[发明专利]一种热功率测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种热功率测量装置，适用于物理化学过程中的热功率测量。

背景技术

中国发明专利CN201110080073.2公开了一种热功率测量装置，在实际使用过程中，发现该发明专利的热功率测量装置存在如下技术问题：

（1）该装置中测量热功率的测温电桥中的两根参考铂电阻丝所缠绕的参考池腔体同轴分布在反应池腔体（即两根测温铂电阻丝所缠绕的区域）两侧，而恒温炉中的等温区是以反应池为中心轴向分布的一段空间，参考池的温度可能低于反应池并更易受外界影响，这种轴向温度不均匀会导致电桥输出热信号涨落并进而降低整个装置的测量精度。

（2）作为该装置核心的测温电桥一般输入恒电压信号，因电桥输出信号正比于测温电阻的温度系数，而该系数随温度降低，所以在相同热功率条件下输出电信号也随温度升高而下降，这使得热功率测量装置灵敏度下降，误差增大。

（3）在用该装置测量固-气反应热功率之前，固态反应物需预装进热功率测量区（即反应池）中心部位。因样品管是一根细直管，且有多个附件固定其上导致体积大、重量沉，所以把固态样品装入管内反应区并固定在该处的过程较为麻烦。

（4）该装置在使用过程中只用普通针阀控制气体流量，导致流量不稳定，热信号随时间波动较大。

（5）该装置中用于标定待测热功率与输出电信号间关系（二者之商即仪器常数）的热电阻丝缠绕在样品管外，电流通过标定热电阻丝产生的热量并未全部加热反池腔体，一部分会向外逸出，这使得反应区内实际物理化学过程产生的热信号响应不完全等同于标定过程，按该标定方法测得的热功率会大于实际值。

因此，需要提供一种新的热功率测量装置，以克服上述缺陷，使测量结果更加准确可靠，装样、测量和数据处理更加便利。

发明内容

本发明的目的是提供一种热功率测量装置，本发明的热功率测量装置的布置更合理、操作更便捷，更能准确地测量高温高压条件下固-气反应中放热或吸热过程的热功率。

本发明所提供的一种热功率测量装置，包括恒温系统、热测量系统、反应系统、热标定系统、供气系统和数据采集与控制系统；

所述恒温系统包括温度控制仪和与之相连接的恒温炉；所述恒温炉内设有一量热筒，所述量热筒内设有一均热块，所述均热块内设有沿其轴向对称布置的反应池腔体和参考池腔体，且所述反应池腔体与所述参考池腔体与所述均热块的间隙之间均设有导热材料；

所述热测量系统包括测温电桥、桥流调节电阻和直流电源，所述测温电桥包括缠绕在所述反应池腔体的外周壁上的两根测温电阻丝、缠绕在所述参考池的外周壁上的两根测温电阻丝；

所述反应系统包括一反应池样品架和一参考池样品架；所述反应池样品架和所述参考池样品架均包括一样品杆和设置于所述样品杆一端部的均热体Ⅰ，所述均热体Ⅰ内设一坩埚；所述反应池样品架和所述参考池样品架可分别密封设于所述反应池腔体和所述参考池腔体内；

所述标定系统包括一反应池标定样品架和一参考池标定样品架；所述反应池标定样品架和所述参考池标定样品架均包括一管状样品杆和设置于所述管状样品杆一端的均热体Ⅱ，所述均热体Ⅱ内设有一陶瓷管，且所述反应池标定样品架上的所述陶瓷管上缠绕一热电阻；所述管状样品杆与所述样品杆的形状和尺寸均相同，所述均热体Ⅰ与所述均热体Ⅱ的形状、尺寸与质量均相同；所述反应池标定样品架和所述参考池标定样品架可分别密封于所述反应池腔体和所述参考池腔体内；

所述热电阻与4根引线相连接，其中2根所述引线穿过所述管状样品杆与所述数据采集与控制系统电连接，另2根所述引线与设于另一所述管状样品杆内的2根引线串联后与所述直流电源电连接；

所述供气系统包括参考气气源和反应气气源；所述参考气气源和所述反应气气源分别与与所述参考池腔体相连通；所述参考池腔体通过一管路与所述反应池腔体相连通，所述反应池腔体通过一管路与设置于所述恒温系统外的质量流量控制器相连接。

上述的热功率测量装置中，所述量热筒设于所述恒温炉的中部；且所述反应池腔体与所述参考池腔体与所述均热块的间隙之间均设置的导热材料的种类可根据工作温度和热功率测量区间进行选择，如低功率时为空气，高功率时为石英砂或不锈钢砂。

上述的热功率测量装置中，所述反应池腔体与所述参考池腔体为平行设置。

上述的热功率测量装置中，所述均热块可为一紫铜镀金圆柱体；

所述反应池腔体和所述参考池腔体均呈圆柱形。