量熱計(jì)

1780年，安托萬(wàn)·洛朗德·拉瓦錫（法國(guó)化學(xué)家）用這種裝置測(cè)量一只豚鼠的發(fā)熱量。來(lái)自豚鼠呼吸的熱量融化了熱量計(jì)周圍的雪，表明呼吸是一種燃燒，類似于燃燒蠟燭。他將實(shí)驗(yàn)用的這種裝置命名為熱量計(jì)。

量熱計(jì)絕熱量熱器

一個(gè)絕熱熱量計(jì)是用來(lái)檢查失控反應(yīng)量熱計(jì)。由于量熱儀在絕熱環(huán)境中運(yùn)行，因此受試材料樣品產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致樣品溫度升高，從而加速反應(yīng)。

沒(méi)有絕熱量熱器是完全絕熱的，一些熱量會(huì)被樣品丟到樣品架上。phi因子（一種數(shù)學(xué)校正因子）可用于調(diào)整量熱結(jié)果以考慮這些熱損失。披因子是之比熱質(zhì)量的樣品和樣品保持器的單獨(dú)樣品的熱質(zhì)量。

量熱計(jì)反應(yīng)量熱計(jì)

反應(yīng)量熱計(jì)是在密閉的絕熱容器內(nèi)開(kāi)始化學(xué)反應(yīng)的量熱計(jì)。測(cè)量反應(yīng)熱，并通過(guò)積分熱流與時(shí)間獲得總熱量。這是工業(yè)上用于測(cè)量加熱的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)楣I(yè)過(guò)程設(shè)計(jì)為在恒定溫度下運(yùn)行。反應(yīng)量熱也可用于確定化學(xué)過(guò)程工程的最大熱釋放速率以及跟蹤反應(yīng)的總體動(dòng)力學(xué)。

測(cè)量反應(yīng)量熱器中的熱量有四種主要方法：

1. 熱流量量熱儀：冷卻/加熱夾套控制過(guò)程的溫度或夾套的溫度。通過(guò)監(jiān)測(cè)傳熱流體和過(guò)程流體之間的溫差來(lái)測(cè)量熱量。另外，必須確定填充體積（即濕潤(rùn)面積），比熱，傳熱系數(shù)以達(dá)到正確的值。這種類型的熱量計(jì)可以在回流條件下進(jìn)行反應(yīng)，精度不是很好。

2. 熱平衡量熱儀：冷卻/加熱夾套控制過(guò)程的溫度。通過(guò)監(jiān)測(cè)傳熱流體所獲得或損失的熱量來(lái)測(cè)量熱量。

3. 功率補(bǔ)償：功率補(bǔ)償使用放置在容器內(nèi)的加熱器來(lái)保持恒定的溫度。供應(yīng)給該加熱器的能量可以根據(jù)反應(yīng)的需要而變化，并且量熱信號(hào)純粹來(lái)源于該電力。

4. 恒定通量：恒定流量熱量測(cè)定法（或稱為COFLUX）是從熱量平衡量熱法得出的，并使用專門的控制機(jī)制來(lái)保持穿過(guò)血管壁的恒定熱流（或流量）。

量熱計(jì)炸彈型

炸彈量熱計(jì)是用于測(cè)量特定反應(yīng)的燃燒熱量的一種恒定量熱量計(jì)。在測(cè)量反應(yīng)時(shí)，炸彈量熱儀必須承受量熱儀內(nèi)的巨大壓力。電能被用來(lái)點(diǎn)燃燃料; 當(dāng)燃料燃燒時(shí)，它將加熱周圍的空氣，空氣膨脹并通過(guò)導(dǎo)管將空氣引出量熱計(jì)。當(dāng)空氣通過(guò)銅管逸出時(shí)，也會(huì)加熱管外的水。水溫的變化允許計(jì)算燃料的卡路里含量。

量熱計(jì)Calvet型

該檢測(cè)基于三維流量計(jì)傳感器。流量計(jì)元件由幾個(gè)串聯(lián)的熱電偶環(huán)組成。相應(yīng)的熱導(dǎo)率高的熱電堆圍繞量熱塊內(nèi)的實(shí)驗(yàn)空間。熱電堆的徑向排列保證了熱量的幾乎完全的整合。這通過(guò)計(jì)算效率比來(lái)驗(yàn)證，這表明在Calvet型熱量計(jì)的整個(gè)溫度范圍內(nèi)，通過(guò)傳感器的熱量的平均值為94%±1%。在此設(shè)置中，量熱儀的靈敏度不受坩堝，凈化氣體類型或流量的影響。設(shè)置的主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)容器尺寸的增加以及因此樣品的尺寸，量熱探測(cè)器的校準(zhǔn)是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，必須非常謹(jǐn)慎地執(zhí)行。對(duì)于Calvet型熱量計(jì)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了特定的校準(zhǔn)（所謂的焦耳效應(yīng)或電校準(zhǔn)）以克服用標(biāo)準(zhǔn)材料進(jìn)行校準(zhǔn)所遇到的所有問(wèn)題。

量熱計(jì)差示掃描

在差示掃描量熱儀（DSC）中，通常將包含在小鋁囊或“鍋”中的樣品中的熱量流量差異地進(jìn)行測(cè)量，即將其與流入空的參考鍋中的流量進(jìn)行比較。

在熱通量 DSC中，兩個(gè)平底鍋?zhàn)谝阎ㄐ?zhǔn)的）耐熱性K的材料的小塊上。量熱儀的溫度隨時(shí)間線性增加（掃描），即加熱速率dT/dt =β保持不變。這次線性需要良好的設(shè)計(jì)和良好的（電腦化）溫度控制。當(dāng)然，控制冷卻和等溫實(shí)驗(yàn)也是可能的。

熱量通過(guò)傳導(dǎo)流入兩個(gè)平底鍋。由于其熱容量 C_p，熱量進(jìn)入樣品的流量較大。流量差dq/dt引起板坯兩端的小溫差ΔT。這個(gè)溫度差是使用熱電偶測(cè)量的。原則上可以從這個(gè)信號(hào)確定熱容量。

量熱計(jì)等溫滴定

在等溫滴定熱量計(jì)中，使用反應(yīng)熱來(lái)進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)。這允許確定反應(yīng)的中點(diǎn)（化學(xué)計(jì)量）（N）以及其焓（ΔH），熵（ΔS）并且主要考慮結(jié)合親和力（Ka）

該技術(shù)尤其在生物化學(xué)領(lǐng)域具有重要意義，因?yàn)樗兄诖_定底物與酶的結(jié)合。該技術(shù)通常用于制藥行業(yè)以表征潛在的候選藥物。

熱量計(jì)是用于對(duì)象量熱法，或測(cè)量的熱的過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)或物理變化，以及熱容量。差示掃描量熱儀，等溫微量熱儀，滴定量熱儀和加速量熱儀是最常見(jiàn)的類型之一。一個(gè)簡(jiǎn)單的量熱計(jì)就是由一個(gè)溫度計(jì)組成，該溫度計(jì)安裝在一個(gè)懸浮在燃燒室上方的充滿水的金屬容器中。它是熱力學(xué)，化學(xué)和生物化學(xué)研究中使用的測(cè)量裝置之一。

為了找出兩種物質(zhì)A和B之間反應(yīng)中每摩爾物質(zhì)A 的焓變，將這些物質(zhì)加入到量熱計(jì)中，記錄初始和最終溫度（反應(yīng)開(kāi)始之前和結(jié)束之后）。將溫度變化乘以物質(zhì)的質(zhì)量和比熱容給出反應(yīng)過(guò)程中釋放或吸收的能量的值。將能量變化除以A有多少摩爾A給出了其反應(yīng)的焓變。

量熱計(jì)測(cè)定焓的基本原理是將一定量待測(cè)萘樣品在氧彈中完全燃燒，燃燒時(shí)放出的熱量使量熱計(jì)本身及氧彈周圍介質(zhì)的溫度升高。通過(guò)測(cè)定燃燒前后量熱計(jì)（包括氧彈周圍介質(zhì)）溫度的變化值，就可以求出該樣品的燃燒熱（焓）。

量熱計(jì)測(cè)定焓實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1、用氧彈量熱計(jì)測(cè)定萘的摩爾燃燒焓。

2、了解熱量計(jì)中主要部分的作用，掌握氧彈量熱機(jī)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

量熱計(jì)測(cè)定焓實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)采用氧彈式量熱機(jī)測(cè)定萘的燃燒焓，測(cè)量的基本原理是將一定量待測(cè)萘樣品在氧彈中完全燃燒，燃燒時(shí)放出的熱量使量熱計(jì)本身及氧彈周圍介質(zhì)的溫度升高。通過(guò)測(cè)定燃燒前后量熱計(jì)（包括氧彈周圍介質(zhì)）溫度的變化值，就可以求出該樣品的燃燒熱。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的是恒容反應(yīng)熱Q_V，通過(guò)

即可計(jì)算得到萘的摩爾燃燒焓Δ_CH_m。

整個(gè)量熱計(jì)可看做一個(gè)等容絕熱系統(tǒng)，其熱力學(xué)能變?chǔ)為零。ΔU可表示為

已知m_B，Q_V,B，ΔT，則上式為：m_B Q_V，B lQ_l KΔT=0

實(shí)驗(yàn)測(cè)得熱容量K后，根據(jù)上式計(jì)算Q_V,B，進(jìn)而換算為樣品的摩爾熱力學(xué)能變?chǔ)?sub>CU_m(B,T)，再算出樣品的摩爾燃燒焓D_cH_m(B,T)。

本實(shí)驗(yàn)用已知標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓的苯甲酸[Δ_CH_{m(苯甲酸，s,298.15K)}= -3226.71kJ/mol]來(lái)測(cè)定量熱計(jì)的熱容量K，Ql= -6.699J·cm。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定萘的摩爾燃燒焓。

由于量熱計(jì)無(wú)法做到完全絕熱，因此燃燒前后溫度差的測(cè)量值須經(jīng)雷諾溫度校正圖校正。

量熱計(jì)測(cè)定焓實(shí)驗(yàn)儀器、試劑

儀器：氧彈量熱計(jì)一臺(tái)，壓片機(jī)一臺(tái)，萬(wàn)用表一只，貝克曼溫度計(jì)一支，溫度計(jì)（0℃~100℃）一支，點(diǎn)火絲，容量瓶（1000ml）一只，氧氣鋼瓶及減壓閥一只

試劑：萘（A.R），苯甲酸（A.R）

量熱計(jì)測(cè)定焓實(shí)驗(yàn)裝置

量熱計(jì)測(cè)定焓實(shí)驗(yàn)步驟

1、熱量容K的測(cè)定

⑴準(zhǔn)確截取15cm的引燃絲，將引燃絲中部繞成環(huán)狀。

⑵稱取苯甲酸0.7763g，在壓片機(jī)上壓成片狀。將樣品在桌面上敲擊2~3次，再在分析天平上準(zhǔn)確稱量。

⑶擰開(kāi)氧彈蓋放在專用支架上，將彈內(nèi)洗凈，擦干。分別將引燃絲兩端固定在氧彈內(nèi)兩電極柱上，藥片置于不銹鋼坩堝中，使引燃絲接觸藥片表面，蓋上氧彈蓋并擰緊。

⑷打開(kāi)氧氣瓶閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，使壓力達(dá)到1~2MPa。將氧彈置于充氧器底座上，使進(jìn)氣口對(duì)準(zhǔn)充氧器的出氣口。充氧至充氧器壓力表值約為1.0MPa，用放氣閥將氧彈中的氧氣放出，然后再次充氧約1 MPa，浸入水中檢查是否漏氣，確認(rèn)密封良好后進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

⑸將充有氧氣的氧彈放入內(nèi)桶底座上，檢查攪拌葉片是否正常工作。量取低于室溫的3000ml自來(lái)水倒入內(nèi)桶中，，將貝克曼溫度計(jì)的傳感器豎直插入量熱計(jì)蓋上的孔中，其末端應(yīng)處于氧彈高度的1/2處。插好點(diǎn)火插頭，裝好攪拌器，打開(kāi)控制箱的電源開(kāi)關(guān)，按下“攪拌”鍵。攪拌內(nèi)桶水。儀表開(kāi)始顯示內(nèi)桶水溫。

⑹約5min~6min后，系統(tǒng)溫度達(dá)到恒定時(shí)，開(kāi)始初期溫度讀數(shù)，每隔30s讀數(shù)一次。當(dāng)讀第10次時(shí)，將開(kāi)關(guān)旋至點(diǎn)火檔，仍每隔30s讀一次主期溫度讀數(shù)，直至兩次溫差小于0.005℃時(shí)，再繼續(xù)讀溫10次，讀數(shù)精確到0.005℃。

⑺停止攪拌，取出溫度計(jì)傳感器，拔掉引火導(dǎo)線，取出氧彈并擦于其外殼，放掉氧氣，打開(kāi)氧彈蓋，檢查燃燒是否完全。若內(nèi)有積碳，則說(shuō)明此實(shí)驗(yàn)失敗，需重做。若無(wú)積碳，則說(shuō)明實(shí)驗(yàn)成功。取出為燒完的點(diǎn)火絲，測(cè)量其長(zhǎng)度。

⑻洗凈并擦干氧彈內(nèi)外壁，將內(nèi)桶蒸餾水倒入儲(chǔ)水桶，擦干全部設(shè)備。待氧彈及內(nèi)桶和攪拌器溫度與室溫平衡后再做下一步實(shí)驗(yàn)。

2、萘的恒熔燃燒熱值測(cè)定

稱取0.6945g左右的萘，實(shí)驗(yàn)步驟同上。

量熱計(jì)測(cè)定焓數(shù)據(jù)記錄與處理

室溫： 12.8℃ 大氣壓力：101.54KPa

⑴苯甲酸的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

樣品質(zhì)量：0.626g 引燃絲初始長(zhǎng)度：13.21cm

剩余引燃絲長(zhǎng)度：3.7cm

⑵萘的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

樣品質(zhì)量：0.571g 引燃絲初始長(zhǎng)度：12.21cm

剩余引燃絲長(zhǎng)度：3.49cm

苯甲酸燃燒前后所得的一系列水溫和時(shí)間關(guān)系圖（大致趨勢(shì)如圖1）

萘燃燒前后所得的一系列水溫和時(shí)間關(guān)系圖（大致趨勢(shì)如圖2）

最后計(jì)算實(shí)驗(yàn)的相對(duì)誤差。

量熱計(jì)測(cè)定焓結(jié)果與討論

1.造成誤差的原因有：

a試劑如果不純，就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)定

b在校正雷諾溫度時(shí)，看圖讀數(shù)會(huì)有誤差

c引燃絲不是直的，導(dǎo)致測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)讀數(shù)會(huì)有所偏差

2、用氧彈量熱計(jì)測(cè)定燃燒焓時(shí)，要盡可能在接近絕熱的條件下進(jìn)行，但我們的實(shí)驗(yàn)中不可能完全接近絕熱。 2100433B

熱阻式熱流計(jì)是測(cè)量固體傳導(dǎo)熱流或表面熱量損失的儀表，它還可以與熱電偶(或熱電阻)溫度計(jì)配合使用，測(cè)量各種材料或保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)和傳熱系數(shù)等。熱阻式熱流計(jì)由熱阻式熱流傳感器和熱流顯示儀兩部分組成．熱阻式熱流傳感器將熱流信號(hào)變換成電信號(hào)輸出，供指示儀表顯示測(cè)量數(shù)值。

熱量自動(dòng)檢測(cè)儀表熱阻式熱流傳感器的構(gòu)造

常用的熱阻式熱流傳感器有平板式傳感器和可撓式傳感器。如圖《熱流傳感器的結(jié)構(gòu)》所示。

平板式熱流傳感器是由若干塊熱電堆片鑲嵌于一塊有邊框的基板中制成?；宄叽缫话銥?30 X 130mm，材料是厚1mm的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維板，中間挖空(挖空尺寸是100×100mm)。挖下的材料剪成小條，尺寸約為10 X100mm，作為制作熱電堆的基板?；迳嫌忙?.2mm裸康銅絲均勻繞100～120圈，經(jīng)電鍍制成熱電堆板，并用環(huán)氧樹(shù)脂封于邊框中，然后將各熱電堆的引出線相互串接，二端頭焊于接線片上，最后在表而貼上滌綸薄膜作為保護(hù)層，即為平板式熱流傳感器。

可撓式熱流傳感器為了彎曲而做成長(zhǎng)方形。它采用甲基乙稀基硅橡膠為原料，用過(guò)氧乙烯作固化劑，根據(jù)傳感器所需要的顏色選擇著色劑和填充劑，經(jīng)配制混合制成約2mm厚的生膠片。由于硅橡膠的生膠片很軟，無(wú)法直接在上面繞康銅絲，所以用賽珞璐片卷在一塊1mm厚的層壓板條上做成臨時(shí)基板，再在上面繞線、經(jīng)電鍍后做成熱電堆片。并將硅橡膠的生膠片裁成所需大小，中間挖出槽，在挖出的長(zhǎng)條中，仔細(xì)地將熱電堆片裝填入，把熱電堆串聯(lián)接好，并用聚四氟乙烯絕緣導(dǎo)線作為熱流傳感器的引出線。在組裝好的熱電堆元件的上下兩面上覆蓋硅橡膠生膠薄片，放在壓制模中，經(jīng)250℃溫度的橡膠壓制機(jī)上壓制成型，又在150℃溫度下經(jīng)8h的老化處理，就制成可撓式的熱流傳感器。

熱電堆金屬絲的粗細(xì)、電鍍層的厚薄、雜質(zhì)含率及鍍銅層粘結(jié)情況等有所不同，都將影響熱流傳感器系數(shù)C值，因此對(duì)每個(gè)熱流傳感器必須分別標(biāo)定，得到每片傳感器的系數(shù)。在使用熱流傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，也必須按照每個(gè)傳感器的標(biāo)定曲線或系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

為了使熱流傳感器能互換，每個(gè)傳感器都應(yīng)有一致的性能。在傳感器兩端并上電阻，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使熱流傳感器系數(shù)一致化，這樣便制成能互換的、傳感器系數(shù)一致化的，使用方便的熱流傳感器了。