Устройство для определения кинетики тепловыделений Советский патент 1979 года по МПК G01K17/00 G01K17/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ

I

Изобретение касается теплометрии и может быть использовано для определения кинетики тепловыделений.в биохимических и химических реакциях при исследовании нестационарных фазовых переходов.

Известно устройство для автоматического определения тепловыделений с . автоматическим просчетом тепла фазовых превращений в широком диапазоне температур, содержащее систему нагрева, охлаждения и регистрации и снабженное нагревательным элементом, установленным в эталонной диатермальной оболочке и дозирующим количество трпла, эквивалентное теплу фазовых превращений ij .

Однако сложная система регулировани а дозирующего количества тепла ведет к значительным погрешностям при измерении. Устройство также имеет ограниченные функциональные возмояоности и сложную методику обработки результатов измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является уст ройство для определения кинетики тепловыделений в материалах в процессе экзотермической реакции, содержащее рабочий и контрольный калориметрические сосуды, помещенные в термостатируемую камеру, камеру статистического давления, выполненную в виде поддбна, в которой размещен источник автоматически регулируемого, давления, например-вентилятор, сообщенный с коаксиалЕ. ными вентилируемыми зазорами и тепло-; изолирующей оболочкой 2 .

Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности в сложную методику обработки результатов измерения так как количество выделившегося тепла определяют расчетными способами через определение мао сы, теплоемкости и и вменения температуры исследуемого продукта.

Цель изобретения - расшире1гае функциональных возможностей устройстве н

упрощение методики обработки результатов измерений.

Это достигается тем, что в устройство для автоматического определения кинетики тепловыделения введены дешифратор, интегратор, суммирующий и вычитающий счетчики, самописец и встречно включенные датчики теплового потока, связанные через дешифратор с входами интегратора, суммирующего и вычитающего счетчиков и самописца. Датчики теплового потока установлены меХду основаниями рабочего и контрольного калориметрических сосудов и тепловыми мостами термостатированного теплотобменника. Основания калориметрических сосудов выполнены в виде идентичных усеченных конусов. Кроме того основания калориметрических сосудов и тепловых мостов термостатированного теплообменника, сопряженные с рабочими поверхностями датчиков теплового потока, параллельны и равны, а отношение их диаметров к диаметрам датчиков теплового потока составляет 0,8О-О,95,

На .чертеже представлено устройство для автоматического определения кинетики тепловыделений.

Устройство состоит из рабочего 1 и контрольного 2 калориметрических со судов, изготовленных из материала с высокой I теплопроводностью, например из меди, помещенных в термостатирую- щую камеру, 3, и термостатируемого теплообменника 4, снабженного тепловыми мостами 5. Между контрольным и рабочим сосудом, и тепловьп 1и мостами 5 теплообменника 4 установлены датчики теплового потока 6 и 7 (ДТП), включенные встречно и через дешифратор 8 соединенные с входами интегратора 9, суммирующего 10 и вычитающего 11 счетчиков и самописца 12. Основания калориметрических сосудов выполнены в виде идентичных усеченных Конусов со срезом, обеспечивающим линейную зависимость термо-ЭДС от теплового потока через ДТП 6 и 7. Основания калориметрических сосудов и тепловых мостов термостатированного теплообменника, сопряженные с рабочими поверхностями ДТП 6 и 7, выполнены параллельными и равными, а отношения их диаметров к диаметрам датчиков теплового потока составляет 0,80-0,95. Дешифратор 8 предназначен для выбора исполнительного узла и выдачи на него реверсивного сигнала. Он содержит

схемы совпадения, выполненные на логических элементах и контактных группах реле блока управления. Интегратор 9 определяет алгебраическую сумму тепла за весь процесс ферментации (химической реакции). Суммирующий счетчик 1О предназначен для определения общего количества тепла, выделившегося в ходе экзотермических реакций. Вычитающий счетчик 11 фиксирует общее количество тепла, отведенное к рабочему сосуду в ходе ведения эндотермических реакций. Самописец 12 фиксирует кинетику тепловыделений и теплопоглощений в ходе ведения реакций с нестационарными тепловыделениями.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий 1 и контрольный 2 калориметрические сосуды заполняют питательной средой и при достижении в них температуры равной температуре термостатирующей камеры 3 и теплообменника 4 (при этом термо-ЭДС с датчика теплового потока 6 будет равняться О) осуществляют реакцию, например, производят посев культуры. При экзотермической (эвдотермической) реакции в рабочей ячейке 1 выделяется (поглощается) тепло, которое через основание сосуда, ДТП 6 и тепловой мост 5 отводится к термостатируемому теплообменнику 4 (к рабочему сосуду 1 за счет исходного равенства температур теплообменника 4 и рабочей ячейки 1). При этом в ДТП 6 Возникает термо-ЭДС, величина которой пропорциональна проходящеК1у через него тепловому потоку. В то же время часть тепла в рабочем сосуде 1 расходуется на испарение влаги, которая удаляется через капиллярно-пористую крышку сосуда. Такое же количес-гво тепла расходуется на испарение и в сосуде 2, что вызывает необходимость непрерывного подвода тепла к этому сосуду. За счет алгебраической суммы встрено включенных ДТП 6 и 7 при определении общего количества тепла эта величина учитывается. Сигнал с встречно включенных ДТП 6 и ДТП 7 поступает на вход дешифратора 8 и далее на входы интегратора 9, суммирующего 10 и вычитающего (в зависимости от знака сигнала) 11 счетчиков и самописца 12, которые и фиксируют тепловыделения в ходе ведения процесса.

Таким образом предлагаемое устройство для автоматического определения кинетики тепловыделений поэволяет методом прямой калориметрии определять в аэробных и анаэробных процессах кинетику тепловыделений как в экзо я эндотермических реакциях, так ив комбинированных (в реакциях с чередующимися экзо- и эндотермическими теплбЬыделенивгмн), при этом методика обработки полученных результатов значительно упрощается. Формула изобретения Устройство для автоматического определения кинетики тепловыделений, содержащее размещенные в термостатируемой камере рабочий и контрольный калориметрические сосуды и термостатируемый теплообменник, отличающее - с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства и упрощения методики обработки резульгтатов измерений, в него введены дешифратор, интегратор, суммирующий и вы- .-г. .. . читающий счетчики, самописец и встречно включенные датчики теплового потока, связанные через дешифратор с входами интегратора, суммирующего и вь читающего счетчиков и самописца, при этом датчики теплового потока устаио&лены между основаниями рабочего и контрольногЬ калориметрических сосудов с одной стороны и тепловыми мостами термостатированного теплообменника с другой, причем основания калоримет рических сосудов, выполненные в виде идентичных усеченных конусов и тепловых мостов термостатироеанного теплообменtmxa, сопряженные с рабочими поверхностями датчиков теплового потока, параллельны и равны, а отнощение их диаметров к диаметрам датчиков теплового потока составляет 0,,95. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 237423, кл. G 01 К 17/00, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР № 280927, кл. G 01 К 17/08, 1969 t прототип/.