1770年，Josef Black (英國化學(xué)家、物理學(xué)家)提出“量熱儀"一詞，1780年，拉瓦錫(法國化學(xué)家)和拉普拉斯(法國天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家)zui早將量熱儀技術(shù)用于物理和化學(xué)實驗，他們將一只幾內(nèi)亞小鼠放到一個冰桶內(nèi)，通入空氣，小老鼠呼入空氣中的氧氣排出二氧化碳，其自身產(chǎn)生的熱量將一部分冰融化成了水，通過測定下部燒杯中收集到的水可以推算出老鼠釋放的熱量。為了防止熱量向外界散失，冰桶的外部包裹一層冰和水的混合物，由于冰及冰水混合物的溫度均為攝氏零度，所以天然構(gòu)成了一個絕熱體系，現(xiàn)在后人也稱拉瓦錫等設(shè)計的系統(tǒng)為冰量熱儀或相變量熱儀。

氧彈量熱儀是用于測量固體或液體樣品在一個密閉的容器中(氧彈)，充滿氧氣的環(huán)境里，燃燒所產(chǎn)生的熱值?！把鯊椓繜醿x"是經(jīng)常使用的名稱。測量的結(jié)果稱燃燒值、熱值、BUT值等。熱值測量結(jié)果可幫助對產(chǎn)品相關(guān)要素進(jìn)行總結(jié)，如得出品質(zhì)、生理、物理、化學(xué)以及成本方面的結(jié)論。譬如說，煤炭的發(fā)熱量是其定價的主要依據(jù)，飼料的能量是配方師在做配方設(shè)計時首先需要確定下來的重要指標(biāo)。

測定時將1g的固體或液體樣品稱量后放入坩鍋中，將坩鍋置于不銹鋼的容器(氧彈)中。往燃燒容器/氧彈中充滿30bar壓力的氧氣，氧氣的純度為99.95%，樣品在氧彈內(nèi)通過點火絲和綿線引燃，燃燒過程中坩鍋的中心溫度可達(dá)1200°C，同時氧彈內(nèi)的壓力上升。在此條件下，所有的有機物燃燒并氧化。氫生成水，碳生成二氧化碳，樣品中的硫?qū)⒀趸蒘O2，SO3，并溶于水，釋放出一定的熱量（硫酸生成熱），空氣中的氮氣在高壓富氧的條件下，會有少量被氧化生產(chǎn)NO2，溶于水釋放出一定熱量（硝酸生成熱）。

氧彈量熱儀的內(nèi)筒使用的傳熱介質(zhì)為水，氧彈浸沒在水中，燃燒時產(chǎn)生的熱量通過水?dāng)U散出去，為確保燃燒產(chǎn)生的熱量不會從系統(tǒng)傳到外界和外界的熱量不會傳進(jìn)系統(tǒng)里，使用另一個充滿水的容器（外桶OV）作為隔熱的裝置，依據(jù)不同的測定原理和外筒溫度控制，氧彈量熱儀可以分為絕熱式量熱儀和周邊等溫量熱儀。

絕熱量熱儀在實驗中，外桶的溫度（TOV）全程跟蹤內(nèi)桶溫度（TIV）變化而變化。這種絕熱幾乎*隔絕熱傳遞。在保持空調(diào)環(huán)境溫度恒定的條件下，測量幾乎不受任何的外界影響。樣品燃燒所釋放出的熱量都將聚集在內(nèi)筒，并通過內(nèi)筒的溫度傳感器進(jìn)行測量。實驗過程中沒有熱損失，無需像等溫量熱儀一樣做修正計算
其溫升曲線的典型特征為：實驗前期，實驗?zāi)┢诳梢院芸爝_(dá)到“穩(wěn)態(tài)"，即內(nèi)、外筒的溫度達(dá)到平衡，不會隨著時間的推移而變化。

絕熱模式的原理簡單，測定結(jié)果可靠，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)外桶均需要有獨立的冷卻加熱控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)內(nèi)外桶溫度的跟蹤及控制，所需的技術(shù)難度較高，所以后人提出了一種理想化的模型，兩個理想的牛頓流體在一端溫度恒定時，另一端的溫度發(fā)生漸進(jìn)性變化時，兩者間的熱量交換符合牛頓冷卻定律，可以通過瑞方公式、羅-李方程等公式對兩者間的熱量交換做出模擬計算，其結(jié)果就是我們常說的冷卻校正系數(shù)。

等溫測量模式，實驗過程中外桶的溫度（TOV）需要保持恒定。保持外桶溫度恒定不要求內(nèi)外桶的*絕熱，內(nèi)外桶有少量的熱交換。在空調(diào)環(huán)境溫度保持恒定的情況下，需要對內(nèi)外桶間的少量熱交換進(jìn)行修正計算， 其溫升曲線的典型特征是：實驗前期，實驗?zāi)┢跍囟却嬖凇肮拯c"，對溫升終點的判斷較為關(guān)鍵，為了準(zhǔn)確判斷溫度變化的趨勢，即嚴(yán)格按照瑞方公式進(jìn)行測定時，所需的測試時間較長，通過“溫升趨勢"預(yù)斷來縮短測定時間的方法中，即“快速模式"，溫升趨勢的預(yù)判往往成為實驗成敗的關(guān)鍵。

早期的量熱儀產(chǎn)品外筒沒有獨立的冷卻加熱系統(tǒng)，為了在實驗的前期和末期之間盡量保持外筒水溫的基本一致，外筒的水箱容量通常為內(nèi)筒的的5-10倍，通常為10-20L，但由于外筒沒有冷卻設(shè)備，測定結(jié)束后內(nèi)筒的水也循環(huán)進(jìn)入外筒，所以經(jīng)過數(shù)次測定后外筒溫度容易出現(xiàn)緩慢升高的現(xiàn)象，影響了測定的準(zhǔn)確性。

現(xiàn)在的氧彈量熱儀技術(shù)日新月異，從結(jié)構(gòu)到功能上均發(fā)生了許多的變化，測定時間較早期的手工操作的量熱儀而言已極大地縮短，測定精度對于一些進(jìn)口品牌而言，其5次苯甲酸標(biāo)定過程中的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差已可以達(dá)到0.05%，如德國IKA公司，對于國產(chǎn)儀器而言，一些好的品牌其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差也可以控制在0.1-0.15%之間。

從結(jié)構(gòu)而言，由于恒溫水浴等技術(shù)的使用，量熱儀已拋棄了傳統(tǒng)的大肚子外筒，內(nèi)筒的水量也控制在標(biāo)準(zhǔn)要求的下限，這樣其熱容量（水當(dāng)量）將相應(yīng)減少，溫度的平衡時間也將縮短。

氧彈的結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，充氧接口與放氣接口合并，點火電極與氧彈彈體構(gòu)成點火電路，其主要目的是盡量減少在氧彈上的開口，因為每一個開口對氧彈都意味著增加了額外安全隱患，都意味著需要額外增加密封圈等配件和更多的操作者維護(hù)，氧彈的外形設(shè)計也發(fā)生著明顯的變化，氧彈一般由彈筒，彈蓋和螺紋環(huán)三個部件組成，傳統(tǒng)的氧彈其接口放在了上部，相互間用密封環(huán)密封，我們知道在點火燃燒時熱量集中在中上部，并通過上部對外擴散，由于密封環(huán)的阻隔其導(dǎo)熱速率將明顯下降，德國IKA公司推出的C6000系列氧彈，采用了*的倒扣式設(shè)計，接口放在了氧彈的下部，氧彈頂端是一體的圓形弧頂，實驗過程中的熱量將更易向內(nèi)筒擴散，也更容易達(dá)到溫度的平衡，而且在保證其zui高330bar的耐壓測試標(biāo)準(zhǔn)的同時，將氧彈重量降低了30%，這樣實驗?zāi)┢诘臏囟绕胶鈺r間將大大縮短，所以其絕熱模式的測定時間從原來的15分鐘降到了8分鐘，周邊等溫模式的測定時間從22分鐘降低到了12分鐘。

從功能而言，氧彈量熱儀已經(jīng)高度自動化，自動充水，自動排水，有獨立的冷卻循環(huán)水浴和加熱系統(tǒng)構(gòu)成了自動量熱儀的水循環(huán)系統(tǒng)，自動充氧，自動排廢氣，可以根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)的要求對氧彈數(shù)次充氧放氣已完成氧彈內(nèi)部空氣的凈化，氧彈自動識別，自動點火，像一些先進(jìn)的儀器如德國IKA公司的C6000等，甚至可以每次測定點火的能量，自動扣除并自動計算熱值，測定結(jié)果更為準(zhǔn)確。

如上所述，下一代的氧彈量熱儀產(chǎn)品必將是在滿足標(biāo)準(zhǔn)精密度，安全性等基礎(chǔ)上，逐步趨向于小型化，自動化，快速測定等優(yōu)化操作減少勞動量的設(shè)計，而且儀器的工作表現(xiàn)需要更為穩(wěn)定。



 

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