一种新型燃烧热测定方法与流程

本发明涉及热分析技术方法领域，尤其涉及一种新型燃烧热测定方法。

背景技术：

燃烧热是指在标准压力下，反应温度T时，可燃物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变。燃烧热是一种重要的热化学参数，通过燃烧热值可以判断不同化合物含有能量大小，同时也可以推测反应动力学以及化合物的生成机理。目前，几乎大部分物质的燃烧热都是通过氧弹量热法测定，氧弹量热计是此方法的主要工具。氧弹量热法测定样品的燃烧热时采用的是金属点火丝直接引燃方式。

利用氧弹量热计测定物质的燃烧热时，首先要对量热计的能当量进行标定。一般情况下，都是使用已知燃烧热的苯甲酸作为标准物质，称取一定质量的苯甲酸置于氧弹内，通过点火丝引燃使其完全燃烧，根据燃烧放出的热量引起体系温度的变化便可求出氧弹量热计热容。标定后，再将一定量待测物质样品置于氧弹内，同标定一样的步骤，最后测定燃烧前后环境温度变化进而获得待测样品的燃烧热。

氧弹量热法是一种准确测定物质燃烧热或生物质发热量的标准方法。但是对于燃点较高的样品，点火不易成功，并且燃烧不完全，使这种方法成功率低，操作复杂；即使低燃点的样品点火相对容易，却因与环境之间微小的热量交换，使测定的误差很大，并且此方法的实验过程耗时长。因此，在此基础上的各种改进方法随之出现。近些年，许多致力于燃烧热测定的科研工作者已对量热法进行了很大的改进与完善，如在温度测定、充氧方式、氧弹内氧气压力、样品的压片、点火丝的安装和数据处理等发面，已经使这种方法的准确度显著提高。然而含能材料在燃烧过程中非常容易爆炸，具有一定危险性，此方法不适于含能材料燃烧热的测定。

对于含能材料，燃烧热是其不可或缺的热力学数据之一。通过燃烧热，可以对含能材料的燃烧性能进行出探讨，判定是否可以作为火箭推进剂或炸药添加剂等。然而含能材料在燃烧过程中非常容易爆炸，且氧弹量热法需要样品量较大，这样使测定过程具有一定危险性，使其不适用于含能材料燃烧热的测定。所以迫切需要一种新型燃烧热测定的方法，不仅可以测定一般化合物的燃烧热，也可以用来测定易爆、具有危险性的含能物质的燃烧热。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的缺陷，提供一种新型燃烧热测定方法。

本发明通过下述方案实现：

一种新型燃烧热测定方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：预热仪器，进行基线校正；

步骤二：装样；称量待测样品，放入样品池中，然后将样品池密封于量热器中；

步骤三：给量热器充氧气；将氧气瓶旋接入量热器的进气口，缓慢打开气瓶，进行充气，旋开进气接头，充气完成；

步骤四：安装量热器；将参比和待测两个量热器分别投放入两个量热室，密封量热室；

步骤五：点火；在直流电源供应器上设置一定的电流，按下直流电源供应器的控制开关，点火瞬间完成；

步骤六：采集数据，量热处理。

所述步骤一包括以下具体步骤：

(1)打开测控仪的电源开关，然后打开电脑主控软件，测试仪投入工作；

(2)打开测控仪的加热开关，设置所需控制的温度；

(3)对仪器进行预热，待基线完全趋于平稳，停止预热。

所述步骤六包括以下具体步骤：

(1)热电势的测量

将采集的热电势数据转换成电压，经过平滑处理后显示、保存，平滑处理公式是：

其中ei，ej为该通道第i，j次采样的电压值；

A为平滑系数(正整数)，默认值A＝10；

(2)基线校正

按选定的基线测量时间T作为基线测量采样时间，测量公式为：

其中，BEi为目前基线值，基线也可直接由操作者输入认为是恰当的数值，取E＝ej-BEi称为基线修正，显示E值，及由E构成的谱线；

(3)计算放热功率P

放热功率P的计算公式为：P＝E/S

S为仪器灵敏度，经标定产生，或者作者输入；

(4)放热量计算

首先设置反应开始阈值δ1，及反应结束阈值δ2，δ1>δ2>0，

当|E|≥δ1时，认为反应开始，电脑开始积算

式中H为仪器的量热系数，A为曲线的积分面积，Q为被测可燃性样品的燃烧热，并以每秒一次速率显示当前已检测到的放热量，直到|E|≤δ2时认为反应结束，本次量热过程结束，该热量被另外显示，系统等待下一次的测量。

步骤二中所需称取的样品的质量为5-20毫克即可。

步骤四涉及的参比与待测两个量热器通过串联方式根据示差法测量热值。

步骤五中的直流电源供应器可以对点火时间、电流及电压进行控制。

步骤六中包括谱线获得的过程，其燃烧热是通过对谱线的面积积分获得。

本发明的有益效果为：

使用本方法测定的燃烧热，灵敏度极高，能检测到微瓦级热流；稳定性好，长时间基线漂移不超过±0.1Μv；并且操作简单易掌握，重复性好，样品用量小，特别适合于测量比较贵重和易爆样品的测定，因此实验应用范围非常宽。

附图说明

图1为本发明的量热器的结构示意图；

图2为本发明一种新型燃烧热测定方法的量热系统整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明：

一种新型燃烧热测定方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：预热仪器，进行基线校正；

步骤二：装样；称量待测样品，放入样品池中，然后将样品池密封于量热器中；

步骤三：给量热器充氧气；将氧气瓶旋接入量热器的进气口，缓慢打开气瓶，进行充气，旋开进气接头，充气完成；

步骤四：安装量热器；将参比和待测两个量热器分别投放入两个量热室，密封量热室；

步骤五：点火；在直流电源供应器上设置一定的电流，按下直流电源供应器的控制开关，点火瞬间完成；

步骤六：采集数据，量热处理。

如图1所示，本发明所使用的量热器为示差热流计，所述示差热流计主要由两个单一的热流计组成，所述热流计的量热容器壁1的周围几乎不满了热电偶，组成了热电堆2，每一个热电偶的一端3与量热容器壁接触，另一端4与均热块5接触，均热块5是一个热容量较大的金属块，在控制温度下不受反应热的影响，燃烧时放出的热量使热电偶两端出现温差，以致出现按牛顿冷却定律进行的热传递，产生热流。然后再根据示差法，将主控软件测得的热电势随时间变化的曲线积分就可以求得样品燃烧所放出的热量。

所述步骤一包括以下具体步骤：

(1)打开测控仪的电源开关，然后打开电脑主控软件，测试仪投入工作；

(2)打开测控仪的加热开关，设置所需控制的温度；

(3)对仪器进行预热，待基线完全趋于平稳，停止预热。

所述步骤六包括以下具体步骤：

(1)热电势的测量

将采集的热电势数据转换成电压，经过平滑处理后显示、保存，平滑处理公式是：

其中ei，ej为该通道第i，j次采样的电压值；

A为平滑系数(正整数)，默认值A＝10；

(2)基线校正

按选定的基线测量时间T作为基线测量采样时间，测量公式为：

其中，BEi为目前基线值，基线也可直接由操作者输入认为是恰当的数值，取E＝ej-BEi称为基线修正，显示E值，及由E构成的谱线；

(3)计算放热功率P

放热功率P的计算公式为：P＝E/S

S为仪器灵敏度，经标定产生，或者作者输入；

(4)放热量计算

首先设置反应开始阈值δ1，及反应结束阈值δ2，δ1>δ2>0，

当|E|≥δ1时，认为反应开始，电脑开始积算

式中H为仪器的量热系数，A为曲线的积分面积，Q为被测可燃性样品的燃烧热，并以每秒一次速率显示当前已检测到的放热量，直到|E|≤δ2时认为反应结束，本次量热过程结束，该热量被另外显示，系统等待下一次的测量。

步骤二中所需称取的样品的质量为5-20毫克即可。

步骤四涉及的参比与待测两个量热器通过串联方式根据示差法测量热值。

步骤五中的直流电源供应器可以对点火时间、电流及电压进行控制。

步骤六中包括谱线获得的过程，其燃烧热是通过对谱线的面积积分获得。

本发明一种新型燃烧热测定方法的量热系统整体结构示意图如图2所示。在使用时，将本发明的量热器加装样品后置于量热计主体6的内部，打开温度控制系统9的电源开关和计算机系统7主控软件，设置恒定温度，对量热计进行预热，待软件界面上的基线完全趋于平稳，停止预热；若设置低温，可以通过保温系统11对温度进行控制和恒定；称量待测样品，放入样品池中；将样品池密封于量热器中；

将氧气瓶旋接入量热器的进气口，缓慢打开气瓶，进行充气，充入至1.5～2.0MPa时，旋开进气接头，充气完成；将装有待测样品和未装样品的两个量热器放入量热计主体6的两个量热室内，然后将量热室密封；

在电流控制系统10上设置一定的电流，按下控制开关，点火使样品燃烧；在使用中和使用后配合真空系统8对本发明的量热系统进行控制。

尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。