目前國(guó)內(nèi)使用的量熱儀除國(guó)產(chǎn)的外,還有美國(guó)LECO公司和德國(guó)IKA公司生產(chǎn)的,其型號(hào)也有恒溫式、絕熱式和雙干式。但不論是哪種型號(hào)、哪個(gè)廠家生產(chǎn)的,都還沒(méi)有脫離自1881年第一臺(tái)量熱儀誕生以來(lái)的基本模式,即包括水套(通常叫作外筒)、內(nèi)筒、燃燒室(通常叫作氧彈)等基本部件組成的體系。一百多年來(lái),特別是近20年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,量熱儀在結(jié)構(gòu)和操作模式方面都進(jìn)行了很大的改進(jìn),自動(dòng)化程度大大提高,測(cè)試速度更快,精密度、準(zhǔn)確度更高。
雙干式由于氧彈結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,且對(duì)環(huán)境條件要求也很苛刻,絕熱式量熱儀由于對(duì)溫度的自動(dòng)跟蹤技術(shù)要求很高,這種型號(hào)的量熱儀在市場(chǎng)上比較少見(jiàn),所以基本上不生產(chǎn)了,故本文所談的主要是恒溫式量熱儀。
從最早的量熱儀到現(xiàn)代的量熱儀在以下方面進(jìn)行了比較大的改進(jìn):
20世紀(jì)70年代以前,量熱儀用的測(cè)溫工具是一種類似普通水銀溫度計(jì)的貝克曼溫度計(jì),也是通過(guò)水銀在玻璃管中的熱脹冷縮來(lái)反映溫度的變化,所不同的是為了讀溫更準(zhǔn)確,故將其刻度分得更細(xì)(實(shí)際上是將玻璃管中的毛細(xì)管做得更細(xì)),但這樣就要求將溫度計(jì)做得很長(zhǎng),使用起來(lái)不方便且容易損壞。同時(shí)考慮到測(cè)試過(guò)程中只需要測(cè)得起點(diǎn)與終點(diǎn)的溫差,并不需要實(shí)際溫度值,而一般實(shí)際測(cè)試過(guò)程的溫差都在4℃以下,所以溫度計(jì)刻度量程5~6℃即可,但是當(dāng)實(shí)際水溫低時(shí),可能讀不到溫度,即水銀收縮到下方的儲(chǔ)藏室中,而當(dāng)水溫高時(shí),也可能讀不到溫度,即水銀膨脹到超過(guò)最大量程。為了解決這個(gè)問(wèn)題,在溫度計(jì)的上方增加一個(gè)儲(chǔ)藏室,用來(lái)儲(chǔ)藏備用水銀。當(dāng)水溫太低時(shí),從上方儲(chǔ)藏室中倒回一部分水銀到毛細(xì)管中來(lái),當(dāng)水溫太高時(shí),則將毛細(xì)管中的水銀倒回一部分到上方儲(chǔ)藏室中,這樣就保證在任何水溫條件下,貝克曼溫度計(jì)都能讀溫。
貝克曼溫度計(jì)盡管比普通水銀溫度計(jì)讀溫更準(zhǔn),但也只能讀到0.001℃(且要借助放大鏡來(lái)讀),操作也很麻煩,而且由于制造技術(shù)上的原因,溫度計(jì)毛細(xì)管內(nèi)徑和刻度都不可能十分均勻,因此必須進(jìn)行毛細(xì)孔徑校正和平均分度值校正,這些工作也是相當(dāng)繁瑣的。
量熱儀的第二個(gè)改進(jìn)就是將內(nèi)筒水量的人工稱量改為自動(dòng)稱量,內(nèi)筒水量的多少及其重復(fù)性好壞是影響量熱儀的精密度和準(zhǔn)確度的重要因素。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的量熱儀內(nèi)筒水量,主要是2000g左右和3000g左右的兩種,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,任何一種型號(hào)的量熱儀其內(nèi)筒水量的重復(fù)性應(yīng)小于1g。由人工使用電子臺(tái)秤來(lái)稱量?jī)?nèi)筒水,既麻煩又容易帶來(lái)人為操作不規(guī)范所產(chǎn)生的誤差,改為自動(dòng)稱量以后提高了工作效率又避免了人為因素的影響,提高了量熱儀的重復(fù)性,使測(cè)得的結(jié)果更加準(zhǔn)確。內(nèi)筒水量自動(dòng)稱取的方式到目前為止有下列三種:量杯式、自動(dòng)平衡式和電子量杯。
內(nèi)筒水量由人工稱量改為自動(dòng)稱量之后,工作效率大大提高,原來(lái)做一個(gè)樣要40分鐘左右,現(xiàn)在只要15分鐘左右。原來(lái)做完試驗(yàn)后,內(nèi)筒的水量要倒掉換新的,現(xiàn)在做完試驗(yàn)后,內(nèi)筒的水要灌回外筒,每次試驗(yàn)后內(nèi)筒的水溫要升高1.5~3.5℃左右,雖然內(nèi)筒水量只有外筒水量的七分之一至十分之一,每次試驗(yàn)后可使外筒水溫升高0.3~0.5℃左右,一個(gè)上午可做10個(gè)左右的樣,外筒水溫可升高3~5℃左右。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)量熱儀使用的環(huán)境要求,室溫和外筒水溫之差不能超過(guò)1.5℃,如果每次試驗(yàn)后的內(nèi)筒水不進(jìn)行降溫處理就直接進(jìn)入外筒的話,少則3次多則5次就可能使外筒水溫超過(guò)室溫1.5℃,這樣將影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此,必須將試驗(yàn)后的內(nèi)筒水先進(jìn)行制冷,然后再進(jìn)入外筒參加下一輪的循環(huán),這樣才能保證外筒水溫與室溫之差始終能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,目前制冷的方式有以下三種:半導(dǎo)體制冷、壓縮機(jī)制冷和自然冷卻。
攪拌方式除了舊時(shí)的葉片攪拌外,增加了磁力攪拌方式,在內(nèi)筒底部的下方安裝一個(gè)電機(jī),在電機(jī)軸上裝一金屬橫檔,橫檔兩端各固定一片圓形磁鐵,在內(nèi)筒里放一圓柱形磁鐵棒(通常稱為攪拌子),當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)橫檔轉(zhuǎn)動(dòng),它又帶動(dòng)內(nèi)筒中的攪拌子旋轉(zhuǎn),因而將內(nèi)筒中的水?dāng)噭?,使得氧彈中的熱量很快散發(fā)到內(nèi)筒的水中。磁力攪拌方式可以通過(guò)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到提高攪拌效率和控制攪拌熱的作用。而且電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量不會(huì)直接傳入內(nèi)筒的水中,以影響測(cè)試的結(jié)果。
充氧放氣由過(guò)去的人工方式改為半自動(dòng)方式。將過(guò)去分離的充氧儀和放氣閥做成一個(gè)整體,合二為一,裝在恒溫筒蓋上,配上控制用的氣閥和電路,達(dá)到該充氧的時(shí)候充氧,該放氣的時(shí)候放氣。自動(dòng)充氧放氣裝置機(jī)械加工的精度要求比較高,充氧頭與氧彈頭之間如果配合不好的話,該充氧的時(shí)候不充氧,該放氣的時(shí)候不放氣,同時(shí)對(duì)減壓閥的要求也比較高,要求減壓閥不能跑表(即設(shè)定多少M(fèi)Pa就是多少M(fèi)Pa,不能有任何變動(dòng)),如果跑表,特別往高跑將嚴(yán)重威脅使用安全,往低跑則影響測(cè)試結(jié)果偏小。
控制方式也有很大的發(fā)展,有用單片計(jì)算機(jī)控制的,也有用通用計(jì)算機(jī)控制的,有用一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制一個(gè)恒溫筒的,也有一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制兩個(gè)恒溫筒或者控制四個(gè)恒溫筒,最多有控制八個(gè)恒溫筒的。氧彈由三頭氧彈改為單頭氧彈,另一個(gè)電極裝在恒溫筒蓋子上,這樣就大大的簡(jiǎn)化了氧彈的結(jié)構(gòu),操作起來(lái)更方便,故障也更少。