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1、一、黑体辐射在手工业上的应用——馕坑业1．馕坑结构任何一种维吾尔馕坑主要由馕坑腔体、馕坑底座、通风口和馕坑口这4个基本功能部分组成。馕坑腔体是内表面为凹的旋转对称截锥体，通常用特殊碱土或水泥混凝土或铁板制成，是馕坑的主体部件。馕坑底座主要用于保护馕坑腔体、保持温度和烤馕人员的活动。通风口是在底座处连接馕坑内外的烧火氧气通道，主要用于点火和加热过程的入气口。馕坑口是在馕坑上面的圆形孔，典型直径尺寸为30~50cm，也有更大尺寸的,是烧火、洒盐水调温、烤馕、拔馕等基本操作的通道，也是我们用黑体辐射理论来研究馕坑工作原理时的主要实验对象。2.烤馕工艺烤馕的
2、方法因烤馕的种类不同而有所差异，下面仅以“格尔德”馕(也叫窝窝馕[1-2]，是一种中心凹下去的密度大、硬度高的维吾尔族传统馕)为例表述烤馕的一般步聚。烤馕时先点燃木块或煤炭来加热馕坑。加热结束后关闭通风口，并向馕坑内表面均匀洒盐水，这是清理馕坑表面、调节馕坑温度和使之进入最佳工作状态必不可少的操作，也是烤出香甜可口馕的秘密技术操作。当馕坑内温度调节到一定程度后，将已准备好的定形已发面团黏水依次黏在坑内表面，黏满后将馕坑口封闭20~25min，然后同时打开馕坑口和通风口蒸发掉水分，这时坑内温度先下降后重新升高。这又是烤出色香味俱全的表面通红光亮的“格尔
3、德”馕的另一个关键步骤。在进行这最后一步时，如果需要可以向坑内添加一些炭火。3．用热电偶测量温度[3-4]尽管口比较大，可以将馕坑近似地看作是个黑体。我们把馕坑口当作黑体所进行的研究最终得到的典型最大波长和典型总辐射能流密度。因为总辐射能流密度与温度的四次方成正比。因此，对温度越高的馕坑，从其口辐射出去的能量也越大。本文的实验过程中，选用无固定冷端的WNR型热电偶，它需要与TDW-2001型温度控制仪配套使用。这种温度控制仪具有显示温度和控制温度的功能，同时可以自动补偿因为热电偶无固定冷端而引起的测温误差。使用时只需要把热电偶工作端插入在待测温度的区
4、域，过5~10min后，物体的温度就可以从该温度控制仪表盘上直接读出来。操作熟练以后，这种测温装置的总测温误差可以控制在±10K以内。参考文献[1] 买买提依明·沙比尔.维吾尔手工艺术.喀什:喀什维吾尔文出版社,2002:314[2] 黄安年.在天山南北品尝新疆烤馕[3] 许建朝.益阳师专学报,1996,(12),13:113[4] 朱俊孔.普通物理实验.济南:山东大学出版社,2001:50二、黑体辐射在工业上冶炼金属镍的应用系统工作原理冶炼炉是一个高温系统,假定在冶炼炉上开的一个小孔为理想黑体,本系统如图2,把这个小孔作为处理的基本对象,从小孔发射
5、出的光通过光路选择系统(这一部分可由透镜、平行光管、分光镜等部分组成)进行处理,将一定频带的光照射在热电俩的工作端。由于“标识包”,是一个复合光,它包含一定的频谱范围,所以使用光路选择系统将该部分的光选择出来以供测量,照射到热电偶上以后,热电偶将热能转换为电能,对于电信号,处理起来就比较容易了。运算放大器将热电偶上的微弱的电压信号进行放大,超转换器将模拟信号转换为数字信号供微处理器进行使用。微控制器负贡控制温度控制器和报警棋块,以实时监控出护预警和温度控制器。l冶炼炉2光路选择系统3热电偶4运算放大器5AD转换器6徽控制器7报苦模块8沮度控制器图3系
6、统工作原理框图这样,从设计思路上巧妙地避计了对冶炼炉温度的直接测量,一个简单的闭环温度控制系统基本形成。其工作原理如下所述:首先,从热电偶上获得的微弱电动势信号通过运算放大器进行放大,放大倍数可以根据实际情况确定,一般选用高精度的运放以提高精度减小误差。将放大后的电压信号通过AD转换器,转换为处理器能够识别的数字信号,微控制器可以选择通用的51系列,也可以根据实际情况选用功能更强的单片机。微控制器收到信号后,进行判断看是否达到出炉时间,若到了出炉时间,则发出警告,通知操作人员进行出炉准备,否则,就去控制温度控制器,选择是否继续加温。该自动控制系统的一
7、个重要环节就是确定出炉时的电压值,那么出炉时的参考电压应该是多少呢?本系统将通过离散化模拟量,逐渐逼近出炉电压。在系统工作之前,藉要初始化处理器,所需数据应该来自人工测试,这项工作可以让有经验的操作人员来处理。当炉火出现“标识色”时,系统并不是根据这个颜色来决定出炉时间,而是在这个“标识色”附近取若干个离散的点进行测试,比如N取50,即是在出现“标识色”的前取45个点,后取5个点分别取出样品,测试金属镍的品质,并以此形成数据表格,这张表格上记录着不同的电压值对应的金属镍的品质因数,将这些测试出的数据存人处理器的RAM中作为将来判断出炉时间的依据。温度
8、控制环节可采用工业常用的PID控制算法,因为当温度过高辐出度会随着温度的变化而剧烈变化(辐出度和温度的四次分
