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水循环的意义范文1
关键词:LabVIEW;虚拟仪器;温度测量;数据采集
中图分类号:TP368.1文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)19-113-03
Design of Water-Cycle Temperature Controlling System Based on Virtual Instrument
ZHOU Jingdong1,HUANG Ying1,YAN Mingxia1,LIN Lijun2,LIU Guangya1
(1.Center of Vehicle Noise & Vibration Control Hubei,Hubei University of Technology,Wuhan,430068,China;
2.Hubei Institute of Measurement and Testing Technology,Wuhan,430071,China)
Abstract:A novel approach is proposed to design a water-cycle temperature controlling system,which using LabView as developing platform to achieve the temperature data sampling,analysis,disposing,displaying and controlling automatically.With the using of the technology of Virtual instrument,the whole developing and designing process is simply,and easy to realize.In prototype system,the characteristic of low-priced hardware,friendly interface,flexible parameter setting and visual result displaying is equipped comparing traditional designing.
Keywords:LabVIEW;virtual instrument;temperature measurement;data sampling
0 引 言
随着PC、半导体和软件功能的进一步更新,虚拟仪器的功能和性能已被不断地提高,未来虚拟仪器技术以其在测量和控制方面的强大功能和灵活性为测试系统的设计提供一个极佳的模式,在许多应用中已成为传统仪器的主要替代方式[1-3]。
本文以水循环系统为研究对象,针对水循环的温度,在比较研究不同控制策略的基础上,建立精确的数学模型,对水循环温度控制进行了研究。通过数据采集卡对温度信号进行实时采集,并由软件平台对采集的信号进行分析,然后用数学模型控制算法处理输出,以使当前温度逼近设定值,从而达到温控目的,最后将采集数据保存记录,以备日后读取分析。利用虚拟仪器的巨大优越性改善水循环温度的控制品质,提高控制效果。
1 水循环温度控制系统数学模型的建立
1.1 水循环温控系统介绍
水循环温控系统由储水箱、水泵、传感器、散热器和电加热装置组成,水循环原理图如图1所示。由于本系统对温度要求较高,要保证水管环境温度保持在20 ℃,故需建立合理的数学模型及控制算法,将温度传感器PT100采样性能通过散热器及电加热器的动态温度值模拟出来,最终达到高精度控制温度的作用。
图1 水循环原理图
1.2 水循环温控系统数学模型的建立
水循环温控系统各个部分的温度因管道、散热装置和加热装置的原因会产生很大的变化。为了表达清楚达到预想的结果,就需要建立正确的数学模型。本设计根据实际情况,选择了几个特殊的点来建立模型。如图1所示,A,B,C,D,E,F六个点的温度,将引起变化的原因全部考虑进去,列出函数关系式,然后借助LabVIEW编程,由程序控制温度。
(1) B点的温度函数关系式
B点为采样点,B点的温度跟A点的温度因中间隔水箱会有一个延时K1,取在A点第N个采样值经过K1延时之后的平均值为B点的温度,它的温度函数关系为:
TB(N)=1K1[TA(N-1)+TA(N-2)+
…+TA(N-K1)]
(1)
式中:K1=V1qT,TA(N-1),TA(N-2),…,TA(N-K1)分别为A点第N-1,N-2,…,N-K1个采样时的温度值;V1为水箱的容积,V1=5 L;q为泵流量,q=0083 L/s;T为采样周期,T=1 s;
K1:为注满水箱需要的时间,即延时周期,通过计算K1=60 s。
(2) A点的温度函数关系式
A点的温度与D点的温度因水管而有个延时,故A点的温度函数关系如式(2)所示:
TA(N)=TD(N-K3)
(2)
式中:K3=V3qT;TD(N-K3)为D点第N-K3个采样点的温度;
V3为D点到A点水管的容积,V3=0.5 L;
K3为从D点到A点的延时周期,通过计算K3=6 s。
(3) D点的温度函数值
D点的温度与C点温度相比,不仅仅是水管的散失而延时,还与电加热装置有关,函数关系如式(3)所示:
TD(N)=TC(N-K2)+ΔTP′
(3)
式中:K2=V22qT;ΔT=PCq;TC(N-K2)为C点第N- K2个采样点的温度;
P为电加热器的功率,P=1 kW;C为水的比热容,C=4.18 kJ/kg•℃;
ΔT为电热前后的温度变化,通过计算ΔT=3 ℃;
P′为采样占控比,通过验证P′=1或0;
V2为C点与D点间水管的容积,V2=1 L;
K2为从C点到D点的延时周期,通过计算K2=6 s。
(4) C点的温度函数关系式
C点的温度与F点的温度相近,就是F点延时的某一个温度值,它的函数关系如式(4)所示。
TC(N)=TF(N-K5)
(4)
式中:K5=V5qT;TF(N-K5)为F点第N- K5个采样点的温度;
V5为F点到C点水管的容积,V5=0.5 L;
K5为从F点到C点的延时周期,通过计算K5=6 s。
(5) F点的温度函数关系式
F点与E点相比,因为散热器和水管的同时作用,温度也相差很大,该点的温度函数关系如式(5)所示:
TF(N)=(1-K)TE(N-K4)+KT0
(5)
式中:K4=V4qT;TE(N-K4)为E点第N-K4个采样点的温度;
K为制冷系数,K=0.3;T0为环境温度,T0=20 ℃;
V4为E点到F点水管的容积,V4=1 L;
K4为从F点到E点的延时周期,通过计算K4=12 s。
(6) E点的温度函数关系式
E点的温度与B点的温度相比也有个延时,该点的温度函数关系如式(6)所示:
TE(N)=TB(N-K6)
(6)
式中:K6=V6qT;TB(N-K6)为B点第N-K6个采样点的温度;
V6为B点到E点的水管的容积,V6=0.5 L;
K6为从B点到E点的延时周期,通过计算K6=6 s。
综上所述,A,B,C,D,E,F六个点的函数关系式及相互联系已经表达清楚,通过LabVIEW建立相应的数学模型。
2 水循环温度控制系统的软件设计
本设计通过数据采集卡对温度传感器传感信号进行实时采集[4],并由软件平台LabVIEW对采集的信号进行分析,采用上述的数学模型控制算法处理输出,使当前温度以零稳态误差逼近设定值,达到精确控温目的。根据水循环温度控制系统的基本要求,系统划分为五个功能模块[5,6],即:用户登录模块、数据存储模块、参数计算模块、控制算法模块等,系统的控制模块框图如图2所示。
图2 系统的控制模块框图
2.1 主控模块
系统的主控模块提供了温度控制功能。它通过与其他模块的通讯来完成数据采集与处理、数据的保存等功能[7,8]。根据模块化的编程思想,用LabVIEW图形化编程语言,可以方便地写出温度控制系统的程序代码。
2.2 参数计算模块
由前面建立的数据模型,通过计算分别可以算出每个点的延时周期K,再由延时周期找到每个点的温度采样值,如图3参数计算程序框图所示。
2.3 控制算法模块
根据前面建立的数学模型,本设计提供了两个算法模块,以供主程序调用。第一个模块是为了计算函数关系式:TY(m)=TX(m-k),因为设的几个点的温度采样值都因为水管延时滞后。第二个是计算函数关系式:
TB(m)=[TA(m-1)+TA(m-2)+
…TA(m-K1)]/K1
式中:B点为采样点,该点的温度采样值是A点温度采样值延时之后的所有采样值的平均值,该算法程序框图如图4所示。
图3 参数计算程序框图
图4 采样值延时算法程序框图
2.4 数据采集模块
该模块通过调节控制占空比,进而改变采样占空比[9],调节控制系统,提高控制质量,如图5所示。
图5 采样占空比程序框图
3 程序调试
通过调试各个模块,并将所有功能联系起来,实现水循环自动温度控制系统。调试结果如图6所示。A点和D点,C点和F点,E点和B点温度曲线相近;A点和B点,C点和D点,E点和F点温度曲线相差大,并且采样点B温度波动值仅为0.75 ℃,较为稳定,从而表明本系统设计的控制方案合理可行,精度达到原设计的技术要求,可预见该系统设计在今后的工业控制实验中具有广阔的应用前景。
图6 采样点温度变化曲线
4 结 语
在本设计中,利用 LabVIEW 软件平台构建温度控制系统,具有设计时间短,参数调整灵活,系统仿真结果直观、准确、稳定等特点。同运用传统仪器构建系统的方法相比,采用虚拟仪器的方法效率要高得多,且性能好,控制灵活方便。实践证明,在 LabVIEW 环境下能够开发出各种功能强大,开放性好的虚拟仪器软件,构造出经济实用的计算机辅助测试、分析与控制系统[10]。
参考文献
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水循环的意义范文2
关键词：沉淀过滤一体化 循环水 旁滤系统
在工业循环水的处理中，循环水水质的好坏将直接关系到生产装置动力热力设备的安全运行，而旁滤系统是循环水处理至关重要的一部分。沉淀过滤则是最常用的旁滤处理方式，其处理量通常为循环水量的（2~5）%，可以去除水中大部分悬浮固体、粘泥和微生物等。
一、沉淀过滤一体化设备的工作原理与工作过程
沉淀过滤一体化水处理装置设计独特，运行方式为过滤水由下向上流动，反洗时水由上向下流动，使絮凝、沉淀、过滤的作用有机结合，以捕获、截获沉淀、吸附过滤等方式，使水得到澄清，彻底解决了大流量水体中生物粘泥等悬浮物无法去除的难题，较砂滤、纤维过滤、叠片式等过滤器，具有全自动过滤、高速过滤和高精度过滤、反洗彻底，且适合各种环境的明显优势。
1.絮凝工作状态
水稳剂的作用之一是具有分散性，分散效果越好其杂质的粒径越小，对过滤技术的要求越高。投加絮凝剂后，过滤水中可以形成大的矾花，从而大大提高过滤效率。
2.沉淀区一工作状态
加入絮凝剂的原水首先进入沉淀过滤一体化水处理设备的沉淀区一后，一部分大的矾花向下运动捕获部分矾花而沉入池底，另一部分未被捕获的矾花向上运动进入下一个单元动态生物膜过滤区。
3.动态生物膜过滤区工作状态
当过滤水进入动态生物膜过滤区后，一部分悬浮物会在膜表面形成动态生物膜，另一部分悬浮物会被膜隔阻而形成大的矾花向下运动并捕获部分矾花沉入池底。未被捕获的矾花随水继续向上运动进入沉淀区二。
4.沉淀区二的工作状态
由于停留时间延长，在絮凝剂的作用下，进入沉淀区二的悬浮物一部分继续形成大的矾花，另一部分与向下运动的矾花接触而被捕获形成大的矾花向下运动，还有部分未形成大的矾花或未被捕获的细小颗粒进入过滤区。
5.过滤区工作状态
当过滤水进入过滤区后，一部分悬浮物会被滤料截获形成大的矾花向下运动，并捕获部分矾花共同向下运动。其余部分悬浮物进入滤层后被吸附在过滤区无法进入清水区。
6.反洗工作状态
反洗时，滤层处于完全松散状态，滤料充分散开，冲洗水由上而下，其滤料、动态生物膜及沉淀区中的杂质能被一次性排除，最大限度的提高反冲洗效率，因而清洗彻底，节省大量水源。
二、循环水场沉淀过滤一体化水处理设备运行状况
1.高效率的去除杂质
给排水车间于2010年8月增设一套200m3/h沉淀过滤一体化设备。2010年11月29日该设备正式投运，过滤水量为设计量的100%。更换设备后，悬浮物合格率在2010年12月后有了一定的提高，从2010年7月到2010年11月，合格率平均值为61% ，2010年12月到2011年6月，合格率平均值为100%，提升了39个百分点。
运行期间对沉淀过滤一体化设备进、出水浊度与原无阀滤池进行了取样对比分析，发现无阀滤池的过滤流量为100m3/h，而其设计流量为400m3/h，即仅为其设计量的1/4，在这种情况下，其出水平均浊度为9.18mg/L，即去除浊度0.82mg/L。无阀滤池如果以设计流量400m3/h过滤时，其浊度去除率应该在0.5mg/L左右；沉淀过滤一体化设备的出水浊度为8.82mg/L，即去除浊度1.18mg/L。
从以上数据可以看出，沉淀过滤一体化设备去除浊度的效果是无阀滤池按设计流量400m3/h运行时的一倍，比无阀滤池按1/4设计流量即100m3/h运行时的效果还要好。由于循环水浊度较低，沉淀过滤一体化设备运行时没有加絮凝剂，如果加絮凝剂，出水浊度预计可以达到5mg/L以下。
2.降低反冲洗水量，节省水处理剂费用
2.1无阀滤池反洗水量
无阀滤池面积为5×10=50m2，反洗强度为15l/ m2・s，反洗历时10分钟。故每次反洗水量为：50m2×15 l/m2・s×（10×60）s =450 m3，无阀滤池平均48小时反冲洗一次，每年循环水场运行时间为8000小时，则全年反冲洗水量为450×8000÷48=75000m3。
2.2沉淀过滤一体化设备反洗水量
沉淀过滤一体化设备每次反洗水量为210m3，30天反洗一次，全年反洗水量为（210×8000）÷（30×24）=2333m3。
2.3全年节约排污费用
这样全年可节水75000－2333=72667 m3。1 m3污水处理费按4.5元计算，全年可节约排污费72667×4.5=327001.5元。
2.4全年节省水处理剂费用
循环水水处理剂投加浓度为70克/吨，全年可节约水处理剂6.14吨。1 吨水处理剂32000元计算，全年可节约水处理剂费32000元/吨×6.14吨=196480元。
2.5改造后产生的效益
改造后每年可节约水、节约药剂费用约为327001.5＋196480=52.35万元。
3.无需要保温，降低了能耗
重力无阀滤池在使用过程中，需要防冻。北方冬季漫长，从前一年10月份到第二年4月份，无阀滤池一直在室内用暖气保温。而沉淀过滤一体化设备依靠自身过滤水防冻功能的结构设计，每年可以节省一笔可观的保温费用。
4.无需更换填料
重力无阀滤池的滤料石英砂在使用过程中容易板结，为了保证其处理效果，需要定期清洗，严重的必须更换。由于装置换热器频繁泄漏，滤料2年需要更换一次。而沉淀过滤一体化设备则不同，进行强制反冲洗就可恢复其性能，节省了材料费和人工费。
水循环的意义范文3
[关键词]DCS；仪表；自动化；循环水；自动加药
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0397-01
概述：在现代化工行业中，循环水系统的正常运行对主工艺生产和设备维护有着重要意义。一般在正式投运之前， 必须经过冲洗、酸洗预膜等处理，合格的水质能延长设备的使用寿命，降低能耗。
循环水系统通过管道布置连接集水池、循环水泵、冷却塔、加药设备、软水设备、过滤器等设备（如图1），其每个环节与仪表及自动化息息相关。
一、循环水系统的仪表性能
随着现代技术的提高，仪表的种类和可选性越来越多，如测温有热电偶、热电阻、红外等，测压有膜盒压力变送器等，测流量有电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、涡轮流量计、插入式流量计、孔板流量计等，测液位有雷达液位计、差压液位计、磁翻板液位计、投入式液位计等。项目设计前期根据现场循环水条件，温度区间，腐蚀情况，工作压力，工作流量，容器体积，检测项目等确定各类仪表的类型，测量方式和测量量程。常用接触式螺纹连接的铠装热电阻测量给水和回水总管的温度，常用膜盒式变送器测量给水和回水总管的压力，常用电磁流量计测量给水和回水总管流量，常用投入式或雷达液位计测量集水池的液位，其中集水池补水时水流波动较大，投入式液位计的探头应放入不锈钢丝网制成的固定护罩内，一方面过滤水池中杂质进入探头影响使用寿命，另一方面，减缓水流对探头的冲击，保证探头数据准确性。除此之外，就地仪表常用的有双金属温度计和压力表等，其中循环水泵进出口常采用耐震压力表，方便现场人员巡检时查看记录。
二、循环水系统的相关设备
设计单位根据项目主工艺和现场实际情况，设计集水池的容量及储存方式，循环水泵的送水量，冷却塔的冷却效率，从而决定设备数量，管道规格及走向，仪表类型及量程。
为方便操作及管理，现场动设备有就地控制和远程控制两种，远程控制由DCS系统根据工艺逻辑联锁控制和DCS手动控制组成，如循环水泵、冷却塔、软水装置中的补水泵、加药计量泵等的控制。加药装置由规定药剂溶液、溶液槽（配搅拌装置）、加药计量泵等组成（如图2）。
由于现场水质不一，规定溶液有多种。补水阀的开关和加药计量泵的联锁由DCS控制，当规定溶液混合后，搅拌并通过加药计量泵加压，随补充水投加到循环水系统。
检测仪，即能够检测水质各项参数，具有4-20mA信号输出到DCS的分析仪。水质检测一般包括电导率、PH值、氯离子、浊度、钙硬度等。一般现场条件限制，化验员每天取一次样品，人工分析，而且取样也往往是集水池表面的循环水，无法真实体现循环系统水质的真实情况。大型项目的循环水系统，就需要不同水层不同位置，多点取样，通过DCS控制不同取样管上的电磁阀，使循环水能够单独的按一定体积一定先后顺序流入样品槽。样品槽根据水质检测要求，内部相互隔开，各种在线分析仪同时检测，分析结果实时传递给DCS系统。最后，DCS控制电磁阀，排空残液，清洗样品槽，等待下一个取样点定量的循环水流入检测。从而降低化验员素质要求，降低工作量，保证测量数据的实时、准确与稳定。
三、循环水系统的DCS系统
确保运行可靠操作维护方便，一般现场采用就地控制和DCS系统控制相结合的原则，重要工艺参数的显示、控制、报警以及各机组的逻辑联锁保护控制均由DCS系统完成。其具有数据采集、控制运算、控制输出（包括顺序和间歇控制等）、设备和状态监视、报警监视、远程通信、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、图形显示、控制调节、报表打印、高级计算，以及所有这些信息的组态、调试、打印、诊断、系统下装等功能。系统具有开放性，能够上挂管理网的功能。而且有易操作性、可靠性、可组态性、可扩展性、冗错技术、实时性、经济性、有故障记忆功能和在线调试功能等特点。循环水系统中各仪表和设备的信号进入DCS系统（如图3）。
显示相关数据和状态，当液位不足，工艺要求循环量增加，水质检测超标等。DCS根据工艺要求，对应的控制循环水泵、冷却塔、加药计量泵、补水泵等，从而保证主工艺生产和设备的正常运行。
四、结束语
随着现代技术发展，自动化设计和仪表性能逐渐朝着简易操作、安全可靠、持续监测、动作灵敏、方便维护等方面发展，同时随着近年来行业发展的需要， 许多设备对于循环水水质稳定要求也将越来越严格，在实际项目中也越来越受到关注。
参考文献
水循环的意义范文4
关键词：重离子冷却水多层循环
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0034-01
医用重离子加速器是运用带电粒子同步加速原理，实现碳离子高能量加速达到肿瘤高精度治疗的医学系统，其射线能量根据肿瘤患者的肿瘤形状及深度决定，充分运用适形、调强、逐层扫描技术，是肿瘤放射治疗领域已投入临床的先进的治疗手段之一。冷却水系统是医用重离子加速器的辅助系统，是实现重离子加速器系统温度恒定，保证射线质量的重要系统[1]。
在碳离子同步加速的过程中，加速器的主要部件产生巨大的热量，因为射线能量不规则变化，产生的热量也不规则变化，为了达到加速器温度良好控制的目的，必须建立冷却水系统并寻求恰当的控制方法实现温度的精确控制。
1 多层循环冷却水系统的建立
循环冷却水是流入重离子加速器的磁铁部件的内部对磁铁部件进行冷却的，这些磁铁的冷却水水管道同时也是绕线，内有循环水流动，将热量带走。流过加速器内部的循环水必须是低电导率的高纯水，同时，考虑到防腐、恒压、辐射防护等要求，内循环水系统必须是密闭系统，这就是循环冷却水的第一层，简称一次水。
一次水的温度随加速器热量变化，制冷须通过换热来实现，运用板式换热器实现液-液热量的交换是当前在许多工业控制领域使用的方法，广泛运用与核电、化工、冶金等领域。第二层循环冷却水系统利用密闭式冷却塔进行自然冷却，简称二次水。
重离子加速器冷却水温度控制需要满足0.5℃的控制精度，这就要求二次水的温度不能出现大范围的波动，然而，冷却塔的自然冷却受环境影响较大，很难实现温度的恒定，所以，使用大型冷冻机来构建三次水，可以解决二次水恒温控制问题。
三层循环冷却水的基本结构建立起来后，如何让各循环之间协作运行，实现温度的精确控制呢？
三层循环利用水-水换热的方法进行能量交换，因一次水的温度随加速器温度的升高而升高，二次水必须通过调整温度或流量并经换热来控制一次水温度。二次水系统与多个一次水子系统进行热交换，而各一次水温度的温度变化是不规律的，所以，二次水温度最好恒定，采用流量变化调整一次水温度是一种可行的方法。所以，通过调整与一次水热交换的二次水流量来控制一次水的温度，通过调整三次水流量来控制二次水的温度，最终实现一次水温度的精确控制。
2 多层循环冷却水温度控制的难点
通过以上对三层循环结构冷却水的分析可知，三层循环结构的模式可以完成热量的交换，但是，在实际运用中，因加速器对于冷却水温度的精度有要求，所以必须对加速器负载变化进行分析，并考虑以下问题。
（1）加速器与冷却水设备的安装位置有一定的距离，如何选取测量温度点作为控制输入是需要考虑的首要问题。
（2）随加速器负载变化冷却水温度将出现剧烈变化，因加速器负载随病人的物理剂量变化而变化，病人不同，其能量变化必然不同，由此导致的冷却水温度变化不规律，而且，加速器负载的剧烈变化必然出现负载峰值，即在几秒时间内，射线能量可能会出现0～430Mev的变化，使加速器磁铁出现温度变化，造成冷却水的温度曲线峰值。如何有效改善峰值，提高温度控制精度，是必须考虑的第二个重点问题。同时，实现流量控制必然采用远程控制阀门，而阀门的开度响应的机械变换是需要时间的，如何将阀门的开度响应与负载的变化相适应也是必须考虑的问题。
3 多层循环冷却水系统的温度控制改进方法
带着以上几个问题进行通过分析，可用如下方法解决。
（1）针对温度检测点的选取，采用多点检测的方法，即温度控制输入点至少选取三个控制点。第一个点选取在加速器冷却水的出口点，此点最快地测量到加速器的负载变化，第二个点选取在板式换热器的前端，此点能测量到换热前的实际温度，第三个控制输入点选取在板式换热器之后，可测量到换热后的实际温度，这一点是温度控制的目标点。
（2）通过对重离子加速器冷却水系统的负载进行的监控后确定，离子源、直线加速器、高能束流传输系统、射频系统负载比较平稳，无温度剧烈变化，主要负载的变化及尖峰值集中在同步加速器系统。针对同步加速器系统的温度变化，设计制定了多套控制改进方案，通过分析，将其优缺点进行了统计，总结如下。
方案一：针对同步加速器冷却水系统的温度剧烈变化，采用二次水预降温方法，即分析加速器出口温度，当温度剧烈上升时，控制冷源的两通阀门提前开启，将二次水温度降低，达到快速制冷的目的。通过测试，此方法对于快速降温效果良好，但因二次水系统同时与其他一次水子系统换热，当进行同步加速器快速制冷时，造成了其他一次水系统温度的波动。
方案二：采用加大冷却水回水储水箱容量的方法实现回水温度缓冲。通过分析，该方法是实现有效缓冲，消除回水峰值的有效办法，但是，运用该方法，需要综合考虑循环水流量、系统容量、负载峰值变化时间、管道距离等问题，综合计算回水水箱容量。并考虑现场设备布局及安装等问题，对于已成型的系统来说，存在施工难度。
方案三：采用第四层循环结构的串级控制方法。即在加速器冷却水回水端，增加温度预处理换热器，将温度峰值预处理，该部分的制冷循环水可以采用二次水或冷源的冷冻水。然后两级板交串级温度控制，可以达到较好的控制效果。通过分析，该方法能够有效地削减负载峰值，提高控制精度，但是，增加的设备较多，如板式换热器、两通或三通控制阀门、温度传感器等，同时，增加控制系统的输入输出点，控制程序也需要全面修改。
4 结语
通过以上分析，总结了基于重离子加速器冷却水系统多层循环结构的一些问题，这些问题都是在实际应用中的问题。在我国，重离子加速器治疗肿瘤尚处于起步阶段，技术人员对于系统认识尚不十分明确，希望通过上述的一些问题的分析，对后期进行同类项目的设计和建设有参考意义。
水循环的意义范文5
【摘要】
目的 检测慢性荨麻疹患者特异性免疫治疗前后干扰素γ(IFNγ)和白介素5(IL5)血清水平，探讨慢性荨麻疹发病机制。方法 ELISA法检测80例慢性荨麻疹患者特异性免疫治疗前后及30例正常人血清IL5和IFNγ水平。结果 特异性免疫治疗前IL5明显高于正常人，治疗后IL5下降；特异性免疫治疗前IFNγ明显低于正常人，治疗后IFNγ升高。结论 Th1/Th2失衡在慢性荨麻疹发病中起重要作用，特异性免疫治疗通过免疫调节达到其治疗作用。
【关键词】 慢性荨麻疹 特异性免疫治疗 IL 5 IFN γ
荨麻疹是皮肤科常见过敏性疾病，其发病与免疫功能紊乱有关。近年有学者提出T辅助细胞亚群（Th1和Th2）功能失调与过敏性疾病发病密切相关。如何改变人体内Th1/Th2的失衡状态，是当前慢性荨麻疹的研究方向之一。特异性免疫治疗(SIT)是目前治疗过敏性疾病的一种有效途径，作用机制未完全明确。本研究检测慢性荨麻疹患者特异性免疫治疗前后Th1型细胞因子IFNγ和Th2型细胞因子IL5血清水平，探讨慢性荨麻疹是否与Th1/Th2功能失衡有关及其免疫学发病机制，进一步探讨SIT治疗慢性荨麻疹的作用机制。
资料与方法
1.临床资料
80例慢性荨麻疹患者(病例组)均来自2007年8月至2009年3月广州市皮肤病防治所门诊部。其中男35例，女45例。年龄18～56岁，平均年龄34.7岁，病程3个月～11年。诊断标准：皮肤黏膜表面复发性风团，持续时间不超过24小时，每周发作不少于2次，病程超过6周。入选标准：①所有患者均为典型慢性荨麻疹患者；②经过变应原皮肤试验（皮内试验）吸入性致敏原检测阳性者；③就诊前7天停用抗组胺药、2个月内未用皮质类固醇激素和免疫抑制剂等影响全身免疫功能的药物。排除标准：妊娠或哺乳期妇女；严重系统性疾病，自身免疫性疾病等；中断治疗者。30例对照组来自随诊人员、部分职工及自愿献血者，均无过敏性疾患和自身免疫性疾病及家族史，男17例，女13例，年龄17～49岁，平均年龄29.4岁。经统计学分析，正常对照组性别、年龄等情况与病例组比较差异无显著性(P＞0.05)，具有可比性。
2.治疗方法
病例组给予特异性免疫治疗，5周为一个疗程，连续治疗3个疗程。方法：加用吸入相应阳性抗原，初次抗原浓度为1∶106，常规第一次用0.1 ml，每周2次，每次递增0.1 ml，10次为一疗程。第一疗程结束后行第二疗程，浓度增加10倍，每一浓度级依次类推，当递增至浓度为1∶102时，已达到常规脱敏疗程，按此浓度视病情继续脱敏治疗，每次注射均为0.5 ml，注射时间可适当延长直至停止脱敏治疗。
3.检测方法
病例组特异性免疫治疗前后及正常人均采集静脉血4 ml，分离血清-20℃保存待测。IL5和IFNγ测定采用ELISA法（双抗体夹心法）。试剂盒均购自上海森雄科技实业有限公司，按试剂盒说明书操作。
4.统计学分析
应用SPSS15.0统计软件分析数据，采用两样本t检验分析慢性荨麻疹患者与正常对照组IL5和IFNγ血清水平有无显著性差异；采用配对t检验分析SIT治疗前和治疗后IL5和IFNγ血清水平有无显著性差异；检验结果以-±s表示，P＜0.05有统计学意义。结
果
患者特异性免疫治疗前IL5血清水平较对照组升高(t=11.35，P＜0.01)，IFNγ血清水平较对照组下降(t=11.705，P＜0.01)。患者特异性免疫治疗后IL5血清水平较治疗前下降(t=12.558，P＜0.01)，IFNγ血清水平较治疗前升高(t=21.616，P＜0.01)。见表1。
表1 慢性荨麻疹患者治疗前后和正常人IL5和INFγ水平（略)注：与对照组比较，P＜0.01;与治疗后比较，P＜0.01
讨 论
慢性荨麻疹是一种常见过敏性皮肤病，该病病因复杂。其发病机制可分为免疫性和非免疫性，与免疫反应有关的为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型变态反应，非免疫性的是由组胺释放剂引起［1］。Th淋巴细胞亚群在变态反应性皮肤病中的作用是目前研究热点，许多学者提出在慢性荨麻疹中存在Th1/Th2细胞的失衡，已有研究表明，Th细胞根据分泌细胞因子的种类不同，可分为Th1和Th2两个亚群。Thl类细胞主要分泌IL2、IL12、IFNγ等;Th2类细胞主要分泌IL4、IL5、IL10等。Thl和Th2之间相互调节，相互制约，处于动态平衡，维持机体正常的细胞免疫和体液免疫机体。国内已有文献报道慢性荨麻疹患者体内存在Th1和Th2细胞因子网络的调节紊乱，发现慢性荨麻疹患者T淋巴细胞总数明显降低，CD4+T细胞明显下降，IL2、IFNγ水平降低，而IL4高于正常对照组，表现为Th2型［2］。Romagnani S 等［3］报告，Th2细胞在变态反应性疾病中的作用并非仅仅局限于促进B细胞产生IgE，也可以通过产生IL4、5、13等Th2型细胞因子直接或间接地引起变态反应的病理生理改变和临床表现。Ying等［4］报告慢性荨麻疹患者体内IL4、IL5、IFNγ均增高，表现为Th0型。IL5是Th2 细胞分泌的主要细胞因子，主要通过对B细胞、嗜酸粒细胞调节等参与变态反应。IFNγ主要活性是参与免疫调节，是促进CD4+细胞转变成Th1细胞的主要细胞因子。我们通过特异性免疫治疗对慢性荨麻疹患者IL5、IFNγ血清水平的影响进行研究，结果示特异性免疫治疗前IL5水平明显高于正常人(P＜0.01)，特异性免疫治疗前IFNγ明显低于正常人(P＜0.01)，因此，笔者认为慢性荨麻疹患者外周血中T细胞分化为Thl和Th2，但是分化过程受到细胞因子微环境和协同刺激分子影响，使 Th1/Th2平衡受到破坏，导致Th2细胞功能相对亢进，对B细胞调节失控，产生大量IL5，进一步促进过敏反应形成。因此，IL5作为Th2细胞分泌的主要细胞因子，IFNγ作为Thl细胞分泌的细胞因子，均参与慢性荨麻疹中免疫应答，导致慢性荨麻疹疾病的发生、发展和转归。
慢性荨麻疹的治疗很棘手，常规抗组胺药治疗有效，但往往只是暂时缓解症状，极易复发。变应原特异性免疫治疗，是对已被某种变应原致敏的机体通过一定的途径（注射、口服、外用等），按连续逐次递增剂量的方法注入体内，提高患者对变应原的耐受能力，使临床症状减轻至最低限度。特异性免疫治疗是变应性疾病唯一的病因学治疗，其疗效确切且持久［4］。本结果显示，慢性荨麻疹患者在特异性免疫治疗后体内Th2型细胞因子IL5水平较治疗前显著降低(P＜0.01)，Th1型细胞因子IFNγ水平显著升高(P＜0.01)，表明特异性免疫治疗抑制了过度的Th2反应，增强了Th1反应。可见特异性免疫治疗在一定程度上纠正了慢性荨麻疹中Th1/Th2细胞因子的失衡，从而改善了慢性荨麻疹的症状。
随着对Th1/Th2模式研究的不断深入，人们对荨麻疹等疾病的免疫学机制有了新的认识，特别是Th细胞及其分泌的细胞因子在其中的作用，得到广泛的关注。在荨麻疹，特别是慢性荨麻疹的防治中应重视对失衡的细胞因子进行矫正，如通过研制调节Th1/Th2功能平衡的药物，或Th2类细胞因子及受体拮抗剂用于荨麻疹防治，使其失衡的细胞因子网络恢复正常。
参考文献
［1］张学军，刘维达，何春涤.现代皮肤病学基础［M］.北京：人民卫生出版社，2001，660.
［2］党倩丽，陆学东.慢性荨麻疹患者血清IL4、IFNγ及IgE水平观察［J］.临床皮肤科杂志，2000，29(4):208-209.
［3］Romagnani S.The role of lymphoeytes in allergic disease［J］.J Allergy Clin Immunol，2000，105(3):399-408
水循环的意义范文6
以一堂地理课《自然界的水循环》为例，探讨在建构主义下，构建问题创设教学情境优化学习环境的一些做法。
首先在创设问题前对学生情况和学习内容做了必要的分析：
一、学生情况分析
1．学生知识基础：本节是本章的开篇，学生的已有知识是知道自然界水的存在形态、能够概括出地球的圈层结构和各圈层的特点。
2．学生能力水平：从年龄特征生理特征上分析，高一年新生认知能力还是有限的，具体反映是，抽象思维能力能力较差，需要结合自身亲身体验和视觉体验去接受；空间想象能力还是较为狭窄，跨区域想象有限，空间分析角度单一多元思维困难；逻辑推理能力开始慢慢建立，有一定的逻辑判断能力，推理能力差异较大等特点。
二、学习内容分析
课标中对本节的要求是“学生运用示意图，说出水循环的主要过程和主要环节，说明水循环的地理意义。”
1．教材先阐述水圈的概念与构成，接着说明陆地上各种水体之间具有水源互补的关系，从而引出水循环的过程和意义。其中教材所附的读图思考题让学生思考分析陆地水之间相互转化补给的关系。活动题让学生结合水循环原理去分析说明现实中的地理问题。
2．教材中出现了三种水循环的概念。然后在分析的基础上，在《自然界的水循环》教学过程中构建了大量的问题创设以下的学习情境。
情境1：（设问）让我们静下来想一想，有关水我们之前学过哪些内容？生活对水的有什么体会呢？
该设问让学生能够将这节课所学知识与旧知识联系起来，也将课本知识与生活体验相联系。
情境2：班级8个小组现在在6分钟的时间内完成以下两个任务：任务1．地球上的水体主要包括哪些类型？其中你认为最重要的是哪种，其水量占全球水量的比重是多少？任务2、河流的补给涉及哪几种水体？思考其它水体与河流的补给关系？
这是一个问题串，其目的是为学生创设自学情境，小组合作学习，互相探讨自主学习通过完成两个任务能较好掌握本节的第一部分知识内容，大大提高了课堂学习效率。
情境3：（课件展示）图上的河流水与湖泊水，之间有什么关系？
通过设问，对学生活动中的材料进行探究，深化知识了解各种水体之间水源互补的关系。对知识进行拓展。
情境4：（观察我们本地的一张水文图）本地最大的水库是山美水库，地处晋江东溪河段上，谈谈该水库对晋江下游起到什么作用？在这一阵子“南玛都”到来时，发挥了什么作用？
该问题能较好的让学生将知识迁移到实际生活中区，并能组织小组探究，共同完成探究任务，提高“协作”能力。同时这也是属于“结构不良的问题”，它能较好锻炼学生的发散性思维。（结构不良的问题，对问题的给定状态、目标状态以及转换状态的方法中的一项或几项缺乏明确的界定）
情境5：班级8个小组现在在6分钟的时间内完成以下两个任务（6分钟是根据教师自身学习这部分内容认识的两倍）：任务1、水循环有几种类型？各个循环都由哪些环节所组成？任务2、水循环对有什么意义，人类是如何干预或控制水循环的？
这是本节内容学习的第二个任务串，其目的是为学生创设自学情境，小组合作学习，互相探讨自主学习本节的第二部分知识内容。按照自己实际情况学提高了课堂学习效率。
情境6：观看视频《热带风暴》，分析“南玛都”属于哪类水循环的哪一环节？人类哪些活动能干预或控制了水循环，试举例说明？
借助多媒体对学习内容进行深度延伸，开展探究活动对学生发散思维能力、语言组织能力、对地理现象的分析能力等进行全方位的锻炼。进一步加强了小组“协作”与“交流”，然后通过学生互评和教师引导评价，使学生完成学习的“意义建构”。
情境7：大家看窗外河中的采砂船每天都在采为什么采不完呢？这说明水循环水循环的什么地理意义？进一步思考一下水循环还有哪些地理意义？
在这个设问过程中就将学生的知识迁移到身边事物，进而用自身经验去建构知识完成“意义建构”。
情境8：课后请各个小组互相探讨，每小组构建一张本节内容的所学的知识内容图表。（表中必须呈现有哪些知识内容，相互联系，生活中有哪些事例？）
