Способ определения теплоемкости жидкости в проточном микрокалориметре Советский патент 1988 года по МПК G01N25/20 

4k

:&

О)

сл

00

Изобретение относится к способам определения теплофизических характеристик.

Цель изобретения - повьшгение точ- ности измерений.

Уменьшение сигнала при прокачке обусловлено тем, что часть энергии нагревателя выносится из ячейки с изменением энтальпии жидкости в процес- се ее прокачки и сокращается доля топлива, проходящая через тепломеры.

т-

Подбором отношения сигналов -- 2

г обеспечивается максимальная чувстви-

тельность измерения.После этого производится прокачка измеряемой жидкости и подбор G таким образом, чтобы сигнал с измерительных ячеек оказался таким же, как и при прокачке эталон- ной жидкости, т.е. 17 i - Г . Физически это обозначает, что ,. . Отсюда следует, что теплоемкость исследуемой жидкости

,.(1)

где С, Cj - теплоемкости исследуемой и эталонной жидкостей соответственно, Дж/кг-К; G,G - расходы эталонной и исследуемой жидкостей со- ответственно, кг/с. Величина электрического сигнала, генерируемого термобатареей калориметра:

и А ,W,

п

где А,(:д-) - коэффициент теплочувст вительности; W - тепловая мощность в

ячейке. Чувствительность определяется как

Л ,

пе

К

где п,ё - число термоэлементов и

коэффициент термоЭДС термобатареи, В/К; К - полньш приведенный коэффициент теплопер едачи ячейки калориметра. Коэффициент К объединяет все тепловые связи ячейки. Если на ячейку подается и выводится жидкость G () с теплоемкостью С, то-чувст- вительность уменьшается, становясь

пё

К + GC

Отношение сигналов при подаче одной и той же мощности для случая пот- дачи GC и отсутствия подачи

И и

А 1 К + GC GC

Г1 - I

А

К

1 --1

При GC О чувствительность исходая А и сигнал и ,.

При GC - S А - О и и 2 - О. Максимальная скорость изменения

аи

игнала

d(GC)

возникает при GC К.

При --- 2, таким образом,

макси0

0

О

5

5

0 5

мальная точность измерения будет отвечать этому условию. Действительно,

при соотношении - 2 изменение GC

L

на 10% дает изменение U, 5% относительно исходной величины U,, если

или 1-11, то изменение отно1

сительно базовой величины U, уже менее 1%.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого, способа; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. I.

Устройство содержит щелевой канал 1, находящийся в тепловыравниваклцем блоке 2 и служащий для прокачки жидкости. Тепловыравнивающий блок 2 окружен тепломерами 3, которые в пределах каждой ячейки соединены последовательно. На тепловыравнивающем блоке имеется электрический нагреватель 4 (например, равномерно намотанная проволока). Тепломеры 3 вторыми своими спаями установлены на массивном тепловыравнивающем ядре 5. Тепловыравнивающий блок 2 со щелевым каналом 1 и нагревателем 4 и тепломеры 3 образуют измерительную ячейку. Для уменьшения влияния тепловых шумов в устройстве предусмотрена вторая аналогичная ячейка, тепломеры которой включены встречно по отношению к тепломерам 3 измерительной ячейки. Использование щелевого канала 1 с соотношением сторон сечения 1:4 - 1:6 позволяет получить довольно большие коэффициенты теплоотдачи (2000-5000 Вт/м -К), что обеспечивает нагрев жидкости в ячейке, при подаче мощности на нагреватель 4 до средней температуры тепловыравниваю- щего блока на длине в несколько сантиметров (5-6 см).

3

Высокий коэффициент теплопроводности материала, из которого выполнен тепловыравнивашрщй блок 2, обеспечивает выравнивание температуры блока по длине канала. Для обеспечения лучшего выравнивания температуры щелевой канал может быть выполнен, например, в виде спирали.

При прокачке эталонной жидкости через ячейку и подаче электрической мощности на нагреватель 4 часть мощности проходит через тепломеры 3, которые генерируют сигнал термоЭДС,

пропорциональный прошедшей через них g дами не может быть получено с по- мощности, а часть выносится из ячейки потоком жидкости, находящейся при средней температуре тепловыравниваю- щего блока 2.

С целью повьппения чувствительности расход эталонной жидкости выбирают таким, чтобы сигнал с тепломеров ячейки при прокачке был примерно в два раза меньше, чем сигнал с тепломеров 3 без прокачки. Оптимальным является соотношение сигналов 1,8-2,5.

Уравнение теплового баланса ячейки имеет вид

грешностью менее 1%.

Формула изобрет.ени

20Способ определения теплоемкости

жидкости в проточном микрокалориме ре, включающий подачу электрическо мощности на нагреватель измеритель ной ячейки, поочередное прокачиван

25 через нее эталонной и исследуемой жидкостей и регистрацию сигнала ди ференциальной термобатареи микрока лориметра, отличающийс тем, что, с целью повышения точнос

W

Q,, + G,C,ut,

- мощность, выделяемая на

нагревателе, Вт; - поток, проходящий через

тепломер при прокачке эталонной жидкости, Вт; - расход эталонной жидкости,

мл/с;

- удельная теплоемкость эталонной жидкости, Дж/мл. с; - перегрев эталонной жидкости на выходе относительно температуры на входе ядра. гично уравнение теплового в случае прокачки исследуеости записывается как

W

QT + G,CM4t«,

и соответствует парагде индекс

метрам исследуемой жидкости.

Из анализа уравнений (I) и (2) при подаче одинаковой мощности и выбора расхода Сц таким, чтобы сигналы с тепломеров ячейки в обоих случаях

одинаковыми, т.е. Y)

Ь„, сюда

следует,

С„ С,

Ui

что J Сз

ОуГц.

Таким образом, теплоемкость исследуемой жидкости пропорциональна отношению расходов эталонной и исследуемой жидкостей.

Способ позволяет измерить тепло- емкость жидкости по отношению к эталону с погрешностью менее 0,4%, в то время как измерение известными мето g дами не может быть получено с по-

грешностью менее 1%.

Формула изобрет.ения

20Способ определения теплоемкости

жидкости в проточном микрокалориметре, включающий подачу электрической мощности на нагреватель измерительной ячейки, поочередное прокачивание

25 через нее эталонной и исследуемой жидкостей и регистрацию сигнала дифференциальной термобатареи микрокалориметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности

30 определения теплоемкости, измеряют сигнал дифференциальной термобатареи, вызванный подачей мошности на нагреватель измерительной ячейки до подачи эталонной жидкости, подают эталонную жидкость и изменяют ее расход до достижения величины сигнала дифференциальной батареи, в 1,8- 2,5 раза меньшей величины сигнала до подачи эталонной жидкости, пре40 кращают ее прокачку и подают иссле- .дуемую жидкость, изменяя ее расход до достижения равенства величины сигнала дифференциальной термобатареи величине сигнала при прокачке эталонной жидкости, при этом тепло35

45

50

55

емкость исследуемой жидкости определяют по формуле

i. и 3

где С э - теплоемкость эталонной

жидкости, Дж/кг К; G3,Gi, - соответственно расходы эталонной и исследуемой жидкости.

1444658

4

- пСиенам с/ле/глсмер

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик. Цель изобретения - повышение точности определения теплоемкости. Это достигается измерением сигнала дифференциальной термобатареи микрокалориметра до подачи эталонной жидкости, при ее подаче и при прокачивании исследуемой жидкости, при этом расход эталонной жидкости изменяют до достижения величины сигнала термобатареи, в 1,8-2,5 раза меньшей величины до подачи эталонной жидкости, а расход исследуемой жидкости изменяют до достижения равенства величины сигнала дифференциальной термобатареи величине сигнала при прокачке эталонной жидкости. Искомую характеристику определяют по формуле С „ Сэ&-,/Сц, где С э- теплоемкость эталонной жидкости, Дж/кг-Г; G yG „ соответственно расходы эталонной и исследуемой жидкости. 2 ил. сл

-4

Г

Фае.

- /

Фи9.2