Способ измерения импульса тепла Советский патент 1979 года по МПК G01K17/00 

1

Иэобрегение относится к области геплофизических измерений и можег быть использовано для определения количества гепла, выделяющегося при несгационарны экзотермических процессах таких, например, как сжигание, растворение и т.д.

Известен способ измерения импульса гетла, Б котором регистрируют температурный ход калориметрического сосуда, а затем вводят в результаты измерений поправки на теплообмен |l .

Погрешность в определении импульса тепла по этому способу зависит от правильного учета всех факторов, влияющих на теплообмен калориметрического сосуда с окружающей средой, что не всегда удается осуществить в полной мере в реальных условиях проведения теплотехнического эксперимента,

Известен баллистический способ измерения импульса тепла, основанный на регистрации максимальной амплитуды кривой температурного хода калориметра Г2 j

Недостатком указанного способа является невысокая точность проводимых иэмерений, что не позволяет широко применять его при исследовании нестандартных тепловых процессов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ иэмерения количества тепла, заключающийся в том, что в рабочую ячейку калориметра помещают калориметрический сосуд с исследуемым веществом, инициируют иоследуемое вещество и одновременно осуществляют интегрирование компенсационной тепловой мощности, вводимой от электрических нагревателей З .

Недостатками этого способа являются низкая точность и большая длительность проводимых измерений, обусловленная длительностью переходного процесса по выравниванию температур рабочей $пейкв и калориметрического сосуда.

Целью изобретения является повыщение точности И быстродействия измерения теплот экзотермических процессов. Это досгигаегся гем, что по предлагаемому способу калориметрический сосуд с исследуемым веществом размещают в рабочей ячейке калориметра, инициируют исследуемый процесс при одновременном включенииг интегрирующего устройства, а измерение, импульса тепла по конечному значению интеграла компенсационной мощности осуществляют между участкаьли регупярного режима, имеющими одинакоЬые постоянные времени. На фиг, 1 изображена блок-схема устройства, реализующего описываемый способ; на фиг. 2 - диаграмма зависимости изменения теплового потока в рабочей ячейке калориметра от времени. Калориметр 1, содержит рабочую 2 и sfa лонную ячейку 2 . Калориметрический сосуд с исследуемйм веществом, температура-которого ни же рабочей температуры калориметра, вво дят в рабочую ячейку 2 калориметра 1% В этот момент, соответствующий точке б на диаграмме фиг, 2, дифференциальный термодагчик 3 вырабатывает эдектрический сигнал, который после усиления усилителем 4 поступает через преобразователь 5 в ком пенсационйый электрический нагреватель 6,; Вырабатываемый нагревателем 6 теп левой поток поступает в рабочую ячейку 2 калориметра, приводя постепенно всю систему в тепловое равновесие. Участок кривой б-в на диаграмме соответствует начальной части перекодного процесса по выравниванию температур ячейки и внесенного сосуда. Суммарное количество тепла, вырабо тайное электрическим компенсационным нагревателем 6, пропорционально числу импульсов, которые поступили в него от преобразователя 5, Регистрация импульсов осуществляется интегратором 7, пред ставляющим собой цифровое пересчетное усгройсгво. Установление равенства температур исследуемого вещества и рабочей ячейки И наступление вслед за этим регулярного теплового режима происходит при определенном тепловом потоке, отмеченном на диаграмме точкой- г, О достижении этог уровня теплового потока информируют бло 8,сравнения и автоматики, ротор 7. При этом выходной ток усилителя 4 через резистор 11 в ключевое усгройсгво Ю поступает на вход блока 8 сравнения и автоматики. Одновременно с включением интегратора происходит инициирование (сжигание) исследуемого вещества. Это приводит к изменению уровня теплового потока, нарушению теплового равновесия системы и наступлению нерегулярного теплового режима, которому соответствует на диаграмме участок кривой г-д. По истечении определенного промежутка времени, соответствующего на диаграмме участку з-и по оси абсцисс, калориметри 1еская система вновь приходит в тепловое равновесие. Наступлению второго участка регулярного теплового режима соответствует новый уровень теплового пр- тока (точка д на участке д-м диаграммы), При достижении этого уровня теплового потока блок 8 сравнения и автоматики размыкает ключевые устройства 9, 1О и отключает интегратор, Теплофизические свойства рабочей ячейки калориметра и коэффициент передачи следящей компенсационной системы подобраны так, чтобы постоянные времени обода: участков регулярных режимов, между которыми происходи измерение импульfea тепла, были одинаковыми. Поскольку измерение импульса тепда начинается и заканчивается при строго фиксированных значениях теплового потока, соответствуюйдах на диаграмме точкам г и д, а участки кривых ген и дкм описываются экспотенци.альной функцией с одной и той же постоянной времени, то площади под обеими кривыми, начиная с моментов времени, соответст- вующих точкам и и ж на оси абсцнс(3, будут равны между собой, т.е, S. жеи « кемАл П° этому площадь 5 f дкмне пропорциональная измеряемому тепловому эффекту, будет составлена из площадей . ГАке + окааь BaeTcrf равной разности - згАй Таким образом, для реализацииспособа необходимо обеспечить включение и выключение интегратора на определенных, заранее заданных уровнях теплового потока. Эти уровни в свою очередь определяют с учетом-заранее известных темпов охлаждения рабочей ячейки калориметра, Многочисленные экспериментальные данные показали, что точность измерения, импульса тепла по данному способу в 7 раз, а быстродействие в 5-6 раз выше по сравнению с известным способом. Форм.ула изобретения Способ измерения импульса тепла, заключающийся в том, что в рабочую ячейку

калориметра помещают калориметрический сосуд с исспедуемым веществом, инициируют исследуемое вещество и одновременно осушествляют интегрирование компенсационной тепловой мощности, вводимой от электрических наг{зевателей, отличающийся тем, что, с целью по- вышения быстродействия и точности, измерение производят между участками регулярного режима, имеющими одинаковые постоянные времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Олейник Б. Н. Точная калориметрия, иэ-во Стандарты, 1964. с. 36-73.

2. Патент ГДР N9 53347, кл. 42 1 16/О2, 1965.

3. Патент Франции № 1566743, кл. Q 01 К 17/00, 1968.

Iff

гт

w

в

I

L. а U йл.«