Калориметр Советский патент 1983 года по МПК G01K17/08 

Изобрегение относится к технике кал риметрии. По основному авт. св. № 744251 иэ вестен калориметр, содержащий массивный блок с уотановпенными внутри него калориметрическими ячейками, к термостатированную оболочку. Однако в известном калориметре не обеспечивается достаточной точности регулирования -температуры и быстродействия,л Цель шзобретешга - повышенне точнос ти регулирования температуры и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в калориметр введены снабженные нагревателями теплолроводящие стержни, установлешсые симметрично между терм статированной оболочкой и массивным блоком,. На фдг. 1 схематически представлено устройство предлагаеморо калориметра; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - экспериментально полученная зависимость изменения температуры калориметра во времени. Калориметр содержит массивный металлический блок 1 с пришлифованнымн конусообразными пробками 2 и 3 для ввода ампул с исследуемым веществом. Тепловое значение блока - ОКоло 20 кДж/град. Внутри блока параллельно располоисены калориметрические ячейки 4 с намотанными на них термометрами сопротивления и регулировочными нагревателям 5.1 азиость температур между массивным бликом и калориметрической ячейкой измеряется дифференаиально-й батареей термопар 6. На внешней поверхности блока намотан нагреватель 7. С помощью теплоизоляционных стержней 8 блок крепится на подставке 9. .Блок вместе с подставкой помещен в : термостатированную оболочку Юс ваку умированными стенками 11. В пространство между массивным блоком 1 и стенками оболочки 1О в расширенной ее части помещены вертикально и-симме рично расположенные массивные теплопр водящие стержни 12, снабясенные индивидуальными нагревателями 13 и термометрами 14 сопротивления. Тепловое значение массивных алюминиевых стержней составляет около 100 кДж/град., что значительно повышает тепловое .значение массивного стержня. Стержни 12 закреплены в пазах 15 на подставке 9. В центре подставки 9 имеется нагреватель 16 для удаления из&ггка жидкого азота. Окончание удаления жидкого азота фиксируется термопарой 17. На противоположно расположенных стержнях 12 и блоке 1 помещены дифференциальные термопары 18 и 19, измерякяцие разность температур между блоком 1 и стержня- ми 12. Дополнительные массивные теплопроводг дящие цилиндрические блоки, расположенные симметрично вокруг оболочки, лозволяют медленно и плавно регулировагть и мёнение температуры калориметра, что особенно важно для измерений в области низких температур. Следует также отметить, что положительный эффект, получаемый прк использовании в предлагаемом калориметре новых конструктивных элементов - массивных теплопроводящих цилиндричгхзких стержней не определяет ся простым (аддитивным) увеличением теплового значения калориметра, так как иначе он мог бы быть получен, , лишь за счет большой массы самой оболочки. Опытным путем было установлено, что использование массивных стержней симметрично размешенньк вокруг оболочки, обеспечивает повьпиенную точн1 сть регулирования температуры и по сравнению с использованием дополнительной сплошной массивной оболочки при том же суммарном тепловом значеннии калориметра, . . В процессе измерений металлические алюминиевые стержни, предварительно охлажденные жидким азотом, работают в режиме непрерывного нагревания . В рабочем режиме температура стержней может поддерживаться равной температуре оболочки калориметра, а также быть более низкой (или более высокой) по отношению к температуре оболочки, что обеспечивает строго контролируемый и небольшой по величине градиент температуры между оболочкой и блоками. Наличие указанного градиента температуры в процессе работы позволяет регутгаровать в широких пределах время нагрева (или охлаждения) калориметрических ячеек, находящихся внутри массивного блока. роме того, наличие небольших градиентов температуры между оболочкой и блоками позволяет вести нагрев оболочки ToiftjM малой мощности, что исключает локальные перегревы (или переохлаждения) отдельных частей оболочки- и поэтому значительно повышает точность регулироания температуры.

Регулирование температуры массвшШх меташшческих стержней сюушествпяют следующим образом.

Сигнал рТ. дифферешгаальных термопар, измеряющий разность температур между стержнями и блоком, поступает на вход фотоусилитепя, выход которого соединен с регулятором температуры. Через усилитель мощности регулятор управляет мощностью нагревателей.

Предлагаемый калориметр в процессе измерений теплоемкости используют следующим офазом.

Камеру 10 заливают жидким азотом. Всю систему вьщерживают при температуре жидкого азота в течение 5-6 ч, т.е. в течение времени, достаточного для охлаждения всех частей калориметра до это температуры. Затем жидкий азат удаляют из камеры с помощью нагревателя 16. Окончание удаления жидкого азота фиксируют термопарой 17 После этого вкикЬ чают электрический нагрев калориметра с постоянной скоростью вместе с автоматическим управлением температурой блока 1 и металлических стержней 12. После выравнивания скорости нагревания измерительных ячее1с, блока и стержней начщаютп роводить измерения. При этом с помощью тепловых плечей электротеплового моста обеспечивают длительное равенс во скоростей нагревания обоих ячеек и регистрируют при каждой температуре значения сопро тивленнй. измерительных плечей моста..

В качестве примера (фнг. 3) приведена запись onbwa по калибровке калориметра. Между блоком 1 и стержнями 12 с помощью термопар 18 и 19 поддер живалась постоянная разность температур, не превьш1ающая . Этой разности температур оказалось достаточно, чтобь значительноснизить скорость нагревания калориметрических ячеек и массивного блока. Линейный ход температуры калориметрических ячеек, полученный в предлагаемом калориметре (лшшя i) составляетЧ;5 град/ч, в-то BpeiMH как в калориметре, принятом за прототип, минимальный линейный ход составляет 7-10 град/ч (линия 2).

При использовании стержней с тепловым значением, меньшим теддового. чения массивного блока, можно ешгчить быстродействие калорнметра за счет более йлстрого нагрева массивного блока от нагревателей, установлеааых в стержнях.

Преимущество лредлагаемого капо-, риметра перед известными «остонт S расщирении временного предела сканирования и в повыщении точности рег;упирЬвания температуры, что приводит к повыщению точности измерения тш1лоемкости до 0,005-0,02%. Эго позволяет acg следовать -теплоемкосп, н фазовые перек ды адсорбированных в тонких нефах веществ, недопустимые вамерению известными калориметрами..

КАЛОРИМЕТР по авт. св. № 744251, о гличающвйся тем, что, с цепью повьпиения точнссти регулирования гемперагуры и б1ыотроде&ствия, в него введены снабженные нагревателями стержни, установленные симметрично между термостатированной оболочкой и массивным блоком. .i .ff

т

т

1Q т 38 SO г, we