Калориметрическая ячейка для определения энтальпий испарения и сублимации Советский патент 1992 года по МПК G01K17/00 

Изобретение относится к устройствам для теплофизических измерений и может быть использовано для определения одной из важнейших теплофизических величин - энтальпии парообразования чистых веществ, различных классов веществ и технических смесей.

Известна калориметрическая ячейка для измерения энтальпий испарения и сублимации эффузионным методом, состоящая из испарительной части, выполненной из металла, и вакуумной части, выполненной из стекла, спаянных между собой, металлической эффузионной камеры с отверстием для испарения (сублимации) вещества, металлического штока и фторопластовой заглушки.

Недостатками известной ячейки являются наличие систематической погрешности измерений, связанной с измерением так называемого пика включения, большая продолжительность опыта, невозможность исследования веществ с высокой реакционной способностью и высоким давлением насыщенного пара и наличие систематической погрешности за счет уноса тепла из испари- тельной части посредством теплопроводности штока.

Известна ячейка для измерения энтальпий испарения и сублимации ампульным методом, состоящая из испарительной и вакуумной частей, стеклянной ампулы с веществом, стеклянного штока с металлической верхней частью для разбивания ампулы и магнита для подвешивания штока.

Диапазон насыщенных давлений пара исследуемых веществ в данной ячейке расширен по сравнению с другими, однако су2

Ю VI

кэ ел

ществует необходимость его дальнейшего расширения.

К недостаткам ячейки относится: ограничение верхнего предела давления пара исследуемых веществ в связи с возможностью уноса вещества в виде переохлэжден- ного пара или в конденсированном состоянии; недостаточная точность и наличие систематической погрешности.

Цель изобретения - расширение диапазона исследуемых веществ по давлению насыщенного пара и повышение точности измерений.

На чертеже представлена калориметрическая ячейка, разрез.

Ячейка содержит испарительную часть 1, 2, сегментные перегородки 7 в испарительной части, нижнюю часть А разрывного - штока, которые выполнены из металла, что обеспечивает хороший теплообмен с измерительной системой калориметра и расширяет диапазон пределов измерения давления насыщенного пара. Вакуумная часть ячейки 3, верхняя часть 5 разрывного штока и сегментные перегородки 8 на нем выполнены из тефлона, теплопроводность которого, примерно, на два порядка ниже, чем у стали, что позволяет увеличить точность измерений за счет резкого уменьшения, потерь тепла. Дополнительное уменьшение теплопотерь достигается за счет изготовления штока 4, 5 разрывным, благодаря чему потери тепла по штоку возможны лишь в течение времени не более секунды в момент контакта при раздавливании ампулы.

Сегментные перегородки 7 в испарительной части ячейки предотвращают унос конденсированных частиц 8 виде пыли и брызг за пределы измерительной части 2 и предотвращают переохлаждение газа, обеспечивая соблюдение условия изотер- мичности в испарительной части.

Разрушение ампулы б плавным надавливанием штока за счет червячной передачи 10 и 11 и сокращения сильфона 9 приводит к значительно меньшему выделению тепла, чем при разбивании сбрасыванием бойка или штока, поэтому не требуется введения дополнительных поправок, что увеличивает точность измерений.

Разрывной шток в отличие от сбрасываемого бойка не нарушает условия изотер- мичности опыта и не приводит к неконтролируемому уносу тепла из измерительной части 1,2 ячейки.

Ячейка действует следующим образом.

Вакуумным насосом из вакуумной 3 и испарительной 1,2 частей ячейки удаляется воздух. Затем вращением гайки 11 червячной передачи верхняя часть 5 штока приводится в соприкосновение с нижней частью 4 штока, та опускается, сжимая пружину 12, и раздавливает ампулу 6. Вращением гайки

11 в обратном направлении части 4 и 5 штока возвращаются в исходное положение. Пары исследуемого вещества, испаряющегося из раздавленной ампулы 6, удаляются вакуумным насосом. При испарении вещества поглощается тепло, количество которого регистрируется.

Пример, Ячейка калориметрическая 1, 2. Материал испарительной части - сталь Х18Н9Т, материал вакуумной части - фторопласт4.

Две изготовленные калориметрические ячейки А и В калибруются по энтальпиям парообразования четырех эталонных веществ: бензойной кислоты марки К-1, н-деканадляхроматографии,

бидистиллироеанной воды и нафталина, дважды сублимированного из образца марки ч.д.а.

Результаты калибровки приведены в

таблице.

Проведено также определение энтальпий сублимации карбамида и метил карбамида, для которых давление насыщенного пара меньше 0,18 Па. Воспроизводимость ;

при этом такая же, как и для веществ, приведенных в таблице.

Средние значения постоянных ячеек А и В с учетом правила трех сигм и доверительного интервала 95% соответственно

равны: ,65± 0,43 и ,00± 0.63 мВ.Вт 1.

В таблице приняты обозначения: Т - температура ядра калориметра, Р - давление насыщенного пара вещества при указанной температуре, m - масса образца; кон / ДЕо г-площадь под кривой теплопоглоо

щения.

Из приведенных результатов калибровки следует, что постоянные ячеек А и В определены по эталонным веществам с давлением 0.18-3274 Па с погрешностью

0,23 и 0,32%.

Таким образом, предлагаемая ячейка позволяет проводит измерения для веществ со значительно большим давлением насыщенного пара (более 3000 Па), чем известная (до 1000 Па), При этом сохраняется высокая точность измерений 0,2-0,3% для 95%-ного доверительного интервала, а при дисперсии средних величин без учета доверительного интервала- 0,1 %, что выше, чем у известной ячейки (1 %).

Технико-экономическая эффективность достигается за счет расширения верхнего предела давления пара исследуемых веществ, повышения точности измерений и устранения систематической погрешности.

Формула изобретения Калориметрическая ячейка для определения энтальпий испарения и сублимации, содержащая испарительную часть, вакуумную часть, шток и стеклянную ампулу для исследуемого вещества, отличающаяс я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона, определения дав0

лений насыщенного пара исследуемых веществ, вакуумная часть ячейки выполнена из пластмассы, шток выполнен разрывным на границе испарительной и вакуумных частей, при этом участок штока, размещенный в вакуумной части ячейки, выполнен из пластмассы и закреплен в сильфоне, а участок, размещенный в испарительной части ячейки, выполнен из металла и закреплен в ячейке с помощью пружины, причем испарительная и вакуумная части ячейки снабжены сегментными перегородками из соответствующего каждой части ячейки материала.

К НАСОО.У

Сущность изобретения: ячейка выполнена из двух частей: испарительной и вакуумной. Вакуумная часть ячейки выполнена из пластмассы, а испарительная - из металла. Ячейка содержит шток, который выполнен разрывным на границе испарительной и вакуумных частей. Участок штока, размещенный в вакуумной части ячейки, выполнен из пластмассы и закреплен в сильфоне, а участок, размещенный в испарительной части ячейки, выполнен из металла и закреплен в ячейке с помощью пружины. Испарительная и вакуумная части ячейки снабжены сегментными перегородками из соответствующего каждой части ячейки материала. 1 ил., 1 табл.i СО