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美媒：科學(xué)家發(fā)明可穿戴發(fā)電機(jī) 利用尿液供電
美媒稱，日前，一雙嵌入了微生物燃料電池（MFC）的襪子成功為一臺(tái)無(wú)線發(fā)射器提供了動(dòng)力，并向一臺(tái)個(gè)人電腦發(fā)射了信號(hào)。這種MFC以尿液為燃料，靠穿戴者行走帶動(dòng)循環(huán)。這是 依靠基于MFC技術(shù)的可穿戴發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力的自給式發(fā)電系統(tǒng)。
據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站12月11日?qǐng)?bào)道，有關(guān)這項(xiàng)研究成果的科技論文發(fā)表在美國(guó)《生物靈感和仿生學(xué)》雙月刊上。
論文稱，這項(xiàng)試驗(yàn)是由英國(guó)西英格蘭大學(xué)布里斯托爾生物能源中心的揚(yáng)尼斯·耶羅普洛斯教授帶領(lǐng)的。
報(bào)道稱，襪子中嵌入的柔軟MFC以新鮮尿液為燃料，依靠穿戴者的行走來(lái)發(fā)電。通常來(lái)講，續(xù)流MFC依靠一臺(tái)主電動(dòng)泵來(lái)讓尿液在電池中循環(huán)，不過(guò)本項(xiàng)試驗(yàn)完全依靠的是人體運(yùn)動(dòng)。該試驗(yàn)使用的手動(dòng)泵類似于簡(jiǎn)單的魚(yú)循環(huán)系統(tǒng)，行走動(dòng)作可以使尿液在MFC中循環(huán)并發(fā)電。安裝在腳后跟下的軟管可以借由行走動(dòng)作確保頻繁的液體推挽。這一可穿戴MFC系統(tǒng)成功地為一塊無(wú)線傳輸板供電，使其每?jī)煞昼娤蛴蓚€(gè)人電腦控制的接收模塊發(fā)射一條信息。
耶羅普洛斯說(shuō)：“我們此前曾用以尿液為燃料的MFC為一部供電，這次想看一下我們是否能用可穿戴技術(shù)復(fù)制這一成功。我們同樣想讓這一系統(tǒng)做到完全自給，僅靠人力供電——尿液作為燃料、腳部運(yùn)動(dòng)作為泵?！?
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不同類型的發(fā)電機(jī)噴射系統(tǒng)的控制功能布置不完全一樣
控制裝置主要構(gòu)成與工作原理
電控柴油噴射系統(tǒng)中的控制裝置由電控單元、各種傳感器、執(zhí)行器以及連接它們的控制電路所組成。不同類型的電控柴油發(fā)電機(jī)噴射系統(tǒng)的控制功能、控制方式和控制電路的布置不完全一樣，但基本原理相似。
傳感器
①溫度傳感器為掌握柴油機(jī)的熱狀態(tài)，計(jì)算進(jìn)氣量及進(jìn)行排氣凈化處理，需要有能夠連續(xù)、地測(cè)量冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度與排氣溫度的傳感器。溫度傳感器種類很多，如熱敏電阻式、半導(dǎo)體二極管式、熱電偶式等。目前，柴油機(jī)常用熱敏電阻傳感器作為溫度傳感器，其利用對(duì)溫度敏感的電阻，阻值隨溫度變化的原理而工作。熱敏電阻溫度傳感器的測(cè)量電路比較簡(jiǎn)單，只要把傳感器與一個(gè)精密電阻串聯(lián)連接到一個(gè)穩(wěn)定的電源上，就可利用串聯(lián)電阻上的分壓值反映溫度的變化。
②節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門軸上，與節(jié)氣門聯(lián)動(dòng)。其功用是將節(jié)氣門的位置或開(kāi)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給電控單元(ECU)，作為電控單元判定柴油機(jī)運(yùn)行工況的依據(jù)。
節(jié)氣門位置傳感器有開(kāi)關(guān)型和線性輸出型兩種。開(kāi)關(guān)型節(jié)氣門位置傳感器的內(nèi)部有兩個(gè)觸點(diǎn)，分別為怠速觸點(diǎn)和全負(fù)荷觸點(diǎn)。與節(jié)氣門同軸的接觸凸輪控制兩個(gè)觸點(diǎn)的閉合或斷開(kāi)。當(dāng)柴油機(jī)在怠速時(shí)，節(jié)氣門接近關(guān)閉，怠速觸點(diǎn)閉合，這時(shí)電控單元將指令電磁噴油器增加噴油量以加濃混合氣。全負(fù)荷時(shí)，節(jié)氣門全開(kāi)，使全負(fù)荷觸點(diǎn)閉合，這時(shí)電控單元將輸出脈沖寬度長(zhǎng)的電脈沖，以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷加濃。線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器是一個(gè)線性電位計(jì)，由節(jié)氣門軸帶動(dòng)電位計(jì)的滑動(dòng)觸點(diǎn)。當(dāng)節(jié)氣門的開(kāi)度不同時(shí)，電位計(jì)輸出的電壓也不同，從而將節(jié)氣門由全閉到全開(kāi)的各種開(kāi)度轉(zhuǎn)換為大小不等的電壓信號(hào)傳輸給電控單元，使其地判定柴油機(jī)的運(yùn)行工況。
③曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器通常安裝在分電器內(nèi)，用來(lái)檢測(cè)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)角以及作為控制點(diǎn)火和噴射信號(hào)源的 缸和各缸壓縮行程上止點(diǎn)信號(hào)。按照信號(hào)產(chǎn)生原理有光電式曲軸位置傳感器、傳感器。
④氧傳感器氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)。因排氣中氧的濃度可以反映混合氣空燃比的情況，所以在電控燃油噴射系統(tǒng)中可用于空燃比校正的反饋信號(hào)。目前，常用二氧化鈦(Ti02)和二氧化鋯(Zr02)兩種材料。
二氧化鋯氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體，即二氧化鋯固體電解質(zhì)管，亦稱鋯管：管固定在帶有安裝螺紋的固定套內(nèi)，鋯管內(nèi)表面與大氣相通，外表面與排氣相通，其內(nèi)外表面都覆蓋著一層多孔性的薄膜作為電極。氧傳感器安裝在排氣管上，為了防止排氣管內(nèi)廢氣中的雜質(zhì)腐蝕鉑膜，在鋯管外表的鉑膜上覆蓋一層多孔的陶瓷層，并加有帶槽口的防護(hù)套管。在其接線端有一個(gè)金屬護(hù)套上開(kāi)有一孔，使鋯管內(nèi)表面與大氣相通。當(dāng)鋯管接觸氧氣時(shí)，氧氣透過(guò)多孔鉑膜電極，吸附于二氧化鋯，并經(jīng)電子交換成為負(fù)離子。由于鋯管內(nèi)表面通大氣，外表面通排氣，其內(nèi)、外表面的氧分子分壓不同，則負(fù)離子濃度也不同，從而形成負(fù)離子由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)的擴(kuò)散。當(dāng)擴(kuò)散處于平衡狀態(tài)時(shí)，兩電極間便形成電動(dòng)勢(shì)，所以二氧化鋯傳感器的本質(zhì)是化學(xué)電池，亦稱氧濃差電池。其輸出特性是，在過(guò)量空氣系數(shù)。
⑤爆振傳感器爆振傳感器用于檢測(cè)柴油機(jī)有無(wú)爆振發(fā)生，它是柴油機(jī)集中控制系統(tǒng)中的重要部件。爆振檢測(cè)可以有三種途徑：一是檢測(cè)汽缸壓力；二是檢測(cè)柴油機(jī)振動(dòng)；三是檢測(cè)燃燒噪聲。目前較為常用的為振動(dòng)檢測(cè)。例如，磁滯伸縮式爆振傳感器主要用于振動(dòng)檢測(cè)，它是一種電感式傳感器。當(dāng)傳感器的固有振蕩頻率與柴油機(jī)爆振時(shí)的振動(dòng)頻率相同時(shí)，傳感器輸出 信號(hào)。
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