[發明專利]一種基于惠斯登電橋的自組型量熱裝置

在審

• 申請號: 201710431156.9
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107091857A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 聶兆廣;胡艷芳;鄭藝華;姜叢慧;林伯群;吳依玲
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G01N25/48
• 分類號: G01N25/48
• 代理公司: 青島高曉專利事務所37104
• 代理人: 黃曉敏

技術領域：

本發明屬于量熱設備技術領域，涉及一種量熱裝置，特別是一種基于惠斯登電橋的自組型量熱裝置，將電學中惠斯登電橋原理應用到化學反應過程的量熱裝置中。

背景技術：

放熱反應摩爾焓變是化學反應的一個重要參數，目前很多放熱反應摩爾焓變的數據都是未知的，根據換熱流體的流量和溫度變化等測量參數就可計算出放熱反應摩爾焓變，而當其他條件相同時，只需測量出反應的溫度變化就可間接地研究化學反應的熱效應了。由于實驗測量的熱效應與實際值相差較大，為了獲取準確的反應溫度數據，設計一種可靠、實用、經濟的量熱裝置，能夠測量反應放熱過程中液體的溫度，并要求量熱裝置絕熱性好，熱損失小，在測量前需溫度校正，同時還需溫度補償來抵消環境溫度波動對溫度測量系統的影響，這樣才能提高測量的精度和穩定性，保證較好的實驗效果。

自從Hirobe提出量熱裝置的概念以來，量熱技術已經取得了長足的發展。目前，應用較為廣泛的量熱裝置主要有注入式量熱計、溫度滴定量熱計、熱導式量熱計和等速流動量熱計，從測量原理上又可以分為溫差式量熱計和補償型量熱計，其中，注入式量熱計既可以是溫差型的也可以是補償型的，溫度滴定量熱計和等速流動量熱計均為溫差型，熱導式量熱計為補償型。中國專利CN205049262公開了一種熱量的測量裝置，具體涉及一種臨界溫度液體混合過程過量焓的變溫補償量熱裝置，具有一定的局限性；中國專利CN204694657描述了一個材料熱分析的微型量熱儀，其僅設置有一個被測樣品平臺，并且能實現熱流變化曲線繪制，但其設置復雜且成本較高。綜上所述，現有的量熱裝置由于各方面條件的限制，因此存在著精確度低、信號輸出的穩定性差、成本高等缺點。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種基于惠斯登電橋的具有溫度校正和溫度補償功能的自組型量熱裝置，用于測試微量化學反應過程中熱效應，即溫度微量變化的數據。

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種化學反應過程中溫度補償型量熱裝置。本發明旨在解決兩個主要難點問題：(1)反應裝置絕熱性能差。(2)恒溫體系溫度變化幅度小，溫度測試的準確性和精確度難于保證。本發明合理得設計了自組型惠斯登電橋裝置，還有放大器、A/D轉換器和記錄儀，確保了量熱過程的準確性、精確性和穩定性等。

為了實現上述目的，本發明的主體結構包括自組型惠斯登電橋裝置、放大器、轉換器和記錄儀，自組型惠斯登電橋裝置、放大器、轉換器和記錄儀順序依次電連接，自組型惠斯登電橋裝置包括惠斯登電橋、參比柱和樣品柱，其中參比柱和樣品柱的結構相同，均包括加料管、隔熱帽、保溫棉和反應容器，反應容器的外側緊密包裹保溫棉，反應容器的頂端蓋有與其配合使用的隔熱帽，以保證絕熱性良好，減小化學反應過程中的熱損失，隔熱帽上插有加料管，通過加料管向反應容器內加入試劑；惠斯登電橋包括第一熱敏電阻、第二熱敏電阻、固定電阻、滑動變阻器和檢流計，固定電阻的電阻值在滑動變阻器電阻變化范圍內，第一熱敏電阻和第二熱敏電阻的結構性質相同，第一熱敏電阻和第二熱敏電阻分別安裝在參比柱和樣品柱的反應容器內，用于感應參比柱和樣品柱中的溫度變化，達到溫度補償的功能；固定電阻和第一熱敏電阻串聯，滑動變阻器和第二熱敏電阻串聯，兩個串聯電路并聯，滑動變阻器用于溫度校正，惠斯登電橋的b端和d端之間設有檢流計,用于檢測惠斯登電橋是否平衡或者所在支路有無電流。

本發明的工作原理為：在化學反應量熱前，通過調節滑動變阻器來校準溫度基線，溫度校正后再反應量熱，當參比柱和樣品柱中反應一樣時，惠斯登電橋平衡，檢流計檢測不出電流或者電流很小可忽略不計；當參比柱和樣品柱反應有差別時，即當參比柱和樣品柱中的溫度有偏差時，檢流計測出溫差，并將溫度信號轉變為電流信號輸出，輸出的電流信號經放大器放大后，再經轉換器整理后輸出并由記錄儀記錄，得到所需要的化學反應的量熱數據。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：一是樣品柱和參比柱的結構確保了其保溫性能良好，熱損失??；二是利用惠斯登電橋上的滑動變阻器在測量前進行溫度校正，大大提高測量結果的準確性；三是利用結構相同的樣品柱和參比柱并結合惠斯登電橋，消除了環境溫度波動對測量結果的影響，使測量結果的準確性提高；四是利用放大器使流經惠斯登電橋的電流保持在一個很小的變化范圍內，不僅擴展了量程，還提高其測量的精確度與靈敏度；五是僅對惠斯登電橋增加反應柱、放大器、A/D轉換器和記錄儀，這比許多量熱儀操作要簡便而且成本較低，同時也使輸出信號的穩定性大大地提高了；其結構簡單，操作方便，測量數據精確，成本低，同時具有溫度校正、溫度補償和數據記錄等功能。