[实用新型]基于热导率和表面电阻率的宝石鉴别装置

说明书

本实用新型公开了一种基于热导率和表面电阻率的宝石鉴别装置，包括热导电导传感器、传感器测温加热控制模块、信号运放模块、AD采集模块、温湿度传感器检测模块、高压产生模块、电导性检测模块、单片机模块、存储器模块、对传感器探针碰到金属报警模块、低电压检测模块、显示模块、蜂鸣器警示模块、通讯模块、稳压模块、电源控制模块、按钮模块。用于鉴别区分钻石、实验室培育钻石、莫桑石、红蓝宝石、祖母绿、水晶、翡翠、尖晶石、电气石、黄玉、坦桑石、石榴石、堇青石、橄榄石、石英、托帕石等宝石，鉴别准确率高，适用范围广。

技术领域

本实用新型涉及宝石检测技术领域，更具体的说是涉及一种基于热导率和表面电阻率的宝石鉴别装置。

背景技术

宝石作为一种特殊的消费品，自古以来就是成就与财富、权利与地位、爱情与永恒的象征。

天然宝石数量稀少并价格昂贵，使一些人用外观近似但廉价彩色宝石来冒充高价值彩色宝石。随着人造技术不断发展，近几年市场出现合成实验室培育钻石。这些合成钻石从外观、成分、硬度、热导率、表面电阻都很接近天然钻石，对宝石交易市场进行极大困扰。因此，对宝石进行鉴定非常有必要。

现有专利中，通过导热性和导电性差异来区分钻石、莫桑石(合成碳硅石)和仿钻石，其中，导热性检测方法只对热导电导传感器上探针热电偶失温后产生热电势大小测量，根据传出热量多少来鉴别不同宝石。导电性检测方法只测量高电压经过宝石后反馈到热导电导传感器上探针上电压大小来鉴别钻石、莫桑石(合成碳硅石)，表面电阻高的宝石(钻石)反馈电压低，表面电阻低的宝石(合成碳硅石)反馈电压高。

热导率又称导热系数，符号为λ，反映物质的热传导能力，按其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量，计算公式：E/t＝λA(θ2-θ1)/L；E是在时间t内所传递的能量，A为截面积，L为长度，θ2和θ1分别为两个截面的温度，代表温度梯度。上述两个专利中热导电导传感器上探针长度L相同，导热截面积A相同，推导公式：λ＝E/t(θ2-θ1)，基本原理见附图1。

表面电阻，按其定义代表每平方面积电介质表面对正方形的相对二边间表面泄漏电流所产生的电阻。表面电阻的大小除决定于电介质的结构和组成外，还与电压、温度、材料的表面状况、处理条件和环境湿度有关，环境相对湿度和温度对电介质表面电阻的影响极大。一般采用直流放大法，也称高阻计法进行测量。具体为通过试样的微弱电流经过放大后获得，测量出绝缘电阻，基本原理见图2。当R0《Rx时，R0和Rx为串联，得到公式U/Rx＝U0/R0，表面电阻公式Rx＝(U/U0)·R0，式中：Rx——被测宝石电阻，(Ω)，U——试验高压源电压，(V)，U0——标准电阻R0两端电压，(V)，R0——标准电阻，(Ω)。

从以上热导率和表面电阻的定义看上述两个专利检测方法存在明显缺陷：

1、在检测导热性的时候只对热导电导传感器上探针跟宝石接触后传导的热量E进行了检测，也就是热导电导传感器上探针上热电偶失温后产生热电势大小测量。

忽略了单位温度梯度因素，即θ2、θ1不确定，造成检测时温度梯度不一样。因此在冬季和夏季或白天和晚上(室温不同)导致了相同检测仪检测同一块宝石会得到不同结果。

同时忽略了单位时间因素t，这种结果体现在测量一颗钻石(高导热率)用了200毫秒时间达到电路设定的值，在测量一颗无色大蓝宝石(低导热率)用了1500毫秒时间也达到电路设定的值，造成检测时单位时间不一样，导致了钻石和蓝宝石导热率虽然相差近20倍，如图3所示，但检测结果却让两种宝石混为同一种结果。

2、在检测导电性的时候忽略了电位梯度因素，只检测高压经过宝石后反馈电压U0，没有检测经过宝石前的电压U。由于升压电路元器件差异，升好高压电压值波动在±10％，造成检测时电位梯度U-U0不一样导致检测结果一致性较差。