Способ измерения разности термодинамических характеристик веществ и дифференциальный адиабатический сканирующий калориметр для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК B22F5/10 

2. Дифференциальный адиабатический сканирующий капориметр, содержащий камеры с нагревателями; источник тока прогрева, регулятор температуры, датчик разности температур камер, причем нагреватели камер равrej по сопротивлению и включены последователь но, выход источника тока подключен к входу нагревателей, выход датчика разности температур подключен к входу регулятора температуры, отлич ающийся тем, что, с целью исключения зависимости результатов измерения от нестабильности тока прогрева и повышения точности измерений, дополнительно содержит последовательно соединенные ключи, резистор и парафазный щиротно-импульсный модулятор, причем цепь ключей соединена параллельно с цепью нагревателей, шунтирующий резистор включен между точкой соединения ключей и точкой соединения нагревателей, Ьходы управления ключей соединены с выходами пр.рафазного сииротно-импульсного модулятора, а выход регулятора :температуры соединен с входом парафазного u-и рот но-импульс но го модулятора

1. Способ измерения разности термодинамических характеристик веществ, включающий прогрев исследуемого и образцового вещества и компенсацию разности тепловых мощностей, отличающийся тем, что, с целью исключения зависимости результатов измерения от нестабильности тока прогрева и повышения точности измерений, разность теплопых мощностей компенсируют перераспределением электрическшл путем части мощности прогрева между исследуемым и образцовым ваг1ествами или отведением части мощности прогрева во внешнюю электрическую цепь, а терС Ф модинамические характеристики рассчитывают по отношению отводимой Л или перераспределяемой части мосдности прогрева к сумме мощностей прогрева исследуемого и образцового веществ.

Изобретение относится к иссл,едованию физико-химических свойств веществ тепловым методом, а именно к дифференциальной адиабатической сканирующей калориметрии. Известны способы flj измерения разности термодинамических характеристик исследуемого и образцового . вещества путем компенсации разности тепловых мощностей, возникающей в процессе равномерного прогрева указанных веществ в адиабатических усло виях. Равномерный прогрев веществ достигается введением в исследуемое и образцовое вещество контролируемой Мощности прогрева, а компенсация Iосуществляется введением в исследуемое или образцовое вещество до)олнительной мощности - мощности ком пенсации, независящей электрически от мощности прогрева. Для удобства интерпретации результатов измерения выходной сигнал делают пропорциональ ным мощности компенсации где лР - мощность компенсации; X - выходной сигнал; коэффициент преобразования Недостатком известных способов измерения является погрешность изме рения, обусловленная зависимостью р зультата измерения (выходного сигна ла х ) от нестабильности тока прогре ва tf. -Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения разности Термодинамических характеристик веществ, включающий прогрев исследуемого и образцового веществ и коглпен сацию разности тепловых мощностей, дифференциальный адиабатический ска нирующий калориметр, содержащий камеры с нагревателями, источник тока прогрева, регулятор температуры, да ик разности температур камер, npH4eMj нагреватели камер равны по сопротивению и включены последовательно, выход источника тока подключен к входу нагревателей, выход датчика разности теглператур подключен к входу регулятора температуры С2. Мощность компенсации при этом способе измерения зависит от тока прогрева следующим образом й-р (Л+х)-(3-у) - R . Измеряемая разность термодинамических характеристик исследуемого и образцового веществ выражается формулой P-I-P: где Р . Р„- соответственно мощность прогрева исследуемого и образцового вещества; Н и Hg- соответственно термодинамическая характеристи1ка исследуемого и образцового вещества; R - сопротивление нагревателя . Недостатком данного способа и устройства (дифференциального сканирующего адиабатического калориметра) является также большая погрешность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения- от -нестабильности тока прогрева,. Цель изобретения - исключение зависимости результатов измерения от нестабильности тока прогрева и поВЕлиение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что.в способе измерения разности термодинамических характеристик веществ, включающем прогрев исследуемого и образцового вещества и компенсацию раз ности тепловых мощностей, разность тепловых мощностей компенсируют пере распределением электрическим путем . части мощности прогрева мезкду исследуемым и образцовым веществами или отведением части мощности прогрева во внешнюю электрическую цепь, а термодинамические характеристики рас считывают по отношению отводимой или перераспределяемой части мощноети прогрева к cyi/iwe мощностей прогре ва исследуемого и образцового веществ . Дифференциальный.адиабатический сканирующий калориметр, содержащий камеры с нагревателями, источник тока прогрева, регулятор температуры, датчик разности температур камер, причем нагреватели камер равны по сопротивлению и включены последовательно, выход источника тока подключен к входу нагревателей, выход датчика разности температур подключен к входу регулятора температуры, дополнительно содержит последовательно со диненные ключи, резистор и парафазный широтно-импульсный модулятор,при чем цепь ключей соединена параллельно с цепью нагревателей, шунтирующий резистор включен между точкой соединения ключей и точкой соединения нагревателей, входы управления ключей соединены с выходами парафазного широтно-импульсного модулятора, а выход регулятора температуры соединен с входом парафазного широтно-иютульс ного модулятора. В предлагаемом способе измерения мощность компенсации является величиной, проп9рциональнрй разности тепловой мощности и пропорционально изменяется с изменением мощности прогрева, что позволяет реализовать следующую зависимость 4 Р k 2 Рх , где 2 - коэффициент преобразования Измеряемая разность термодинамических характеристик в данном способе связана с выходным сиг.налогл следующим соотношением 1 2 Таким образом, в предлагаемом спо собе, измерения исключается погрешность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения (выходного сигнала х) от нестабильности тока прогрева. На чертеже изображена функциональная схема калориметра. Калориметр содержит камеру 1 для исследуемого веществ с нагревателем 2, камеру 3 для образцового вещества с нагревателем 4, источник 5 тока прогрева, датчик б разности температур камер, регулятор 7 температуры, последовательно соединенные ключи 8 и 9, широтно-импульсный модулятор 10 с парафазным выходом, шунтирующий резистор 11. Устройство работает следукщим образом. В негрватели 2 и 4 камер 1 и 3 поступает электрический ток от источника 5 тока прогрева,при этом камеры прогреваются. Если теплофизические свойства исследуемого и образцового веществ различны, то при прогреве камер возникнет разница температур между камерами 1 и 3, которая преобразуется датчиксзм б в электрический сигнал, поступающий на вход регулятора 7 температуры. С выхода регулятора 7 температуры электрический сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора 10. Широтно-импульсный модулятор формирует два сигнала управления ключами, противоположных по фазе. При этом закрытому состоянию ключа 8 соответствует открытое состояние ключа 9, и наоборот. При нулевом сигнале на выходе широтно-импульсного модулятора 10 длительности открытого и закрытого состояния у обоих ключей равны. Продолжительность шунтирования нагревателя 2 и 4 резистором 11 равна, следовательно равны мощноети прогрева камер, т.е. мощность компенсации равна нулю. При рассогласовании камер по температуре, сигнал, преобразованный датчиком 6 и регулятором 7 температуры поступает на вход широтноимпульсного модулятора 10. Всоответствии с полученным сигналом с выхода широтно-импульсного модулятора 10 на ключи 8 и 9 поступают импульсы управления, у которых длительности равны. Разность длительностей t и t, приводит к тому, что длительность шунтирования резистором 11 одного из нагревателей оказывается больше, чем другогоJи происходит перераспределение мощности прогрева, что сводит рассогласование по температуре камер к нулю. Для предлагаемого -калориметра мощность компенсации равна - i.-R -JL Нн(2Н + RH) и т (R + R)2 где Нц - сопротивление нагревателей 2,4; - выходной сигнал микрокалоринетра;t и соответственно длительность шунтирования нагревателей 2 и 4 ; Т - период повторения и myльсов управления ключами. S10 Подставив выражение мощности компенсации в рйнее приведенное выражение получим Нл - Нг ;йР х Кн(2К--Нн) Н + Hj Р Т (н+Н)2 VRZ где н(2Н+Кн) к - приведенный :, PR+RH 2 выше-коэффициент преобразования. 2964 Из полученной следует, что выходной сигнал калориметра х не зависит от мощности прогрева, а зависит .только от разности термодинамических характеристик образцово5го и эталонного веществ. Таким образом, предлагаемый калориметр позволяет .исключить погрешность измерения прибора, связанную с нестабильностью тока прогрева.