CN1004380B - 测量液体、固体比热的水卡计 - Google Patents

Abstract

水卡计是一种测量液体、固体比热的热物理实验仪器。它可以用来测量液体、固体比热及一定形状大小的物体的热容量。该仪器包括一个能良好控制热损的装置和较精确测试温度和直接显示比热的自动化测试***。使用该仪器能达到简便迅速、准确、经济地测试目的。

Description

测量液体、固体比热的水卡计

水卡计是一种测量液体、固体比热和热容量并带有微处理器的热物理实验仪器。

用水卡计准确地计量比热，主要关键部分为二个：一个是控制各项热损的装置，二是能准确地测量试样及试样周围介质温度随时间变化的测量元件及***。美国专利US4312224用水卡计计量激光束辐射热量，对比热测量中关键的热损控制，通用结构是采用了多组加热器补偿热损来达到绝热状态，需要配备许多复杂的耗资大的控温电路及二次仪表;水卡计里的测温方法通常以热电阻或贝克曼温度计作为测温元件，热电阻是用电桥测量出电阻值，由于测试物体的温度随时间变化。电桥测量是处于动态下进行的，所以操作人员容易产生读数误差，并将获得的读数进行转换温度值等人工处理，最终才能获得所需要的结果，这就延长了整个测试周期。贝克曼温度计虽是直接读温度值，但操作麻烦且易碎，也容易引入读数误差。

本发明的目的是提供一个简便的，成本低，操作方便，能自动显示且精度高的新水卡计。本发明的特征在于包括：

杜瓦瓶容器，该容器内装有热电堆，用于测量容器内的水的温度的变化;具有加热器的加热炉，位于杜瓦瓶容器的上方，并装有活门与杜瓦瓶容器相隔离;下落式试样筒，予先放置在加热器中间，样品被加热器所予热，其温度由热电偶测量;释放机构，由支架，细绳，插销以及按钮所组成，用于使试样筒从加热器瞬时落入杜瓦瓶容器内;磁性搅拌转子，放置在杜瓦瓶容器内，由外部磁钢驱动;微型计算机，控制信号测试及数据处理，并显示测量结果。

附图说明：

图一：水卡计主体部分示意图

图二：试样筒结构示意图

图三：信号测试及数据处理电路示意图

图四：水温度与时间变化曲线

图五：微处理机控制采样及数据处理的软件框图实施例：

图一、水卡计主体部分，它包括加热炉7，上炉盖4和下炉盖8，加热器5，试样筒1，杜瓦瓶容器16，热电偶2，热电堆11，加热炉7位于杜瓦瓶容器16的上方，加热炉7外壳与加热器5之间填以松散的隔热材料。加热器是由加热丝以中间疏两端稍密的方式绕在一根紫铜管上。加热炉7下部炉门10上面固定一片金属辐射屏。另外有插销9，细绳21，支架3，绳子23;杜瓦瓶容器16有瓶盖14，瓶盖活门12，按钮13，细绳21连接活门10和支架3，绳子23把试样筒上的攀手30和支架3连接，并且使试样筒1悬吊于加热炉7中。掀瓶盖14上的按钮13，瓶盖活门12按逆时针方向弹起，将活门插销9击出，同时炉子活门10逆时针向下松开，使细绳21松动，同时使得夹住绳子23的支架3松开，试样筒随即坠入杜瓦瓶容器内，放松按钮13，活门12自动关上，这一过程仅为一瞬间完成;若把绳子23的另一端与手指一同按在铵钮13上，当试样筒1下落至水面，但仍未碰及水面位置时，绳子23正好绷紧，使试样筒1下落速度为零，从而达到溅水最小，然后缓慢地放进杜瓦瓶容器16中的金属承接网15中。杜瓦瓶容器16中有磁性搅拌转子20，杜瓦瓶容器16外底部设置磁钢22，磁钢22带动搅拌转子20进行搅拌，使杜瓦瓶容器16内水温均匀。杜瓦瓶容器16外设置外夹水套17，上面有进水嘴19和出水嘴18，恒温水由超级恒温器39出来，通过水嘴19进入外夹水套17内，再从水嘴18流出，并且使得外夹水套17中的恒温水的温度始终控制在高于杜瓦瓶容器16内水的温度，如图四曲线34，35所示。并能准确地通过曲线34延长求得33点的温度作为平衡温度计算的修正方法来消除环境热损及搅拌能量输入的影响。由杜瓦瓶及瓶盖所吸收的热量。通过折算成水当量的方法来修正，并用电解铜标准试样标定的方法来测定。

图二、试样筒1有一个深井31，内插热电偶2，下落式试样筒1上有盖子28，盖子28和深井31焊成一体，盖子28上有固定攀手30，盖子内圈嵌设密封填圈29，由盖子28旋紧密封。经试验，试样筒最佳容积为25±1cm³。

图三、该电路中接热电偶2，热电堆11，通过转换器将信号传输给微型计算机（单板机）27，微型计算机连接一个转换器，它主要是由内存，中央处理器CPU，键盘26和显示数码管25组成，热电偶2和热电堆11的另一端置于冰点24，所有对应于某次实验的已知数据（包括热电偶，热电堆标定曲线）预先通过键盘26输入计算机，显示器同时反映中间结果。

热电堆用热电偶串联组成，微机工作的软件按照图五框图上所示的步骤，达到定时采样，同时＊显示器同步显示被转换的温度数值，自动判断曲线线性与否，定点记数，删除外界不稳定信号的输入，准确记录水温升曲线，并可从键盘输入需要的已知参数，从显示数码管输出经计算处理的所测的比热数值，温度数值。

Claims (12)

1、一种测量液体、固体比热的水卡计，其特征在于包括：

a杜瓦瓶容器16，该容器内装有热电堆11，用于测量容器内的水的温度的变化;

b具有加热器5的加热炉7，位于杜瓦瓶容器的上方，并装有活门10、12与杜瓦瓶容器相隔离;

c下落式试样筒1，予先放置在加热器中间，样品被加热器所予热，其温度由热电偶2测量;

d释放机构，由支架3，细绳21、23，插销9以及按钮13所组成，用于使试样筒从加热器瞬时落入杜瓦瓶容器内;

e磁性搅拌转子20，放置在杜瓦瓶容器内，由外部磁钢22驱动;

f微型计算机27，控制信号测试及数据处理，并显示测量结果。

2、根据权利要求1所述的水卡计，其特征是：加热器5是用加热丝以中间疏两端稍密的方式绕在一根紫铜管上;加热器5与加热炉7外壳之间填以松散的隔热材料6;炉门10朝上的面固定有一片金属辐射屏。

3、根据权利要求2所述的水卡计，其特征是：下落式的试样筒1内有一个深井31，内插热电偶2，盖子28，盖子28与深井31焊成一体，盖子28上有固定攀手30，盖子28内圈嵌设封填圈29。

4、根据权利要求3所述的水卡计，其特征在于，下落式的试样筒1最佳容积为25±1cm³。

5、根据权利要求4所述的水卡计，其特征在于，杜瓦瓶容器16外面设置外夹水套17，其上有进水嘴19和出水嘴18，夹水套17中恒温水的温度始终保持在略高于杜瓦瓶容器16内水的温度。

6、根据权利要求5所述的水卡计，其特征在于，微型计算机27连接一个转换器，微型计算机27由内存、中央处理器CPU，键盘26和显示数码管25组成。

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