Адиабатический калориметр Советский патент 1980 года по МПК G01K17/00 G01N25/48 

(54) АДИАБАТИЧЕСКИЙ КАЛОРИМЕТР

1

Изобретение относится к области тепловых измерений и предназначено для измерения тепловых эффектов растворения полярных и неполярных газов и воздуха в жидкостях.5

Известен колориметр для определения тепловых эффектов растворения газов в жидких растворителях, предназначенный для измерения тепловых эффектов растворения полярных газов, 10 химически взаимодействующих с растворителем .

Известен также калориметр, предназначенный для измерения небольших тепловых эффектов растворениямало- 5 растворимых неполярных газов 2j.

Однако известные кгшорнметры не позволяют провести измерения при разных концентрациях растворяемого газа.

Наиболее близким к предлагаемому 20 является высокочувствительный ащиабатический калориметр для определения малых тепловых эффектов растворения твердых веществ в жидкостях, имекндий снабженную кр№жой реакционную каме- 25 ру, в которой находится узел разделения ее на два реакционных объема и магнитная мешалка с держателем. Узел разделения выполнен в виде ампулы, разрушаемой в момент начала исследуе-зо

f -S I

J 1

.:./ ;l

мого процесса растрорения. Реакционная к амерапЬМечаетс я в адиабатическую оболочку, представляющую собой тонкостенный медный хромированный цилиндр, на внешнюю поверхность которой намотан нагреватель из манганиновой проволоки. Реакционная камера вместе с адиабатической оболочкой укреплены в латунном хромированном гнезде, которое в свою Очередь, помещаете я в изотермическую оболочку,представляющую собой водяной термостат.В качестве датчика температуры в камере может использоваться термометр сопротивления, сопротивление которого измеряется потенциометрической схемой зЗ .

однако кгшорнметр не позволяет исследовать тепловые эффекты процессов растворения газов.

Цель предлагаемого изобретения повышение точности определения тепловых эффектов растворения неполпрных газов в жидкостях во всей возможной области концентраций газа в растворе.

Цель достигается тем, что в гщиабатическом калориметре для определения малых тепловых эффектов растворения, включающем снабженную крышкой KciMepy, содержащую узел разделения ее на двареакционных объема, термометр

сопротивления, калибровочный нагреватель и магнитную мешалку с держателем, узел разделения выполнен в виде мембраны, имеющей форму поршня с кольцевым уплотнением по периферии и отверстием в центре для шарикового клапана, установленного на держателе мешалки,причем шток мембраны,проходящей через крьлаку калориметра,выполнен полым и имеет отверстие в боковой части выше соединения его с мембраной.

Узлом разделения можно инициировать и прерывать процесс растворения газа, изменяя в любых пределах его продолжительность,, и.получать изме|5яемую величину теплового эффекта при различных концентрациях газа в раст оре.Высокая чувствительность измерительной схемы позволяет проводить калориметрические измерения в очень разбавленных растворах.

Для определения концентрации растворившегося газа, а также для заполнения калориметра газом имеется система йапуска.

На фиг. 1 изображен предлагаемый микрокалориметр; на фиг, 2 - схема запуска микрокалориметра; на фиг, 3 узел J на фиг, 1.

Микрокалориметр представляет собой тонкостенную (0,4 мм) цилиндрическую реакционную камеру 1 из нержавеющей стали, содержащую узел разделения ее на два объема, который имеет форму поршня и состоит из металлической мембраны 2, соединенной со што.ком 3, выполненным полым и содержащим внутри капилляр 4, связанный ссистемой напуска калориметра.

Система напуска состоит из вакуумного насоса 5, ртутной бюретки б нуль-манометра 7, барботажного сосуда 8, емкости 9 с газ.ом и вентилей , Узел разделения имеет два отве)рстйя 16: одно в центре поршня, другое выше места соединения штока с мембраной, в его боковой части. Отверстия соединяются через шток реакционной камеры 1, на противоположном конце . которого укреплена рукоятка 17, По периферии мембраны 2 расположено кольцевое тефлоновое уплотнение 18. lilTOK узла разделения герметизируется при помощи вакуумного уплотнения 19, Для герметизации реакционной камеры служит крышка 20 с прокладкой из силиконовой резины. Через центр крышки проходит шток 3, В дно камеры 1 впаяны металлические чехлы, внутри которых расположены термометр 21 сопротивления, выполненный из монокристалла германия, и калибровочный нагреватель (на чертеже не показан) . Реакционная камера содержит также держатель 22 мешалки,iкоторый одновременно служит и держателемшарикового клапана, закрывакяцего отверстие 15 узла разделения. Ось магнитной мешалки 23 расположена на рубицовых камнях, укрепленных, в держателе 22,

Реакционная камера окружена адиабатической оболочкой 24, представляющей собой тонкостенный (0,6 мм) латунный хромированный цилиндр, имеющий съемные дно и крышку. На внешней-, поверхности оболочки е5ифилярно навит нагреватель 25 из манганиновой проволоки. Для удобства работы реакционная камера 1 помещается в медный тонкостеный (0,4 мм), пришлифованный к ней цилиндр 26, Последний закреплен внутри адиабатической оболочки 24 посредством двух колец 27, Между цилиндром 26 и адиабатической оболочкой помещается батарея 28 из 100 медь-константановых термопар. Между ними также проходят все подводящие провода к реакционной камере 1 (на чертеже не показаны),Реакционная камера 1 вместе с адиабатической оболочкой 24 при помощи эбонитовой втулки 29 укреплены в латунном гнезде 30, Последнее помещается в изотермическую оболочку (на чертеже на показана), представляющую, собой водяной термостат, выполненный из органического стекла,Внутри изотермической оболочки помещены также ртутная бюретка 6, нуль-манометр 7, барботажный сосуд 8 и вентили 1113,.

Калориметр работает следуивдим образом.

Вначале реакционная камера вакуумируется. Затем мембрана при помощи рукоятки 17, насаженной на шток, поднимается вверх до упора и предварительно дегазированный растворитель подается через капилляр 4 и отверстие 15 узла разделения в камеру 1, После этого мембрана опускается в нижнее положение, при этом отверстие 15 закрывается шариком, установленным на держателе мешалки, Газ, предварительно насыщенный парами растворителя, подается через капилляр 4 и боковое отверстие 16 узЛа разделения в верхнюю часть реакционной камеры. Включается привсу ме-. шалки и схема автоматического поддержания адиабатического режима калориметра. После достижения системой равновесия мембрана поднимается и газ через отверсТия 15 и 16 вступает в контакт с растворителем. Для прекращения процесса растворения мембрана опускается до перекрытия отверстия 15 шариковым клапаном, при этом нерастворившийся газ переходит в верхнюю часть камеры 1, Вакуумирование реакционной камеры производится при. помощи вакуумного насоса 5 через открытые вентили 10 и 11, Газ напускается в калориметр из емкости 9 через вентили 11-14, При этом он проходит через барботажный сосуд 8, где насыщается щарами растворителя, Количестно padTBOpeHHoro газа до и после процесса растворения при постоянном давлении, устанавливаемо мпо ну ль-манометру 7., с помощью ртутной бюретки 6 отмечают уровни ртути. По раэниде в уровнях определяют колиЧ6СТВО растворенного газа. ,

Предлагаемый калориметр позволяет определять тепловые эффекты растворения газов. Узел разделения йозволяет многократно инициировать и прерывать процесс растворения, что дает возможность определять тепловые эффекты растворения газов при различных их концентрациях.

Формула изобретения

Адиабатический калориметр для определения малых тепловых эффектов растворения, включающий снабженную крышкой , содержащую узел разделения ее на два реакционных объема, термометр сопротивления, нагреватель и магнитную Мешалку с держателем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, узел разделения выполнен в виде мембраны, имеющей форму поршня с кольцевым уплотнением по периферии и отверстием в центре для шарикового клапана, установленного на держателе мешалки, причем шток мембраны, проходя-. - щий через крышку калориметра, выполнен полым и имеет отверстие в боковой части выше соединения его с. мембраной,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,. Ceci Е, Vandersee and Games D.

0 Nutter. Heats of solution of gaseons hudrogeh chCoride and hudirogen bromide in water at 5°, The Journal of Physical Chemistry..

2, Alexander D.M. A caSorimetric 5 measurement of the heats of solution of the-inert gases in water. The Journal of PhysicaS Chemistry. V. 63, 1959, p, 994-996. .

3. КосТюк Б.Н., Воробьев А.Ф.

0 Высокочувствительный адиабатический калориметр с германиевым термометром сопротивления и полупроводниковыми термопарами Для измерения тепловых : эффектов в растворах, Физическая

№ 9, 1972, с. 2445-2447;

химия

5

(прототип) .

tQ /,Z ,,

«

IК калориметру