《微量物质谱学精密检测技术和智能仪器的研发》

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航天器各类舱体和箱体的密封性能是保障航天器发射、在轨运行的核心性能指标,美国挑战者号航天飞机由于燃料箱泄漏而发生爆炸,奋进号也曾因燃料箱泄漏多次推迟发射,中国在自主发展航天事业的进程中,模拟实际发射和在轨运行工况下航天器关键部件的密封性能检测是必须解决的关键技术问题,不仅检测精度要求高、检测工况复杂,可用仪器被国外产品垄断,而且还被列为对中国禁运的高科技技术产品;另一方面,中国环保政策执行标准越来越严,对电力、石化、冶金和水泥等行业的关键工艺—燃烧性能检测和气体排放指标检测提出了更高的要求。针对上述问题,项目组在国家科技支撑计划、重大科学仪器专项等项目支持下,经过十多年技术攻关,攻克了航天器密封性能、工业窑炉燃烧性能、烟气排放气体成分等指标的高精度快速检测难题,研制了系列检测仪器,满足了相关行业的急迫需求。

1、项目技术创新点:

(1)基于质谱分析的微量示踪气体检测和密封性能测定技术采用分子泵变频调速技术,调整分子泵的转速,改变分子泵的压缩比,再集成分流检测技术,提高了密封性能的检测灵敏度、检测效率和检测压力;

(2)非稳态强脉动高温高粉尘环境下,气体浓度和温度的精准快速测量技术。在线测量燃烧炉膛内多层多路径燃烧特征参数,采用自主研发的辐射传递模型,实时构建整个炉膛内的燃烧特征气体O2、CO、CO2、H2O、粉尘和温度的场分布并立体显示,利用高响应速度跟踪煤粉燃烧过程非稳定状态特征中燃烧过程的化学反应,有效提升燃煤锅炉的精细化控制、减小排放。

(3)多路多参数复用在线噪声抑制和信号补偿算法及浓度反演技术。采用自主研发的波分复用技术,实现了在同一光路上多种气体浓度的在线测量,针对科研和一些高精度测量需求,开发出多光路在线组网技术,通过多条光路的物质浓度测量和算法反演技术,实现了烟道“面”浓度的监测,能够更准确地测量待测物质在烟道内的排放。

2、技术经济指标:

项目研制的高端氦质谱密封性能仪检测效率高、反应灵敏、精度高,其中检漏口压力为1000pa,最小可检漏率为5×10-13Pa•m3/s,其主要参数均达到或超过日本岛津制作所,美国INICON等国际一流厂商主要性能指标,经科技部专家评审,总体技术国内领先,专项技术达到国际先进水平。根据财务审计报告近三年该类产品新增销售额5.82亿元,新增利润1.2亿元,其中2017年度新增销售额2.25亿元,增速明显。

3、应用推广及效益:

项目产品打破了国外在高端市场的垄断,成功应用于探月工程三期、大飞机制造、核电站建设等国家重大科学工程,获得了航天部五院、西飞公司、中国工程物理研究院等用户的好评。产品在格力空调、海尔冰箱、江淮汽车、国轩高科等上千家企业应用,共售出产品4200多台(套),国内市场份额达到27%,市场占有率全国第一。提高了中国家电、汽车动力电池等产品的质量,促进了行业技术进步。

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