弹筒量热仪

1770年，Josef Black (英国化学家、物理学家)首次提出“量热仪”一词，1780年，拉瓦锡(法国化学家)和拉普拉斯(法国天文学家、数学家)最早将量热仪技术用于物理和化学实验，他们将一只几内亚小鼠放到一个冰桶内，通入空气，小老鼠呼入空气中的氧气排出二氧化碳，其自身产生的热量将一部分冰融化成了水，通过测定下部烧杯中收集到的水可以推算出老鼠释放的热量。为了防止热量向外界散失，冰桶的外部包裹一层冰和水的混合物，由于冰及冰水混合物的温度均为摄氏零度，所以天然构成了一个绝热体系，现在后人也称拉瓦锡等设计的系统为冰量热仪或相变量热仪。氧弹量热仪是用于测量固体或液体样品在一个密闭的容器中(氧弹)，充满氧气的环境里，燃烧所产生的热值。“氧弹量热仪”是经常使用的名称。测量的结果称燃烧值、热值、BUT值等。热值测量结果可帮助对产品相关要素进行总结，如得出品质、生理、物理、化学以及成本方面的结论。譬如说，煤炭的发热量是其定价的主要依据，饲料的能量是配方师在做配方设计时首先需要确定下来的重要指标。测定时将1g的固体或液体样品称量后放入坩锅中，将坩锅置于不锈钢的容器(氧弹)中。往燃烧容器/氧弹中充满30bar压力的氧气，氧气的纯度最好为99.95%，样品在氧弹内通过点火丝和绵线引燃，燃烧过程中坩锅的中心温度可达1200°C，同时氧弹内的压力上升。在此条件下，所有的有机物燃烧并氧化。氢生成水，碳生成二氧化碳，样品中的硫将氧化成SO2，SO3，并溶于水，释放出一定的热量（硫酸生成热），空气中的氮气在高压富氧的条件下，会有少量被氧化生产NO2，溶于水释放出一定热量（硝酸生成热）。氧弹量热仪的内筒使用的传热介质为水，氧弹浸没在水中，燃烧时产生的热量通过水扩散出去，为确保燃烧产生的热量不会从系统传到外界和外界的热量不会传进系统里，使用另一个充满水的容器（外桶OV）作为隔热的装置，依据不同的测定原理和外筒温度控制，氧弹量热仪可以分为绝热式量热仪和周边等温量热仪。绝热量热仪在实验中，外桶的温度（TOV）全程跟踪内桶温度（TIV）变化而变化。这种绝热几乎完全隔绝热传递。在保持空调环境温度恒定的条件下，测量几乎不受任何的外界影响。样品燃烧所释放出的热量都将聚集在内筒，并通过内筒的温度传感器进行测量。实验过程中没有热损失，无需像等温量热仪一样做修正计算其温升曲线的典型特征为：实验前期，实验末期可以很快达到“稳态”，即内、外筒的温度达到平衡，不会随着时间的推移而变化。 绝热模式的原理简单，测定结果可靠，但由于其结构复杂，内外桶均需要有独立的冷却加热控制系统，能实现内外桶温度的精准跟踪及控制，所需的技术难度较高，所以后人提出了一种理想化的模型，两个理想的牛顿流体在一端温度恒定时，另一端的温度发生渐进性变化时，两者间的热量交换符合牛顿冷却定律，可以通过瑞方公式、罗-李方程等公式对两者间的热量交换做出模拟计算，其结果就是我们常说的冷却校正系数。等温测量模式，实验过程中外桶的温度（TOV）需要保持恒定。保持外桶温度恒定不要求内外桶的完全绝热，内外桶有少量的热交换。在空调环境温度保持恒定的情况下，需要对内外桶间的少量热交换进行修正计算， 其温升曲线的典型特征是：实验前期，实验末期温度存在“拐点”，对温升终点的判断较为关键，为了准确判断温度变化的趋势，即严格按照瑞方公式进行测定时，所需的测试时间较长，通过“温升趋势”预断来缩短测定时间的方法中，即“快速模式”，温升趋势的预判往往成为实验成败的关键。早期的量热仪产品外筒没有独立的冷却加热系统，为了在实验的前期和末期之间尽量保持外筒水温的基本一致，外筒的水箱容量通常为内筒的的5-10倍，通常为10-20L，但由于外筒没有冷却设备，测定结束后内筒的水也循环进入外筒，所以经过数次测定后外筒温度容易出现缓慢升高的现象，影响了测定的准确性。现在的氧弹量热仪技术日新月异，从结构到功能上均发生了许多的变化，测定时间较早期的手工操作的量热仪而言已极大地缩短，测定精度对于一些进口品牌而言，其5次苯甲酸标定过程中的相对标准偏差已可以达到0.05%，如德国IKA公司，对于国产仪器而言，一些好的品牌其相对标准偏差也可以控制在0.1-0.15%之间。从结构而言，由于恒温水浴等技术的使用，量热仪已抛弃了传统的大肚子外筒，内筒的水量也控制在标准要求的下限，这样其热容量（水当量）将相应减少，温度的平衡时间也将缩短。氧弹的结构发生了明显的变化，充氧接口与放气接口合并，点火电极与氧弹弹体构成点火电路，其主要目的是尽量减少在氧弹上的开口，因为每一个开口对氧弹都意味着增加了额外安全隐患，都意味着需要额外增加密封圈等配件和更多的操作者维护，氧弹的外形设计也发生着明显的变化，氧弹一般由弹筒，弹盖和螺纹环三个部件组成，传统的氧弹其接口放在了上部，相互间用密封环密封，我们知道在点火燃烧时热量集中在中上部，并通过上部对外扩散，由于密封环的阻隔其导热速率将明显下降，德国IKA公司最新推出的C6000系列氧弹，采用了独特的倒扣式设计，接口放在了氧弹的下部，氧弹顶端是一体的圆形弧顶，实验过程中的热量将更易向内筒扩散，也更容易达到温度的平衡，而且在保证其最高330bar的耐压测试标准的同时，将氧弹重量降低了30%，这样实验末期的温度平衡时间将大大缩短，所以其绝热模式的测定时间从原来的15分钟降到了8分钟，周边等温模式的测定时间从22分钟降低到了12分钟。从功能而言，氧弹量热仪已经高度自动化，自动充水，自动排水，有独立的冷却循环水浴和加热系统构成了自动量热仪的水循环系统，自动充氧，自动排废气，可以根据不同标准的要求对氧弹数次充氧放气已完成氧弹内部空气的净化，氧弹自动识别，自动点火，像一些先进的仪器如德国IKA公司的C6000等，甚至可以每次测定点火的能量，自动扣除并自动计算热值，测定结果更为准确。如上所述，下一代的氧弹量热仪产品必将是在满足标准精密度，安全性等基础上，逐步趋向于小型化，自动化，快速测定等优化操作减少劳动量的设计，而且仪器的工作表现需要更为稳定。 关于 IKA ( www.ika.cn ) IKA 集团是实验室前处理, 量热分析, 混合分散工业技术的市场领导者. 磁力搅拌器, 顶置式搅拌器, 分散均质机, 混匀器, 恒温摇床, 研磨机, 旋转蒸发仪, 加热板,恒温循环系统, 量热仪, 实验室反应釜等相关产品构成了IKA实验室分析的产品线, 而工业技术主要包括用于规模生产的混合设备, 分散乳化设备, 捏合设备, 以及从中试到扩大生产的整套解决方案. 集团总部位于德国南部的Staufen, 在美国,中国, 印度, 马来西亚, 日本, 巴西, 韩国等国家都设有分公司. IKA成立于1910年，IKA集团现在可以自豪地回顾过去100年的历史。

在广袤野外探索动物痕迹时，你会选择哪种辅助设备呢？双筒望远镜目前使用比较普遍，其次是可以用来在夜间发现动物的夜视仪。但即使是夜视仪在条件不良情况下（夜间非常黑）有时也很难发现动物，还好有不依靠光源就能发现物体的红外热像仪，它能在任何条件下，精准探测野生动物的位置。红外热像仪可以穿透黑暗，忽略视觉伪装。与所有其他夜视系统不同，它们不需要任何光线即可产生清晰的图像。许多动物大多在夜间活动，利用黑暗的掩护不被发现，但即使在完全黑暗和其他所有天气条件下，它们也会在热图像中清晰地显示出来。FLIR红外热成像单筒望远镜拍摄的斑点狗红外热像仪被世界各地的专业纪录片制作人、野生动物爱好者和护林员广泛使用。有人会觉得它们还非常昂贵，但其实FLIR Scout TK等热成像单筒望远镜非常实惠，今天小菲就来详细说说它在野生动物发现方面的实际应用！红外热像仪野外追踪中的“妙用”瑞士自然摄影师和自由野生动物记者Michele Costantini是首批接受FLIR单筒手持式红外热像仪进行测试的人之一。他在瑞士狩猎杂志《Jagd&Natur》撰写了一篇关于这种新型野生动物检测工具的评论文章。Costantini解释道：“直到几年前，红外热像仪的成本还比中型汽车还要高。然而近些年，市场上出现了一些价格实惠的红外热像仪。虽然这些红外热像仪的分辨率低于大多数数码照相机的分辨率，但热像仪的高对比度图像确实是跟踪动物的好方法。有了这些设备，即使在完全黑暗或轻雾的环境中，你也能非常清楚地看到动物和人的轮廓。”等温线调色板高亮显示图像中最热的部分，以快速识别热源FLIR红外热像仪不仅能提供无与伦比的夜间视觉效果，而且在白天也非常有用。Costantini解释说：“许多种类的动物已经进化到与周围环境融为一体，这使得护林员或野生动物爱好者很难找到它们。然而，这些伪装的动物在热图像中非常突出。”善于伪装的熊在热像仪的镜头下清晰可见，这在渐变的等温线(左)和熔岩(右)调色板中可见Costantini发现，他所在地区的野生动物比预期要多。“因为大多数野生动物都有很好的伪装，如果你使用传统手段，如双筒望远镜或夜视仪，它们中的许多仍然不会被发现。正如大多数护林员和野生动物爱好者所熟知的那样，在干草地中追踪小鹿几乎是不可能的。然而，使用红外热像仪，即使是最会伪装的动物也能被观察者看到。”根据经验，Costantini能够用测试的FLIR热成像单筒望远镜发现几乎所有的温血动物。“如果你有一个好的观察点，就可以很快在草地上找到热源。我们发现，不仅像猫和兔子这样的温血动物会散发热量，蚂蚁和粪堆也非常清楚地出现在热图像上。”全新红外热成像单筒望远镜：Scout TKxFLIR全新的室外热成像单筒望远镜是FLIR Scout TKx，这是一款袖珍型红外感应单筒望远镜，可以在漆黑的环境中（比如深夜和昏暗房间）帮助您清楚地看到90多米外的人、物体和动物。其内含即时警报、Graded Fire 等多种视频调色板，电池续航时间长达7小时，可供您在野外一整夜的使用！Scout TKx热成像单筒望远镜采用IP67防护等级的外壳，可在各种天气条件下保护关键硬件组件。防水、紧凑、轻便、抗震，这款坚固耐用的设备完全能够应对恶劣的户外环境。直观的控件和改进的内部菜单允许快速调整热调色板，并可轻松访问画中画缩放、视频录制和 GPS 功能等新功能。FLIR Scout TKx包含多种调色板，供不同环境使用了解工具的局限性也很必要。Costantini认为，白天护林员或野生动物爱好者仍应在FLIR热像仪旁携带双筒望远镜。“如果你只依赖热像仪，你可能会识物不清。简单地说，热像仪对发现野生动物非常有用，甚至可以区分它是哪种动物，但要确定动物的性别或健康状况，你仍然需要双筒望远镜。”全新FLIR红外热成像单筒望远镜作为夜间户外探索的“神器”它将为您带来前所未有的野外探险体验！这款小巧便捷，简单易用

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