Instruction: 你是一名领域专家，对计算机体系结构中的微体系结构非常了解，请给出详细的解释

Output:
## 计算机体系结构中的微体系结构

半导体工艺的发展允许在单个芯片内部集成CPU，称为微处理器（microprocessor）。微体系结构（简称微结构）是微处理器的组织结构，描述处理器的组成部分及其互连关系，以及这些组成部分及其互连如何实现指令系统的功能。对于同一个指令系统，复杂的微结构性能高，功耗和成本也高；简单的微结构性能低，功耗和成本也低。随着半导体工艺的不断发展，实现相同指令系统的处理器微结构不断升级并不断提高性能。计算机执行指令一般包含以下过程：从存储器取指令并对取回的指令进行译码，从存储器或寄存器读取指令执行需要的操作数，执行指令，把执行结果写回存储器或寄存器。上述过程称为一个指令周期。计算机不断重复指令周期直到完成程序的执行。体系结构研究的一个永恒主题就是不断加速上述指令执行周期，从而提高计算机运行程序的效率。人们提出了很多提高指令执行效率的技术，包括RISC技术、指令流水线技术、高速缓存技术、转移预测技术、乱序执行技术、超标量（又称多发射）技术等。

### RISC技术

自从20世纪40年代发明电子计算机以来，处理器结构和指令系统经历了一个由简单到复杂，由复杂到简单，又由简单到复杂的否定之否定过程。早期的处理器结构及其指令系统由于工艺技术的限制，不可能做得很复杂。随着工艺技术的发展，20世纪60年代后流水线技术、动态调度技术、向量机技术被广泛使用，处理器结构和指令系统变得复杂。20世纪80年代提出的RISC技术通过减少指令数目、定长编码、降低编码密度等以简化指令的取指、译码、执行的逻辑以提高频率，通过增加寄存器数目及load-store结构以提高效率。后来随着深度流水、超标量、乱序执行的实现，RISC结构变得越来越复杂。RISC指令采用load-store结构，运算指令从寄存器读取操作数并把结果写回寄存器，访存指令则负责在寄存器和存储器间交换数据，运算指令和访存指令分别在不同的功能部件执行。在load-store结构中，运算器只需比较指令的寄存器号来判断指令间的数据相关，访存部件只需比较访存指令的地址来判断指令间的数据相关，从而支持高效的流水线、多发射及乱序执行技术。X86系列从Pentium III开始，把CISC指令翻译成若干RISC微操作以提高指令流水线效率，如Haswell微结构最多允许192个内部微操作乱序执行。

### 指令流水线技术

指令流水线把一条指令的执行划分为若干阶段（如分为取指、译码、执行、访存、写回阶段）来减少每个时钟周期的工作量，从而提高主频；并允许多条指令的不同阶段重叠执行实现并行处理（如一条指令处于执行阶段时，另一条指令处于译码阶段）。虽然同一条指令的执行时间没有变短，但处理器在单位时间内执行的指令数增加了。指令流水线的执行单元包括算术和逻辑运算部件（arithmetic logic units，ALU）、浮点运算部件（floating point units，FPU）、向量运算部件、访存部件、转移部件等。这些部件在流水线的调度下具体执行指令规定的操作。运算部件的个数和延迟，访存部件的存储层次、容量和带宽，以及转移部件的转移猜测算法是决定微结构性能的重要因素。

### 高速缓存技术

随着工艺技术的发展，处理器的运算速度和内存容量按摩尔定律的预测指数增加，但内存速度提高非常缓慢，与处理器速度的提高形成了“剪刀差”。工艺技术的上述特点使得访存延迟成为以存储器为中心的冯诺依曼结构的主要瓶颈。高速缓存技术利用程序访问内存的时间局部性（一个单元如果当前被访问，则近期很有可能被访问）和空间局部性（一个单元被访问后，与之相邻的单元也很有可能被访问），使用速度较快、容量较小的高速缓存临时保存处理器常用的数据，使得处理器的多数访存操作可以在高速缓存上快速进行，只有少量访问高速缓存不命中的访存操作才访问内存。高速缓存是内存的映像，其内容是内存内容的子集，处理器访问高速缓存和访问内存使用相同的地址。从20世纪80年代开始，RISC处理器就开始在处理器芯片内集成KB级的小容量高速缓存。现代处理器则普遍在片内集成多级高速缓存，典型的多核处理器每个处理器核一级指令和数据高速缓存各几十KB，二级高速缓存为几百KB，而多核共享的三级高速缓存为几MB到几十MB。高速缓存技术和指令流水线技术相得益彰。访问处理器片外内存的长延迟使流水线很难发挥作用，使用片内高速缓存可以有效降低流水线的访存时间，提高流水线效率。高速缓存容量越大，则流水线效率越高，处理器性能越高。

### 转移预测技术

冯诺依曼结构指令驱动执行的特点使转移指令成为提高流水线效率的瓶颈。典型应用程序平均每5～10条指令中就有一条转移指令，而转移指令的后续指令需要等待转移指令执行结果确定后才能取指，导致转移指令和后续指令之间不能重叠执行，降低了流水线效率。随着主频的提高，现代处理器流水线普遍在10～20级之间，由于转移指令引起的流水线阻塞成为提高指令流水线效率的重要瓶颈。转移预测技术可以消除转移指令引起的指令流水线阻塞。转移预测器根据当前转移指令或其他转移指令的历史行为，在转移指令的取指或译码阶段预测该转移指令的跳转方向和目标地址并进行后续指令的取指。转移指令执行后，根据已经确定的跳转方向和目标地址对预测结果进行修正。如果发生转移预测错误，还需要取消指令流水线中的后续指令。为了提高预测精度并降低预测错误时的流水线开销，现代高性能处理器采用了复杂的转移预测器。

### 乱序执行技术

如果指令i是条长延迟指令，如除法指令或高速缓存不命中的访存指令，那么在顺序指令流水线中指令i后面的指令需要在流水线中等待很长时间。乱序执行技术通过指令动态调度允许指令i后面的源操作数准备好的指令越过指令i执行（需要使用指令i的运算结果的指令由于源操作数没有准备好，不会越过指令i执行），以提高指令流水线效率。为此，在指令译码之后的读寄存器阶段，判断指令需要的操作数是否准备好。如果操作数已经准备好，就进入执行阶段；如果操作数没有准备好，就进入称为保留站或者发射队列的队列中等待，直到操作数准备好后再进入执行阶段。为了保证执行结果符合程序规定的要求，乱序执行的指令需要有序结束。为此，执行完的指令均进入一个称为重排序缓存（reorder buffer，ROB）的队列，并把执行结果临时写入重命名寄存器。ROB根据指令进入流水线的次序有序提交指令的执行结果到目标寄存器或存储器。CDC6600和IBM 360/91分别使用记分板和保留站最早实现了指令的动态调度。重命名寄存器与指令访问的结构寄存器相对应。为了避免多条指令访问同一个结构寄存器而使该寄存器成为串行化瓶颈，指令流水线可以把对该结构寄存器的访问定向到重命名寄存器。乱序执行流水线把指令执行结果写入重命名寄存器而不是结构寄存器，以避免破坏结构寄存器的内容，到顺序提交阶段再把重命名寄存器内容写入结构寄存器。两组执行不同运算但使用同一结构寄存器的指令可以使用不同的重命名寄存器，从而实现并行执行。

### 超标量

工艺技术的发展使得在20世纪80年代后期出现了超标量处理器。超标量结构允许指令流水线的每一阶段同时处理多条指令。例如Alpha 21264处理器每拍可以取四条指令，发射6条指令，写回6条指令，提交11条指令。如果把单发射结构比作单车道马路，多发射结构就是多车道马路。由于超标量结构的指令和数据通路都变宽了，使得寄存器端口、保留站端口、ROB端口、功能部件数都需要增加，例如Alpha 21264的寄存器堆有8个读端口和6个写端口，数据Cache的RAM通过倍频支持一拍两次访问。现代超标量处理器一般包含两个以上访存部件，两个以上定点运算部件以及两个以上浮点运算部件。超标量结构在指令译码或寄存器重命名时不仅要判断前后拍指令的数据相关，还需要判断同一拍中多条指令间的数据相关。

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Instruction: 我正在写关于微体系结构中的RISC技术的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 微体系结构中的RISC技术

自从20世纪40年代发明电子计算机以来，处理器结构和指令系统经历了一个由简单到复杂，由复杂到简单，又由简单到复杂的否定之否定过程。早期的处理器结构及其指令系统由于工艺技术的限制，不可能做得很复杂。随着工艺技术的发展，20世纪60年代后流水线技术、动态调度技术、向量机技术被广泛使用，处理器结构和指令系统变得复杂。20世纪80年代提出的RISC技术通过减少指令数目、定长编码、降低编码密度等以简化指令的取指、译码、执行的逻辑以提高频率，通过增加寄存器数目及load-store结构以提高效率。后来随着深度流水、超标量、乱序执行的实现，RISC结构变得越来越复杂。RISC指令采用load-store结构，运算指令从寄存器读取操作数并把结果写回寄存器，访存指令则负责在寄存器和存储器间交换数据，运算指令和访存指令分别在不同的功能部件执行。在load-store结构中，运算器只需比较指令的寄存器号来判断指令间的数据相关，访存部件只需比较访存指令的地址来判断指令间的数据相关，从而支持高效的流水线、多发射及乱序执行技术。X86系列从Pentium III开始，把CISC指令翻译成若干RISC微操作以提高指令流水线效率，如Haswell微结构最多允许192个内部微操作乱序执行。

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Instruction: 你是一名百科词条撰写员，请详细解释一下微体系结构中的指令流水线技术，要求表达严谨，内容详实

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## 微体系结构中的指令流水线技术

指令流水线把一条指令的执行划分为若干阶段（如分为取指、译码、执行、访存、写回阶段）来减少每个时钟周期的工作量，从而提高主频；并允许多条指令的不同阶段重叠执行实现并行处理（如一条指令处于执行阶段时，另一条指令处于译码阶段）。虽然同一条指令的执行时间没有变短，但处理器在单位时间内执行的指令数增加了。指令流水线的执行单元包括算术和逻辑运算部件（arithmetic logic units，ALU）、浮点运算部件（floating point units，FPU）、向量运算部件、访存部件、转移部件等。这些部件在流水线的调度下具体执行指令规定的操作。运算部件的个数和延迟，访存部件的存储层次、容量和带宽，以及转移部件的转移猜测算法是决定微结构性能的重要因素。

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Instruction: 为微体系结构中的高速缓存技术写一篇详细的介绍

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## 微体系结构中的高速缓存技术

随着工艺技术的发展，处理器的运算速度和内存容量按摩尔定律的预测指数增加，但内存速度提高非常缓慢，与处理器速度的提高形成了“剪刀差”。工艺技术的上述特点使得访存延迟成为以存储器为中心的冯诺依曼结构的主要瓶颈。高速缓存技术利用程序访问内存的时间局部性（一个单元如果当前被访问，则近期很有可能被访问）和空间局部性（一个单元被访问后，与之相邻的单元也很有可能被访问），使用速度较快、容量较小的高速缓存临时保存处理器常用的数据，使得处理器的多数访存操作可以在高速缓存上快速进行，只有少量访问高速缓存不命中的访存操作才访问内存。高速缓存是内存的映像，其内容是内存内容的子集，处理器访问高速缓存和访问内存使用相同的地址。从20世纪80年代开始，RISC处理器就开始在处理器芯片内集成KB级的小容量高速缓存。现代处理器则普遍在片内集成多级高速缓存，典型的多核处理器每个处理器核一级指令和数据高速缓存各几十KB，二级高速缓存为几百KB，而多核共享的三级高速缓存为几MB到几十MB。高速缓存技术和指令流水线技术相得益彰。访问处理器片外内存的长延迟使流水线很难发挥作用，使用片内高速缓存可以有效降低流水线的访存时间，提高流水线效率。高速缓存容量越大，则流水线效率越高，处理器性能越高。

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Instruction: 我想了解关于微体系结构中的转移预测技术的知识，请写一篇详细的介绍

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## 微体系结构中的转移预测技术

冯诺依曼结构指令驱动执行的特点使转移指令成为提高流水线效率的瓶颈。典型应用程序平均每5～10条指令中就有一条转移指令，而转移指令的后续指令需要等待转移指令执行结果确定后才能取指，导致转移指令和后续指令之间不能重叠执行，降低了流水线效率。随着主频的提高，现代处理器流水线普遍在10～20级之间，由于转移指令引起的流水线阻塞成为提高指令流水线效率的重要瓶颈。转移预测技术可以消除转移指令引起的指令流水线阻塞。转移预测器根据当前转移指令或其他转移指令的历史行为，在转移指令的取指或译码阶段预测该转移指令的跳转方向和目标地址并进行后续指令的取指。转移指令执行后，根据已经确定的跳转方向和目标地址对预测结果进行修正。如果发生转移预测错误，还需要取消指令流水线中的后续指令。为了提高预测精度并降低预测错误时的流水线开销，现代高性能处理器采用了复杂的转移预测器。

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Instruction:
请详细解释以下名词：
微体系结构中的乱序执行技术

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## 微体系结构中的乱序执行技术

如果指令i是条长延迟指令，如除法指令或高速缓存不命中的访存指令，那么在顺序指令流水线中指令i后面的指令需要在流水线中等待很长时间。乱序执行技术通过指令动态调度允许指令i后面的源操作数准备好的指令越过指令i执行（需要使用指令i的运算结果的指令由于源操作数没有准备好，不会越过指令i执行），以提高指令流水线效率。为此，在指令译码之后的读寄存器阶段，判断指令需要的操作数是否准备好。如果操作数已经准备好，就进入执行阶段；如果操作数没有准备好，就进入称为保留站或者发射队列的队列中等待，直到操作数准备好后再进入执行阶段。为了保证执行结果符合程序规定的要求，乱序执行的指令需要有序结束。为此，执行完的指令均进入一个称为重排序缓存（reorder buffer，ROB）的队列，并把执行结果临时写入重命名寄存器。ROB根据指令进入流水线的次序有序提交指令的执行结果到目标寄存器或存储器。CDC6600和IBM 360/91分别使用记分板和保留站最早实现了指令的动态调度。重命名寄存器与指令访问的结构寄存器相对应。为了避免多条指令访问同一个结构寄存器而使该寄存器成为串行化瓶颈，指令流水线可以把对该结构寄存器的访问定向到重命名寄存器。乱序执行流水线把指令执行结果写入重命名寄存器而不是结构寄存器，以避免破坏结构寄存器的内容，到顺序提交阶段再把重命名寄存器内容写入结构寄存器。两组执行不同运算但使用同一结构寄存器的指令可以使用不同的重命名寄存器，从而实现并行执行。

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Instruction: 我想了解一下微体系结构中的超标量，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 微体系结构中的超标量

工艺技术的发展使得在20世纪80年代后期出现了超标量处理器。超标量结构允许指令流水线的每一阶段同时处理多条指令。例如Alpha 21264处理器每拍可以取四条指令，发射6条指令，写回6条指令，提交11条指令。如果把单发射结构比作单车道马路，多发射结构就是多车道马路。由于超标量结构的指令和数据通路都变宽了，使得寄存器端口、保留站端口、ROB端口、功能部件数都需要增加，例如Alpha 21264的寄存器堆有8个读端口和6个写端口，数据Cache的RAM通过倍频支持一拍两次访问。现代超标量处理器一般包含两个以上访存部件，两个以上定点运算部件以及两个以上浮点运算部件。超标量结构在指令译码或寄存器重命名时不仅要判断前后拍指令的数据相关，还需要判断同一拍中多条指令间的数据相关。

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Instruction: 我正在写关于计算机体系结构中的并行体系结构的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 计算机体系结构中的并行体系结构

并行体系结构是并行计算机系统的组织结构，通过把任务划分为多个进程或线程，让不同的处理器并行运行不同的进程或线程来提高性能。此外，随着处理器访存延迟的增加，高速缓存失效导致流水线长时间堵塞，处理器可以在一个线程等待长时间访存时快速切换到另一个线程执行以提高流水线效率。多进程并行存在于多个操作系统之间或一个操作系统之内。用于高性能计算的MPI并行程序以及机群数据库是存在于多个操作系统之间的多进程并行的典型应用；由操作系统调度的多道程序则是操作系统之内多进程并行的典型应用。多线程并行只存在于一个操作系统之内。线程的粒度比进程小，线程的上下文也比进程简单。传统的多线程切换由操作系统调度并保留上下文，现代处理器通过硬件实现多份线程上下文来支持单周期的多线程切换。同时多线程（simultaneous multi-threading，SMT）技术甚至允许超标量指令流水线的同一流水级同时运行来自不同线程的指令。现代处理器还通过硬件实现多份操作系统上下文来支持多个操作系统的快速切换，以提高云计算虚拟机的效率。并行处理结构普遍存在于传统的大型机、服务器和高端工作站中。包含2～8个CPU芯片的小规模并行服务器和工作站一直是事务处理市场的主流产品。包含16～1024个CPU芯片的大型计算机在大型企业的信息系统中比较普遍。用于科学和工程计算的高性能计算机则往往包含上万个CPU芯片。随着集成电路集成度的不断提高，把多个CPU集成在单个芯片内部的多核CPU逐渐成为主流的CPU芯片产品。多核CPU芯片最早出现在嵌入式领域，把多个比较简单的CPU集成在一个芯片上。2005年个人计算机CPU芯片开始集成两个CPU核。现在的市场主流个人计算机CPU芯片一般集成2～4个CPU核，服务器CPU芯片则集成8～32个CPU核，专用处理器如GPU则集成几百到上千个处理核心。并行处理系统通过互联网络把多个处理器连接成一个整体。常见的互联网络包括总线、交叉开关、环状网络、树形网络、二维或更多维网格等。并行系统的多个处理器之间需要同步机制来协同多处理器工作。常见的同步机制包括锁（lock）、栅栏（barrier）以及事务内存（transaction memory）等，计算机指令系统通常要设置专用的同步指令。在共享存储的并行处理系统中，同一个内存单元（一般以Cache行为单位）在不同的处理器中有多个备份，需要通过存储一致性模型（memory consistency model）规定多个处理器访问共享内存的一致性标准。典型的存储一致性模型包括顺序一致性（sequential consistency）、处理器一致性（processor consistency）、弱一致性（weak consistency）和释放一致性（release consistency）等。高速缓存一致性协议（cache coherence protocol）把一个处理器新写的值传播给其他处理器，以达到存储一致性的目的。在侦听协议（snoopy protocol）中，写共享单元的处理器把写信息通过广播告知其他处理器；在基于目录的协议（directory-based protocol）中，每个存储单元对应一个目录项记录拥有该存储单元的副本的那些处理器号，写共享单元的处理器根据目录项的记录把写信息告知其他处理器。

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Instruction: 请详细介绍计算机体系结构中的体系结构的设计目标和方法

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## 计算机体系结构中的体系结构的设计目标和方法

体系结构设计的主要指标包括性能、价格和功耗，其他指标包括安全性、可靠性、使用寿命等。体系结构设计的主要目标经历了大型机时代一味追求性能（performance per second），到个人计算机时代追求性能价格比（performance per cost），再到移动互联时代追求性能功耗比（performance per watt）的转变。性能是计算机体系结构的首要设计目标。性能的最本质定义是“完成一个或多个任务所需要的时间”。完成一个任务所需要的时间由完成该任务需要的指令数、完成每条指令需要的拍数以及每拍需要的时间三个量相乘得到。完成任务需要的指令数与算法、编译器和指令的功能有关；每条指令执行拍数（cycles per instruction，CPI）或每拍执行指令数（instructions per cycle，IPC）与编译、指令功能、微结构设计相关；每拍需要的时间，也就是时钟周期，与微结构、电路设计、工艺等因素有关。为了满足应用需求并不断提高性能，计算机体系结构在发展过程中遵循一些基本原则和方法，包括平衡性、局部性、并行性和虚拟化。结构设计的第一个方法就是平衡设计。计算机是个复杂系统，影响性能的因素很多。结构设计要统筹兼顾，使各种影响性能的因素达到均衡。通用CPU设计有一个关于计算性能和访存带宽平衡的经验法则，即峰值浮点运算速度（MFLOPS）和峰值访存带宽（MB/s）为1:1左右。计算机体系结构中有一个著名的阿姆达尔（Amdahl）定律。此定律指出通过使用某种较快的执行方式所获得的性能的提高，受限于不可使用这种方式提高性能的执行时间所占总执行时间的百分比，例如一个程序的并行加速比，最终受限于不能被并行化的串行部分。结构设计的第二个方法是利用局部性。当结构设计基本平衡以后，性能优化要抓主要矛盾，重点改进最频繁发生事件的执行效率。结构设计经常利用局部性加快经常性事件的速度。RISC指令系统利用指令的事件局部性对频繁发生的指令进行重点优化。硬件转移预测利用转移指令跳转方向的局部性，即同一条转移指令在执行时经常往同一个方向跳转。高速缓存和预取利用访存的时间和空间局部性优化性能。结构设计的第三个方法是开发并行性。计算机中可以开发三种层次的并行性。第一个层次的并行性是指令级并行，包括时间并行即指令流水线，以及空间并行即超标量技术。20世纪80年代，RISC出现后，指令级并行开发达到了一个顶峰，2010年后进一步挖掘指令级并行的空间已经不大。第二个层次的并行性是数据级并行，主要指单指令流多数据流（single instruction multiple data，SIMD）的向量结构。20世纪70～80年代以Cray为代表的向量机十分流行；现代通用CPU普遍支持短向量运算，如X86的AVX指令支持256位短向量运算。第三个层次的并行性是任务级并行，包括进程级和线程级并行。上述三种并行性在现代计算机中都存在，多核CPU运行线程级或进程级并行的程序，每个核采用超标量流水线结构，并支持SIMD向量指令。结构设计的第四个方法是虚拟化。所谓虚拟化，就是“用起来是这样的，实际上是那样的”，或者“逻辑上是这样的，物理上是那样的”。结构设计者宁愿自己多费事，也要尽量为用户提供一个友好的使用界面。如虚拟存储为每个进程提供独立的存储空间，虚实地址转换和物理内存分配都由CPU和操作系统自动完成，大大解放了程序员的生产力。多线程和虚拟机技术通过硬件支持多个线程上下文或操作系统上下文的快速切换，在一个CPU上“同时”运行多个线程或操作系统，把单个CPU虚拟成多个CPU。此外，流水线和多发射技术在维持串行编程模型的情况下提高了速度；高速缓存技术使程序员看到一个像高速缓存那么快，像内存那么大的存储空间；高速缓存一致性协议在分布式存储的情况下给程序员提供一个统一的存储空间；这些都是虚拟化方法的体现。

理学 计算机体系结构 计算机科学技术


Instruction: 你能详细解释一下欧洲中世纪科学技术中的欧洲中世纪科学吗？

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## 欧洲中世纪科学技术中的欧洲中世纪科学

“中世纪”这一概念本身是文艺复兴之后出现的，是指欧洲历史三大传统划分的中间时期，一般可以分为早期（early middle ages）、中期（high middle ages）和晚期（late middle age）。中世纪欧洲的科学主要包括对自然的研究、数学和自然哲学，但由于基督教神学占据统治地位，因此“科学只是教会的恭顺的婢女，它不得超越宗教所规定的界限。”从科技发展的角度，一般可以把中世纪分为两个阶段：第一个阶段是从5世纪至10世纪，这个时期是欧洲历史上科学的衰落期，是科学史上的“黑暗时期”。这个时期教会推行的信条和准则是“启示高于理性”“知识服从信仰”“哲学（包括科学）服从神学”。教皇格里高利一世宣称：“不学无术是信仰虔诚之母。”不仅如此，在技术史上也乏善可陈，甚至是技术的倒退时期。这段时期欧洲手工业衰败，除了农业技术略有进步外，从整体上看，中世纪前期欧洲的技术和罗马帝国兴盛时期相比是大大倒退的。第二个阶段是从1000年往后，是欧洲科学技术的复苏期，这个阶段现代科学的轮廓开始逐步出现，科学活动也重新开展起来。通过对阿拉伯文献的翻译、学习古希腊科学文化、开办大学，对数学、物理学、天文学、医学等的研究都对科学革命产生了不小的影响；同时在技术方面也有了长足的进步，特别是农业有了较大发展；水利机械、风力机械、各种铁制机具普遍应用于冶金、采矿、纺织各行业，推动了手工业的发展，为近代早期的科学革命奠定了基础。

### 查理曼大帝——科学与文化复兴的倡导者

在公元9世纪，统治者和教会领袖意识到教育是维护团结与和平的关键。查理曼大帝（Charlemagne，742～814）在英国僧侣阿尔昆（Alcuin or Albinus，约736～804）的协助下进行了加洛林文艺复兴（Carolingian Renaissance），即文化复兴和教育改革计划，试图重建知识作为中世纪社会的基石。他利用天主教会传播知识和教育、艺术、文化。他下令翻译了许多拉丁文本并推广天文学，在整个政治和社会动荡期间，这种坚持学术追求的理念，使欧洲中世纪出现了些许文艺复兴的征象。

### 翻译运动与大学的诞生——科学与经院哲学的重生

从1050年左右开始，基督教学者们最重要的活动就是将阿拉伯文的论文译成拉丁文，到12世纪末，拉丁语的读者们已经可以得到希腊-阿拉伯知识的主体了。到下一个世纪的末叶，甚至是下一个世纪的中叶，阿拉伯文的科学文献中真正重要的内容他们几乎都知道了。在阿拉伯著作的刺激下，一些翻译者努力去再发现希腊文的原作，他们直接翻译原本译自阿拉伯文的希腊文译本，一个突出的例子就是《天文学大成》。受益于大量文本的翻译，这一时期见证了中世纪大学的诞生。如巴黎大学，牛津大学和博洛尼亚大学成立于大约1200年，在大部分翻译完成后就开始创立。翻译为新兴大学提供了可直接使用的课程课本，由精确的课程组成了科学、逻辑学和自然哲学。大学崛起的直接结果是重新获得和了解了古代科学和科学知识并直接促进了经院哲学的发展和繁荣。例如，亚里士多德的著作在1200年左右被翻译成拉丁语，围绕亚里士多德作品的讨论极大地激发了科学研究。

### R.培根——中世纪实验科学的光芒

修士、英国人R.培根（Roger Bacon，1220～1292）是第一个提出、使用“实验科学”概念的人，他认为只有实验科学才能发现现象背后的真理，是科学方法形成背后的伟大思想家之一。他的思想具有鲜明的唯物主义倾向，主张“靠实验来弄懂自然科学、医药、炼金术和天上地下的一切事物”，反对经院式、教义式的盲目信仰，对宇宙理论和科学的发展起了推动作用。他认为：“自然的经验是不完善的经验，运用它的只是工匠，而不是科学家。善于进行实验的本领则高于它，高于一切思辨知识和艺术，这种科学就是科学之王。”培根从事过许多物理学、化学与光学等实验，论证了实验科学的优越性，提出了一些有价值、给人以启发的科学设想。他是近代实验科学的先驱，比同时代人更早地认识实验与数学的重要性，以及科学应用的实用价值等。

〔科技史总论〕 理学 综合史 科学技术史


Instruction: 你是一名领域专家，对欧洲中世纪科学中的翻译运动与大学的诞生——科学与经院哲学的重生非常了解，请给出详细的解释

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## 欧洲中世纪科学中的翻译运动与大学的诞生——科学与经院哲学的重生

从1050年左右开始，基督教学者们最重要的活动就是将阿拉伯文的论文译成拉丁文，到12世纪末，拉丁语的读者们已经可以得到希腊-阿拉伯知识的主体了。到下一个世纪的末叶，甚至是下一个世纪的中叶，阿拉伯文的科学文献中真正重要的内容他们几乎都知道了。在阿拉伯著作的刺激下，一些翻译者努力去再发现希腊文的原作，他们直接翻译原本译自阿拉伯文的希腊文译本，一个突出的例子就是《天文学大成》。受益于大量文本的翻译，这一时期见证了中世纪大学的诞生。如巴黎大学，牛津大学和博洛尼亚大学成立于大约1200年，在大部分翻译完成后就开始创立。翻译为新兴大学提供了可直接使用的课程课本，由精确的课程组成了科学、逻辑学和自然哲学。大学崛起的直接结果是重新获得和了解了古代科学和科学知识并直接促进了经院哲学的发展和繁荣。例如，亚里士多德的著作在1200年左右被翻译成拉丁语，围绕亚里士多德作品的讨论极大地激发了科学研究。

〔科技史总论〕 理学 综合史 科学技术史


Instruction: 请详细论述欧洲中世纪科学中的R.培根——中世纪实验科学的光芒

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## 欧洲中世纪科学中的R.培根——中世纪实验科学的光芒

修士、英国人R.培根（Roger Bacon，1220～1292）是第一个提出、使用“实验科学”概念的人，他认为只有实验科学才能发现现象背后的真理，是科学方法形成背后的伟大思想家之一。他的思想具有鲜明的唯物主义倾向，主张“靠实验来弄懂自然科学、医药、炼金术和天上地下的一切事物”，反对经院式、教义式的盲目信仰，对宇宙理论和科学的发展起了推动作用。他认为：“自然的经验是不完善的经验，运用它的只是工匠，而不是科学家。善于进行实验的本领则高于它，高于一切思辨知识和艺术，这种科学就是科学之王。”培根从事过许多物理学、化学与光学等实验，论证了实验科学的优越性，提出了一些有价值、给人以启发的科学设想。他是近代实验科学的先驱，比同时代人更早地认识实验与数学的重要性，以及科学应用的实用价值等。

〔科技史总论〕 理学 综合史 科学技术史


Instruction: 请详细介绍欧洲中世纪科学技术中的欧洲中世纪的技术

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## 欧洲中世纪科学技术中的欧洲中世纪的技术

欧洲中世纪的技术发展情况相比科学要好一些，这一时期取得了许多重大的技术进步，包括采用火药，发明了垂直风车、眼镜、机械钟，并大大改进了水磨、建筑技术（哥特式建筑，中世纪城堡）和一般农业（三田轮作制）。这些方面的成就“为当时多数人的生活方式提供了一个优于古代希腊、罗马时期的物质基础”。

### 中世纪欧洲的农业技术

农业方面，在中世纪中后期逐渐形成了一套农业经营的新方式，这主要建立在三个重大的创造发明的基础上：替代摆杆步犁，重耕犁（Heavy Plow），使用马连同现代挽具及实现三田轮作制，使农产品产量大为提高。马的挽具经历了从6世纪到9世纪的多次演变。它允许更多的马拉动力，例如重犁。马蹄铁让马匹适应岩石地形、山脉并承受更重的负荷。

### 欧洲中世纪的军事技术

由于战争的需要，欧洲中世纪的军事技术发展得到足够重视，取得了极大发展。机械火炮、配重投石机等这些武器使中世纪攻城战和防御工事的建造彻底改变，使其能够长距离投掷巨石和火药。导弹武器（Missile weapons）、长弓、钢弩具有很高的射速和穿透力，促成了中世纪骑士阶层的最终消亡。随着武器的改进，城堡和防御性桥梁的建造技术也得到长足进步。

### 欧洲中世纪的航海技术

造船业的进步包括船体结构的改进，罗盘的应用等新的导航技术，使得探索时代的全球航行成为可能。

### 欧洲中世纪的机械技术

有代表性的发明包括：独轮车、自流井、铸铁高炉、垂直风车、眼镜、纺纱轮、机械钟，等等。

〔科技史总论〕 理学 综合史 科学技术史


Instruction:
请详细解释以下名词：
对欧洲中世纪科学技术的研究

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## 对欧洲中世纪科学技术的研究

在上个世纪，关于中世纪科学描述还是“停滞期”，其一直被描述为愚昧、迷信的时期。然而，到了20世纪初，这一观点开始被质疑，然后逐步被修正。在西方科学史界，中世纪在科学史上的重要意义早已达成共识。“欧洲中世纪所取得的科学成就的历史意义并没有立即体现在中世纪当时，而主要是为后来16和17世纪科学革命时期所出现的进一步发展在结构和智力等方面打下了良好基础”。丹皮尔（Dampier）说：“在科学历史学家眼中，中世纪是现代的摇篮。”P.迪昂（Pierre Duhem，1861～1916）是重新发现中世纪科学成就的重要学者，他是法国物理学家、科学哲学家和科学史家。他在中世纪科学史研究方面，挖掘出了大量史料证据，让学界认识到中世纪远非一片黑暗，相反，中世纪尤其是其晚期，有着非常丰富的科学成就，而且基督教对现代科学也并非一味地只起到阻碍作用。在迪昂看来，哥白尼、伽利略、开普勒乃至牛顿的许多所谓突破，其实“都无非是对14世纪经院哲学成果的整理和补充而已”。从迪昂开始，一部分科学史家持有连续论的科学史观点，认为从希腊科学、阿拉伯科学、中世纪科学到现代科学是有连续性的。也有人坚持，现代科学的兴起仍旧是一场颠覆性的革命。还有人提出“两次革命”论，也就是在16、17世纪的现代科学革命之前，中世纪经院学者也完成了一次同样意义重大的科学革命。布拉格天文钟

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Instruction: 请详细论述两河流域科学技术中的数学

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## 两河流域科学技术中的数学

公元前4千纪晚期，古代两河流域南部就出现了专门从事计量管理工作的人员，他们在计算商品价值和人力成本时开始使用代表1、10、60、3600等数字字符。公元前3千纪晚期，两河流域已经在日常生活中广泛使用60进位制，这是世界上最早用不同数位表示不同数值的计数法。例如，60进位制的1，33，52等于十进位制的5632（1×602+33×60+52）。直到今天，我们仍然能在时间计量和角度计量中看到60进位制产生的影响。从大约公元前27世纪开始，两河流域开始出现以非实用目的为导向的数学知识。但总体上看，两河流域的数学知识主要是为了解决日常生活中的实际问题等。到公元前16世纪，古巴比伦人已经掌握了大量代数学知识，能够进行四则运算、乘方开方、解二元二次方程等。求得的值（1.414213）与现代值十分接近。同时，古巴比伦人善于利用代数知识解决日常生活中的几何学实际问题，如计算土地面积等。他们了解毕达哥拉斯定理，并具备计算长方形、直角三角形、等腰三角形、梯形、立方体和圆柱体等各种形体面积、体积的能力。两河流域数学文献中没有几何证明的相关知识。古巴比伦时期以后保存下来的数学文献数量相对较少，这与公元前1千纪时天文学文献的大量出现和天文学知识的体系化形成了鲜明对比。晚巴比伦时期的算法文书等数理天文学文献体现了这一历史时期数学知识的进步。

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Instruction: 请详细介绍两河流域科学技术中的天文学

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## 两河流域科学技术中的天文学

在古代两河流域，天象代表的是神的意志和指令，因此天文学格外受到重视，天文学家们在历法、天文观测、数理天文学、星占学等多方面取得了显著成就。人们已通过考古发掘等途径发现了5000块以上记录了天文知识的泥板。这些文献主要出土于新亚述时期的卡尔胡、阿苏尔等地和尼尼微的亚述巴尼拔图书馆以及晚巴比伦时期的巴比伦尼亚南部地区。早期的苏美尔人将一年分为12个月，每月有29或30天，每年354天，这种历法属于太阴历。此后古代两河流域同时使用两种历法，分别供民用和行政管理用。民用历法是阴阳合历，一年分为12个月，每月有29或30天，以新月初见的夜晚作为一个月的起始。为了使历法与一年四季的变化大体一致，还引入了“闰月”的概念。从公元前480年左右开始固定采用每隔19年设置7个闰月的置闰周期。行政管理用历法也称作“理想历”(ideal calendar)，其历史可以追溯到公元前3千纪晚期，仅发现于巴比伦创世史诗《埃努玛·艾立什》和一些天文、经济文献中，其目的很可能是为了简化烦琐的计算。为了减少每月长度不同造成的实际影响，该历法规定每个月的长度都是30天，一年12个月，因此一年总天数是360天。《穆拉品》（MUL.APIN，又称“犁星”）是两河流域流传最为广泛的天文学著作，编纂于公元前8世纪晚期。其主要内容包括星表、历法知识、行星运行规律、月相变化规律、全年日夜时长、圭表影长变化以及一些占测知识。两河流域人对于天文观测和记录天象极为重视。《天文日志》（Astronomical Diaries）是晚巴比伦时期的天文学家们夜复一夜完成观测后编纂的天象记录集。现存最早的《天文日志》记录了沙玛什舒穆金（Šamaššumukin）16年（前652～前651）的观测。研究者认为这一观测传统可能开始于公元前750年，甚至更早。到公元1世纪为止，两河流域天文学家们连续进行了长约800年的系统天文观测。《天文日志》的内容包括对于日月食、行星位置、月亮位置的观测，还包括彗星和流星等相对罕见的天文现象，以及地震、气候状况、河流水位、商品价格等非天文要素。在晚巴比伦时期，巴比伦人已经具备了预测日月食时间、食分、行星运动方向、位置和月亮视运动等天文现象的能力。这些预测都是以周期关系为基础的。例如，公元前7世纪时，迦勒底人发现每隔约18年（223个朔望月，6585 1/3天）就会发生特征相似的日月食，因此他们将这一周期称为18年周期（18MU.MEŠ），后来又被希腊人称为沙罗周期。大约从公元前5世纪开始，巴比伦天文学家们进一步推进了对周期关系的认识，为计算行星和月亮运动提出了更复杂的数学方法，并保存在星历表（Ephemerides）和算法文书（Procedure Texts）中。星历表是运用算法文书中的方法计算得到的天象表。所有此类天象表都以周期关系为基本原则，同时利用阶梯函数（step function）和折线函数（linear zigzag function）处理天体不均匀运动。以这两种函数为基础的方法分别被称作A体系（System A）和B体系（System B）。公元前5世纪末，黄道十二宫的概念在两河流域出现。黄道指太阳的周年视运动在天空中的移动轨迹。巴比伦人将黄道分成12个相等的带状天区，并以邻近星座命名这些天区，每天区长度为30乌什或30°，共计360°。黄道十二宫的发明不仅对于巴比伦天文学和星占学的发展影响巨大，也被后来的希腊、罗马人所用，成为古代和中世纪西方天文学的基本概念。

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Instruction: 我正在写关于两河流域科学技术中的占测的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 两河流域科学技术中的占测

在古代两河流域，人们相信人类生存的环境是神创造出来的，神也能够通过自然现象和人的生理现象给人类传递信息，这些信息被称为征兆。占测者能够通过观察征兆的特点，分析征兆并为他人解读征兆的意义，告知应该采取的措施。如果采取了适当的措施，就有可能改变神对于个体的惩罚措施。从公元前2千纪开始，两河流域占测的主要模式是“如果，那么”（If P then Q）。占测的对象通常与社会事件相关，如敌国入侵、自然灾害及商品价格等。由于国王的行为和命运与国家紧紧相连，因此通常以国王为代表的统治阶级成为占卜的主要对象。占测的主要形式包括天文占、生育占和脏卜等。天文占出现于古巴比伦时期。《埃努马·阿奴·恩利尔》（Enūma Anu Enlil，意为“当阿努和恩利尔神”）是公元前1000年左右编纂而成的一套权威的占测文献，其内容包括对太阳和月亮的形态、日月食、行星的形态、行星在恒星背景下的运动、天气及其他自然现象的占测。在天文占中，月食是最不吉祥的天象之一，通常预示着或大或小的战争、瘟疫、灾荒甚至国王的死亡。公元前5世纪时，两河流域出现了生辰星占学。与传统占测不同，生辰星占学通过分析一个人出生时刻太阳、月亮和行星在黄道带上所处的位置预测个人的命运。命宫图通常包括以下内容：婴儿出生时日月和可见行星的位置、黄道十二宫的度数、邻近日期行星的会合现象以及日月食、二分二至的日期和月相等信息。

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Instruction:
请详细解释以下名词：
古希腊罗马科学技术中的数学

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## 古希腊罗马科学技术中的数学

古希腊数学强调形式逻辑、演绎法、证明和公理化体系，那时形成的数学思想和方法对后世的科学发展产生了深远影响。早期形成伊奥尼亚学派和毕达哥拉斯学派。伊奥尼亚学派的代表人物泰勒斯开创命题的证明。毕达哥拉斯及其学派以发现毕达哥拉斯定理著称，并且认为万物皆“数”。雅典时期，柏拉图、亚里士多德及其学派将演绎化进一步发展。柏拉图在数学研究的分析法与归谬法等方面做出重要贡献，同时给出多种几何定义，将数学知识作演绎整理；埃利亚学派的芝诺提出二分说、追龟说、飞矢不动说和运动场问题著名悖论，促使哲学家和数学家深入思考无穷问题。智者学派提出用直尺和圆规解决几何作图的化圆为方、倍立方体和三等分任意角问题。后人在试图解决上述问题时发明了割圆曲线，将圆视为无穷多边正多边形，即穷竭法。美尼克谟在解决上述问题时发现了圆锥曲线：抛物线、椭圆和双曲线。这些曲线为17世纪前后的力学和天文学研究准备了数学工具。雅典时期的数学还针对无限性及连续性等概念展开深刻探讨。欧几里得、阿基米德和阿波罗尼奥斯的代表性工作，标志着古典希腊数学的巅峰。欧几里得的《几何原本》构建了几何学的严密逻辑系统，是数学史上的一座理论丰碑。《几何原本》确立了数学中演绎范式，要求每一个命题须基于已建立的命题的逻辑结论，而推理链的共同出发点是公设或公理。阿基米德撰写了关于面积和体积计算的数学著作。例如，他得到圆周率的近似值为22/7，在《论球和圆柱》中证明了与球的面积和体积相关的公式。阿波罗尼基于前人工作创立了完善的圆锥曲线理论，这是希腊演绎几何的最高成就。他还用纯几何手段得到现代解析几何的部分结论。罗马时期，数学虽然逐渐衰落，但代表人物仍有海伦、托勒密、丢番图、帕波斯和希帕蒂娅。其中丢番图因对代数学、特别是算术理论的深入研究被誉为西方代数学鼻祖；帕波斯总结前辈学者成果并加以补充；女数学家希帕蒂娅协助父亲塞翁校订欧几里得和托勒密的著作，还为丢番图和阿波罗尼的数学著作做注释。

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Instruction: 你是一名领域专家，对古希腊罗马科学技术中的天文学和地理学非常了解，请给出详细的解释

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## 古希腊罗马科学技术中的天文学和地理学

自泰勒斯开始至托勒密，希腊天文学在近800年间得到迅速发展，是天文学史上的一个重要时期。古希腊天文学寻求天象的理性和物理解释。在柏拉图以前，希腊天文学以思辨性的宇宙论占主导地位，得到了月光是日光的反照、日月食的成因、大地为球形和黄赤交角数值等发现。从柏拉图开始，希腊人用几何系统描述天体的运动。柏拉图学派创立了同心球宇宙体系，而亚历山大学派发展出本轮、均轮或偏心圆体系。他们的宇宙论属于地心体系，另外还有从赫拉克利德到阿利斯塔克的日心体系。希腊人以太阳或月亮的运行周期做为编制历法的基础，有些天文学家还创造出了基于日月食周期的历法。亚历山大城的托勒密继承喜帕克斯（依巴谷）等古希腊天文学家的工作，系统总结和论证了以偏心圆和小轮体系解释天体运动的地心说，其著作《天文学大成》就是当时天文学的百科全书。此后1500年，以托勒密冠名的地心体系一直是欧洲天文学的权威理论。到古罗马时期，儒略•恺撒大帝支持天文学家修订了古埃及的太阳历，编制了《儒略历》。埃拉托色尼（Eratosthenes）所著《地理学概论》总结了希腊地理学的成就：第一卷阐述地球的结构以及水的运动；第二卷主要探讨天空、大地和海洋的形状、区域和地带的划分等第三卷论述世界地图的改绘。托勒密研究了地球的形状、大小、经纬度测定和地图的投影方法等，绘制了地图集并编著《地理学指南》8卷，其中6卷是用经纬度标明的地点位置表。

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Instruction: 我想了解关于古希腊罗马科学技术中的对自然本质和规律的阐释的知识，请写一篇详细的介绍

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## 古希腊罗马科学技术中的对自然本质和规律的阐释

古希腊人以自然的方式和原因去解释自然，并试图探讨其中规律，其中蕴含着理性精神。泰勒斯将地震解释为大地如一叶扁舟在海浪里颠簸。他试图以水解释万物的统一性，启发了后人提出其他的思想，如恩培多克勒的“四元素说”和留基伯、德谟克利特师徒的原子论。泰勒斯还提倡摒弃感官知觉而诉诸抽象的理性认知。其弟子毕达哥拉斯及其创立的毕达哥拉斯学派提出世界有秩序并符合数的简单和谐性，这种方法论可称为“简单性原则”或唯理主义。亚里士多德认为地球处于宇宙中心，一切物体都有向地中降落的“自然倾向”。此后，埃拉托色尼测定了地球的大小，还得出地球、月亮和太阳三者的相对距离。阿基米德通过经验和数学推理阐释了杠杆原理，提出“重心”概念。古代欧洲广泛使用的一种螺旋式水车也被归功于阿基米德。古罗马人继承了古希腊时期的知识，产生了卢克莱修、普林尼等名人。卢克莱修是思想家和诗人，也是古希腊原子论的继承者。普林尼是博物学家，撰写了37卷的《自然史》，内容涉及天文、地理、生物、医学、艺术和工艺，吸收了古代特别是古希腊的资料。他认为大地由空气托举在空中，潮汐涨落受到月亮影响，由人们先后看见远航归船的桅杆和船身而推理大地为球形。公元79年，普林尼在考察维苏威火山时因火山爆发而献身科学考察。

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Instruction: 为古希腊罗马科学技术中的生物学和医学写一篇详细的介绍

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## 古希腊罗马科学技术中的生物学和医学

古希腊人提出了关于生命起源于自然界的假说。例如，泰勒斯认为万物源于水，而阿那克西曼德则认为人是由鱼演化而来，显示出一定的原始的进化思想。亚里士多德描述了动植物的形态，提出生物的层级思想，即最低等的为营养和繁殖植物，其次为动物，最高等的是拥有智力和精神的人类。古希腊医学主要汲取埃及、巴比伦、亚述和小亚细亚西部的米诺亚民族的医学。恩培多克勒认为火、气、水和土四种元素等分量的混合形成肌肉，神经是由火和土与双倍的水结合而成，骨骼由两份水、两份土和四份火混合形成等。阿尔克芒解剖过人体，认识到大脑而非心脏是感觉和思维的器官，开创了西方解剖生理学的传统。希波克拉底创立“四体液说”，并用其解释生病现象。流传后世的“希波克拉底誓言”强调医生对病人的道德义务和救护责任。古罗马重视实用医学，多数医生精通外科手术。塞尔苏斯在《论医学》中记载了大量外科手术方法。解剖学家盖伦专注于医疗实践和解剖，并且用“三灵气”学说解释人体生理现象。第奥斯可里德所著药物百科全书载有600种药物及其特性。罗马帝国的皇帝奥古斯都在罗马开办医学学校和医院，在军队中设立医官。

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Instruction: 我想了解关于古希腊罗马科学技术中的建筑和土木工程的知识，请写一篇详细的介绍

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## 古希腊罗马科学技术中的建筑和土木工程

古希腊时期的建筑遗产丰富。位于克里特岛上的米诺斯王宫是古希腊最早的大型建筑，始建于公元前1900年，总面积约16000平方米，以木材和泥砖为主要材料。希腊人后来借鉴埃及人的方法，主要发展石材的柱廊建筑，并使建筑风格发生变化。现存最著名的建筑是位于雅典城市中心石砌的卫城，始建于公元前580年，面积约3万平方米。屹立于卫城最高处的帕特农神庙庄严雄伟、雄风犹存。现存的古希腊神庙、剧场和竞技场等建筑物遗址均表现出古希腊人的艺术特点，其建筑中的四种柱式是人类建筑史上的典范。那时的建筑语汇对欧洲的建筑模式和风格产生了深远影响，文艺复兴时期、巴洛克时期、洛可可时期和集体主义时期均可见希腊语汇的再现。古罗马继承了古希腊建筑的技术并做出多方面的创新，形成了独特风格。罗马角斗场、万神殿、第度凯旋门和君士坦丁凯旋门等建筑，都是世界建筑史上的杰作。自公元前4世纪起，罗马人为供应城市用水在罗马城内修筑9条总长90千米的水道工程，这种工程后来扩展到其他区域，并用于灌溉。引水渠通过洼地时以石块砌成高架拱槽，部分引水渡槽甚至高达60多米。此外，罗马人还修筑以罗马为中心的总长约8万千米的道路网，形成“条条道路通罗马”景象。古罗马著名工程师维特鲁维著有世界第一部建筑学专著《论建筑》。该书共分10个题目，涉及建筑的一般理论、设计、工程师培养、材料、设备和施工，以及建筑卫生和声学等问题，还论述了王宫、教堂、高架引水桥、（戏院、竞技场、公共浴池）和一般民房，以及民用机械和攻城梯、抛石机和破城槌等军事工具。水道工程监察官弗朗提努也写过工程著作，讨论供水建筑，认识到水的流速与管口大小和在水下的深度都有关系。

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Instruction: 为阿拉伯科学技术中的起源和发展写一篇详细的介绍

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## 阿拉伯科学技术中的起源和发展

通过继承和融合古代美索不达米亚、埃及以及古波斯、印度、中国、希腊、罗马等外来科学技术文明，至公元8世纪后半期，伊斯兰世界逐渐成为古代科学和技术发展的主要地区之一，经历成长期、鼎盛期和衰退期三个阶段。公元750年，阿拔斯王朝（750～1258）建立了横跨亚非欧三大洲的庞大帝国，这期间穆斯林对科学和哲学做出了巨大贡献，对古典时期著作掀起了声势浩大的百年翻译运动（Harakah al-Tarjamah，约830～930）是成长期的标志。公元9世纪中叶，西班牙科尔多瓦（Cordova）一度成为东西方科学传播的中转站，开始进入鼎盛期，翻译与独创性的发明等大量涌现，科尔多瓦成为当时世界上的三大文化中心之一。从1031年科尔多瓦倭马亚王朝灭亡到1258年蒙古人占领巴格达，科学技术随之向西欧转移，阿拉伯科学技术逐步进入衰退期。总体而言，公元8世纪中叶到13世纪初的近500年时间是其黄金时代。

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Instruction: 我正在写关于阿拉伯科学技术中的主要贡献的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 阿拉伯科学技术中的主要贡献

伊斯兰世界对人类科学发展和技术进步所做的贡献主要体现在三个方面：一是建立兼具科学院和公共图书馆功能的智慧馆（Bayt al-Hikmah）等穆斯林教育机构，将希腊语、波斯语、梵语和叙利亚语文献翻译成阿拉伯语，对保存和继承古典知识传统起到承上启下的作用；二是由于独特的地理位置，阿拉伯人在几个世纪里对古典知识进行消化吸收和再创造后，又通过叙利亚、意大利和西班牙再传向欧洲，其资料、实验、理论和方法成为西方近代科学的养料，在空间上发挥了东西方之间科学技术传播、转移的桥梁和纽带作用，中国的古代发明也由此传入欧洲；三是穆斯林科学家和工程师们不满足于继承者的角色，意识到了自身发明的重要性，从而做出了许多独创性的贡献，在数学、物理、化学、天文学、医学等诸多科学和技术领域取得了一系列辉煌成就，把古典文明推向了新的高峰。在数学领域，伊斯兰最重要的贡献是采用了以0为起点到9的阿拉伯数字，引入了印度式的计算法。穆萨·阿尔·花拉子密（Mūsā al-Khwārizmi，780～850）是阿拉伯数学史上最伟大的科学家之一，首创代数学（Algebra）一词，印度-阿拉伯数字系统借助其著作《积分和方程计算法》（Hisāb al-Jabr w-al-Muqābalah）传至西方，逐步取代了烦琐的罗马数字，欧洲各大学以此为教科书一直使用到16世纪，Algorism（阿拉伯数字）这一术语也因此而来。在物理与机械技术领域，哈桑·伊本·海赛木〔al-Hasan Ibn al-Haytham，拉丁名海桑（Alhazen），965～1040〕在《光学书》（Kitāb al-Manāzir）一书中提出了光反射定律，说明光在同一物质中是沿直线传播的，其所著的《智慧秤》（Kitab Mizan al-Hikma）是中世纪关于机械学、流体静力学和物理学最优秀的著作之一。班努·穆萨（Banū Mūsā，9世纪）三兄弟在《机械之书》（Kitāb al-Hiyal）中所描述的100种机械中，约有75种是自己设计的，其中许多为自动机械。穆斯林的化学、炼金术与化学技术没有实质性区别。查比尔·伊本·哈彦[Jābir ibn Hayyān，拉丁名盖博（Geber），约721～815，]是阿拉伯炼金术和化学的鼻祖，他叙述了化学上的两种主要操作：煅烧和还原，改良了蒸馏、升华、熔化、结晶等实验方法，制成硫酸、王水、碱和氯化铵等新物质，为溶解贵金属提供了溶剂。阿拉伯人发明了曲颈瓶式蒸馏器，与蒸馏技术密切相关的香水也起源于伊斯兰世界。他们还最早开始生产和提炼原油（naft）。一些化学术语是从阿拉伯语著作中通过拉丁语然后再传入欧洲的各种语言的，如alcohol（al-kuhl，酒精）、alembic（al-inbīq，蒸馏器）、alkali（al-qāli，碱）、aludel（Al-uthāl，梨状坛）等等。大马士革剑代表了伊斯兰世界冶炼技术的最高成就。在天文学与占星术方面，托勒密的《天文学大成》（Almagest）被译成阿拉伯文后，促进了地球中心说在阿拉伯和欧洲的传播，许多星宿名称和天文学术语来源于阿拉伯语；同时，阿拉伯天文学深受古巴比伦占星术影响，进行了系统的天文观测，发现了一些新的天象。公元772年，易卜拉欣·法萨理（ibn-Ibrāhīm al-Fazārī，约卒于796～806）翻译了印度天文学论文《西德罕塔》（Sindhind），标志着阿拉伯天文学的开始。公元829年，在巴格达建造了天文台，阿尔巴塔尼（al-Battāni，拉丁名Albatenius，858～929）在此制成恒星表，确定太阳年的长度为365日46分24秒，与现代值非常接近。比鲁尼（Al-Bīrūnī，973～1050）对经纬度做了精确计算，发明了便携观星仪，并早于伽利略600年计算出地球的半径。古希腊人发明的星盘，由穆斯林加以改良并在10世纪时传入欧洲，星盘既可以确定穆斯林礼拜的时间和麦加的地理朝向，也可以用于海上观测。穆斯林天文学家还先后建立了马腊格（Marāghah）、兀鲁伯（Ulugh Beg）和伊斯坦布尔天文台，成为早期欧洲天文台的范本。伊斯兰天文学的主要成就是观测、仪器使用以及为解决天文学、数学问题的球面三角法的发展；阿拉伯人制造和使用过方位仪、斜纬仪、平纬仪、天球仪和观象仪等天文仪器。阿拉伯科学的医学主要发源于希腊医学，一部分来源于波斯医学。拉齐〔al-Rāzī，拉丁名雷泽斯（Rhazes），865～925〕根据希腊和印度典籍编撰了《医学集成》（al-Hāwi）等多种医学著作，还出版过炼金术著作《秘典》（Kitāb al-Asrār）。I.西那〔Ibn Sina，拉丁名阿维森纳（Avicenna），980～1037〕编撰了包括《医典》（al-Qānūn fi al-Tibb）在内的16部医学著作，12世纪《医典》被译成拉丁文，成为欧洲各大学的教科书，其中的药物学研究了760多种药的性能。A.伊本·伊萨（Ali ibn-īsa，拉丁名Jesu Haly，940～1010）所著的《眼科医生手册》（Tadhkirat al-Kahhālin）一书流传至今，提出了眼的结构，并给角膜、视网膜和玻璃体命名，叙述了130种眼科症状，成为眼科学规范。I.贝塔尔（ibn-al-Baytār，？～1248）著有《药物学集成》（al-Mughni fi al-Adwiyah al-Mufradah）和《医方汇编》（al-Jāmi‘fi al-Adwiyah al-Mufradah）两种药学著作，所列药物包括动物、植物和矿物三界，在融合古希腊和阿拉伯资料的基础上，又将临床经验和科学研究作了补充，成为中世纪同类作品中的杰作。在船舶与航海术方面，造船是伊斯兰的主要技术行业，公元673年伊斯兰第一个造船厂在尼罗河上的罗德洲（al-Rawdah）建立；穆斯林帆船曾经航行到世界的许多未知角落，三角帆最晚于公元9世纪在地中海地区出现；穆斯林通过测量北极星的经度来确定航线的纬度。在土木工程领域，耶路撒冷阿克萨、大马士革伍麦叶以及埃及伊本图伦清真寺都是伊斯兰建筑史上的杰作。中世纪阿拉伯各国在水车、风车、水钟、抽水机、灌溉设施、道路桥梁、纺织、食品加工、制糖、榨油、肥皂、燃料、陶瓷、造纸、皮革、农具等方面的技术也都取得了骄人的成就。

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Instruction: 我想了解一下古埃及科学技术中的数学，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 古埃及科学技术中的数学

古埃及使用数字的证据可以追溯到公元前3000年在阿拜多斯墓葬中发现的象牙标签，这些标签可能被用于记录陪葬品，有些标有数字。那尔迈权杖头（公元前31世纪）上则显示出人们使用以10为基础的进位制，该器物底部记录了战利品的数量：40万头牛，142.2万只山羊和12万名战俘。美杜姆的一座石室墓壁铭上刻画了作为测量单位的1腕尺（约46.38厘米）的长度。第12王朝（约公元前1990～1800年）的卡洪纸草卷和柏林纸草卷等文献，留下了最早的数学文献。其中莫斯科数学纸草书和源于该时代的莱茵德数学纸草书都是带有解题方法的数学问题集，它们可能是由专门解决典型数学问题的教师或学生撰写的。莫斯科纸草书中给出了计算半球表面积的方法，其取用的圆周率值为256/81≈3.16049。莱因德纸草书则对算术、一次线性方程和体积与面积计算给出了更加详细的解题步骤。古埃及数学的一个有趣特征是使用单位分数，即除了2/3、3/4等少数例外，其他分数均表达为形如1/n这样的单位分数的总和，在数学纸草书中常可见到便于计算的单位分数算表。

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Instruction: 请详细论述古埃及科学技术中的医学

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## 古埃及科学技术中的医学

古埃及医学在无创手术、骨科、牙科以及药典编纂方面取得很高成就，并对包括古希腊在内的较晚的医学传统影响显著。在19世纪之前，人们主要通过希罗多德、希波克拉底、老普林尼（Gaius Plinius Secundus，公元23～79）等古典时代作者的引述间接得知古埃及医学的信息。19世纪后，随着古埃及象形文字的破译，包括埃伯斯纸草书、埃德温史密斯纸草书、赫斯特纸草书、伦敦医学纸草书等古代医学文献得到发现和研究，这些文献最早可以追溯到公元前2900年。这些文献以及将其中的知识以现代医学技术加以运用，帮助学者们了解到医学知识的许多细节，以及古埃及人的健康状况。古埃及人强调饮食均衡，他们懂得通过烘焙和发酵来把小麦和大麦加工成面包，这增添了食物的营养价值。古埃及法老食谱中囊括蔬菜和水果、亚麻籽油、肉类等众多膳食选择，但希波克拉底记载古埃及人认为猪肉是不洁净的，因此受到排斥。古埃及人认识到很多植物的药用价值，埃德温史密斯纸草书记录了几种妇科疾病、改善肤色以及处理结肠病的药方。埃伯斯纸草书记录了包括敷用药膏、包扎、口服药物等超过800种治疗方法。一些动物粪便和金属也被引为药材。古埃及人以药物的体积而不是重量记录药方，这使得他们的制药工艺近似于烹饪。古埃及人对人体解剖学有一定了解。例如在制作木乃伊的过程中，人们知道如何通过鼻孔插入长钩工具，打破脑膜的薄骨并移除大脑，还知道通过左腹股沟的小切口取出体腔内的器官。古埃及医家意识到脉搏的存在及其与心脏的关系，埃德温史密斯纸草书甚至对心脏系统提出了模糊的概念。在外科手术前，医生会建议清洗身体并剃毛，以起到防止感染的作用。第六王朝医生卡尔（Qar）墓葬出土了世界最古老的金属手术工具。

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Instruction: 我想了解关于古埃及科学技术中的天文学的知识，请写一篇详细的介绍

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## 古埃及科学技术中的天文学

即便在史前时期，天文学对古埃及宗教和社会生活就具有重要意义。公元前5千纪（5千年）的纳布塔普拉雅石阵可能指示了某些恒星上升并带有夏至日太阳升起的近似方向。与尼罗河洪水相伴的恒星——天狼星在黎明时分首次随太阳升起，古埃及人观察到其中蕴含的规律性，很早就认识到一年约为365天。金字塔的精确定位展示了公元前3千纪人们观测天空的高度技能，它们的建造方向指向当时的北极星天龙座α。而卡纳克的阿蒙神庙方向则对齐于当时冬至日太阳升起的方向。从第9王朝到第12王朝，木制棺材盖子内表面常绘有“对角线星表”。拉美西斯六世和拉美西斯九世墓葬顶部星表显示，为确定夜晚时间，在观测者对面会坐一人，观测者观测极星的方向需正穿过那人的额头中央。在一年不同时间，每个小时都由到达或几乎到达天顶的恒星位置来决定，表格中给出了这些恒星相对于坐者正中、左眼、右肩等身体部位的相对位置。这可能是当时常用的天文观测手段。

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Instruction: 我想了解关于科学技术编史学中的编史学的知识，请写一篇详细的介绍

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## 科学技术编史学中的编史学

英语中，historiography一词通常有两种含义，其一是指被人们所写出的历史，其二是指人们对于历史这门学问发展的研究，包括作为学术一般分支历史的历史，或对特殊时期和问题历史解释的研究。除了编史学之外，国内尚有不同的译法，如“史学”或“历史编纂学”等。讲英语的历史学家在两种意义上使用编史学这一术语。在宽泛的意义上，它指一般的被人们写出的历史，或是撰写历史的活动。在某些场合，编史学家（historiographer）甚至可以是历史学家（historian）的同义词，但这种用法现已较为少见。现在它已被另一个更简短但又多义的词——“历史”（history）所取代。狭义地讲，编史学这一术语在英语中指对于历史的撰写、历史研究的方法、解释和争论的研究。其中，史学史的研究直到大约18世纪末和19世纪初才趋向于成熟。英语编史学一词与史学史研究密切相关的这种用法的起源较晚，大约在20世纪初才出现，而且这与十九世纪末德国史学史家们频繁地使用德语的Histoiographie一词有间接的联系。20世纪，在英语世界人们越来越意识到史学史的价值所在，尤其是认识到像其他的文化形式一样，历史著作实际上也是一种历史的产物，必须将其放在产生它们的文明背景中作为人类思想史的一个方面来考察。同时随着史学职业化，对历史解释的争论也逐渐增多，人们愈发感到需要一个专门的术语来表示对史学争论的研究。这样，编史学一词便更多地在第二种意义上为人们所使用。随后的发展中，编史学与史学史相关的这种用法的含义又有了进一步的扩展。编史学的研究范围延伸到当代，包括分析和研究历史学中的各种思潮，力图帮助史学家们发现他们的研究兴趣、方法等与范围更广的思潮的联系。某种程度上，编史学也成了一种“批判的工具”，并与历史哲学（philosophy of history）的研究范围有了很多的重叠。在中国，学术界常用“史学理论”一词，来指那些非原初意义上的历史研究而又与一些史学基础性问题（包括历史哲学）有关的研究。这种“元”史学的研究，与编史学所指是相近的。

科学技术编史学 理学 科学技术史 〔科技史总论〕 综合史


Instruction: 你是一名百科词条撰写员，请详细解释一下科学技术编史学中的科学编史学，要求表达严谨，内容详实

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## 科学技术编史学中的科学编史学

科学史可以理解为以科学为特殊研究对象的历史学分支，而“科学编史学”，即是对“科学史”（history of science）进行的“编史学”（historiographical）研究。关于科学编史学是否可成为一个独立的学科，也还存在一些争议。与一般历史学相比（如从作为独立的学科确立的时间和研究者的人数等方面来相比），科学史的确可以说是历史学中一个晚生的小的分支学科。而与科学史的发展相比，科学编史学研究的发展就更加滞后。但即使如此，科学编史学仍是一个范围相当广阔的领域，其理论来源和研究方法涉及多门相关学科或领域，除一般编史学之外，还包括像科学哲学、科学社会学、科技政策、科学文化、科学及科技研究（science and technology studies，STS）等，有众多重要的课题需要进行认真的研究。从研究对象来说，可以将科学、科学史以及科学编史学的不同以下表给出说明。科学、科学史以及科学编史学的不同类别研究者研究对象科学科学家自然科学史科学史家科学和科学家科学编史学科学编史学家科学史和科学史家按照上表可以看出，如果把科学家对自然界的研究作为一阶研究的话，科学史就已经是二阶的研究，它也有些类似于对科学和科学家进行哲学研究的科学哲学。相应地，科学编史学则是三阶的研究。因而，从分类上来说，科学编史学与科学史又有所不同，具有一定的独立性。

科学技术编史学 理学 科学技术史 〔科技史总论〕 综合史


Instruction: 你是一名百科词条撰写员，请详细解释一下科学技术编史学中的科学编史学研究的原创性与独立性，要求表达严谨，内容详实

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## 科学技术编史学中的科学编史学研究的原创性与独立性

由于科学编史学发展起步较晚，研究者人数偏少，其交流和评价往往是在科学史或科学哲学等学科共同体中进行的，一些科学史家还会对之带有某些偏见。例如，认为科学编史学不是在“一手材料”的基础上进行的，不是“原创”的，或者认为科学编史学的研究者因其不做具体直接的科学史研究，因而没有“资格”对科学史和科学史家“品头论足”等等。但在一个系统中，不同阶数的研究，都有着不同的直接对象，也因而可以有相应的“一手材料”。只是因为研究的“阶数”不同，对象不同，这些“一手材料”的类型也不同。如果说科学家的著作、论文、书信、笔记、档案、谈话等可以作为科学史研究的“一手材料”，那么科学史家的著作、论文、书信、笔记、档案、谈话等同样也是科学编史学的“一手材料”。相应地，针对这些不同的一手材料的研究也都可以是“原创性”的研究。任何学科，在发展到一定程度后，都可以有其独立性和自主性。研究者都可以专业化，而不必按其上一阶的标准来要求。就像并不要求文学评论家一定要直接创作文学作品一样，科学史家并不一定要从事科学研究，而科学编史学家也同样可以凭其自身特殊的训练和资格从事对科学史和科学史家的研究，也可以具有其独立于其研究对象本身的价值判断。这也是学科发展专业化的需要。

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请详细解释以下名词：
无机非金属材料中的简史及发展

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## 无机非金属材料中的简史及发展

公元前6000～前5000年，中国发明了原始陶器。中国商代（约前17世纪初至前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。公元200年（东汉时期）的青瓷是已知发现最早的瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代。中国夏代炼铜用的陶质炼埚是已知最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后，钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。玻璃制品亦有非常悠久的历史。距今5000～6000年前的古埃及文物中即发现有绿色玻璃珠饰品，中国白色玻璃珠亦有近3000年的历史。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000～1200年间，玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。17世纪以来，由于用工业纯碱代替天然草木灰与硅石、石灰石等矿物原料生产钠钙硅酸盐玻璃，各种日用玻璃和技术玻璃迅速进入普通家庭、建筑物和工业领域。在距今5000～6000年的古代建筑中已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。公元初期有了水硬性石灰和火山灰胶凝材料。1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。但是用人工方法合成硅酸盐水泥制品还只有100多年的历史。1824年，英国人J.阿斯普丁（Aspdin）发明用硅酸盐矿物和石灰原料经高温煅烧制成波特兰水泥（又称硅酸盐水泥），从而开始了高强度水硬性胶凝材料的新纪元。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，因而长期以来，在学术界和工业界将其称为硅酸盐材料。18世纪工业革命以后，随着建筑、机械、钢铁等近代工业的兴起，无机非金属材料发展迅猛，出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料和快硬早强等性能优异的水泥。发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。20世纪中期以后，随着微电子、航天、能源、计算机、激光、通信、光电子、传感、红外、生物医学和环境保护等新技术的兴起，促进了先进无机非金属材料的发展。其在化学组成上远远超出了硅酸盐材料范围，扩展到了其他氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硫系化合物和钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等无机化合物。已有相当一些在其组成中已完全不含氧化硅，如刚玉瓷、镁质耐火材料、磷酸盐和硼酸盐光学玻璃等。而且在一些制品（如氧化锆陶瓷）的组成中，氧化硅反倒成为有害的杂质而必须严格控制。在国际上因陶瓷历史悠久，且应用广泛，内部显微结构涵盖了各种无机非金属材料结构，因此常用广义的陶瓷表示无机非金属材料。21世纪，航天、航空、能源、信息、生物医学和环境保护等技术的发展，又对无机非金属材料的性能和功能提出了新的要求，同时，无机非金属材料的技术水平对这些技术的发展也具有决定性的影响。与有机高分子材料和金属材料相比，无机非金属材料在耐高温、耐磨损、高硬度、抗氧化、光学与电学性能、高温稳定性等方面具有优势，是高性能发动机、高速飞行器、大功率集成电路、高功率微波器件、大功率激光器、储能电池、核反应堆、新型光源、高温净化器、轻量化透明防弹、红外窗口等材料的发展基础和制约瓶颈。材料科学的发展已经从宏观走进微观，从定性描述走进定量描述。随着超级计算机、人工智能的普及，大数据技术的发展，无机非金属材料的研究和制备方式也将发生革命性的变化。数字化技术将贯穿于材料的分子结构、微观结构的设计，实验、工程放大和生产的全部过程，材料的研制速度显著加快，复杂部件制造、个性化制造、材料制备的可控性水平大幅提升。材料基因组工程、自动化实验、三维打印技术等正是围绕这一技术发展趋势而开展的研究和探索。随着石墨烯、纳米碳管、介孔材料、超材料等新结构、新材料不断涌现，材料性能也将发生革命性的提升。

材料科学与工程 无机非金属材料 工学


Instruction: 为无机非金属材料中的特点和学科内涵写一篇详细的介绍

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## 无机非金属材料中的特点和学科内涵

在晶体结构上，无机非金属材料的元素间结合主要通过离子键、共价键或离子-共价混合键相连接。这些化学键的特点是高的键能、键强，它们赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及透光性、铁电性、铁磁性和压电性。水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，结构陶瓷在耐磨损耐蚀性能上，功能材料在电学性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，断裂韧性低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。无机非金属材料科学与工程学科主要研究无机非金属材料的合成与制备、组成与结构、性能和使用效能之间的关系与规律。材料的使用效能是材料科学与工程所追求的最终目标，而且在很大程度上代表这一学科的发展水平。

材料科学与工程 无机非金属材料 工学


Instruction: 请详细介绍无机非金属材料中的分类

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## 无机非金属材料中的分类

无机非金属材料品种繁多，用途各异，因此还没有一个统一而完善的分类方法。通常可分为传统无机非金属材料和先进无机非金属材料。

### 传统无机非金属材料

主要以天然的硅酸盐矿物（如黏土、石英、长石等）为主要原料，经高温烧制而成的一大类材料。又称硅酸盐材料。主要包括：①传统陶瓷，是工业和基本建设基础材料，包括日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等。②玻璃，包括平板玻璃、仪器玻璃和光学玻璃等。③耐火材料，包括硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质耐火材料等。④水泥，包括硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等。⑤其他产品，包括搪瓷、磨料（碳化硅、氧化铝）、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料（金刚石、石墨、焦炭和各种碳素制品等）、非金属矿（石棉、云母、大理石、水晶等）等。

### 先进无机非金属材料

主要指20世纪以来发展起来的、具有特殊性质和用途的材料，如压电、铁电、导体、半导体、磁性、超硬、高强度、超高温、生物工程材料和无机复合材料等。是现代新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是发展现代国防和生物医学所不可缺少的材料。主要包括：①人工晶体，人工合成的具有特殊光、机、电等特性和功能的一类晶体材料，包括光学晶体、闪烁晶体、半导体晶体、压电晶体、人造金刚石等。②结构陶瓷，具有在高温下强度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐磨损、耐烧蚀等特性，包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷等。③功能陶瓷，指具有机、电、声、光、热、磁等能量转换效应的一类陶瓷，包括铁电和压电陶瓷、热释电陶瓷、介电陶瓷、半导体陶瓷等。④透明陶瓷，在可见光和特定的波段具有高的透射性能的陶瓷，它是在普通陶瓷基础上通过工艺手段排除杂质和气孔而获得，包括氧化钇透明陶瓷、氧化铝透明陶瓷、氮氧化铝透明陶瓷、硫化锌陶瓷、锆钛酸铅镧透明陶瓷等。⑤陶瓷基复合材料，以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料，包括碳石英复合材料、碳/碳复合材料、碳/碳化硅复合材料等。⑥非晶态材料，又称无定形或玻璃态材料，其原子、分子的空间排列是近程有序、远程无序，包括石英玻璃、非晶硅、α-砷化镓等非晶态半导体等。⑦无机涂层，用陶瓷或玻璃态物质以及部分金属涂覆在基材表面达到改善性能或形成特殊功能的一种膜层，包括抗氧化涂层、耐磨涂层、光学功能涂层、无机热控涂层等。⑧无机纤维，化学组成为无机非金属材料的纤维，包括玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、碳纤维、碳化硅陶瓷纤维、氧化铝陶瓷纤维、氧化锆陶瓷纤维等。⑨无机生物活性材料，能促进或影响生物组织和材料之间的连接、诱发细胞活性或新组织再生的无机材料，包括磷酸钙材料、羟基磷灰石、生物活性玻璃陶瓷等。

材料科学与工程 无机非金属材料 工学


Instruction: 为分类中的先进无机非金属材料写一篇详细的介绍

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## 分类中的先进无机非金属材料

主要指20世纪以来发展起来的、具有特殊性质和用途的材料，如压电、铁电、导体、半导体、磁性、超硬、高强度、超高温、生物工程材料和无机复合材料等。是现代新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是发展现代国防和生物医学所不可缺少的材料。主要包括：①人工晶体，人工合成的具有特殊光、机、电等特性和功能的一类晶体材料，包括光学晶体、闪烁晶体、半导体晶体、压电晶体、人造金刚石等。②结构陶瓷，具有在高温下强度和硬度高、蠕变小、抗氧化、耐磨损、耐烧蚀等特性，包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷等。③功能陶瓷，指具有机、电、声、光、热、磁等能量转换效应的一类陶瓷，包括铁电和压电陶瓷、热释电陶瓷、介电陶瓷、半导体陶瓷等。④透明陶瓷，在可见光和特定的波段具有高的透射性能的陶瓷，它是在普通陶瓷基础上通过工艺手段排除杂质和气孔而获得，包括氧化钇透明陶瓷、氧化铝透明陶瓷、氮氧化铝透明陶瓷、硫化锌陶瓷、锆钛酸铅镧透明陶瓷等。⑤陶瓷基复合材料，以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料，包括碳石英复合材料、碳/碳复合材料、碳/碳化硅复合材料等。⑥非晶态材料，又称无定形或玻璃态材料，其原子、分子的空间排列是近程有序、远程无序，包括石英玻璃、非晶硅、α-砷化镓等非晶态半导体等。⑦无机涂层，用陶瓷或玻璃态物质以及部分金属涂覆在基材表面达到改善性能或形成特殊功能的一种膜层，包括抗氧化涂层、耐磨涂层、光学功能涂层、无机热控涂层等。⑧无机纤维，化学组成为无机非金属材料的纤维，包括玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、碳纤维、碳化硅陶瓷纤维、氧化铝陶瓷纤维、氧化锆陶瓷纤维等。⑨无机生物活性材料，能促进或影响生物组织和材料之间的连接、诱发细胞活性或新组织再生的无机材料，包括磷酸钙材料、羟基磷灰石、生物活性玻璃陶瓷等。

材料科学与工程 无机非金属材料 工学


Instruction: 请详细论述无机非金属材料中的制备工艺

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## 无机非金属材料中的制备工艺

传统无机非金属材料采用天然矿石为原料，不同材料对应的具体工艺又有不同，但都需经高温烧成或熔制。①传统陶瓷制备工艺。包括原料粉碎或粉体制备、配料、混合、成型、干燥、烧结（900～1300℃）、上釉等工序。②玻璃制备工艺，包括原料粉碎、配料、混合、熔制（1400～1600℃）、成型、退火等工序。③水泥制备工艺，包括生料配料、研磨粉碎、煅烧、加入熟料、研磨等工序。先进无机非金属材料的原料多采用高纯、微细的人工粉料。粉体制备是先进无机非金属材料制备的关键工序，包括物理方法和化学方法。物理方法包括真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等。化学方法包括气相沉积法、液相沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法、微乳液法。先进无机非金属材料制备工艺种类繁多，新原理、新工艺层出不穷。①先进陶瓷（结构陶瓷、功能陶瓷、透明陶瓷）制备工艺，包括：原料制备（造粒、表面处理）、配料混合、成型（热压成型、注凝成型、轧膜成型、等静压成型、流延成型等）、烧结（常压烧结、反应烧结、热压烧结、高温等静压烧结、气氛烧结、放电等离子烧结）等工序。②人工晶体制备方法，包括水热法、提拉法、坩埚下降法、区熔法、泡生法等。③无机涂层制备方法，包括物理气相沉积（真空蒸镀、离子溅射、离子镀）、化学气相沉积（热激发、等离子增强、激光辅助化学气相沉积）、热喷涂（火焰喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂）、电化学涂层（电镀、阳极氧化、化学转换等）、熔结涂层（低真空熔结、激光熔敷涂层）等。④无机纤维制备方法，包括熔融制备工艺和化学合成制备工艺。熔融制备工艺一般采用电炉作为熔化设备，包括电阻炉和电弧炉。纤维的成形方法分为纺丝法、喷吹法、甩丝法和甩丝-喷吹法等，主要用于制备玻璃纤维、硅酸铝纤维等。化学合成制备工艺中，一般先制成有机纤维，然后经过热处理等过程以及发生化学反应成为无机纤维。主要用于制备碳化硅陶瓷纤维、碳纤维、氧化铝纤维等。

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Instruction: 你是一名领域专家，对硅酸盐材料中的发展非常了解，请给出详细的解释

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## 硅酸盐材料中的发展

由于早期陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等无机非金属材料的主要成分均为硅酸盐，因而长期以来，这些材料被统称为硅酸盐材料。20世纪中叶以后，随着微电子、航天、能源等技术的兴起，出现了氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硫系化合物和钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等一系列新型无机非金属材料，各种性能更为优良和具有特殊功能的新型陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、涂层、磨料等制品快速发展，这些新材料在化学组成上远超出了硅酸盐化合物的范围，有很大部分材料在其组成中已完全不含氧化硅，如刚玉瓷、镁质耐火材料、磷酸盐和硼酸盐光学玻璃等。因此，再用硅酸盐材料来概括这些材料已经不准确，故无机非金属材料这一名称在学术界逐渐形成并获得广泛使用。在中国，全国性无机非金属材料学会仍沿用中国硅酸盐学会的名称，相关学报仍叫硅酸盐学报，有关的研究所仍叫硅酸盐研究所。

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Instruction: 你能详细解释一下硅酸盐材料中的组成元素吗？

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## 硅酸盐材料中的组成元素

硅酸盐材料的基本化学成分为硅酸盐。硅酸盐是硅、氧与其他化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。通常硅酸盐材料包含一种或多种金属和非金属元素，自然界组成硅酸盐矿物的元素多达40余种。其中，除了构成硅酸根所必不可少的硅和氧以外，作为金属阳离子存在的主要是惰性气体型离子（如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+等）和部分过渡型离子（如Fe2+、Fe3+、Mn2+、Mn3+、Cr3+、Ti3+等）的元素，铜型离子（如Cu+、Zn2+、Pb2+、Sn4+等）的元素相对较少见。此外，还有 (OH)-、O2-、F-、C1-、[CO3]2-、[SO4]2-等以附加阴离子的形式存在。常见的硅酸盐化合物有硅酸钠（Na2O·SiO2）、石棉（CaO·3MgO·4SiO2）、长石（K2O·Al2O3·6SiO2）、硅酸盐玻璃（Na2O·CaO·6SiO2）、硅酸盐水泥（3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3）、黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）等。

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Instruction: 你能详细解释一下硅酸盐材料中的晶体结构吗？

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## 硅酸盐材料中的晶体结构

硅酸盐矿物的晶体结构中，最基本的结构单元是Si-O络阴离子。除硅灰石膏结构中Si4+具有6次配位，Si-O键长为0.178纳米，形成Si-O6配位八面体而属于六氧硅酸盐外，其他所有硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐。其Si4+具有4次配位，平均Si-O键长为0.162纳米，形成Si-O4配位四面体结构。在四面体内，硅原子占据中心，四个氧原子占据四角。这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，彼此间由其他金属阳离子来连接。但是，硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的O2-（称为桥氧）而相互连接，从而形成链状、双链状、片状、三维架构等连接方式。按正四面体的集合度，硅酸盐矿物又可细分为岛状硅酸盐、环状硅酸盐等类型。硅酸盐矿物按其分子结构可分为橄榄石（单正四面体）-岛状硅酸盐类、绿帘石-对状硅酸盐类、电气石-环状硅酸盐类、辉石-单链状硅酸盐类、角闪石-双链状硅酸盐类、云母和白土-片状硅酸盐类、长石-架构状硅酸盐类和石英-架构状硅酸盐类（表1）。表1 典型硅酸盐矿物晶体的化学式和结构式矿物名称化学式结构式外加阳离子硅氧骨干附加阴离子和H2O镁橄榄石2MgO·SiO2Mg2[SiO4](OH)2(OH)4(OH)5·42O绿柱石3BeO·Al2O3·6SiO2Be3Al2[Si6O18]顽火辉石2MgO·2SiO2Mg2[Si2O6]硅线石Al2O3·SiO2Al[AlSiO5]透闪石2CaO·5MgO·8SiO2·H2OCa2Mg5[Si4O11]2高岭石Al2O3·2SiO2·2H2OAl2[Si2O5]多水高岭石Al2O3·2SiO2·4H2OAl4[Si4O10]钾长石K2O·Al2O3·6SiO2K[AlSi3O8]石英SiO2-[SiO4/2]

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Instruction: 你是一名领域专家，对硅酸盐材料中的性质非常了解，请给出详细的解释

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## 硅酸盐材料中的性质

硅氧四面体是硅酸盐的基本构造单位，与外部的阳离子以离子键相维系，因而硅酸盐材料一般为透明，色浅或无色（当成分中含铁、锰、钛、铬等色素粒子时则可呈现较深的颜色，但条痕色一般都很浅），呈玻璃光泽，折射率不高。它们大多数熔点高，溶解度低，化学性质稳定，一般能与酸反应生成硅酸固体，在碱性条件下，会出现[H2SiO4]2-。不同类型硅氧骨干的硅酸盐矿物，它们的性质也各不相同。不同类型硅氧骨架的硅酸盐矿物的基本晶体特性见表2。它们是硅酸盐工业的主要原料。表2 不同硅氧骨干类型硅酸盐矿物晶体性质硅氧骨干类型矿物实例结构式密度硬度解理形态孤岛[SiO4]4-橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]3.22～4.396～7{010}{100}不完全空间等长或扁平集合体粒状环状[Si6O18]12-绿柱石Be3Al2[Si6O18]2.66～2.837.5～8{0001}{1010}不完全多呈长柱状单链[Si2O6]n4n-透辉石CaMg[Si2O6]3.22～3.386.5～6{110}中等至完全短柱状，集合体呈致密块状或粒状双链[Si4O11]n6n-透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)23.02～3.445～6{110}中等长柱状，针状，集合体呈放射状或纤维状单层[Si4O10]n4n-高岭石Al4[Si4O10](OH)82.61～2.681～3{001}完全电镜下片状晶体，呈六方形，三角形或切角三角形双层[Si4O10]n4n-叶蜡石Al2[Si4O10](OH)22.65～2.901～2{001}完全通常呈片状、放射状或致密块状集合体架状[(Sin-xAl)O3n]2-正长石K[AlSi3O8]2.54～2.576{001}{010}完全{110}不完全常呈柱状架状[SiO2]n0石英SiO22.657无常呈六方柱和菱面体等单形所成之聚形

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请详细解释以下名词：
碳纤维增强碳化硅复合材料中的制备方法

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## 碳纤维增强碳化硅复合材料中的制备方法

根据制备原理的不同，碳纤维增强碳化硅复合材料的制备方法可分为有机前驱体浸渍与裂解法、化学气相渗透法、反应熔渗法以及料浆浸渍-热压烧结法。①有机前驱体浸渍与裂解法，将碳化硅有机聚合物前驱体（如聚碳硅烷）浸渍填充到碳纤维预制体中，经交联固化和在惰性气体保护下的高温热解，制备碳纤维增强碳化硅复合材料的方法。该方法具有材料制备温度低，纤维损伤小，适合制备大型复杂形状构件，且可实现构件近尺寸制备。但由于聚合物热解陶瓷产率低，必须经多次浸渍-热解循环才可实现材料的较高致密度，材料制备周期长。另外，有机前驱体热解生成的残余碳对碳化硅晶化有抑制作用，材料基体的晶化程度通常比较低，在高温条件下长期使用，由于碳化硅基体的再结晶会导致复合材料的强度下降。②化学气相浸渍法，根据化学气相沉积原理，利用高温反应气体在碳纤维预制体中的渗透和气相沉积反应原位生成碳化硅基体实现复合材料的致密化，最终制备碳纤维增强碳化硅复合材料的方法。化学气相浸渍法的优点有：材料制备温度低，纤维损伤小，基体结晶度高，材料力学性能优异；通过改变前驱体气源组元，可设计和调控沉积基体的化学成分和多尺度的显微结构；易于实现形状复杂和纤维体积分数高的复相陶瓷部件的净尺寸制备。其主要缺点为：碳化硅基体的制备效率低、生产周期长（l00小时以上）、制造成本高；复合材料孔隙率较高（10%～15%），影响材料的抗氧化性；碳化硅在材料表面和内部沉积速率不同，导致材料产生密度梯度；制备过程中产生腐蚀性强烈的副产物。③反应熔渗法，借鉴反应结合碳化硅技术，利用硅熔体在碳纤维增强碳基预制体中的毛细渗透并与碳反应生成碳化硅基体，实现碳纤维增强碳化硅复合材料的制备。主要包括3个基本过程：首先采用高压冲型或树脂转移模塑等工艺方式在碳纤维预制体内部填充有机树脂，然后通过高温裂解获得低密度的碳基复合材料，最后在真空条件下进行渗硅反应实现碳纤维增强碳化硅复合材料的制备。反应熔渗工艺具有制备周期短、成本低、密度高和净尺寸成型等优点，是一种具有市场竞争力的工业化生产技术。但是由于制备温度高，硅熔体不可避免地与纤维反应，导致纤维受损，性能下降；另外，复合材料内部存在一定量的残余硅，将影响复合材料高温力学性能。④料浆浸渍-热压烧结法，通过浆料浸渍工艺将碳化硅粉体与烧结助剂引入碳纤维预制体中，利用热压烧结制备出碳纤维增强碳化硅复合材料的方法。该方法具有制备周期短、设备简单、成本较低、所制备复合材料的致密度高和性能优异等特点。热压烧结过程中，温度、压力以及烧结助剂的种类和含量对于材料的烧结过程和性能有很大的影响。例如，烧结温度和压力过高将使得纤维损伤增大，影响材料性能。通过引入烧结助剂和使用纳米碳化硅粉体可以有效降低热压烧结温度和压力，减少纤维损伤。与其他制备方法相比，该方法通常只适合形状比较简单的一维和二维纤维增强陶瓷基复合材料，且难以实现大尺寸构件的制备。另外，热压烧结工艺对纤维的高温性能要求较高，制约了该工艺的发展。

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Instruction: 为碳纤维增强碳化硅复合材料中的应用写一篇详细的介绍

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## 碳纤维增强碳化硅复合材料中的应用

碳纤维增强碳化硅复合材料基于其优异的性能已成为研究最多、应用最广的陶瓷基复合材料之一，并成功地应用于航空、航天、汽车和核反应堆等领域，如航空发动机热端部件、航天飞机热保护系统、高速刹车材料、空间光学反射镜和核聚变堆第一壁材料等。美国已经将碳纤维增强碳化硅复合材料喷管应用于F100航空发动机，法国将该材料生产的调节片和密封片成功应用于“幻影”2000 战斗机的M53发动机和“阵风”战斗机的M88发动机。碳纤维增强碳化硅复合材料用于高比冲液体火箭发动机的推力室和喷管，可减轻重量，提高推力室压力和寿命，并减少再生冷却剂用量，实现轨道动能拦截系统的小型化和轻量化。另外，因其具有可进行轻量化加工、环境适应性优异等特性，可应用于空间轻质反射镜和刹车片系统中。

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Instruction: 请详细论述锻造材料

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## 锻造材料

锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金。材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。①棒料，中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。棒料的晶粒组织和机械性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。②铸锭，仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。因此必须通过大的塑性变形将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。③金属粉末，经压制和烧结制成粉末冶金预制坯，预制坯在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。粉末锻件接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能，并且精度高，可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。④液态金属，对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形，可获得所需形状和性能的模锻件。液态金属模锻是介于压铸和模锻间的成形方法，特别适用于一般模锻难于成形的复杂薄壁件。

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Instruction: 你能详细解释一下辊锻中的工作原理吗？

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## 辊锻中的工作原理

辊锻适用于减小坯料截面尺寸的锻造，如杆件的拔长、板坯的辗片以及沿杆件纵向进行体积分配的变形过程。当截面变化较大时，需要由不同模具进行多道次成形。辊锻工艺设计主要是合理决定各道次辊锻的压下量、展宽量和延伸量；其取决于辊径的大小、孔型的形状尺寸、成形温度和冷却、润滑等变形条件。三道成形辊锻的原理见图。坯料的一端用夹钳夹紧，在扇形模的第一道孔型的辊压下变形（初成形）并退出；然后在下道孔型的无模空间处送进，再次辊压变形（预成形）并退出；根据变形的需要，经多道辊压而逐渐成形，得到所需的成形工件（终成形）。这是最常用的反向辊锻方式。当送料方向沿辊轮旋转方向送进时则称为正向辊锻，工件咬入后夹钳立即松开。三道成形辊锻原理图

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Instruction: 我想了解一下辊锻中的应用，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 辊锻中的应用

采用制坯辊锻工艺生产的汽车模锻件主要有连杆、车门铰链、左右弯臂、上下调节臂等。内燃机连杆是形状复杂、质量要求高、需求量大的典型锻件，过去曾因生产能力不足而严重制约了整机生产。连杆成形辊锻工艺的研制成功，解决了一系列关键技术，辊锻出十几种符合要求的连杆。前轴成形辊锻由于设备投资少，生产成本低，适用于多品种、中等批量生产；精密辊锻-螺旋压力机模锻复合工艺与整体模锻相比，设备吨位降低75%，投资降低85%，适于多品种、大中批量生产。汽车变截面钢板弹簧长而薄，很难用其他方法加工，采用精密辊锻工艺获得了良好的效果。在农机具行业，机引犁铧成形辊锻解决了横向不对称件的侧弯、板片类件的展宽与延伸变形协调等技术难题，中国建成了多条犁铧辊锻生产线。垦锄的锄板部分采用4道次展宽和拔长，产品质量优良，远销多个国家和地区。园艺锹、镐头、钢叉及犁刀的部分形状也可采用辊锻成形。联合收割机护刀器采用辊锻制坯-摩擦压力机模锻复合工艺进行大批量生产，产品出口多个国家。以辊锻代替模锻生产拖拉机履带节及履带板，解决了大吨位锻压设备不足、设备投资和模具费用高等问题，取得良好效果。在工具行业，板钳工具中的扳手柄、钳柄可用辊锻工艺拔长；大中型麻花钻可以辊锻出直槽和刃部；医用镊子采用冷辊锻成形，相比热锻提高效率20倍；宝剑、餐具中的刀、叉、勺普遍采用冷辊锻或热辊锻；各类剪子的剪刀股全部采用辊锻工艺进行拔长。汽轮机叶片采用精密辊锻加模锻的复合工艺，加工余量可控制到0.3～0.5毫米，比纯模锻工艺降低设备吨位70%；汽轮机和透平压缩机的叶片也可以采用无余量辊锻，显著提高生产效率和材料利用率。长度达数米、重量达数百公斤的铁路道岔尖轨、叉车货叉等，用其他方法很难加工或生产率极低，都可以采用辊锻工艺批量生产。

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Instruction: 我想了解关于斜轧中的特点的知识，请写一篇详细的介绍

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## 斜轧中的特点

斜轧工艺与传统锻造或切削工艺相比的优点是：①生产率高。轧辊每转一圈生产一个产品（单头）或多个产品（多头）。轧辊转速一般为40～300转/分，即每分钟生产40～1200个产品。与锻造相比生产率提高5～20倍。②材料利用率高。斜轧的材料利用率一般为90%以上，精密斜轧可达97%以上，节约材料显著。③产品质量高。斜轧产品金属流线沿产品外轮廓保持连续（无切削断头）和轧后晶粒细化，因而产品的静载强度与疲劳强度比切削产品提高10%以上。④设备投资少。由于是局部连续成形，工作载荷只有模锻的几十分之一。⑤劳动条件改善。斜轧无冲击、低噪声，轧件的成形、精整、切断等工序均在孔型中连续自动完成，进出料容易实现自动化，因而改善了操作工人的劳动条件。⑥模具寿命长。模具的寿命一般在30万～60万件以上，是模锻的20多倍。⑦生产成本低。由于效率高、节材、设备投资低等，生产成本平均下降30%左右。缺点是：①通用性差，一般只能成形回转体零件。②模具特殊并且复杂，模具为变高度、变导程的螺旋形状，所以只在少数产品上得到应用。③工艺调整要求高，工艺调整因素多，掌握不好将影响产品的质量。④零件长度受限制，一般只能轧制长度小于200毫米的零件。

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Instruction: 请详细论述楔横轧中的特点

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## 楔横轧中的特点

楔横轧工艺与传统锻造或切削工艺相比的优点是：①生产效率高，一般可提高几倍到十几倍。楔横轧机转速一般为3～10转/分，单件轧制每分钟可生产3～10件/分，若双件轧制或多件轧制，生产率则可成倍增加。②材料利用率高，一般可达80%，材料利用率可提高20%～35%，有显著节材效果。③产品质量好,轧制后晶粒细化，轧件金属纤维流线保持连续，提高了零件的机械性能。④产品尺寸精度高，可达到少切屑的目的。⑤模具寿命高，一般寿命可达到10～20万件。⑥工作载荷小，设备吨位小。由于是连续局部成形，工作载荷小，只有模锻的几分之一到十几分之一。⑦工作无冲击、噪声低，工作环境显著改善。⑧易于实现机械化、自动化。⑨产品成本低。由于该工艺具有以上优点，其产品成本可降低20%～30%。缺点是：其通用性比较差，需要专门的模具和设备，模具的设计、制造和生产工艺调整复杂。楔横轧主要用于批量大的零件生产。

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Instruction: 请详细介绍锻坯加热中的加热方法

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## 锻坯加热中的加热方法

为了达到锻坯加热的目的，加热温度的测量和控制很重要。有经验的锻工可以根据加热坯料的颜色来判断钢质坯料温度。常用的测温方法有接触式的热电偶和非接触式的光学亮度法、热辐射法以及比色法等。古代锻造是用明火直接加热锻坯。现代锻坯加热使用各种燃煤、燃油、燃气和电热式的工业炉，包括间歇式的室式炉、台车式炉、电阻炉、感应炉和连续式炉等。感应炉具有加热速度快、温度均匀、占地小、便于自动控制等优点，已广泛应用于中、小模锻件生产线中。中频感应加热，由于模锻用感应加热的频率一般在中频（300～20000赫兹）范围内，所以通常称为中频感应加热。工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电的空心铜管，产生的交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，可使工件迅速加热，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，在内部很弱，到心部接近于0。

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Instruction: 你是一名领域专家，对计量学中的发展简史 非常了解，请给出详细的解释

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## 计量学中的发展简史

计量学的发展具有悠久的历史，大体分为三个阶段。

### 原始阶段

以经验和权力为主，大多利用人、动物或自然物作为计量标准。如中国古代的布手知尺、掬手为升、十发为程、黄钟律管等。相传在大禹治水时，就使用准绳、规和矩等计量器具；公元前221年，秦始皇统一中国后颁布诏书，建立全国统一的度量衡制度，其中度制和量制的大部分采用了十进制，并实行定期计量器具的法制管理。古埃及的尺度是以人的胳膊肘到指尖的距离为依据的，称为腕尺（约46厘米）。英国的码是亨利一世将其手臂向前平伸，从鼻尖到指尖的距离（1码=0.9144米）；英尺长度是查理曼大帝的脚长（1英尺=0.3038米）；英寸是英王埃德加的手拇指关节的长度（1英寸=25.4毫米）；英亩是两牛同轭，一日翻耕土地的面积（1英亩=4.05×103平方米）。

### 经典阶段

以宏观现象与人工实物为科学基础的阶段。标志是1875年签订的《米制公约》。它打破了皇权和王权对单位定义的垄断，在科学原理的基础上确立了国际计量局和各国国家计量院在单位量值建立上的权威。通过普适的符合科学原理的定义建立被世界认可的统一的计量单位制。如据地球子午线1/4长度的10000000分之一建立了铂铱合金制的米原器，根据1立方分米水在规定温度下的质量建立了铂铱合金制的千克原器，根据地球绕太阳公转周期确定了时间（历书时）单位秒等，它们构成基于自然的米制，并成为国际单位制的基础。但是这类宏观实物基准随着时间的推移或地点的变动，其量值不可避免地受物理或化学性能缓慢变化的影响而发生漂移，从而影响复现、保存，并限制了准确度的提高。如国际千克原器在1889～1989年的100年间与其他千克原器比较，在质量一致性上发生了约0.05毫克的变化。

### 现代阶段

以量子理论为基础，由宏观实物基准过渡到微观量子基准。从经典理论来看，物质世界在做连续、渐进的宏观运动；而在微观量子体系中，事物的发展是不连续的、跳跃的，也是量子化的。如原子的能级非常稳定，跃迁时辐射信号的周期自然也非常稳定，跃迁所对应的量值也是固定不变的。国际正式确立的量子基准有长度单位米基准、时间单位秒基准、电压单位伏特基准和电阻单位欧姆基准。1960年，第11届国际计量大会正式批准废除铂铱米原器，将米定义到86Kr原子特定能级跃迁所对应的辐射的波长上。1967年，第13届国际计量大会通过了基于铯原子跃迁的秒定义。1983年，第17届国际计量大会将米定义为光在真空中299792458分之一秒的时间间隔内所经路径的长度。该定义隐含了真空光速值c=299792458米/秒，这是一个没有误差的定义值，长度事实上变成了时间（频率）的导出量。1990年1月1日，国际上统一启用了基于国际推荐的约瑟夫森效应常数（KJ-90）和冯克里青常数（RK-90）的量子电压基准和量子电阻基准代表的欧姆和伏特。时间、长度及电学量单位计量量子化的成功，催生了其他计量单位的重新定义。国际计量委员会于2005年提议，将其余几个基本单位全部定义在常数上，从而改变基本单位自有定义以来，依赖于实物的历史。2018年11月16日，第26届国际计量大会通过了关于修订国际单位制的决议。国际单位制七个基本单位中的四个，开尔文、千克、摩尔和安培分别由普朗克常数、基本电荷、玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常量来定义；自此，七个基本单位全部实现了基于定义常数（包括基本物理常数和自然界其他常数）的定义，并于2019年5月20日起正式实施。从计量发展史看，计量是在古代各国独立地产生，并作为民族文化和社会制度的一部分而继承和发展的，因而直到19世纪，各国使用的计量单位及其进位制度、计量器具和管理措施等差异甚大。相应地计量学长期停留在记述各种计量单位及其换算关系的阶段上；计量管理工作则停留在各国、各地区各自为政的状态。随着工业和国际贸易，特别是物理学等实验科学的迅速发展，需要测量的量已从传统的度量衡增至上百个。18～19世纪，欧美科学家开始创建以科学实验为基础、可在国际上通用的计量单位制。1875年《米制公约》的签订，标志着各国计量制度开始趋向统一，1955年签订《国际法制计量组织公约》和1960年第11届国际计量大会（CGPM）通过国际单位制，标志着各国计量制度基本统一和计量学的基本成熟。2018年11月，通过国际单位制基本单位量子化定义，标志着量子化计量时代的开启。

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Instruction: 我正在写关于发展简史 中的原始阶段 的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 发展简史 中的原始阶段

以经验和权力为主，大多利用人、动物或自然物作为计量标准。如中国古代的布手知尺、掬手为升、十发为程、黄钟律管等。相传在大禹治水时，就使用准绳、规和矩等计量器具；公元前221年，秦始皇统一中国后颁布诏书，建立全国统一的度量衡制度，其中度制和量制的大部分采用了十进制，并实行定期计量器具的法制管理。古埃及的尺度是以人的胳膊肘到指尖的距离为依据的，称为腕尺（约46厘米）。英国的码是亨利一世将其手臂向前平伸，从鼻尖到指尖的距离（1码=0.9144米）；英尺长度是查理曼大帝的脚长（1英尺=0.3038米）；英寸是英王埃德加的手拇指关节的长度（1英寸=25.4毫米）；英亩是两牛同轭，一日翻耕土地的面积（1英亩=4.05×103平方米）。

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Instruction: 我想了解一下发展简史 中的经典阶段 ，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 发展简史 中的经典阶段

以宏观现象与人工实物为科学基础的阶段。标志是1875年签订的《米制公约》。它打破了皇权和王权对单位定义的垄断，在科学原理的基础上确立了国际计量局和各国国家计量院在单位量值建立上的权威。通过普适的符合科学原理的定义建立被世界认可的统一的计量单位制。如据地球子午线1/4长度的10000000分之一建立了铂铱合金制的米原器，根据1立方分米水在规定温度下的质量建立了铂铱合金制的千克原器，根据地球绕太阳公转周期确定了时间（历书时）单位秒等，它们构成基于自然的米制，并成为国际单位制的基础。但是这类宏观实物基准随着时间的推移或地点的变动，其量值不可避免地受物理或化学性能缓慢变化的影响而发生漂移，从而影响复现、保存，并限制了准确度的提高。如国际千克原器在1889～1989年的100年间与其他千克原器比较，在质量一致性上发生了约0.05毫克的变化。

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Instruction: 请详细介绍发展简史 中的现代阶段

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## 发展简史 中的现代阶段

以量子理论为基础，由宏观实物基准过渡到微观量子基准。从经典理论来看，物质世界在做连续、渐进的宏观运动；而在微观量子体系中，事物的发展是不连续的、跳跃的，也是量子化的。如原子的能级非常稳定，跃迁时辐射信号的周期自然也非常稳定，跃迁所对应的量值也是固定不变的。国际正式确立的量子基准有长度单位米基准、时间单位秒基准、电压单位伏特基准和电阻单位欧姆基准。1960年，第11届国际计量大会正式批准废除铂铱米原器，将米定义到86Kr原子特定能级跃迁所对应的辐射的波长上。1967年，第13届国际计量大会通过了基于铯原子跃迁的秒定义。1983年，第17届国际计量大会将米定义为光在真空中299792458分之一秒的时间间隔内所经路径的长度。该定义隐含了真空光速值c=299792458米/秒，这是一个没有误差的定义值，长度事实上变成了时间（频率）的导出量。1990年1月1日，国际上统一启用了基于国际推荐的约瑟夫森效应常数（KJ-90）和冯克里青常数（RK-90）的量子电压基准和量子电阻基准代表的欧姆和伏特。时间、长度及电学量单位计量量子化的成功，催生了其他计量单位的重新定义。国际计量委员会于2005年提议，将其余几个基本单位全部定义在常数上，从而改变基本单位自有定义以来，依赖于实物的历史。2018年11月16日，第26届国际计量大会通过了关于修订国际单位制的决议。国际单位制七个基本单位中的四个，开尔文、千克、摩尔和安培分别由普朗克常数、基本电荷、玻尔兹曼常数和阿伏伽德罗常量来定义；自此，七个基本单位全部实现了基于定义常数（包括基本物理常数和自然界其他常数）的定义，并于2019年5月20日起正式实施。从计量发展史看，计量是在古代各国独立地产生，并作为民族文化和社会制度的一部分而继承和发展的，因而直到19世纪，各国使用的计量单位及其进位制度、计量器具和管理措施等差异甚大。相应地计量学长期停留在记述各种计量单位及其换算关系的阶段上；计量管理工作则停留在各国、各地区各自为政的状态。随着工业和国际贸易，特别是物理学等实验科学的迅速发展，需要测量的量已从传统的度量衡增至上百个。18～19世纪，欧美科学家开始创建以科学实验为基础、可在国际上通用的计量单位制。1875年《米制公约》的签订，标志着各国计量制度开始趋向统一，1955年签订《国际法制计量组织公约》和1960年第11届国际计量大会（CGPM）通过国际单位制，标志着各国计量制度基本统一和计量学的基本成熟。2018年11月，通过国际单位制基本单位量子化定义，标志着量子化计量时代的开启。

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Instruction: 我正在写关于计量学中的分类 的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 计量学中的分类

从不同的角度，对计量学有不同的分类。从专业领域划分，计量学分支包括几何量计量、温度计量、力学计量、电磁计量、无线电计量、时间频率计量、声学计量、光学计量、电离辐射计量、化学计量、生物计量等。几何量计量主要研究对象为米相关计量单位的复现、物体表面尺寸、形状误差、位置误差及表面结构误差的测量方法、测量仪器和测量结果的溯源方法。温度计量主要研究内容为温度的概念和测量理论；热力学温度确定，精确实用可实现的公认温标；温度量值传递体系；各种测温方法及测温仪器的测量性能；温度测量的应用。力学计量研究对象为力学量的计量和测试。凡是与力、质量和加速度相关的量都属于力学计量的范围，如力值计量、质量计量、硬度计量、压力计量、真空计量、容量密度计量、流量计量、黏度计量、转速计量、振动冲击计量和重力计量等。电磁计量主要是复现电磁学单位量值，建立实物基准，保存单位量值，以及进行电磁学单位量值传递的全部工作。电磁计量所涉及的专业范围包括直流和1兆赫（MHz）以下交流的阻抗和电量。无线电计量又称射频和微波计量。无线电计量覆盖极宽的频谱，其频率低端与电磁学计量交叉；高端则可达亚毫米波段，与光学计量交叉。时间频率计量的主要研究内容包括时间频率计量基标准装置、时间频率传递与比对技术、时间频率测量技术与溯源方法，以及时间频率标准与法规体系等。声学计量的基本任务是研究复现、保存和传递声压、声强、声功率等声学基本参量。按照声波的传播媒质、频率和应用领域的不同，分为空气声（电声）计量、超声计量、水声计量和听力计量等。光学计量涉及波长从1纳米到1毫米范围内以电磁波的形式发射、传输和接收的相关量值的基标准建立、单位复现、量值传递、测量理论和测量技术的研究等内容，涵盖光度学、色度学、辐射度学、光谱光度学、照相光学、几何光学、光纤通信、光电子学等分支。电离辐射计量主要是研究、复现、保存和传递贝可勒尔、戈瑞、希沃特等导出单位，涉及X射线、γ射线、β射线、电子、质子、中子等各类电离辐射，主要包括辐射计量、活度计量、中子计量等分支。化学计量涉及原子量与同位素、物质纯度、基体化学成分量、物理化学特性、材料化学特性等方面的技术研究。按照应用领域，又涉及食品、环境、地质、材料、临床、药物等不同的行业。化学计量的基本任务是发展化学测量的理论、标准与技术，建立可溯源至摩尔等国际单位制（SI）基本单位或公认参考测量标准的化学计量量值溯源体系。　　生物计量以生物测量理论、测量标准、计量标准与生物测量技术为主体，实现生物物质的特性量值在国家和国际范围内的准确一致，保证测量结果最终可溯源到国际单位（SI）或国际公认单位。

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Instruction: 你能详细解释一下计量学中的特点 吗？

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## 计量学中的特点

概括为科学性、法制性和实用性3个方面。科学性是基础性、探素性、先行性的计量科学研究。通常用最新的科技成果来精确地定义与实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。科学计量本身属于精确科学，通常是国家计量研究机构的主要任务，包括测量原理、测量理论研究、计量单位与单位制的研究、计量基准和标准的研制、物理常量与精密测量技术的研究、量值溯源与量值传递系统的研究、量值比对或能力验证方法与测量不确定度的研究及测量科学的应用等。法制性来自计量的社会性，因为量值的准确可靠不仅依赖于科学技术手段还依赖于相应的法律、法规和行政管理。特别是对国计民生有明显影响，涉及公众利益和可持续发展或需要特殊信任的领域，必须由政府起主导作用建立起法制保障；否则，量值的准确性、一致性及溯源性就不可能实现，计量的作用也难以发挥。计量学作为一门科学，同国家法律、法规和行政管理紧密结合的程度，在其他学科中是少有的。计量不仅是技术层面上的事情，其本身也是重要的社会制度之一，是治理国家的手段。实用性。计量的科学研究、量值传递等工作都是以提高科技创新水平、推动经济发展、促进社会进步、维护国家安全、增强贸易竞争力、提高国家综合实力和实现精密测量技术产业化和成果转化为出发点，具有很强的实用性。计量工作关系社会领域的方方面面，涉及国防建设、科学技术、工农业生产、医疗卫生、商贸、安全防护、环境保护、社会管理和人民生活。

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Instruction: 为计量学中的发展趋势 写一篇详细的介绍

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## 计量学中的发展趋势

随着计量学的进步和发展，尤其是国际单位制基本单位的量子化，实物基准逐步退出历史舞台，量子基准确立的同时也确立了先进国家计量院的主角地位。国际计量局的地位和重心由过去量值溯源唯一源头向协调人角色的转变。国家计量院将逐渐成为承担国际计量科学研究的主体，通过国际比对实现各国量值的等效，区域内具有较高技术水平的先进国家计量院将逐渐发展为区域中心实验室，在为其他国家提供量值溯源、主导国际比对中发挥重要作用。计量学不断拓展新领域，随着国民经济对计量需求的牵引，在原有专业计量的基础上，形成了新的分支及以跨学科、多参量为特点的领域计量。如关系大众健康的医学计量，关注环境检测、温室气体排放和碳交易的环境计量，关注节能减排的能源计量等。生命科学的发展促进了生物计量分支的形成与壮大，生物计量以生物测量理论、测量标准、计量标准与生物测量技术为主体，实现生物物质的特性量值在国家和国际范围内的准确一致及溯源到国际单位（SI）或国际公认单位，服务于医疗卫生、司法、农业、食品、医药、海洋等领域。计量溯源方式革新。一是计量溯源的扁平化，量子计量基准与信息技术相结合，使量值溯源链条更短、速度更快、测量结果更准更稳，将改变过去依靠实物基准逐级传递的计量模式，实现最佳的测量，提升产品质量及工业竞争力。二是从传统的实验室条件溯源转向在线实时校准，从过去终端产品的单点校准或测试转向研发设计、采购、生产、交付及应用全生命周期的计量技术服务。

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Instruction: 你是一名领域专家，对声学计量中的声学中的基本量非常了解，请给出详细的解释

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## 声学计量中的声学中的基本量

声波传播的弹性介质可以是气体、液体和固体，人们日常遇到的声学现象及其应用，基本都发生在上述三种介质中。从描述流体中声波最基本的波动方程来看，声学量有声压p、质点速度u和声速c；从能量的观点来看，有声强I、声功率W等。表中给出的是声学中的基本量及其相互关系。声学中的基本量及其相互关系声学量单位量间的关系名称符号名称符号一般情况自由场平面行波声压帕[斯卡]Pa——质点速度米每秒m/s声强瓦每平方米W/m2声功率瓦W声速米每秒m/s——*表中ρ为介质密度，S为声源或测量表面的面积由于声压最容易准确测定，故在空气声和水声中，都确定声压为基本量。复现和保存声压单位，即建立国家声压基准是声学计量的主要任务之一。此外，有些声学现象和效应，特别是超声，与声能量有直接的关系，此时直接测量声强或声功率更有意义，故声功率也常作为超声的基本量，即要求建立超声功率国家基准。声速也是声学中一个很重要的量，但与声压、声功率等不同，它只与介质的物理性能有关。另外，还有一些声学量对描述某些声学现象和材料非常有用，例如，材料的声衰减系数、反射系数、透射系数、散射系数等都是描述材料声学性能的重要参数。

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Instruction: 你能详细解释一下声学计量基准吗？

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## 声学计量基准

中国的声学计量起步于20世纪60年代中期，为解决环境噪声的计量问题，建立了耦合腔互易法声压基准；70～80年代，为保证听力损失测量和噪声测量的准确性、医用超声诊断设备的安全性，相继建立了气导听力零级基准、骨导听力零级基准、自由场互易声压基准、毫瓦级和瓦级超声功率基准等。80年代中后期，根据国防领域水声测量需求，先后建立了低频、中频和高频水声声压基准。到21世纪初期，中国的声学计量已由起始阶段的电声计量，发展到涵盖超声计量、水声计量和听力计量等诸多学科方向，为声学测量建立了较完善的计量溯源体系。截至2017年，中国已建立了国家声学计量基准装置12项，通过定期参加由国际计量委员会声学、超声和振动咨询委员会（CCAUV）组织的国际关键比对，确保中国声学量值同国际上保持一致。

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Instruction: 你能详细解释一下声学计量中的应用及发展趋势吗？

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## 声学计量中的应用及发展趋势

声学计量具有极强的交叉性和延伸性，在环境监测、大众健康、国防安全等领域的应用越来越广泛。环境噪声监测、医用超声诊疗、工业超声无损检测、国防安全中的水声探测等，都需向国家声学计量基标准溯源，以实现国际接轨和国际互认。声学计量服务领域不断扩大，噪声计量、听力计量、工业和医用超声计量、水声计量所涉及声学参量的频段、量程、声场指标都有较大幅度的提高，声学计量正面临新的技术变革和挑战：①声压量值复现新方法的研究。新的声压量值复现方法利用激光干涉测量技术，通过非接触测量声场中质点的振动速度复现声压，将替代互易校准技术中将量值复现在实物换能器上的间接量值复现方法，更加符合国际计量领域量子基准替代实物基准的发展趋势，可以实现对气、液、固体介质中各种规格声学传感器的高水平原级校准。②宽频段、大量程等声学测量问题的挑战。随着现代工业、医学等领域的发展，声学测量领域的需求更具挑战性。空气声计量的频率范围覆盖到次声和超声频段、动态范围上限从140分贝拓展至179分贝甚至更高；超声声压的频率范围扩展到上百兆赫兹，超声功率范围延伸至数百瓦，超声声场从传统的平面波、线性声场发展到高强度聚焦、非线性声场；水声计量由常温常压下的校准发展至变温变压、校准对象由容易满足互易的压电传感器发展到光纤传感器、换能器形式由单阵元换能器发展到各种阵列换能器。上述声学测量问题的提出与解决，将会进一步推动工业与医学相关领域的发展。

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Instruction: 我想了解一下超声计量中的发展简况，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 超声计量中的发展简况

为解决超声领域的计量问题，自20世纪60年代开始，中国相继开展了基于辐射力天平法的声功率测量、基于互易法和激光干涉法的水听器校准以及材料基本声学参数测量研究，并建立了相应的量值溯源能力。经历半个多世纪的发展，超声计量已逐步覆盖超声功率计、超声探伤仪、超声测厚仪、超声换能器、高频水听器等多种声学计量仪器和材料基本声学参数如声速、声衰减等参数的测量能力。而其中尤其以超声功率和超声场特性的测量，即高频水听器校准尤为重要。截至2017年，国际计量委员会声学、超声与振动咨询委员会（CCAUV）组织了两次超声功率国际关键比对、两次高频水听器国际关键比对，中国均参加并取得了等效一致的结果。

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Instruction: 请详细论述超声计量中的分类和组成

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## 超声计量中的分类和组成

针对超声诊断设备的应用，其辐射声功率的测量对保证安全性和有效性尤为重要。国际电工委员会推荐的超声功率测量方法是辐射力天平法。通过测力装置（通常为天平）测量超声波辐射到理想反射靶/吸收靶上的力值，经过一定的数值换算与修正，得到超声换能器表面辐射出的超声功率。在0.5～25兆赫频率范围内，辐射力天平法可测量声功率至1瓦；在0.75～5兆赫频率范围内，可测量至20瓦。辐射力天平法可用于线性的平面波声场与聚焦声场，但不可用于测量非线性声场声功率。21世纪以来，随着高强度聚焦超声日益广泛应用于临床超声治疗，非线性条件下的超声功率测量成为关注的热点。针对非线性条件下的超声大功率测量，推荐采用量热法进行测量，利用比热容、膨胀系数已知的液体介质，通过测量超声波辐射到液体介质后的内部温升或者体积变化来得到吸收的能量，进一步计算得到超声功率。量热法适用于百瓦级别甚至更高的超声功率测量。针对超声诊断设备的广泛使用，为保障人身安全，除了诊断设备辐射总声功率，还需测定其超声声场的空间、时间特性，以获得表征超声场特性的各种参量，确保满足安全阈值。高频水听器是国际标准（IEC 62127）推荐采用的声场测量仪器，常用高频水听器的有效敏感元件直径可覆盖40微米～1毫米，并在0.5～60兆赫频率范围内将所接收到的声信号转变为电信号，即声压灵敏度校准，然后计算得到各声场参量。此外，工业超声无损检测是工业检测的重要组成部分，管道测厚、部件或材料内部的缺陷检测与定量评估、材料声速精准测量、裂缝的长度、超声探头辐射声场参数等，都是超声检测的重要定量输出，也是超声计量的重要内容。

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Instruction: 你能详细解释一下消声室中的基本原理吗？

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## 消声室中的基本原理

消声室所采用的吸声材料多为多孔性材料，其吸声机理是材料内部有大量气流连通的空气隙，形成细管甚至毛细管，当声波传入时，声波在细管中的振动因内摩擦而转化为热能被吸收。吸声能力与材料的空隙率（如玻璃棉的空隙率达96%左右）、流阻及材料的纤维结构有关，再利用渐变式吸声结构逐渐降低声音的反射。消声室吸声的频率特性与材料厚度有关，即消声室的下限频率大约是吸声材料厚度相对应的1/4波长的频率。增加多孔性吸声材料的厚度可以提升低频吸声效果。然而，由于材料的流阻，不能任意增大厚度来延伸低频吸收，各种多孔性材料都有其有效厚度。平板共振式吸声是利用平板的共振原理，耗散掉入射声能。消声室的校准方法原先只在国家标准《声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 消声室和半消声室精密法》（GB 6882）和《声学—噪声源声功率级的测定—消声室和半消声室精密法》（ISO 3745）的附录A中做了规定。2006年发布的《消声室和半消声室声学特性校准规范》（JJF 1147—2006）详细规定了消声室和半消声室声学特性的评定方法，其与GB 6882和ISO 3745的要求是一致的。消声室主要技术指标有两项：背景噪声和自由声场的频率范围及对应的空间范围。背景噪声的测量相对比较简单，一般是在消声室或半消声室内选择3～5个测点，依次测量各测点处的A计权声压级和1/1倍频带声压级，取相应的算术平均值作为该实验室的背景噪声级。自由声场的频率范围及对应的空间范围的测量过程是将传声器按选定的路径向吸声壁面方向移动至下一个测点，测点之间的距离相等并不大于0.1米（在某些情况下，可能要求更小的测点距离），最终的测点与吸声壁面的距离应不大于1/4波长，每条测量路径上的测点数不少于10个，依次测量各选定路径所有测点上的声压级，通过判断测点上声压级的衰减规律是否满足点声源在自由场中辐射时的衰减特性，确定自由声场的频率范围及对应的空间范围。

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Instruction: 你是一名领域专家，对声级计校准中的发展简况非常了解，请给出详细的解释

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## 声级计校准中的发展简况

声级计是声学测量领域广泛使用的声压级测量仪器，也是主要的强制计量器具之一，国际电工委员会于1961年发表《声级计》（IEC 123）国际标准，1965年发表《精密声级计》（IEC 179），1973年发表IEC 179A（增加脉冲声级计部分内容），1979年合并修订为《声级计》（IEC 651）。1985年又发表了《积分平均声级计》（IEC 804）。与此相对应，中国先后发布了国家标准《声级计的电、声性能及测试方法》（GB 3785—1983）和《积分平均声级计》（GB/T 17181—1997）。国际法制计量组织依据IEC 651、IEC 804标准于1998年分别制定了《声级计》（OIML R58）和《积分平均声级计》（OIML R88）国际建议。随着科学技术的发展，特别是数字信号处理技术的发展，声级计的设计原理、功能、性能也发生了很大变化，世界各国出现了许多高性能的声级计，人们对声学测量准确性的要求也在提高。为此，国际电工委员会与国际法制计量组织协作，共同起草了《电声学 声级计 第1部分：规范》（IEC 61671-1：2002），并同时替代IEC 651和IEC 804国际标准。IEC 61672共分3个部分，第1部分是规范，第2部分是型式评价试验（于2003年发布），第3部分是周期试验（于2006年发布）。中国对应的国家标准在2010年颁布了GB/T 3785系列标准，其分为规范、型式评价试验和周期检定三个部分，2013年IEC 61672系列标准更新为第二版。同样相应的计量检定规程从最早的JJG 188和JJG 669，到2002年依据IEC 61672系列的技术要求合并为JJG 188，同时紧跟IEC 61672标准的变化，2017年更新了各项计量特性和测量方法。2017版《声级计检定规程》（JJG 188）相比2002版，计量特性未发生大的变化，最大的变化是对检定合格与否的判据由“允差限”更新为“接受限”。

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Instruction: 我想了解关于声级计校准中的分类的知识，请写一篇详细的介绍

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## 声级计校准中的分类

由于声级计是强制检定的计量器具，因此针对声级计的法制管理分为声级计型式评价试验和声级计周期检定两部分，分别制定了《声级计型式评价大纲》和《声级计检定规程》作为对声级计法制管理的技术文件。声级计型式评价试验是对声级计计量特性的验证性试验，确保声级计在规定的环境、静电和射频场中能够正常使用，并且其向外辐射的射频发射信号和对公共电源的干扰满足相应的要求。声级计周期检定主要是对声级计进行必要的电声性能的检查确定试验，以确保其电声性能满足相应的技术要求。声级计校准主要参照《声级计检定规程》（JJG 188），对应的校准项目包括：指示声级调整、频率计权、1千赫处的频率计权、级线性、自生噪声、时间计权F和S、猝发音响应、重复猝发音响应、过载指示、C计权峰值声级（如适用），其中过载指示和C计权峰值声级一般只在首次检定时进行。声级计作为基本的声学计量器具，广泛用于工业噪声测量和环境噪声测量。随着社会的发展，声级计的校准和检定的需求也越来越多，对于保证声学量值的准确发挥着越来越重要的作用。声级计校准

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Instruction: 为传声器校准技术中的基本原理写一篇详细的介绍

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## 传声器校准技术中的基本原理

传声器可采用不同的换能原理或元件，如炭粒、电容、压电、电动等。但作为电声计量用的传声器，其灵敏度、动态范围、频率响应特性等需要符合特定的要求，并具有较好的稳定性，即其声压灵敏度基本上不随时间、温度、气压、湿度变化，通常只有电容传声器符合这些要求。电容传声器为电子器件，性能虽然稳定，但不可能长期不变，故需定期校准才能确保声压量值的准确性。传声器校准的主要参数是声压灵敏度，即传声器输出端的开路电压与其接收声压的比值。当接收声压为作用于传声器接收面上的平均声压时，称为声压灵敏度；当接收声压为传声器置于声场中的位置处，传声器不存在时的自由场声压时，则为自由场灵敏度；若上述声场为扩散场时，则为扩散场灵敏度。

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Instruction: 为传声器校准技术中的校准方法写一篇详细的介绍

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## 传声器校准技术中的校准方法

在互易法诞生以前，驻波管中的瑞利盘法是传声器校准的常用方法，20世纪初期提出的活塞发生器法是低频段传声器校准的有效方法，60年代提出的耦合腔互易校准法成为传声器校准的原级方法，之后陆续提出了互易法、耦合腔比较法、自由场比较法、气腔压力法、静电激励器法和质点速度法等。

### 互易法

互易法根据电容传声器的互易性，利用接收器电压（或电流）灵敏度与发射器发送电流（或电压）之比与换能器结构无关的互易原理，将三只传声器两两组合，一只用作发射器，另一只作为接收器，根据传声器灵敏度乘积等于声耦合系统的电转移阻抗与声转移阻抗的比值，如公式所示，不同的传声器组合可以得到三个不同的方程，最终可求解得到每只传声器的灵敏度。式中和分别为两只传声器的灵敏度；为两只传声器组成的声耦合系统的声转移阻抗，可以根据介质的物理属性和传声器之间的距离计算得到；为接收器的开路电压；为发射器的激励电流；和可以通过电学仪表测量获得。经过60多年的发展，电声换能器的互易理论已经相对成熟，互易法校准传声器的不确定度可以达到0.05分贝（）甚至更小，中国也建有耦合腔互易法声压基准和自由场互易法声压基准。但互易校准过程中并未测量声压值，而是通过计算传声器的声压灵敏度后间接复现声压。互易法校准仅适用于固定规格、标准尺寸的3只传声器，且需要考虑低频段校准中声泄露、高频段校准中自由场声反射波的影响。

### 耦合腔比较法和自由场比较法

耦合腔比较法和自由场比较法属于传声器校准的二级方法，在IEC 61094系列标准中给出了详细的说明。比较法，即在一定声压级的声场中，通过与参考传声器的比较获得待测传声器的灵敏度和频率响应。耦合腔比较法需要注意腔体尺寸和波长的关系，频率较高时，作用在参考传声器和待测传声器膜片上的声压可能并不相同。在自由场比较法中，参考传声器和待测传声器的声中心位置要尽可能接近。

### 气腔压力法

根据理想气体状态方程，通过腔体内气体体积的变化实现气体压强的变化，获得可精确控制和测量的声源，进而实现传声器灵敏度的校准。早在1976年，英国国家物理实验室提出激光活塞发声器的方法，采用激光干涉仪测量活塞的运动位移，计算气体腔体内的体积变化量，得到声压量值。2011年中国计量科学研究院采用空气轴承和位移反馈控制超低频振动台驱动的活塞-腔体组合，采用气浮自对中技术的小间隙缸塞，配合大体积的腔体设计，获得低泄漏、低失真的激光活塞发声器。气腔压力法是声压量值的直接复现，利用激光活塞发声器的技术可以获得很高的准确度，其局限性在于它的频率范围，通常气腔压力法的频率范围不超过250赫兹。

### 静电激励器法

静电激励器法是在传声器膜片和静电激励器间施加一个静电场，通常为直流电压800伏，同时施加不同频率的交变电场产生静电力，以模拟声压的作用，进而得到传声器在不同频率下的频率响应。静电激励器由一个导电刚性平板组成，位于传声器膜片上方，其产生的基频声压由静电激励器与传声器膜片之间的间距、介质介电常数以及静电场电压、交变电场激励电压决定。由于静电激励器与传声器膜片之间的距离不易精确测量，因此静电激励器法是获得传声器相对频率响应的快捷方法，辅以声校准器等方法获取参考频率点的灵敏度，便可获得整个频段的频率响应。静电激励器放置在膜片上方，存在一定的声辐射阻抗，因此静电激励场的频率响应与压力场、自由场频率响应存在一定差异，对于固定型号的传声器，在测得其静电激励场频率响应后，可通过修正值的方式获得其压力场和自由场频率响应。

### 质点速度法

随着激光技术的发展，利用激光干涉技术测量声场中质点的振动速度成为可能。两相干光束相交后，产生明暗相间的干涉条纹，声场中的粒子在条纹中进行往复运动，通过激光多普勒信号的解调或光子相关处理技术，可获得粒子的振动速度，即声场中的质点速度，结合介质的特征阻抗，可以复现当前位置的声压，进而实现传声器的校准。质点速度法校准传声器不受传声器规格的限制，但需明确质点振动速度与声压之间的函数关系，同时在声场中添加示踪粒子，以便获取较高信噪比的散射光信号。

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Instruction: 为校准方法中的互易法写一篇详细的介绍

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## 校准方法中的互易法

互易法根据电容传声器的互易性，利用接收器电压（或电流）灵敏度与发射器发送电流（或电压）之比与换能器结构无关的互易原理，将三只传声器两两组合，一只用作发射器，另一只作为接收器，根据传声器灵敏度乘积等于声耦合系统的电转移阻抗与声转移阻抗的比值，如公式所示，不同的传声器组合可以得到三个不同的方程，最终可求解得到每只传声器的灵敏度。式中和分别为两只传声器的灵敏度；为两只传声器组成的声耦合系统的声转移阻抗，可以根据介质的物理属性和传声器之间的距离计算得到；为接收器的开路电压；为发射器的激励电流；和可以通过电学仪表测量获得。经过60多年的发展，电声换能器的互易理论已经相对成熟，互易法校准传声器的不确定度可以达到0.05分贝（）甚至更小，中国也建有耦合腔互易法声压基准和自由场互易法声压基准。但互易校准过程中并未测量声压值，而是通过计算传声器的声压灵敏度后间接复现声压。互易法校准仅适用于固定规格、标准尺寸的3只传声器，且需要考虑低频段校准中声泄露、高频段校准中自由场声反射波的影响。

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Instruction: 你是一名领域专家，对校准方法中的气腔压力法非常了解，请给出详细的解释

Output:
## 校准方法中的气腔压力法

根据理想气体状态方程，通过腔体内气体体积的变化实现气体压强的变化，获得可精确控制和测量的声源，进而实现传声器灵敏度的校准。早在1976年，英国国家物理实验室提出激光活塞发声器的方法，采用激光干涉仪测量活塞的运动位移，计算气体腔体内的体积变化量，得到声压量值。2011年中国计量科学研究院采用空气轴承和位移反馈控制超低频振动台驱动的活塞-腔体组合，采用气浮自对中技术的小间隙缸塞，配合大体积的腔体设计，获得低泄漏、低失真的激光活塞发声器。气腔压力法是声压量值的直接复现，利用激光活塞发声器的技术可以获得很高的准确度，其局限性在于它的频率范围，通常气腔压力法的频率范围不超过250赫兹。

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Instruction: 我想了解关于校准方法中的静电激励器法的知识，请写一篇详细的介绍

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## 校准方法中的静电激励器法

静电激励器法是在传声器膜片和静电激励器间施加一个静电场，通常为直流电压800伏，同时施加不同频率的交变电场产生静电力，以模拟声压的作用，进而得到传声器在不同频率下的频率响应。静电激励器由一个导电刚性平板组成，位于传声器膜片上方，其产生的基频声压由静电激励器与传声器膜片之间的间距、介质介电常数以及静电场电压、交变电场激励电压决定。由于静电激励器与传声器膜片之间的距离不易精确测量，因此静电激励器法是获得传声器相对频率响应的快捷方法，辅以声校准器等方法获取参考频率点的灵敏度，便可获得整个频段的频率响应。静电激励器放置在膜片上方，存在一定的声辐射阻抗，因此静电激励场的频率响应与压力场、自由场频率响应存在一定差异，对于固定型号的传声器，在测得其静电激励场频率响应后，可通过修正值的方式获得其压力场和自由场频率响应。

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Instruction:
请详细解释以下名词：
电声计量中的分类和组成

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## 电声计量中的分类和组成

中国已建立耦合腔互易法声压基准、耦合腔互易法声压副基准和自由场互易法声压基准，作为统一全国空气声声压量值的国家最高标准，可用于实验室标准传声器参数的测量，包括声压灵敏度、自由场灵敏度和频率响应等。声压量值通过实验室标准传声器传递给各计量标准。实验室标准传声器由计量基准（副基准）直接对其互易校准测量进行声压量值传递。对实验室标准传声器的声压灵敏度，用耦合腔互易法声压基准装置进行测量；对实验室标准传声器的自由场灵敏度，用自由场声压基准装置进行测量。在实验室标准传声器的自由场灵敏度和声压灵敏度之差准确已知的情况下，也可以在耦合腔互易法声压基准装置的测量结果上迭叠加相应差值，得到实验室标准传声器的自由场灵敏度。电声计量标准将空气声压量值从国家计量基准向工作计量器具传递。电声计量标准包括工作标准传声器检定装置、声校准器检定装置、声级计检定装置、标准声源检定装置、次声传感器校准装置等若干计量标准装置。部分检定装置可以组合为电声标准装置，通常由实验室标准传声器、电子测量仪器、自由场装置以及相关配套设备组成。

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Instruction: 请详细介绍无线激光通信中的研究内容

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## 无线激光通信中的研究内容

无线激光通信的研究内容主要集中在以下5个方面：①无线激光通信信道的研究。主要是针对不同的传播介质对激光信号（如衰减、散射等）影响以及进行相应的补偿。②精密可靠的光学天线的设计。主要是为了使发射端和接收端口径更大、色差更小、波段更宽同时稳定性更好。③抗干扰高灵敏度的微弱光信号接收技术。光信号接收技术是要尽可能地接收并检测到微弱的光信号，从而适应复杂多变的实际通信场景。④大功率光放大发射技术。主要是为了使携带信息的激光信号在具有衰减效果的无线信道当中传播得更远。⑤快速精确地捕获、跟踪和瞄准技术。主要是为了应对诸如卫星激光通信、移动激光通信等实际应用场景所提出的不同要求。

工学 激光通信 光学应用 智慧城市中的光学光子学 光学工程


Instruction: 请详细介绍冶金传输原理中的简史

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## 冶金传输原理中的简史

20世纪初期，冶金家就感知到高炉和平炉中炉气的流动、炉壁中的传热、熔池中金属液的流动等现象会显著影响冶炼操作的效率，但还难以做出定量描述。50年代末，美国学者R.B.伯德吸收了连续介质力学和热力学的研究成果，基于传热、传质、流动3种物理过程鲜明的类似性，创建了一个完整的、严密的理论体系。1960年《传递现象》出版。在机械工程、化工、动力等许多工程科学中，传输原理得到了广泛的应用。20世纪下半叶，由于要更精确控制冶金操作过程，如通过传热控制钢液的凝固，利用改进传质获得更低的有害元素含量，在冶金工程中应用传输原理呈现蓬勃发展之势。70年代以来，“冶金传输原理”成为冶金工程的重要理论基础，而且促进了冶金反应工程学的形成和发展。

冶金学 〔综论〕 工学 矿冶工程


Instruction: 我正在写关于冶金传输原理中的原理的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 冶金传输原理中的原理

以物理学3个基本定律（质量守恒定律、牛顿第二定律和热力学第一定律）为依据，针对所分析研究的对象，在其中选择微元控制体积，通过对该微元的质量、动量和能量的收支平衡计算，建立描述流体运动状态下质量、动量和能量的微分方程。然后，结合所研究的工程问题，确定方程中的各个系数值和方程的边界条件，求解微分方程就可得到流速分布、温度分布、浓度分布，亦即所研究工程介质中的流场、温度场、浓度场。解方程的计算方法大都借助计算机进行数值法求解。冶金传输原理所涉及的大多数介质是高温的金属液、熔渣、熔锍等冶金熔体，微分方程中的系数决定于它们的物理性质，由于对高温下物理性质的长期研究，已经积累了相当丰富的数据。解方程所要的边界条件，随着高温仪表的发展以及预测能力的增强，也大多能够确定。然而，高温物性数据不足和确定边界条件困难，仍然是冶金传输原理所面临的课题。

冶金学 〔综论〕 工学 矿冶工程


Instruction: 我想了解一下冶金传输原理中的应用举例，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 冶金传输原理中的应用举例

在连续铸钢的过程中，要求在一定时间内将钢液的显热和凝固潜热传递出去，以得到合适温度的钢坯。传热时间由钢坯连续运动的速度决定。钢的冷却依次经过结晶器、二次冷却区、空气冷却区三段，因每段传热方式不同而构成不同的边界条件。液态和固态钢的热导率、比热等性质决定方程中的系数。沿钢坯运动方向，热量主要被运动中的钢坯所带走，传热可以忽略。于是，用计算机求解其余两个方向的二维传热方程就可以得到钢坯内的温度分布。由此可以判断：离开结晶器时，钢坯外壳是否达到必要的厚度；在二次冷却区钢坯温度的变化是否对钢质量有影响；铸造完成的钢坯温度是否够高，以减少重新加热消耗能源等。由于求解速度很快，使操作者能及时改变某一部分传热条件以改变钢中温度分布。随着电磁搅拌、电磁制动、电磁铸造、电磁悬浮熔炼等电磁冶金技术的发展，在电磁场作用下的传输现象成为新兴的研究内容。

冶金学 〔综论〕 工学 矿冶工程


Instruction: 我想了解关于冶金安全卫生中的事故隐患 的知识，请写一篇详细的介绍

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## 冶金安全卫生中的事故隐患

生产经营单位违反安全生产法律、法规、规章、标准、规程和安全生产管理制度的规定，或者因其他因素在生产经营活动中存在可能导致事故发生的危险状态、人的不安全行为和管理上的缺陷。事故隐患分为一般事故隐患和重大事故隐患。一般事故隐患是指危害和整改难度较小，发现后能够立即整改排除的隐患。重大事故隐患是指危害和整改难度较大，应当全部或者局部停产停业，并经过一定时间整改治理方能排除的隐患，或者因外部因素影响致使生产经营单位自身难以排除的隐患。排除事故隐患须做到隐患排查整改五落实。隐患排查整改五落实是指对排查出的事故隐患和问题，落实整改目标、落实整改措施、落实整改时限、落实整改责任、落实整改资金。

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Instruction: 我想了解一下冶金安全卫生中的煤气中毒 ，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 冶金安全卫生中的煤气中毒

冶金企业常见的有高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气和发生炉煤气等。煤气中毒通常是指一氧化碳中毒。一氧化碳与血红蛋白的结合力比氧与血红蛋白的结合力大得多，一氧化碳吸入后会与血中的血红蛋白结合并挤走氧造成组织缺氧，严重者会出现中毒死亡。具体按中毒程度通常分轻度、中度、重度3级。轻度中毒包含头晕、眼花、头痛、耳鸣、心悸、胸闷、恶心、呕吐、全身乏力、两腿沉重软弱。中毒者离开中毒场所，经过治疗或不经过任何治疗，数小时后或次日即可好转。中度中毒除上述症状外，还表现为多汗、烦躁、步态不稳、皮肤（面颊/前胸/大腿内侧）出现樱桃红色、呼吸微弱、大小便失禁、意识障碍表现为浅至中度昏迷，经抢救可恢复。重度中毒除具有一部分和全部中度中毒症状外，还出现牙关紧闭、强直性全身痉挛、手脚冰凉、深度昏迷、很快丧失意识、心脏跳动沉闷而微弱直至停止呼吸。

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Instruction: 我想了解关于冶金安全卫生中的职业与健康 的知识，请写一篇详细的介绍

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## 冶金安全卫生中的职业与健康

良好的劳动条件促进人体健康，不良的劳动条件损害人体健康。劳动者长时间接触高浓度或高强度的职业有害因素，可出现职业性病损。职业性病损包括工伤、职业病、工作有关疾病。工伤是指在工作时间和工作场所内，因工作原因发生意外事故，造成生产者的健康伤害。职业病是指职业性有害因素引起的同时具有立法意义的一类疾病，职业病的病因即是职业性有害因素，职业病具有法律保护意义。中国2002年《职业病防治法》将115种职业病纳于法定职业病名单，2011年12月31日修订的《中华人民共和国职业病防治法》中，法定职业病增加到132种。工作有关疾病是一类与职业性有害因素有关，但职业性有害因素不是工作有关疾病的唯一致病因素，这类疾病没有立法意义。冶金行业的常见职业病有尘肺和噪声性耳聋，慢性呼吸道疾患、腰背痛等工作有关疾病在冶金矿山企业、炼钢炼铁企业多发。

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Instruction: 你是一名百科词条撰写员，请详细解释一下冶金学中的冶金生产发展概况，要求表达严谨，内容详实

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## 冶金学中的冶金生产发展概况

冶金作为一门生产技术，起源十分古老。人类从使用石器、陶器进入到使用金属是文明的一次飞跃。据冶金史初步研究，人类最早使用天然金属（主要是天然铜）距今大约8000年。但天然铜资源稀少，要使用更多的铜必须从矿石中提取。世界上最早的炼铜出现在美索不达米亚地区，时间在公元前38～前36世纪。最早的青铜出现在苏美尔地区，大约在前30世纪。在人类文明史中，大量使用青铜的时代被称为青铜时代。铁器的使用使人类社会生产力进一步提高。最早使用的铁是坠落在地球上的陨铁，古埃及（前3500）墓中出土了用陨铁制造的铁珠。冶铁技术发明于原始社会末期，公元前14世纪，埃及、两河流域、爱琴海等地区都已有铁器的应用。不同地区铁的生产和应用发展水平有很大差异。在欧洲，公元前11世纪，中欧已开始用铁，但向西欧传播则晚得多，直到公元前55年，随着罗马人的入侵，铁才传入不列颠。中世纪的一千多年内，冶金技术发展十分缓慢。15世纪的欧洲，尽管熟铁器已广泛使用，但铜和青铜仍是生产最多的金属。14～16世纪，欧洲出现资本主义的萌芽。英王亨利八世（1509～1547年在位）把属于寺院的采矿和冶金企业拍卖给当时新生的资本家。冶金企业转移到苦心经营、追求高额利润的资本家手中。资本作为要素之一促进了冶金业的发展，资本家之间的竞争引发了生产技术的发展。另外，机器、造船等工业的发展又为冶金业开辟了市场，提供了技术装备。15世纪以前，英国的冶金及其他生产技术落后于欧洲大陆。而在1640年以后的250年中，以高炉炼铁、转炉炼钢为主的冶金生产和技术的发展及变革主要发生在英国。尤其是在1700～1890年，一系列重要的技术发明创造使英国的炼铁、炼钢工业得到蓬勃发展。炼铁方面的重要成就有：①1709年A.达比[注]用焦炭代替木炭炼铁成功，使冶金业摆脱了森林资源的限制。②1828年J.B.尼尔森[注]采用热风使炼铁焦比降低，生产效率提高。炼钢方面的重要成就有：①1784年，H.科特[注]成功应用氧化铁炉底的反射炉大规模炒炼熟铁，使工业化初期的铁路和高层建筑物能使用铁质结构材料。②1856年H.贝塞麦发明的底吹转炉炼钢法，大规模生产液态钢，开创了炼钢新纪元。③1855年K.W.西门子发明了蓄热技术，使炉气余热可以被回收，1864年P.-É.马丁在其基础上发明了平炉炼钢。④1879年S.G.托马斯和P.C.吉尔克里斯特[注]试验成功碱性转炉炼钢法，解决了用碱性渣脱磷的问题。之后，碱性法迅速应用于平炉而形成碱性平炉炼钢，成为近一个世纪的主要炼钢法。轧钢方面的重要成就有：①1697年J.汉伯里[注]用平辊轧制出熟铁板，供生产镀锡铁板之用。②1783年，H.科特用孔型轧制生产熟铁棒，这种方法后来用于生产型材。这些发明创造使英国的炼铁、炼钢工业在18～19世纪走在世界最前面。19世纪末，英国钢铁产量虽已被资源丰富的美国超过，但在质量方面仍居于领先地位。炼铜工业也类似。英国铜资源并不充裕，但在19世纪60年代竟然成了世界上产铜最多的国家。英国冶金业从落后变化为先进，主要归功于资本主义社会初期出现了适合生产力发展的商品经济，正如马克思、恩格斯在《共产党宣言》中所指出的：“资产阶级在它不到一百年的阶级统治中所创造的生产力，比过去一切时代创造的全部生产力还要多，还要大。”中国古代冶金技术比欧洲先进。殷商时期（前1300～前1000）中国的青铜铸造技术已经很发达；大量已经出土的青铜器，可以看出其技术的精美。古代汉语中“冶铸”是一个名词，表明冶金和铸造是密不可分的手工业。中国掌握铸铁技术比欧洲要早约两千年。春秋晚期（前500年前后）出土的铁器表明，当时已有原始熟铁锻造的铁条，也有生铁铸造的农具、烹饪器等。对古代铁器的鉴定表明，汉代生产的某些铸铁件中石墨呈球絮状，具有一定柔韧性，类似于可锻铸铁。中国古代生产的铸铁和热处理技术已能适应制造农具的要求。中国汉代产铁量已超过了铜，铁的经营管理被提到重要议事日程，《盐铁论》一书就是明证。从那时直至清末，经常是官商和私商并存。中国冶金技术长期停滞不前，与这种封建官商管理体制有关。金属种类方面，中国在春秋战国之际就已经掌握了金、银、铜、铁、锡、铅、汞7种常用金属的生产。在欧洲，直至罗马帝国末期（5世纪）才全部掌握上述金属的生产。中国在15世纪已能够冶炼和使用金属锌，100多年以后，欧洲才有人取得蒸馏法制锌的专利。炼锌技术传播到资本主义正在发展的欧洲后，便立即应用于黄铜制造业，使价廉的黄铜逐步取代一大部分价格较昂贵的青铜。此外，中国古代铸铁技术虽然很发达，但忽视了钢铁的金属塑性加工，特别是轧钢。中国古代有色金属制造业也偏重于铸造而忽略塑性加工。一个突出的例子是铸钱，直到清朝，铜币仍然是铸造的，而在希腊，在公元前6世纪就开始采用模锻方法造币了。综观古代世界冶金业的发展，金属制品，特别是青铜器和铁器，对人类生产力的发展起了巨大的作用。中国古代冶金技术丰富多彩，有很多闪光之点。但是冶金业作为工程，除了要集成相关的、功能不同的技术之外，还必须有基本经济要素的有效配置。冶金学是一门工程科学，这一点是应该吸取教训的。

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Instruction: 请详细介绍冶金学的形成

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## 冶金学的形成

源远流长的冶金生产技术，直到18世纪末，才从近代自然科学中汲取营养，逐渐发展成一门近代科学——冶金学。16世纪以前，效益显著的冶金操作都凭工匠的技艺，而且只能靠师徒授受往后代传承，因此技术失传屡见不鲜，中外历史都提到过这种事例。从开始冶铜到16世纪，人类从事冶金活动已经有5000多年，可是能够炼制的金属总共只有七八种。16世纪中叶，欧洲最早的两本冶金著作：意大利V.比林古乔的《火法技艺》和德国G.阿格里科拉的《论冶金》先后问世，特别是后者较完整地记载了当时欧洲的冶金技术操作，起到承先启后的作用。这两本书被公认是欧洲冶金文献中的先驱，影响深远。在中国，冶金专书的出版比欧洲早得多，宋代张潜著的《浸铜要略》可惜早已散佚，明代傅浚著的《铁冶志》幸能传世。明末宋应星所著《天工开物》，初刊于1637年，这本书较详细地记载了中国当时的冶金技术。可是，从那时到清末将近三百年间，由于封建科举制度等原因，技术知识和学问被视为末流，属于雕虫小技，在知识界不受重视。《天工开物》这类书在当时及以后的长时间内很少有人问津。在欧洲，16～18世纪是自然科学播种萌芽的时代，欧洲知识界寻求真理的思想日益活跃。17世纪初，F.培根明确指出，认识事物要有正确的方法。数学进一步受到重视，日益成为认识自然的重要工具，这对开拓自然科学的许多领域起到了重要作用。同时，科学实验设备的发明和应用为增进知识和检验理论提供了有力支持。复合显微镜就是Z.詹森[注]在这个时期发明的。R.胡克于1665年用显微镜观察剃刀表面的锈点和划痕，R.-A.F.de列奥米尔于1713～1716年用显微镜观察金属断口。化学实验手段的改进，也有利于发现和制取一系列新的金属元素。铸钢技术于1740年被突破后，初步具备了对钢进行深入研究的条件。这反映在两个方面：①18世纪下半叶，瑞典化学家T.伯格曼[注]对钢进行认真分析，做出“钢是铁与碳交互作用的产物”的结论，人们对钢的实质才有了较为正确的理解。碳的数量和形态是钢进行金属热处理的依据，要制出好钢就必须在“碳”上做文章。②氧化和还原是冶金的化学基础。如果对这两者缺乏认识，建立冶金科学就无从谈起。以前人们认为氧化和燃烧是“燃素”的转移，直到1786年，“燃素”学说被法国化学家A.-L.拉瓦锡等人彻底推翻，人们对氧化反应才开始有了正确认识。19世纪，随着冶金生产的蓬勃发展和热力学第二定律的阐明，化学平衡、相平衡原理被应用来解释冶金反应和控制金属中组织变化，冶金开始由技艺转变为科学。冶金学在一些基础科学的指导下成长，冶金学也为其他学科提供了新的金属材料和新的研究课题，如金属元素和金属间化合物的研究促进了化学的发展；金属物理性质（导电性、磁性等）的研究成为凝聚态物理学的重要内容。20世纪中期以后，随着全新的冶金生产面貌和高效的生产流程的形成，冶金学理论也开始向非平衡、非线性、多层次、时空分析多尺度等复杂性思维和动态思维发展。

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Instruction: 你是一名百科词条撰写员，请详细解释一下冶金学的成就，要求表达严谨，内容详实

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## 冶金学的成就

冶金学不断地吸收自然科学，特别是物理学、化学、力学等方面的新成就，推动着冶金生产技术向广度和深度发展。另外，冶金生产的演化又以丰富的实践经验，充实着冶金学的内容，发展成提取冶金学和物理冶金学两大领域。

### 提取冶金学

研究从矿石或其他物料提取金属（包括金属化合物）的生产过程的学科。由于这些生产过程大多依靠化学反应来实现，所以又称为化学冶金学。然而冶金生产并非纯粹的化学反应变化，还包括相的变化、力学和形貌的变化、流动及传热等现象，所以称为过程冶金学更为准确。按照中国冶金工作者的习惯，狭义的冶金学指的就是过程冶金学。而广义的冶金学应该包括过程冶金学和物理冶金学。提取冶金学的任务是研究各种冶炼及提取方法、各种方法的功能及相互关系、生产过程和能源转化的效率、生产系统和环境的关系、有效生产适合用户需要的金属材料等。冶金方法可以分为火法冶金、湿法冶金和电冶金三种形态。

#### 冶金过程的理论进展

冶金工艺从古老的技艺演变成冶金学是从冶金过程热力学开始的。20世纪30年代以来，以美国J.奇普曼和德国H.申克为代表的多国学者，运用化学热力学的理论和方法研究多种冶金反应（包括熔融金属的反应、渣-金属间的反应、气相-固相间的反应等），创造了一系列的高温实验研究方法，测定了许多冶金反应的热力学平衡数据，同时发展了溶解自由能和活度的概念。其间通过许多国际会议和学术期刊的交流及专门的研究总结，使这些很难准确测定的高温反应数据逐渐精确化。这些冶金热力学数据已被整理，汇编成册或编制成热力学数据库，用于计算冶金反应的自由能，使某些元素实现有选择地优先氧化或还原，或利用某种因素（如温度、添加剂、分压）使期望的冶金过程得以进行，如不锈钢的氩氧脱碳法。冶金过程热力学成为指导提取冶金的理论基础。由于冶金反应是在高温下进行的，过程中的化学反应环节容易达到平衡，除了极少数冶金反应（如钢液脱氮反应）外，控制过程速率的是传质而不是化学反应。20世纪60年代由R.B.伯德等人总结形成的传输现象理论，对于冶金过程动力学的研究有很大促进。冶金过程中的物质传递多在流体中进行。另外，工程中的实际过程必然在某个具体装置中进行，装置的几何尺寸及其中的流动速度分布、浓度分布和温度分布等现象对冶金过程的进展情况有很大影响，因而形成了冶金反应工程学。冶金反应工程学是以研究工业装置中的运动规律和操作方式为核心，而冶金过程动力学着重于某一个冶金反应的速率及控制速率的流动、传质现象。一般对于某个不太熟悉的冶金反应，应首先研究其动力学，而已经了解其动力学规律的反应，则着重于反应工程学的研究。另外，冶金生产所用原料成分复杂，副反应多，而且制造成为材料的过程要经历多个步骤，成为多工序组成的生产流程。过去习惯上认为这种复杂的流程不可能有统一的理论。20世纪90年代起，中国殷瑞钰提出钢铁冶金生产是多因子的铁素物质流和碳素能量流在高温下的相互作用和协同运行的演化过程，应用了I.普里戈金的耗散结构的自组织原理和H.哈肯[注]的协同学理论，开创了冶金流程工程学，使冶金学理论发展到整个生产流程的时空尺度。总体看来，冶金学理论的发展，从冶金过程物理化学到冶金反应工程学到冶金流程工程学，和其物理学基础的发展（从经典热力学到线性不可逆过程热力学到非线性不可逆过程热力学）是一致的。

### 物理冶金学

研究成形加工、制备有一定性能的金属或合金材料的学科，又称金属学。金属（包括合金）的性能（物理性能及力学性能）不仅与其化学成分有关，而且被成形加工或金属热处理过程产生的组织结构所决定。成形加工包括金属铸造、粉末冶金及金属塑性加工（轧、锻、挤、拔）。研究金属的塑性变形理论、塑性加工对金属力学性能的影响及金属在使用过程中的力学行为，则称为力学冶金。显然，力学冶金是物理冶金学的一个组成部分。　　19世纪中叶，在钢生产开始大发展的时候，为了获得钢的热处理和有关使用方面的知识，1863年H.C.索比用显微镜对钢的组织进行系统的观察研究，创造了金相学。金相学使冶金学向前迈开了极其重要的一步。只有金相学的出现，才有可能研究金属的显微组织及其各种条件下的变化，物理冶金的研究——研究金属及其合金的成分、组织结构和性能之间的内在联系也就更加明确起来。为了掌握各种合金相（或组织结构）的生成条件，对相图的需求日益迫切。1900年，德国H.W.巴基乌斯-洛兹本[注]在前人的工作基础上运用吉布斯相律建立了铁碳相图（即铁碳平衡图），这一重大研究成果是物理冶金发展史上的重要里程碑。此后，在各种相图工作的指引下，研究发展合金尤其是合金钢的工作开展起来。19世纪下半叶主要研究了含钨的高速工具钢和高锰耐磨钢。用途较广的镍铬钢系列则是第一次世界大战前夕英国的H.布里尔利[注]等人研究成的。在1860年各国实际应用的各种合金和合金钢的品种共约40种，1890年后逐渐增加，到20世纪60年代正式列入各国工业产品目录的合金及钢的品种已不下4000种。从冶金角度看，可以认为20世纪进入了合金时代，进入人类按使用要求创制性能适用的金属材料时代。20世纪以来，物理冶金学取得的一系列重大成就，为推进冶金生产和技术的发展作出了重要贡献。其中影响较大的是：①C曲线。美国E.C.贝茵[注]等研究奥氏体在不同温度下的恒温转变特征及其产物，创造了C曲线，从而阐明了钢的一般热处理原理。②晶粒取向。研究金属冷加工变形过程和退火后的组织结构变化，发现取向结构对硅钢片性能有显著影响，从而找到了生产高性能硅钢片的方法。③金属单晶制备。掌握单晶和双晶等制备方法，为晶体研究和半导体晶体管生产提供了技术手段。④脱溶。法国A.吉尼尔[注]和英国G.D.普雷斯顿[注]在20世纪30年代晚期各自应用X射线衍射研究高强度铝合金的时效硬化机理，指出铝铜合金中的铜原子处于脱溶状态时硬化效应最大。这项研究结果启发人们对合金中少量元素的作用获得新的理解。⑤用电子显微镜研究金属。1932年发明电子显微镜，经过改进，于1939年制成商品，后来继续改进，其分辨能力不断提高，已成为研究微观结构的有力工具，可直接观察金属中的面缺陷、位错和点缺陷等。应用电子计算机处理图像，进一步提高电子显微镜的分辨能力，已能直接看到金属晶体中单个原子的清晰图像。这是20世纪科技中的杰出成就之一。⑥位错理论。1934年由英国物理学家G.I.泰勒[注]、荷兰M.波拉尼[注]和匈牙利E.奥罗万[注]分别提出。1956年英国P.B.赫希[注]在电子显微镜下观察金属薄膜，证实了位错的存在。以后一些学者又陆续验证了对金属中位错生成、增殖和运动规律的理论推测。这对阐明金属形变、强度和断裂机制有重要意义。⑦钢中马氏体相变。此研究加深了对马氏体中碳原子固溶强化以及对马氏体中位错和孪晶等作用机制的了解，有效地指导了高强度、高韧性钢的设计和发展。形变热处理、应变时效热处理，以及低碳马氏体钢、马氏体时效钢、相变塑性钢（TRIP）和双相钢等都是以此为指导原则提出来的。20世纪30年代在铜合金中观察到马氏体相变的可逆性，后来又发现若干具有同样性能的合金，根据这一原理研制成的形状记忆合金，已经应用于很多技术中。⑧高温合金材料。20世纪40年代以来，喷气发动机的发展对高温合金提出日益严格的要求。1943年英国制造的第一台喷气发动机使用镍基高温合金的工作温度为650℃，以后逐年提高，70年代达到950℃。镍基合金的使用温度已相当于合金熔点的热力学温度的75%以上，这是20世纪冶金技术的出色成就之一，是综合运用金属学理论、材料使用所积累的经验和冶金新工艺等得到的成果。⑨微晶金属和非晶态金属。液态金属凝固时经快速冷却所生成的微晶合金或非晶态金属，各自具有独特的性能。微晶金属是液态金属在惰性气体中喷雾快速冷却形成的超细粉末。由这种超细粉末压制成形并进行烧结而成的部件，由于成分均匀，偏析极小，可以提高合金化程度，其微晶结构具有较一般合金优越得多的性能。非晶态金属则是某些合金体系在液体状态下以大于每秒105℃的冷却速度冷到室温的金属，其强度和抗腐蚀性能都优于一般金属。非晶态金属的电磁性能尤为优越。非晶态金属经热处理可析出微晶，成为残余非晶体和微晶粒组成的集合体。微晶金属和非晶金属的发现，为金属学开辟了广阔新园地。⑩纳米材料。20世纪90年代后期，许多国家都致力于研究发展超细晶粒、高洁净度、高均质性（无宏观偏析）的钢铁材料，期望材料强度和使用寿命提高一倍。利用形变诱导铁素体相变（DIFT）技术制成的超细晶普碳钢材的屈服强度σs达到400兆帕以上，而且低温韧性也显著改善。如果材料的微观组织进一步减小到纳米尺度，性能将发生巨变。纳米晶结构不锈钢（200纳米）的抗蚀性和耐辐照性可提高数倍，纳米级低合金钢的强度可达8～10吉帕。纳米陶瓷和碳纤维材料也都具有特殊优异的性能，并可与金属结合成为复合材料。纳米接近原子尺度，对其组织结构的观察需要有特别的实验技术。由于纳米材料奇异的性能和独特的价值，已成为开发研究的热点。⑪金属表面的研究和加工处理。金属表面科学研究日益深入。通过提高钢部件表面硬度以提高它的抗磨性能的技术，在20世纪30年代已普遍应用。随着渗碳、渗氮等技术的采用，新的表面处理方法不断出现，如采用喷丸处理使金属部件表面产生压应力以提高其疲劳性能，采用气相沉积以增强金属表面抗磨性能，采用激光处理使金属表面合金化或产生一层非晶态物质以改善其抗腐蚀性能。离子注入法被用来改变金属表面层的成分和结构。在轧钢过程中，利用热镀金属、表面涂层等方法以获得抗腐蚀、免润滑等附加性能的板材，成为改善金属表面功能的大规模生产方法。⑫超塑性。金属和合金的超塑性的发现，对塑性加工带来很大的好处，有些难以变形的金属可以利用它的超塑性成形。这种方法所需设备功率小，金属收得率高，成形后金属性能均匀。但是对材料的组织结构要求严格，成形工艺比较复杂。⑬金属热处理和加工制造过程协同进行。传统方法是把热处理作为加工过程的一个单独程序（如退火），或在金属材料制成后再另外进行。考虑到钢坯的再加热和轧制过程及轧后冷却的温度变化，可以使热处理功能在轧制过程中部分实现，例如控制轧制和控制冷却（控轧控冷），就是有目标的控制轧制过程中的γ→α相变和轧后的冷却速率，以提高钢材性能。由于高温连铸坯直接轧制工艺流程的成功，不仅显著节约能耗，而且钢坯温度在轧制前可以一直高于A3线（由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线），即一直处于奥氏体区，γ→α相变在终轧制后才发生，这就能够使晶粒进一步细化，生成细晶粒钢。可以肯定的是多因子物质流的顺畅运行，不仅降低了能量的耗散，而且有助于提高某些物理冶金过程的效率。⑭断裂力学。继位错理论之后，美国G.R.欧文[注]等在20世纪60年代初根据线弹性理论提出断裂力学的概念，在控制材料质量和机械设计等方面起了十分重要的作用。

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## 冶金学的成就中的提取冶金学

研究从矿石或其他物料提取金属（包括金属化合物）的生产过程的学科。由于这些生产过程大多依靠化学反应来实现，所以又称为化学冶金学。然而冶金生产并非纯粹的化学反应变化，还包括相的变化、力学和形貌的变化、流动及传热等现象，所以称为过程冶金学更为准确。按照中国冶金工作者的习惯，狭义的冶金学指的就是过程冶金学。而广义的冶金学应该包括过程冶金学和物理冶金学。提取冶金学的任务是研究各种冶炼及提取方法、各种方法的功能及相互关系、生产过程和能源转化的效率、生产系统和环境的关系、有效生产适合用户需要的金属材料等。冶金方法可以分为火法冶金、湿法冶金和电冶金三种形态。

### 冶金过程的理论进展

冶金工艺从古老的技艺演变成冶金学是从冶金过程热力学开始的。20世纪30年代以来，以美国J.奇普曼和德国H.申克为代表的多国学者，运用化学热力学的理论和方法研究多种冶金反应（包括熔融金属的反应、渣-金属间的反应、气相-固相间的反应等），创造了一系列的高温实验研究方法，测定了许多冶金反应的热力学平衡数据，同时发展了溶解自由能和活度的概念。其间通过许多国际会议和学术期刊的交流及专门的研究总结，使这些很难准确测定的高温反应数据逐渐精确化。这些冶金热力学数据已被整理，汇编成册或编制成热力学数据库，用于计算冶金反应的自由能，使某些元素实现有选择地优先氧化或还原，或利用某种因素（如温度、添加剂、分压）使期望的冶金过程得以进行，如不锈钢的氩氧脱碳法。冶金过程热力学成为指导提取冶金的理论基础。由于冶金反应是在高温下进行的，过程中的化学反应环节容易达到平衡，除了极少数冶金反应（如钢液脱氮反应）外，控制过程速率的是传质而不是化学反应。20世纪60年代由R.B.伯德等人总结形成的传输现象理论，对于冶金过程动力学的研究有很大促进。冶金过程中的物质传递多在流体中进行。另外，工程中的实际过程必然在某个具体装置中进行，装置的几何尺寸及其中的流动速度分布、浓度分布和温度分布等现象对冶金过程的进展情况有很大影响，因而形成了冶金反应工程学。冶金反应工程学是以研究工业装置中的运动规律和操作方式为核心，而冶金过程动力学着重于某一个冶金反应的速率及控制速率的流动、传质现象。一般对于某个不太熟悉的冶金反应，应首先研究其动力学，而已经了解其动力学规律的反应，则着重于反应工程学的研究。另外，冶金生产所用原料成分复杂，副反应多，而且制造成为材料的过程要经历多个步骤，成为多工序组成的生产流程。过去习惯上认为这种复杂的流程不可能有统一的理论。20世纪90年代起，中国殷瑞钰提出钢铁冶金生产是多因子的铁素物质流和碳素能量流在高温下的相互作用和协同运行的演化过程，应用了I.普里戈金的耗散结构的自组织原理和H.哈肯[注]的协同学理论，开创了冶金流程工程学，使冶金学理论发展到整个生产流程的时空尺度。总体看来，冶金学理论的发展，从冶金过程物理化学到冶金反应工程学到冶金流程工程学，和其物理学基础的发展（从经典热力学到线性不可逆过程热力学到非线性不可逆过程热力学）是一致的。

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冶金学的成就中的物理冶金学

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## 冶金学的成就中的物理冶金学

研究成形加工、制备有一定性能的金属或合金材料的学科，又称金属学。金属（包括合金）的性能（物理性能及力学性能）不仅与其化学成分有关，而且被成形加工或金属热处理过程产生的组织结构所决定。成形加工包括金属铸造、粉末冶金及金属塑性加工（轧、锻、挤、拔）。研究金属的塑性变形理论、塑性加工对金属力学性能的影响及金属在使用过程中的力学行为，则称为力学冶金。显然，力学冶金是物理冶金学的一个组成部分。　　19世纪中叶，在钢生产开始大发展的时候，为了获得钢的热处理和有关使用方面的知识，1863年H.C.索比用显微镜对钢的组织进行系统的观察研究，创造了金相学。金相学使冶金学向前迈开了极其重要的一步。只有金相学的出现，才有可能研究金属的显微组织及其各种条件下的变化，物理冶金的研究——研究金属及其合金的成分、组织结构和性能之间的内在联系也就更加明确起来。为了掌握各种合金相（或组织结构）的生成条件，对相图的需求日益迫切。1900年，德国H.W.巴基乌斯-洛兹本[注]在前人的工作基础上运用吉布斯相律建立了铁碳相图（即铁碳平衡图），这一重大研究成果是物理冶金发展史上的重要里程碑。此后，在各种相图工作的指引下，研究发展合金尤其是合金钢的工作开展起来。19世纪下半叶主要研究了含钨的高速工具钢和高锰耐磨钢。用途较广的镍铬钢系列则是第一次世界大战前夕英国的H.布里尔利[注]等人研究成的。在1860年各国实际应用的各种合金和合金钢的品种共约40种，1890年后逐渐增加，到20世纪60年代正式列入各国工业产品目录的合金及钢的品种已不下4000种。从冶金角度看，可以认为20世纪进入了合金时代，进入人类按使用要求创制性能适用的金属材料时代。20世纪以来，物理冶金学取得的一系列重大成就，为推进冶金生产和技术的发展作出了重要贡献。其中影响较大的是：①C曲线。美国E.C.贝茵[注]等研究奥氏体在不同温度下的恒温转变特征及其产物，创造了C曲线，从而阐明了钢的一般热处理原理。②晶粒取向。研究金属冷加工变形过程和退火后的组织结构变化，发现取向结构对硅钢片性能有显著影响，从而找到了生产高性能硅钢片的方法。③金属单晶制备。掌握单晶和双晶等制备方法，为晶体研究和半导体晶体管生产提供了技术手段。④脱溶。法国A.吉尼尔[注]和英国G.D.普雷斯顿[注]在20世纪30年代晚期各自应用X射线衍射研究高强度铝合金的时效硬化机理，指出铝铜合金中的铜原子处于脱溶状态时硬化效应最大。这项研究结果启发人们对合金中少量元素的作用获得新的理解。⑤用电子显微镜研究金属。1932年发明电子显微镜，经过改进，于1939年制成商品，后来继续改进，其分辨能力不断提高，已成为研究微观结构的有力工具，可直接观察金属中的面缺陷、位错和点缺陷等。应用电子计算机处理图像，进一步提高电子显微镜的分辨能力，已能直接看到金属晶体中单个原子的清晰图像。这是20世纪科技中的杰出成就之一。⑥位错理论。1934年由英国物理学家G.I.泰勒[注]、荷兰M.波拉尼[注]和匈牙利E.奥罗万[注]分别提出。1956年英国P.B.赫希[注]在电子显微镜下观察金属薄膜，证实了位错的存在。以后一些学者又陆续验证了对金属中位错生成、增殖和运动规律的理论推测。这对阐明金属形变、强度和断裂机制有重要意义。⑦钢中马氏体相变。此研究加深了对马氏体中碳原子固溶强化以及对马氏体中位错和孪晶等作用机制的了解，有效地指导了高强度、高韧性钢的设计和发展。形变热处理、应变时效热处理，以及低碳马氏体钢、马氏体时效钢、相变塑性钢（TRIP）和双相钢等都是以此为指导原则提出来的。20世纪30年代在铜合金中观察到马氏体相变的可逆性，后来又发现若干具有同样性能的合金，根据这一原理研制成的形状记忆合金，已经应用于很多技术中。⑧高温合金材料。20世纪40年代以来，喷气发动机的发展对高温合金提出日益严格的要求。1943年英国制造的第一台喷气发动机使用镍基高温合金的工作温度为650℃，以后逐年提高，70年代达到950℃。镍基合金的使用温度已相当于合金熔点的热力学温度的75%以上，这是20世纪冶金技术的出色成就之一，是综合运用金属学理论、材料使用所积累的经验和冶金新工艺等得到的成果。⑨微晶金属和非晶态金属。液态金属凝固时经快速冷却所生成的微晶合金或非晶态金属，各自具有独特的性能。微晶金属是液态金属在惰性气体中喷雾快速冷却形成的超细粉末。由这种超细粉末压制成形并进行烧结而成的部件，由于成分均匀，偏析极小，可以提高合金化程度，其微晶结构具有较一般合金优越得多的性能。非晶态金属则是某些合金体系在液体状态下以大于每秒105℃的冷却速度冷到室温的金属，其强度和抗腐蚀性能都优于一般金属。非晶态金属的电磁性能尤为优越。非晶态金属经热处理可析出微晶，成为残余非晶体和微晶粒组成的集合体。微晶金属和非晶金属的发现，为金属学开辟了广阔新园地。⑩纳米材料。20世纪90年代后期，许多国家都致力于研究发展超细晶粒、高洁净度、高均质性（无宏观偏析）的钢铁材料，期望材料强度和使用寿命提高一倍。利用形变诱导铁素体相变（DIFT）技术制成的超细晶普碳钢材的屈服强度σs达到400兆帕以上，而且低温韧性也显著改善。如果材料的微观组织进一步减小到纳米尺度，性能将发生巨变。纳米晶结构不锈钢（200纳米）的抗蚀性和耐辐照性可提高数倍，纳米级低合金钢的强度可达8～10吉帕。纳米陶瓷和碳纤维材料也都具有特殊优异的性能，并可与金属结合成为复合材料。纳米接近原子尺度，对其组织结构的观察需要有特别的实验技术。由于纳米材料奇异的性能和独特的价值，已成为开发研究的热点。⑪金属表面的研究和加工处理。金属表面科学研究日益深入。通过提高钢部件表面硬度以提高它的抗磨性能的技术，在20世纪30年代已普遍应用。随着渗碳、渗氮等技术的采用，新的表面处理方法不断出现，如采用喷丸处理使金属部件表面产生压应力以提高其疲劳性能，采用气相沉积以增强金属表面抗磨性能，采用激光处理使金属表面合金化或产生一层非晶态物质以改善其抗腐蚀性能。离子注入法被用来改变金属表面层的成分和结构。在轧钢过程中，利用热镀金属、表面涂层等方法以获得抗腐蚀、免润滑等附加性能的板材，成为改善金属表面功能的大规模生产方法。⑫超塑性。金属和合金的超塑性的发现，对塑性加工带来很大的好处，有些难以变形的金属可以利用它的超塑性成形。这种方法所需设备功率小，金属收得率高，成形后金属性能均匀。但是对材料的组织结构要求严格，成形工艺比较复杂。⑬金属热处理和加工制造过程协同进行。传统方法是把热处理作为加工过程的一个单独程序（如退火），或在金属材料制成后再另外进行。考虑到钢坯的再加热和轧制过程及轧后冷却的温度变化，可以使热处理功能在轧制过程中部分实现，例如控制轧制和控制冷却（控轧控冷），就是有目标的控制轧制过程中的γ→α相变和轧后的冷却速率，以提高钢材性能。由于高温连铸坯直接轧制工艺流程的成功，不仅显著节约能耗，而且钢坯温度在轧制前可以一直高于A3线（由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线），即一直处于奥氏体区，γ→α相变在终轧制后才发生，这就能够使晶粒进一步细化，生成细晶粒钢。可以肯定的是多因子物质流的顺畅运行，不仅降低了能量的耗散，而且有助于提高某些物理冶金过程的效率。⑭断裂力学。继位错理论之后，美国G.R.欧文[注]等在20世纪60年代初根据线弹性理论提出断裂力学的概念，在控制材料质量和机械设计等方面起了十分重要的作用。

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Instruction: 我想了解关于冶金学中的展望的知识，请写一篇详细的介绍

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## 冶金学中的展望

20世纪中叶以来，一系列钢铁冶金的新工艺，如顶底复合吹炼转炉炼钢、超高功率电弧炉炼钢、全连续铸钢、高速连续轧钢，以及近终形连铸连轧等研发成功并成熟运用，使钢铁冶金生产成为开放的、远离平衡的、非线性相互作用的、具有多种涨落现象的动态有序而且以连续/准连续状态运行的过程工程系统。这种过程工程系统形成了稳定的、可以处理利用的信息流，可以利用信息技术、数字化技术进行数值模拟、自动控制和智能化集成，使钢铁冶金的生产效率不断推向新的高度。然而，生产的极大发展对环境的影响和对资源、能源的需求也达到极为巨大的程度。环境的容量不是无限的，减轻环境负担、提高生态效率将是钢铁冶金进一步发展的关键。单从提取金属着眼，运用现有的自然科学知识和技术手段，即使矿石的品位再低、组成再复杂，都有可能把金属提取出来。问题在于，消耗的能源是否过大，对环境的排放量和污染量是否太高，经济是否合理。因此，在提取冶金方面仍然有很多研究课题，如扩大资源范围，特别是回收已经报废物资中的和现有生产流程中的有价金属，发展资源的综合利用，以及改进冶金反应器的设计和操作，提高其能源和资源效率，是值得重视的。物理冶金学要为生产提供合乎使用要求的金属产品探索途径，也要开发金属的新用途。因此，研究和开发新合金、研究改善冶金产品性能的各种处理方法和技术等是其主要任务。在创造新合金的过程中，人们对成分、组织结构和性能的内在联系有了较深入的了解，借助于计算机的应用，新合金的设计已从经验性走向精准化。20世纪以来，对于金属材料性能和结构的众多影响因素，如成分偏析、非金属夹杂物、晶体缺陷等各个层次及其变化等，积累了大量知识，并总结出一整套规律，可以利用这些知识和规律减少生产和使用金属材料的盲目性。从20世纪60年代开始，一个明显的动向是冶金学同陶瓷工程学、凝聚态物理学、化学等学科的有关内容结合成为材料科学。材料科学的出现是为了适应新技术发展的需要，如电子计算机所需的半导体，需要应用先进的冶金技术和凝聚态物理实验方法，首先是要求超纯，有的需要制备无位错单晶，有的还要掺入某种特定的添加物，有的要用离子注入掺加特定的元素。为了获得超高磁场而研制的超导材料，提高材料的临界温度需要长期不断的研究。还有航天工业中发动机所需的高温合金、具有特殊物理和生化性能的金属功能材料、生物医用材料等也是材料科学中进展较快的方面。材料科学的广阔前景使很多大学的冶金系改为材料科学和工程系，材料科学成为一门学科。另外，冶金学特别是提取冶金要和工业生态学相结合，以适应循环经济和可持续发展的需要。对于冶金工业而言，冶金学仍然是主要的理论基础，冶金学仍将按照自己的规律发展和演化。

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Instruction: 请详细论述冶金自动化中的过程控制系统

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## 冶金自动化中的过程控制系统

按生产工序划分包括采矿自动化、选矿自动化、炼铁自动化、炼钢自动化、轧钢自动化和后续加工处理自动化等内容。按功能划分为基础自动化和过程自动化两个层次。①基础自动化。生产设备的自动控制。基础自动化装备包括常规过程变量检测和专用冶金仪表，电气、液压、气动等执行机构和工业控制用计算机。②过程自动化。在基础自动化的基础上对整个生产线的工艺控制自动化，包括对采矿、选矿、冶炼、浇铸、轧材等主体生产过程的控制。工艺模型是过程控制成效的关键，需要把工艺知识、数学模型、专家经验和智能技术结合起来，建立冶金各工序过程模型，进而实现过程优化。通过冶金过程控制，可以准确、稳定地执行各项冶金操作，提高冶金生产过程的效率，降低物料消耗和能量消耗，降低生产成本，提高冶金产品的制造精度，控制产品的化学成分、形状和尺寸精度，以及提高使用性能和外观品质，减轻操作者的劳动强度，提高劳动生产率。炼钢过程自动控制

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Instruction: 我正在写关于冶金自动化中的生产管理系统的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 冶金自动化中的生产管理系统

基于炼铁-炼钢-轧钢各工序的数据集成和管理-计划-生产-控制纵向信息集成，实现企业生产管理各项功能，主要包括：①生产计划管理和生产调度管理。将销售订单转化为生产任务，制订制造流程生产计划和各工序的作业计划，对作业计划的完成情况进行跟踪并进行必要的调度调整。②物流管理。包括料场管理、物流跟踪和库存管理。③质量管理。包括生产数据自动采集录入、产品质量标准管理、工艺规范管理、图形分析、质量预报和判断以及报告输出等主要功能。④设备维护管理。包括设备基础数据管理、设备检修管理、设备故障管理、备件管理等。⑤成本管理。统计各分厂物料、能源、制造成本，并进行以降低生产成本为目的的生产资料和能源消耗优化配置。⑥能源管理。用于电力、水和动力介质（煤气、蒸汽、氧气等）的监控、计划调度与分析优化。⑦环境监控。冶金生产过程中废弃物的产生、处理、排放等的监测、分析和预警。通过生产管理系统，可提升钢铁生产精细化和智能化管理水平。在生产组织管理方面，根据事例推理、专家知识的生产计划与运筹学中网络规则技术，提供快速调整作业计划的方法，以提高生产组织的柔性和敏捷化程度；根据参数，可自动计算各工序的生产顺序计划及各工序的生产时间和等待时间，实现计划的全线跟踪和控制；在异常情况及多种工艺路线情况下，实现人机协同动态生产调度。在质量管理方面，基于数据挖掘、统计计算与神经网络分析技术，可对产品的质量进行预报、跟踪和分析；根据生产关系数据和实时数据，可判定在生产中发生的品质异常。在设备管理方面，采用生产设备的故障诊断与预报技术，可建立设备故障、寿命预报模型，实现预测维护。在成本控制方面，采用数据挖掘与预报技术，可建立动态成本模型预测生产成本；利用动态跟踪控制技术，优化原材料的配比、能源介质的供应、产线定修制度、生产的调度管理，动态核算成本。

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Instruction: 你能详细解释一下冶金自动化中的企业管理信息化系统吗？

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## 冶金自动化中的企业管理信息化系统

系统服务于企业经营决策。主要包括企业资源计划（ERP）系统、供应链管理（SCM）系统和客户关系管理（CRM）系统。每个系统都有各自的定位和功能。企业资源计划具有财务管理、订单管理、生产和物料计划等功能。供应链管理具有物料采购、能源供应、发送和服务、运输管理、电子商务和先进计划系统等功能。客户关系管理具有市场预测、市场营销、产品组态、服务报价、售后服务等功能。通过企业管理信息化，协调供产销流程，实现从订货合同到生产计划、制造作业指令、产品入库出厂发运的信息化。企业管理信息化的作用是使生产与销售连成一个整体，计划调度和生产控制有机衔接；质量设计进入制造过程，并控制跟踪全程，完善PDCA循环体系；成本管理在线覆盖生产流程，资金控制实时贯穿企业全部业务活动。

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Instruction: 你是一名领域专家，对冶金自动化中的发展趋势非常了解，请给出详细的解释

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## 冶金自动化中的发展趋势

实现数字化、网络化和智能化是冶金自动化的主要发展趋势。围绕钢铁生产流程三大功能的价值提升，以物质流、能量流、信息流网络协同，将物联网、大数据、云计算等信息技术与钢铁流程设计、运行、管理、服务等各个环节深度融合，实现信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能；利用企业信息化积累的海量数据和信息，按照各种不同类型的决策主题分别构造数据仓库，通过在线分析和数据挖掘，实现有关市场、成本、质量等方面数据-信息-知识的递阶演化，并将企业常年管理经验和集体智慧形式化、知识化，为企业持续发展和生产、技术、经营管理各方面创新奠定坚实的核心知识和规律性的认识基础；基于信息物理模型，进行流程离线仿真和在线集成模拟，生成一个分布式、网络化、集成的“虚拟工厂”软件系统环境；通过人机交互和协同计算，模拟钢铁工业产品生产全过程；支持生产组织优化、生产流程优化、新生产流程设计和新产品开发优化，实现以科学为基础的设计和制造。智能化钢厂的建设，需要深刻理解流程动态运行过程的物理本质，构建起植根于流程运行要素及其优化的运行网络、运行程序的物理模型，进而构建全流程网络化、层次化信息流模型。通过工序功能集优化、工序关系集合协同优化和流程工序集合/重构优化，最终实现钢厂结构优化、功能拓展，工业生态园区的构建与运行。通过优化钢铁流程结构，提升全流程精细化、精准化和智能化管理和控制水平，提升产品质量，提高大宗钢材及关键钢材质量稳定性、可靠性和适用性，降低资源能源消耗，形成绿色化、智能化制造模式，推动钢铁工业转型升级。

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请详细解释以下名词：
电工材料中的导电材料

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## 电工材料中的导电材料

允许电流持续通过的材料，电阻率很低，一般在10-6欧米；除常用的高电导率的铜、铝外，也包括高电阻率的铜合金、镍铬合金以及能导电的石墨等。铜、铝主要用于电线电缆的载流芯，电机、变压器的绕组导线，其他还有在开关设备中供电触头用的银、铜、铝复合材料。高电阻率导电材料主要用于制造各种电阻元件，如调节元件、电位器、传感元件等，要求抗氧化和耐腐蚀性好，温度系数小，机械强度高；还可用于发热元件，并要求材料在高温下有好的抗氧化能力，高强度及高电阻率，温度系数小。有较高电阻率的石墨，熔点高，润滑性好，用于制作电机的电刷、弧光灯的电极等。属于导电材料的还有低温导电材料和超导材料。例如，纯铝在20开尔文（K）下，即液氢温度范围中是最好的低温导电材料；而铍在77K左右，即液氮温度下电阻率也只有常温下的千分之一到万分之一以下。超导材料一般在接近0K的温度下，其电阻率已测不出。20世纪80年代已发现上千种超导材料，其中有元素类，也有化合物。较为实用的是铌三锡、铌三铝等。1986年发现的钡、钇、铜、氧化物陶瓷在液氮温度（77K）即具有超导性，这将对超导电技术的普及，甚至对人类文明产生深远影响。

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Instruction: 你能详细解释一下电工材料中的半导体材料吗？

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## 电工材料中的半导体材料

电导率介于导电材料和绝缘材料之间，约为105～10-7西/米的材料。对于电子（空穴）电导也可按能带理论的禁带宽度来定义，其值约为0.08～3电子伏（也有人认为其上限应为1.5电子伏或2电子伏）。半导体与导体相比，除电导率小外，其电导率随温度升高而增大，而导体的电导率随温度升高而下降。纯净的半导体材料由于导电性能很差，没有实用价值；通过掺入不同浓度的微量杂质来控制其导电性，使半导体材料能制成各种器件，从而获得广泛应用。例如，硅、锗中掺入磷、砷、锑等元素，可制成电子型（N型）半导体；掺入硼、铝、镓、铟等元素，可制成空穴型（P型）半导体。利用N型和P型的不同组合，可获得整流和放大作用，在电工中可用于控制和调节电源。半导体的电导率对外界因素极为敏感，在其作用下可观察到一系列物理现象。例如在不同波长的光照下能产生光电效应，这时电子吸收光能，导致自由载流子浓度增大，从而电导率增大，称为光电导性。利用这一性质，可制成光敏元件。此外，还有热电效应、霍尔效应、磁阻效应、压电效应、场效应和隧道效应等都可加以利用。氧化锌电压敏元件在电力系统中用作过电压保护；砷化镓在发展超高速半导体集成电路中起着至关重要的作用。半导体可以按化学组分分为有机的和无机的两类，主要使用无机半导体。无机半导体可进一步分为元素型和化合物型。后者按组分元素又可分为二元、三元等，发展迅速。半导体也可按其结构形态分为结晶半导体和非晶态半导体。一般多使用前者，但70年代以后大力开发后者。

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Instruction: 你能详细解释一下电工材料中的电绝缘和电介质材料吗？

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## 电工材料中的电绝缘和电介质材料

电绝缘和电介质材料的电阻率约为1010欧米以上。实用中优良绝缘材料的电阻率在室温下都大于1012欧米。通常所用的绝缘材料都含有杂质，在工作温度下的电阻或电导属离子型。对于电导属电子型的绝缘材料，一般认为禁带宽度在2～3电子伏以上。电介质材料的特点是其在电场中能发生极化。由于电介质多数是优良的绝缘材料，两者经常作为同义词使用。电绝缘材料常按其聚集状态分为气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。常用的电绝缘材料多数属于固体，液体和气体电绝缘材料一般不能起力学上的支撑作用，所以较少单独使用。①气体绝缘材料。特点是电导率、介电常数和介质损耗均低，击穿强度一般比液体和固体绝缘材料也低得多，但击穿后能自行恢复绝缘状态，具有自愈性。六氟化硫气体具有较高的击穿强度，广泛用作封闭式电器的绝缘。②液体绝缘材料。一般用来替代空气，填充电气设备中的空间，或浸渍设备绝缘结构中的孔隙。除了电绝缘作用，它还可以起散热或灭弧作用。在选择液体绝缘材料时应考虑它在电场作用下的稳定性、热稳定性、黏度、闪点、酸值、碱值、杂质含量、水含量、热膨胀系数以及与其他绝缘和结构材料的相容性等。应用最多的液体绝缘材料是矿物绝缘油。为了保证液体材料成分的纯净，发展了多种合成绝缘油，如高温下使用的硅油以及十二烷基苯等。③固体绝缘材料。可以分成天然的和合成的。天然的有棉纱、丝绸、纸、虫胶、沥青、矿物油、橡胶、石棉、云母等，在19世纪已开始用于电工设备。合成材料，特别是高分子材料，在20世纪得到迅速发展。高分子材料的绝大多数具有高电阻率，并且高分子材料（包括塑料、合成橡胶和合成纤维等许多品种）能满足多种使用场合的要求。高分子材料与相应的天然材料相比有着更为优异的介电性能、力学性能和耐高温性能，在电绝缘材料中占有重要地位，主要有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氯乙烯、聚酯和不饱和聚酯、环氧树脂、有机硅树脂，以及聚酰亚胺为代表的芳杂环高分子材料等。此外，在无机绝缘材料方面，也有重大的进展。例如，制成了粉云母纸，解决了云母资源的不足；玻璃纤维布的出现，使纤维的耐热等级大大提高；陶瓷品种的发展满足了高机械强度、高温度和高介电常数的要求。由于超导技术的迅速发展，低温电工材料也相应取得重大进展。低温电绝缘漆胶和黏合剂，电工薄膜和层压制品以及低温无机绝缘材料，如玻璃、石英、陶瓷等，都有很大发展。

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Instruction: 你能详细解释一下电工材料中的磁性材料吗？

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## 电工材料中的磁性材料

具有铁磁性能的材料，称磁性材料。电工中应用的磁性材料按其矫顽力可分为软磁材料和永磁材料两大类。软磁材料用于交变磁场，而永磁材料用于静态磁场。按材料组成可分成金属和非金属两种。前者有铁、钴、镍、钆及其合金，也可包括稀土类元素，如RCO5，其中R为稀土元素钐、铈和镨。非铁磁元素的合金也可以成为铁磁材料，例如锰、铜和铝等。非金属型材料有铁氧体，它具有磁畴结构，能自发磁化而具有铁磁性。铁磁性材料具有磁滞回线，在交变磁场中造成损耗，必须设法降低。交流磁场作用下引起的涡电流，也会造成损耗。两种损耗统称铁耗，都造成设备发热，这在高频率下特别突出。铁氧体的铁耗在高频下特别小，成为适用于高频的磁性材料。磁性材料的某些特殊性能还可用于特殊场合。例如具有直角磁滞回线的材料可以用作磁记忆材料。某些磁性材料在磁场强度变化时其几何尺寸发生变化，称为磁致伸缩材料，可用于超声发生器和接收器及机电换能器中，用以测量海洋深度、探测材料的缺陷等。

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Instruction: 请详细介绍绝缘耐热等级和热老化试验中的热老化试验

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## 绝缘耐热等级和热老化试验中的热老化试验

绝缘的热老化试验有以下两种。①绝缘结构的热老化试验：用模拟样品（如模型线圈）或实样（如小电机）作试样。除提高运行温度外，常增加热冲击、机械振动、受潮等组成老化周期，如以升温→热暴露→降温→机械振动→受潮试验为一个循环。为使热以外的因素保持恒定，不同老化温度下的循环数应相等或接近相等。一般根据材料的主要用途采用试样在试验中某一关键功能参数（例如绝缘被击穿）来标志寿终。②绝缘材料的热老化试验：用单一材料（如薄膜）或材料的简单组合（如漆包线）作试样。在恒温下老化，选用绝缘材料在使用中所承担的主要功能参数作为寿终的判据。当所选评定寿命的参数下降到规定值时，试验所经历的时间即为该温度下的寿命。各种绝缘结构与绝缘材料的热老化试验的试样、试验条件和评定寿命的参数等均按相关标准规定。

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Instruction: 为介质损耗因数写一篇详细的介绍

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## 介质损耗因数

电介质损耗与该电介质无功功率之比值称为电介质损耗角正切（），又称介质损耗因数。理想电介质中电导损耗等于零，此时表示电位移滞后电场强度的角度。是用来衡量电介质损耗大小、材料品质的重要参数，因为电介质损耗可写成：而单位体积电介质损耗为：式中为电介质电容；为外施电压；=8.85×10-12法/米；为电介质常数。亦有用乘积表示电介质损耗的常数，称为介质损耗常数。电介质损耗发热消耗能量并可能引起电介质的热击穿，因此在电绝缘技术中，特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽可能采用较低的材料。但也有利用高频（一般为0.3～300兆赫兹）介质发热来干燥材料（木材、纸、陶瓷等）、加工塑料以及胶黏木材等。利用电介质加热的优点是加热速度快、加热均匀（介质彻体发热）、方便，并能较易实现局部加热等。

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Instruction: 请详细介绍介质击穿中的面积效应

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## 介质击穿中的面积效应

电介质的击穿电压随电极面积增大而降低的现象。在均匀或接近均匀的电场中，例如对薄层的固体或液体电介质，当电极面积增加时，电介质中出现缺陷、液体电介质中杂质形成小桥以及电极表面粗糙形成局部场强增强点的概率增大，因而击穿电压下降。在稍不均匀电场中，例如对六氟化硫（SF6）气体绝缘，因放电由电子崩阶段转入流注阶段时电子崩的长度很小，因而它的击穿也具有面积效应，即当电极面积增加时，因电极表面严重突出物和其他缺陷出现的概率也大，因而击穿电压下降。对具有面积效应的电极和电介质系统，可将电极看作是许多面积较小电极的并联，击穿电压的概率分布遵循正态分布，或贡贝尔分布，或韦布尔分布，它们的概率分布函数分别为：或：或：以上3式中分别为击穿概率为5%、16%、50%、63%时的电压值；为初始值；。对韦布尔分布，上式仅适用于的情况；当时，。具有面积效应的绝缘结构有电力电容器、油浸纸绝缘电缆、电容套管、变压器绕组匝绝缘、线段间油道、SF6输电管道和SF6气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）等。

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Instruction: 我想了解关于绝缘材料中的分类和性能的知识，请写一篇详细的介绍

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## 绝缘材料中的分类和性能

绝缘材料种类很多，可分气体绝缘材料、液体绝缘材料、固体绝缘材料3大类。常用的气体绝缘材料有空气、氮气、六氟化硫等。液体绝缘材料主要有矿物绝缘油、合成绝缘油（硅油、十二烷基苯、聚异丁烯、异丙基联苯、二芳基乙烷等）两类。固体绝缘材料可分有机、无机两类。有机固体绝缘材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、电工用薄膜、复合制品和黏带、电工用层压制品等。无机固体绝缘材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下，固体绝缘材料品种多样，也最为重要。不同的电工设备对绝缘材料性能的要求各有侧重。高压电工装置如高压电机、高压电缆等用的绝缘材料要求有高的击穿强度和低的介质损耗。低压电器则以机械强度、断裂伸长率、耐热等级等作为主要性能要求。绝缘材料的宏观性能如电性能、热性能、力学性能，耐化学药品、耐气候变化、耐腐蚀等性能，与它的化学组成、分子结构等有密切关系。无机固体绝缘材料的化学组成主要是硅、硼及多种金属氧化物，以离子型结构为主。其主要特点为耐热性好，工作温度一般大于180℃，稳定性好，耐大气老化性、耐化学药品性及长期在电场作用下的老化性能好；但脆性高，耐冲击强度低，耐压高而抗张强度低；工艺性差。有机绝缘材料的化学组成一般为聚合物，平均分子量在104～106，其耐热性通常低于无机材料，含有芳环、杂环和硅、钛、氟等元素的材料其耐热性则高于一般线链形高分子材料。影响绝缘材料介电性能的重要因素是分子极性的强弱和极性组分的含量。极性材料的介电常数、介质损耗均高于非极性材料，并且容易吸附杂质离子增加电导而降低其介电性能。故在绝缘材料制造过程中要注意清洁，防止污染。电容器用电介质要求有高的介电常数以提高其比特性。

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请详细解释以下名词：
绝缘材料中的发展概况

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## 绝缘材料中的发展概况

最早使用的绝缘材料为棉布、丝绸、云母、橡胶等天然制品。20世纪初，工业合成塑料酚醛树脂首先问世，其电性能、耐热性能均好于棉布、丝绸等天然制品。以后又相继出现了性能更好的脲醛树脂、醇酸树脂。三氯联苯合成绝缘油的出现使电力电容器的比特性出现了一次飞跃（但因有害人体健康，后已停止使用）。同期还出现了合成的六氟化硫绝缘材料。20世纪30年代以来，人工合成绝缘材料得到了迅速发展，主要有缩醛树脂、氯丁橡胶、聚氯乙烯、丁苯橡胶、聚酰胺、三聚氰胺、聚乙烯及性能优异称之为塑料王的聚四氟乙烯等。这些合成材料的出现，对电工技术的发展起了重大作用。如缩醛漆包线用于电机，使其工作温度和可靠性提高，而电机的体积和重量大大降低。玻璃纤维及其编织带的研制成功及有机硅树脂的合成又为电机绝缘增加了H级的耐热等级。40年代以后，不饱和聚酯、环氧树脂问世。粉云母纸的出现使人们摆脱了片云母资源匮乏的困境。50年代以来，以合成树脂为基的新材料得到了广泛应用，如不饱和聚酯和环氧等绝缘胶可供高压电机线圈浸渍用。聚酯系列产品在电机槽衬绝缘、漆包线及浸渍漆中使用，发展了E级和B级低压电机绝缘，使电机的体积和重量进一步下降。六氟化硫开始用于高压电器，并使之向大容量小型化发展。断路器的空气绝缘及变压器的油和纸绝缘，部分被六氟化硫所取代。60年代，含杂环和芳环的耐热树脂得到了大发展，如聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳砜、聚苯硫醚等属H级及更高耐热等级的材料。这些耐热材料的合成为以后发展F级、H级电机创造了有利条件。聚丙烯薄膜在这一时期也成功地用于电力电容器。70年代以来，新材料的开发研究相对比较少，这一时期主要是对现有材料进行各种改性及扩大应用范围。对矿物绝缘油采用新方法精制以降低其损耗；环氧云母绝缘在提高其机械性能和实现无气隙以提高其电性能方面做了很多改进。电力电容器由纸膜复合结构向全膜结构过渡。1000千伏级特高压电力电缆开始研究用合成纸绝缘取代传统的天然纤维纸。无公害绝缘材料70年代以来也发展很快，如以无毒介质异丙基联苯、酯类油取代有毒介质氯化联苯，无溶剂漆的扩大应用等。随着家用电器的普及，其绝缘材料着火而导致重大火灾事故屡有发生，所以对阻燃材料的研究引起了重视。80年代，开始出现新的绝缘材料体系，聚酰亚胺、聚酯亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚马来酰亚胺、聚二苯醚等耐热绝缘漆、黏合剂、薄膜等相继问世，电工产品耐热等级也被提升到B级，在冶金、吊车、机车电机等特殊电机中开始采用新的F、H级绝缘材料。90年代，大规模地开发F、H级绝缘材料，使其性能得到提高，如改性二苯醚、改性双马来酰亚胺、改性聚酯亚胺漆包线漆、聚酰亚胺漆包线漆、玻璃纤维制品、高性能聚酰亚胺薄膜、F级环氧粉云母带等。无溶剂浸渍树脂和快干浸渍漆得到迅速发展，少胶粉云母带、真空压力浸渍树脂开始应用。2000年以来，人们开始应用纳米技术发展绝缘材料。将纳米级粉料均匀地分散在聚合物树脂中，也可以在聚合物内部形成纳米级晶粒或非晶粒物质，还可形成纳米级小孔和气泡。纳米材料的加入一定程度改善了聚合物基体的机械和电学性能，如耐电晕性能、耐局部放电性能。纳米材料的应用推动了传统绝缘材料的进步。绝缘材料的研制和开发水平是影响制约电工技术发展的关键之一。未来要求发展耐高压、耐热绝缘，无溶剂无公害绝缘，复合绝缘，耐腐蚀、耐水、耐油、耐低温、耐辐照及阻燃等绝缘材料，发展节能材料。重点发展用于高压大容量发电机的环氧云母绝缘体系，中小型电机用的F、H级绝缘系列，高压输变电设备用的六氟化硫气态介质，取代氯化联苯的新型无毒合成介质，高性能绝缘油，合成纸复合绝缘材料，阻燃性橡塑材料和表面防护材料等，同时要加速传统电工设备用绝缘材料的更新换代。

绝缘材料 工学 电工材料 电气工程


Instruction: 我想了解一下新型气体绝缘材料中的性能，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 新型气体绝缘材料中的性能

新型绝缘气体具有优良的物理性能、化学性能和电气性能。①具有稳定的化学结构，无色、无毒、不燃、惰性、难分解、耐高温、扩散性良好等。②具有击穿场强高、电导率低、自愈性好、灭弧性能良好等。新研发的C4、C5气体其击穿场强与SF6类似，具有优异的介电性能。C4、C5具有低的电离系数、高的临界温度，可使用在高压环境中。③在不均匀电场下的击穿强度没有明显降低，可使用在一些不均匀电场的装置中。C4和C5等气体具有较强的灭弧性能，放电时可吸附大量电子后使电弧电导迅速下降，最终熄灭。另外，C4和C5最重要的优点之一是环保，自身是环保材料，并且在放电后不易分解生成有害气体，这使得C4、C5等新型绝缘气体取代SF6成为可能。

工学 气体绝缘材料 电气工程 绝缘材料 电工材料


Instruction: 我正在写关于分组码中的BCH码的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 分组码中的BCH码

一类重要的循环码，能纠正多个错误。假设是满足的最小正整数，是域的次单位原根，作循环码的生成多项式，以个接续的元素为根，式中，均为正整数，且。于是：…（7）式中为的最小多项式。由这个所生成的，分组长为的循环码称为BCH码。它由印度裔美国数学家和统计学家R.C.玻色（Raj Chandra Bose，1901-06-19～1987-10-31），美国科学家D.K.拉伊-乔杜里（Dwijendra Kumar Ray-Chaudhuri，1933-11-01～ ）及法国数学家A.奥康让（Alexis Hocquenghem，1908-01-14～1990-04-17）三人研究而得名。BCH码的主要数量指标是：码长，首元指数，设计距离，信息位数〔表示多项式的次数〕。BCH码的重要特性在于：设计距离为的BCH码，其最小距离至少为，从而可至少纠正个独立错误。BCH码译码的第一步是计算伴随式。假设为发送码矢量，为接收矢量，而为错误矢量，或记为称为错误多项式。于是伴随矢量之诸分量由：…（8）决定（；为简便计，设）。假设有个错误出现，则对应于个错误的。如果的第个（从左至右）非零分量是，则称为这个错误的错位，而称为这个错误的错值。称为错位多项式。BCH码译码的关键是由诸求出。这可用著名的伯利坎普-梅西迭代算法来完成。这种算法相当于线性移位寄存器的综合问题。最后一步是求出的全部根，可用钱天闻搜索算法完成，从而可以定出接收矢量的全部错位。

信息与通信工程 工学 信道编码


Instruction: 你能详细解释一下分组码中的戈帕码吗？

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## 分组码中的戈帕码

一种重要的线性分组码，它不仅包括常见的诸如本原BCH码等大量的循环码类，还包括相当多的非循环线性分组码类，并且后一种码具有良好的渐近特性。戈帕码的理论实质在于将每一个码矢量与一个有理分式相对应。是某一个素数幂，是域上的任意多项式，表示域中所有不为之根的元素所成之集合，代表中元素的数目。于是存在一个以为符号域，以为位置域的线性分组码。码长为，它的各码元用中的元素来标志。这种码可定义为满足条件：…（9）的一切上的全体维矢量的集合，式中，这种码称为戈帕码，称为戈帕多项式。例如，是域上的本原元素：…（10）则：…（11）于是：…（12）可验证，即为这一戈帕码的码字。戈帕码也有类似于BCH码的译码方法。自20世纪50年代分组码的理论获得发展以来，分组码在数字通信系统和数据存储系统中已被广泛应用。由于大规模和超大规模集成电路的迅速发展，人们开始从易于实现的循环码理论研究中解脱出来，更重视研究性能良好的非循环线性分组码和非线性分组码。人们在分组码研究中又引进了频谱方法，这一研究方向受到了较多的关注。

信息与通信工程 工学 信道编码


Instruction: 你是一名领域专家，对信道编码中的编码定理非常了解，请给出详细的解释

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## 信道编码中的编码定理

信道容量是信道能传送的最大信息率。编码定理就是解决达到这个最大值的可能性和超过这个最大值时的传输问题。一般的编码定理是：若信道容量为，在信道中传送的信息率为（均以每信道符号计），如，只要输入符号的数目足够大，总有一种使接收端译码差错概率任意小的编码方法。反之，如，必定不存在能使接收端译码差错概率任意小的编码方法；当，差错概率将接近1。对于多用户信道，其容量是一个区域的外界面，则须把上述的换成矢量在界面的内部，把换成矢量在界面的外部，其他情况不变。因此，信道容量是一个界限，在这个界限之内可以几乎无错误地传输，而在这个界限之外就不可能。在这个界限上的情况则是不明确的。有时把上述定理中的称为编码定理，而把称为其反定理。不是所有信道的编码定理都已被证明。只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明；其他信道也有一些结果，但尚不完善。其实，当信道的编码定理未被证明之前，信道容量的概念也并不明确。证明信道编码定理通常采用随机编码的概念。所谓编码，实际上是从各种输入符号序列中选取种作为码字来传递信息。例如，输入个符号，每个符号，若中有个元，则一共有种序列，从中任选种作为码字，就有种选法，也就是有种编码方法。然后计算每种编码在接收端检测时出错概率的上界，再对每种编码赋予一个概率测度，也就是说采用一种编码是随机的，但却可计算所有编码的平均差错概率的上界。经过复杂的运算可得到这个平均差错概率的上界为：…（1）式中为所传送的信息率；称为可靠性函数。当小于信道容量时，大于零。因此当，的上界将为零。既然所有编码的平均差错率将逼近于零，则必有一种较好的编码，差错概率也将逼近于零，这就证明了能无错误地传送的编码方法的存在性。反定理也可相仿地证明，只是此时应求正确概率的上界，并证明它的平均值逼近于零。关于多用户信道编码定理的证明，基本上仍用单用户理论，只是引入了时分内插原理。例如，在二址接入信道中，把一个输入作为干扰，就成为单用户问题，这样可得到一种编码方法；再把另一个输入作为干扰，又得到另一种编码方法；然后这两种编码方法按时间来分配，也就是某段时间用前一种编码，而另一段时间用后一种编码，这样就扩展了容量区域，成为原来两种编码的区域的凸包，从而证明二址接入信道的编码定理，因为分别位于两个二维区域中和两点的连线上的任一内点就是时间分配的结果。可靠性函数指出了差错概率与信息率和序列长度的关系，但这是上界公式，还不能确切指出最佳编码的实际差错值。人们试图计算差错概率的下界，以得到相仿的指数关系，只是所得到的与上述不完全相同，还不能得到差错概率的确切值或确切的逼近零的速度，因此这也是编码定理中尚存的问题之一。

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请详细解释以下名词：
塑料工业中的特点

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## 塑料工业中的特点

塑料工业的特点主要有：①塑料工业最早是以天然树脂和改性的纤维素为原料，合成树脂出现后，则转向以煤焦油产品和电石乙炔为原料的合成树脂。自20世纪50年代后，合成树脂的原料绝大部分由石油化工提供。在这个意义上，塑料工业又常称作石油化工的下游工业，而且随着塑料工业的发展，也促进了石油化工的发展。20世纪末及21世纪初期，煤制烯烃技术得到了快速发展，大量设备投产，煤基聚乙烯、聚丙烯塑料的比重逐渐增大，在一定程度上缓解了原料乙烯、丙烯对石油的依赖性。同时，在原油价格较高时，煤基聚乙烯、聚丙烯塑料也会有一定的优势。②塑料制品有成千上万种，其性能主要取决于所用单体和聚合方法，以及助剂和加工方法等。例如，高压法聚乙烯有高支化度、低结晶度和高透明度，而低压法聚乙烯有低支化度、高结晶度、高强度和高硬度；悬浮法聚氯乙烯主要用作软质或硬质塑料，而乳液法聚氯乙烯主要用作泡沫人造革。非极性树脂如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等主要用作通用塑料，而带极性基的树脂如聚丙烯腈、丙烯酸系树脂和聚醋酸乙烯酯等，则用于纤维、涂料和胶黏剂等；分子间有氢键或高结晶性树脂如聚酰胺、聚丙烯等既可作塑料，又可作纤维。所以，塑料工业与化学纤维工业、涂料工业，以及胶黏剂的生产紧密相连。③塑料工业既是原料、材料工业又是制品工业。它不仅为本行业提供合成树脂、各种模塑粉和粒料，又为其他行业提供进一步加工的材料，如片基、管材、板材、泡沫结构材料等，还直接为社会和生活提供种类繁多、性能各异的塑料制品，包括塑料消费品等。


Instruction: 我想了解一下塑料工业中的工业现状，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 塑料工业中的工业现状

2013～2018年，世界塑料需求量年均增长率为3.9%，通用塑料中，高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯的需求增长率低于3.9%，聚苯乙烯需求增长率更是低至2%，但聚苯乙烯的需求增长率明显高于其他塑料品种，高达5.3%，苯乙烯类共聚物（包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物）的需求增长率为4.1%；工程塑料需求增长率普遍高于通用塑料，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯的需求增长率高达5.2%，聚氨酯的需求增长率达4.8%，聚酰胺和聚碳酸酯的需求增长率分别为4.2%和4.1%。20世纪70年代以后，塑料工业出现的新情况是：①合成树脂的生产装置实现了大型化、连续化和自动化，单条生产线的能力达到12万吨以上。高效催化剂和流程简化，以及节能的本体聚合方法实现了工业化。在品种上，线型低密度聚乙烯的问世和大规模投入生产是突出的代表。②工程塑料、高分子复合材料和高性能材料发展很快，出现了许多新品种，如液晶自增强塑料开始大规模生产，工程塑料的增长率也超过了通用塑料。③塑料加工以节能、节约原材料为目标，塑料机械的自动化水平越来越高，成型加工新方法不断出现。如反应注塑成型、结构泡沫塑料注塑成型和热固性塑料注塑成型；各种共挤出技术，包括薄膜、片材和异型材的共挤出；多层吹塑，挤拉吹和注拉吹；增强塑料的拉挤成型等。


Instruction: 我想了解一下石油化学中的沿革，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 石油化学中的沿革

石油化学的研究工作始于19世纪末期，以美国和苏联为发源地。在美国，“Petroleum Chemistry”一词始于1907年的Chemical Abstract。美国化学学会于1922年成立石油化学分会，被认为是石油化学形成的重要标志。随着石油工业和石油加工工业的发展，在20世纪30～40年代，各国开展了大量关于石油化学的研究工作。在此基础上，20世纪50年代出版了一批有重要学术价值的著作，使石油化学学科的水平提高到了一个新高度。其中，根据美国石油学会第6号课题组自1927年开始、历时25年的研究工作结果，F.D.罗希尼等于1953年出版了Hydrocarbons from Petroleum专著。自20世纪中叶起，石油加工技术发展迅速，石油化学随之在深度和广度上均有很大进展。研究对象从汽油、煤油、柴油、润滑油馏分，发展至原油中最重的馏分——减压渣油；研究的手段从传统的常规方法，更新为以近代物理分析测试为主的方法；研究的领域也从化学组成和转化反应扩展到石油化学品的合成。随着高分辨质谱等研究石油分子结构的近代物理分析方法的日臻完善，对石油这个复杂体系的认识正逐步深入到分子水平。

化石燃料 工学 燃料化工 化工 〔燃料〕 石油


Instruction: 我正在写关于石油化学中的石油的组成的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 石油化学中的石油的组成

石油是一种多组分的复杂混合物，包括烃类及非烃类。其沸点范围很宽，从常温到500℃以上，相对分子质量的范围为数十至数千。烃类包括烷烃、环烷烃、芳烃和烯烃。天然原油中一般不含烯烃，但在石油的裂化反应产物中则含有烯烃。非烃类包括含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物、胶状及沥青状物质、金属化合物。其中，含硫化合物是石油中主要的非烃化合物。各种原油的含硫量差异很大，少的只有万分之几，多的可达百分之几。石油中所含硫的存在形式有元素硫、硫化氢以及硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩等类型的有机含硫化合物，此外还有少量既含硫又含氧的亚砜和砜类化合物。石油中非烃化合物的含量一般随其沸点的升高而增加，在减压渣油中非烃化合物甚至可以占一半以上。这些非烃类组分一般对石油产品的质量是有害的，或有可能使石油炼制过程中使用的催化剂中毒，需设法除去。

化石燃料 工学 燃料化工 化工 〔燃料〕 石油


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请详细解释以下名词：
石油化学中的石油组分的化学反应

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## 石油化学中的石油组分的化学反应

分为热转化反应和催化转化反应两类。烃类从约450℃开始即有明显的热转化反应（包括裂解和缩合）。在各种不同催化剂作用下的催化转化过程及其中的化学反应主要有：①催化裂化。烷烃主要发生裂解和异构化反应，生成相对分子质量更小的烷烃和烯烃；烯烃发生裂化反应、异构化反应、环化反应和氢转移反应；环烷烃的基本反应是环断裂生成烯烃和二烯烃，并可异构化或脱氢生成芳烃；芳烃主要发生侧链断裂、烷基转移和脱氢缩合等反应。②加氢裂化。烷烃和烯烃发生裂化反应（生成分子质量更小的烷烃）、异构化反应、环化反应；环烷烃主要发生长侧链的断链反应；芳烃除侧链断裂外，还会发生芳环的加氢饱和反应。③加氢处理。含硫、氮、氧的非烃组分发生脱除硫、氮、氧的反应，含金属有机化合物发生氢解反应，烯烃发生加氢饱和反应，芳烃发生部分加氢饱和反应。④异构化。正构烷烃转化为异构烷烃。⑤烷基化。异构烷烃与烯烃或芳烃与烯烃进行加成反应，生成较大分子的异构烷烃或烷基芳烃。⑥醚化。异丁烯或异戊烯等烯烃和甲醇或乙醇等醇类反应转化为醚类。⑦烯烃叠合。各种低分子烯烃转化为较大分子的烯烃。⑧氧化。烷烃氧化为醇类、醛类、酮类或羧酸类等化合物，烯烃氧化为环氧化物、醇类、醛类、酮类或羧酸类等化合物。⑨脱氢。烷烃脱氢转化为烯烃、环烷烃、二烯烃及芳烃，烯烃脱氢生成二烯烃，环烷烃脱氢生成芳烃，烷基芳烃脱氢生成烯基芳烃。

化石燃料 工学 燃料化工 化工 〔燃料〕 石油


Instruction: 我想了解一下石油炼制工业中的简史，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 石油炼制工业中的简史

石油炼制工业的建立大约可追溯到19世纪中期。1854年，美国耶鲁大学的化学家B.西利曼[注]从原油中分馏得到可用作高质量照明用油的煤油馏分。1859年，E.L.德雷克[注]在宾夕法尼亚州泰特斯维尔钻出美国第一口油井。1860年，美国建造了第一个炼油厂。在19世纪后期，从原油的重质馏分中生产得到润滑油，并开始在各个应用领域取代动植物油脂。20世纪初，随着内燃机和汽车工业的发展，尤其是第一次世界大战对汽油的需求推动了炼油工业的迅速发展。从石油蒸馏直接制得的汽油在数量上已不能满足需求，以较重的馏分油或重油生产汽油的热裂化技术应运而生。20世纪40年代，为保障第二次世界大战盟军对汽油的需求，催化裂化技术迅速发展，逐渐成为生产汽油的主要加工过程。与此同时，润滑油生产技术也有了较大发展。20世纪50年代，为满足对汽油抗爆性的要求，出现了铂重整技术，促进了催化重整技术的发展。由于催化重整产出廉价的副产品氢气，也促进了加氢技术的发展。在此期间，各种催化反应技术在炼油工业中有了全面的、较大的发展。炼油工业已发展成为一个技术先进、规模宏大的产业。

石油炼制工业 燃料化工 工学 化工


Instruction: 我正在写关于石油炼制工业中的中国概况的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 石油炼制工业中的中国概况

中国是最早发现和利用石油的国家之一，但近代石油炼制工业是在中华人民共和国成立后，随着大庆油田的开发和原油产量的增长才得到迅速发展的。1983年原油加工能力首次超过1亿吨/年，1996年超过2亿吨/年，2007年超过4亿吨/年，2018年超过8亿吨/年，居世界第2位。截至2019年，原油加工手段和石油产品品种比较齐全，汽油、煤油、柴油除满足国内需求之外还有部分出口，具备利用自有技术建设单系列千万吨级炼油厂的能力，主要技术处于世界先进水平，部分技术处于世界领先水平。中国炼油工业向大型化、规模化发展，千万吨级炼厂持续增加，截至2019年底，千万吨级炼厂总数已达29座，其中镇海炼化、茂名石化、大连石化、惠州炼化、恒力石化、浙江石化的炼油能力已达2000万吨/年。全国约70%的炼油能力集中分布在环渤海湾（京、津、冀、辽、鲁）、长江三角洲（沪、苏、浙）和珠江三角洲（粤、桂）三大地区。中国石油产品消费结构中，柴油占比最大，汽油次之，二者之和占全部石油产品消费的40%以上。近几年消费柴汽比不断下降，2019年已降至1.2。车用燃料质量标准不断加严，2017年全国范围内车用汽、柴油的硫含量限值均已降至10ppm。炼油厂装置的组成是根据所加工原油的特点和产品需要而确定的。炼油厂加工的原油70%以上需要进口，2019年的原油对外依存度已达72.5%，进口原油一半以上来自中东地区和俄罗斯。国产大多数原油含重馏分多、含蜡量高、含硫量低，进口中东原油则含硫量较高，总体上所加工原油偏重。与世界平均水平相比，焦化、催化裂化、加氢裂化、催化重整等二次加工装置占比较高，加氢处理所占比例相对较低。随着油品质量升级步伐加快，加氢处理所占比例已有大幅增长，从2000年的15.6%增至2019年的44.9%，但仍低于世界平均水平。随着环保要求进一步严格和炼化一体化进一步发展，加氢处理所占比例将进一步增长。

石油炼制工业 燃料化工 工学 化工


Instruction: 请详细介绍石油炼制工业中的发展趋势

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## 石油炼制工业中的发展趋势

从1973年开始，原油国际市场价格上涨，此前每桶原油2美元左右，至1980年涨至近40美元/桶，此后经过多次振荡，在2012年达到创纪录的历史新高，超过了110美元/桶，2014年下半年出现断崖式下跌，2016年初曾一度跌破到30美元/桶，此后逐步回升并在50～80美元/桶左右经历多次振荡，2020年初随着新型冠状病毒疫情的爆发再次出现断崖式下跌，一度跌至20美元/桶以下，到2020年底恢复至50美元/桶以上。从原油品质来看，由于世界很多油田开采已处于中后期，轻质原油开采量减少，重质原油产量相对增加，加拿大油砂沥青和委内瑞拉超重油等非常规重油资源的开发更是加剧了全球生产原油品质的重质化和劣质化趋势。从21世纪初期以来，美国页岩油气开采的蓬勃发展促使轻质页岩油（致密油）产量大幅增长，对全球原油资源的配置产生深远影响，全球生产原油的品质呈现轻、重两极化发展趋势。此外，国际上对环境保护日益重视，对石油产品质量要求更高，对轻质石油产品的需求更多，同时近10年来发达国家的石油消费量呈下降趋势，而新兴经济体对石油的需求持续增长。这些因素促使近年来石油炼制工业发生以下重大变化：①世界原油加工能力的增长速度减慢，炼油工业中心东移。发达国家的原油加工能力过剩，美国凭借其资源优势增加了石油产品出口，但西欧地区近几年有大量炼厂关闭，日本的炼油产能也呈下降趋势。在此期间，中东产油国的石油炼制工业则迅速发展，印度的炼油产能也在进入21世纪后加速增长，发展最快的是中国。②石油产品结构发生较大变化，重油轻质化技术得到较快发展。燃料油需求量大幅度减少，汽油、喷气燃料、柴油等轻质产品需求量增加，因而原油深度加工受到普遍重视，石油焦化、催化裂化、加氢裂化等从重质馏分生产轻质产品的装置增建较多。与此同时，还开发了很多加工重质馏分油和渣油的新工艺。③油品质量升级加速，加氢技术得到快速发展。车用汽、柴油品质要求日益严格，继汽油无铅化之后，汽、柴油的硫含量限值快速下降，部分国家和地区已进入超低硫时代，能够有效降低油品硫含量的加氢处理技术得到重视，是各种二次加工装置中发展最快的技术。中国结合自身国情开创性地发展了利用多产异构烷烃的催化裂化技术和吸附脱硫（也属于加氢脱硫）技术相结合，同时加快发展催化重整技术，实现了汽油质量的快速升级。④环境保护日益受到重视，绿色低碳技术得到发展。石油炼制工业的污水、废气、废渣排放量很大，是很大的污染源，各国都制定了很多法律、标准，限制污染；同时开发和实施了很多环境保护新技术，如污水深度处理和回用于循环冷却水系统的方法、炼厂尾气深度处理、烟气脱硫脱硝，以及大力发展加氢处理工艺，开发高活性、高选择性的无毒无污染催化剂等本质绿色的炼油技术，实现源头减排，逐步实现无污水排放炼厂、清洁炼厂等。此外，炼油厂的二氧化碳排放近年来也受到关注，正在开发降低炼厂碳排放的技术，最有效的碳减排措施是提高能效，节能技术有了很大发展。⑤注意原油的综合利用，大型化、炼化一体化效益显著。石油炼制工业和石油化工、三大合成材料（如合成纤维、合成橡胶、塑料）工业的关系更加密切，成为发展石油化学工业的基础。炼油厂和化工厂在生产上的结合逐步从简单的原料互供，发展到物流、能量供给、服务等多方面的集成优化，形成紧密的炼化一体化体系，除了可以使炼油厂15%～25%的低价值油品变成高价值的石化产品之外，还可以降低生产成本，资金回报率可以提高2%～5%。⑥计算机和信息技术的应用对提高炼油工业水平的作用日益重要。利用计算机技术进行从原油调和、炼制过程直到产品调和的全流程优化，有助于实现石油利用价值的最大化。随着信息技术的迅猛发展，物联网、云计算、大数据等新技术已进入大规模商用阶段，以互联网为代表的信息技术与运营技术、制造技术的融合，不断催生出新业态、新模式，将打造出智能化的现代炼厂，给石油炼制工业生产方式带来革命性的变化。

石油炼制工业 燃料化工 工学 化工


Instruction: 我正在写关于原油分类中的硫含量分类法的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

Output:
## 原油分类中的硫含量分类法

考虑到硫含量在加工中的重要性，在API度分类中增加了硫含量类别的表述。即原油硫含量小于0.5%（质量）的称低硫原油；等于或大于0.5%，且小于2.0%称含硫原油；等于或大于2.0%称高硫原油。此外，原油分类的方法还有许多种。如可从商品、地质、化学或物理等不同角度进行分类。国际石油市场常用计价的标准是按比重指数API度分类和硫含量进行分类。原油的化学分类以原油的化学组成为基础，通常用与原油化学组成直接有关的参数作为分类依据，如特性因数分类、美国矿业局关键馏分特性分类、相关指数分类、黏重常数和结构族组成分类等，其中前两种应用最广。按这两种方法分类，通常可对原油特性有初步了解，不同原油间可作粗略对比。

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Instruction: 我想了解关于原油分类中的关键馏分特性分类法的知识，请写一篇详细的介绍

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## 原油分类中的关键馏分特性分类法

关键馏分特性分类法是将原油用赫普简易精馏装置切取第一关键馏分（250～275℃馏分）和第二关键馏分（395～425℃馏分，即在残压40毫米汞柱下取得的275～300℃的馏分），分别测定两个轻重关键馏分的相对密度，对照分类标准表确定两个关键馏分的基属，然后根据关键馏分特性分类表确定原油的类别。此外，原油的分类采用关键馏分特性分类法和硫含量分类法相结合的分类方法，把硫含量分类作为关键馏分特性分类法的补充。同一类原油的性质具有明显的共同特点。例如，大庆原油属于低硫石蜡基原油；胜利原油属于含硫中间基原油。石蜡基原油一般含烷烃量超过50%，其特点是密度小，含蜡量较高，凝点高，含硫、胶质较少，属于地质年代古老的原油。环烷基原油的特点是含环烷烃和芳烃较多，密度大，凝点低，一般含硫、胶质及沥青质较多，属于地质年代较年轻的原油。

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Instruction: 为原油评价数据库中的Sino-CAMS数据库管理写一篇详细的介绍

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## 原油评价数据库中的Sino-CAMS数据库管理

用于对原油评价数据的管理。包含数据维护、数据修正、数据查询3个模块。

### 数据维护模块

包含添加原油信息、编辑实验数据、数据处理。添加原油信息及编辑实验数据功能是系统与原油评价实验数据的接口。数据处理功能是通过图形工具及标准化算法，将实验数据拟合成可供后续原油切割模块计算的物性曲线，物性曲线将以数据记录的形式存入标准原油评价数据库。

### 数据修正模块

在功能设计上充分考虑了中国炼油企业的原油评价资源，开发了两种算法：①用企业的原油简评数据对标准数据进行修正。②用企业原油一般性质分析数据对标准数据进行修正。在数据修正模块中同样设置了原油评价实验数据的录入接口，用户可以将自己的实验数据录入系统中。用户的原油评价实验数据以及修正后的物性曲线数据均被存入用户原油评价数据子库，并不影响或改变标准数据的记录。

### 数据查询模块

包括条件查询和模糊查询两种功能。条件查询是通过用户输入的查询条件，逐级查找目标原油。模糊查询功能是根据用户输入条件，查找与输入条件最为相似的原油，用来解决没有评价数据的新油种的数据替代问题。数据查询模块对查询到的原油评价数据以评价报告形式、数据列表形式、物性曲线形式进行输出。其中物性曲线形式还能将相似油种的对应物性或与被输出物性存在关联的物性进行同界面比对输出。

石油炼制工业 工学 燃料化工 化工 原油评价


Instruction: 请详细论述原油评价数据库中的Sino-CAMS数据库

Output:
## 原油评价数据库中的Sino-CAMS数据库

用于存放原油评价数据以及用户信息。包含3个子库：标准原油评价数据库、用户原油评价数据库和用户信息数据库。①标准原油评价数据库。存储的是开发者自有的原油评价数据，所有用户可以共享，由指定的数据管理单位派专人管理，用户不能编辑和修改数据。②用户原油评价数据库。存储的是用户的原油评价实验数据，以及用户利用自己的实验数据对标准库数据进行修正后的修正物性曲线数据。每个用户均有自己的用户子库，并且只能对自己的用户子库进行操作，而不能对其他用户子库操作。用户原油评价数据库的数据也可以支持后续的应用程序。③用户信息数据库。存储的是用户在应用过程中的操作信息，如用户制定的常减压蒸馏装置模型、原油切割方案、馏分代码、所切割的物性等。

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Instruction: 我正在写关于美国新墨西哥州卡尔斯巴德天然气管道爆炸事故中的原因的词条，想了解一下背景知识，你能详细介绍一下吗？

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## 美国新墨西哥州卡尔斯巴德天然气管道爆炸事故中的原因

事后调查发现，该管道的运行压力没有超过最大允许运行压力，引起事故的直接原因是严重的内腐蚀造成管壁变薄，管道整体承压能力下降所致。通过现场观察，发现管道底部存在严重的内腐蚀，最大深度达管道原壁厚的72%。内腐蚀是管道内部的微生物、湿气、氯化物、氧气、二氧化碳和硫化氢等腐蚀性成分综合作用的结果。而且，El Paso天然气公司在应对管道腐蚀方面存在很多不足。导致管道因积水而产生严重内腐蚀并未及时发现的原因是多方面的，主要包括：①事故管道积水的原因是由于事故发生处上游排液口堵塞，管内液体无法排出管外，存留在管道中，在低点处长期积聚并导致腐蚀。②由于设计原因，清管器不能通过事故发生处的管道，因而不能定期清出管内积水和其他固、液沉淀物。③管道公司没有采取必要措施，充分监测和控制进入管道的气体性质。这条管道上游有十几处供气点，管道公司完全依靠与气体供应商签订的气体质量标准合同（只考虑了水、硫化氢、二氧化碳和氧气在内的几种有害成分，但未规定这些污染物的上限值），没有在供气点设置气体成分检测装置，因此无法确定进入管道中的天然气所含有害成分是否超标。同时，这次事故也暴露出在管道安全监管方面的疏漏。

石油与天然气工程 〔综论〕 工学 〔石油史〕


Instruction: 你能详细解释一下高程系统中的分类吗？

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## 高程系统中的分类

基于上述高程系统一般概念，大地测量高程系统可分为两类：①欧氏几何空间高程系统。其参考基准面就是大地测量坐标系定义的参考椭球面，规定空间一点在此高程系统中的高程是沿该点椭球面法线方向至椭球面的距离，称为大地高，这一系统即大地高系统。在地球参考系统（地球几何空间）中，测定大地高的主要方法是全球导航卫星系统（GNSS）定位技术，全球定位系统（GPS）定位测定的点位目标是WGS84坐标系中的大地坐标（B，L，H），其中H为大地高，大地高在现代高程测量中有重要作用。②地球重力场空间中的高程系统。又称海拔高程系统，其参考基准面是一个与地球重力位密切相关的曲面，并且接近地球整体形状，规定空间一点在此高程系中的高程是沿该点的铅垂线或正常重力线至相应参考基准面的距离，统称海拔高（程），这一高程系统又可分为正高系统、正常高系统以及力高系统，经典的测量技术是传统的水准测量。

〔综论〕 测绘学 工学 〔测绘学基础〕


Instruction: 请详细介绍高程系统中的大地高系统

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## 高程系统中的大地高系统

属于大地坐标系统，其平面定位大地坐标（B，L）经投影变换为平面直角坐标系（x，y），可用于地形测图表示地形地物的平面位置，但大地高不能用于地形测图，更不能用于各种工程建设，特别是水利水电工程。地球表面一切物体都受地球重力场的作用，“水往低处流”是从重力位高的地方往重力位低的地方流；一切工程建设的地基必须要“水平”，“水平面”或“水准面”是一个重力等位面，使高层建筑处于和重力方向一致的垂直状态，保持建筑的整体具有力学上的高稳定度。因此只有用重力位度量的高程，即水准高程（海拔高程）才能用于工程建设，大地高是与地球重力场无直接关系的几何高程，不能用于测图和工程建设。在基于卫星定位的现代大地测量中，GNSS（GPS）测定的大地高HGPS，与同名海拔高h之差是大地水准面的大地高N，若已知N可确定测点海拔高h=HGPS-N,即将HGPS转换为h，实现GPS测定海拔高，是代替水准测高的现代高程测量原理，这里大地高起了重要作用，但关键是要求确定一个高分辨率高精度大地水准面模型，卫星重力探测技术的发展，特别是新一代卫星重力技术的出现，已经研制出超高分辨率（例如优于5′×5′）区域大地水准数字模型，并在局部区域实现了GPS海拔高测量，可达到厘米级或更高精度水平。但水准测量仍然是海拔高测量常用技术，在全球普及GPS测高还需要一个较长时间，而且不可能被完全淘汰。

〔综论〕 测绘学 工学 〔测绘学基础〕


Instruction: 你能详细解释一下高程系统中的正高系统吗？

Output:
## 高程系统中的正高系统

起算参考基准面理论上是大地水准面，即与平均海面最接近（吻合）的重力等位面。在经典地面大地测量时代，缺乏全球高分辨率重力数据（重力异常），不可能确定全球或区域高分辨率大地水准面模型，将验潮平均海面视为大地水准面，作为正高起算基准面，用水准测量和沿水准路线的重力测量，建立实现正高系统的高程测量基准框架，即国家水准（高程）网。一个站点的水准测量结果是，其中高差与重力的乘积，是水准测量前后立尺点水准面（重力等位面）之间的重力位差，设已知大地水准面的重力位常数（例如采用GRS80中的值），则可测得水准站点P相对于大地水准面（或平均海面）的重力位，，C称为P点的大地位基数，其正高，是P点沿该点重力线到大地水准面的平均重力值，显然是一个不可测定的参数，因此正高系统的理论定义实用上不可能严格实现，但有多种近似方法确定一个点的正高，建立正高框架网，实现（近似）正高系统。

〔综论〕 测绘学 工学 〔测绘学基础〕


Instruction: 请详细介绍图像中的主要分类

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## 图像中的主要分类

在不同的领域，图像的分类标准各异，常见的主要分类有：①按照成像方式，可分为模拟图像和数字图像，模拟图像又称为连续图像。②按照显示方式，可分为灰度图像、彩色图像，1bit灰度图像又称为二值图像，彩色图像还可以进一步分为真彩色图像、伪彩色图像。③按照成像波长，可分为可见光图像、红外图像、微波图像等。按照光谱分辨率还可以分为多光谱、高光谱、超光谱图像，红外图像进一步可分为近红外、短波红外、中波红外、长波红外图像。根据微波雷达成像波长，微波图像进一步可分为L波段、S波段、C波段、X波段等。④按照是否压缩，可分为压缩图像和非压缩图像。⑤按照存储格式，有TIFF、BMP、JPG、GIF等多种格式图像。⑥按照处理域，可分为空间域、频率域、光谱域、时相域。⑦按照应用领域，有遥感图像、医学图像等。

〔综论〕 测绘学 工学 〔测绘学基础〕


Instruction:
请详细解释以下名词：
图像中的主要应用

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## 图像中的主要应用

从图像获取、传输、存储、管理、处理以及应用方面比较，数字图像比模拟图像具有显著的优势，因此，数字图像具有更广泛的应用。经过采样和量化，可将模拟图像离散化，转化为数字图像。由于电荷耦合器件（CCD）、互补金属氧化物半导体（CMOS）等图像获取传感器的发展，直接获取数字图像已经成为主流技术。图像工程是系统地研究各种图像理论，开发各种图像技术，以及研制和使用各种图像设备的综合学科，可分为三个层次：图像处理、图像分析和图像理解。图像工程在数学、物理、心理、生理等基础学科的新理论，以及电子、计算机等专业学科新技术的推动下，特别是网络、高性能计算、人工智能理论和技术，图像工程的自动化和智能化水平得到了前所未有的创新发展，在通信、生物、医学、遥感、测绘、军事、公安、交通、航天、工业自动化和办公自动化等诸多领域产生了颠覆性的应用。

〔综论〕 测绘学 工学 〔测绘学基础〕


Instruction: 我想了解一下中国古代园林中的先秦时代的台和囿，你能非常详细地介绍一下吗，这样我就不需要再搜索了

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## 中国古代园林中的先秦时代的台和囿

中国古代最早的园林，有文字可查的是商末代帝王殷纣王所建的鹿台、沙丘苑台及周开国帝王周文王所建的灵囿。商王朝自盘庚迁殷后，于公元前11世纪传之商朝最后一位帝王——帝辛，即殷纣王。殷纣王大兴土木修筑规模宏大的离宫别馆，鹿台和沙丘苑台就是其中的两处。周灭殷，建都镐京（今西安西南）。周王朝开始进行大规模的营建城邑活动。与此同时，作为帝王游乐的大型园林也开始兴建，这就是著名的灵囿，《诗经·灵台》篇中就有记述。灵囿是指在植物茂盛、鸟兽繁衍的地段，掘沼筑台（灵沼、灵台），作为供帝王狩猎、游憩、生活的境域。灵囿的面积很大，《孟子》一书中记述：“方七十里。”春秋战国时代，囿仍然是帝王贵族进行射猎和游乐的场所，在内容上没有什么发展。一些诸侯也开始致力于“高台榭，美宫室”。周灵王于公元前549年建昆昭台。在江南的吴国都城苏州，吴王阖闾建有姑苏台、长洲茂苑。吴王夫差建有馆娃宫、梧桐园。朱有玠的《长洲茂苑综述》记述：“长洲茂苑是中国园林从古台、囿形式向宫苑形式过渡的重要史实。”楚灵王于楚灵王六年（公元前535）倾全国之力，在湖北潜江建章华台，规模宏大。

风景园林史
人居环境科学(建筑学 风景园林学 城乡规划学)
工学
风景园林学


Instruction: 请详细论述中国古代园林中的秦汉建筑宫苑和一池三山

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## 中国古代园林中的秦汉建筑宫苑和一池三山

秦始皇于公元前221年统一六国，建立中央集权的秦王朝后，开始大规模兴建离宫别馆。据文献记载，在秦代短短12年中所建置的离宫有数百处之多，仅在都城咸阳附近就有200余处。《三辅黄图》载：“始皇穷极奢侈筑咸阳宫（即信宫）……咸阳北至九嵕、甘泉（山名），南至鄠杜（地名鄂县和杜原），东至河，西至湃谓（水名）之交，东西八百里，南北四百里，离宫别馆，相望联属……穷年忘归，犹不能遍。”秦始皇十分迷信神仙方术，曾多次派方士到东海三仙山求取长生不老药。他的所好也反映在园林营建中，如挖池筑岛、模拟海上仙山的形象以满足他接近神仙的愿望，上林苑中的兰池宫就是如此。《史记·秦始皇本纪》“逢盗兰池”中记述：“始皇引渭水为池，筑为蓬、瀛，刻石为鲸，长二百丈，逢盗之处也。”由此可见，中国园林神山池海之筑的布局由秦时为始。秦代还在周代驰道的基础上修筑了以咸阳为中心的全国各地的大道。《前汉书·贾谊传》中记述：“道广五十步，三丈而树，厚筑其外，隐以金椎，树以青松，为驰道之丽至于此。”这是在周代“列树以表道”后，世界园林史上最早的大规模种植行道树。西汉王朝建立之初，于咸阳东南，渭水南岸另筑新都长安。到汉武帝刘彻时，政治稳定、经济繁荣、国力强盛，思想上儒家居于正统地位，但在西汉初期崇尚自然无为的道家思想仍然流行，形成儒、道互补的情况。刘彻时期，还开辟了经西域的贸易往来和文化交流的通道，使中华文化中的多民族文化交流频繁。西汉文化在楚汉文化的基础上，不断吸收外来文化而发展、繁荣。汉代在囿、台的基础上发展出新的园林形式——宫苑，苑中分布着宫室建筑，也养百兽，供帝王射猎取乐，并保存了囿的传统。苑中有宫、观等建筑，成为以建筑组群为主体的建筑宫苑。汉武帝刘彻在秦的基础上扩建上林苑，地跨5县，周围300里，为中国历史上最大的一座皇家园林。苑中有苑二十六，宫二十，观三十五，建章宫是其中最大的宫城。《史记·孝武本纪》中记述：“其北治大池，渐台高二十余丈，名曰太液池，中有蓬莱、方丈、瀛洲，壶梁象海中神山、龟鱼之属。”这种一池三山的形式，在秦代上林苑兰池宫以后，成为宫苑中池山布局的范例。

风景园林史
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Instruction:
请详细解释以下名词：
中国古代园林中的西汉山水建筑园

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## 中国古代园林中的西汉山水建筑园

先秦两汉时期的文献记载私家园林的很少，可见这种园林类型并非当时造园活动的主体。西汉时贵族、富豪的私家园林，规模比宫苑小，内容未脱囿和苑的传统，以建筑组群结合自然山水。例如西汉文帝第四子梁孝王刘武的梁园，《西京杂记》记述的汉武帝时茂陵袁广汉的私园。在造园技艺上，两个园已开始运用人工假山，是中国园林史上最早见之于文字记载的私园。东汉恒帝时，大将军梁冀在洛阳大起宅第，所筑园林规模也很大。《后汉书·梁统列传》记有：“（冀）又广开苑囿，采土筑山……深山绝涧，有若自然，奇禽驯兽，飞走其间……。又多拓林苑，禁同王家。”先秦两汉的园林从产生到逐步成长，在时间上持续了1200多年，尽管造园活动的规模很大，但园林形式的演进变化极其缓慢，始终处在发展的初级阶段。造园活动的主流是皇家园林，私家园林虽已出现，但为数甚少，而且在规模和内容上模仿皇家园林，两者之间未出现明显的类型上的区别。

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