Дифференциальный микрокалориметр Советский патент 1979 года по МПК G01K17/08 

(54) Д№1 ФЁ№МЦИАЛЬНЫЙ МИКРОКАЛОРИМЁТР

турах (образец разогревается или о; слаждается дополнительно собственным теплом, протекающего в нем процесса).

Целью изобретения является повышение точности измерения и разрешающей способности.

Указанная цель достигается тем, что в известный дифференциальный микрокалориметр введены два ваттметра, включённые между выходами дифференциальнo o источника питания и входами нагревателей образца и эталона, вторая схема сравнения, входы которой включены на выходы обоих ваттметров, схема умножения, входы которой соединены с выходами усилителя и ваттметра, включенного в Ьепь нагревателя эталона, масштабный усилитель, последовательно соединенный с дифференцирующей цепью, причем вход дифферёнцирунрщей цепи соединён с выходом cxeMbiумножения, вторая сумми, руювдая схема, один из входов которой сбединен с выходсял второй схемь сравнения, а другой вход соединен с выходом масштабного усилителя, яричем выход второй суммирующей схемь соединен с одним из входов регистрирующего устройства, регулятор температуры, вход которого соединен с выходом усилителя, а выхоа - со вторым входом днфферен- анального источника питания, причем BTojx)S вход суммирующей схемы соединен с выходом измерителя температурь эталона.

Иэобретемие поясняется чертежом, где показаны программный регулятор нагрева 1, дифференаиальный источник питания 2, два ваттметра 3 и 4, вторая схема сравиения 5, эталсж-с нагрё ватеглем 6, измеритель 7 та шературы ar.Euioиа, с разец с нагревателем 8, й: ёритель 9 температуры образца, схема; сравнения 10, усилитель 11, cyMM«pyi6te.ea схема 12, регулятор температуры 13, схема умножения 14,вторая сумнйруюШая схема 15, масштабный усилитель 1в, дифференцирующвя шбпь 17 и регистрйрующее уст йство 18/

Измерение основано на регистрации мощности дополнительного обогрева одного из двух образцов (эталонного и исследуемого), помещенных в квазиадиа- батйческие условий, например сжружениых калориметрической печью и обогреваемых внутренними микронагревателями Измерение проиэ водят в гулярном режиме (при постоянной скорости нагрева или охлаждения), поддерживая разность

температур между образцами в пределах установленной точности регулирования.

Уравнение теплового баланса для образца, в котором протекают превращения с выделением (или поглощением) тепла имеет вид:

dTo(t)

(1)

(4) С ctt

где . Po(t)- тепловая мощность, вводимая в образец нагревателяotfe

(t)j - скорость выделения (поглощения) теплоть превращения в образце;

С - теплоемкость образца; %- температура образца. Для эталона, изготовленного из материала с такой же теплоемкостью С, но в котором не пррисзи)дят превращения, сопровождаемые тепйовым эффектом (выделением или поглощением тепла, Ь« О ), уравкейие теплового баланса имеет вид:

где |(t)- мсянность, вводимая в зт(алон;

ТэХ1)-температу|р1а эталона.

В pei nspHcM режиме эксперимента, скорость Harfjeea; з талона поддерживается постоянной :

eif - При отсутствии термической инерции обраака и поддержавня ра вевства t Mператур оёразиа в эталоне%(t) Т,(1)

-dTb dly

(4)

,д :;;:;;;с11- -; ;Ы1;

и из уравнений (1) и (2) следует, что.

(t (1)) (5)

В дёйетштвльности, услобие (4) выполняется лишь йриблнженао ввиду терминской инерции образца и инертности регулирующей ристемы. Для ее преоцбпе- нИя необхсщимо форсировать нагрев обчраэца, вводя в него мощностьрр (t) РО . При 3Tj)M скороЬтЬ нагрева образца отклоняется от постоянной скорости нагрева эталона j и между образцом И (ал возникает разность тёмпературГ

ДТЛ)-ТЛЛ-Т,а). (6) Так как, скорость выделения тепла зависит от температуры, то: p;(t) qCT(t) .ut(t)J-- С() Откуда, согласно уравнению (2), с точностью до величин первого порядка малости по ЛТ T(t)MT(t)j лРа) :, Ш) где дРа) p,(t) (t).. Из (8) следует, что при peractpavtm в йависимости от темйературы CrteayetTT вводить в координату температурам кОр-ректирующий сигнал6Т (компенсация фазового сдвига), а в координату регистрации МОЩНОСТИ - корректирующую nbnfjaEiку;: - -.. .- . 4- . )i .-. . t: . :.-;j.::wvV..--. Дифферейциальйьгй микрокаяориметр работает следуюиЁйм образом, Программный регулятор 1, упрааяяй дифференциальным источником питания 2, производит нагрев эталона и образца, при этом мощность нагрева йамераётсй вйттметрами. Сигналы е йзмеритеаьйых ваттметров синхронйо пЬстугиют на ВХ6Я1Л ёто рой схемы еравнення, с выхода ко№ор й / реэуль нру бщий Сигнал - л, йостуяаег на первые вход второй суммируйнцёй , Шновременно, сигнал с включённого в цепь яйГрёйателя эталона подается на первый вход с хейыуУнЪжеИйз i4, ни которой ticcryniaef сигнал . дТ с усшйтеля 11 а с Б1 п:ОДа ,ёв сйг.нал пройдя послёйовате«ьй дйффе{ вдйру«эйзто аб1ш, MdciHTS ibtS ycuntrPeiibi йостуда т на на взсста второй cyMK &i; roineiS схе мы, с аыуис сигнйл подйётсй на второй вход регистрчруюшего устрс ства. Сигналы с измерителей 7 н 9 температуры образца и эталона nocTynaiof на схему сравнения 10, на выходе которой имеем рззноЁгсный сигнйл -дТ, который усиливаясь усилителем 11, подается на суммирукотсую схему 12, на второй вход которой поступает сигнал с- измерителя температурь эталона, а с выхода ее-на регистрирующее устройство. Таким образом, сигнал л Т вводится в коордийату .температуры для компенсации фазового; сдвига. Синхронно, сигнал - с усилителя 11 подан на регулятор температуры 13, выход которого соединен со вторым входом дифференциального источника ПИТ9Н11Я. Схема сравнения 5, схема умножения 14,Д11фференаируюшая цепь 17 и масштабный усилитель 16 позволяют получить величину поправки в соответствий с формулой для истинного ;значения теплового эффекта. Дифференциальный микрокалориметр поавойяет получить информацию о величину и распределений по температуре малых изменений теплосодержания за счет учета тепловой инертности образца и инертности регулирующей систёМ. Ф 6 р м у л а и 3 о б р е т е н и я Дифференциальный микрокалориметр, Содержащий пренграммный регулятор нагрева, дйфферевдвальный источник питаний, оёразеа эталон, измерители температуры с р/ззаа и эталона, схему сравнения, усейвдёль, дифференцирующую цепь, ёуммарующую схейу и регистрирующее устройство, о я и ч а ю щ и и с я тем, что, е повьшгёния точности взмердкия н разрешающей способности, в йего BseaeHto два ваттметра, включен ньш М€ншу выходами дифференциального нстрчадка яитания и входами нагревателей образца и эталона втфая схема CpaBHeHtte, входы которой включены на ё ыходы обоих ваттметров, схема умножения, exoQbt которой соединены с выхо« дама усйяителя и Ваттметра, включенная го В йега. нагревателя эталона, MacuiTaSr усилитель, пбсдедовательно соедийон ный с дифференцирующей цепью, причем вход диф4ю}зеширующей цепи соединен с выходом схемы умножения, вторая сум мирующая схема, один из вхснюв которой соедиие с вьКходом второй схемы сравнения, а другой вход соединен с Выходом масштабного усилителя, причем ; выход второй суммирующей схемы соединен с одним яз вхсадс® регистрирутбщегр устройства, регулятор температуры, вхоД которого Соединён с выходом усилители, а выход - со втфым входом дифференциального источника питания, причем второй вход суммирующей схемь соединен с выходом нзмёритёлй температуры эталона. ---- - : 07 Источники информации, принятые во внйм1ани1е при экспертизе 1. Руперт Т. Н. Усовершенствованный прибор для термического анализа при 69 о высоких температурах. Приборы для научных исслеаований, 1965, № 11, с. 106-109. 2. Патент США № 3643491, НКИ 73-15.