【《微量热仪的发展及原理分析》2500字】

微量热仪的发展及原理分析目录TOC\o"1-3"\h\u21260微量热仪的发展及原理分析 1302471.1热导式量热仪的发展 1224761.2塞贝克效应 360611.3帕尔帖效应 462841.4Tian方程 51.1热导式量热仪的发展在自然界几乎所有物理化学变化中，都伴随着相应的热效应产生，准确的测量这些过程中的热效应以及获取定量描述这些过程的热力学、动力学参数，可以帮助我们深入了解反应的微观过程，包括推断反应机理、分子结构变化，预测反应进行方向等。宏观应用中可以为反应器的设计、设备选型、工程施工等提供热参数ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王子乐</Author><Year>2018</Year><RecNum>57</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[45]</style></DisplayText><record><rec-number>57</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5aefzvfzwpvs9se50taveztg0w5s0ef5p5ss"timestamp="1612683089"guid="b9ad0896-d1ab-44f3-3a3a">57</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>王子乐</author></authors><tertiary-authors><author>龙秉文,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>左磷右胺盐结晶热力学及新结晶工艺的研究</title></titles><keywords><keyword>左磷右胺盐</keyword><keyword>溶解度</keyword><keyword>黏度</keyword><keyword>密度</keyword><keyword>溶解热</keyword><keyword>结晶</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><publisher>武汉工程大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[45]。1908年，DuclauxADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘劲松</Author><Year>1993</Year><RecNum>35</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[46]</style></DisplayText><record><rec-number>35</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5aefzvfzwpvs9se50taveztg0w5s0ef5p5ss"timestamp="1612679946"guid="0710f615-63c5-4986-a6a0-be84509addbe">35</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">刘劲松</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">曾宪诚</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">邓郁</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">化学反应的热动力学研究进展</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">化学通报</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>化学通报</full-title></periodical><pages>23-27</pages><volume>15</volume><number>4</number><dates><year>1993</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[46]首次从量热实验的数据中获得了动力学参数。上世纪20-30年代，法国科学家Calvet和Tian开始了对于微量热装置的研制ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[47-49]。在1923年，Tian设计制作出了第一台采用单池结构的热导式量热仪，在1948年Calvet对单池结构进行了改进，提出了采用具有参考池的孪生对称结构的差式热导式的量热仪。到上世纪50年代，由法国SETARAM公司依据Calvet的设计原理改进制作了新一代Calvet量热仪—C80型微量热计ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[50-52]，其内部结构示意图和仪器外观如图1-13所示，在量热仪内部，样品池与参比池都由几百对热电偶所组成的检测器三维环绕，外部包裹的金属量热块可以保证量热体系与外界绝热，并且确保量热体系温度恒定，这样可以时仪器达到相当高的测温精度（±0.001℃）。图1-13C80型微量热仪内部结构示意图(a,b)和仪器外观图(c)Fig.1-13Schematicdiagramoftheinternalstructure(a,b)andappearance(c)oftheC80microcalorimeter为了填补我国热导式量热计的研究空白，在1980年前后，四川大学的田安民等人根据Tian-Calvet的原理研发了我国一台热导式自动量热计ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[53]，并且在此量热计上测试了二氧化碳气体在KOH溶液中的吸收热，得到的热量数据与文献数据相当吻合。在此之后，田安民、曾宪诚等又相继开发了RD-I型ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[54]、RD-III型微量热计ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[55]，RD-I型可以实现从室温到150℃工作，RD-III型实现了数据的自动采样和自动采集处理。在2001年，绵阳中物热分析仪器公司报道了其研发的RD496-II型微量热仪ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Mian</Author><Year>2001</Year><RecNum>47</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[56]</style></DisplayText><record><rec-number>47</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5aefzvfzwpvs9se50taveztg0w5s0ef5p5ss"timestamp="1612681265"guid="1ec64859-c1f3-40b0-a077-387439cc631a">47</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Ji,Mian</author><author>Liu,Mingyan</author><author>Gao,Shengli</author><author>Shi,Qizhen</author></authors></contributors><titles><title>Anewmicrocalorimeterformeasuringthermaleffects</title><secondary-title>InstrumentationScience&Technology</secondary-title></titles><periodical><full-title>InstrumentationScience&Technology</full-title></periodical><pages>53-57</pages><volume>29</volume><number>1</number><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[56]（如图1-14），量热通道内发生的热效应可以通过496个热电偶组成的热电堆确定，然后转化为热电势通过微幅放大器放大，经过模量转化，最后由计算机软件收集和处理，并且温度的控制、数据的选择与保存、缩小和放大图形、零位和灵敏度校准都在开发的计算机程序上实现，符合现代化技术发展的需求。作为RD496-II量热仪的升级，2004年研发的RD496-2000微量热计ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[57]保留了上一代的优良性能，并且测控部分进行优化后，所有操作都能在计算机上完成。与C80-Calvet研发的量热计相比，国产的RD496-2000量热计具有更高的灵敏度，更大的测量范围，更优异的恒温稳定性。图1-14RD496型微量热仪结构图Fig.1-14RD496typemicrocalorimeterstructurediagram1.2塞贝克效应前文曾提到由热电偶（thermocouple）组成的热电堆（thermopile）是热导式量热仪的重要部分，其决定了量热仪的灵敏度、测控稳定性等关键性能。而热电偶的测量原理是基于塞贝克效应ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>胡荣祖</Author><Year>2011</Year><RecNum>49</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[58]</style></DisplayText><record><rec-number>49</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5aefzvfzwpvs9se50taveztg0w5s0ef5p5ss"timestamp="1612681640"guid="eeccd95d-16d1-450f-a95c-e63a6a62a0a6">49</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>胡荣祖</author></authors></contributors><titles><title>量热学基础与应用</title></titles><dates><year>2011</year></dates><publisher>科学出版社</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[58]（Seebeckeffect）基础之上，此效应由德国科学家塞贝克在1982年发现。如图1-15（1）图所示，A和B分别是两根不同材料的金属丝，它们首尾相连，中间串联了一直毫安表构成了一个热电回路A-B，T1和T2分别表示首尾两端的温度值。当T1和T2不相等时，回路中的毫安表交发生偏转，将这种效应称之为塞贝克效应或第一热电效应ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>惠晶</Author><Year>2012</Year><RecNum>134</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[59]</style></DisplayText><record><rec-number>134</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5aefzvfzwpvs9se50taveztg0w5s0ef5p5ss"timestamp="1615529678"guid="bc1f9144-437f-4123-9c75-6cd753fec4a5">134</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>惠晶</author></authors></contributors><titles><title>新能源发电与控制技术</title></titles><dates><year>2012</year></dates><publisher>机械工业出版社</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[59]。回路中的电流称为热电流，对应的电势称为热电势。当选用的热电材料一定时，热电势的大小仅取决于两端的温度。表达式如下：E(1-2)式中，εAB为塞贝克常数或热电势率。为了能够准确测量系统温度，RD496量热计将数百个热电偶组成，从而获得一个较大的热电势，以便于测试和观察。由几个热电偶所串联构成的闭合回路称为热电堆（如图1-15（2）），其总电势等于各热电偶产生的电势之和，其特征也符合塞贝克效应。RD496型量热计中所使用的热电堆是由数十片的热电单片构成，用Ti和TeE((1-3)式中，n表示相同热电偶的数量。所以，从上式可以看出通过增加热电偶的数量、选择热电率ε较大的材料，这样可以获得较大的热电势。图1-15热电偶（1）和热电堆（2）示意图Fig.1-15Schematicdiagramofthermocouple(1)andthermopile(2)1.3帕尔帖效应在热电回路A-B中接入一个直流电源（图1-16），若在接入点两端的温度相等时（即T1=T2）接通电源，当热电回路中有电路通过时，接入点一端会变热，另一端变冷，而电流的方向决定了接入点是致冷或致热，这种现象称之为帕尔帖效应ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>楚士晋</Author><Year>1994</Year><RecNum>50</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[60]</style></DisplayText><record><rec-number>50</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5aefzvfzwpvs9se50taveztg0w5s0ef5p5ss"timestamp="1612681716"guid="3ee3d9b0-8e41-4a3c-a41c-338015991d6c">50</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>楚士晋</author></authors></contributors><titles><title>炸药热分析</title></titles><dates><year>1994</year></dates><publisher>科学出版社</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[60]（Peltiereffect）。接入点上热功率值与回路中电流值满足下式：W=±P∙i(1-4)其中P为帕尔帖系数。除了帕尔贴效应，接点处还会产生焦耳效应（Jouleeffect），焦耳效应是指电流通过回路时呈现发热的现象，其表达式为：W=R(1-5)焦耳效应产生的热量也要传递到接点上，故在接点上的热能值为帕尔贴效应和焦耳效应之和：W=±Pi+R(1-6)对W=0时的冷接点上的电流值设为I，则可以求得R值：0=±PI+R(1-7)可以得到I=P/R，将其代入到式（1-6）中，得到帕尔帖冷却效应的表达式：W=Pi(1−(1-8)帕尔帖系数P可以通过补偿已知功率的焦耳效应由上式求得，系数P的值非常重要，直接关系到测量的准确性。图1-16帕尔帖效应示意图Fig.1-16Peltiereffectdiagram1.4Tian方程Calvet型热导式量热计的量热原理是基于Tian方程ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>杨森森</Author><Year>2002</Year><RecNum>51</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[61]</style></DisplayText><record><rec-number>51</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="5aefzvfzwpvs9se50taveztg0w5s0ef5p5ss"timestamp="1612681824"guid="3124622c-1542-4213-9956-9f75114fd81c">51</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">杨森森</style></author></authors></contributors><auth-address><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">北京爱威森机电技术开发公司</style></auth-address><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">卡尔维</style><styleface="normal"font="default"size="100%">(CALVET)</style><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">式量热仪的工作原理</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="1