Дифференциальный микрокалориметр

 

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МИКРОКАЛОРИМЕТР , содержащий размещенные в адиабатической оболочке рабочую и эталонную ячейки, изготовленные из высокотеплопроводного материала, в каждой из которых выполнена камера , снабженная трубопроводс1ми для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи, отличающийс я тем, что, с целью повьииения точности измерения, в каждой ячейке выполнена дополнительная каилера, идентичная основной, причем дополнительная камера рабочей ячейки соединена трубопроводом с основной камерой эталонной ячейки, а дополни- «g тельная камера эталонной ячейки сое (Л динена с основной камерой рабочей ячейки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н):, 3(51) G 01 К 17 04

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ

К A8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3241910/18-10 (22) 02.02.81 (46) 15.01.84. Бюл. Р 2 (72) О.А.Геращенко, А.Н.Соловьев, Т.Г.Грищенко, Л .В.Декуша,Б.A.Ìàëoâ и И.Н.Мухояров (71) Институт технической теплофизики AH УССР и Киевский ордена

Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации (53) 536.628 .1(088.8). (56) 1. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. K., Наукова думка, 1979, с.536-537.

2. Stoesser P.R. Gild $.I. Precision J8aw-т1сгосаforimeter. Rev.

Sci. Instrum. 1967, 38, Р 3, с.422-425 (прототип). (54) (57) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МИКРОКА—

ЛОРИМЕТР, содержащий размещенные в адиабатической оболочке рабочую и эталонную ячейки, изготовленные из высокотеплопроводного материала, в каждой из которых выполнена камера, снабженная трубопроводами для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в каждой ячейке выполнена дополнительная камера, идентичная основной, причем дополнительная камера рабочей ячейки соединена трубопроводом с основной камерой эталонной ячейки, а дополни- щ тельная камера эталонной ячейки сое динена с основной камерой рабочей ячейки.

С:

1067375

Изобретение относится к технике тепловых измерений и может быть использовано для исследования теплот химических реакций и тепловых эффектов.

Известен адиабатический калори- . 5 метр, предназначеннцй для измерения теплоты реакций, который содержит измерительную ячейку с размещенным внутри нее терморезистором для регистрации температуры. Для уменьшения теплопотерь ячейка помещена в адиабатическую оболочку, температура которой автоматически поддерживается равной температуре ячейки (Ц.

Наиболее близким к изобретению является дифференциальный микрокалориметр, содержащий размещенные в адиабатической оболочке рабочую и .эталонную ячейки, изготовленные иэ высокотеплопроводного материала, в. каждой из которых выполнена камера, снабженная трубопроводами для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические бата реи E2l . 25

Недостатком прототипа является низкая точность измерений из-за неидентичности суммарных теплоемкостей рабочей и эталонной ячеек. Тепловой эффект реакции приводит к повы- ЗО шению температуры рабочей ячейки.

Величина приращения температуры (Т) зависит не только от количества теплоты реакции, но и от суммы теплоемкостей ячейки, реагента и анали- 35 зируемого вещества где QI — тепловой эффект реакции1

С. — теплоемкость рабочей ячей- 40

ЯЧ.1 ки;

С вЂ” теплоемкость реагента;

С вЂ” теплоемкость анализируемого

OI,8, вещества.

Аналогично, если принять, что система регулирования обеспечивает на протяжении всего процесса измерений нулевую разницу температур между ячейками и тепловые потери отсутствуют (или одинаковы), то приращение температуры эталонной ячейки равно приращению температуры рабочей ячейки, прн этом для расчета приращения температуры эталонной ячейки справедливо уравнение где Як — теплота, вырабатываемая компенсационными нагревателями;

С,- — теплоемкость эталонной $p йя. II ячейки, причем С ч,),=С,„ „

С вЂ” теплоемкость эталойного

У,В, вещества.

Решая совместно уравнение (1) и

<2), получаем выражение, связывающее 65 количество теплоты, выработанной компенсационным- нагревателем, с тепловым эффектом реакции

Из анализа формулы (3) следует, что теплота, выделяемая компенсационным нагревателем, равна величине теплового эффекта только в случае, если коэффициент K-»»1, т.е ° суммарные теплоемкости ячеек равны. Однако поскольку правтически невозможно подобрать реагент и эталонное вещество с одинаковой теплоемкостью измерения тепловых эффектов с помощью известного устройства невозможно получить и полное равенство тепловой мощности компенсации измеряемой теплоте реакции; вследствие этого имеют место значительные погрешности.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет устранения влияния погрешностей, возникающих из-за различия теплоемкостей наполнителей рабочей и эталонной ячеек.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном мккрокалориметре, содержащем размещенные

IB адиабатической оболочке рабочую

I и эталонную ячейки, изготовленные . из высокотеплопроводного материала, в каждой из которых выполнена камера, снабженная трубопроводами для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи, в каждой ячейке выполнена дополнительная камера, идентичную основной, причем дополнительная камера рабочей ячейки соединена трубопроводом с основной камерой эталонной ячейки, а дополнительная камера эталонной ячейки соединена с основной камерой рабочей ячейки.

На фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 - принципиальная схема.

Микрокалориметр содержит рабочую

1 и эталонную 2 ячейки, изготовленные из высокотеплопроводного материала и помещенные в адиабатическую оболочку (позиция 3 на фиг.2) ° В каждой ячейке выполнены по две камеры. В рабочей ячейке основная камера 4 предназначена для размещения реагента, а дополнительная камера 5 — для нейтрального вещества. В эталонной ячейке 2 основная камера 6 (как и у прототипа) предназначена для нейтрального вещества, а дополнительную камеру 7 заполняют реагентом. Камера 4 и 7 соединены между собой трубопро,водом 8, образуя таким образом сооб1067375 щающиеся сосуды: камеры 5 и 6 также образуют сообщающиеся сосуды и соединены между собой трубопроводом 9.

Ячейки l и 2 идентичны и находятся в тепловом контакте с термоэлектрической батареей 10, размещенной между ними и электрически связанной с блоком регистрации и регулирования 11. В каждую ячейку вмонтирован один из компенсационных нагревателей 12 и 13 Выводы нагревателей подключены к измерйтелю тока компенсации 14, электрически сОедииениому с блоком регистрации и регулирования 11.Система трубопроводов н вентилей служит для запол- 35 нения камер соответствующими веществами. Через вентили 15 и 16 осуществляется ввод и вывод реагента и нейтрального вещества в камеры микрокалориметра. 20 устройство работает следующим образом.

После заполнения соответствующих камер реагентом и нейтральным веществом и выравнивания их уровней 2д в камерах с помощью системы вентилей производят выдержку устройства для выравнивания температур ячеек.

О наступлении равенства температур судят цо нулевому сигналу термоэлектрической термобатареи 10. После достижения нулевого равновесия между ячейками 1 и 2 в основную камеру 4 (заполненную реагентом) рабочей ячейки l и в основную ка,меру 6 (заполненную нейтральным веществом) эталонной ячейки 2 вводят равные операции анализируемого вещества..Вследствие теплового эффекта, возникающего в рабочей ячейке иэ-за химической реакции меж- 40 ду реагентом и анализируемым веществом, тепловое. равновесие между рабочей 1 и эталонной 2 ячейками нарушается. Возникающий при этом перепад температур между ячейками 45 регистрируется термобатареей 10, управляющей через блок регистрации и регулирования 11 работой компенсационных нагревателей 12 и 13, с помощью которых обеспечивается вырав-5О нивание температур в обеих ячейках. мощность, подводимую к электронагревателям, определяют по величине силы тока, а величину теплового эффекта — по количеству теплотЫ, выделенной нагревателем за время протекания реакции. Об окончании реакций судят по нулевому значению силы тока в цепи компенсационного нагревателя при нулевой термо-ЭДС термоэлектрической батареи 10 °

Наличие в каждой ячейке двух камер, заполненных равным количеством реагента и нейтрального вещества обеспечивает равенство суммарных теплоемкостей ячеек.

Выражение (3) для предлагаемого устройства имеет следующий вид

С -+С +С +С (1 - Я Яч,1 Р эВ. с(Ь

+С +С +С

ЯЧ1 Р 98. сО

Учитывая, что второй множитель в выражении (4) равен единице, очевидно, что в предлагаемом устройстве количество теплоты,.выделяемой компеиса ционным нагревателем, равно тепловому эффекту реакции.

Введение в рабочую и эталонную . ячейки адиабатического микрокалориметра дополнительных камер, идентичных основной и соединенных трубопроводами попарно с основными, позволяет уравнять суммарную теплоемкость рабочей и эталонной ячеек и тем самым снизить погрешность измерения до 0,6В (y прототипа 1,0%).

Предлагаемое устройство может быть использовано для определения содержания кислорода в топливе. В этом случае в качестве реагента используют раствор СгСР, а в ка1 честве нейтрального вещества — воду, в качестве анализируемого вещества — авиационное топливо различных марок. Процент содержания кислорода определяется по величине теплового эффекта реакции окисления из градуировочных графиков.

Устройство может быть использовано в комплекте с отечественной регистрирующей аппаратурой.

Фие 2

%, ц

Составитель 10.андрианов

Редактор Т.ПарФенова Техред В.Далекорей Корректор Г.Огар

Заказ 11200/46 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4