一种材料表面水气吸附量标定系统与标定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种材料表面水气吸附量标定系统与标定方法，系统包括数据采集处理模块、水气输出源、光谱单元、待测材料围成的腔室，水气输出源向相互连通的光谱单元内部、腔室内输出水气，由光谱单元获取水气吸收光谱信号送入数据采集处理模块处理得到待测材料表面水气吸附量；标定方法中基于吸收光谱信号反演得到时间段中起始时间点和结束时间点的压力差，即为待测材料表面水气吸附量。本发明专利技术实现了基于吸收光谱测量技术对固体材料表面水气吸附量的标定，并具有标定结果准确的优点。并具有标定结果准确的优点。并具有标定结果准确的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种材料表面水气吸附量标定系统与标定方法


[0001]本专利技术涉及材料水气吸附标定系统领域，具体是一种材料表面水气吸附量标定系统与标定方法。

技术介绍

[0002]材料对水气的吸附量是影像材料使用范围的指标之一，传统的固体材料水气吸附量标定一般是基于固体材料在水气吸附实验过程中湿度的变化来确定的，由于湿度测量不便，因此存在标定结果不准确的问题。吸收光谱测量技术作为常用的光学测量手段，可基于气体吸收光谱的反演得到气体的压力、浓度等数据，具有测量结果准确的优点，但吸收光谱测量技术大多用于气体测量，目前尚没有文献公开将吸收光谱测量技术用于固体材料水汽吸附量的标定测量。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种，以解决现有技术固体材料基于湿度变化测量水气吸附量存在的准确性低的问题，并实现将吸收光谱测量技术用于固体材料水气吸附量的测量。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种材料表面水气吸附量标定系统，包括数据采集处理模块、水气输出源、光谱单元，以及由待测材料围成的腔室，所述光谱单元、腔室通过同一连接管路连接水气输出源，且光谱单元、腔室通过所述连接管路相互连通，所述水气输出源通过连接管路向所述光谱单元内部、腔室内输出水气，由光谱单元获取自身内部水气吸收光谱信号，并由数据采集处理模块采集光谱单元获取的吸收光谱信号后进行处理得到待测材料表面水气吸附量。
[0006]进一步的，所述光谱单元配置有温度控制器，由温度控制器控制调节光谱单元内部温度。<br/>[0007]进一步的，所述腔室配置有温度控制器，由温度控制器控制调节腔室室壁温度。
[0008]进一步的，所述连接管路配置有温度控制器，由温度控制器控制调节连接管路温度。
[0009]进一步的，所述光谱单元、腔室容纳于真空容器内，由真空容器使光谱单元、腔室处于1E
‑
3Pa以下的真空环境中。
[0010]进一步的，所述真空容器配置有温度控制器，由温度控制器控制调节真空容器内温度。
[0011]进一步的，还包括抽真空系统，所述抽真空系统与所述连接管路连接，由抽真空系统通过连接管路对所述光谱单元、腔室内部抽真空。
[0012]进一步的，还包括干燥吹扫系统，干燥吹扫系统与所述连接管路连接，由干燥吹扫系统通过连接管路向所述光谱单元、腔室内部通入干燥气体进行吹扫。
[0013]一种上述标定系统的材料表面水气吸附量标定方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、控制水气输出源向光谱单元内部、当前温度的腔室内输出定量水气，并获
取光谱单元在设定的时间段中起始时间点和结束时间点的吸收光谱信号；
[0015]步骤2、对所述时间段起始时间点和结束时间点的吸收光谱信号进行反演，得到光谱单元内部起始时间点的水气压力P1以及结束时间点的水气压力P2；
[0016]步骤3、计算步骤2得到的起始时间点的水气压力P1、结束时间点的水气压力P2之间的压力差值，根据所述压力差值即可得到当前温度待测材料表面水气吸附量。
[0017]进一步的，步骤2中对于每个时间点的吸收光谱信号，首先确定基线拟合范围，获得吸光度大于0.05的基线拟合范围内的两个吸收峰的峰值位置并进行频率校准；
[0018]然后，计算水气的所述两个吸收峰的积分吸光度A1和A2；
[0019]接着，建立温度T的单一函数f(T)如公式(1)、(2)所示：
[0020][0021][0022]其中，S1(T)和S2(T)为选择的吸光度大于0.05的两个吸收线在温度T时的线强；
[0023]S1(T0)和S2(T0)分别为所选的两条吸收线在参考温度T0＝296K下的线强，通过查表得到；
[0024]Q1(T0)和Q1(T0)为所选的两条吸收线在参考温度T0＝296K下的配分函数，通过查表得到；
[0025]Q1(T)和Q2(T)为所选的两条吸收线在在待测温度T下的配分函数；
[0026]E
″1和E
″2为所选的两条吸收线的低态能级，通过查表得到；
[0027]h表述普朗克常数，取6.62607015
×
10
‑
34
J
·
s；
[0028]c表示空气中的光速，取3.0
×
10
‑
10
cm/s；
[0029]k为玻尔兹曼常数，取1.380649
×
10
‑
23
J/K；
[0030]根据公式(2)得到的单一变量函数f(T)，结合公式(1)所示两个积分吸光度A1和A2的比值，采用插值方法得到光谱单元内部水气温度T，进而根据温度T查表得到所选的两个吸收线在温度T时的线强S1(T)和S2(T)，以及配分函数Q1(T)和Q2(T)；
[0031]最后，选择两条吸收线中积分吸光度较大的一者对应的吸收光谱进行反演，得到对应时间点的水气压力，计算公式如下：
[0032][0033]其中，A为两个积分吸光度A1和A2中较大一者的积分吸光度；L为已知的光谱单元的吸收光程，即光在光谱单元中的传播的距离；S(T)为积分吸收度较大的一者对应的吸收线在温度T下的线强；P为需要计算得到的相应时间点的水气压力。
[0034]本专利技术公开了一种用于固体材料表面水气吸附量标定的系统，该系统通过将光谱单元和由待测材料围成的腔室以及水气输出源组建为连通的管路系统，进而可基于吸收光谱测量手段实现对待测材料水气吸附量的标定。本专利技术还公开了基于上述标定系统的标定方法，通过吸收光谱测量手段反演水气通入后光谱单元内部水气在起始时间点和结束时间点的压力差值，进而根据压力差值可得到待测材料当前温度下的水气吸附量，利用吸收光谱测量手段计算得到的水气压力具有准确度高的优势，进而得到的待测材料表面水气吸附
量结果更为准确。
[0035]本专利技术中，在计算光谱单元内每个时间点的压力时，首先通过双线比值计算得到光谱单元中的气体温度，然后基于较大的积分吸光度来反演对应时间点的水气压力，由此压力反演计算结果更为准确，进而使得到的待测材料表面水气吸附量结果更为准确。
[0036]因此与现有技术相比，本专利技术实现了基于吸收光谱测量技术对固体材料表面水气吸附量的标定，并具有标定结果准确的优点。
附图说明
[0037]图1是本专利技术实施例一系统结构原理图。
[0038]图2是本专利技术实施例二中得到的原始光谱数据图。
[0039]图3是本专利技术实施例二中双线和光谱拟合范围图。
[0040]图4是本专利技术实施例二中光谱压力反演结果图，其中：(a)为压力反演结果图；(b)为温度反演结果图。
[0041]图5是本专利技术实施例二中得到的待测材料表面水气吸附量结果图。
[0042]图6是本专利技术实施例二的材料表面水气吸附量实验流程图。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，包括数据采集处理模块、水气输出源、光谱单元，以及由待测材料围成的腔室，所述光谱单元、腔室通过同一连接管路连接水气输出源，且光谱单元、腔室通过所述连接管路相互连通，所述水气输出源通过连接管路向所述光谱单元内部、腔室内输出水气，由光谱单元获取自身内部水气吸收光谱信号，并由数据采集处理模块采集光谱单元获取的吸收光谱信号后进行处理得到待测材料表面水气吸附量。2.根据权利要求1所述的一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，所述光谱单元配置有温度控制器，由温度控制器控制调节光谱单元内部温度。3.根据权利要求1所述的一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，所述腔室配置有温度控制器，由温度控制器控制调节腔室室壁温度。4.根据权利要求1所述的一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，所述连接管路配置有温度控制器，由温度控制器控制调节连接管路温度。5.根据权利要求1所述的一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，所述光谱单元、腔室容纳于真空容器内，由真空容器使光谱单元、腔室处于1E
‑
3Pa以下的真空环境中。6.根据权利要求5所述的一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，所述真空容器配置有温度控制器，由温度控制器控制调节真空容器内温度。7.根据权利要求1所述的一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，还包括抽真空系统，所述抽真空系统与所述连接管路连接，由抽真空系统通过连接管路对所述光谱单元、腔室内部抽真空。8.根据权利要求1所述的一种材料表面水气吸附量标定系统，其特征在于，还包括干燥吹扫系统，干燥吹扫系统与所述连接管路连接，由干燥吹扫系统通过连接管路向所述光谱单元、腔室内部通入干燥气体进行吹扫。9.一种基于权利要求1
‑
8中任意一项所述标定系统的材料表面水气吸附量标定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、控制水气输出源向光谱单元内部、当前温度的腔室内输出定量水气，并获取光谱单元在设定的时间段中起始时间点和结束时间点的吸收光谱信号；步骤2、对所述时间段起始时间点和结束时间点的吸收光谱信号进行反演，得到光谱单元内部起始时间点的水气压力P1以及结束时间点的水气压力P2；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴平，李想，曹乃亮，卢文振，阚瑞峰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：