CN107091857A - 一种基于惠斯登电桥的自组型量热装置 - Google Patents

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聂兆广
胡艳芳
郑艺华
姜丛慧
林伯群
吴依玲
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Abstract

本发明属于量热设备技术领域，涉及一种基于惠斯登电桥的自组型量热装置，自组型惠斯登电桥装置、放大器、转换器和记录仪顺序依次电连接，自组型惠斯登电桥装置包括惠斯登电桥、参比柱和样品柱，参比柱和样品柱均包括加料管、隔热帽、保温棉和反应容器，反应容器的外侧包裹保温棉，反应容器的顶端盖有隔热帽，隔热帽上插有加料管，惠斯登电桥的第一热敏电阻和第二热敏电阻分别安装在参比柱和样品柱的反应容器内，固定电阻和第一热敏电阻串联，滑动变阻器和第二热敏电阻串联，两个串联电路并联，惠斯登电桥的b端和d端之间设有检流计；其结构简单，操作方便，测量数据精确，成本低，同时具有温度校正、温度补偿和数据记录功能。

Description

一种基于惠斯登电桥的自组型量热装置
技术领域：
本发明属于量热设备技术领域，涉及一种量热装置，特别是一种基于惠斯登电桥的自组型量热装置，将电学中惠斯登电桥原理应用到化学反应过程的量热装置中。
背景技术：
放热反应摩尔焓变是化学反应的一个重要参数，目前很多放热反应摩尔焓变的数据都是未知的，根据换热流体的流量和温度变化等测量参数就可计算出放热反应摩尔焓变，而当其他条件相同时，只需测量出反应的温度变化就可间接地研究化学反应的热效应了。由于实验测量的热效应与实际值相差较大，为了获取准确的反应温度数据，设计一种可靠、实用、经济的量热装置，能够测量反应放热过程中液体的温度，并要求量热装置绝热性好，热损失小，在测量前需温度校正，同时还需温度补偿来抵消环境温度波动对温度测量系统的影响，这样才能提高测量的精度和稳定性，保证较好的实验效果。
自从Hirobe提出量热装置的概念以来，量热技术已经取得了长足的发展。目前，应用较为广泛的量热装置主要有注入式量热计、温度滴定量热计、热导式量热计和等速流动量热计，从测量原理上又可以分为温差式量热计和补偿型量热计，其中，注入式量热计既可以是温差型的也可以是补偿型的，温度滴定量热计和等速流动量热计均为温差型，热导式量热计为补偿型。中国专利CN205049262公开了一种热量的测量装置，具体涉及一种临界温度液体混合过程过量焓的变温补偿量热装置，具有一定的局限性；中国专利CN204694657描述了一个材料热分析的微型量热仪，其仅设置有一个被测样品平台，并且能实现热流变化曲线绘制，但其设置复杂且成本较高。综上所述，现有的量热装置由于各方面条件的限制，因此存在着精确度低、信号输出的稳定性差、成本高等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种基于惠斯登电桥的具有温度校正和温度补偿功能的自组型量热装置，用于测试微量化学反应过程中热效应，即温度微量变化的数据。
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种化学反应过程中温度补偿型量热装置。本发明旨在解决两个主要难点问题：(1)反应装置绝热性能差。(2)恒温体系温度变化幅度小，温度测试的准确性和精确度难于保证。本发明合理得设计了自组型惠斯登电桥装置，还有放大器、A/D转换器和记录仪，确保了量热过程的准确性、精确性和稳定性等。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括自组型惠斯登电桥装置、放大器、转换器和记录仪，自组型惠斯登电桥装置、放大器、转换器和记录仪顺序依次电连接，自组型惠斯登电桥装置包括惠斯登电桥、参比柱和样品柱，其中参比柱和样品柱的结构相同，均包括加料管、隔热帽、保温棉和反应容器，反应容器的外侧紧密包裹保温棉，反应容器的顶端盖有与其配合使用的隔热帽，以保证绝热性良好，减小化学反应过程中的热损失，隔热帽上插有加料管，通过加料管向反应容器内加入试剂；惠斯登电桥包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、固定电阻、滑动变阻器和检流计，固定电阻的电阻值在滑动变阻器电阻变化范围内，第一热敏电阻和第二热敏电阻的结构性质相同，第一热敏电阻和第二热敏电阻分别安装在参比柱和样品柱的反应容器内，用于感应参比柱和样品柱中的温度变化，达到温度补偿的功能；固定电阻和第一热敏电阻串联，滑动变阻器和第二热敏电阻串联，两个串联电路并联，滑动变阻器用于温度校正，惠斯登电桥的b端和d端之间设有检流计,用于检测惠斯登电桥是否平衡或者所在支路有无电流。
本发明的工作原理为：在化学反应量热前，通过调节滑动变阻器来校准温度基线，温度校正后再反应量热，当参比柱和样品柱中反应一样时，惠斯登电桥平衡，检流计检测不出电流或者电流很小可忽略不计；当参比柱和样品柱反应有差别时，即当参比柱和样品柱中的温度有偏差时，检流计测出温差，并将温度信号转变为电流信号输出，输出的电流信号经放大器放大后，再经转换器整理后输出并由记录仪记录，得到所需要的化学反应的量热数据。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是样品柱和参比柱的结构确保了其保温性能良好，热损失小；二是利用惠斯登电桥上的滑动变阻器在测量前进行温度校正，大大提高测量结果的准确性；三是利用结构相同的样品柱和参比柱并结合惠斯登电桥，消除了环境温度波动对测量结果的影响，使测量结果的准确性提高；四是利用放大器使流经惠斯登电桥的电流保持在一个很小的变化范围内，不仅扩展了量程，还提高其测量的精确度与灵敏度；五是仅对惠斯登电桥增加反应柱、放大器、A/D转换器和记录仪，这比许多量热仪操作要简便而且成本较低，同时也使输出信号的稳定性大大地提高了；其结构简单，操作方便，测量数据精确，成本低，同时具有温度校正、温度补偿和数据记录等功能。
附图说明：
图1为本发明所述自组型惠斯登电桥装置的主体结构原理图。
图2为本发明的主体结构原理示意图，其中C为自组型惠斯登电桥装置，D.A为放大器，A/D为转换器，C.O为总输出，R.D为记录仪。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明做详细叙述。
实施例：
本实施例的主体结构包括自组型惠斯登电桥装置C、放大器D.A、转换器A/D和记录仪R.D，自组型惠斯登电桥装置C、放大器D.A、转换器A/D和记录仪R.D顺序依次电连接，自组型惠斯登电桥装置C包括惠斯登电桥、参比柱和样品柱，其中参比柱和样品柱的结构相同，均包括加料管1、隔热帽2、保温棉3和反应容器4，反应容器4的外侧紧密包裹保温棉3，反应容器4的顶端盖有与其配合使用的隔热帽2，以保证绝热性良好，减小化学反应过程中的热损失，隔热帽2上插有加料管1，通过加料管1向反应容器4内加入试剂；惠斯登电桥包括第一热敏电阻R2、第二热敏电阻R4、固定电阻R1、滑动变阻器R3和检流计G，固定电阻R1具有特定电阻值(具体电阻值为在滑动变阻器R3范围内即可)，第一热敏电阻R2和第二热敏电阻R4的结构性质相同，第一热敏电阻R2和第二热敏电阻R4分别安装在参比柱和样品柱的反应容器4内，用于感应参比柱和样品柱中的温度变化，达到温度补偿的功能；固定电阻R1和第一热敏电阻R2串联，滑动变阻器R3和第二热敏电阻R4串联，两个串联电路并联，滑动变阻器R3用于温度校正，惠斯登电桥的b端和d端之间设有检流计G,用于检测惠斯登电桥是否平衡或者所在支路有无电流。
本实施例的工作过程为：在化学反应量热前，先调节滑动变阻器R3来校准温度基线，使惠斯登电桥平衡，起到温度校正的作用；温度校正后进行反应量热，当参比柱和样品柱中反应一样时，惠斯登电桥几乎平衡，检流计G检测不出电流或者电流很小可忽略不计；而当参比柱和样品柱反应有差别时，在样品柱中加入酶溶液，而同时参比柱加入同体积的蒸馏水或者没有活性的酶溶液时，此时检流计G检测出的电流信号是其有活性的酶溶液参与催化反应放热所导致的，其测量值就是酶催化反应的热效应，不仅消除环境温度波动对测量的影响，也避免加入试剂时溶液扩散时温度变化对测量的影响，起温度补偿的作用；检流计G输出的电流信号输出的电流信号经放大器D.A放大后，再经转换器A/D整理后输出并由记录仪R.D记录，得到所需要的化学反应的量热数据。
本实施例利用放大器D.A能保持在一个很小的变化范围内，不仅扩展量程，还大大地提高了其测量的精确度与灵敏度；转换器A/D将如电流信号转换为数字信号进行输出，记录仪R.D再将数字信号存贮显示出来，使输出信号的稳定性大大地提高，也便于分析测定的结果，同时，此装置基本能满足多种测量状态下(如液-液、液-固等反应)的需求。

Claims (2)

1.一种基于惠斯登电桥的自组型量热装置，其特征在于主体结构包括自组型惠斯登电桥装置、放大器、转换器和记录仪，自组型惠斯登电桥装置、放大器、转换器和记录仪顺序依次电连接，自组型惠斯登电桥装置包括惠斯登电桥、参比柱和样品柱，其中参比柱和样品柱的结构相同，均包括加料管、隔热帽、保温棉和反应容器，反应容器的外侧紧密包裹保温棉，反应容器的顶端盖有与其配合使用的隔热帽，以保证绝热性良好，减小化学反应过程中的热损失，隔热帽上插有加料管，通过加料管向反应容器内加入试剂；惠斯登电桥包括第一热敏电阻、第二热敏电阻、固定电阻、滑动变阻器和检流计，固定电阻的电阻值在滑动变阻器电阻变化范围内，第一热敏电阻和第二热敏电阻的结构性质相同，第一热敏电阻和第二热敏电阻分别安装在参比柱和样品柱的反应容器内，用于感应参比柱和样品柱中的温度变化，达到温度补偿的功能；固定电阻和第一热敏电阻串联，滑动变阻器和第二热敏电阻串联，两个串联电路并联，滑动变阻器用于温度校正，惠斯登电桥的b端和d端之间设有检流计,用于检测惠斯登电桥是否平衡或者所在支路有无电流。
2.根据权利要求1所述基于惠斯登电桥的自组型量热装置，其特征在于其工作原理为：在化学反应量热前，通过调节滑动变阻器来校准温度基线，温度校正后再反应量热，当参比柱和样品柱中反应一样时，惠斯登电桥平衡，检流计检测不出电流或者电流很小可忽略不计；当参比柱和样品柱反应有差别时，即当参比柱和样品柱中的温度有偏差时，检流计测出温差，并将温度信号转变为电流信号输出，输出的电流信号经放大器放大后，再经转换器整理后输出并由记录仪记录，得到所需要的化学反应的量热数据。
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