Способ определения погрешности калориметра в динамическом режиме Советский патент 1988 года по МПК G01K17/04 

(21)4092489/31-10

(22)18.07.86

(46) 07.05.88. Бюл. № 17

(71)Институт химической физики АН СССР

(72)А. Б. Воробьев, Ю. Н. Матюшин, Н. В. Новикова, В. П. Воробьева,

Т. С. Конькова и Ю. А. Лебедев (53) 536.6(088.8)

(56) Шмвдт Р., Сапунов В. Неформальная кинетика. - М.: Мир, 1985, с. 711.

Эстрин Я. И. К вопросу об измерении начальных скоростей химических реакций в калориметрах Кальве: Сб. статей Кинетика и катализ, 1985, т. 26, вьш. 2, с. 373-380.

(54)СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ КАЛОРИМЕТРА В ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ (57) Изобретение относится к тепловым измерениям. Цель изобретения - повьшение точности определения погрешности, расширение области изучаемых процессов. Калориметриче.скую ячейку заполняют компонентами изучаемой реакции. В ячейке размещают калибровочный нагреватель, т.е. резистор стабильного сопротивления. Для I создания в нагревателе экспоненциально изменяющегося тока собирают схему, изображенную на чертеже. По результату калориметрического опыта определяют константу скорости прошедшего теплового процесса и вычисляют ее погрешность по формуле. 1 ил.

СО

со

Изобретение относится к области епловых измерений и предназначено8 йреимущественно, для определения погрешности калориметра, используе- мого для измерения константы скорост Химической реакции первого порядка в жидкой фазе.

Цель изобретения - повышение точ- |€ости оценки погрешности, расширение |эбласти изучаемых процессов за счет гвеличения диапазонов скоростей теп- повыделения и величин тепловыделения

На чертеже изображена схема, реализующая предлагаемьй способ.

Способ определения погрешности калориметра в динамическом режиме осуществляют следующим образом.

Калориметрическую ячейку заполняют компонентами изучаемой реакции, В ячейке размещают калибровочный нагреватель, т.е. резистор стабильного сопротивления. Для создания в нагревателе экспоненциально изменяющегося тока собирают схему, изображенную на чертеже.

Источник 1 питания слз жит для заряда конденсатора 2 Сс) до начальног напряжения U, которое обеспечивает начальный ток IQ в калибровочном ре- зисторе, выбираемый из условия обес- печения заданного в опыте тепловьще- лeния„Q J. Усилитель 3 напряжения имеет коэффициент усилений по напряжению К,; порядка 10-30, Напряжение U контролируется цифровым вольтметром 4. После установления в калориметре рабочего режима, одновременно переключателями 5 и 6 отключают конд.ен- сатор 2 от источника 1 питания и под ключают к усилителю калибровочньй нагреватель 7. Резисторы 8 (Е) и

9(RJ) изменяют диапазон значений константы скорости процесса. Для стабилизации режима усилителя его выход переключателем 6 замкну г на резистор

10СКд,)} сопротивление которого равно сопротивлению R ц. Ток разряда конденсатора I,, определяется по формуле-

- Цо --t / J -R,-bR,-

где И (R + R ) . С, причем R + .+ Rj R, RC;,t - время разрядки конденсатора. При этом в калибровочном нагревателе выделяется тепловая мощность P{t), равная

Pf Ul Rt -К1 -2i/C -ПК

P(t) -Ra.j, А-е ,

и количество теплоты, равное

Q(t)

А-т

(1-е

-П/«,

Q.(.-e).

(О

AT

где QO 2

Этим точно моделируется тепловыделение химической реакции, протекающей по кинетическому закону реакции первого порядка. Действительно, уравнение реакции, протекающей по кинетическому закону первого порядка, имеет вид

| К(1 - т.) или а l-e , (2)

где К - константа скорости реакции; ( - глубина превращения. Так как количество теплоты Q(t) однозначно связано с глубиной превращения i соотношением

то из сопоставления уравнений (l) и (2) следует, что протекающий в калориметре тепловой процесс, создаваемый эффектом Джоуля от тока, прямо пропорционального току разряда конденсатора с постоянной времени RC, эквивалентен химической реакции первого порядка с константой скорости 2/ВС.

Далее по результату калориметри- ческого опыта определяют константу скорости К ,зfл прошедшего теплового процесса и вычисляют ее погрешность и К „j по формуле

&У.

иъ

к ,„ - 2/ fl .

U3M

Моделирование реакции, протекакяцей по закону первого порядка, эффектом Джоуля от экспоненциально изменягаде- гося тока позволяет простыми методами электрических измерений точно определить постоянную времени Т этого процесса, что дает точное значение константы скорости процесса тепловыделения K-J 2/. Измерением постоянной времени процесса экспоненциального

изменения тока, например, за счет из менения номинала резистора R и емкости конденсатора С легко обеспечивается широкий диапазон значений кон- станты скорости процесса. Любое наперед заданное тепловыделение Q, в опыте может быть достигнуто путем соответствующего выбора начального тока 1 через нагреватель. Возможность проведения измерений в заполненной реальными компонентами реакции ячейке повьшает точность оценки погрешности.

Способ измерения экономичен и прост поскольку реализуется с помощью широко распространенных средств электротехники, так как не требует для своей реализации высокочистых химических веществ, безвозвратно расходуемых при измерениях.

Способ дает существенно более точный результат, как как тепловой процесс, создаваемый эффектом Джоуля, легко контролируется точными- методами электрических измерений, Минимальное значение постоянной времени, т.е. максимальное значение константы скорости практически не ограничено. Повышение точности обес- печивается также за счет того, что тепловой процесс, моделирующий химическую реакцию, протекает в той же среде, что и изучаемая реакция.

Формула изобретения

Способ определения погрешности калориметра в динамическом режиме, заключающийся в нагреве ячейки калориметра, заполненной ждцкофазной средой, и измерении константы скорости Kjjj известного теплового процесса, имеющего константу скорости К, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности оценки погрешности при широком диапазоне скоростей тепловыделения и величин тепловыделения, нагрев ячейки калориметра осуществляется электрическим нагревателем, электрический ток которого уменьшают по экспоненциальному закону от максимального значения 1 с постоянной времени , которую вычисляют по формуле г 2/К, а величину 1 вычисляют по формуле

TO V QO K/R,

где Q - задаваемое тепловыделение в

процессе измерения; R - сопротивление электрического нагревателя калориметра, при этом погрешность измерения калориметра в динамическом режиме ЛК, определяют путем вычисления по формуле

-«К, 2/-.

7t

0