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量热仪的原理及发展历史

编辑:莆田中智乔重工有限公司   字号:
摘要:量热仪的原理及发展历史
量热仪的发展:

目前国内使用的量热仪除了本国生产的仪器,就是一些科研机构用的是美国LECO公司和德国IKA公司生产的,其型号也有恒温式、绝热式和双干式。但不论是哪种型号、哪个厂家生产的,都还没有脱离自1881年第一台量热仪诞生以来的基本模式,即包括水套(通常叫作外筒)、内筒、燃烧室(通常叫作氧弹)等基本部件组成的体系。一百多年来,特别是近20年来,随着计算机技术的飞速发展,量热仪在结构和操作模式方面都进行了很大的改进,自动化程度大大提高,测试速度更快,精密度、准确度更高。

双干式由于氧弹结构非常复杂,且对环境条件要求也很苛刻,绝热式量热仪由于对温度的自动跟踪技术要求很高,这种型号的量热仪在市场上比较少见,所以基本上不生产了,国内基本上用的全是恒温式量热仪。现在在介绍一下量热仪的历史,从最早的量热仪到现代的量热仪在以下方面进行了比较大的改进:

20世纪70年代以前,量热仪用的测温工具是一种类似普通水银温度计的贝克曼温度计,也是通过水银在玻璃管中的热胀冷缩来反映温度的变化,所不同的是为了读温更准确,故将其刻度分得更细(实际上是将玻璃管中的毛细管做得更细),但这样就要求将温度计做得很长,使用起来不方便且容易损坏。同时考虑到测试过程中只需要测得起点与终点的温差,并不需要实际温度值,而一般实际测试过程的温差都在4℃以下,所以温度计刻度量程5~6℃即可,但是当实际水温低时,可能读不到温度,即水银收缩到下方的储藏室中,而当水温高时,也可能读不到温度,即水银膨胀到超过最大量程。为了解决这个问题,在温度计的上方增加一个储藏室,用来储藏备用水银。当水温太低时,从上方储藏室中倒回一部分水银到毛细管中来,当水温太高时,则将毛细管中的水银倒回一部分到上方储藏室中,这样就保证在任何水温条件下,贝克曼温度计都能读温。

贝克曼温度计尽管比普通水银温度计读温更准,但也只能读到0.001℃(且要借助放大镜来读),操作也很麻烦,而且由于制造技术上的原因,温度计毛细管内径和刻度都不可能十分均匀,因此必须进行毛细孔径校正和平均分度值校正,这些工作也是相当繁琐的。

量热仪的第二个改进就是将内筒水量的人工称量改为自动称量,内筒水量的多少及其重复性好坏是影响量热仪的精密度和准确度的重要因素。目前国内市场的量热仪内筒水量,主要是2000g左右和3000g左右的两种,根据国家标准的要求,任何一种型号的量热仪其内筒水量的重复性应小于1g。由人工使用电子台秤来称量内筒水,既麻烦又容易带来人为操作不规范所产生的误差,改为自动称量以后提高了工作效率又避免了人为因素的影响,提高了量热仪的重复性,使测得的结果更加准确。内筒水量自动称取的方式到目前为止有下列三种:量杯式、自动平衡式和电子量杯。

内筒水量由人工称量改为自动称量之后,工作效率大大提高,原来做一个样要40分钟左右,现在只要15分钟左右。原来做完试验后,内筒的水量要倒掉换新的,现在做完试验后,内筒的水要灌回外筒,每次试验后内筒的水温要升高1.5~3.5℃左右,虽然内筒水量只有外筒水量的七分之一至十分之一,每次试验后可使外筒水温升高0.3~0.5℃左右,一个上午可做10个左右的样,外筒水温可升高3~5℃左右。

根据国家标准对量热仪使用的环境要求,室温和外筒水温之差不能超过1.5℃,如果每次试验后的内筒水不进行降温处理就直接进入外筒的话,少则3次多则5次就可能使外筒水温超过室温1.5℃,这样将影响测试结果的准确性。为此,必须将试验后的内筒水先进行制冷,然后再进入外筒参加下一轮的循环,这样才能保证外筒水温与室温之差始终能满足国家标准的要求,目前制冷的方式有以下三种:半导体制冷、压缩机制冷和自然冷却。
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