[實用新型]基于熱導率和表面電阻率的寶石鑒別裝置

有效

• 申請號: 202021888141.9
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN212586282U
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 許焱;許濟蒼
• 申請（專利權）人: 溫州市科豐儀器儀表有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N27/04;G01N21/25
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本實用新型公開了一種基于熱導率和表面電阻率的寶石鑒別裝置，包括熱導電導傳感器、傳感器測溫加熱控制模塊、信號運放模塊、AD采集模塊、溫濕度傳感器檢測模塊、高壓產生模塊、電導性檢測模塊、單片機模塊、存儲器模塊、對傳感器探針碰到金屬報警模塊、低電壓檢測模塊、顯示模塊、蜂鳴器警示模塊、通訊模塊、穩壓模塊、電源控制模塊、按鈕模塊。用于鑒別區分鉆石、實驗室培育鉆石、莫桑石、紅藍寶石、祖母綠、水晶、翡翠、尖晶石、電氣石、黃玉、坦桑石、石榴石、堇青石、橄欖石、石英、托帕石等寶石，鑒別準確率高，適用范圍廣。

技術領域

本實用新型涉及寶石檢測技術領域，更具體的說是涉及一種基于熱導率和表面電阻率的寶石鑒別裝置。

背景技術

寶石作為一種特殊的消費品，自古以來就是成就與財富、權利與地位、愛情與永恒的象征。

天然寶石數量稀少并價格昂貴，使一些人用外觀近似但廉價彩色寶石來冒充高價值彩色寶石。隨著人造技術不斷發展，近幾年市場出現合成實驗室培育鉆石。這些合成鉆石從外觀、成分、硬度、熱導率、表面電阻都很接近天然鉆石，對寶石交易市場進行極大困擾。因此，對寶石進行鑒定非常有必要。

現有專利中，通過導熱性和導電性差異來區分鉆石、莫桑石(合成碳硅石)和仿鉆石，其中，導熱性檢測方法只對熱導電導傳感器上探針熱電偶失溫后產生熱電勢大小測量，根據傳出熱量多少來鑒別不同寶石。導電性檢測方法只測量高電壓經過寶石后反饋到熱導電導傳感器上探針上電壓大小來鑒別鉆石、莫桑石(合成碳硅石)，表面電阻高的寶石(鉆石)反饋電壓低，表面電阻低的寶石(合成碳硅石)反饋電壓高。

熱導率又稱導熱系數，符號為λ，反映物質的熱傳導能力，按其定義為單位溫度梯度(在1m長度內溫度降低1K)在單位時間內經單位導熱面所傳遞的熱量，計算公式：E/t＝λA(θ2-θ1)/L；E是在時間t內所傳遞的能量，A為截面積，L為長度，θ2和θ1分別為兩個截面的溫度，代表溫度梯度。上述兩個專利中熱導電導傳感器上探針長度L相同，導熱截面積A相同，推導公式：λ＝E/t(θ2-θ1)，基本原理見附圖1。

表面電阻，按其定義代表每平方面積電介質表面對正方形的相對二邊間表面泄漏電流所產生的電阻。表面電阻的大小除決定于電介質的結構和組成外，還與電壓、溫度、材料的表面狀況、處理條件和環境濕度有關，環境相對濕度和溫度對電介質表面電阻的影響極大。一般采用直流放大法，也稱高阻計法進行測量。具體為通過試樣的微弱電流經過放大后獲得，測量出絕緣電阻，基本原理見圖2。當R0《Rx時，R0和Rx為串聯，得到公式U/Rx＝U0/R0，表面電阻公式Rx＝(U/U0)·R0，式中：Rx——被測寶石電阻，(Ω)，U——試驗高壓源電壓，(V)，U0——標準電阻R0兩端電壓，(V)，R0——標準電阻，(Ω)。

從以上熱導率和表面電阻的定義看上述兩個專利檢測方法存在明顯缺陷：

1、在檢測導熱性的時候只對熱導電導傳感器上探針跟寶石接觸后傳導的熱量E進行了檢測，也就是熱導電導傳感器上探針上熱電偶失溫后產生熱電勢大小測量。

忽略了單位溫度梯度因素，即θ2、θ1不確定，造成檢測時溫度梯度不一樣。因此在冬季和夏季或白天和晚上(室溫不同)導致了相同檢測儀檢測同一塊寶石會得到不同結果。

同時忽略了單位時間因素t，這種結果體現在測量一顆鉆石(高導熱率)用了200毫秒時間達到電路設定的值，在測量一顆無色大藍寶石(低導熱率)用了1500毫秒時間也達到電路設定的值，造成檢測時單位時間不一樣，導致了鉆石和藍寶石導熱率雖然相差近20倍，如圖3所示，但檢測結果卻讓兩種寶石混為同一種結果。

2、在檢測導電性的時候忽略了電位梯度因素，只檢測高壓經過寶石后反饋電壓U0，沒有檢測經過寶石前的電壓U。由于升壓電路元器件差異，升好高壓電壓值波動在±10％，造成檢測時電位梯度U-U0不一樣導致檢測結果一致性較差。