Способ измерения разности термодинамических характеристик веществ и дифференциальный адиабатический сканирующий калориметр для его осуществления

 

1. Способ измерения разности термодинамических характеристик веществ , включающий прогрев исследуемого и образцового вещества и компенсацию разности тепловых мощностей, отличающийся тем, что, с целью исключения зависимости результатов измерения от нестабильности тока прогрева и повышения точности измерений, разность теплопых мощностей компенсируют перераспределением электрическшл путем части мощности прогрева между исследуемым и образцовым ваг1ествами или отведением части мощности прогрева во внешнюю электрическую цепь, а терС Ф модинамические характеристики рассчитывают по отношению отводимой Л или перераспределяемой части мосдности прогрева к сумме мощностей прогрева исследуемого и образцового веществ.

СОЮЗ COBETCHHX

COLlHA JIHCTWECHHX

РЕСПУБЛИК

„„SU„„3 52 A

3(59 G 01 N 25/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ И ЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21) 3361818/18-25 (22) 03.12.81 (46) 07.11.83. Бюл. М 41 (72) В.A. Лосев и B.Â. Плотников (71) Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения

АН СССР

1 (53) 543. 226 (088.8) (56 ) 1. Ермолаев М. И., Левченко Г.В., Паутов Г.A. Электронный цифровой компенсатор в прецизионной микрокалориметрии. — "журнал Физической химии» 1977, ie 4, с. 9 87-9 89;

2 Privalov P.Ь., Plotnikov V.V.

Filimonov Ч.V., Precision Scanning

Microcalorimeter for the Study of

1 iquids, — J. Chem, Thermodynamics

1965, 9 7, р. 41-47 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ TEPNOДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕЩЕСТВ

И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫИ АДИАВАТИЧЕСКИИ

СКАНИРУЮЩИЙ КАЛОРИМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (5 7 ) 1. Способ измерения разности термодинамических характеристик веществ, включающий прогрев исследуемого и образцового вещества и компенсацию разности тепловых мощностей, отличающийся тем,что, с целью исключения зависимости результатов измерения от нестабильности тока прогрева и повьыения точности измерений, разность тепловых мощностей компенсируют перераспределением электрическим путем части мощности прогрева между исследуемым и образцовым веществами нли отведением части мощности прогрева во внешнкю электрическуи цепь, а термодинамические характеристики рас- Е считывают по отнсшеншо отводимой или перераспределяемой части мощности прогрева к сумме мощностей прогрева исследуемого и образцового С: веществ.

1057964

dP

P где Р и

Н„и

dP — К.

2. дифференциальный адиабатический сканирующий калориметр, содержащий камеры с нагревателями, источник тока прогрева, регулятор температуры, датчик разности температур камер, причем нагреватели камер равны по сопротивлению и включены последовательно, выход источника тока подключен к входу нагревателей, выход датчика разности температур подключен к входу регулятора температуры, отличающийся тем, ! что, с целью исключения зависимости результатов измерения от неста1

Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств веществ тепловым методом, а именно к дифференциальной адиабатической сканирующей калориметрии. 5

Известны способы 1 измерения разности термодинамических характеристик исследуемого и образцового . вещества путем компенсации разности тепловых мощностей, возникающей в процессе равномерного прогрева указанных веществ в адиабатических условиях. Равномерный прогрев веществ достигается введением в исследуемое и образцовое вещество контролируемой мощности прогрева, а компенсация ,осуществляется введением в исследуемое или образцовое вещество до волнительной мощности - мощности компенсации, независящей электрически от мощности прогрева. Для удобства 20 интерпретации результатов измерения выходной сигнал делают пропорциональным мощности компенсации где Р— мощность компенсации; х — выходной сигнал;

Кл — коэффициент преобразования.

Недостатком известных способов 30 измерения является пргрешность измерения, обусловленная зависимостью результата измерения (выходного сигнала x) от нестабильности тока прогрева J, 35

-Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения разности термодинамических характеристик веществ, включающий прогрев исследуемого и образцового веществ и компенсацию разности тепловых мощностей, и дифференциальный адиабатический сканирующий калориметр, содержащий камеры с нагревателями, источник тока прогрева, регулятор температуры, датбильности тока прогрева и повышенияточности измерений, дополнительно содержит последовательно соединенные ключи, резистор и парафазный щиротно-импульсный модулятор, причем цепь ключей соединена параллельно с цепьв нагревателей, шунтирующий резистор включен между точкой соединения ключей и точкой соединения нагревателей,,входы управления ключей соединены с выходами пррафазного широтно-импульсного модулятора, а выход регулятора .температуры соединен с входом парафаз ного широт но- импульсного модулятора, 3 чик разности температур камер, причем, нагреватели камер равны по сопротивлению и включены .последовательно, выход источника тока подключен к входу нагревателей, выход датчика разности температур подключен к входу регулятора температуры 2 1.

Мощность компенсации при этом способе измерения зависит от тока прогрева следующим образом и Р = ((Л+х)2-(Z-у)2) °  — 4 я„х .

Измеряемая разность терглодинамических характеристик исследуемого и образцового веществ выражается

Формулой

Н вЂ” Н Р -Рд 43.R x 4.х

Н1+Н Р1+Р2 Л Вн

Р— соответственно мощность

2 прогрева исследуемого и образцового вещества;

H — соответстве нно терглоди2 намическая характеристика исследуемого и образцового вещества„ сопротивление нагревателя.

Недостатком данного способа и устройства (дифференциального сканирующего адиабатического калориметра) является также большая погрешность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения от .нестабильности тока прогрева.

Цель изобретения - исключение зависимости результатов измерения от нестабильности тока прогрева и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения разности терглодинамических характеристик веществ, включающем прогрев исследуемого и об1052964

Px °

45 где k> - коэффициент преобразования, .

Измеряемая разность термодинамических характеристик в данном способе связана с выходным сигналом следующим cooTношением

Н 1 Нг < Рх

Н1+ Н Р 2

Таким образом, в предлагаемогл способе.измерения исключается погрешность измерения, обусловленная зависимостью результатов измерения (выходного сигнала х ) от нестабильности тока прогрева.

Иа чертеже изображена функциональная схема калориметра.

Калориметр содержит камеру 1 для исследуемого вещества с нагревателем 2, камеру 3 для образцового вещества с нагревателем 4, источник

Раэцового вещества и компенсацию разности тепловых могггностей, разность тепловых мощностей компенсируют перераспределением электрическим путем . части мощности прогрева между исследуемым и образцовым веществами или отведением части мощности прогрева во внешнюю электрическую цепь, а термодинамические характеристики рассчитывают по отношению отводимой или перераспределяемой части мощности прогрева к сумме мощностей прогрева исследуемого и образцового веществ.

Дифференциальный адиабатический сканирующий калориметр, содержащий камеры с нагревателями, источник тока прогрева, регулятор температуры, датчик разности температур камер, причем нагреватели камер равны по сопротивлению и включены последовательно, выход источника тока подключен к входу нагревателей, выход датчика разности температур подключен к входу регулятора температуры, дополнительно содержит последовательно соединенные ключи, резистор и парафазный широтно-импульсный модулятор,причем цепь ключей соединена. параллельно с цепью нагревателей, шунтирующий резистор включен между точкой coåäèнения ключей и очкой соединения на- 30 .гревателей, входы управления ключей соединены с выходами парафазного широтно-импульсного модулятора, а выход регулятора температуры соединен с входом парафазного шиРотно-импульс- 35 ного глодулятора.

В предлагаемом способе измерения мощность компенсации является величиной, пропорциональной разности тепловой мощности и пропорциональ- 4 но изменяется с изменением мощности прогрева, что позволяет реализовать следующую зависимость г,„х

И T где Н

Н сопротивление нагревателей 2,4; выходной сигнал микрокалорииетра; соответственно длительность шунтирования нагревателей 2 и 4; период повторения импульсов управления ключами. х=t

1 2

1 и t25 тока прогрева, датчик 6 разности температур камер, регулятор 7 температуры, последовательно соединенные ключи 8 и 9, широтно-импульсный модулятор 10 с парафаэным выходом, шунтирующий резистор 11.

Устройство работает следующим образом.

В негрватели 2 и 4 камер 1 и 3 поступает электрический ток от источника 5 тока прогрева,при этом камеры прогреваются. Если теплофизические свойства исследуемого и образцового веществ различны, то при прогреве камер возникнет разница температур между камерами 1 и 3, которая преобразуется датчикам 6 в электрический сигнал, поступающий на вход регулятора 7 температуры. С выхода регулятора 7 температуры электрический сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора 10. Широтно-импульсный модулятор формирует два сигнала управления ключами, противоположных по фазе. При этом закрытому состоянию ключа 8 соответствует открытое состояние ключа 9, и наоборот. При нулевом сигнале на выходе широтно-импульсного модулятора 10 . длительности открытого и закрытого состояния у обоих ключей равны.

Продолжительность шунтирования нагревателя 2 и 4 резистором 11 равна, следовательно равны мощности прогрева камер, т.е. мощность компенсации равна нулю.

При рассогласовании камер по температуре, сигнал, преобразованный датчиком 6 и регулятором 7 температуры поступает на вход широтноимпульсного модулятора 10. В соответствии с полученным сигналом с выхода широтно-импульсного модулятора 10 на ключи 8 и 9 поступают импульсы управления, у которых длитель нОсти t и t2 не Равны, Раз ность дли тель ност ей t 1 и С 2 приводит к тому, что длительность шунтирования резистором 11 одного из нагревателей оказывается больше, чем другого,и происходит перераспределение мощности прогрева, что сводит рассогласование по температуре камер к нулю.

Для предлагаемого калориметра мощность компенсации равна

1052964 к - приведенный

2 выше .коэффициент преобразования. где

Составитель С. Рыков

Редактор О. Сопко Техред H. Nå Tåëeâà Корректор A. Çèìîêoñoâ

Заказ 88б0/40 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, .4

Подставив выражение мощности компенсации в ранее приведенное ражение получим

Нд 5Р х В l2B+R

Н +Н2 Р Т н

Иэ полученной формулы следует, что выходной сигнал калориметра х не зависит от мощности прогрева, а зависит. только от разности термодннамических характеристик обраэцово5 го и эталонного веществ. Таким образом, предлагаемый калориметр позволяет .исключить погрешность иэмерения прибора, связанную с нестабильностью тока прогрева.