采用熱偶及2182A型納伏表的微熱量測(cè)量系統(tǒng)

　　微熱量測(cè)量用來(lái)決定各種能量關(guān)系。在進(jìn)行小尺寸樣品或者慢加熱速率的量熱學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常需要使用微熱量測(cè)量技術(shù)。根據(jù)具體的應(yīng)用情況，微量熱計(jì)的設(shè)計(jì)可能有很大的變化，并且很多都是用戶自己設(shè)計(jì)制造的。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，各種熱量測(cè)量技術(shù)使用戶能夠測(cè)量小的溫度變化。微熱量測(cè)量實(shí)驗(yàn)可能要求測(cè)量低達(dá)100μ℃的溫度變化。本文介紹兩種溫度傳感器和采用熱偶及2182A型納伏表的微熱量測(cè)量系統(tǒng)。

　　溫度傳感器

　　熱敏電阻和熱偶是各種測(cè)溫學(xué)中常用的傳感器類型。傳感器的選擇依賴于特定的微熱量測(cè)量應(yīng)用。

　　熱敏電阻是對(duì)溫度敏感的電阻器，具有很好的線性度和準(zhǔn)確度特性。這些器件需要激勵(lì)信號(hào)，所以會(huì)以熱的形式耗散功率，從而可能導(dǎo)致測(cè)量的誤差。

　　熱偶是最廣泛使用的溫度傳感器類型。這種堅(jiān)固而經(jīng)濟(jì)的器件是由兩種不同的金屬結(jié)合而成。熱偶有幾種不同的類型，覆蓋寬廣的溫度范圍。根據(jù)熱偶的類型和溫度范圍，熱偶的線性度有所變化。

　　介紹

　　根據(jù)要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)情況，微熱量計(jì)的設(shè)計(jì)可能有很大的不同。這里介紹的應(yīng)用工作使用一個(gè)簡(jiǎn)單的量熱計(jì)來(lái)進(jìn)行微熱量測(cè)量。用差分熱偶溫度計(jì)測(cè)量溫度。在差分測(cè)溫配置中，一個(gè)熱偶放在量熱計(jì)的內(nèi)部，另一個(gè)熱偶則放在其外部。兩個(gè)熱偶的電壓差正比于其溫度差。測(cè)量的靈敏度大約為25m℃/μV （取決于熱偶的類型）。圖4-40示出一個(gè)典型微量熱計(jì)的設(shè)置情況，使用2182A納伏表進(jìn)行所需要的電壓測(cè)量。

　　量熱計(jì)內(nèi)部的溫度只需要以適中的準(zhǔn)確度測(cè)出即可；然而，為了測(cè)量出實(shí)驗(yàn)期間發(fā)生的小的變化，最高的精度和分辨率是基本的要求。測(cè)量差分熱偶的信號(hào)到毫度以下的分辨率，需要使用非常靈敏的電壓表。依據(jù)所使用的熱偶類型，2182A能夠檢測(cè)出大約100μ℃的溫度變化。對(duì)于一種給定類型的熱偶來(lái)說，其溫度變化對(duì)應(yīng)的電位變化量是一定的。

　　熱偶可以作為一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備來(lái)校準(zhǔn)，或者也可以作為量熱計(jì)的一個(gè)組成元件就地校準(zhǔn)?？梢允褂靡粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)在近似于測(cè)試溫度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱偶的校準(zhǔn)；也可以用一個(gè)固定點(diǎn)的參考標(biāo)準(zhǔn)（例如氧的沸點(diǎn)）來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　在進(jìn)行測(cè)試之前，必須確定量熱計(jì)的熱容量。確定熱容量的方法可以采用向其加入已知的熱量，然后直接測(cè)量所引起的溫度增加量。精確標(biāo)定熱量的方法采用向已知的電阻送入一個(gè)準(zhǔn)確的電流，還可以用標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行加熱來(lái)確定熱量。

　　用熱偶進(jìn)行低溫測(cè)量意味著要測(cè)量低電平的電壓，所以這時(shí)要特別注意考慮熱電動(dòng)勢(shì)及磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。

　　運(yùn)行測(cè)試

　　為了獲得最好的結(jié)果，在2182A上選擇10mV量程，并選擇整數(shù)電源周期積分（1NPLC）以獲得最大的電源頻率噪聲抑制能力。打開濾波器可以進(jìn)一步降低噪聲。特別注意不要使濾波器的響應(yīng)時(shí)間在熱曲線的峰值點(diǎn)引起誤差。慢速響應(yīng)的濾波器能夠?qū)?shù)據(jù)的峰值點(diǎn)起平滑的作用，從而可能會(huì)丟失重要的溫度信息。2182A具有選擇濾波器設(shè)置的能力，可以使系統(tǒng)的噪聲抑制能力達(dá)到最優(yōu)化，并保證合適的峰值檢測(cè)能力。

　　在實(shí)驗(yàn)開始之前，量熱計(jì)內(nèi)、外的溫度必須相同。其溫度差為0℃ 相當(dāng)于差分熱偶的輸出電壓為0V。這時(shí)，如果發(fā)生溫度變化，則認(rèn)為是由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所引起的。

　　測(cè)試完成后，可以使用校準(zhǔn)曲線將數(shù)據(jù)變換成溫度并進(jìn)行分析。圖 4-41為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的典型熱曲線。最后的結(jié)果通常表達(dá)為熱量（卡路里）或者能量（焦耳）。