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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- HIE-Ⅱ型便攜式粉體材料紅外發(fā)射性能測(cè)試系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 紅外發(fā)射率是表征材料紅外性能的重要指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)外已有的紅外測(cè)試儀價(jià)格昂貴、體積龐大、操作過(guò)程復(fù)雜、維護(hù)成本高，且僅適合于科研院所及大專(zhuān)院校使用。本發(fā)明通過(guò)對(duì)礦物粉體材料紅外輻射性能測(cè)試技術(shù)、測(cè)試原理、測(cè)試方法研究，通過(guò)儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及測(cè)試軟件開(kāi)發(fā)等，在國(guó)內(nèi)外率先開(kāi)發(fā)了一款可滿足工礦企業(yè)對(duì)材料紅外發(fā)射性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的便攜式紅外測(cè)試儀。
- 詳細(xì)介紹：
- 此測(cè)試系統(tǒng)是材料研究者和產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)人員以及工礦企業(yè)的必備測(cè)試設(shè)備。具有體積小、造價(jià)低、操作簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、軟件智能化監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)。 儀器結(jié)構(gòu) 該測(cè)試儀由加熱單元、測(cè)試單元、數(shù)顯單元組成。樣品室由導(dǎo)熱性能良好的金屬材料制成，可保證被測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品在等溫條件下實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射能量的測(cè)量；加熱單元可對(duì)粉體樣品進(jìn)行可編程等溫勻速加熱；測(cè)量單元可采集相同溫度下粉體材料的紅外輻射能量或溫度信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大及信號(hào)轉(zhuǎn)換；數(shù)顯單元可通過(guò)軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析處理及顯示。 技術(shù)特點(diǎn) （1）測(cè)試系統(tǒng)采用紅外測(cè)溫技術(shù) 測(cè)試單元由紅外探測(cè)器采集粉體材料紅外輻射能量，經(jīng)濾光片濾除非1-20μm遠(yuǎn)紅外波段的雜波，半導(dǎo)體紅外敏感元件將因電子躍遷產(chǎn)生的光電流放大并輸出，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換得到紅外輻射能量。 （2）加熱系統(tǒng)采用人工智能控溫技術(shù) 被加熱的粉體材料會(huì)輻射4-14μm遠(yuǎn)紅外線，采用金屬導(dǎo)熱材料制作的樣品室可將由熱源發(fā)出的熱量迅速傳遞至樣品，同時(shí)還可使樣品臺(tái)處于等溫且溫度均勻環(huán)境。實(shí)現(xiàn)了等溫、恒溫的PID人工智能控制。 （3）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù) 計(jì)算機(jī)程序監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)試過(guò)程，分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 主要應(yīng)用領(lǐng)域 本測(cè)試儀主要應(yīng)用于工礦企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量粉體材料的紅外發(fā)射率，定量表征粉體材料的紅外發(fā)射性能。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 紅外發(fā)射率是表征材料紅外性能的重要指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)外已有的紅外測(cè)試儀價(jià)格昂貴，體積龐大，操作過(guò)程復(fù)雜，僅適合于科研院所及大專(zhuān)院校使用。本發(fā)明設(shè)計(jì)一款可滿足工礦企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的便攜式紅外測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的測(cè)試目的。該測(cè)試裝置具有體積小、造價(jià)低、操作簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、軟件智能化監(jiān)控的特點(diǎn)。 該測(cè)試系統(tǒng)采用紅外發(fā)射能量-傳感器法測(cè)試粉體材料紅外發(fā)射率，其設(shè)計(jì)思路為：假設(shè)粉體樣品的初始溫度T相同，因此輻射率ε大的粉體樣品依Wt=εσT4公式，輻射出的能量就大，投射到吸收體的能量就大，轉(zhuǎn)化為吸收體的溫度就高。本測(cè)試裝置基于被測(cè)試粉體樣品紅外輻射強(qiáng)度與其表面溫度的關(guān)系，測(cè)試粉體樣品的紅外發(fā)射率。 創(chuàng)新點(diǎn) （1）測(cè)試方法采用紅外發(fā)射能量-傳感器法； （2）實(shí)現(xiàn)軟件智能化監(jiān)控測(cè)試過(guò)程及數(shù)據(jù)結(jié)果分析； （3）測(cè)試裝置便攜，造價(jià)低、操作簡(jiǎn)單，適于工礦企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。 關(guān)鍵技術(shù) （1）紅外溫度測(cè)試技術(shù)； （2）人工智能控溫技術(shù)； （3）系統(tǒng)軟件監(jiān)控技術(shù)。 主要技術(shù)指標(biāo) 電源：AC220； 功耗：800W； 加熱溫度：20-120℃；準(zhǔn)確度：±0.1-±0.3；
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前國(guó)內(nèi)外在對(duì)材料的紅外輻射性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其紅外探測(cè)器主要采用熱釋電探測(cè)器、光伏探測(cè)器、光發(fā)射-Schottky勢(shì)壘探測(cè)器、量子阱探測(cè)器等，這些探測(cè)器測(cè)試原理復(fù)雜、測(cè)試條件苛刻、體積龐大；而本發(fā)明設(shè)計(jì)的測(cè)試裝置采用的測(cè)試單元由紅外探測(cè)器采集粉體材料紅外輻射能量，經(jīng)濾光片濾除非1-20μm遠(yuǎn)紅外波段的雜波，半導(dǎo)體紅外敏感元件將因電子躍遷產(chǎn)生的光電流放大并輸出，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換得到紅外輻射能量。 已有的紅外測(cè)試儀的加熱系統(tǒng)大多采用黑體爐，由于其功率大，帶來(lái)的弊端是恒溫及升溫速度難以控制，因而會(huì)影響測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量精度；而本發(fā)明的測(cè)試裝置采用金屬導(dǎo)熱材料制作的樣品室可將由加熱棒發(fā)出的熱量迅速傳遞至樣品，同時(shí)還可使樣品臺(tái)處于等溫且溫度均勻環(huán)境?？蓪?shí)現(xiàn)等溫、恒溫的AI人工智能控制。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 中國(guó)計(jì)量院標(biāo)定結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)樣品） 儀器配件熱電阻檢測(cè)報(bào)告 用戶報(bào)告
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、操作錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 該測(cè)試裝置具有便攜、造價(jià)低、操作簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、軟件智能化監(jiān)控測(cè)試過(guò)程和數(shù)據(jù)分析等特點(diǎn)，可滿足工礦企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)快速準(zhǔn)確的對(duì)天然礦物的紅外發(fā)射性能的測(cè)試和表征。 適應(yīng)范圍及推廣前景 作品通過(guò)對(duì)礦物材料紅外性能測(cè)試技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)了粉體材料紅外輻射性能測(cè)試裝置及測(cè)試系統(tǒng)軟件，該儀器可實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的紅外發(fā)射率測(cè)試和表征。該儀器的開(kāi)發(fā)為礦物粉體材料紅外發(fā)射性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法提供準(zhǔn)確技術(shù)數(shù)據(jù)。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 粉體材料紅外發(fā)射性能測(cè)試儀不僅是材料性能測(cè)試分析儀器，還可應(yīng)用于其它無(wú)機(jī)非金屬礦物材料紅外性能測(cè)試和表征，是材料研究者和產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)人員及高等學(xué)校教學(xué)的必備測(cè)試設(shè)備，因而具有廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)。如果粉體材料紅外發(fā)射性能測(cè)試系統(tǒng)按每臺(tái)8萬(wàn)元計(jì)算，全國(guó)數(shù)千家工礦企業(yè)每年有50個(gè)單位購(gòu)買(mǎi)該設(shè)備，則每年可創(chuàng)收400萬(wàn)，而由此產(chǎn)生的附加經(jīng)濟(jì)效益會(huì)更大。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 最早，國(guó)內(nèi)測(cè)量材料的紅外發(fā)射率主要使用中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研制的IRE-1型紅外輻射測(cè)量?jī)x。此儀器測(cè)量精度為±0.01，溫度控制精度為±0.1℃，在8-25μm波段范圍內(nèi)配有寬約1μm的中心波段不同的窄帶濾光片，可以測(cè)量材料特定波段下的紅外發(fā)射率值。此儀器不能得到連續(xù)波段下的紅外發(fā)射率圖譜，只能通過(guò)測(cè)量不同波數(shù)下發(fā)射率求平均值的方法得到整個(gè)波段的紅外發(fā)射率值。 近年來(lái)，因?qū)Σ牧霞t外輻射性能研究的深入，傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)試技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。此儀器由樣品腔、黑體爐腔、光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。 使用傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)量材料的紅外發(fā)射率，可以得到連續(xù)波段的紅外發(fā)射率圖譜，測(cè)量結(jié)果較精確。儀器主要技術(shù)指標(biāo)有：儀器的波數(shù)精度±0.01cm-1，分辨率≤4cm-1，噪聲<0.7%，附件噪聲<2%，測(cè)量范圍為7200-400cm-1。附件為標(biāo)準(zhǔn)黑體，有效發(fā)射率ε≤1。 但是，傅立葉變換紅外光譜儀的價(jià)格昂貴、測(cè)試過(guò)程繁瑣、測(cè)量條件要求嚴(yán)格、光學(xué)系統(tǒng)及紅外探測(cè)系統(tǒng)較難控制、管理費(fèi)用高等不足。因此，開(kāi)發(fā)研制一種測(cè)量精確、便攜式的礦物粉體材料的紅外發(fā)射率測(cè)試裝置是生產(chǎn)廠家和礦山開(kāi)采隊(duì)急需的測(cè)試設(shè)備。
