Криоскоп-титрометр Советский патент 1990 года по МПК G01N25/06 

Изобретение касается исследования свойств веществ с помощью тепловых средств путем измерения изменения температуры замерзания.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры кристаллизации.

На чертеже представлена схема криоскопа-титрометра.

Криоскоп содержит измерительную ячейку 1 с теплоизолирующей рубашкой 2 и плотно укрепленной на рубашке 2 медной обечайкой 3, помещенной в криостат 4, устройство 5 перемешивания с электромагнитным приводом 6, термочастотный датчик 7, связанный через конденсаторы 8 с блоком 9 измерения температуры, датчик 10 температуры теплоизолирующей рубашки, связанный с блоком 11 измерения температуры, поршневой дозатор 12 с блоком 13 привода, герметично соединенный с измерительной ячейкой 1 через капилляр 14, блок 15 управления и регулятор 16 разности температуры. Блок 15 содержит тактовый генератор 17, подключенный к управляющим входам блоков 9 и 1 1, делитель 18 тактовой частоты, схему 19 сравнения кодов, регистр 20 памяти, схемы 2И 21 - 24, счетчики 25, 26 импульсов по модулю 3, RS-триггеры 27, 28, тай- мер 29.

К входу схемы 2И 24 подключен ключ 30 запуска. Регулятор 16 разности тем- перьтуры содержит последовательно

сл

СО

ф о ю

4

соединенные схему 31 сравнения и формирователь 32 управляющего сигнала, через ключ 33 связанные с нагревателем 34 устройства подачи хладагента, выполненного в виде трубки 35 с электромагнитным клапаном 36, герметично укрепленной на горловине сосуда Дью- ара 37. Выход делителя 18 через схему 2И 21 соединен с управляющим входом (вход Запись) регистра 20 памяти, а через схему 2И 22 - с.первым входом (счетным) счетчика 26. Первый выход (А В) схемы 19 соединен с первым входом (счетным) счетчика 25, вторым входом (Сброс) счетчика 26 и через схему 2И 23 - с входом таймера 29, выход которого соединен с управляющим входом блока 13 привода дозатора 12 и - через схему 2И 24 - с управляющим входом схемы 19, R-входами RS-триггеров и управляющими входами ключа 33 и электромагнитного клапана 36. Второй выход (А В) схемы 19 подключен к второму входу (Сброс) счетчика 25, выход которого подключен к S-входу КЗ-триггера 27, своим первым выходом подключенного к второму входу системы 2И 22. Выход счетчика 26 подключен к S-входу RS-триг- гера 28, первый выход которого (прямой) подключен к второму входу схемы 2И 23, а второй выход (инверсный) - к второму выходу схемы 2И 18.

Криоскоп работает следующим образом.

В исходном состоянии дозатор 12 заполнен титрантом, измерительная ячейка 1 - титруемым раствором,включен электромагнитный привод 6, обеспечивающий постоянное перемешивание содержимого ячейки 1. Тактовый генератор 17 генерирует тактовые импулсы частотой 1 Гц, осуществляя синхронный запуск блоков 9 и 11 измерени температуры. Вследствие этого информация на выходах блоков 9 и 11 (стандартный двоично-десятичный код 8-4- 2-1) обновляется один раз в секунду.

8счетчики 25, 26 записано число О RS-триггеры находятся в исходном состоянии, т.е. на их прямых выходах - сигналы логической 1, таймер 29 - также в исходном состоянии,

его выходе сигнал логического На выходе делителя 18 частоты один раз в 10 с появляется импульс, производящий запись выходного кода блока

9в регистр 20 памяти. Таким образом

т.е. на О.

выходной код регитсра 20 не изменяется в течение 10 с. Ключ 30 выключен, при этом на выходе схемы 2И 24 - логический О, при котором ключ 33 и клапан 36 выключены, хладагент в криостат 4 не поступает и температура в криостате и измерительной ячейке равна окружающей. На выходах схемы 19 сравнения -логический О, так как на ее управляющем входе также логический О.

5

0

5

jg

0

35

40

55

появляется логическая , разрешающая работу схемы 19,

При включении ключа 30 на выходе

схемы 2 И 24 MI п

включение ключа 33 и электромагнитного клапана 36. На нагреватель 34 выделяется максимальная мощность, хладагент в сосуде Дьюара 37 начинает испаряться и под давлением поступает в криостат 4. Температура криостата и, соответственно, датчика 10 начинает снижаться. Температура измерительной ячейки 1 и датчика 7 также начинает снижаться, но медленнее благодаря наличию теплоизолирующей рубашки 2 и обечайки 3. В момент появления на выходе делителя 18 частоты первого после включения ключа 30 тактового импульса в регистр 20 записывается выходной код блока 9 измерения температуры (код А) и на выходе регистра 20 памяти устанавливается код В, значение которого равно значению кода А. В процессе охлаждения ячейки 1 значение кода А начинает уменьшаться, в результате чего на первом выходе схемы 19 появляется логическая 1 и в счетчик 25 записывается число 1. При А В на первом выходе схемы 19 появляется логический 0м. При А В на первом выходе схемы 19 снова появляется логическая 1 и в счетчик 25 записывается число 2. Далее в счетчик 25 записывается число 3, в результате чего на его выходе появляется кратковременный импульс положительной полярности, опрокидывающий RS-триггер 27, т,е, устанавливающий на его 0-выходе сигнал логической 1. Если процесс охлаждения ячейки 1 не является установившимся, т.е. в один из моментов наступает состояние А В, на втором выходе схемы 19 появляется логическая 1, сбрасывающая счетчик 25 в нулевое состояние. Далее суммирование в счетчике 25 импульсов А В до трех осуществляется описанным выше способом.

Таким образом, опрокидывание RS-триггера 27 свидетельствует об установлении режима охлаждения.

По достижении разности температур между датчика 7 и 10, равной 3°С, выходной сигнал формирователя 31 управляющего сигнала начинает уменьшаться, уменьшая мощность, выделяемую на нагревателе 34, и обеспечивая тем самым стабилизацию разности температур датчиков 3°С. В результате температур ячейки выравниваются.

7 и 10 на уровне скорости изменения 1 и криостата 4

В момент появления на выходе делителя 18 частоты первого после опрокидывания RS-триггера 27 тактового импульса в счетчик 26 записывается число 1, но так как температура ячейки 1 снижается, вслед за этим устанавливается состояние А В, и на первом выходе схемы 19 появляется логическая 1, сбрасывающая счетчик 26 в нулевое состояние. Этот процесс циклически повторяется до тех пор, пока снижение температуры в ячейке 1 не прекратится.

По достижении в ячейке 1 температуры кристаллизации раствора устанавливается термодинамическое равновесие, изменение показаний блока 9 прекращается, изменение температуры криостата также прекращается, так как регулятор 16 стабилизирует разность температур датчиков 7 и 10 на уровне 3 С.

В момент появления следующего тактового импульса в счетчик 22 записывается число 2, в момент появления третьего тактового импульса в счетчик 26 записывается число 3 и на его выходе появляется кратковременный им

пульс положительной полярности, оп- рокидывающий RS-триггер 26, т.е. устанавливающий на 0-выходе сигнал логической 1, а на Q-выходе - логического О, запрещающего запись информации в регистр 20 памяти. Если термодинамическое равновесие не установилось, т.е. в один из моментов наступает состояние А В, то логическая 1, появляющаяся в этот момент на первом выходе схемы 19, сбрасывает счетчик 26 в нулевое состояние. Далее суммирование тактовых импульсов в счетчике 26 до трех осуществляется описанным способом.

10

15

20

45

5396276

Таким образом, опрокидывание RS- триггера 26 свидетельствует об установлении режима кристаллизации, в процессе которого выполняется регистрация температуры кристаллизации и сравнение кода А с кодом В, записанным в регистр 20 памяти.

В некоторый момент времени начинается снижение температуры кристал- лизации за счет вымораживания большого количества чистого растворителя и, как следствие, повышения концентрации примесей в оставшемся объеме жидкого растворителя. На выходе таймера 29 устанавливается логическая 1, включающая блок 13 привода дозатора 12, через схему 2И 24 включающая ключ 33 с электромагнитным клапаном 36 и блокирующая схему 19. Подача хладагента в криостат прекращается , температура криостата и ячейки 1 начинает повышаться, а дозатор 12 дозирует в ячейку титрант. Через 1 - 5 мин (в зависимости от размера дозы) блок 13 привода автоматически выключается и происходит дальнейший нагрев раствора с одновременным перемешиванием. Через 10 мин таймер 29 выключается, включая ключ 33 с электромагнитным клапаном 36, разрешая работу схемы 19 и устанавливая RS-триггеры 27, 28 и счетчики 25, 26 в исходное состояние. Далее процесс охлаждения и измерения температуры кристаллизации раствора с одновременной стабилизацией разности температур криостата и измерительной ячейки повторяется автоматически до размыкания ключа 30.

Криоскоп обеспечивает повышение точности измерения температуры в 2 - 2,5 раза за счет снижения притока тепла к датчику (снижение погрешности на 0,0025 - 0,003°Г,) и за счет уменьшения градиента температуры исследуемого раствора (снижение погрешности на 0,001 - 0,002°С).

25

30

35

40

Формула изобретения

1. Криоскоп-титрометр, содержащий измерительную ячейку с теплоизолирующей рубашкой, помещенную в криостат, устройство перемешивания, термочастотные датчики температуры исследуемого раствора и внешней стенки теплоизолирующей рубашки, связанные с блоками измерения температуры, поршневой дозатор, связанный с измери25

Изобретение относится к исследованию свойств веществ с помощью тепловых средств путем измерения изменения температуры замерзания, а именно к криоскопам. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры кристаллизации. Криоскоп содержит теплоизолированную измерительную ячейку с плотно укрепленной на теплоизоляции медной обечайкой. Ячейка снабжена системой перемешивания раствора и системой дозирования, связанной с сосудом Дьюара. Система измерения температуры содержит два термочастотных датчика, один из которых размещен на внешней поверхности медной обечайки, а второй - в измерительной ячейке, причем в рассечку между термодатчиком и блоком измерения температуры включены конденсаторы. Устройство содержит блок управления, включающий логические схемы сравнения и таймер. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Редактор А.Маковская

Составитель С.Харламов

Техред М.Ходанич Корректор М.Шароши

Заказ 212

Тираж 492

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное