采用熱偶及2182A型納伏表的微熱量測量系統(tǒng)

　　微熱量測量用來決定各種能量關系。在進行小尺寸樣品或者慢加熱速率的量熱學實驗時，常常需要使用微熱量測量技術。根據(jù)具體的應用情況，微量熱計的設計可能有很大的變化，并且很多都是用戶自己設計制造的。在進行測試時，各種熱量測量技術使用戶能夠測量小的溫度變化。微熱量測量實驗可能要求測量低達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量系統(tǒng)。

　　溫度傳感器

　　熱敏電阻和熱偶是各種測溫學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量應用。

　　熱敏電阻是對溫度敏感的電阻器，具有很好的線性度和準確度特性。這些器件需要激勵信號，所以會以熱的形式耗散功率，從而可能導致測量的誤差。

　　熱偶是最廣泛使用的溫度傳感器類型。這種堅固而經(jīng)濟的器件是由兩種不同的金屬結合而成。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)要進行的實驗情況，微熱量計的設計可能有很大的不同。這里介紹的應用工作使用一個簡單的量熱計來進行微熱量測量。用差分熱偶溫度計測量溫度。在差分測溫配置中，一個熱偶放在量熱計的內(nèi)部，另一個熱偶則放在其外部。兩個熱偶的電壓差正比于其溫度差。測量的靈敏度大約為25m℃/μV （取決于熱偶的類型）。圖4-40示出一個典型微量熱計的設置情況，使用2182A納伏表進行所需要的電壓測量。

　　量熱計內(nèi)部的溫度只需要以適中的準確度測出即可；然而，為了測量出實驗期間發(fā)生的小的變化，最高的精度和分辨率是基本的要求。測量差分熱偶的信號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能夠檢測出大約100μ℃的溫度變化。對于一種給定類型的熱偶來說，其溫度變化對應的電位變化量是一定的。

　　熱偶可以作為一個單獨的設備來校準，或者也可以作為量熱計的一個組成元件就地校準?？梢允褂靡粋€標準溫度計在近似于測試溫度的溫度范圍內(nèi)進行熱偶的校準；也可以用一個固定點的參考標準（例如氧的沸點）來進行校準。

　　在進行測試之前，必須確定量熱計的熱容量。確定熱容量的方法可以采用向其加入已知的熱量，然后直接測量所引起的溫度增加量。精確標定熱量的方法采用向已知的電阻送入一個準確的電流，還可以用標準的化學反應進行加熱來確定熱量。

　　用熱偶進行低溫測量意味著要測量低電平的電壓，所以這時要特別注意考慮熱電動勢及磁場對測量準確度的影響。

　　運行測試

　　為了獲得最好的結果，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。打開濾波器可以進一步降低噪聲。特別注意不要使濾波器的響應時間在熱曲線的峰值點引起誤差。慢速響應的濾波器能夠?qū)?shù)據(jù)的峰值點起平滑的作用，從而可能會丟失重要的溫度信息。2182A具有選擇濾波器設置的能力，可以使系統(tǒng)的噪聲抑制能力達到最優(yōu)化，并保證合適的峰值檢測能力。

　　在實驗開始之前，量熱計內(nèi)、外的溫度必須相同。其溫度差為0℃ 相當于差分熱偶的輸出電壓為0V。這時，如果發(fā)生溫度變化，則認為是由實驗現(xiàn)象所引起的。

　　測試完成后，可以使用校準曲線將數(shù)據(jù)變換成溫度并進行分析。圖 4-41為一個化學反應的典型熱曲線。最后的結果通常表達為熱量（卡路里）或者能量（焦耳）。