熱容量是熱量計的重要參數(shù),熱容量標(biāo)定是發(fā)熱量測定中必要環(huán)節(jié),所以提供可靠的熱容量標(biāo)定值是獲得準(zhǔn)確發(fā)熱量的前提條件。量熱體系的溫升程度是和組成量熱體系的各種物質(zhì)密切相關(guān)。所以不同熱量計有不同的熱容量,甚至同一熱量計在不同環(huán)境溫度下也有不同的熱容量。因此掌握其性質(zhì)及要求,才能準(zhǔn)確測定發(fā)熱量。
測定燃料的發(fā)熱量,必須事先確定好熱量計量熱體系的熱容量。量熱體系是指發(fā)熱量測定過程中試樣燃燒熱能夠波及的所有部件包括浸沒氧彈的水,氧彈,攪拌器和水中那部分溫度計以及盛水用的內(nèi)筒等。量熱體系的熱容量指的是量熱體系溫度升高1K所吸收的熱量。它是由量熱體系各部分的熱容量組成。
在一定的溫度下,各種物質(zhì)的比熱有一定的確定值,因此,在量熱體系各組成部分的質(zhì)量不變的條件下,熱容量E是一個常數(shù),當(dāng)溫度變化時E亦隨之變化。
量熱體系的熱容量,一般是用國際公認(rèn)的苯甲酸量熱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定的,取一定的苯甲酸按與發(fā)熱量操作一樣的步驟,使苯甲酸在氧彈內(nèi)燃燒,根據(jù)量熱體系溫升值。
首先打開自動熱量計,進(jìn)行溫度平衡后進(jìn)人熱容量測定程序。準(zhǔn)確稱取干燥的苯甲酸試樣0.9~1.1g;準(zhǔn)確到0.0002g。用已測得熱值的點火絲連接兩極并與坩堝內(nèi)的苯甲酸相接觸。氧彈內(nèi)裝入10ml蒸餾水,裝好氧彈芯,并擰緊。氧彈充氧,3.0MPa下充氧不少于15~20s。
將氧彈放入內(nèi)簡,輸入相關(guān)數(shù)值,蓋好桶蓋,此時熱量計開始熱容量測定工作。放入氧彈時要注意觀察氧彈是否漏氣。根據(jù)國標(biāo)GB/T213—2008熱容量要進(jìn)行5次重復(fù)標(biāo)定。計算5次重復(fù)標(biāo)定結(jié)果平均值E及標(biāo)準(zhǔn)差S。其相對標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)超過0.2%,若超過0.2%再補做一次。取符合要求的5次結(jié)果平均值作為儀器的熱容量。如果任何5次結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)差都超過0.2%,則全部舍棄,檢查實驗條件等,重新標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)束后要進(jìn)行反標(biāo)定,即用已知熱值的苯甲酸進(jìn)行熱值測定。差值3、影響熱容量標(biāo)定的幾個常見因素3.1溫度的影響
溫度的影響主要由兩方面因素組成:
恒溫式自動氧彈熱量計是主流分析儀器。其特點是外筒體積大,盛滿水的外筒熱容量大于內(nèi)筒及氧彈等在工作時熱容量的5倍。測試過程中內(nèi)外筒之間的熱流動,對外筒溫度的影響很小。經(jīng)實驗分析;當(dāng)室內(nèi)溫度變化時,外筒水溫將隨之變化,熱量計的熱容量隨室內(nèi)溫度的變化而變化,而不是一個常量。熱容量不同的原因主要是溫度升高,水汽化增多。其次還與構(gòu)成量熱體系的材質(zhì)在不同溫度下吸收的熱量不一致有關(guān)。
內(nèi)筒水的初溫和終溫與外筒水的溫度的溫差大小,以及內(nèi)筒水試驗中溫度的變化速度,都直接影響量熱體系與環(huán)境的熱交換修正△θ,因而也影響到結(jié)果的正確性。內(nèi)筒溫度的調(diào)整,在熱容量標(biāo)定中是非常重要的一個環(huán)節(jié)。按照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,內(nèi)筒水溫終點時應(yīng)高出外筒溫度1℃左右,外筒溫度與室溫之差控制在1.5℃之內(nèi)。工作時,試驗人員應(yīng)注意對內(nèi)筒水溫的調(diào)節(jié)。
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸在熱容量的標(biāo)定中起著關(guān)鍵性作用。苯甲酸使用前最好在60~70℃的烘箱中干燥3~4h,然后觀察苯甲酸片上不要沾有碎屑,不得有裂紋,苯甲酸表面不得有黑色、黃色等雜質(zhì)。否則會在點燃時發(fā)生崩裂,從而造成燃燒不完全,打開氧彈會發(fā)現(xiàn)有炭黑存在。在工作中要保證使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度和干燥性。
攪拌器的作用主要是使試驗過程中反應(yīng)生成熱通過攪拌均勻的散出。攪拌器的接線部分接觸不良,導(dǎo)致攪拌速度時快時慢,時轉(zhuǎn)時停。攪拌葉片與攪拌軸連接不恰當(dāng),攪拌葉片會卡住不能轉(zhuǎn)動。攪拌速度的穩(wěn)定與否,會影響反應(yīng)生成熱不能及時均勻的散出,使內(nèi)筒溫度變化不能真實地反映出來,影響試驗主期時間,從而導(dǎo)致測定結(jié)果不準(zhǔn)確。
這種情況就需要試驗人員注意觀察:可通過試驗初期溫度比較穩(wěn),而主期溫度忽高忽低不穩(wěn)定來判斷;還可以通過試驗主期時間太長來判斷;或者通過試樣燃燒完全而儀器提示點火失敗來判斷攪拌器是否攪拌。因此要注意排除攪拌器的故障或攪拌速度不均勻的問題,以免帶來測定的不準(zhǔn)確。
按照國家標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)采用純度為99.5%不含可燃成分的氧氣。氧氣起助燃的作用,充氧的目的是使氧彈內(nèi)的試樣能夠充分燃燒。在實際工作中,一般有兩種氧氣可供選擇;一種是醫(yī)用氧氣,另一種是工業(yè)氧氣。醫(yī)用氧氣一般由空氣分離得到,純度較高且成分比較固定,除會有極少量的N2外不含有其他成分;而工業(yè)氧氣制取方法比較多,成分比較復(fù)雜。
除上述影響因素外,還有一些其他的影響因素。如溫度傳感器鉑電阻和測溫橋路的非線性、點火絲熱量校準(zhǔn)的影響。更為重要的是試驗人員在具體工作中的責(zé)任心。因此,試驗人員在工作中應(yīng)該嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)操作,正確處理工作中遇到的問題,及時排除故障,確保標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。
(1)更換量熱溫度計;
(2)更換熱量計大部件,如氧彈蓋、連接環(huán)等;
(3)標(biāo)定熱容量和測定發(fā)熱量時的內(nèi)差溫超過5K;
(4)熱量計經(jīng)過較大的搬動之后。
此外,如果熱量計量熱體系沒有顯著的改變,重新標(biāo)定的熱容量值與前一次的熱容量值相差不大于0.25%。否則,應(yīng)檢查試驗程序,解決問題后,再重新進(jìn)行標(biāo)定。
熱容量是熱量計的一個重要參數(shù),也是決定測定發(fā)熱量結(jié)果的準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。所以在測量煤炭發(fā)熱量之前一定要標(biāo)定好熱容量,才能根據(jù)量熱體系溫升程度大小,來計算出準(zhǔn)確精密的發(fā)熱量結(jié)果。