[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

一種用于測量物質比熱容和相變潛熱的裝置及方法，包括量熱器部件與試樣溫度控制部件；量熱器部件包括量熱器，量熱器底部設置有用于對量熱器內的量熱液體進行攪拌的磁力攪拌器；量熱器內設置有溫差熱電偶以及第一溫度傳感器；試樣溫度控制部件位于量熱器的上方，試樣溫度控制部件包括恒溫鋁塊，恒溫鋁塊內設置有鉑電阻溫度計與被測試樣，被測試樣上設置有第二溫度傳感器；量熱液體為乙二醇；量熱器為雙層套筒結構。本發明可以對固體、液體的比熱容及固?液相變材料的相變潛熱進行精確測量，裝置穩定性好，可測量的溫度范圍較寬，可用于工業以及科研中材料比熱容和相變潛熱的測量，也可用于能源動力類相關專業課程實驗的教學。

技術領域

本發明涉及物質的熱物理性質測量，特別涉及到一種用于測量物質比熱容和相變潛熱的裝置及方法，可以用于能源動力類與熱力學相關專業課程實驗的教學，也可用于工業及科研中相關物質比熱容和相變潛熱的測量。

背景技術

比熱容是熱力學中常用的一個物理量，表示物體吸熱或者散熱的能力，不同物質有不同的比熱容，比熱容是物質的一種特性，不同溫度下的物質，其比熱容大小不同。比熱容作為物質重要性質和理論分析的數據，在實際生產生活中廣泛應用，尤其在材料、能源、航天、環境保護、物質合成與應用開發、醫學和工程熱力學等領域具有重要的應用價值。通過比熱的測量還可以得到物質結構、相變機理等重要信息。因此，對比熱容的準確測量至關重要。目前測量比熱的方法主要有絕熱量熱法、混合法和差示掃描量熱法等。

絕熱量熱法是通過設立絕熱屏和輻射屏，并由溫度追蹤系統保持量熱計的樣品池與周圍環境溫度差為零，最大程度減少樣品池與周圍環境的傳熱。絕熱式量熱計結構復雜、操作繁瑣、實驗過程漫長且工作量大，實驗之前要進行數次抽真空、充氦氣，以維持良好的熱平衡和溫度梯度，消耗大量的時間，整套裝置造價成本較高。差示掃描量熱法是一種間接測量方法，使用差示掃描量熱儀測量物質的比熱是對輸出信號、基線、標準物質和待測試樣重復試驗的過程，操作者的專業技能、儀器狀況、實驗條件的選擇對結果影響很大，方法精度和準確性依賴于標準物質的校準。混合法目前使用較多的有銅卡計和冰卡計兩種，銅卡計銅塊、熱屏、外殼之間熱傳遞較多，測量精確度不是很高。在目前已有的混合法比熱容測試技術中，均使用水作為量熱液體，這主要是水成本較低，并且熱物性數據容易獲取，然而，水并不是最理想的量熱液體，首先水受熱容易揮發，蒸發時吸收大量的熱，使得量熱液體溫度下降，并且導致量熱液體質量的減小，從而導致測量結果產生誤差，當測量溫度越高時，其產生的誤差將越大；其次，水的比熱是一般液體與固體的兩倍甚至10倍，因此在測量中，就需要要求被測物一開始的加熱溫度與水的溫差較大，否則測量時水的溫度變化很小，由于溫差測量的精度，會導致被測物比熱測量結果產生較大的誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于測量物質比熱容和相變潛熱的裝置及方法，可以準確高效地實現被測物比熱容和相變潛熱的測量，測量精度較高，并且測量裝置不需要另外配備恒溫槽循環浴，可節省實驗臺成本和實驗室空間。

為實現上述目的，本發明采用以下的實驗方案來實現：

一種用于測量物質比熱容和相變潛熱的裝置，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，量熱器內裝有量熱液體，量熱器外側纏繞有加熱絲，量熱器底部設置有用于對量熱液體進行攪拌的磁力攪拌器；量熱器內設置有用于測量量熱液體溫度的第一溫度傳感器，量熱器上布置有溫差熱電偶；

試樣溫度控制部件位于量熱器的上方，試樣溫度控制部件包括恒溫鋁塊，恒溫鋁塊內設置有鉑電阻溫度計與被測試樣，被測試樣外表面或內部設置有第二溫度傳感器；恒溫鋁塊外表面安裝半導體片；

其中，量熱液體為乙二醇；量熱器為雙層套筒結構。

本發明進一步的改進在于，量熱器的材質為鋁或銅；量熱器的內套筒外壁面和外套筒內壁面經拋光處理。