电磁流量计
一、电磁流量计的概念
电磁流量计（简称EMF ）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种丈量导电液体体积流量的仪表。50 年代初电磁流量计(EMF) 实现了产业化应用， 70 年代后期泛起键控低频矩形波激磁方式， 逐渐替换早期应用的工频交流激磁方式， 仪表机能有了很大进步， 得到更为广泛的应用。近年来，发展速度较快， 2005 年全球产量估计在20 万台以上。目前，大口径电磁流量计较多应用于给排水工程， 中小口径常用于固液双相等难测流体或高要求场所。如丈量造纸产业纸浆液和黑液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学产业的强侵蚀液以及钢铁产业高炉风口冷却水控制和监漏，长间隔管道煤的水力输送的流量丈量和控制。小口径、微小口径电磁流量计则常用于医药产业、食物产业、生物工程等有卫生要求的场所。
二、测量原理
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20 ：1 以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性， 精确度较高， 可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。
当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定：
Ex=BDv －－－－－－－－－－－－－－－－式（ 1）
式（ 1）中
Ex— 感应电势， V；
B—磁感应强度， T
D— 管道内径， m
v— 液体的平均流速， m/s
然而体积流量qv 等于流体的流速v 与管道截面积（ πD2）/4 的乘积，将式（ 1）代入
该式得：
Qv=(π D/4B)* Ex －－－－－－－－ -式（ 2）
由上式可知，在管道直径D 己定且保持磁感应强度B 不变时，被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极， 就可引入感应电势Ex，测量此电势的大小，就可求得体积流量。据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时， 导电液体切割磁力线产生感应电势， 此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流速成正比例，其值为：
E=B·V·D·K
式中： E－感应电势；
K－与磁场分布及轴向长度有关的系数；
B－磁感应强度；
V－导电液体平均流速；
D－电极间距；（测量管内直径）
传感器将感应电势E 作为流量信号， 传送到转换器， 经放大， 变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。转换器有4~20mA 输出，报警输出及频率输出，并设有RS－485 等通讯接口，并支持HART 和MODBUS 协议。
注：不同电磁流量计参数略有差异，使用时请务必查看说明书。
根据法拉第电磁感应定律，在磁感应强度为B 的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D 的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速v 流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明， 只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间产生感生电动势：
e=KBDv (3-36)式中， v 为管道截面上的平均流速， k 为仪表常数。由此可得管道的体积流量为：
qv= π eD/4KB (3-37)
由上式可见，体积流量qv 与感应电动势e 和测量管内径D 成线性关系，与磁场的磁感应强度B 成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。
需要说明的是，要使式(3— 37) 严格成立，必须使电磁流量计测量条件满足下列假定：
①磁场是均匀分布的恒定磁场;
②被测流体的流速轴对称分布;
③被测液体是非磁性的;
④被测液体的电导率均匀且各向同性
三、机能优缺点
(1)优点：
电磁流量计的丈量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易梗阻，适用于丈量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等
2、电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是统一长度管道的沿程阻力，节能效果明显，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。
3、电磁流量计所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化显著的影响。
4、与其他大部分流量仪表比拟，前置直管段要求较低。
5、丈量范围度大，通常为20：1～50：1，可选流量范围宽。满度值液体流速可在0.5～10m/s 内选定。
6、电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽， 从几毫米到3m。可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率良多。仪表输出本质上是线性的。
易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于侵蚀性流体。
(2)缺点：
1、电磁流量计不能丈量电导率很低的液体， 如石油制品和有机溶剂等。不能丈量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。
2、通用型电磁流量计因为衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于200 度以上高温度的液体；同时不能用于温度过低的介质，因丈量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。
四、分类与应用
目前，电磁流量计已发展成多种类型，分类方法也有良多种：
1．按励磁方式分类
1）直流励磁型这种电磁流量计数目很少， 只用于丈量液态金属流量， 如常温下的汞和高温下的液态钠、钾等。
2）交流工频励磁型较早期的电磁流量计用50Hz 工频市电励磁，因为易受电磁干扰和零点漂移等原因，现已逐渐被低频矩形励磁所代替。但在丈量泥浆、矿浆等液固两相流时，低频矩形波励磁方式因为不能克服固体掠过电极表面产生的尖峰噪声， 而工频交流励磁的仪表则不存在这一缺点，所以海内外尚有一些电磁流量计仍采用交流励磁方式。
3）低频矩形波励磁型用于低频矩形波励磁方式功耗小， 零点不乱， 是目前电磁流量计的主要励磁方式。其波形有“正—负”二值和“正—零—负—零”三值两种。有的电磁流量计励磁频率可以由用户设定，一般小口径仪表用较高频率，大口径仪表用较低频率。
4）双频励磁型励磁电流的波形是在低频矩形波上叠加高频矩形波， 主要为克服二值矩形波励磁存在的浆液噪声和活动噪声，进步仪表的不乱性和响应特性。
2．按传感器和转换器的组成分类
1）分离型这是电磁流量计的主要型式。传感器安装在畅通流畅管道上， 转换器装在仪表室内或易于安装和操纵的传感器四周， 间隔一般为数十到数百米。其好处是转换器可阔别现场恶劣环境前提，电子器件的检查、调整和丈量参数的比较利便。
2）一体型传感器和转换器组装在一起， 装在工艺管道上直接输出反映流量大小的电流（或频率） 尺度信号。其好处是缩短了传感器和转换器之间的流量信号线和励磁线的连接长度，没有外界的这类布线，因此电器接线简朴，价格也比较便宜。但易受管道布置的限制，假如安装在人们不易接近的场所，维护很不利便；此外，转换器中的电子器件装在管道上，易受液体温度和管道振动的影响。
3．按连接方式分类
按流量传感器与管道连接方法分类， 有法兰连接、法兰夹装连接、卫生型连接和螺纹连接。
4．按用途分类
1）通用型用于冶金、石化、造纸、轻纺、给排水、污水处理以及医药、食物、生物和精细化工等产业领域中的一般电磁流量计， 是电磁流量计的主要类型。对被测介质的电导率有一范围要求，一般不能超过其上下限范围。
2）防爆型用于有爆炸性气氛的场所。因为励磁电流能量较大， 目前仍是以隔爆型为主。近年来国外已泛起本质安全型， 即安全火花型电磁流量计， 励磁功率大幅度降低， 可以做成一体型，全部装在危险区域内工作。
3）卫生型用于医药、食口和生物化学等产业的电磁流量计， 在定时来菌、便于拆卸清洗等方面要符合有关卫生的要求。
4）防浸水型用于安装在地面下的传感器，可承受短时间的水浸没。
5）潜水型用于丈量明渠或非满管暗渠自由水面自由流时的流量。传感器在明渠截流挡板下部，长期浸在水下工作。结构和使用上都有别于一般电磁流量计。
6）插入型用于大管径的电磁流量传感器。传感器从管道开孔中径向插入， 以丈量局部流速推算流量，精确度较低，但价格便宜，合用于控制系统。 https://t.cn/RV9q7Y5
一、电磁流量计的概念
电磁流量计（简称EMF ）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种丈量导电液体体积流量的仪表。50 年代初电磁流量计(EMF) 实现了产业化应用， 70 年代后期泛起键控低频矩形波激磁方式， 逐渐替换早期应用的工频交流激磁方式， 仪表机能有了很大进步， 得到更为广泛的应用。近年来，发展速度较快， 2005 年全球产量估计在20 万台以上。目前，大口径电磁流量计较多应用于给排水工程， 中小口径常用于固液双相等难测流体或高要求场所。如丈量造纸产业纸浆液和黑液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学产业的强侵蚀液以及钢铁产业高炉风口冷却水控制和监漏，长间隔管道煤的水力输送的流量丈量和控制。小口径、微小口径电磁流量计则常用于医药产业、食物产业、生物工程等有卫生要求的场所。
二、测量原理
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20 ：1 以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性， 精确度较高， 可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。
当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定：
Ex=BDv －－－－－－－－－－－－－－－－式（ 1）
式（ 1）中
Ex— 感应电势， V；
B—磁感应强度， T
D— 管道内径， m
v— 液体的平均流速， m/s
然而体积流量qv 等于流体的流速v 与管道截面积（ πD2）/4 的乘积，将式（ 1）代入
该式得：
Qv=(π D/4B)* Ex －－－－－－－－ -式（ 2）
由上式可知，在管道直径D 己定且保持磁感应强度B 不变时，被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极， 就可引入感应电势Ex，测量此电势的大小，就可求得体积流量。据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时， 导电液体切割磁力线产生感应电势， 此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流速成正比例，其值为：
E=B·V·D·K
式中： E－感应电势；
K－与磁场分布及轴向长度有关的系数；
B－磁感应强度；
V－导电液体平均流速；
D－电极间距；（测量管内直径）
传感器将感应电势E 作为流量信号， 传送到转换器， 经放大， 变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。转换器有4~20mA 输出，报警输出及频率输出，并设有RS－485 等通讯接口，并支持HART 和MODBUS 协议。
注：不同电磁流量计参数略有差异，使用时请务必查看说明书。
根据法拉第电磁感应定律，在磁感应强度为B 的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D 的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速v 流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明， 只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间产生感生电动势：
e=KBDv (3-36)式中， v 为管道截面上的平均流速， k 为仪表常数。由此可得管道的体积流量为：
qv= π eD/4KB (3-37)
由上式可见，体积流量qv 与感应电动势e 和测量管内径D 成线性关系，与磁场的磁感应强度B 成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。
需要说明的是，要使式(3— 37) 严格成立，必须使电磁流量计测量条件满足下列假定：
①磁场是均匀分布的恒定磁场;
②被测流体的流速轴对称分布;
③被测液体是非磁性的;
④被测液体的电导率均匀且各向同性
三、机能优缺点
(1)优点：
电磁流量计的丈量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易梗阻，适用于丈量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等
2、电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是统一长度管道的沿程阻力，节能效果明显，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。
3、电磁流量计所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化显著的影响。
4、与其他大部分流量仪表比拟，前置直管段要求较低。
5、丈量范围度大，通常为20：1～50：1，可选流量范围宽。满度值液体流速可在0.5～10m/s 内选定。
6、电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽， 从几毫米到3m。可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率良多。仪表输出本质上是线性的。
易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于侵蚀性流体。
(2)缺点：
1、电磁流量计不能丈量电导率很低的液体， 如石油制品和有机溶剂等。不能丈量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。
2、通用型电磁流量计因为衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于200 度以上高温度的液体；同时不能用于温度过低的介质，因丈量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。
四、分类与应用
目前，电磁流量计已发展成多种类型，分类方法也有良多种：
1．按励磁方式分类
1）直流励磁型这种电磁流量计数目很少， 只用于丈量液态金属流量， 如常温下的汞和高温下的液态钠、钾等。
2）交流工频励磁型较早期的电磁流量计用50Hz 工频市电励磁，因为易受电磁干扰和零点漂移等原因，现已逐渐被低频矩形励磁所代替。但在丈量泥浆、矿浆等液固两相流时，低频矩形波励磁方式因为不能克服固体掠过电极表面产生的尖峰噪声， 而工频交流励磁的仪表则不存在这一缺点，所以海内外尚有一些电磁流量计仍采用交流励磁方式。
3）低频矩形波励磁型用于低频矩形波励磁方式功耗小， 零点不乱， 是目前电磁流量计的主要励磁方式。其波形有“正—负”二值和“正—零—负—零”三值两种。有的电磁流量计励磁频率可以由用户设定，一般小口径仪表用较高频率，大口径仪表用较低频率。
4）双频励磁型励磁电流的波形是在低频矩形波上叠加高频矩形波， 主要为克服二值矩形波励磁存在的浆液噪声和活动噪声，进步仪表的不乱性和响应特性。
2．按传感器和转换器的组成分类
1）分离型这是电磁流量计的主要型式。传感器安装在畅通流畅管道上， 转换器装在仪表室内或易于安装和操纵的传感器四周， 间隔一般为数十到数百米。其好处是转换器可阔别现场恶劣环境前提，电子器件的检查、调整和丈量参数的比较利便。
2）一体型传感器和转换器组装在一起， 装在工艺管道上直接输出反映流量大小的电流（或频率） 尺度信号。其好处是缩短了传感器和转换器之间的流量信号线和励磁线的连接长度，没有外界的这类布线，因此电器接线简朴，价格也比较便宜。但易受管道布置的限制，假如安装在人们不易接近的场所，维护很不利便；此外，转换器中的电子器件装在管道上，易受液体温度和管道振动的影响。
3．按连接方式分类
按流量传感器与管道连接方法分类， 有法兰连接、法兰夹装连接、卫生型连接和螺纹连接。
4．按用途分类
1）通用型用于冶金、石化、造纸、轻纺、给排水、污水处理以及医药、食物、生物和精细化工等产业领域中的一般电磁流量计， 是电磁流量计的主要类型。对被测介质的电导率有一范围要求，一般不能超过其上下限范围。
2）防爆型用于有爆炸性气氛的场所。因为励磁电流能量较大， 目前仍是以隔爆型为主。近年来国外已泛起本质安全型， 即安全火花型电磁流量计， 励磁功率大幅度降低， 可以做成一体型，全部装在危险区域内工作。
3）卫生型用于医药、食口和生物化学等产业的电磁流量计， 在定时来菌、便于拆卸清洗等方面要符合有关卫生的要求。
4）防浸水型用于安装在地面下的传感器，可承受短时间的水浸没。
5）潜水型用于丈量明渠或非满管暗渠自由水面自由流时的流量。传感器在明渠截流挡板下部，长期浸在水下工作。结构和使用上都有别于一般电磁流量计。
6）插入型用于大管径的电磁流量传感器。传感器从管道开孔中径向插入， 以丈量局部流速推算流量，精确度较低，但价格便宜，合用于控制系统。 https://t.cn/RV9q7Y5
#认识生态#
城市热岛中陆栖蜗牛的局部灭绝
1906—1908年，一位名为博林格（Bollinger，1909）的博士生研究瑞士巴塞尔（Basel）的陆栖蜗牛。85年之后，布鲁诺·鲍尔与安妮特·鲍尔（Baur and Baur，1993）到达博林格观察陆栖蜗牛的巴塞尔研究区再进行详细研究。
在这个过程中，他们发现几个研究区中的灌丛蜗牛（Arianta arbustorum）已经消失了。这个发现促使这两位研究者探讨造成蜗牛种群局部灭绝的机制。
灌丛蜗牛是一种陆栖蜗牛，遍布欧洲中部和西北部的草甸、森林及其他潮湿的植被栖地，它们甚至栖息在阿尔卑斯山上海拔高达2700m的地方。这两位研究者指出，灌丛蜗牛在2～4岁时性成熟，可活到14岁，成熟蜗牛的壳直径为16～20mm。灌丛蜗牛为雌雄同体动物，可进行两性生殖，也能自行受精产卵。
成熟蜗牛每年于凋落物下的苔藓或土壤中产下1～3窝卵，每窝20～80个卵。卵的孵化期为2～4个星期，视温度而定。在陆栖蜗牛的生命周期中，卵是特别敏感的时期。灌丛蜗牛常与森林葱蜗牛（Cepea nemoralis）同栖一处，后者的地理分布较为广阔，从斯堪的纳维亚南部延伸到伊比利亚半岛。
布鲁诺·鲍尔和安妮特·鲍尔如何记录灌丛蜗牛的局部灭绝呢？
如果你稍微思考一下，便能了解一个物种的存在比灭绝更容易。假如你在调查时未曾发现任何一个该物种的个体，就表明你可能不够细心。幸运的是，这两位研究者对灌丛蜗牛的野外调查有超过13年的经验，十分了解蜗牛的自然史。他们知道暴雨过后是寻找蜗牛的最佳时机，因为此时70%的成年蜗牛种群会出来活动。
因此，他们选择在大雨过后才到巴塞尔研究区寻找蜗牛。他们的结论是，如果在2个小时内无法找到某种蜗牛的存活个体或空壳，那么这个研究区就不存在该种蜗牛。
这两位研究者发现，在巴塞尔附近、博林格研究的29个研究区中，有13个研究区存在灌丛蜗牛的踪迹。其中，11个研究区覆盖着落叶林，其他2个是河畔禾草地。然而，另外的16个研究区并未发现灌丛蜗牛的踪迹。
自1900—1990年，巴塞尔的城市面积已增加了500%，其中的8个研究区已被都市化，自然植被已被铲除，显然已不适合任何陆生蜗牛栖息。但其他8个灌丛蜗牛已消失的研究区仍然覆盖着植被，且适合蜗牛栖息，其中，4个覆盖着落叶林，3个位于河畔，1个在铁路的路堤上。这些植被覆盖的研究区还栖息着其他5种陆栖蜗牛，包含森林葱蜗牛种群在内。
在其他蜗牛仍然生存的研究区，灌丛蜗牛却已灭绝，这是什么原因造成的呢？
两位研究者比较了这些研究区与灌丛蜗牛没有灭绝的研究区的特征。他们发现不论是坡度、植被覆盖率、植被高度、距水源的距离，还是其他陆栖蜗牛的种数，这两种研究区并无不同。
不过，他们发现一个主要差异，即海拔高度不同。灌丛蜗牛灭绝的研究区的平均海拔高度为 274m，灌丛蜗牛仍存活的研究区海拔高度为420m，而且较为寒冷。
由卫星拍摄到的热成像图显示，在巴塞尔附近，夏季的 地表温度为17～32.5℃。在灌丛蜗牛仍存活的研究区，地表温度大约为22℃，而灭绝区的地表温度约为25℃，而且灭绝区更加靠近温度超过29℃的极热地区。
图1是巴塞尔附近地区的热影像图，图中显示了哪些地区灌丛蜗牛已经灭绝，哪些地区仍有灌丛蜗牛存活。
两位研究者认为，那8个蜗牛灭绝研究区的高温是受城市的热辐射影响。建筑物及石子铺设的道路储存的热量高于植被，而且植被蒸发的冷却效应随着建筑物的盖起而消失。热量储存的增加和冷却效应的降低使都市化景观变成热岛，都市中心储存的热量通过热辐射（Hr）释放到周围的景观中。
他们记录了巴塞尔附近灌丛蜗牛已灭绝地区的高温，且找到这些地区高温的原因。然而，他们观察的温度差异是否足以断定灌丛蜗牛无法在较温暖地区生存？为了寻找答案，研究人员比较了灌丛蜗牛与森林葱蜗牛的温度，并着重研究了温度对这两种蜗牛繁殖的影响。
两位研究者将两种蜗牛的卵置于4种温度—19℃、22℃、25℃和29℃，它们均在卫星影像可观测范围内（图1）。结果发现，两种蜗牛的卵在19℃环境中的孵化率高；但若提高温度，卵的孵化率即产生显著的差别。
在22℃时，森林葱蜗牛仍维持高孵化率，但灌丛蜗牛卵的孵化率已低于50%；在25℃时，森林葱蜗牛卵的孵化率约为50%，而灌丛蜗牛的卵已不再孵化；在29℃时，森林葱蜗牛卵的孵化率大幅度下降。图2简述了这一孵化实验的结果。
这个实验的结果显示，灌丛蜗牛卵比森林葱蜗牛卵对高温更为敏感。这种热敏感性可以解释为何灌丛蜗牛在某些研究区会灭绝，而森林葱蜗牛仍可存活。实验结果也暗示，气候变暖将导致物种局部灭绝。当我们面对全球大尺度的气候变暖时，有关生物和温度关系的研究显得更为重要。
图1：瑞士巴塞尔附近地区的地表温度与蜗牛的灭绝及存活（资料取自Baur and Baur，1993）
图2：温度与两种蜗牛的卵孵化率的关系。灌丛蜗牛的卵对高温较为敏感（资料取自Baur and Baur，1993）
——《认识生态》
城市热岛中陆栖蜗牛的局部灭绝
1906—1908年，一位名为博林格（Bollinger，1909）的博士生研究瑞士巴塞尔（Basel）的陆栖蜗牛。85年之后，布鲁诺·鲍尔与安妮特·鲍尔（Baur and Baur，1993）到达博林格观察陆栖蜗牛的巴塞尔研究区再进行详细研究。
在这个过程中，他们发现几个研究区中的灌丛蜗牛（Arianta arbustorum）已经消失了。这个发现促使这两位研究者探讨造成蜗牛种群局部灭绝的机制。
灌丛蜗牛是一种陆栖蜗牛，遍布欧洲中部和西北部的草甸、森林及其他潮湿的植被栖地，它们甚至栖息在阿尔卑斯山上海拔高达2700m的地方。这两位研究者指出，灌丛蜗牛在2～4岁时性成熟，可活到14岁，成熟蜗牛的壳直径为16～20mm。灌丛蜗牛为雌雄同体动物，可进行两性生殖，也能自行受精产卵。
成熟蜗牛每年于凋落物下的苔藓或土壤中产下1～3窝卵，每窝20～80个卵。卵的孵化期为2～4个星期，视温度而定。在陆栖蜗牛的生命周期中，卵是特别敏感的时期。灌丛蜗牛常与森林葱蜗牛（Cepea nemoralis）同栖一处，后者的地理分布较为广阔，从斯堪的纳维亚南部延伸到伊比利亚半岛。
布鲁诺·鲍尔和安妮特·鲍尔如何记录灌丛蜗牛的局部灭绝呢？
如果你稍微思考一下，便能了解一个物种的存在比灭绝更容易。假如你在调查时未曾发现任何一个该物种的个体，就表明你可能不够细心。幸运的是，这两位研究者对灌丛蜗牛的野外调查有超过13年的经验，十分了解蜗牛的自然史。他们知道暴雨过后是寻找蜗牛的最佳时机，因为此时70%的成年蜗牛种群会出来活动。
因此，他们选择在大雨过后才到巴塞尔研究区寻找蜗牛。他们的结论是，如果在2个小时内无法找到某种蜗牛的存活个体或空壳，那么这个研究区就不存在该种蜗牛。
这两位研究者发现，在巴塞尔附近、博林格研究的29个研究区中，有13个研究区存在灌丛蜗牛的踪迹。其中，11个研究区覆盖着落叶林，其他2个是河畔禾草地。然而，另外的16个研究区并未发现灌丛蜗牛的踪迹。
自1900—1990年，巴塞尔的城市面积已增加了500%，其中的8个研究区已被都市化，自然植被已被铲除，显然已不适合任何陆生蜗牛栖息。但其他8个灌丛蜗牛已消失的研究区仍然覆盖着植被，且适合蜗牛栖息，其中，4个覆盖着落叶林，3个位于河畔，1个在铁路的路堤上。这些植被覆盖的研究区还栖息着其他5种陆栖蜗牛，包含森林葱蜗牛种群在内。
在其他蜗牛仍然生存的研究区，灌丛蜗牛却已灭绝，这是什么原因造成的呢？
两位研究者比较了这些研究区与灌丛蜗牛没有灭绝的研究区的特征。他们发现不论是坡度、植被覆盖率、植被高度、距水源的距离，还是其他陆栖蜗牛的种数，这两种研究区并无不同。
不过，他们发现一个主要差异，即海拔高度不同。灌丛蜗牛灭绝的研究区的平均海拔高度为 274m，灌丛蜗牛仍存活的研究区海拔高度为420m，而且较为寒冷。
由卫星拍摄到的热成像图显示，在巴塞尔附近，夏季的 地表温度为17～32.5℃。在灌丛蜗牛仍存活的研究区，地表温度大约为22℃，而灭绝区的地表温度约为25℃，而且灭绝区更加靠近温度超过29℃的极热地区。
图1是巴塞尔附近地区的热影像图，图中显示了哪些地区灌丛蜗牛已经灭绝，哪些地区仍有灌丛蜗牛存活。
两位研究者认为，那8个蜗牛灭绝研究区的高温是受城市的热辐射影响。建筑物及石子铺设的道路储存的热量高于植被，而且植被蒸发的冷却效应随着建筑物的盖起而消失。热量储存的增加和冷却效应的降低使都市化景观变成热岛，都市中心储存的热量通过热辐射（Hr）释放到周围的景观中。
他们记录了巴塞尔附近灌丛蜗牛已灭绝地区的高温，且找到这些地区高温的原因。然而，他们观察的温度差异是否足以断定灌丛蜗牛无法在较温暖地区生存？为了寻找答案，研究人员比较了灌丛蜗牛与森林葱蜗牛的温度，并着重研究了温度对这两种蜗牛繁殖的影响。
两位研究者将两种蜗牛的卵置于4种温度—19℃、22℃、25℃和29℃，它们均在卫星影像可观测范围内（图1）。结果发现，两种蜗牛的卵在19℃环境中的孵化率高；但若提高温度，卵的孵化率即产生显著的差别。
在22℃时，森林葱蜗牛仍维持高孵化率，但灌丛蜗牛卵的孵化率已低于50%；在25℃时，森林葱蜗牛卵的孵化率约为50%，而灌丛蜗牛的卵已不再孵化；在29℃时，森林葱蜗牛卵的孵化率大幅度下降。图2简述了这一孵化实验的结果。
这个实验的结果显示，灌丛蜗牛卵比森林葱蜗牛卵对高温更为敏感。这种热敏感性可以解释为何灌丛蜗牛在某些研究区会灭绝，而森林葱蜗牛仍可存活。实验结果也暗示，气候变暖将导致物种局部灭绝。当我们面对全球大尺度的气候变暖时，有关生物和温度关系的研究显得更为重要。
图1：瑞士巴塞尔附近地区的地表温度与蜗牛的灭绝及存活（资料取自Baur and Baur，1993）
图2：温度与两种蜗牛的卵孵化率的关系。灌丛蜗牛的卵对高温较为敏感（资料取自Baur and Baur，1993）
——《认识生态》
基于石墨烯的气体分子检测传感器的工作原理是测量材料导电率的变化。基于石墨烯的气体传感器的工作原理是在石墨烯表面吸附气体分子，作为电子的供体或受体。
研究表明，用石墨烯可以测量传导的量子尺度变化。考虑到这一点，将这些传感器推向最佳水平以检测单个气体分子的可能性似乎是可信的。这种最终的灵敏度可能与几个因素有关，包括测量时的温度和目标气体的流速。
在这一应用中，石墨烯拥有作为一种极低噪声材料的优势。正因为如此，即使在没有载流子和多出几个电子的极限情况下，石墨烯的载流子浓度也能够发生很大的变化。除了这个优点之外，石墨烯在这个应用中还可以在单晶上创建四探针器件。这保证了任何接触电阻对限制灵敏度的影响都被消除了。
化学传感器
也有研究表明，石墨烯是电解质栅极配置中有效的化学传感器。基于石墨烯的顶栅绝缘体可以在电解质中制造薄至1至5纳米，浓度为几毫摩尔。即使是最好的、采用原子层沉积(ALD)的顶栅石墨烯场效应晶体管(FET)也无法与这些水平相匹配。
在电化学DNA传感器、葡萄糖传感器等氧化酶生物传感器的电极材料，以及环境分析，特别是重金属离子检测方面，基于石墨烯的电化学传感器已经被开发出来。
研究表明，石墨烯在酶的直接电化学、小生物分子的电化学检测和电分析三个方面都优于碳纳米管。尽管取得了这一成功，但目前还不能批量生产这些应用所需的石墨烯，尽管这种情况正在迅速改变。
光电传感器
光电传感器的市场与透明导体中的铟锡氧化物（ITO）替代物基本相同。石墨烯的高导电性和近乎透明的特性使其成为光电电池和光电传感器中透明电极的一个吸引人的选择。
三星已经制造出了一款使用石墨烯替代ITO的触摸屏显示器产品，不过目前还不清楚这究竟是一个商业企业，还是仅仅展示了基于石墨烯的触摸屏显示器是未来的一种可能性。不管是哪种情况，石墨烯相对于ITO的关键优势在于，它与柔性屏幕的兼容性更强。
基于石墨烯的光电探测器的工作原理是测量光子通量。它通过将吸收的光子能量转换为电流来测量。与基于IV族和III-V族半导体的传统探测器相比，石墨烯基光电探测器具有更宽的工作波长范围。此外，石墨烯拥有比其他材料更优越的载流子迁移率，这意味着它的响应时间比其他光电探测器的响应时间快得多，这应该会转化为超快的光学传感器。
磁场传感器
最初，石墨烯似乎并不是磁场传感器应用的合适选择。典型的InAs传感器的室温霍尔系数要远远好于基于石墨烯的传感器，但是，当我们清楚石墨烯的厚度只有0.34纳米，而InAs的厚度为12纳米时，就会发现，与InAs相比，石墨烯确实具有吸引人的霍尔效应电阻。
此外，与典型的二维电子气体器件不同，石墨烯不必隐藏在额外的层下，这确实使其在霍尔效应传感方面具有一定的优势。
虽然最近的一些研究在一定程度上克服了这个问题，但基于石墨烯的磁场传感器在室温下电子的热激发比石墨烯的这种磁阻效应更占优势。
机械式传感器
机械传感器可以检测物理特性的变化，例如，通过感知影响材料的物理变形来检测材料何时受到了压力。机械传感器还能够检测谐振频率的变化，以及测量质量、力、压力、应变、速度、加速度和重量。
研究人员此前已经表明，石墨烯可以成功地用作应变和压力传感器。在基于石墨烯的应变和压力传感器中，利用石墨烯作为一种活性材料来感知物理信号，包括应变和压力。由于石墨烯材料具有较高的导电性，因此常被用作石墨烯基应变和压力传感器的导电层或电极。
传统的石墨烯基应变和压力传感器的传导方式包括电阻式、电容式和压电式。电阻式传感器将外力转化为电阻的变化，通过电信号的改变，可以直接被预埋的检测电路检测到。它通过电阻的变化获得电阻传感信号，电阻效应是石墨烯的特性。
由于石墨烯的高导电性和良好的机械性能，石墨烯基电阻传感器获得了超高的灵敏度。作为一种常见的应变和压力传感器，石墨烯基电阻传感器的优点很多，包括：
检测范围广
简单的设备建设
信号测试
电容式传感器可以通过将机械刺激信号转换为位移信号来检测不同形式的力。位移的变化会导致电容的变化，由于石墨烯具有高水平的导电性、吸引人的机械性能和大的比表面积，因此它是电容式传感器中电导体和电极的绝佳选择。
高灵敏度和快速响应的压电材料被广泛应用于压力传感器中，将压力转换成电信号。压电材料在机械变形时，会产生电荷，而电荷的作用也是相反的，所以当外部电场施加到压电材料上时，压电材料会发生机械变形。对此的研究表明，石墨烯可以被工程化，使其具有压电特性。
研究还表明，单层石墨烯可以实现负压电效应，双层和多层石墨烯可以实现正压电传导效应。基于石墨烯的压电传感器由于具有超快的响应时间和超高的灵敏度，已被用于检测连续静压信号和垂直振动。
柔性传感器
石墨烯基材料在柔性和可拉伸的应变和压力传感器、光电探测器、霍尔传感器、电化学传感器和生物传感器方面已经显示出潜力。
由于石墨烯固有的柔韧性，当对其施加机械应变时，其电性能不会降低。因此，石墨烯一直被认为是制造高伸缩性和柔性传感器和其他电子器件的理想材料。
对这一领域的进一步调查研究表明，柔性应变传感器可以由压阻石墨烯、微流体液态金属和可拉伸151弹性体制成。为了实现石墨烯传感元件的柔性电接触，将液态金属放入微流体通道中作为互连材料。
柔性应变传感器在可穿戴电子产品中可能会有应用，特别是在运动和锻炼过程中的监测目的。目前已有研究人员利用一种具有压缩特性的石墨烯基复合纤维开发出了这种类型的柔性应变传感器，并将其集成到可穿戴式应变传感器中。该传感器结构由以聚氨酯为核心纤维、聚酯纤维为高弹性纱线组成的。
近日，深耕行业20余年的传感器专家网，最新成立了一个传感器行业专业社群——【传感器智汇圈】，您可添加传感器专家网WX号（15012882502）来跟我们一起交流。
研究表明，用石墨烯可以测量传导的量子尺度变化。考虑到这一点，将这些传感器推向最佳水平以检测单个气体分子的可能性似乎是可信的。这种最终的灵敏度可能与几个因素有关，包括测量时的温度和目标气体的流速。
在这一应用中，石墨烯拥有作为一种极低噪声材料的优势。正因为如此，即使在没有载流子和多出几个电子的极限情况下，石墨烯的载流子浓度也能够发生很大的变化。除了这个优点之外，石墨烯在这个应用中还可以在单晶上创建四探针器件。这保证了任何接触电阻对限制灵敏度的影响都被消除了。
化学传感器
也有研究表明，石墨烯是电解质栅极配置中有效的化学传感器。基于石墨烯的顶栅绝缘体可以在电解质中制造薄至1至5纳米，浓度为几毫摩尔。即使是最好的、采用原子层沉积(ALD)的顶栅石墨烯场效应晶体管(FET)也无法与这些水平相匹配。
在电化学DNA传感器、葡萄糖传感器等氧化酶生物传感器的电极材料，以及环境分析，特别是重金属离子检测方面，基于石墨烯的电化学传感器已经被开发出来。
研究表明，石墨烯在酶的直接电化学、小生物分子的电化学检测和电分析三个方面都优于碳纳米管。尽管取得了这一成功，但目前还不能批量生产这些应用所需的石墨烯，尽管这种情况正在迅速改变。
光电传感器
光电传感器的市场与透明导体中的铟锡氧化物（ITO）替代物基本相同。石墨烯的高导电性和近乎透明的特性使其成为光电电池和光电传感器中透明电极的一个吸引人的选择。
三星已经制造出了一款使用石墨烯替代ITO的触摸屏显示器产品，不过目前还不清楚这究竟是一个商业企业，还是仅仅展示了基于石墨烯的触摸屏显示器是未来的一种可能性。不管是哪种情况，石墨烯相对于ITO的关键优势在于，它与柔性屏幕的兼容性更强。
基于石墨烯的光电探测器的工作原理是测量光子通量。它通过将吸收的光子能量转换为电流来测量。与基于IV族和III-V族半导体的传统探测器相比，石墨烯基光电探测器具有更宽的工作波长范围。此外，石墨烯拥有比其他材料更优越的载流子迁移率，这意味着它的响应时间比其他光电探测器的响应时间快得多，这应该会转化为超快的光学传感器。
磁场传感器
最初，石墨烯似乎并不是磁场传感器应用的合适选择。典型的InAs传感器的室温霍尔系数要远远好于基于石墨烯的传感器，但是，当我们清楚石墨烯的厚度只有0.34纳米，而InAs的厚度为12纳米时，就会发现，与InAs相比，石墨烯确实具有吸引人的霍尔效应电阻。
此外，与典型的二维电子气体器件不同，石墨烯不必隐藏在额外的层下，这确实使其在霍尔效应传感方面具有一定的优势。
虽然最近的一些研究在一定程度上克服了这个问题，但基于石墨烯的磁场传感器在室温下电子的热激发比石墨烯的这种磁阻效应更占优势。
机械式传感器
机械传感器可以检测物理特性的变化，例如，通过感知影响材料的物理变形来检测材料何时受到了压力。机械传感器还能够检测谐振频率的变化，以及测量质量、力、压力、应变、速度、加速度和重量。
研究人员此前已经表明，石墨烯可以成功地用作应变和压力传感器。在基于石墨烯的应变和压力传感器中，利用石墨烯作为一种活性材料来感知物理信号，包括应变和压力。由于石墨烯材料具有较高的导电性，因此常被用作石墨烯基应变和压力传感器的导电层或电极。
传统的石墨烯基应变和压力传感器的传导方式包括电阻式、电容式和压电式。电阻式传感器将外力转化为电阻的变化，通过电信号的改变，可以直接被预埋的检测电路检测到。它通过电阻的变化获得电阻传感信号，电阻效应是石墨烯的特性。
由于石墨烯的高导电性和良好的机械性能，石墨烯基电阻传感器获得了超高的灵敏度。作为一种常见的应变和压力传感器，石墨烯基电阻传感器的优点很多，包括：
检测范围广
简单的设备建设
信号测试
电容式传感器可以通过将机械刺激信号转换为位移信号来检测不同形式的力。位移的变化会导致电容的变化，由于石墨烯具有高水平的导电性、吸引人的机械性能和大的比表面积，因此它是电容式传感器中电导体和电极的绝佳选择。
高灵敏度和快速响应的压电材料被广泛应用于压力传感器中，将压力转换成电信号。压电材料在机械变形时，会产生电荷，而电荷的作用也是相反的，所以当外部电场施加到压电材料上时，压电材料会发生机械变形。对此的研究表明，石墨烯可以被工程化，使其具有压电特性。
研究还表明，单层石墨烯可以实现负压电效应，双层和多层石墨烯可以实现正压电传导效应。基于石墨烯的压电传感器由于具有超快的响应时间和超高的灵敏度，已被用于检测连续静压信号和垂直振动。
柔性传感器
石墨烯基材料在柔性和可拉伸的应变和压力传感器、光电探测器、霍尔传感器、电化学传感器和生物传感器方面已经显示出潜力。
由于石墨烯固有的柔韧性，当对其施加机械应变时，其电性能不会降低。因此，石墨烯一直被认为是制造高伸缩性和柔性传感器和其他电子器件的理想材料。
对这一领域的进一步调查研究表明，柔性应变传感器可以由压阻石墨烯、微流体液态金属和可拉伸151弹性体制成。为了实现石墨烯传感元件的柔性电接触，将液态金属放入微流体通道中作为互连材料。
柔性应变传感器在可穿戴电子产品中可能会有应用，特别是在运动和锻炼过程中的监测目的。目前已有研究人员利用一种具有压缩特性的石墨烯基复合纤维开发出了这种类型的柔性应变传感器，并将其集成到可穿戴式应变传感器中。该传感器结构由以聚氨酯为核心纤维、聚酯纤维为高弹性纱线组成的。
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