铜卡计下落法的应用与优势

1.试验原理

下落法测量比热容是试样挂在高温炉中加热到待测温度并下落到量热计中以测量其比热容的方法。

2.试验方法

等温套式铜卡计的高温平均比热容测试装置如图3-2所示。

图3-2 等温套式铜卡计的高温平均比热容测试装置

1—下落机构 2—试样 3—炉子 4—阀门 5—铜卡计 6—水浴

下落机构1悬挂着试样2并将其置于高温炉中部的均温区部位。试验时将试样加热到所需温度T₁并保温一段时间使样品各部位温度均匀，然后由下落机构控制落入铜卡计5中。铜卡计是由纯铜制成的圆柱体，中间有一个接受样品的洞，其中加一个内筒，筒外绕有加热丝用以加热量热计，用电加热法测量出量热计的热值Q。为测量量热计的温度变化，在量热计铜卡外侧靠近外表面处有一个深洞，其内插入铂电阻温度计。铜卡用一个塑料支架支撑着坐入恒温套内。恒温套与高温炉相连，其中间有阀门或炉门4以防止试验时炉子与铜卡计之间进行热交换。恒温套置于恒温水浴中。试验过程中铜卡计周围环境保持等温条件。试样未落入铜卡计之前，铜卡计的温度为T₀，这是试验的初始阶段；当样品落入后，铜卡计的温度迅速上升，这是试验的主阶段；当铜卡计内试样放热完毕，铜卡计与试样共同达到温度T₂，因高于环境温度，温度开始有所下降，这是试验的末阶段。试样的平均比热容由式（3-3）确定：

式中 c——比热容，单位为J/（kg·K）；(www.xing528.com)

m——试样的质量，单位为kg；

ΔH——试样的热增量，单位为J；

ΔT——试样的温度变化量，单位为K。

3.试验注意事项

1）试样由炉子下落到铜卡计的过程中，试样的辐射热损随温度的增加而急剧增加。因此，在高温试验中通常用试样的两次试验来消除辐射热损的影响。

2）如果铜卡计的外套不是置于恒温水浴中，而是在外套上绕有电加热丝，在铜卡计与屏之间安置多个示差热电偶提供温差信号，由控制系统控制屏的加热而使铜卡计与屏的温度保持相同，即使在试样落入铜卡计时的试验主阶段也一直保持两者温度一致。

3）量热计每升高1K所需要的热量必须精确标定。

4）铜卡计的准确度和不确定度需采用质量分数大于99.9%的α-Al₂O₃作为标准样品来标定。

5）试验温度不得高于3700K。