量熱儀（Calorimeter）的名稱是由兩個單詞組成，“calor”來自於希臘語意思是 “熱”（heat），“metron”來自於拉丁文意思是“測量”（measure），在1780年，由“近代化學之父”，法蘭西科學院院長拉瓦錫最先提出的。
氧彈量熱儀可用於測量固體或液體樣品的熱值，測量樣品在一個密閉的容器中(氧彈)，充滿氧氣的環境裡，燃燒所產生的熱，測量的結果稱燃燒值、熱值、BTU等。
熱值結果具有確定其他值的意義，可以確定樣品的品質，作為計算價格的依據（如煤炭），也可獲得生理（如生態學中的能量分布，動物營養研究中的能量代謝等）、物理以及化學的結論。
基本介紹
- 中文名：氧彈量熱儀
- 外文名：Calorimeter
- 特性：高度的自動化
- 優點：操作簡便
- 用途：固體和液體樣品的熱值測量
用途,結構,發展歷史,工作原理,測定模式,特徵,發展趨勢,
用途
用於固體和液體樣品的熱值測量，如煤炭、燃油、建材、飼料、木材、食品、廢棄物、火藥等；
結構
從1881年伯斯路特研製出世界上第一台氧彈量熱儀開始，氧彈、內筒、外筒就成為氧彈量熱儀的基本配置。量熱系統由氧彈、內筒、外筒、溫度感測器、攪拌器、點火裝置、溫度測量和控制系統以及水構成，有些氧彈量熱儀還具有獨立的外筒加熱、冷卻控制系統，為整個量熱體系創造一個相對穩定的測量環境。
發展歷史
1、冰量熱儀——最早的絕熱體系：
1780年，拉瓦錫(法國化學家)和拉普拉斯(法國天文學家、數學家)研製出世界第一台量熱儀(冰量熱儀/相變數熱儀)。將一隻幾內亞小鼠放到一個冰桶內，為了防止熱量向外界散失，冰桶的外部包裹一層冰和水的混合物，老鼠放熱將冰融化成水，通過測定下部燒杯中獲得的水可以推算出老鼠釋放的熱量。
由於冰及冰水混合物的溫度均為0℃，天然構成了一個絕熱體系，現在我們稱之為冰量熱儀或相變數熱儀。
2、“貝特洛式氧彈”，
世界上第一台氧彈量熱儀是在1881年由馬塞林·伯斯路特（Berthelot）(法國化學家)發明的，他將樣品放在一個密閉耐壓容器中燃燒的測量方法發展成為標準的方法，他是首位使用純氧在高壓環境下獲得更快速、更完全燃燒的科學家。
1910年美國科學家Parr希望用過氧化鈉代替氧氣，但由於過氧化物的氧化能力無法保障樣品的完全燃燒，且過程中存在較多的副反應，同時會有反應熱釋放，所以該方法無法完全取代氧氣的作用。
上世紀30年代，理查得Richards，提出了“絕熱量熱法”，測定時絕熱式外筒和內筒溫度基本保持一致，清除了內外筒之間的熱交換；典型代表為德國IKA公司，C310（1942年）；其後隨著計算機及控制技術的發展相繼推出C4000（1988）和C5000（1996）等全自動絕熱量熱儀。
上世紀70年代，在恆溫式量熱儀的基礎上改進外筒的控溫系統，推出周邊等溫式測定模式，依據牛頓冷卻定律，採用瑞方公式、奔特公式、羅李方程做為冷卻補償計算，典型的代表為IKA C2000自動量熱儀。
1986年，德國IKA公司首推乾式量熱儀（C700，1986；C7000，1993），內筒不再使用水做為導熱介質，熱量計的內筒、攪拌器和水被一個金屬塊代替。氧彈為雙層金屬構成，其中嵌有溫度感測器，氧彈本身組成了量熱系統。其優點是：測定速度快，3分鐘可以完成一個樣品的測定。是目前世界上速度最快的熱量計。
工作原理
將1g的固體或液體樣品稱量後放入坩鍋中，將坩鍋置於不鏽鋼的容器(氧彈)中。往燃燒容器/氧彈中充滿30bar壓力的氧氣(3.5級：理論純度99.95%)。樣品在氧彈內通過點火絲和綿線引燃。在燃燒過程中坩鍋的中心溫度可達1200°C，同時氧彈內的壓力上升。在此條件下，所有的有機物燃燒並氧化。氫生成水，碳生成二氧化碳，樣品中的硫將氧化成SO2，SO3，並溶於水，釋放出一定的熱量（硫酸生成熱），空氣中的氮氣在高壓富氧的條件下，會有少量被氧化生產NO2，溶於水釋放出一定熱量（硝酸生成熱），在容器中（內桶IV）充滿水，使水環繞在氧彈的周邊，燃燒時產生的熱量會傳給氧彈周邊的水。
測定模式
為確保燃燒產生的熱量不會從系統傳到外界和外界的熱量不會傳進系統里（室溫變化），使用另一個容器（外桶OV）作為隔熱的裝置，依據不同的測定原理和外筒溫度控制，測定可以分為絕熱模式和等溫模式。
1、絕熱模式：
絕熱量熱儀實驗中，外桶的溫度（TOV）全程跟蹤內桶溫度（TIV）變化而變化。這種絕熱幾乎完全隔絕熱傳遞。在保持空調環境溫度恆定的條件下，測量幾乎不受任何的外界影響。樣品燃燒所釋放出的熱量都將聚集在內筒，並通過內筒的溫度感測器進行測量。實驗過程中沒有熱損失，無需像等溫量熱儀一樣做修正計算。
其溫升曲線的典型特徵為：實驗前期，實驗末期可以很快達到“穩態”，即內、外筒的溫度達到平衡，不會隨著時間的推移而變化。
2、等溫模式：
雖然絕熱式量熱儀測定結果精準，但由於其結構複雜，所需的技術難度較高，所以提出了等溫測量模式，實驗過程中外桶的溫度（TOV）保持恆定。保持外桶溫度恆定不要求內外桶的完全絕熱，內外桶有少量的熱交換。在空調環境溫度保持恆定的情況下，需要對內外桶間的少量熱交換進行修正計算，依據牛頓冷卻定律，常用的計算公式為瑞方公式。
其溫升曲線的典型特徵是：實驗前期，實驗末期溫度存在“拐點”，對溫升終點的判斷較為關鍵，為了準確判斷溫度變化的趨勢，即嚴格按照瑞方公式進行測定時，所需的測試時間較長，通過“溫升趨勢”預斷來縮短測定時間的方法中，即“快速模式”，溫升趨勢的預判往往成為實驗成敗的關鍵。
依據外筒的不同溫度控制方式，又可以分為：
恆溫式量熱儀：
即外筒沒有控溫，為了保持測定過程中外筒水溫基本一致，外筒盛滿水後其熱容量通常為量熱儀熱容量的5-10倍，即通常具有一個20-40L裝滿水的外筒，但由於外筒沒有控溫，有時內筒的水也循環進入外筒，所以經過數次測定後外筒溫度緩慢升高明顯。
周邊等溫式量熱儀：
在恆溫式量熱儀的基礎上增加外筒的控溫，縮小了外筒體積及水量。
特徵
IKA® C6000量熱儀沿襲傳統的量熱儀測定方法，滿足世界上大多數的氧彈量熱的測定標準，其儀器的穩定性、測量的精密度等量熱技術已在全球普遍認可的C5000、C2000量熱儀中得到了證明。
1） 儀器高度自動化，自動水控制系統，包括溫度調節、內桶水量自動控制，自動注水和排空。
2） 分解氧彈自動充氧、自動排放廢氣、氧彈和儀器蓋自動升降。
3） 自動點火，並每次實時測定點火熱，固定點火絲接觸更穩定，壽命更長久。
4） 球面氧彈頭可以達到更快的熱傳遞效果，因此可以縮短實驗時間，獨立氧彈，滿足JJG672計量檢定規程中壓力測試的要求，最大壓力可達330bar。
5） 簡便舒適的TFT觸控螢幕，也可連線電腦使，SD卡插槽提供額外的數據管理
6） RFID技術用於氧彈自動識別，最多可識別四個氧彈。
7） 新的“迴轉”坩堝支架技術，氧彈的準備工作更簡單方便。
8） 專為硫和鹵素定量分解設計的特殊防鹵素氧彈。
9） 工作模式：絕熱-測量時間約為10min；等溫-測量時間約13min；動態-測量時間約8min，且絕熱模式和等溫模式的精密度可達0.05%。
10） 機器通過了DIN 51900，ASTM 240D，ISO 1928，EN13501-1，BSI等認證。
11） 儀器提供電腦、天平、印表機、鍵盤和滑鼠的接口。
12） 集成LIMS。
13） 友好的操作界面和選單驅動軟體C 6040 Calwin。提供控制圖視圖，並可根據全球大多數標準進行校正計算。
發展趨勢
1、 倒扣式氧彈，圓弧型彈頭
研究表明，燃燒時70%的熱量是通過氧彈的頂部向外擴散的，現在的氧彈頂部是由三個部分連線組成，彈蓋，螺紋彈環，彈筒組成，如果氧彈設計成倒扣式，圓弧形狀，實驗過程中的熱量將更易向內筒擴散，也更容易達到溫度的平衡，在滿足安全壓力測試的同時，減少彈壁的厚度，將更好的縮短測試時間
2、 小型化，半微量化：
將整機減小一半，內筒、外桶相應的縮小一半，熱容值將變成原來的一半以下。溫升變成原來的兩倍，有助於縮短檢測時間，同時向下擴大測熱的範圍，對較低熱值或取樣量較少的樣品也能直接測定
3、 自動化程度：
自動點火，並測定每次點火的能量，自動充/排水，自動水溫控制，自動充氧、放氣和淨化，氧彈自動識別，自動計算結果等等功能將成為主流。
