专利名称：用冷却法测量金属比热容的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用冷却法测量金属比热容的装置，尤其适合于教学实验领域。
背景技术：
单位质量的物质，其温度升高1K或1℃所需的热量称为该物质的比热容，其值随温度而变化。
测定物质的比热容测量方法主要有混合法、电热法和冷却法。混合法采用热平衡原理测量物质的比热容，因为存在与外界的热量交换而影响测量精度；电热法通过对被测物质进行电加热，测量出加热功率和加热时间而测得物质的比热容，因为存在热量的损失而影响测量精度；冷却法是根据牛顿(Isaac Newton)冷却定律，若已知标准样品在不同温度的比热容，通过作冷却曲线可测得各种金属在不同温度时的比热容。
在科研和实验中，对金属的比热容测量一般采用冷却法。在现有的条件下，因为缺少专用的测量装置，只能用简易的设备组建，造成的测量的结果误差较大，测量的温度不易控制，安全性难以保障，容易发生烫伤事故。
发明内容
本实用新颖提供一种用冷却法测量金属比热容的装置，该装置所解决的技术问题是能够测量金属的比热容，测量精度优于3％；采用变压器隔离的小于36V低压交流电加热，并且采取了温度过高保护措施，保证了装置的测量安全性；长期使用外表温度＜55℃，解决了容易烫伤的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它主要由加热组件和测试组件组成，加热组件至少包括有一可上下升降的加热筒，筒体内安置有电热器；加热筒的下方安置有防风筒，其内有一供安放被测样品的底座，在该底座内安装有与被测样品接触的测温热电偶，该测温热电偶与外接的毫伏表至少组成了测试组件。
所述的加热筒通过支架、调节手轮连接在一垂直的齿条上，在加热筒内的电热器由电热丝和加热铜块组成，加热铜块与下方的被测样品直接接触。
所述的加热筒内安装有PT100测温传感器，且该测温传感器与一过温保护电路相接。
所述的加热筒外至少设置有一层内填充有隔热材料的隔热层。
所述的加热筒外设置有三层隔热层，在加热筒内的加热铜块外设置有第一层隔热层，在该第一层隔热层外还设置有二层隔热层。
本实用新型由加热组件和测试组件组成，加热组件对被测样品进行加热和冷却，测试组件对被测样品的温度和冷却时间进行测量。加热组件的加热筒可上下自由升降，被测样品放在有防风的底座上，由加热铜块对其加热；采用热电偶来测量被测样品的温度；用Pt100测温传感器监测加热筒的温度，过高时保护电路切断加热电压，并设有3层隔热措施，减少热量对外传递，这样确保加热筒的外壳温度不会烫伤人。测试仪包括加热电源、温度过高保护电路、毫伏表和计时秒表。测试组件包括毫伏表、计时秒表、计时按钮、加热电源、过温保护电路等组成。温度保护电路对Pt100测温传感器进行监测，超过一定的温度后切断加热电源，过温保护指示灯亮；毫伏表用于测量热电偶的测温输出，经换算后就可以测得被测样品的温度；计时秒表和计时按钮用于测量被测样品的冷却时间，计时分辨率0.01s；加热组件和测试组件通过二组专用导线电气连接。
本实用新型的优点是可以安全地测量多种金属的比热容；测量精度高3％；采取了温度过高保护措施和良好的隔热措施，解决了容易烫伤的问题。
图1是本实用新型加热组件的纵剖面构造图。
图2是本实用新型测试组件的面板功能示意图。
图3是本实用新型的电路原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明。
附图中的标示如下图1中，1.加热筒；2.隔热材料；3.隔热盖；4.加热铜块；5.隔热层1；6.被测样品；7.底座；8.防风筒；9.测温热电偶；10.隔热层2；11.隔热层3；12.Pt100测温传感器；13.电热丝；14.调节手轮；15.齿条；16.电连接插座。
图2中，17.温度保护指示灯；18.加热电压选择；19.加热电压及Pt100测温传感器接口，20.测温热电偶接口；21.计时复位按钮；22.计时开始/停止按钮；23.计时秒表；24.毫伏表图3为测试仪的内部框图，各组件作用在具体实施方式
中解释本实用新型主要由加热组件和测试组件组成，加热组件至少包括有一可上下升降的加热筒，筒体内安置有电热器；加热筒的下方安置有防风筒，其内有一供安放被测样品的底座，在该底座内安装有与被测样品接触的测温热电偶，该测温热电偶与外接的毫伏表至少组成了测试组件。
所述的加热筒1通过支架、调节手轮14连接在一垂直的齿条15上，在加热筒1内的电热器由电热丝13和加热铜块4组成，加热铜块4与下方的被测样品6直接接触。
所述的被测样品6安放在有较大容量的防风筒8内的底座7上，测温热电偶9放置于被测样品6内的小孔中；当加热筒1向下移动到底后，加热铜块4接触到被测样品6，对被测样品6进行加热，被测样品6需要降温时则将加热装置1上移，加热铜块4离开被测样品6；为防止加热筒1的加热温度过高，还设有Pt100测温传感器12监测；为防止加热筒1的外壳温度过高，设有3层隔热措施，加热铜块4外包有隔热1层5，隔热1层5与隔热2层10及隔热2层10与隔热3层11之间填充有隔热材料2。
测试仪包括毫伏表24、计时秒表23、计时按钮21、22、加热电源、过温保护电路等组成。测试仪提供的小于36V的交流加热电压施加于电热器1内的电热丝13，电热丝13对加热铜块4加热，加热铜块4再对被测样品6进行加热；温度保护电路由比较器、阈值调节电路和控制器组成，阈值调节电路可以调节温度保护的范围，比较器对Pt100测温传感器12的输出进行监测，超过阈值调节电路设定的温度后，控制器起控，切断加热电源，过温保护指示灯17亮；毫伏表24用于测量热电偶9的测温输出，经换算后就可以测得被测样品6的温度；计时秒表和计时按钮用于测量被测样品的冷却时间。
加热组件和测试组件通过二组专用导线电气连接。
下面就测量原理进行说明单位质量的物质，其温度升高1K或1℃所需的热量称为该物质的比热容，其值随温度而变化。将质量为M1的金属样品加热后，放到较低温度的介质(例如室温的空气)中，样品将会逐渐冷却。其单位时间的热量损失(ΔQ/Δt)与温度下降的速率成正比，于是得到下述关系式ΔQΔt=c1M1Δθ1Δt---(1)]]>(1)式中C1为该金属样品在温度θ1时的比热容， 为金属样品在θ1的温度下降速率，根据冷却定律有ΔQΔt=α1S1(θ1-θ0)m---(2)]]>(2)式中α1为热交换系数，S1为该样品外表面的面积，m为常数，θ1为金属样品的温度，θ0为周围介质的温度。由式(1)和(2)，可得c1M1Δθ1Δt=α1S1(θ1-θ0)m---(3)]]>同理，对质量为M2，比热容为C2的另一种金属样品，可有同样的表达式c2M2Δθ1Δt=α2S2(θ1-θ0)m---(4)]]>由式(3)和(4)，可得c2M2Δθ2Δtc1M1Δθ1Δt=α2S2(θ2-θ0)mα1S1(θ1-θ0)m]]>所以c2=c1M1Δθ1ΔtM2Δθ2Δtα2S2(θ2-θ0)mα1S1(θ1-θ0)m]]>假设两样品的形状尺寸都相同(例如细小的圆柱体)，即S1＝S2；两样品的表面状况也相同如涂层、色泽等，而周围介质(空气)的性质当然也不变，则有α1＝α2。于是当周围介质温度不变(即室温θ0恒定)，两样品又处于相同温度θ1＝θ2＝θ时，上式可以简化为c2=c1M1(ΔθΔt)1M2(ΔθΔt)2---(5)]]>如果已知标准金属样品的比热容C1、质量M1；待测样品的质量M2及两样品在温度θ时冷却速率之比，就可以求出待测的金属材料的比热容C2。几种金属材料的比热容见表1表1
权利要求1.一种用冷却法测量金属比热容的装置，它主要由加热组件和测试组件组成，其特征在于加热组件至少包括有一可上下升降的加热筒(1)，筒体内安置有电热器；加热筒(1)的下方安置有防风筒(8)，其内有一供安放被测样品(6)的底座(7)，在该底座(7)内安装有与被测样品(6)接触的测温热电偶(9)，该测温热电偶(9)与外接的毫伏表(24)至少组成了测试组件。
2.根据权利要求1所述的用冷却法测量金属比热容的装置，其特征在于所述的加热筒(1)通过支架、调节手轮(14)连接在一垂直的齿条(15)上，在加热筒(1)内的电热器由电热丝(13)和加热铜块(4)组成，加热铜块(4)与下方的被测样品(6)直接接触。
3.根据权利要求1或2所述的用冷却法测量金属比热容的装置，其特征在于所述的加热筒(1)内安装有PT100测温传感器(12)，且该测温传感器(12)与一过温保护电路相接。
4.根据权利要求3所述的用冷却法测量金属比热容的装置，其特征在于所述的加热筒(1)外至少设置有一层内填充有隔热材料的隔热层。
5.根据权利要求4所述的用冷却法测量金属比热容的装置，其特征在于所述的加热筒(1)外设置有三层隔热层，在加热筒内的加热铜块外设置有第一层隔热层(5)，在该第一层隔热层外还设置有二层隔热层(10、11)。
专利摘要一种用冷却法测量金属比热容的装置，它主要由加热组件和测试组件组成，加热组件至少包括有一可上下升降的加热筒，筒体内安置有电热器；加热筒的下方安置有防风筒，其内有一供安放被测样品的底座，在该底座内安装有与被测样品接触的测温热电偶，该测温热电偶与外接的毫伏表至少组成了测试组件；用Pt100测温传感器实现加热温度过高保护，并设有三层隔热措施。本实用新型的优点是测量精度优于3％，装置的测量安全性高，长期使用外表温度＜55℃，解决了使用中容易烫伤人的问题。
文档编号G01N25/20GK2852122SQ20052001285
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月27日 优先权日2005年6月27日
发明者马志斌, 郑志荣 申请人:郑志荣