1．量熱儀的原理

量熱儀的測試原理是先用一種已知熱值的物質通常用標準物質苯甲酸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

2．量熱儀的發展

目前國內使用的量熱儀除國產的外還有美國LECO公司和德國IKA公司生產的其型號也有恒溫式絕熱式和雙干式但不論是哪種型號哪個廠家生產的都還沒有脫離自1881年第一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隨著計算機技術的飛速發展量熱儀在結構和操作模式方面都進行了很大的改進自動化程度大大提高測試速度更快精密度準確度更高

雙干式由于氧彈結構非常復雜且對環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所以基本上不生產了故本文所談的主要是恒溫式量熱儀

從最早的量熱儀到現代的量熱儀在以下方面進行了比較大的改進

20世紀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的貝克曼溫度計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確故將其刻度分得更細實際上是將玻璃管中的毛細管做得更細但這樣就要求將溫度計做得很長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與終點的溫差并不需要實際溫度值而一般實際測試過程的溫差都在4℃以下所以溫度計刻度量程5～6℃即可但是當實際水溫低時可能讀不到溫度即水銀收縮到下方的儲藏室中而當水溫高時也可能讀不到溫度即水銀膨脹到超過最大量程為了解決這個問題在溫度計的上方增加一個儲藏室用來儲藏備用水銀當水溫太低時從上方儲藏室中倒回一部分水銀到毛細管中來當水溫太高時則將毛細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貝克曼溫度計都能讀溫

貝克曼溫度計盡管比普通水銀溫度計讀溫更準但也只能讀到0．001℃且要借助放大鏡來讀操作也很麻煩而且由于制造技術上的原因溫度計毛細管內徑和刻度都不可能十分均勻因此必須進行毛細孔徑校正和平均分度值校正這些工作也是相當繁瑣的

量熱儀的第二個改進就是將內筒水量的人工稱量改為自動稱量內筒水量的多少及其重復性好壞是影響量熱儀的精密度和準確度的重要因素目前國內市場的量熱儀內筒水量主要是2000g左右和3000g左右的兩種根據國家標準的要求任何一種型號的量熱儀其內筒水量的重復性應小于1g由人工使用電子臺秤來稱量內筒水既麻煩又容易帶來人為操作不規范所產生的誤差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性使測得的結果更加準確內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現在只要15分鐘左右原來做完試驗后內筒的水量要倒掉換新的現在做完試驗后內筒的水要灌回外筒每次試驗后內筒的水溫要升高1．5～3．5℃左右雖然內筒水量只有外筒水量的七分之一至十分之一每次試驗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｜根據國家標準對量熱儀使用的環境要求室溫和外筒水溫之差不能超過1．5℃如果每次試驗后的內筒水不進行降溫處理就直接進入外筒的話少則3次多則5次就可能使外筒水溫超過室溫1．5℃這樣將影響測試結果的準確性為此必須將試驗后的內筒水先進行制冷然后再進入外筒參加下一輪的循環這樣才能保證外筒水溫與室溫之差始終能滿足國家標準的要求目前制冷的方式有以下三種半導體制冷壓縮機制冷和自然冷卻

攪拌方式除了舊時的葉片攪拌外增加了磁力攪拌方式在內筒底部的下方安裝一個電機在電機軸上裝一金屬橫檔橫檔兩端各固定一片圓形磁鐵在內筒里放一圓柱形磁鐵棒通常稱為攪拌子當電機轉動時帶動橫檔轉動它又帶動內筒中的攪拌子旋轉因而將內筒中的水攪勻使得氧彈中的熱量很快散發到內筒的水中磁力攪拌方式可以通過調整電機的轉速達到提高攪拌效率和控制攪拌熱的作用而且電機轉動產生的熱量不會直接傳入內筒的水中以影響測試的結果

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即設定多少MPa就是多少MPa不能有任何變動如果跑表特別往高跑將嚴重威脅使用安全往低跑則影響測試結果偏小

控制方式也有很大的發展有用單片計算機控制的也有用通用計算機控制的有用一臺計算機控制一個恒溫筒的也有一臺計算機控制兩個恒溫筒或者控制四個恒溫筒最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構操作起來更方便故障也更少