一种电气石粉体自发极化强度测试装置

1.本实用新型涉及材料性能测试技术领域，具体的是一种电气石粉体自发极化强度测试装置。


背景技术：

2.天然矿物电气石晶体在一定温度，单位晶胞内正、负电荷中心不重合形成偶极矩，这种无外电场作用下的极化现象称为自发极化。自发极化强度为在垂直于极化轴的单位面积上产生的极化电荷量，是表征材料自发极化性能的重要参数。利用自发极化性质可产生负离子净化空气，可使水溶液氧化还原电位、ph值发生变化，还可与空气水分子发生反应形成阴离子中和电磁波辐射的阳离子，实现电磁屏蔽，基于此，其在节能环保建材、生物健康与保健纺织品、水处理等诸多领域得到广泛应用。
3.针对目前现有的测试技术，如授权公告号cn102621400b发明专利《电气石粉体材料自发极化性能测试装置》因与加热腔室具有同心圆的样品室(见图5)组成为样品池池体和加热元件仓，样品池池体部分为圆柱形，其顶部为圆环形敞口，底部为圆环形密封底，加热元件仓部分为顶部封闭的圆筒形，底部为圆形敞口。由于采用电热丝加热棒，造成加热功率大、加热时间短，由加热棒产生的热辐射向外延伸，温度逐渐降低，样品室内温度分布不均匀，造成待测粉体的极化电荷不能被充分激发释放，降低测试精度；授权公告号为cn105372535b发明专利《粉体材料自发极化性能测试系统》(见图6)，其样品室为在圆柱体上端向其下端加工出的环形凹槽，其顶部为敞口、底部为密封口，在样品室的内径上设置有内置正极板，外径上设有内置负极板，由外加恒定磁场使转动的样品室内粉体样品产生的极化电荷顺向并移向极板，但室外磁极旋转产生的非均匀磁场影响极化电荷数量，影响测试结果的准确性。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的为针对现有技术中存在的不足，提供一种电气石粉体自发极化强度测试装置。该装置样品室是室内空间长高比为60:1～50:1的长方体结构，加热元件由电加热棒改为上下两层的硅橡胶电加热片。由于样品与极板接触面积增加，受热均匀，极化电荷量充分。本实用新型可充分激发被测样品极化电荷，极板面积增加及样品室高度减小可有效提高测试精度。
5.本实用新型的技术方案为：
6.一种电气石粉体自发极化强度测试装置，包括样品室单元、测量单元、显示/数据分析单元、测温控温单元；
7.所述的样品室单元包括样品室、测温元件、屏蔽外壳、加热元件和检测电极板；
8.所述的屏蔽外壳是投影面积为正方形的中空长方体，右侧面为活动盖板；屏蔽外壳的内部，顶部内壁和底部内壁，均贴合有一个等面积的加热元件；两个加热元件之间为样品室；
9.所述的样品室包括样品室盖和样品皿；其中，样品室盖封闭的盖在样品皿上；样品室的室内空间的长、高比为60:1～50:1；样品室盖的下表面、样品皿的内部底面分别贴合设置有一个检测电极板；样品室盖的下表面的检测电极板的下面，间隔分布有2个测温元件；
10.所述的加热元件为硅橡胶电加热片。
11.所述的测量单元、显示/数据分析单元、测温控温单元依次相连；样品室单元分别和测量单元、测温控温单元相连。
12.本实用新型的有益效果为：
13.与现有技术相比，本实用新型的实质性特点为：该装置样品室是室内空间长高比为60:1～50:1的长方体结构，硅橡胶加热片能够与被加热物体紧密接触，温度场分布均匀，可充分激发被测样品极化电荷，极板面积增加可有效提高测试精度。
附图说明
14.图1为本实用新型电气石粉体自发极化强度测试装置结构图。
15.图2为本实用新型样品室单元结构图。
16.图3为本实用新型样品室剖面图。
17.图4为本实用新型测试流程图。
18.图5为专利cn102621400b中的绝缘样品池透视图。
19.图6为专利cn105372535b中的电荷采集单元剖面图。
20.图中，1.样品室单元；2.测量单元；3.显示/数据分析单元；4.测温控温单元；
21.11.样品室；12.测温元件；13.屏蔽外壳；14.加热元件；15.检测电极板；
22.111.样品室盖；112.样品皿；
23.201.样品池池体；202.加热元件仓。
24.301.连接轴轴仓；302.样品室底部磁极；303.内置正极板；304.样品盖；305.集电环；306.样品室；307.内置负极板；308.样品室上部磁极；309.绝缘壳；310圆柱体。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行完整清楚的描述。
26.参照附图1～3，在本实用新型实施例中，一种电气石粉体自发极化强度测试装置，包括样品室单元1、测量单元2、显示/数据分析单元3、测温控温单元4；
27.所述的样品室单元1包括样品室11、测温元件12、屏蔽外壳13、加热元件14、检测电极板15；
28.所述的屏蔽外壳13是投影面积为正方形的中空长方体，右侧面为可闭合的活动盖板；屏蔽外壳13的内部，顶部内壁和底部内壁，均贴合有一个等面积的加热元件14；两个加热元件14之间，贴合地装有样品室11；
29.所述的样品室11包括样品室盖111和样品皿112；其中，样品室盖111封闭的盖在样品皿112上方；样品室室内空间的长、高比为60:1～50:1；样品室盖111的下表面、样品皿112的内部底面分别贴合设置有一个等面积的检测电极板15；样品室盖111的下表面的检测电极板15的下面，间隔分布有2个测温元件12。
30.样品室材质选用石英玻璃，厚度为2mm；样品室盖111的厚度为2mm，样品皿长、宽、高分别为110mm、110mm、4mm(其中，样品皿底部、侧壁的厚度均为2mm，故内部空间的高度为2mm，长为106mm，样品室室内空间的长、高比为53：1)，检测电极板15为表面氧化黄铜板，边长为106mm，厚度为35μm，加热元件14为硅橡胶加热片，电压24v、功率系数0.003w/mm2，边长为110mm，屏蔽外壳13为表面防腐处理的碳钢板，长、宽、高分别为112mm、112mm、10mm，其中屏蔽外壳13高度方向的一侧为活动盖板，可开启、闭合，与屏蔽外壳13盒体之间铰链连接；测温元件12选择市售的a级贴片式pt100铂热电阻。
31.所述的样品室单元、显示/数据分析单元都与测量单元和测温控温单元通过信号线依次连接；如图1所示，具体为：所述的测量单元2、显示/数据分析单元3、测温控温单元4依次相连；样品室单元1中的测温元件12、加热元件14分别通过信号线与测温控温单元4相连；检测电极板15通过信号线与测量单元2相连；
32.所述的测量单元2具体选择市售的型号为ica103电荷放大器，
±
5v低频c型。
33.所述的显示/数据分析单元3具体选择市售的型号为gc-04316m4al-c工业控制plc一体机，其中液晶触屏尺寸4.3
″
，i/o总数为16点，输入电压24v。
34.所述的测温控温单元4具体选择市售的tlv3501型igbt驱动模块和ff50r12rt4型igbt功率模块。
35.本实用新型测试电气石粉体自发极化强度的流程如图4所示，放置样品
→
开启电源
→
测试样品
→
数据分析
→
显示测试结果
→
测试结束，其中测试样品环节可通过测试方式选择手动测试或自动测试，若需手动测试还需进行参数设定。将研磨后粒度为1～5μm的待测电气石粉体样品装满样品皿112内，盖好样品室盖111，测温控温单元4通过测温元件12控制功率调节器使加热元件14为样品室11加热，温度信号通过信号线输送至显示与数据分析单元3，随着温度的改变样品产生的极化电荷数值由检测电极板15收集后，经信号线传输至显示与数据分析单元3，基于自发极化强度计算公式：
[0036][0037]
其中，自发极化强度ps(c/m2)；极板电容cf(f)；极板面积a(m2)；
[0038]
再根据系统软件拟合的电压-温度函数表达式u(t)，经计算即可得到测试样品的自发极化强度ps值。由于长方体样品室与圆柱体样品室相比，上下表面积足够大、厚度足够小，因此待测的粉体样品受热均匀，极化电荷被充分激发而释放，提高了测试精度。
[0039]
用上述所述的测试装置，按照测试流程对市售的电气石粉平均粒径为2μm的样品进行测试，测试的自发极化强度值ps为-1.5791*10-3
c/m2。
[0040]
对该样品进行重复性分析，两次测量结果之差的绝对值以95％的置信概率不致超出的范围小于等于7.991
×
10-6
c/m2。重复性分析说明由本实用新型测试装置测得的电气石样品的自发极化强度值准确可靠。
[0041]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，但不能理解为对实用新型专利范围的限制。对本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和构思下，可以对实施例进行多种变化、修改、替换，这些都属于本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。
[0042]
本实用新型未尽事宜为公知技术。