[發明專利]一種用于測量物質比熱容和相變潛熱的裝置及方法

有效

• 申請號: 201811231225.2
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109540960B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 張可;閆少敏;余東東;王康;畢勝山;吳江濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種用于測量物質比熱容和相變潛熱的裝置的測量方法，其特征在于，采用的裝置包括量熱器部件與試樣溫度控制部件；其中，量熱器部件包括量熱器(3)，量熱器(3)內裝有量熱液體(14)，量熱器(3)外側纏繞有加熱絲(13)，量熱器(3)底部設置有用于對量熱液體(14)進行攪拌的磁力攪拌器(16)；量熱器(3)內設置有用于測量量熱液體(14)溫度的第一溫度傳感器(5)，量熱器上布置有溫差熱電偶(12)；

試樣溫度控制部件位于量熱器(3)的上方，試樣溫度控制部件包括恒溫鋁塊(6)，恒溫鋁塊(6)內設置有鉑電阻溫度計(9)與被測物質(7)，被測物質(7)外表面或內部設置有第二溫度傳感器(8)；恒溫鋁塊(6)外表面安裝半導體片(10)；

其中，量熱液體(14)為乙二醇；量熱器(3)為雙層套筒結構；量熱器(3)的內套筒外壁面和外套筒內壁面經拋光處理，量熱器(3)的內套筒長徑比為(2.5～10):1，量熱器(3)的材質為鋁；量熱器(3)頂部設置有頂蓋(4)，頂蓋(4)的材質為紫銅，厚度為0.1～0.5mm；

首先根據標定實驗，標定出量熱器(3)的自身熱容w；

將質量為m₀，具有初始溫度的量熱液體(14)置于量熱器(3)中，將量熱器(3)抽真空至100Pa以下，打開磁力攪拌器(16)，實現對量熱液體(14)的攪拌，控制加熱絲(13)的電功率，將量熱液體(14)與量熱器(3)的外套筒的溫差始終控制在±0.1℃之內，將量熱液體(14)的溫度穩定為t₀；

選擇已知比熱容為c的物質作為被測物質(7)，使用的標準物質有乙二醇、氧化鋁、水、或紫銅；控制半導體片(10)的電功率，將恒溫鋁塊(6)的溫度控制為高于t₀ 10℃以上，或低于t₀ 10℃以下；將稱量質量為m的被測物質(7)懸掛于恒溫鋁塊(6)內部并使被測物質(7)的溫度穩定為t_s；

然后，將被測物質(7)置于量熱液體(14)中，待被測物質(7)與量熱液體(14)達到熱平衡，溫度穩定為t_e；

根據熱平衡原理，計算得到量熱器(3)的自身熱容w：

式中c₀為標準物質的比熱容；改變m₀、t₀、m、t_s的值，經過多次標定實驗，取多次標定得到的平均值作為量熱器(3)的自身熱容w；

標定得到量熱器(3)的自身熱容w后，當被測物質(7)為固體或液體物質時，將質量為m₀的量熱液體(14)置于量熱器(3)中控溫穩定為t₀，將質量為m的被測物質(7)懸掛于恒溫鋁塊(6)內部并使被測物質(7)的溫度穩定為t_s；然后，將被測物質(7)置于量熱液體(14)中，待被測物質(7)與量熱液體(14)達到熱平衡，溫度穩定為t_e，則被測物質(7)的比熱容測量結果的計算方法為：

標定得到量熱器(3)的自身熱容w后，當被測物質(7)為固-液相變物質時，設相變材料開始融解的溫度為t₁，全部融化的溫度為t₂；將質量為m₀的量熱液體(14)的溫度穩定為t₀，將質量為m的被測物質(7)在恒溫鋁塊(6)中溫度穩定為t_s；設被測試樣固相比熱為c₁，液相比熱為c₂，相變潛熱為H；

當t₀t₁t₂t_s時，改變被測試樣質量m，被測試樣初始溫度t_s，量熱液體(14)質量m₀，量熱液體初始溫度t₀，進行5～10次實驗，獲得多個關系式；

c₁m(t₁-t_e)+mH+c₂m(t_s-t₂)＝(c₀m₀+w)(t_e-t₀)

根據以上5～10個關系式進行最小二乘擬合，最終同時獲得被測試樣的固相比熱c₁，液相比熱c₂和相變潛熱H；

當t_st₁t₂t₀時，改變被測試樣質量m，被測試樣初始溫度t_s，量熱液體質量m₀，量熱液體初始溫度t₀，進行5～10次實驗，獲得多個關系式

c₁m(t₁-t_s)+mH+c₂m(t_e-t₂)＝(c₀m₀+w)(t₀-t_e)

根據以上5～10個關系式進行最小二乘擬合，最終同時獲得被測試樣的固相比熱c₁，液相比熱c₂和相變潛熱H。