基本信息
- 项目名称：
- 喷气燃料微量冰点自动快速测定仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 根据扩散光散射技术的原理，研制出喷气燃料冰点自动微量法测定器。通过研究油样量、灵敏度、外界温度和温度修正值等因素对测定结果的影响，实现了快速测定方法的标准化，完全满足 GB/T 2430-2008，ASTM D7153的精密度要求。主要由四部分构成： 制冷系统 、控制系统 、检测系统 、显示部分。仪器体积小、样品用量少、测试时间短。完全满足在现场和战场等非正常的条件下快速检测喷气燃料冰点的目的。
- 详细介绍：
- 原理：将2ml喷气燃料加入到自动微量法冰点测定器中，利用三级半导体制冷装置制冷，根据温度降低晶体出现时，光遇到结晶发生散射现象，检测器检测到的信号增强，且信号强度随着晶体的增多而增强;温度升高结晶消失时，散射现象减弱，检测器检测到的信号强度降低趋于稳定，即整个过程基于扩散光散射技术这一原理进行测定。最后通过高灵敏度的光学检测器将检测到的信号通过转换器输出，以横坐标为检测时间，纵坐标为检测信号和温度，当检测信号出现突变时，所对应的温度即油样的冰点。自动微量法冰点测定器的主要技术参数介绍：适用标准：ASTM D7153 测量范围：20℃～－65℃ 平均测试时间：6～7min 样品量：2ml，包括清洗体积数据存储：本地存储器可存储上万个完整的测试报告 LIMS接口：有重量：小于7公斤尺寸：345mm×275mm×200mm 自动微量法冰点测定器主要由四部分构成： 1、制冷系统自动微量法冰点测定器采用三级半导体制冷，冷却方式为水冷，制冷器具有可靠性高、稳定性好、一致性强、使用寿命长、制冷速度快、事件响应短、制冷温度深、效率高等优点。 2、控制系统自动微量法冰点测定器底层采用单片机进行数据的采集、控制，上层采用英特尔的MINI主板+微软正版XP Embedded嵌入式系统，底层与上层通过RS232接口进行通讯，仪器的各种控制命令通过上层应用程序发给底层，底层的单片机再把命令分解，对各个部件进行控制；同时把各个部件的状态反馈到上层的控制程序，包括试样温度、检测信号等。 3、检测系统该仪器检测部分采用光电检测。光电检测就是光线强弱的变化，接收端的电信号也发生相应的变化，然后通过放大电路将电信号进行放大，单片机再进行处理。仪器采用进口的罗克韦尔光电检测器件，独特的光学器件和高精度的温度控制技术，保证了对冰点的高精度测定。 4、整体结构部分自动微量法冰点测定器小巧大方，结构紧凑，适合于军队的野外实验。前置的进样器方便用户的操作，测试时不需要清洗。
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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
- 目的：喷气燃料冰点快速测定方法旨以提高工作效率，增强检测过程的自动化程度，减少化验工作量，缩短冰点测定时间为目的。依据本课题期间实验验证，该方法对测定喷气燃料的冰点具有良好的效果。为了使该方法能够进一步的推广和使用，建立喷气燃料冰点的快速测定法标准是有必要的。基本思路：将喷气燃料加入到自动微量法冰点测定器中，利用三级半导体制冷装置制冷，根据温度降低晶体出现时，光遇到结晶发生散射现象，检测器检测到的信号增强，且信号强度随着晶体的增多而增强;温度升高结晶消失时，散射现象减弱，检测器检测到的信号强度降低趋于稳定，即整个过程基于扩散光散射技术这一原理进行测定。最后通过高灵敏度的光学检测器将检测到的信号通过转换器输出，以横坐标为检测时间，纵坐标为检测信号和温度，当检测信号出现突变时，所对应的温度即油样的冰点。创新点： 1.采用光电检测器检测冰点，灵敏度高，避免了肉眼观察晶体出现的误差，实现了冰点自动检测； 2.应用三级半导体制冷，实现了快速检测冰点； 3.采用密闭循环进样和封闭体系检测，不用清洗检测室，而且避免了外界环境（尤其是空气中的水分）影响。技术关键：1、如何将检测信号转换电路，通过温度传感器检测出冰点；2、分析干扰信号的特点，从硬件和软件两方面入手，设计干扰信号的处理模块，提高系统的抗干扰能力；自动微量法冰点测定器的主要技术参数：适用范围：喷气燃料冰点测定测量范围：0℃～－65℃ 平均测试时间：不大于15min 样品量：2ml，包括清洗体积重量：小于10公斤
科学性、先进性
- 本仪器用于喷气燃料冰点的测定，完全符合GB/T 2430-2008，ASTM D7153标准的精密度和偏差要求。在相同的外界条件下该方法和GB/T 2430-2008方法对相同的油样进行测定发现，两种方法测定的结果吻合性好，且精确度和稳定性好。在相同的测定条件下，对不同来源的喷气燃料在四次重复实验中，结果均接近与GB/T 2430-2008测定的结果，且同一油样四次重复性实验中冰点在允许的误差范围内，说明本方法有较好的重复性。本实验对同一组（1-4），采用盲样试验办法，结果表明，在不同的条件下，冰点都低于-47℃，和国家标准方法相比，结果稳定且接近于国标测定的结果。说明本仪器的稳定性能好，且再现性好。 综上所述，喷气燃料冰点快速测定方法条件稳定，重复性和再现性好，符合国家标准方法要求；仪器体积小，重量轻、样品用量只需2ml（包括清洗体积）、测试时间不超过15min，测定时间短，完全满足在现场和战场等非正常的条件下快速检测喷气燃料冰点的目的。
获奖情况及鉴定结果
- 无
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、样品
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
- 无
同类课题研究水平概述
- 目前国外先进的快速测定冰点方法主要以法国和加拿大为代表，其中法国的ISL公司和加拿大的PHASE公司生产的冰点快速测定仪，都用以测定喷气燃料的冰点。而我国评定喷气燃料冰点的方法主要分为常规方法GB/T 2430-2008航空燃料冰点测定法和SH/T 0770航空燃料冰点测方法（自动相转换法）两种。 1、常规方法常规方法是我国最早常用测定喷气燃料冰点的方法，目前我国采用GB/T 2430-2008方法测定喷气燃料的冰点，其主要原理是首先是将试样降温，待出现肉眼可见的结晶后再升温，将形成的烃类结晶完全消失的最低温度定为冰点，实际上是以测定熔点代替冰点测定。 2.自动检测方法自动检测方法能够在较短的时间内完成冰点的测定，其测定方法主要有：（1）气相色谱法测定喷气燃料的冰点气相色谱法是根据烷烃的总量与冰点的相关性原理,用气相色谱法测定喷气燃料中C12～C16正构烷烃的量.然后与用常规方法测定的喷气燃料冰点进行关联，利用建立的回归模型，计算出喷气燃料的冰点. （2）CCD近红外光谱快速测定喷气燃料的冰点该法通过使用CCD近红外光谱仪发出的红外光谱提供的喷气燃料中各类C-H基团的结构信息，判断不同结构烃类化合物含量，建立模型来判断喷气燃料的冰点。检测所需时间短，有效的避免人为因素的影响。但在建立模型时需先取得大量该燃料的标准方法实验数据和直链烷烃含量数据，仍受标准方法的制约。（3）喷气燃料冰点的差示扫描量热法测定该方法的测定过程不用肉眼观察试样的融化过程，而是测定融化过程的热效应，通过热流曲线显示测定过程，根据热流曲线的变化来判断喷气燃料的冰点。该方法具有简便、快捷、自动化程度高等优点。但成本高，且不能满足工厂或军队连续作业的要求；同时较专业，对操作人员要求高。（4）相转移法相转移法即利用冰点形成过程的特殊性，采用光电检测技术，自动判断和识别烃结晶的生成和消失的过程，从而达到自动检测冰点的目的。综上所述，各种快速方法各有利弊，前三种方法的优点是速度快，用油量少，但这些方法都需要建立大量数据库和模型库，使用时，维护量大，且对使用人员的专业技术素质要求高，不适合部队尤其是基层部队的实际。相转移法测定的结果是实测值，与常规方法原理相同，只不过用光电检测器代替了目测，并将试样少量化，从而达到自动快速检测之目的，但均需要在氮气保护条件下检测。
