基本信息
- 项目名称：
- HIE-Ⅱ型便携式粉体材料红外发射性能测试系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 红外发射率是表征材料红外性能的重要指标，目前国内外已有的红外测试仪价格昂贵、体积庞大、操作过程复杂、维护成本高，且仅适合于科研院所及大专院校使用。本发明通过对矿物粉体材料红外辐射性能测试技术、测试原理、测试方法研究，通过仪器的结构设计及测试软件开发等，在国内外率先开发了一款可满足工矿企业对材料红外发射性能现场测量的便携式红外测试仪。
- 详细介绍：
- 此测试系统是材料研究者和产品技术开发人员以及工矿企业的必备测试设备。具有体积小、造价低、操作简单、测试结果准确、软件智能化监控和数据处理的特点。 仪器结构 该测试仪由加热单元、测试单元、数显单元组成。样品室由导热性能良好的金属材料制成，可保证被测样品与标准样品在等温条件下实现红外发射能量的测量；加热单元可对粉体样品进行可编程等温匀速加热；测量单元可采集相同温度下粉体材料的红外辐射能量或温度信号，并对其进行放大及信号转换；数显单元可通过软件对测量结果进行分析处理及显示。 技术特点 （1）测试系统采用红外测温技术 测试单元由红外探测器采集粉体材料红外辐射能量，经滤光片滤除非1-20μm远红外波段的杂波，半导体红外敏感元件将因电子跃迁产生的光电流放大并输出，经信号转换得到红外辐射能量。 （2）加热系统采用人工智能控温技术 被加热的粉体材料会辐射4-14μm远红外线，采用金属导热材料制作的样品室可将由热源发出的热量迅速传递至样品，同时还可使样品台处于等温且温度均匀环境。实现了等温、恒温的PID人工智能控制。 （3）计算机数据采集和处理技术 计算机程序监控系统的测试过程，分析处理实验数据。 主要应用领域 本测试仪主要应用于工矿企业现场测量粉体材料的红外发射率，定量表征粉体材料的红外发射性能。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 红外发射率是表征材料红外性能的重要指标，目前国内外已有的红外测试仪价格昂贵，体积庞大，操作过程复杂，仅适合于科研院所及大专院校使用。本发明设计一款可满足工矿企业现场测试的便携式红外测试仪，实现快速准确的测试目的。该测试装置具有体积小、造价低、操作简单、测试结果准确、软件智能化监控的特点。 该测试系统采用红外发射能量-传感器法测试粉体材料红外发射率，其设计思路为：假设粉体样品的初始温度T相同，因此辐射率ε大的粉体样品依Wt=εσT4公式，辐射出的能量就大，投射到吸收体的能量就大，转化为吸收体的温度就高。本测试装置基于被测试粉体样品红外辐射强度与其表面温度的关系，测试粉体样品的红外发射率。 创新点 （1）测试方法采用红外发射能量-传感器法； （2）实现软件智能化监控测试过程及数据结果分析； （3）测试装置便携，造价低、操作简单，适于工矿企业现场测量。 关键技术 （1）红外温度测试技术； （2）人工智能控温技术； （3）系统软件监控技术。 主要技术指标 电源：AC220； 功耗：800W； 加热温度：20-120℃；准确度：±0.1-±0.3；
科学性、先进性
- 目前国内外在对材料的红外辐射性能进行测试时，其红外探测器主要采用热释电探测器、光伏探测器、光发射-Schottky势垒探测器、量子阱探测器等，这些探测器测试原理复杂、测试条件苛刻、体积庞大；而本发明设计的测试装置采用的测试单元由红外探测器采集粉体材料红外辐射能量，经滤光片滤除非1-20μm远红外波段的杂波，半导体红外敏感元件将因电子跃迁产生的光电流放大并输出，经信号转换得到红外辐射能量。 已有的红外测试仪的加热系统大多采用黑体炉，由于其功率大，带来的弊端是恒温及升温速度难以控制，因而会影响测试系统的测量精度；而本发明的测试装置采用金属导热材料制作的样品室可将由加热棒发出的热量迅速传递至样品，同时还可使样品台处于等温且温度均匀环境。可实现等温、恒温的AI人工智能控制。
获奖情况及鉴定结果
- 中国计量院标定结果（标准样品） 仪器配件热电阻检测报告 用户报告
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品、操作录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势 该测试装置具有便携、造价低、操作简单、测试结果准确、软件智能化监控测试过程和数据分析等特点，可满足工矿企业现场快速准确的对天然矿物的红外发射性能的测试和表征。 适应范围及推广前景 作品通过对矿物材料红外性能测试技术研究，开发了粉体材料红外辐射性能测试装置及测试系统软件，该仪器可实现快速、准确的红外发射率测试和表征。该仪器的开发为矿物粉体材料红外发射性能的评价指标和评价方法提供准确技术数据。 经济效益预测 粉体材料红外发射性能测试仪不仅是材料性能测试分析仪器，还可应用于其它无机非金属矿物材料红外性能测试和表征，是材料研究者和产品技术开发人员及高等学校教学的必备测试设备，因而具有广阔的消费市场。如果粉体材料红外发射性能测试系统按每台8万元计算，全国数千家工矿企业每年有50个单位购买该设备，则每年可创收400万，而由此产生的附加经济效益会更大。
同类课题研究水平概述
- 最早，国内测量材料的红外发射率主要使用中国科学院上海技术物理研究所研制的IRE-1型红外辐射测量仪。此仪器测量精度为±0.01，温度控制精度为±0.1℃，在8-25μm波段范围内配有宽约1μm的中心波段不同的窄带滤光片，可以测量材料特定波段下的红外发射率值。此仪器不能得到连续波段下的红外发射率图谱，只能通过测量不同波数下发射率求平均值的方法得到整个波段的红外发射率值。 近年来，因对材料红外辐射性能研究的深入，傅立叶变换红外光谱仪测试技术得到广泛的应用。此仪器由样品腔、黑体炉腔、光学系统、红外探测系统及数据采集、数据处理系统等组成。 使用傅立叶变换红外光谱仪测量材料的红外发射率，可以得到连续波段的红外发射率图谱，测量结果较精确。仪器主要技术指标有：仪器的波数精度±0.01cm-1，分辨率≤4cm-1，噪声<0.7%，附件噪声<2%，测量范围为7200-400cm-1。附件为标准黑体，有效发射率ε≤1。 但是，傅立叶变换红外光谱仪的价格昂贵、测试过程繁琐、测量条件要求严格、光学系统及红外探测系统较难控制、管理费用高等不足。因此，开发研制一种测量精确、便携式的矿物粉体材料的红外发射率测试装置是生产厂家和矿山开采队急需的测试设备。
