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量熱儀的原理及發(fā)展歷史
量熱儀的原理及發(fā)展歷史

量熱儀可分為：智能漢字及多功能量熱儀、全自動量熱儀、微機(jī)全自動量熱儀、高精度微機(jī)全自動量熱儀，化驗(yàn)數(shù)據(jù)精度高，測量時間短，量熱儀生產(chǎn)技術(shù)符合中國華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)。量熱儀化驗(yàn)煤焦炭發(fā)熱量的工作原理:
    先用一種已知熱值的物質(zhì)（通常用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸）測得整個量熱體系溫度升高一度所需的熱值，即測得該量熱儀的熱容量。如，已知苯甲酸的熱值為26500J／g，燃燒1g的苯甲酸可使量熱體系升高2．65℃，則測得量熱儀的熱容量為10000J／℃；若將1g未知熱值的煤燃燒可使量熱體系升高2℃，則被測煤樣的熱值為20000J／g，若升高2．5℃，則被測煤樣的熱值為25000J/g。也可以這樣認(rèn)為：長高的溫度值和所測物質(zhì)的熱值是成下比例的。
       量熱儀的發(fā)展：
   國內(nèi)使用的量熱儀除了本國生產(chǎn)的儀器，就是一些科研機(jī)構(gòu)用的是美國LECO公司和德國IKA公司生產(chǎn)的，其型號也有恒溫式、絕熱式和雙干式。但不論是哪種型號、哪個廠家生產(chǎn)的，都還沒有脫離自1881年**臺量熱儀誕生以來的基本模式，即包括水套（通常叫作外筒）、內(nèi)筒、燃燒室（通常叫作氧彈）等基本部件組成的體系。一百多年來，特別是近20年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，量熱儀在結(jié)構(gòu)和操作模式方面都進(jìn)行了很大的改進(jìn)，自動化程度大大提高，測試速度更快，精密度、準(zhǔn)確度更高。
       雙干式由于氧彈結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且對環(huán)境條件要求也很苛刻，絕熱式量熱儀由于對溫度的自動跟蹤技術(shù)要求很高，這種型號的量熱儀在市場上比較少見，所以基本上不生產(chǎn)了，國內(nèi)基本上用的全是恒溫式量熱儀?，F(xiàn)在在介紹一下量熱儀的歷史，從*早的量熱儀到現(xiàn)代的量熱儀在以下方面進(jìn)行了比較大的改進(jìn)：
       20世紀(jì)70年代以前，量熱儀用的測溫工具是一種類似普通水銀溫度計(jì)的貝克曼溫度計(jì)，也是通過水銀在玻璃管中的熱脹冷縮來反映溫度的變化，所不同的是為了讀溫更準(zhǔn)確，故將其刻度分得更細(xì)（實(shí)際上是將玻璃管中的毛細(xì)管做得更細(xì)），但這樣就要求將溫度計(jì)做得很長，使用起來不方便且容易損壞。同時考慮到測試過程中只需要測得起點(diǎn)與終點(diǎn)的溫差，并不需要實(shí)際溫度值，而一般實(shí)際測試過程的溫差都在4℃以下，所以溫度計(jì)刻度量程5～6℃即可，但是當(dāng)實(shí)際水溫低時，可能讀不到溫度，即水銀收縮到下方的儲藏室中，而當(dāng)水溫高時，也可能讀不到溫度，即水銀膨脹到超過*大量程。為了解決這個問題，在溫度計(jì)的上方增加一個儲藏室，用來儲藏備用水銀。當(dāng)水溫太低時，從上方儲藏室中倒回一部分水銀到毛細(xì)管中來，當(dāng)水溫太高時，則將毛細(xì)管中的水銀倒回一部分到上方儲藏室中，這樣就保證在任何水溫條件下，貝克曼溫度計(jì)都能讀溫。
       貝克曼溫度計(jì)盡管比普通水銀溫度計(jì)讀溫更準(zhǔn)，但也只能讀到0．001℃（且要借助放大鏡來讀），操作也很麻煩，而且由于制造技術(shù)上的原因，溫度計(jì)毛細(xì)管內(nèi)徑和刻度都不可能十分均勻，因此必須進(jìn)行毛細(xì)孔徑校正和平均分度值校正，這些工作也是相當(dāng)繁瑣的。
       量熱儀的**個改進(jìn)就是將內(nèi)筒水量的人工稱量改為自動稱量，內(nèi)筒水量的多少及其重復(fù)性好壞是影響量熱儀的精密度和準(zhǔn)確度的重要因素。目前國內(nèi)市場的量熱儀內(nèi)筒水量，主要是2000g左右和3000g左右的兩種，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，任何一種型號的量熱儀其內(nèi)筒水量的重復(fù)性應(yīng)小于1g。由人工使用電子臺秤來稱量內(nèi)筒水，既麻煩又容易帶來人為操作不規(guī)范所產(chǎn)生的誤差，改為自動稱量以后提高了工作效率又避免了人為因素的影響，提高了量熱儀的重復(fù)性，使測得的結(jié)果更加準(zhǔn)確。內(nèi)筒水量自動稱取的方式到目前為止有下列三種：量杯式、自動平衡式和電子量杯。
       內(nèi)筒水量由人工稱量改為自動稱量之后，工作效率大大提高，原來做一個樣要40分鐘左右，現(xiàn)在只要15分鐘左右。原來做完試驗(yàn)后，內(nèi)筒的水量要倒掉換新的，現(xiàn)在做完試驗(yàn)后，內(nèi)筒的水要灌回外筒，每次試驗(yàn)后內(nèi)筒的水溫要升高1．5～3．5℃左右，雖然內(nèi)筒水量只有外筒水量的七分之一至十分之一，每次試驗(yàn)后可使外筒水溫升高0．3～0．5℃左右，一個上午可做10個左右的樣，外筒水溫可升高3～5℃左右。
        根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對量熱儀使用的環(huán)境要求，室溫和外筒水溫之差不能超過1．5℃，如果每次試驗(yàn)后的內(nèi)筒水不進(jìn)行降溫處理就直接進(jìn)入外筒的話，少則3次多則5次就可能使外筒水溫超過室溫1．5℃，這樣將影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此，必須將試驗(yàn)后的內(nèi)筒水先進(jìn)行制冷，然后再進(jìn)入外筒參加下一輪的循環(huán)，這樣才能保證外筒水溫與室溫之差始終能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，目前制冷的方式有以下三種：半導(dǎo)體制冷、壓縮機(jī)制冷和自然冷卻。
    攪拌方式除了舊時的葉片攪拌外，增加了磁力攪拌方式，在內(nèi)筒底部的下方安裝一個電機(jī)，在電機(jī)軸上裝一金屬橫檔，橫檔兩端各固定一片圓形磁鐵，在內(nèi)筒里放一圓柱形磁鐵棒（通常稱為攪拌子），當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動橫檔轉(zhuǎn)動，它又帶動內(nèi)筒中的攪拌子旋轉(zhuǎn)，因而將內(nèi)筒中的水?dāng)噭?，使得氧彈中的熱量很快散發(fā)到內(nèi)筒的水中。磁力攪拌方式可以通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到提高攪拌效率和控制攪拌熱的作用。而且電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的熱量不會直接傳入內(nèi)筒的水中，以影響測試的結(jié)果。
    充氧放氣由過去的人工方式改為半自動方式。將過去分離的充氧儀和放氣閥做成一個整體，合二為一，裝在恒溫筒蓋上，配上控制用的氣閥和電路，達(dá)到該充氧的時候充氧，該放氣的時候放氣。自動充氧放氣裝置機(jī)械加工的精度要求比較高，充氧頭與氧彈頭之間如果配合不好的話，該充氧的時候不充氧，該放氣的時候不放氣，同時對減壓閥的要求也比較高，要求減壓閥不能跑表（即設(shè)定多少M(fèi)Pa就是多少M(fèi)Pa，不能有任何變動），如果跑表，特別往高跑將嚴(yán)重威脅使用**，往低跑則影響測試結(jié)果偏小。
    控制方式也有很大的發(fā)展，有用單片計(jì)算機(jī)控制的，也有用通用計(jì)算機(jī)控制的，有用一臺計(jì)算機(jī)控制一個恒溫筒的，也有一臺計(jì)算機(jī)控制兩個恒溫筒或者控制四個恒溫筒，*多有控制八個恒溫筒的。氧彈由三頭氧彈改為單頭氧彈，另一個電極裝在恒溫筒蓋子上，這樣就大大的簡化了氧彈的結(jié)構(gòu)，操作起來更方便，故障也更少。
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