到最低程度。

当离子信号超负荷时Signal Guard技术可以对检测器进行自动保护,因此在对未知样品进行分析时,完全无需担心损坏仪器或是数据丢失。

最后,对未知样品,Simul Scan可以允许在一次扫描中进行同时检测,而无需事先了解样品信息。这表明只需一次扫描就可以获得样品全部的谱信息。

IGBT的结构和工作原理

IGBT的结构和工作原理 图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,N+ 区称为源区,附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区(包括P+ 和P 一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannel region )。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区(Drain injector ),它是IGBT 特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。 IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP 晶体管提供基极电流,使IGBT 导通。反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后,从P+ 基极注入到N 一层的空穴(少子),对N 一层进行电导调制,减小N 一层的电阻,使IGBT 在高电压时,也具有低的通态电压。 2.IGBT 的工作特性 1.静态特性 IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。 IGBT 的伏安特性是指以栅源电压Ugs 为参变量时,漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs 的控制,Ugs 越高,Id 越大。它与GTR 的输出特性相似.也可分为饱和区1 、放大区2 和击穿特性3 部分。在截止状态下的IGBT ,正向电压由J2 结承担,反向电压由J1结承担。如果无N+ 缓冲区,则正反向阻断电压可以做到同样水平,加入N+缓冲区后,反向关断电压只能达到几十伏水平,因此限制了IGBT 的某些应用范围。 IGBT 的转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。它与MOSFET 的转移特性相同,当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时,IGBT 处于关断状态。在IGBT 导通后的大部分漏极电流范围内,Id 与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制,其最佳值一般取为15V左右。 IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时,由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管,所以其B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构,但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。此时,通态电压Uds(on) 可用下式表示: Uds(on) =Uj1 +Udr +IdRoh 式中Uj1 —— JI 结的正向电压,其值为0.7 ~1V ;Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降;Roh ——沟道电阻。

航空发动机原理与构造复习题

一、选择题 1.燃气涡轮发动机的核心机包括 C 。 A.压气机、燃烧室和加力燃室B.燃烧室、涡轮和加力燃室 C.压气机、燃烧室和涡轮D.燃烧室、加力燃室和喷管 2.在0~9截面划分法中,压气机出口截面是 B 。 A.1—1截面B.3—3截面C.4—4截面D.6—6截面 3.在0~9截面划分法中,燃烧室出口截面是。 C A.1—1截面B.3—3截面C.4—4截面D.6—6截面 4.发动机正常工作时,燃气涡轮发动机的涡轮是_____B____旋转的。 A.压气机带动B.燃气推动 C.电动机带动D.燃气涡轮起动机带动 5.气流在轴流式压气机基元级工作叶轮内流动,其_____C____。 A.相对速度增加,压力下降B.绝对速度增加,压力增加 C.相对速度降低,压力增加D.绝对速度下降,压力增加 6.气流在轴流式压气机基元级整流环内流动,其____C_____。 A.相对速度增加,压力下降B.绝对速度增加,压力增加 C.相对速度降低,压力增加D.绝对速度下降,压力增加 7.气流流过轴流式压气机,其____C_____。 A.压力下降,温度增加B.压力下降,温度下降 C.压力增加,温度上升D.压力增加,温度下降 8.轴流式压气机基元级工作叶轮叶片通道和整流环叶片通道的形状是____C_____。A.工作叶轮叶片通道是扩散形的,整流环叶片通道是收敛形的 B.工作叶轮叶片通道是收敛形的,整流环叶片通道是扩散形的 C.工作叶轮叶片通道是扩散形的,整流环叶片通道是扩散形的 D.工作叶轮叶片通道是收敛形的,整流环叶片通道是收敛形的 9.轴流式压气机基元级工作叶轮和整流环的安装顺序和转动情况是_____B____。A.工作叶轮在前,不转动;整流环在后,转动 B.工作叶轮在前,转动;整流环在后,不转动 C.整流环在前,不转动;工作叶轮在后,转动 D.整流环在前,转动;工作叶轮在后,不转动 10.轴流式压气机基元级工作叶轮和整流环的安装顺序和转动情况是_____B____。A.工作叶轮在前,不转动;整流环在后,转动 B.工作叶轮在前,转动;整流环在后,不转动 C.整流环在前,不转动;工作叶轮在后,转动 D.整流环在前,转动;工作叶轮在后,不转动 11.多级轴流式压气机由前向后,____A_____。 A.叶片长度逐渐减小,叶片数量逐渐增多 B.叶片长度逐渐减小,叶片数量逐渐减小 C.叶片长度逐渐增大,叶片数量逐渐增多 D.叶片长度逐渐增大,叶片数量逐渐减小 12.涡轮由导向器和工作叶轮等组成,它们的排列顺序和旋转情况是___A_____。A.导向器在前,不转动;工作叶轮在后,转动 B.导向器在前,转动;工作叶轮在后,不转动

航空发动机原理

航空发动机原理 航空发动机的主要功用是为飞行器提供推进动力或支持力,是飞行器的心脏。自从飞机问世以来的几十年中,发动机得到了迅速的发展,从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机,到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机,还有运载火箭上可以在外太空工作的火箭发动机等,时至今日,航空发动机已经形成了一个种类繁多,用途各不相同的大家族。 航空发动机常见的分类原则有两种:按空气是否参加发动机工作和发动机产生推进动力的原理。按发动机是否须空气参加工作,航空发动机可分为两类 1、吸空气发动机简称吸气式发动机,它必须吸进空气作为燃料的氧化剂(助燃剂),所以不能到稠密大气层之外的空间工作,只能作为航空器的发动机。一般所说的航空发动机即指这类发动机。如根据吸气式发动机工作原理的不同,吸气式发动机又分为活塞式发动机、燃气涡轮发动机、冲压喷气式发动机和脉动喷气式发动机等。 2、火箭喷气式发动机是一种不依赖空气工作的发动机,航天器由于需要飞到大气层外,所以必须安装这种发动机。它也可用作航空器的助推动力。按形成喷气流动能的能源不同,火箭发动机又分为化学火箭发动机、电火箭发动机和核火箭发动机等。 按产生推进动力的原理不同,飞行器的发动机又可分为 1、直接反作用力发动机 直接反作用力发动机是利用向后喷射高速气流,产生向前的反作用力来推进飞行器。直接反作用力发动机又叫喷气式发动机,这类发动机有涡轮喷气发动机、冲压喷气式发动机,脉动喷气式发动机,火箭喷气式发动机等。 2、间接反作用力发动机两类。 间接反作用力发动机是由发动机带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气作功,使空气加速向后(向下)流动时,空气对螺旋桨(旋翼)产生反作用力来推进飞行器。这类发动机有活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨风扇发动机等。而涡轮风扇发动机则既有直接反作用力,也有间接反作用力,但常将其划归直接反作用力发动机一类,所以也称其为涡轮风扇喷气发动机。 附图: 活塞式发动机 航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的。 为航空器提供飞行动力的往复式内燃机。发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力。 从1903年第一架飞机升空到第二次世界大战末期,所有飞机都用活塞式航空发动机作为动力装置。40

igbt工作原理及应用

igbt工作原理及应用 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的保护 引言 绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,因此,可以把其看作是MOS输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。在中大功率的开关电源装置中,IGBT由于其控制驱动电路简单、工作频率较高、容量较大的特点,已逐步取代晶闸管或GTO。但是在开关电源装置中,由于它工作在高频与高电压、大电流的条件下,使得它容易损坏,另外,电源作为系统的前级,由于受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大,故IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而,在选择IGBT时除了要作降额考虑外,对IGBT的保护设计也是电源设计时需要重点考虑的一个环节。 1 IGBT的工作原理 IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止 由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定:

——IGBT栅极与发射极之间的电压; ——IGBT集电极与发射极之间的电压; ——流过IGBT集电极-发射极的电流; ——IGBT的结温。 如果IGBT栅极与发射极之间的电压,即驱动电压过低,则IGBT不能稳定正常地工作,如果过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏;同样,如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压,流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流,IGBT的结温超过其结温的允许值,IGBT都可能会永久性损坏。 2 保护措施 在进行电路设计时,应针对影响IGBT可靠性的因素,有的放矢地采取相应的保护措施。 2.1 IGBT栅极的保护 IGBT的栅极-发射极驱动电压VGE的保证值为±20V,如果在它的栅极与发射极之间加上超出保证值的电压,则可能会损坏IGBT,因此,在IGBT的驱动电路中应当设置栅压限幅电路。另外,若IGBT的栅极与发射极间开路,而在其集电极与发射极之间加上电压,则随着集电极电位的变化,由于栅极与集电极和发射极之间寄生电容的存在,使得栅极电位升高,集电极-发射极有电流流过。这时若集电极和发射极间处于高压状态时,可能会使IGBT发热甚至损坏。如果设备在运输或振动过程中使得栅极回路断开,在不被察觉的情况下给主电路加上

航空发动机原理试题

《气体动力学基础》试卷 一、 填空(30分,每空1分) 1. 气体密度是指_单位容积内气体的质量_。从微观上讲,密度的大小代表了_气体分子的疏密程度_。气体流过航空发动机的喷管时,其密度的变化规律是__减小__。 2.从微观上讲,气体压力是_大量气体分子无规则运动碰撞器壁的总效应_。在比容一定的情况下,气体温度升高,引起气体压力的变化规律是_增大 。 3.定压比热是指_在压力一定的条件下,1kg 气体温度升高或降低1℃,所需吸收或放出的热量_;定压比热与定容比热的关系式可以写成 R c c v p +=。 4.绝热过程是指 气体在和外界没有任何热交换的前提下,所进行的热力过程 ;在该过程中压力和比容的关系式可以写成k v v p p )(2 112=;该过程的外(容积)功的计算式可以写成)(1 11122v p v p k l --=。 5.“一维定常流”中“一维”是指_气流参数是一维坐标的函数_。 6.可压流的连续性方程可以写成 常数=V A ρ ,它说明_在一维定常流的条件下,流过各截面的气体流量相等_。 7. 一维定常流能量(焓)方程的一般形式是 1221222 i i V V l q -+-=±±外 。气体流过发动机的涡轮时,能量方程可以改写成 l V V i i +-=-2 212221 ,此方程表示的能量转换关系是 气体焓的下降,用来对外作功和增加气体的动能 ;气体流过发动机进气道时,能量方程可以改写成常数=+2 2 V i ,此方程表示的能量转换关系是_焓和动能之和保持不变 。 8.滞止压力(总压)是指_理想绝能条件下,将气流滞止到速度为零时的压力_。气体流过发动机的进气道时,在不考虑流动损失的情况下,总压的变化规律是 不变_的。

解析IGBT工作原理及作用

解析IGBT工作原理及作用 一、IGBT是什幺 ?IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半 导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小, 开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流 系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 ?通俗来讲:IGBT是一种大功率的电力电子器件,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。三大特点就是高压、大电流、高速。 ?二、IGBT模块 ?IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写,IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点,又具有双极型器件饱和压降 低而容量大的优点,其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工 作于几十kHz频率范围内,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。 ?IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT的栅极和发射极之 间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之 间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,

《航空发动机结构分析》思考题

《航空发动机结构分析》 课后思考题答案 第一章概论 1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型?指出它们的共同点、区别和应用。 答: 2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的? 答:涡喷二十世纪三十年代(1937年WU;1937年HeS3B); 涡扇 1960~1962 军用涡扇 1966~1967 3.简述涡轮风扇发动机的基本类型。 答:不带加力,带加力,分排,混排,高涵道比,低涵道比。 4.什么是涵道比?涡扇发动机如何按涵道比分类? 答:(一)B/T,外涵与内涵空气流量比; (二)高涵道比涡扇(GE90),低涵道比涡扇(Al-37fn) 5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。 答:压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。 6.从发动机结构剖面图上,可以得到哪些结构信息? 答: a)发动机类型 b)轴数 c)压气机级数 d)燃烧室类型 e)支点位置 f)支点类型 第二章典型发动机 1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标,指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指 标。 答:涡喷表2.1 涡扇表2.3 军用涡扇表2.2

2.al-31f发动机的主要结构特点是什么?在该机上采用了哪些先进技术? 答:AL31-F结构特点:全钛进气机匣,23个导流叶片;钛合金风扇,高压压气机,转子级间电子束焊接;高压压气机三级可调静子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片;环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴,两个点火器,采用半导体电嘴;高压涡轮叶片不带冠,榫头处有减振器,低压涡轮叶片带冠;涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器,可使冷却空气降温125-210*c;加力燃烧室采用射流式点火方式,单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障;收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成;排气方式为内、外涵道混合排气。 3.ALF502发动机是什么类型的发动机?它有哪些有点? 答:ALF502,涡轮风扇。优点: ●单元体设计,易维修 ●长寿命、低成本 ●B/T高耗油率低 ●噪声小,排气中NOx量低于规定 第三章压气机 1.航空燃气涡轮发动机中,两种基本类型压气机的优缺点有哪些? 答:(一)轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大,迎风阻力小,但是单级压比小,结构复杂; (二)离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高;但是迎风面积大,难于获得更高的总增压比。 2.轴流式压气机转子结构的三种基本类型是什么?指出各种转子结构的优缺点。 答 3.在盘鼓式转子中,恰当半径是什么?在什么情况下是盘加强鼓? 答:(一)某一中间半径处,两者自由变形相等联成一体后相互没有约束,即无力的作用,这个半径称为恰当半径;(二)当轮盘的自由变形大于鼓筒的自由变形;实际变形处于两者自由变形之间,具体的数值视两者受力大小而定,对轮盘来说,变形减少了,周向应力也减小了;至于鼓筒来说,变形增大了,周向应力增大了。 4.对压气机转子结构设计的基本要求是什么? 答:基本要求:在保证尺寸小、重量轻、结构简单、工艺性好的前提下,转子零、组件及其连接处应保证可靠的承受载荷和传力,具有良好的定心和平衡性、足够的刚性。 5.转子级间联结方法有哪些 答:转子间:1>不可拆卸,2>可拆卸,3>部分不可拆部分可拆的混合式。 6.转子结构的传扭方法有几种?答: a)不可拆卸:例,wp7靠径向销钉和配合摩擦力传递扭矩; b)可拆卸:例,D30ky端面圆弧齿传扭; c)混合式:al31f占全了;cfm56精制短螺栓。 7.如何区分盘鼓式转子和加强的盘式转子?

滚珠丝杠螺母副的结构简图

滚珠丝杠螺母副结构图及其工作原理本次观察了实训车间的数控车床、数控铣床、加工中心,作为它们进给伺服 系统机械传动结构中的滚珠丝杠螺母副的结构都是一样的。 滚珠丝杠螺母副的结构原理图 ·组成:主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道(回珠器)、螺母座等组成。 ·工作原理:在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽,当它们套装在一起时便形成螺旋滚道,并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动,并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用,以防滚珠沿滚道掉出。 特点: ·传动效率高:机械效率可高达92%~98%。 ·摩擦力小:主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。 ·轴向间隙可消除:也是由于滚珠的作用,提高了系统的刚性。经预紧后可消除间隙。 ·使用寿命长、制造成本高:主要采用优质合金材料,表面经热处理后获得高的硬度。 滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式有两种:滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的成为外循环(如图b),始终与丝杠保持接触的成为内循环(如图a)。 (a) 内循环(b)外循环 (1)外循环外循环是常用的一种外循环方式。这种结构是在螺母体上轴向相隔数个半导程处钻两个孔与螺旋槽相切,作为滚珠的进口与出口。再在螺母的外表面上铣出回珠槽并沟通两孔。另外,在螺母内进出口处各装一挡珠器,并在螺母外表面装一套筒,这样构成封闭的循环滚道。外循环结构制造工艺简单,使用较广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑,影响滚珠滚动的平稳性,甚至发生卡珠现象,噪声也较大。 (2)内循环内循环均采用反向器实现滚珠循环,数控机床反向器有两种型式。圆柱凸键反向器,反向器的圆柱部分嵌入螺母内,端部开有反向槽。反向槽靠圆柱外圆面及其上端的凸键定位,以保证对准螺纹滚道方问。扁圆镶块反向器,反向器为一半圆头平键形镶块,镶块嵌入螺母的切槽中,其端部开有反向槽。两种反向器比较,后者尺寸较小,从而减小了螺母的栏手向尺寸及缩短了轴向尺寸。

IGBT系列焊机工作原理

第十一章IGBT系列焊机工作原理 一、功率开关管的比较 常用的功率开关有晶闸管、IGBT、场效应管等。其中,晶闸管(可控硅)的开关频率最低约1000次/秒左右,一般不适用于高频工作的开关电路。 1、效应管的特点: 场效应管的突出优点在于其极高的开关频率,其每秒钟可开关50万次以上,耐压一般在500V以上,耐温150℃(管芯),而且导通电阻,管子损耗低,是理想的开关器件,尤其适合在高频电路中作开关器件使用。 但是场效应管的工作电流较小,高的约20A低的一般在9A左右,限制了电路中的最大电流,而且由于场效应管的封装形式,使得其引脚的爬电距离(导电体到另一导电体间的表面距离)较小,在环境高压下容易被击穿,使得引脚间导电而损坏机器或危害人身安全。 2、IGBT的特点: IGBT即双极型绝缘效应管,符号及等效电路图见图11.1,其开关频率在20KHZ~30KHZ 之间。但它可以通过大电流(100A以上),而且由于外封装引脚间距大,爬电距离大,能抵御环境高压的影响,安全可靠。 图11.1 二、场效应管逆变焊机的特点 由于场效应管的突出优点,用场效应管作逆变器的开关器件时,可以把开关频率设计得很高,以提高转换效率和节省成本(使用高频率变压器以减小焊机的体积,使焊机向小型化,微型化方便使用。(高频变压器与低频变压器的比较见第三章《逆变弧焊电源整机方框图》。 但无论弧焊机还是切割机,它们的工作电流都很大。使用一个场效应管满足不了焊机对电流的需求,一般采用多只并联的形式来提高焊机电源的输出电流。这样既增加了成本,又降低了电路的稳定性和可靠性。 三、IGBT焊机的特点 IGBT焊机指的是使用IGBT作为逆变器开关器件的弧焊机。由于IGBT的开关频率较低,电流大,焊机使用的主变压器、滤波、储能电容、电抗器等电子器件都较场效应管焊机有很大不同,不但体积增大,各类技术参数也改变了。

航空发动机原理

航空发动机主要有三种类型:活塞式航空发动机,燃气涡轮发动机和冲压发动机。 航空发动机的发展经历了活塞发动机,喷气时代的活塞发动机,燃气涡轮发动机,涡轮喷气发动机/涡轮风扇发动机,涡轮螺旋桨发动机/涡轮轴发动机。本文主要利用动态图来说明航空发动机的工作原理。 星型活塞发动机(常见于旧飞机,例如B-36,yun-5等): 星型活塞发动机的原理与汽车发动机的原理相同。燃料在汽缸中爆炸并燃烧以推动活塞工作,但汽缸装置为星形。汽车上的活塞发动机通常以V或w的形式布置。活塞式航空发动机由于效率低,噪音大,燃油消耗大而已基本取消。 涡轮喷气发动机:(J-7,MiG-25等) 涡轮喷气发动机是涡轮发动机的一种。取决于气流产生推力。它通常用于为高速飞机提供动力,但其燃油消耗高于涡轮风扇发动机。著名的MiG-25和SR-71黑鸟侦察机均配备了涡轮喷气发动机,其最大速度可突破3马赫。由于油耗高,逐渐被涡轮风扇发动机取代。 涡轮螺旋桨发动机:(Y-8,C-130,a-400m等) 涡轮喷气发动机的本质类似于带有减速器和外部螺旋桨的涡轮喷气发动机。涡轮螺旋桨发动机的推力主要由螺旋桨产生,而喷气机产生的推力很小,仅为螺旋桨的十分之一。涡轮螺旋桨发动机的优点是速度低,效率高,适用于运输机,海上巡逻机等。由于螺旋桨旋转的面积较大,因此在高速飞行时会有很多阻力,因此涡轮螺旋桨发动

机不适合高速飞行。 涡轮风扇发动机:(涡轮风扇10,AL-31F,f-135等,cmf56)涡轮风扇发动机是从涡轮喷气发动机发展而来的。与涡轮喷气发动机相比,涡轮风扇发动机的主要特点是第一级压缩机的面积要大得多。目前,大多数先进的飞机都使用涡扇发动机。涡扇发动机相当于涡轮螺旋桨发动机和涡轮喷气发动机性能的折衷产品,适用于以400-1000 km / h的速度飞行。 优点:高推力,高推进效率,低噪音,低油耗,飞行距离长。 缺点:风扇直径大,迎风面大,阻力大,发动机结构复杂,设计困难。 螺旋桨风扇发动机:(ge-36) 螺旋桨式风扇发动机不仅可以被视为具有先进高速螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机,而且除了外部管道外,还可以被视为超高旁通比涡轮风扇发动机。它具有涡轮螺旋桨发动机低油耗率和涡轮风扇发动机高飞行速度的优点。实验中的Ge36显示出非常低的燃料消耗,但是由于噪音,它并未在任何飞机上使用。

2013级《航空发动机原理》期末考试复习

《航空发动机原理》复习 一、单项选择题(共20题每题2分共40分) 1.以下哪个是衡量发动机经济性的性能参数( A )。 A EPR B FF C SFC D EGT 2.涡轮风扇发动机的涵道比是( D )。 A流过发动机的空气流量与流过内涵道的空气流量之比 B流过发动机的空气流量与流过外涵的空气流量之比 C流过内涵道的空气流量与流过外涵道的空气流量之比 D流过外涵道的空气流量与流过内涵道的空气流量之比 3.高涵道比涡扇发动机是指涵道比大于等于( C ). A 2 B 3 C 4 D 5 4.涵道比为4的燃气涡轮风扇发动机外涵产生的推力约占总(C )。 A20% B40% C80% D90% 5.涡桨发动机的喷管产生的推力约占总推力的( B ) A.85-90% B.10-15% C.25% D. 0 6.涡桨发动机使用减速器的主要优点是:( C ) A能够增加螺旋桨转速而不增加发动机转速 B螺旋桨的直径和桨叶面积可以增加 C可以提高发动机转速而增大发动机的功率输出又能使螺旋桨保持在较低转速而效率较高 D在增大螺旋桨转速情况下,能增大发动机转速 7.双转子发动机高压转子转速N2与低压转子转速Nl之间有( C ) A N2<Nl B N2=Nl C N2>Nl D设计者确定哪个大 8.亚音速进气道是一个( A )的管道。 A扩张形B收敛形 C先收敛后扩张形 D圆柱形 9.亚音速进气道的气流通道面积是( D )的。 A扩张形 B收敛形 C先收敛后扩张形 D先扩张后收敛形10.气流流过亚音速进气道时,( D )。 A速度增加,温度和压力减小 B速度增加,压力增加,温度不变 C速度增加,压力减小,温度增加 D速度减小,压力和温度增加11.在离心式压气机里两个起扩压作用的部件是( D )。 A涡轮与压气机B压气机与歧管C叶片与膨胀器D叶轮与扩压器12.轴流式压气机的一级由( C )组成。 A转子和静子 B扩压器和导气管 C工作叶轮和整流环 D工作叶轮和导向器 13. 空气流过压气机工作叶轮时, 气流的( C )。 A相对速度增加, 压力下降B绝对速度增加, 压力下降

滚珠丝杠副现状及发展

滚珠丝杠副现状及发展 学院机械学院 专业班级机设1094 姓名罗成李源刘飞华王庆维钟鸿翔 指导教师邓奕 2013/3/13

摘要 近年来,随着加工制造、工艺、材料冶炼及热处理等技术的进步和发展,作为精密线性传动的首选部件之一的滚珠丝杠副越来越受国内、国际制造业的重视,其综合性能也有了很大的提高,因此本文在此基础上对滚珠丝杠副进行简单的探讨和研究。 本文对其可以概括为以下的三个方面: 一方面,滚珠丝杠副是目前世界上应用最广泛的一种新型的传动形式,其结构是有哪些部件组成,结构特点是什么,工作原理以及具有什么发展优势;第二方面,回顾滚珠丝杠副的发展简史,概述了其国内、外的发展现状及动态总结了一些滚珠丝杠副的国内外研究成果;最后一方面,概述对滚珠丝杠副的优化前景和应用发展。 [关键词]滚珠丝杠副结构特点现状发展应用前景

前言:机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势,有广阔的技术前景。滚珠丝杆副是为了适应机电一体化机械传动系统的要求而发展起来的一种新型传动机构,由滚珠丝杠、滚珠螺母(组件)和滚珠组成,可以将旋转运动变为直线运动,或者将直线运动转变成旋转运动。它具有传动效率高、启动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点。但是由于制造和装配的误差,滚珠丝杠副总是存在间隙,同时,滚珠丝杠在轴向载荷的作用下,滚珠和螺纹滚道接触部位会产生弹性变形,影响滚珠丝杠的传动精度。 滚珠丝杠副不仅是各类数控装备的核心功能部件,还是机械工业领域中资本密集型和技术密集型的重要通用零部件。在线性传动家族中滚珠丝杠副是应用面很广,产业化程度较高的产品。 一、滚珠丝杠副的结构及特点 (一)、滚珠丝杠副的结构 随着机床加工精度越来越高,滚珠丝杠副以其许多独特的优点,越来越多出现在有较高精度的机床上。滚珠丝杠螺母机构如图2-1所示,丝杠1和螺母2都具有圆弧形螺旋槽,合起来形成螺旋线滚道,连续装入若干(一般小于150个)等直径的滚珠3.当丝杠与螺母传动时,滚珠便沿螺旋槽滚动,数圈后经由回程引导装置,重新回到丝杠与螺母之间,形成一个闭合的循环回路[6]。一般滚珠丝杠副根据螺母的数量可以分为单螺母滚珠丝杠结构和双螺母滚珠丝杠结构如图2-2。

IGBT的工作原理和工作特性

IGBT的工作原理和工作特性 IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET的沟道形成后,从P+基极注入到N一层的空穴(少子),对N一层进行电导调制,减小N一层的电阻,使IGBT在高电压时,也具有低的通态电压。 IGBT的工作特性包括静态和动态两类: 1.静态特性 IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时,漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制,Ugs越高,Id越大。它与GTR的输出特性相似.也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。在截止状态下的IGBT,正向电压由J2结承担,反向电压由J1结承担。如果无N+缓冲区,则正反向阻断电压可以做到同样水平,加入N+缓冲区后,反向关断电压只能达到几十伏水平,因此限制了IGBT的某些应用范围。 IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。它与MOSFET的转移特性相同,当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时,IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内,Id与Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制,

其最佳值一般取为15V左右。IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT处于导通态时,由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管,所以其B值极低。尽管等效电路为达林顿结构,但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。此时,通态电压Uds(on)可用下式表示: Uds(on)=Uj1+Udr+IdRoh (2-14) 式中Uj1——JI结的正向电压,其值为0.7~IV; Udr——扩展电阻Rdr上的压降;Roh——沟道电阻。 通态电流Ids可用下式表示:Ids=(1+Bpnp)Imos (2-15) 式中Imos——流过MOSFET的电流。 由于N+区存在电导调制效应,所以IGBT的通态压降小,耐压1000V 的IGBT通态压降为2~3V。IGBT处于断态时,只有很小的泄漏电流存在。 2.动态特性 IGBT在开通过程中,大部分时间是作为MOSFET来运行的,只是在漏源电压Uds下降过程后期,PNP晶体管由放大区至饱和,又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间,tri为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton即为td(on)tri之和。漏源电压的下降时间由tfe1和tfe2组成,如图2-58所示

各种飞机发动机原理

一、活塞式发动机 航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的。主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴),以及进、排气门。发动机工作时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积。气缸在发动机壳体(机匣)上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9 个、14个、18个或24个气缸不等。在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动,并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。连杆用来连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时,通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外,曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发电机等)。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。 二、涡轮喷气发动机 在第二次世界大战以前,所有的飞机都采用活塞式发动机作为飞机的动力,这种发动机本身并不能产生向前的动力,而是需要驱动一副螺旋桨,使螺旋桨在空气中旋转,以此推动飞机前进。这种活塞式发动机+螺旋桨的组合一直是飞机固定的推进模式,很少有人提出过质疑。到了三十年代末,尤其是在二战中,由于战争的需要,飞机的性能得到了迅猛的发展,飞行速度达到700-800公里每小时,高度达到了10000米以上,但人们突然发现,螺旋桨飞机似乎达到了极限,尽管工程师们将发动机的功率越提越高,从1000千瓦,到2000千瓦甚至3000千瓦,但飞机的速度仍没有明显的提高,发动机明显感到“有劲使不上”。问题就出在螺旋桨上,当飞机的速度达到800公里每小时,由于螺旋桨始终在高速旋转,桨尖部分实际上已接近了音速,这种跨音速流场的直接后果就是螺旋桨的效率急剧下降,推力下降,同时,由于螺旋桨的迎风面积较大,带来的阻力也较大,而且,随着飞行高度的上升,大气变稀薄,活塞式发动机的功率也会急剧下降。这几个因素合在一起,决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式已经走到了尽头,要想进一步提高飞行性能,必须采用全新的推进模式,喷气发动机应运而生。 喷气推进的原理大家并不陌生,根据牛顿第三定律,作用在物体上的力都有大小相等方向相反的反作用力。喷气发动机在工作时,从前端吸入大量的空气,燃烧后高速喷出,在此过程中,发动机向气体施加力,使之向后加速,气体也给发动机一个反作用力,推动飞机前进。事实上,这一原理很早就被应用于实践中,我们玩过的爆竹,就是依*尾部喷出火药气体的反作用力飞上天空的。早在1913年,法国工程师雷恩.洛兰就获得了一项喷气发动机的专利,但这是一种冲压式喷气发动机,在当时的低速下根本无法工作,而且也缺乏所需的高温耐热材料。1930年,弗兰克.惠特尔取得了他使用燃气涡轮发动机的第一个专利,但直到11年后,他的发动机在完成其首次飞行,惠特尔的这种发动机形成了现代涡轮喷气发动机的基础。现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成,战斗机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,就必须遵循热机的做功原则:在高压下输入能量,低压下释放能量。因此,从产生输出能量的原理上讲,喷气式发动机和活塞式发动机是相同的,都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段,不同的是,在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进行的,但在喷气发动机中则是

滚珠丝杠螺母工作原理

滚珠丝杆螺母副工作原理 滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动,摩擦力小,具有良好的性能。 1.组成及工作原理: ·组成:主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道(回珠器)、螺母座等组成。 ·工作原理:在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽,当它们套装在一起时便形成螺旋滚道,并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动,并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用,以防滚珠沿滚道掉出。 2.特点: ·传动效率高:机械效率可高达92%~98%。 ·摩擦力小:主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。 ·轴向间隙可消除:也是由于滚珠的作用,提高了系统的刚性。经预紧后可消除间隙。 ·使用寿命长、制造成本高:主要采用优质合金材料,表面经热处理后获得高的硬度。 3.滚珠丝杆螺母副的消隙 ·双螺母垫片调隙:

滚珠丝杆螺母副采用双螺母结构(类似于齿轮副中的双薄片齿轮结构)。通过改变垫片的厚度使螺母产生轴向位移,从而使两个螺母分别与丝杆的两侧面贴合。当工作台反向时,由于消除了侧隙,工作台会跟随CNC的运动指令反向而不会出现滞后。 ·双螺母螺纹调隙:

图示为利用两个锁紧螺母调整预紧力的结构。两个工作螺母以平键与外套相联,其中右边的一个螺母外伸部分有螺纹。当两个锁紧螺母转动时,正是由于平键限制了工作螺母的转动,才使得带外螺纹的工作螺母能相对于锁紧螺母轴向移动。间隙调整好后,对拧两锁紧螺母即可。结构紧凑,工作可靠,应用较广。 ·双螺母齿差调隙: 在两个工作螺母的凸缘上分别切出齿数为Z 1、Z 2的齿轮,且Z 1、Z 2相差一个齿,即: 112=?Z Z 两个齿轮分别与两端相应的内齿圈相啮合,内齿圈紧固在螺母座上。 设其中的一个螺母Z 1转过一个齿时,丝杆的轴向移动量为为S 1,则有: 11:1:S T Z = 则11Z T S = 如果两个齿轮同方向各转过一个齿,则丝杆的轴向位移为: 212121Z Z T Z T Z T S S S =?=?=Δ 例:当Z 1=99,Z 2=100时,m S μ1≈Δ。可以达到很高的调整精度。 4.滚珠丝杆螺母副的安装 滚珠丝杆螺母副所承受的主要是轴向载荷。它的径向载荷主要是卧式丝杆的自重。安装时,要保证螺母座的孔与工作螺母之间的良好配合,并保证孔与端面的垂直度等。这时主要是根据载荷的大小和方向选择轴承。另外安装和配置的形式还与丝杆的长短有关,当丝杆较长时,采用两支撑结构;当丝杆较短时,采用单支撑结构。

igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用

igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用 IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。 IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。目前国内缺乏高质量IGBT模块,几乎全部靠进口。绝缘栅双极晶体管(IGBT)是高压开关家族中最为年轻的一位。由一个15V高阻抗电压源即可便利的控制电流流通器件从而可达到用较低的控制功率来控制高电流。 IGBT的工作原理和作用通俗易懂版:IGBT就是一个开关,非通即断,如何控制他的通还是断,就是靠的是栅源极的电压,当栅源极加+12V(大于6V,一般取12V到15V)时IGBT 导通,栅源极不加电压或者是加负压时,IGBT关断,加负压就是为了可靠关断。 IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。 IGBT有三个端子,分别是G,D,S,在G和S两端加上电压后,内部的电子发生转移(半导体材料的特点,这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因),本来是正离子和负离子一一对应,半导体材料呈中性,但是加上电压后,电子在电压的作用下,累积到一边,形成了一层导电沟道,因为电子是可以导电的,变成了导体。如果撤掉加在GS两端的电压,这层导电的沟道就消失了,就不可以导电了,变成了绝缘体。 IGBT的工作原理和作用电路分析版:IGBT的等效电路如图1所示。由图1可知,若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V,则MOSFET截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。 由此可知,IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定: --IGBT栅极与发射极之间的电压;

滚珠丝杠传动

滚珠丝杠传动 滚珠丝杠是机电一体化的系统中一种新型的螺旋传动机构,在其具有螺旋槽的丝杠与螺母之间装有中间传动原件——滚珠,滚珠丝杠机构虽然结构复杂,制造成本高,不能自锁,但其摩擦阻力矩小、传动效率高(92%-98%),精度高,系统刚度好,运动具有可逆性,使用寿命长,因此在机电一体化系统中得到大量广泛的应用。滚珠丝杠的特点如下: (1)、传动效率高 滚珠丝杠传动系统的传动效率高达90%-98%,为传统的滑动丝杠系统的2~4倍,耗费的能量仅为滑动丝杠的3 1。 (2)、传动精度高 经过淬硬并精磨螺纹滚道后的滚珠丝杠本身具有很高的制造精度,又由于是滚动摩擦,摩擦力小,所以滚珠丝杠传动系统在运动中温升较小,并可预紧消除轴向间隙和对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长,因此可以获得较高的定位精度和重复定位精度。 (3)、可微量进给 滚珠丝杠传动系统是高副运动机构,在工作中摩擦力小,灵敏度高,启动平稳,低俗石无爬行现象,因此可以精密地控制微量进给。 (4)、同步性好 由于运动平稳、反应灵敏、无阻碍、无滑移,用几套相同的滚珠丝杠传动系统同时传动系统同时转动几个相同的部件或装,可以获得很好的同步效果。 (5)、高可靠性 与其它传送机械相比,滚珠丝杠传动只需要一般的润滑与防空,有的特殊场合甚至都无需润滑便可工作,系统的故障率也很低,其一般的使用寿命要比滑动丝杠高5~6倍。 1、滚珠丝杠的结构及滚珠循环方式 滚珠丝杠传动机构的工作原理如图1-1-1所示,丝杠4和螺母1的螺纹滚道内置有滚珠2,刚丝杠转动时,带动滚珠沿螺纹滚道滚动,从而产生滚动摩擦。为了防止滚珠从螺纹滚道端面掉出,在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引

航空发动机原理与构造知识点

航空发动机原理与构造知识点 1.热力系 2.热力学状态参数 3.热力学温标表示方法 4.滞止参数在流动中的变化规律 5.连续方程、伯努利方程 6.激波 7.燃气涡轮发动机分类及应用 8.燃气涡轮喷气发动机即使热机也是推进器 9.涡喷发动机结构、组成部件及工作原理 10.涡扇发动机结构、组成部件及工作原理 11.涡桨发动机结构、组成部件及工作原理 12.涡轴发动机结构、组成部件及工作原理 13.EPR、EGT、涡轮前燃气总温含义 14.喷气发动机热力循环(理想循环、实际循环) 15.最佳增压比、最经济增压比 16.热效率、推进效率、总效率 17.喷气发动机推力指标 18.发动机中各部件推力方向 19.喷气发动机经济指标 20.涡扇发动机中N1、涡扇发动机涵道比的定义 21.涡扇发动机的优缺点及质量附加原理 22.发动机的工作原理(涡喷、涡扇、涡轴和涡桨) 23.发动机各主要部件功用和原理,各部件热力过程和热力循环 24.进气道的分类及功用 25.总压恢复系数和冲压比的定义 26.超音速进气道三种类型 27.超音速进气道工作原理(参数变化) 28.离心式压气机组成部件 29.离心式压气机增压原理 30.离心式压气机优缺点 31.轴流式压气机组成部件 32.轴流式压气机优缺点 33.压气机叶片做成扭转的原因 34.压气机基元级速度三角形及基元级增压原理 35.扭速 36.多级轴流式压气机特点 37.喘振现象原因及防喘措施(原因) 38.轴流式压气机转子结构形式、优缺点 39.鼓盘式转子级间连接形式 40.叶片榫头类型、优缺点

41.减振凸台的作用以及优缺点 42.压气机级的流动损失 43.多级轴流压气机流程形式,机匣结构形式 44.压气机喘振现象、根本原因、机理过程 45.压气机防喘措施、防喘措施原理 46.燃烧室的功用和基本要求 47.余气系数、油气比、容热强度的定义 48.燃烧室出口温度分布要求 49.燃烧室分类及优缺点 50.环形燃烧室的分类及区别 51.燃烧室稳定燃烧的条件和如何实现 52.燃烧室分股进气作用 53.燃烧室的组成基本构件及功用 54.旋流器功用 55.涡轮的功用和特点(与压气机比较) 56.涡轮叶片的分类和结构 57.一级涡轮为何可以带动更多级压气机 58.提高涡轮前温度措施 59.带冠叶片优缺点 60.间歇控制定义、发动机在起动巡航、停车时间隙变化情况 61.如何实现涡轮主动间隙控制 62.涡轮叶片冷却方式 63.喷管功用 64.亚音速喷管工作原理(参数变化) 65.亚音速喷管三种工作状态(亚临界、临界和超临界)的判别 66.超音速喷管形状 67.发动机噪声源及解决措施 68.发动机的基本工作状态 69.发动机特性(定义、表述) 70.涡喷发动机稳态工作条件(4个)举例说明如何保持稳态工作 71.稳态下涡轮前温度随转速变化规律 72.剩余功率的定义 73.发动机加速的条件 74.联轴器的分类及作用 75.封严装置的作用、基本类型 76.双转子、三转子支承方案 77.中介支点、止推支点作用 78.封严件作用和主要类型 79.燃油系统功用和主要组件功用 80.燃油泵分类和特点 81.燃油喷嘴分类和特点 82.发动机控制系统分类 83.滑油系统功用、主要部件及分类,滑油性能指标 84.起动过程的定义

相关文档
最新文档