量热计

1780年，安托万·洛朗德·拉瓦锡（法国化学家）用这种装置测量一只豚鼠的发热量。来自豚鼠呼吸的热量融化了热量计周围的雪，表明呼吸是一种燃烧，类似于燃烧蜡烛。他将实验用的这种装置命名为热量计。

量热计绝热量热器

一个绝热热量计是用来检查失控反应量热计。由于量热仪在绝热环境中运行，因此受试材料样品产生的热量会导致样品温度升高，从而加速反应。

没有绝热量热器是完全绝热的，一些热量会被样品丢到样品架上。phi因子（一种数学校正因子）可用于调整量热结果以考虑这些热损失。披因子是之比热质量的样品和样品保持器的单独样品的热质量。

量热计反应量热计

反应量热计是在密闭的绝热容器内开始化学反应的量热计。测量反应热，并通过积分热流与时间获得总热量。这是工业上用于测量加热的标准，因为工业过程设计为在恒定温度下运行。反应量热也可用于确定化学过程工程的最大热释放速率以及跟踪反应的总体动力学。

测量反应量热器中的热量有四种主要方法：

1. 热流量量热仪：冷却/加热夹套控制过程的温度或夹套的温度。通过监测传热流体和过程流体之间的温差来测量热量。另外，必须确定填充体积（即湿润面积），比热，传热系数以达到正确的值。这种类型的热量计可以在回流条件下进行反应，精度不是很好。

2. 热平衡量热仪：冷却/加热夹套控制过程的温度。通过监测传热流体所获得或损失的热量来测量热量。

3. 功率补偿：功率补偿使用放置在容器内的加热器来保持恒定的温度。供应给该加热器的能量可以根据反应的需要而变化，并且量热信号纯粹来源于该电力。

4. 恒定通量：恒定流量热量测定法（或称为COFLUX）是从热量平衡量热法得出的，并使用专门的控制机制来保持穿过血管壁的恒定热流（或流量）。

量热计炸弹型

炸弹量热计是用于测量特定反应的燃烧热量的一种恒定量热量计。在测量反应时，炸弹量热仪必须承受量热仪内的巨大压力。电能被用来点燃燃料; 当燃料燃烧时，它将加热周围的空气，空气膨胀并通过导管将空气引出量热计。当空气通过铜管逸出时，也会加热管外的水。水温的变化允许计算燃料的卡路里含量。

量热计Calvet型

该检测基于三维流量计传感器。流量计元件由几个串联的热电偶环组成。相应的热导率高的热电堆围绕量热块内的实验空间。热电堆的径向排列保证了热量的几乎完全的整合。这通过计算效率比来验证，这表明在Calvet型热量计的整个温度范围内，通过传感器的热量的平均值为94%±1%。在此设置中，量热仪的灵敏度不受坩埚，净化气体类型或流量的影响。设置的主要优点是实验容器尺寸的增加以及因此样品的尺寸，量热探测器的校准是一个关键参数，必须非常谨慎地执行。对于Calvet型热量计，已经开发了特定的校准（所谓的焦耳效应或电校准）以克服用标准材料进行校准所遇到的所有问题。

量热计差示扫描

在差示扫描量热仪（DSC）中，通常将包含在小铝囊或“锅”中的样品中的热量流量差异地进行测量，即将其与流入空的参考锅中的流量进行比较。

在热通量 DSC中，两个平底锅坐在已知（校准的）耐热性K的材料的小块上。量热仪的温度随时间线性增加（扫描），即加热速率dT/dt =β保持不变。这次线性需要良好的设计和良好的（电脑化）温度控制。当然，控制冷却和等温实验也是可能的。

热量通过传导流入两个平底锅。由于其热容量 C_p，热量进入样品的流量较大。流量差dq/dt引起板坯两端的小温差ΔT。这个温度差是使用热电偶测量的。原则上可以从这个信号确定热容量。

量热计等温滴定

在等温滴定热量计中，使用反应热来进行滴定实验。这允许确定反应的中点（化学计量）（N）以及其焓（ΔH），熵（ΔS）并且主要考虑结合亲和力（Ka）

该技术尤其在生物化学领域具有重要意义，因为它有助于确定底物与酶的结合。该技术通常用于制药行业以表征潜在的候选药物。

热量计是用于对象量热法，或测量的热的过程中的化学反应或物理变化，以及热容量。差示扫描量热仪，等温微量热仪，滴定量热仪和加速量热仪是最常见的类型之一。一个简单的量热计就是由一个温度计组成，该温度计安装在一个悬浮在燃烧室上方的充满水的金属容器中。它是热力学，化学和生物化学研究中使用的测量装置之一。

为了找出两种物质A和B之间反应中每摩尔物质A 的焓变，将这些物质加入到量热计中，记录初始和最终温度（反应开始之前和结束之后）。将温度变化乘以物质的质量和比热容给出反应过程中释放或吸收的能量的值。将能量变化除以A有多少摩尔A给出了其反应的焓变。

量热计测定焓的基本原理是将一定量待测萘样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使量热计本身及氧弹周围介质的温度升高。通过测定燃烧前后量热计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求出该样品的燃烧热（焓）。

量热计测定焓实验目的

1、用氧弹量热计测定萘的摩尔燃烧焓。

2、了解热量计中主要部分的作用，掌握氧弹量热机的实验技术。

量热计测定焓实验原理

本实验采用氧弹式量热机测定萘的燃烧焓，测量的基本原理是将一定量待测萘样品在氧弹中完全燃烧，燃烧时放出的热量使量热计本身及氧弹周围介质的温度升高。通过测定燃烧前后量热计（包括氧弹周围介质）温度的变化值，就可以求出该样品的燃烧热。实验测得的是恒容反应热Q_V，通过

即可计算得到萘的摩尔燃烧焓Δ_CH_m。

整个量热计可看做一个等容绝热系统，其热力学能变ΔU为零。ΔU可表示为

已知m_B，Q_V,B，ΔT，则上式为：m_B Q_V，B lQ_l KΔT=0

实验测得热容量K后，根据上式计算Q_V,B，进而换算为样品的摩尔热力学能变Δ_CU_m(B,T)，再算出样品的摩尔燃烧焓D_cH_m(B,T)。

本实验用已知标准摩尔燃烧焓的苯甲酸[Δ_CH_{m(苯甲酸，s,298.15K)}= -3226.71kJ/mol]来测定量热计的热容量K，Ql= -6.699J·cm。重复实验，测定萘的摩尔燃烧焓。

由于量热计无法做到完全绝热，因此燃烧前后温度差的测量值须经雷诺温度校正图校正。

量热计测定焓实验仪器、试剂

仪器：氧弹量热计一台，压片机一台，万用表一只，贝克曼温度计一支，温度计（0℃~100℃）一支，点火丝，容量瓶（1000ml）一只，氧气钢瓶及减压阀一只

试剂：萘（A.R），苯甲酸（A.R）

量热计测定焓实验装置

量热计测定焓实验步骤

1、热量容K的测定

⑴准确截取15cm的引燃丝，将引燃丝中部绕成环状。

⑵称取苯甲酸0.7763g，在压片机上压成片状。将样品在桌面上敲击2~3次，再在分析天平上准确称量。

⑶拧开氧弹盖放在专用支架上，将弹内洗净，擦干。分别将引燃丝两端固定在氧弹内两电极柱上，药片置于不锈钢坩埚中，使引燃丝接触药片表面，盖上氧弹盖并拧紧。

⑷打开氧气瓶阀门，调节减压阀，使压力达到1~2MPa。将氧弹置于充氧器底座上，使进气口对准充氧器的出气口。充氧至充氧器压力表值约为1.0MPa，用放气阀将氧弹中的氧气放出，然后再次充氧约1 MPa，浸入水中检查是否漏气，确认密封良好后进行下一步实验。

⑸将充有氧气的氧弹放入内桶底座上，检查搅拌叶片是否正常工作。量取低于室温的3000ml自来水倒入内桶中，，将贝克曼温度计的传感器竖直插入量热计盖上的孔中，其末端应处于氧弹高度的1/2处。插好点火插头，装好搅拌器，打开控制箱的电源开关，按下“搅拌”键。搅拌内桶水。仪表开始显示内桶水温。

⑹约5min~6min后，系统温度达到恒定时，开始初期温度读数，每隔30s读数一次。当读第10次时，将开关旋至点火档，仍每隔30s读一次主期温度读数，直至两次温差小于0.005℃时，再继续读温10次，读数精确到0.005℃。

⑺停止搅拌，取出温度计传感器，拔掉引火导线，取出氧弹并擦于其外壳，放掉氧气，打开氧弹盖，检查燃烧是否完全。若内有积碳，则说明此实验失败，需重做。若无积碳，则说明实验成功。取出为烧完的点火丝，测量其长度。

⑻洗净并擦干氧弹内外壁，将内桶蒸馏水倒入储水桶，擦干全部设备。待氧弹及内桶和搅拌器温度与室温平衡后再做下一步实验。

2、萘的恒熔燃烧热值测定

称取0.6945g左右的萘，实验步骤同上。

量热计测定焓数据记录与处理

室温： 12.8℃ 大气压力：101.54KPa

⑴苯甲酸的实验数据

样品质量：0.626g 引燃丝初始长度：13.21cm

剩余引燃丝长度：3.7cm

⑵萘的实验数据

样品质量：0.571g 引燃丝初始长度：12.21cm

剩余引燃丝长度：3.49cm

苯甲酸燃烧前后所得的一系列水温和时间关系图（大致趋势如图1）

萘燃烧前后所得的一系列水温和时间关系图（大致趋势如图2）

最后计算实验的相对误差。

量热计测定焓结果与讨论

1.造成误差的原因有：

a试剂如果不纯，就会影响实验结果的测定

b在校正雷诺温度时，看图读数会有误差

c引燃丝不是直的，导致测量长度时读数会有所偏差

2、用氧弹量热计测定燃烧焓时，要尽可能在接近绝热的条件下进行，但我们的实验中不可能完全接近绝热。 2100433B

热阻式热流计是测量固体传导热流或表面热量损失的仪表，它还可以与热电偶(或热电阻)温度计配合使用，测量各种材料或保温材料的导热系数、导温系数和传热系数等。热阻式热流计由热阻式热流传感器和热流显示仪两部分组成．热阻式热流传感器将热流信号变换成电信号输出，供指示仪表显示测量数值。

热量自动检测仪表热阻式热流传感器的构造

常用的热阻式热流传感器有平板式传感器和可挠式传感器。如图《热流传感器的结构》所示。

平板式热流传感器是由若干块热电堆片镶嵌于一块有边框的基板中制成。基板尺寸一般为130 X 130mm，材料是厚1mm的环氧树脂玻璃纤维板，中间挖空(挖空尺寸是100×100mm)。挖下的材料剪成小条，尺寸约为10 X100mm，作为制作热电堆的基板。基板上用Φ0.2mm裸康铜丝均匀绕100～120圈，经电镀制成热电堆板，并用环氧树脂封于边框中，然后将各热电堆的引出线相互串接，二端头焊于接线片上，最后在表而贴上涤纶薄膜作为保护层，即为平板式热流传感器。

可挠式热流传感器为了弯曲而做成长方形。它采用甲基乙稀基硅橡胶为原料，用过氧乙烯作固化剂，根据传感器所需要的颜色选择着色剂和填充剂，经配制混合制成约2mm厚的生胶片。由于硅橡胶的生胶片很软，无法直接在上面绕康铜丝，所以用赛珞璐片卷在一块1mm厚的层压板条上做成临时基板，再在上面绕线、经电镀后做成热电堆片。并将硅橡胶的生胶片裁成所需大小，中间挖出槽，在挖出的长条中，仔细地将热电堆片装填入，把热电堆串联接好，并用聚四氟乙烯绝缘导线作为热流传感器的引出线。在组装好的热电堆元件的上下两面上覆盖硅橡胶生胶薄片，放在压制模中，经250℃温度的橡胶压制机上压制成型，又在150℃温度下经8h的老化处理，就制成可挠式的热流传感器。

热电堆金属丝的粗细、电镀层的厚薄、杂质含率及镀铜层粘结情况等有所不同，都将影响热流传感器系数C值，因此对每个热流传感器必须分别标定，得到每片传感器的系数。在使用热流传感器进行测量时，也必须按照每个传感器的标定曲线或系数进行计算。

为了使热流传感器能互换，每个传感器都应有一致的性能。在传感器两端并上电阻，进行温度补偿，使热流传感器系数一致化，这样便制成能互换的、传感器系数一致化的，使用方便的热流传感器了。