Жидкостный калориметр-титрометр Советский патент 1988 года по МПК G01K17/08 

14

СО

о

vj

О СП

Изобретение относится к области теплофизических измерений, а именно, к устройствам для определения термодинамических параметров процессов, протекающих в жидкой фазе. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при одновременном повышении точности измерений и снижении трудоемкости измерений. Для этого жидкостный Калориметр-титрометр содержит автоматиче.ский дозатор твердого вещества, состоящий из вертикаль- ной направляющей трубки, герметично входящей в ячейку через шпиф, бойок, устройство подъема бойка, узел подачи ампул с твердьм веществом. Устройство подъема бойка представляет собой со- леноид, состоящий из нескольких катушек, расположенных с оосно вертикально. Узел подачи ампул состоит из шнека, расположенного в горизонтальной трубке, соединенной с вертикальной направ- g ляющей. 3 ил. (Л

гч

Изобретение относится к тешюфизи- ческим измерениям, а именно к созданию жидкостного калориметра для определения термодинамических параметров процессов, протекающих в жидкой фазе, методом калориметрического титрования (КТ). Сущность метода КТ заключается в измерении количества тепла, выделяющегося в ячейке, заполненной раство- ром Одного из компонентов А (титруе- уын раствор) при последовательном мно гократном добавлении к нему другого компонента В или его раствора (тит- ранта) в том же растворителе.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при одновре- менрюм повышении точности измерений и снижении трудоемкости измерений.

Для этого ячейка калориметра-титро метра дополнена автоматическим дозатором твердого вещества (АДТВ), состоящим из вертикальной направляющей трубки, герметично входящей в ячейку :через шлиф, бойка, устройства подъе- ма бойка, узла подачи ампул с твердьм :веществом. Подключение АДТВ произведено к существующему управляющему блокув

На фиг о 1-3 представлен калориметр- титрометр с дополнительным дозатором :твердых вещество

Ячейка 1 представляет собой сосуд Дьюара с пришлифованной крьппкой 2, в которую впаяны термометр 3 сопро- тивления, стеклянный карман 4 для на- : гревателя 5, заканчивающийся платино- вым стаканом 6, шлиф 7 капилляра 8 для подачи жидкости и шлиф 9 вертиг калькой направляющей 10 дозатора твер дых веществ. Стеклянная пропеллерная мешалка 1 отцентрована в крьппке ячейки и через бесконтактную магнитную муфту приводится в движение электронагревателем 12.

В.калиброванный стеклянный цилиндр 13 вставлен тефлоновый поршень 14, связанный со штоком 15. На резьбе в средней Части штока размещается шестеренка 16, находящаяся в зацеплении с рейкой 17. Эта рейка связана шатуном 18 с кривошипом 19 с переменным плечом. На оси приводного двигателя 20 помещен кулачок 21 с выступом в . виде полуцилиндра. Напротив выступа расположен палец 22, жестко закрепленный на платформе 23. На платформе имеется выступ 24, напротив которого находится 1 кропереключатель 25. На

с о 5

Q

5

против гайки 26 штока поршня дозатора жидкости расположен концевой выключатель 27. Микропереключатель 25, концевой выключатель 27 и приводной электродвигатель 20 включены в схему управляющего блока 28.

В нижнюю часть калиброванного стеклянного цилиндра 13 вставлена тефлоновая капиллярная трубка 29, заканчивающаяся уплотняюищм приспособлением для крепления вставляемого в ячейку стеклянного капилляра 8.

Устройство подъема бойка в дозаторе твердых веществ представляет собой соленоид,СОСТОЯ11ЩЙ из нескольких катушек 30, расположенных соосно вертикально. Узел подачи ампул состоит из шнека 31, расположенного в горизонтальной трубке 32, соединенной с вертикальной направляющей 10, Правая часть узла подачи ампул представляет собой бесконтактную магнитную муфту следующей конструкции; запаянный в стекло магнитный сердечник шнека 33, припаянный к шнеку 31, и соединенный с малооборотным электродвигателем 34 постоянный магнит 35. Большинство конструктивных элементов АДТВ выполнено из стекла, что исключает химическое взаимодействие исследуемых веществ с элементами ячейки. С целью уменьшения ошибок, связанных с теплообменом с окружающей средой, и для термостатиро- вания подаваемой жидкости выступающая часть АДТВ и калиброванный цилиндр 13 заключены в рубашки 36 и 37, соединенные с термостатом 38, служащим однот временно изотермической оболочкой ячейки.

Измерительный блок 39 соединен с термометром 3 сопротивления, блок 40 электрической калибровки - с на- гревателем 5, а блок 28 управления - с механизмом автоматической инжек- ционной дозировки, с катушками 30 соленоида, электродвигателем 34 и с оптоэлектронной парой, состоящей из излучающего фотодиода 41 и фотодиода-приемника 42.

Измерение тепловых эффектов в предлагаемом калориметре-титрометре при титровании с помощью механизма автоматической инжекционной дозировки жидкого титранта заключается в следующем. Заполненный дозатор присое- . диняют к ячейке 1 и устанавливают нужную температуру в ячейке и рубашке дозатора с помощью термостата 38.

Затем переключают на рабочий режим из мерительный блок 39 и управляющий блок 28. При этом приводной электродвигатель 20 начинает вращать кулачок 21. За первую половину оборота кулачка происходит инжекция заданной дозы термостатированного титранта в ячейку 1. Количество выделившегося при этом тепла регистрируется блоком 39. За вторую половину оборота кулачка 21 происходит подготовка дозатора жидкости к инжекции следукщей дозы титранта. Для установления цены деления регистрирующего прибора в тепло- вых единицах в нескольких точках кривой калориметрического титрования проводится электрическая калибровка калориметра по теплу Джоуля с помощью блока 40 калибровки,

Измерение тепловых эффектов в предлагаемом калориметре-титрометре при титровании твердым титрантом с помощью АДТВ проводится следую1цим образом,

В специальных стеклянных заготовках 43 (фиг,2) запаивают навески твердого вещества 44, Запаивание проводят газовой горелкой.при помощи предварительно охлажденного хладаген- том (например, жидким азотом) держателя 45. При этом расширяющаяся част заготовки 43 помещается в специальное углубление держателя 45, предотвращая тем самым термическое разложение и возгонку запаиваемого твердого вещества.

Затем- включается для прогрева измерительный блок 39, блок 40 электрической ка.1ибровки и блок 28 управле- ния на холостой режим работы. Сборка дозатора производится следукнцим образом. Вынимают шнек 31, .а затем вновь вставляют его в горизонтальную трубку 32, при этом между витками шнека 31 помещают ампулы с твердым веществом 46, затем вставляют дозатор в крьщ1ку 2 ячейки 1 и герметизируют всю систему колпачком 47 на щпифе 48, рубашка дозатора подсоединяется к термо- стату,

Собранную таким образом ячейку 1 помещают в термостат 38, заполняют ее титруемым раствором 49 и запускают мешалку 11 двигателем 12, Устанавли- вают необходимую температуру в ячейке 1 с помощью термостата 38, После :. этих предварительных операций приступают к процессу титрования, Дпя этого переключают на рабочий режим измерительный блок 39 и блок 28 управления. При этом за счет плавной последовательной подачи напряжения на катушки 30 соленоида, начиная с нижней и кончая верхней, происходит плавньй подъем остеклованного сердечника из магнитного материала 50, фипаянного к бойку 51. Поднятый таким образом, боек 51. удерживается в верхнем поло- женин маЛитным полем, созданным самой верхней катушкой соленоида. При этом нижний конец боЛка 51 оказывается Bbmie горизонтальной трубки 32. Затем включается электродвигатель 34, который посредством бесконтактной магнитной муфты приводит во вращение шнек 31, вызывая тем самым перемещение ампул 46, Ампула, соскальзывая вниз в вертикальную направляющую 10 и проходя между фотодиодами 41 и 42, вызывает кратковременное ослабление светового потока данной оптоэлектрон- ной пары, что является сигналом остановки электродвигателя 34, предотвращая тем подачу следующей ампулы. Соскользнувшая вниз ампула 52 устанавливается в сужающемся конце нижней части вертикальной направляющей 10, Сигнал остановки электродвигателя 34 является одновременно сигналом плавного опускания бойка 51, которое происходит за счет плавной последовательной подачи напряжения на катувхи 30 соленоида обратном порядке - сверху вниз. Таймер блока 28 управления через заранее установленное экспериментатором время, необходимое для термостатирования ячейки 1, подает импульс на подъем бойка 5I, происходящий по описанному способу, с тем различием, что, если раньше боек удерживался магнитным полем верхней катушки 30 соленоида,, то теперь в верхней точке напряжение снимается со всех катушек соленоида, что приводит к падению бойка 51 и разбиванию ампулы 52, Верхняя часть ампулы 52 -представляет собой вогнутую тонкую стеклянную диафрагму, которая легко разрушаг ется при падении бойка 51, при этом твердое вещество переходит в объем титруемого раствора. Чтобы осколки ампул не мешали вращению мешалки, нижняя часть мешалки, представляющая собой вогнутую поверхность, опирается на конус, расположенный на дне ячейки 1,

Благодаря интенсивному перемешиванию с помощью пропеллерной мешалки 11 и наличию отверстий в нижней части вертикальной направляющей 53 создаются благоприятные условия для par. створения исследуемого твердого вещества и процесса титрования. Тепловой эффект, сопровождающий данные процессы, регистрируется измерительным блоком 39. При этом вся система переходит в исходное состояние. Такие операции автоматически повторяются до тех пор, пока не будет получена полная кривая КТ,

Для установления цены деления регистрирующего прибора в тепловьсх единицах в нескольких точках кривой калориметрического титрования проводится электричечкая калибровка по теплу ;Джоуля с помощью блокэ 40 электричес- ;кой калибровки.

При обсчете экпериментальных дан- ных, полученных в результате КТ твер- :дым веществом с использованием данно- 25 ГО дозирующего устройства, необходи- :МО учитывать ряд поправок: теплоту разрушений стеклянной ампулы (определяется в отдельной серии боя пустых

нию трудоемкости всего эксперимента методом КТ; изучить процессы растворения твердых веществ в различных растворителях, т.е, позволяет калоримет- ру-титрометру выполнять функции калориметра растворения, что значительно расширяет круг решаемых с его помощью вопросов; при исследовании многоста10 дийных.процессов комплексообразования вести титрование с одновременным использованием ме ханизма автоматической инжекционной подачи жидкого тит- ранта и автоматического дозатора

15 твердого вещества.

Возможность подключения блока 39 измерения, блока 40 электрической . калибровки и блока 28 управления к управляющей микроЭБМ позволяет прово20 дить калориметрию титрования, а также калориметрию растворения в автоматическом режиме, т,е, участие оператора требуется только в предварительной подготовке калориметра.

Формула изобретения

Жидкостный калориметр-титрометр по авт.ев, № 690330, отличаю- ампул); теплоту испарения компонентов 30 щ и и с я тем, что, с целью повьш1е- титруемого раствора в свободный объем ния точности измерений и снижения ампулы; теплоту конденсации компонен- трудоемкости, он снабжен автоматичес- тов титруемого раствора из газовой ким дозатором твердых веществ, состоя- фазы (свободный объем калориметричес- щим из направляющей трубки, герметич-, кой ячейки) в раствор за счет разницы gg но соединенной с ячейкой через шлиф, в давлении HacbmteHHMX паров до и пос- остеклованного сердечника из магнит- ле растворения очередной навески твердого титранта.

Таким образом, наличие у калоримет- ра-титрометра предлагаемого автомати- 40 бойка в виде соленоида, расположенно- ческого дозатора твердых веществ поз- го соосно направляющей трубке в ее

ного материала, припаянного к верхней части бойка и помещенного внутрь направляющей трубки, устройства подъема

воляет проводить весь процесс КТ твердым титрантом в герметических условиях и полуавтоматическом режиме (участие оператора требуется только в-предварительной подготовке калориметра к работе и калибровке его по теплу Джоуля); отказаться в ряде случаев от стадии приготовления раствора титранта и титрОвать исследуемый раствор твердым титрантом, что повышает точность эксперимента путем снижения ошибок, связанных с этой стадией, и приводит к существенному сниже

нию трудоемкости всего эксперимента методом КТ; изучить процессы растворения твердых веществ в различных растворителях, т.е, позволяет калоримет- ру-титрометру выполнять функции калориметра растворения, что значительно расширяет круг решаемых с его помощью вопросов; при исследовании многостадийных.процессов комплексообразования вести титрование с одновременным использованием ме ханизма автоматической инжекционной подачи жидкого тит- ранта и автоматического дозатора

твердого вещества.

Возможность подключения блока 39 измерения, блока 40 электрической . калибровки и блока 28 управления к управляющей микроЭБМ позволяет проводить калориметрию титрования, а также калориметрию растворения в автоматическом режиме, т,е, участие оператора требуется только в предварительной подготовке калориметра.

Формула изобретения

Жидкостный калориметр-титрометр по авт.ев, № 690330, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьш1е- ния точности измерений и снижения трудоемкости, он снабжен автоматичес- ким дозатором твердых веществ, состоя- щим из направляющей трубки, герметич-, но соединенной с ячейкой через шлиф, остеклованного сердечника из магнит-

бойка в виде соленоида, расположенно- го соосно направляющей трубке в ее

ного материала, припаянного к верхней части бойка и помещенного внутрь направляющей трубки, устройства подъема

верхней части, узла подачи ампул, включающего в себя шнек, расположенный внутри трубки, герметично соединенной с направляющей трубкой под прямым углом, запаянный в стекло брусок из магнитного материала, прикрепленный к шнеку и соединенный с магнитным приводом электродвигателя, включенного в схему-управляющего блока, оптоэлектронной пары, закрепленной на поверхности направляющей трубки в месте ее соединения с ячейкой и включенной в схему управляющего блока.

фиг.1

gju.z