СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА ЛЬДООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ И МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01N25/04 

Изобретение предназначено для определения температуры начала льдообразования (криоскопической точки) при замораживании водных растворов и влагосодержащих продуктов и материалов.

Известен способ нестационарного термоэлектрического охлаждения объекта [1], заключающийся в том, что тепло от объекта исследования отводится путем импульсного пропускания тока через термоэлемент, имеющий с ним тепловой контакт со стороны холодного спая. При достижении холодными спаями температуры, превышающей температуру объекта, происходит прекращение подачи импульса с обеспечением теплового разрыва между термоэлементом и объектом исследования. Данный способ является малопригодным для исследования процессов замораживания вещества вследствие неравномерного, ступенчатого характера охлаждения объекта.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ исследования низкотемпературных свойств многокомпонентных жидкостей [2], сущность которого заключается в том, что кювету с исследуемой жидкостью охлаждают с использованием двух термоэлектрических модулей, первый из которых имеет тепловой контакт с кюветой и обладает возможностью регулирования тока для равномерного охлаждения объекта. Между термоэлектрическими модулями для повышения эффективности работы установки размещен термоаккумулирующий элемент. Измерительный преобразователь температуры, погруженный в исследуемую жидкость, служит для регистрации температуры и регулирования тока первого термоэлемента. Недостатком данного способа охлаждения является неравномерное распределение температуры по объему жидкости вследствие того, что отвод теплоты осуществляется только от дна кюветы.

В основу изобретения поставлена задача обеспечения точности определения криоскопических температур водных растворов и влагосодержащих материалов. Технический результат, заключающийся в равномерном охлаждении объекта с постоянной скоростью, обеспечивается поддержанием заданной разности температур между хладоносителем и исследуемым объектом.

Предлагаемая установка (фиг.1) для осуществления данного способа состоит из трех емкостей, гидравлически связанных между собой уравнительными трубопроводами (3) и трубопроводами подачи хладоносителя (5, 6):

I - Рабочая емкость (1), обнесенная теплоизоляцией, в которой имеются отверстие под цилиндрическую колбу (4) с размещенной в ней пробиркой с исследуемым раствором (2), отверстия для уравнительных линий и отверстие для трубопровода подачи хладоносителя.

II - Емкость для приготовления отепленного хладоносителя (9), обнесенная теплоизоляцией, где размещены нагреватель для подогрева хладоносителя (7), насос для перекачки отепленного хладоносителя (10) в рабочую емкость, отверстие для уравнительной линии и отверстие для установки термопары.

III - Емкость для хладоносителя с низкой температурой (8), охлаждаемой извне, в которой имеются насос (11) для подачи в рабочую емкость холодного хладоносителя и отверстие для уравнительной линии.

Измерение температуры в исследуемой жидкости, а также во всех трех емкостях осуществляется с помощью термопар (16). Контрольно-измерительный комплекс включает в себя аналоговый модуль ввода (12), измеритель-регулятор (13), преобразователь интерфейса (14) и ПК (15).

Перед началом эксперимента нагревательный элемент (7) подключают в сеть, температура хладоносителя начинает повышаться, при достижении определенной температуры нагреватель (7) отключают. Далее включают насос (10), который перекачивает отепленный хладоноситель в рабочую емкость (1). Таким образом, температура в рабочей емкости начинает расти. При достижении температуры в рабочей емкости минус 8°C насос (10) отключают и включают насос подачи холодного хладоносителя (11), который затем работает в автоматическом режиме.

Измеритель-регулятор (13) с помощью входящих сигналов температур управляет выходным сигналом на включение и выключение насоса подачи холодного хладоносителя (11) в рабочую емкость (1). При достижении нижней границы разности температур между хладоносителем в рабочей емкости (1) и пробиркой (2), измеритель-регулятор (13) подает сигнал на включение насоса подачи холодного хладоносителя (11), при достижении верней границы разности прибор отключает насос.

Таким образом, поддерживается постоянная заданная разность температур между исследуемой жидкостью и хладоносителем. Аналоговый модуль ввода (12) регистрирует значения температур в емкости для отепленного раствора (9) и емкости для раствора с низкой температурой (8). Оба прибора подключены через преобразователь интерфейса, который обеспечивает вывод и регистрацию данных на ПК.

Использование заявленного изобретения за счет равномерного охлаждения объекта с постоянной скоростью позволяет повысить точность определения его криоскопической температуры.

Литература

1. А.с. СССР 1100468, F25B 25/02; H01L 35/28. Способ нестационарного термоэлектрического охлаждения объекта (аналог).

2. Патент №2183323 Российская Федерация, МПК G01N 25/04. Способ исследования низкотемпературных свойств многокомпонентных жидкостей и устройство для его осуществления / Конторович М.Л., Соломин Б.А., Черторийский А.А., Широков А.А., Жуков А.Ф., Щепочкин В.И., Алаторцев Е.И., Чечкенев И.В., Чечкенев О.В., Марталов С.А. - №99116925/28; заявл. 02.08.1999; опубл. 10.06.2002. (прототип)

Изобретение предназначено для определения температуры начала льдообразования (криоскопической точки) при замораживании водных растворов и влагосодержащих продуктов и материалов. Определение криоскопической точки обеспечивается контролем температуры объекта исследования при погружении его в хладоноситель, что обеспечивает его равномерное охлаждение с постоянной скоростью и повышает точность измерения температуры начала льдообразования. Предлагаемая установка состоит из трех емкостей: рабочей емкости, где помещается пробирка с продуктом, и емкостей с холодным и отепленным хладоносителем. Все емкости соединены между собой уравнительными трубопроводами и трубопроводами подачи хладоносителя в рабочую емкость. Технический результат - повышение точности определения криоскопической температуры объекта за счет его равномерного охлаждения с постоянной скоростью. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения температуры начала льдообразования при замораживании водных растворов и влагосодержащих продуктов и материалов, включающий охлаждение исследуемого водного раствора и влагосодержащих продуктов и материалов с определением температуры начала льдообразования, отличающийся тем, что исследуемый водный раствор или влагосодержащий продукт и материал помещают в пробирку, устанавливаемую в цилиндрическую колбу, устанавливаемую в теплоноситель, находящийся в теплоизолированной рабочей емкости, доводят температуру теплоносителя до заданной отрицательной температуры величины и поддерживают в процессе определения температуру теплоносителя в теплоизолированной рабочей емкости постоянной путем добавления в рабочую емкость охлажденного теплоносителя.

2. Устройство определения температуры начала льдообразования при замораживании водных растворов и влагосодержащих продуктов и материалов, содержащее средство размещения исследуемого объекта и термопары, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит рабочую емкость, обнесенную теплоизоляцией, в которой выполнены отверстие под цилиндрическую колбу с размещенной в ней пробиркой с исследуемым объектом, отверстия для уравнительных линий и отверстие для трубопровода подачи хладоносителя, емкость для приготовления отепленного хладоносителя, обнесенную теплоизоляцией, в которой размещены нагреватель для подогрева хладоносителя, насос для перекачки отепленного хладоносителя в рабочую емкость, отверстие для уравнительной линии и отверстие для установки термопары, емкость для хладоносителя с низкой температурой, выполненная с возможностью охлаждения извне, которая содержит насос для подачи в рабочую емкость холодного хладоносителя и отверстие для уравнительной линии, а также онтрольно-измерительный комплекс, включающий в себя аналоговый модуль ввода, к которому подключены термопары, измеритель-регулятор, преобразователь интерфейса и ПК.