Дифференциальный микрокалориметр Советский патент 1984 года по МПК G01K17/04 

Изобретение относится к технике тепловых измерений и может быть использовано для исследования тепл химических реакций и тепловых эффектов . Известен адиабатический калориметр, предназначеннцй для измерени теплоты реакций, который содержит измерительную ячейку с размещенным внутри нее терморезистором для регистрации температуры. Для уменьшения теплопотерь ячейка помещена адиабатическую оболочку, температу ра которой автоматически поддерживается равной температуре ячейки f Наиболее близким к изобретению является дифференциальный микрокалориметр, содержащий размещенные в адиабатической оболочке рабочую и эталонную ячейки, изготовленные из высокотеплопроводного материала, В каждой из которых выполнена камера снабженная трубопроводами для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические бата реи 2 .. Недостатком прототипа является низкая точность измерений из-за неидентичности суммарных теплоемкостей рабочей и эталонной ячеек. Тепл вой эффект реакции приводит к повышению температуры рабочей ячейки. Величина приращения температуры (Т) зависит не только от количества теплоты реакции, но и от суммы тепл емкостей ячейки, реагента и анализируемого вещества «P(S4. где QP - тепловой эффект реакции; CLuj- теплоемкость рабочей ячейки;. Ср - теплоемкость реагента; теплоемкость анализируемог вещества. Аналогично, если принять, что система регулирования обеспечивает на протяжении всего процесса измере ний нулевую разницу температур между ячейками и тепловые потери отсут ствуют (или одинаковы) , то при1)ащение температуры эталонной ячейкой равно приращению температуры рабоче ячейки, при этом для расчета, приращения температуры эталонной ячейк справедливо уравнение «к(ч..б.Г где cQ,( - теплота, вырабатываемая компенсационными нагревателями;С- р- теплоемкость эталонной ячейки, причем (, С - теплоемкость эталонного вещества. Решая совместно уравнение (1) и 3), получаем выражение, связывающе количество теплоты, выработанной компенсационным- нагревателем, с тепловым эффектом реакции . Из анализа формулы (3) следует, что теплота, выделяемая компенсационным нагревателем, равна величине теплового эффекта только в случае, если коэффициент , т.е. суммарные теплоемкости ячеек равны. Однако поскольку правтически невозможно подобрать реагент и эталонное вещество с одинаковой теплоемкостью измерения тепловых эффектов с помощью известяого устройства невозможно получить и полное равенство тепловой мощности компенсации измеряемой теплоте реакции; вследствие этого имеют мебто значительные погрешности. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения влияния погрешностей, возникающих из-за различия теплоемкостей наполнителей рабочей и эталонной ячеек. Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном микрокалориметре, содержащем размещенные (в адиабатической оболочке рабочую и эталонную ячейки, изготовленные из высок.отеплопроводного материала, в каждой из которых выполнена камера, снабженная трубопроводами для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи, в каясдой ячейке выполнена дополнительная камера, идентичную основной, причем дополнительная камера рабочей ячейки соединена трубопроводом с основной камерой эталонной ячейки, а дополнительная камера зоалонной ячейки соединена с основной камерой рабочей ячейки. На фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг,2 - принципиальная схема. Микрокалориметр содержит рабочую . 1 и эталонную 2 ячейки, изготовленные из высокотеплопроводного материала и помещенные в адиабатическую оболочку (позиция 3 на фиг.2). В каждой ячейке выполнены по две камеры. В рабочей ячейке ос новная камера 4 предназначена для размещения реагента, а дополнительная камера 5 - для нейтрального вещества. В эталонной ячейке 2 основная камера 6 (как и у прототипа) предназначена для нейтрального вещества, а дополнительную камеру 7 заполняют реагентом. Камера 4 и 7 соединены между собой трубопроiводом 8, образуя таким образом сообщаюциеся сосуды: камеры 5 и 6 также образуют сообщающиеся сосуды и сое динены между собой трубопроводом 9 Ячейки 1 и 2 идентичны и находятся в тепловом контакте с термоэлек рической батареей 10, размещенной между ними и электрически связанной с блоком регистрации и регулирования 11. В каждую ячейку вмонти рован один из компенсационных нагревателей 12 и 13. Выво нагре вателей подключены к измерителю тока хопшёясации 14, электрически соединенному с блоком регистрации и регулирования 11.Система трубопр водов и вентилей служит для заполнения камер соответствующими вег ествами. Через вентили 15 и 16 ос ществляется ввод и вывод реагента и нейтрального вещества в камеры мнкрокалориметра. Устройство работает следующим образом. После заполнения соответствующи камер реагентом и нейтральным веществом и выравнивания их уровней в камерах с помощью системы вентилей производят вьадержку устройства для выравнивания температур ячеек. О наступлении равенства температур судят по нулевому с игналу термоэлектрической термобатареи 10. Пос достижения нулевого равновесия между ячейками 1 и 2 в основную камеру 4 (заполненную реагентом) рабочей ячейки 1 и в основную ка(Меру б (заполненную нейтральным веществом) эталонной ячейки 2 вводят равные операции анализируемого вещества..вследствие теплового эффекта, возникающего в рабочей ячей ке из-за химической реакции между реагентом и анализируемым веществом/ тепловое равновесие между рабочей 1 и эталонной 2 ячейкам нарушается. Возникгиощий при этом перепад температур между ячейками регистрируется термобатареей 10, управляющей через блок регистрации и регулирования 11 работой компенсационных нагревателей 12 и 13, с помощью которых обеспечивается выр нивание температур в обеих ячейках. Мощность, подводимую к электронагревателям, определяют по величине силы тока, а величину теплового эффекта - по количеству теплотв, выделенной нагревателем за время протекания реакции. Об окончании реакций судят по нулевому значению силы тока в цепи компенсационного нагревателя при нулевой термо-ЭДС термоэлектрической батареи 10. Наличие в каждой ячейке двух камер, заполненных равным количеством реагента и нейтрального вещества , обеспечивает равенство суммарных теплоемкостей ячеек. Выражение (3) для предлагаемого устройства имеет следующий вид COU-T + +С э.а. дд. «к арс .. Учитывая, что второй множитель в выражении (4) равен единице, очевидно, что в предлагаемом устройстве количество теплоты, выделяемой KOMneHca ционным нагревателем, равно тепловому эффекту реакции. Введение в рабочую и эталонную . ячейки адиабатического микрокалориметра дополнительных камер, идентичных основной и соединенных трубопроводами попарно с основными, позволяет уравнять суммарную теплоемкость рабочей и эталонной ячеек и тем самым снизить погрешность измерения до 0,6% (у прототипа 1,0%). Предлагаемое устройство может быть использовано для определения содержания кислорода в топливе. В этом случае в качестве реагент используют раствор СгСР- f а в качестве нейтрального вещества - воду, в качестве анализируемого вещества - авиационное топливо различных марок. Процент содержания кислорода определяется по величине теплового эффекта реакции окисления из градуировочных графиков. Устройство может быть использовано в комплекте с отечественной регистрирующей аппаратурой.

....

фи$.2

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МИКРОКАЛОРИМЕТР, содержащий размещенные в адиабатической оболочке рабочую и эталонную ячейки, изготовленные из высокотеплопроводного материала, в каждой из которых выполнена камера, снабженная трубопроводс1ми для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи, отличающийс я тем, что, с целью повьииения точности измерения, в каждой ячейке выполнена дополнительная каилера, идентичная основной, причем дополнительная камера рабочей ячейки соединена трубопроводом с основной камерой эталонной ячейки, а дополни- «g тельная камера эталонной ячейки сое (Л динена с основной камерой рабочей ячейки.