氧彈量熱儀的工作原理及測定模式是什么
科達儀器儀表有限公司自主研發(fā)的氧彈量熱儀可適用于用于固體和液體樣品的熱值測量,如煤炭、燃油、建材、飼料、木材、食品、廢棄物等。
氧彈量熱儀的工作原理是:
將1g的固體或液體樣品稱量后放入坩鍋中,將坩鍋置于不銹鋼的容器(氧彈)中。往燃燒容器/氧彈中充滿30bar壓力的氧氣(3.5級:理論純度99.95%)。樣品在氧彈內通過點火絲和綿線引燃。在燃燒過程中坩鍋的中心溫度可達1200°C,同時氧彈內的壓力上升。在此條件下,所有的有機物燃燒并氧化。氫生成水,碳生成二氧化碳,樣品中的硫將氧化成SO2,SO3,并溶于水,釋放出一定的熱量(硫酸生成熱),空氣中的氮氣在高壓富氧的條件下,會有少量被氧化NO2,溶于水釋放出一定熱量(硝酸生成熱),在容器中(內桶IV)充滿水,使水環(huán)繞在氧彈的周邊,燃燒時產(chǎn)生的熱量會傳給氧彈周邊的水。
為確保燃燒產(chǎn)生的熱量不會從系統(tǒng)傳到外界和外界的熱量不會傳進系統(tǒng)里(室溫變化),使用另一個容器(外桶OV)作為隔熱的裝置,依據(jù)不同的測定原理和外筒溫度控制,測定可以分為絕熱模式和等溫模式。
氧彈量熱儀的測定模式有兩種:
絕熱量熱儀實驗中,外桶的溫度(TOV)全程跟蹤內桶溫度(TIV)變化而變化。這種絕熱幾乎*隔絕熱傳遞。在保持空調環(huán)境溫度恒定的條件下,測量幾乎不受任何的外界影響。樣品燃燒所釋放出的熱量都將聚集在內筒,并通過內筒的溫度傳感器進行測量。實驗過程中沒有熱損失,無需像等溫量熱儀一樣做修正計算
其溫升曲線的典型特征為:實驗前期,實驗末期可以很快達到“穩(wěn)態(tài)",即內、外筒的溫度達到平衡,不會隨著時間的推移而變化。
雖然絕熱式量熱儀測定結果,但由于其結構復雜,所需的技術難度較高,所以提出了等溫測量模式,實驗過程中外桶的溫度(TOV)保持恒定。保持外桶溫度恒定不要求內外桶的*絕熱,內外桶有少量的熱交換。在空調環(huán)境溫度保持恒定的情況下,需要對內外桶間的少量熱交換進行修正計算,依據(jù)牛頓冷卻定律,常用的計算公式為瑞方公式。
其溫升曲線的典型特征是:實驗前期,實驗末期溫度存在“拐點",對溫升終點的判斷較為關鍵,為了準確判斷溫度變化的趨勢,即嚴格按照瑞方公式進行測定時,所需的測試時間較長,通過“溫升趨勢"預斷來縮短測定時間的方法中,即“快速模式",溫升趨勢的預判往往成為實驗成敗的關鍵。
依據(jù)外筒的不同溫度控制方式,又可以分為:
恒溫式量熱儀:
即外筒沒有控溫,為了保持測定過程中外筒水溫基本一致,外筒盛滿水后其熱容量通常為量熱儀熱容量的5-10倍,即通常具有一個20-40L裝滿水的外筒,但由于外筒沒有控溫,有時內筒的水也循環(huán)進入外筒,所以經(jīng)過數(shù)次測定后外筒溫度緩慢升高明顯。
周邊等溫式量熱儀:
在恒溫式量熱儀的基礎上增加外筒的控溫,縮小了外筒體積及水量。