Датчик для дифференциального термического анализа

 

ДАТЧИК ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, содержащий дифференциальную термопару, тигель для образца и опору тигля,о тличак-щийся тем, что, с целью повышения точности анализа, оцора тигля выполнена в виде по крайней мере трех опорных игл, закрепленных в несущем кольце, пружины и опорной чашки, при этом несущее кольцо с иглами и пружина насажены на фарфоровую трубку, из торца которой выведены провода термопары, а горячий спай термопары закреплен в опорной чашке. П СО а ел Oi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3417677/18-25 (22) 02.04.82 (46) 15.02.84. Бюл. Р 6 (72) Ю.Л. Шишкин (7l) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный педагогический-институт им. В.И. Ленина (53) 536.42(088 ° 8) (56) 1. Уэндландт У. Термические методы анализа. М., 1978, с. 216, 232, 238.

2. Проспект фирмы Linseis Differential-thermal-Analysis, прибор

Mini-DTAL Н2 (прототип) .

„„SU„„1073656 А (54) (57) ДАТЧИК ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА, содержащий дифференциальную термопару, тигель для образца и опору тигля,о тл и ч а к шийся тем, что, с целью повышения точности анализа, опора тигля выполнена в виде по крайней мере трех опорных игл, закрепленных в несущем кольце, пружины и опорной чашки, при этом несущее кольцо с иглами и пружина насажены на фарфоровую трубку, из торца которой выведены провода термопары, а горячий спай термопары закреплен в опорной чашке.

1073656

Изобретение относится к термичесi<Ому анBлизу, И=-вестный датчик прибора для дифференциального термического анализа (ДТА) представляет собой дифференциальную термопару, на горячих спаях которой размещены :"игли-держатели образца и эталона; термопара с держателями находится н полости нагревательного блока, осуществляющего нагрев образца и эталона по заданной 1() программе (1), К недостаткам известного датчика

Относятся значительный и не поддающийся учету теплообмен тигля со средой по опоре, несовершенный термический контакт между горячим спаем термопары и тиглем (образцом), а танжЕ НЕОПРЕДЕгэкнал ГЕО11ЕтРИЯ ТЕМпературногo градиента в тигле {обРаэ< Е ) „,;! Э. РУДН ЯЮ11„а. Я ТЕОРЕТ ис1 ЕСКОЕ о-1исание работы датчика.

11аибОлее близким к изОбретению

;-;в,г:яется. датчик для дифференциального терми -eci

Г1рсвоь1а термопары проходят внутри керамической трубки, служащей одновременно опорой тигля.

ОПРЕг/ЕЛЕН::IB ВЕ;:ИЧИ11Ы ТЕПЛОВОГО

"-<1>< 1ЕКсТа В ОбрЭЗцо ОСущЕСтВЛяЕтоя 30

10 1 =.в; тной 1<а т"Ор1."метрии фop;»iy—

Ь !.ал

/ нс ан f.-1 1(р.<бор-1), кал,/-„., время;: ! I Л 4/ с1 .,Ь П "11<а На ТЕЕ,,Qip/1.".

Qi. Ре,1. еле1 .;/. кс: с —:. ас.:::- т1-. НбоРа К Бо все:-..:-..-,чаемo:.. 11Hòppâ 1;iе температур, ВЕ1-1 НО 1 И .;с,.Е Т О -.::-1 ОС .. 1/ 1 |ЕТОДс1 11,/ С ложи яет к .. . iiá /Овку, . <=, 3 анны и недО шеки. й; <ат=-лей, ческой ..: :.=Ни о= -;адае-.:p. ; недостат

КОМ -;ТО В 31,1; / Еа отl!ОС / P .,HQ бо;1ь в1 ò ." . а1/1» г/P1 1 - н +1ит е/1,н Ои

Глощадь. с iтакта ...,. 1ер:катет1е11 Н03, мо>1<ен з;::етный теплообмек по "поре м ж- . —,.:..: О.::;ателе: -i обогнав-;аюшей cэеopÄ,;;,.:;:- .."..-;ьта" 05!";èé тепловой

/- — сг-Q- . -.:; qPQP = О бочнй зазор дат-1 с - - / чика, причем оба эти потока по разным законам зависят от температуры

H условий опыта. Учесть количественно вклад каждого из потоков в общий практически невозможно, что исключает теоретический вывод выражения для константы прибора. Кроме того, теплоемкость держателя увеличивается за счет теплоемкости опоры на неизвестную величину, что также затрудняет теоретическое описание работы датчика.

Цель изобретения — повышение точности анализа.

11оставленная цель достигается тем, что в датчике для дифференциального термического анализа, содержащем дифференциальную термопару, тигель для образца и опору тигля, опора тигля выполнена в виде по краиней мере трех опорных игл, закрепленных в несущем кольце, пружины и опорной чашки, при этом несущее кольцо с иглами и пружина насажены на фарфоровую трубку, из торца которой выведены провода термопары, а горячий спай термопары закреплен в опорной чашке.

Иа чертеже представлен предлагаемый датчик.

Датчик содержит тигель 1, опорную чашку 2, иглы 3, закрепленные в несущем кольце 4, пружину 5, стопорное кольцо 6, фарфоровую двухканальную трубку 7, термопару 8. Горячий спай =1 термопары 8 закреплен с помощью клея или цемента в тонкостенном

cTåpÿне 10, составляющей одно целое с опорной чашкой 2. Кольцо 4 с иглами и пружина надеваются на фарфоровую трубку 7, при этом острия игл уп:;раются в дно опорной чашки, а необходимое прижимное у илие создается с помощью пружины 5, опираюшейся

На стопорное кольцо 6.

Устройс=во работает следующим об- .

l.:Qcëå того, 1<ак собрана опора и

Qтрегулировано положение Опорной чашки 1, пружины, в опорную чашку вставляют тигегь с образцом 1» вводят датчик в полость нагревательного блока. включают нагрев и ре истрирующие приборы и производят запись термогра1/.1ы. Пс Окончании опыта датчик извлекают и=- нагревателя, вынимают

:игель з опорной чашки и очищают его От образца. 11 дальнейшем повторяют описакнь:е огерации.

Иеобходимость и достаточность внесенкых в конструкцию датчика из— мене: ий ьытекаеT из теоретическогo рассмотрения условия теплоподвода к образцу и подтверждается резульf".òàìè практических испытаний. При выводе основной формулы ДТА

1073656

dDH ) T dÄT

dt de

Л + 0,22 " 100 (3) I

Н, кал/г К по уравнению (1), мВт/град

Вещество

К по уравнению мВт/град ! (3), Стандартное отклонение

3i 103

0 05

0,11

0,12

0,14

3,08

80 35,6

Нафталин

Индий

Олово, 3,76

4,45

3,78

6,8

156

4,21

14,2

233

Свинец

5,41

5,41

5,5

326

420

Цинк

6,41

0,08

6,58

26,6 где С вЂ” теплоемкость, предполагается, что теплоподвод к образцу по опоре и проводам термопары отсутствует или пренебрежимо мал по сравнению с теплоподводом через рабочий зазор датчика, а поверхность тигля является изотермической, Использование в датчике проводов малого диаметра в качестве элемента опоры вместо массивного опорного стержня сводит к минимуму теплопроводность опоры и теплообмен по ней образца со средой. Теплообмен через иглы также мал иэ-за ничтожной площади контакта игл с держателем. Одновременно сведена к минимуму и присоединенная к держателю теплоемкость опоры, так что теплоемкость С, указанную в формуле (2), можно положить равной суммарной теплоемкости держателя и образца.

Требования теории можно считать выполненными с хорошим приближением, если теплопроводность зазора будет в 15-20 раз выше теплопроводности опоры. Из этого условия можно найти приемлемые параметры держателя, опоры и зазора. Например, для воздуха в качестве среды при 100 С получаем для отношения теплопроводностей зазора и опоры значение порядка

20 при следующих. параметрах датчика: высота тигля .5 10 м, радиус тигля

2 ° 10 м, ширина зазора 2 .10 3 м, длина термопарных проводов от торца трубки до дна держателя 15 10 м, диаметр проводов 2 -10 <М, коэффициент теплопроводности воздуха 31 10 3 Вт/м град, коэффициент теплопроводности хромелевых и алюмелевых проводов 23,2 Вт/м.град (средний).

Калибровочная константа К при выполнении требований теории является просто теплопроводностью зазора, отделяющего держатель от стенок нагревателя. Учитывая вклад излучения в теплопроводность зазора, имеем для К выражение где S — эффективная площадь поЭФ верхности, через которую в образец поступает. тепловой поток величиной Л дт.

t0 коэффициент теплопровод- ности; с — степень черноты поверхности держателя; д — ширина зазора датчика;

S„- площадь поверхности держателя;

Т вЂ” температура опыта °

В уравнении (3) все величины, кроме Sq4,(d" являются известными. Для

20 нахождения 5 ф/d требуется провести калибровку йо одному веществу с известным тепловым эффектом. Если величина с(,5„ поддается расчету с малой точностью, ее также можно найти

25 путем калибровки. Для нахождения .одновременно S>

Для проверки применимости формулы (3) была проведена калибровка датчика по эталонным веществам в интервале 80-420ОС. Полученные по уравнению (1) константы прибора сравнивали с константами, рассчитанными по уравнению (3) при следующих значениях постоянных, входящих в уравнение: — 97,6 ° 10 м; с(5 = 17,3.10 м

Для каждого эталонного вещества снимали 3-4 термограммы, варьируя величину навески в интервале 10-200 мг °

Погрешность метода, оцененная по наибольшему стандартному отклонению, 45 составляет 3а от измеряемой величины.

Данные калибровки датчика ДТА суммированы в таблице.

1073656

Составитель С. Беловодченко

Т -мохина Техред B.Äàëåêoðåé Корректор И, Эрдейи

Тираж 823. Подписное

БЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.1..13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 жППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

:ограья.ы он жали в среде азота .=-, —.;= : - я коэффициентов теплопровод:о-, †.:.н газа (при различных темпера"" = бр.=. .ли из литературы. Как видно рассчитанные и опытные

-;::-а::т:=: прибора совпадают и предео.-,-: †.-.;.бкн опыта, что указывает на ,«:=,:.1е-:;::..;ость формулы (3) для опреде.-;онстанты К как функции темпел -;вы опыта.

Гра-:-:пение данных таблицы с калиб:и.-:-.1,-::; данными прототипа показы:=-с =-:-:.Q тепловая чувствительность

:.ос.::,:=-д::,c:ãñ. на порядок ниже, чем у .ре... -:;-г.:а :.. ;ого. Кроме того, темпера H з.-висимость константы предлагаемого датчика совпадает с теорети,ческой, а для прототипа такого совпадения не наблюдается.

Предлагаемый датчик обеспечивает

5 более высокую стабильность базовой линии прибора, а также дает возможность использовать Формулу (2) для проведения кинетических расчетов.

Применение датчика в приборах для

10 дифференциального термического анализа существенно повысит уровень выполняемых в соответствии с этим методом работ с соответствующим повыаением их технико-экономического эф15 @eKT °