Устройство для измерения энергии механохимических превращений веществ

 

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерению энергии физико-химических превращений в веществах. Используется компенсационный принцип измерений. Цель изобретения - повышение точности за счет повышения качества компенсации. Используются две ячейки - рабочая и компенсационная. Каждая ячейка имеет сосуд в виде цилиндра и рабочий орган внутри цилиндра, соединенный с приводом вращения. В рабочей ячейке осуществляется деформация объекта испытания, в компенсационной - нагружение фрикционной пары. Степень нагружения связана с небалансом моментов вращения цилиндров рабочей и компенсационной ячеек, связанных узлом передачи момента. Таким образом, осуществляется компенсация тепловыделения в рабочей ячейке, обусловленного механическим воздействием. Регистрируется только тепловыделение, обусловленное физико-химическими превращениями. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9)SU ((Il 1 (51) G 01 N 25/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (L . (21) 4627759/31-25 (22) 28.12.88 (46) 15.10.90. Бюл. N 38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЫ

ПРИ ГКНТ СССР (71) Отделение Института химической физики АН СССР (72) А.П.Платонов, А.П.Горбачев, И.Н.Рухман и В.И.Кукушкин (53) 536.421 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР й(932290, кл. G 01 N 25/02, G 01 К 17/00, 1980.

Кальве Э., Притт А. Микрокалориметрия. М.: Иностранная литература, 1963, с.19. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГИИ

МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ВЕЩЕСТВ (57) Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерению энер-. гии физико-химических превращений в

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к механохимическим исследованиям, к измерению энергии физико-химических превращений в веществах.

Целью изобретения является повышение точности эа счет повьппения качества компенсации.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг, 2схема узла передачи крутящего момента. устройство содержит деформирующий орган 1, расположенный в вертикальном цилиндре 2, предназначенном для

2 веществах. Используется компенсационHbIH принцип измерений, Цель изобретения — повышение точности за счет повышения качества компенсации. Используются две ячейки — рабочая и компенсационная. Каждая ячейка имеет сосуд в виде цилиндра и рабочий орган внутри цилиндра, соединенный с приводом вращения. В рабочей ячейке осуществляется деформация объекта испытания, в компенсационной — нагружение фрикционной пары. Степень нагружения связана с небалансом моментов вращения цилиндров рабочей и компенсационной ячеек, связанных узлом передачи момента. Таким образом, осуществляется компенсация тепловыделения в рабочей ячейке, обусловленного механическим воздействием. Регистрируется только тепловыделение, обусловленное физикохимическими превращениями. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. объекта испытания, фрикционную пару, состоящую из тела 3 и контртела 4 и расположенную во втором цилиндре 5.

Деформирующий орган 1 связан с приводом 6 вращения посредством вала 7 и шестерен 8 и 9. Тело 3 фрикционной пары укреплено на валу 10, который посредством шестерен 11 и 9 также связан с приводом 6 вращения. Контр- тело 4 узла трения жестко связано с цилиндром 5. Цилиндры 2 и 5 помещены, соответственно, в калорпмцтри . ческие ячейки 12 и 13, термобатареи

14 и 15 которых включены встречно на

1599737 вход измерительного усилителя 16. Калориметрические ячейки 12 и 13 установлены в термостате 17.

Вертикальные цилиндры 2 и 5 уста5 новлены с возможностью поворота вокруг их осей, при этом к цилиндру 2

;жестко прикреплен рычаг 18, который контактирует с рычагом 19, жестко прикрепленным к цилиндру 5. Контакт рычагов 18 и 19 осуществлен через, полэун 20, который установлен на ры: чаге 19 с возможностью перемещения по нему и фиксации на нем. Для исключения вращения цилиндров 2 и 5 установлены ограничители ?1 и 22 . (фиг. 2). Датчик 23 поворота цилиндра 5 соединен с входом регулятора

24 мощности (фиг. 1), к выходу которого подключен привод 25 нагружения узла трения. Привод 25 нагружения узла трения выполнен в виде электромагнита, обмотка 26 которого связана с выходом регулятора мощности 24, магнитопровод 27 электромагнита уста- 25 новлен неподвижно, а якорь 28 электромагнита жестко связан с валом 10.

Для возможности передачи осевого усилия к узлу трения вал 10 связан с шестерней 11 посредством сильфона 29.

Соединение вала 7 с шестерней 8 может быть выполнено аналогично соединению вала 10 с шестерней 11, при этом уравновешивается действие тепловых потоков проходящих в калориметричесt

35 кие ячейки 12 и 13 по валам 7 и 10, Выход измерительного усилителя 16 связан со вхоцом регистратора 30. Деформирующий орган 1 выполняется в.виде соосного с цилиндро14 2 цилиндра, шнека, пропеллера и т.д.

Устройство может также содержать датчики момента и скорости деформации (не показаны) для измерения реологических параметров исследуемого вещества в процессе механохимических превращений. Изменение энергии механохимических превращений фиксируется регистратором 30, к входу которого подключен выход измерительного. уси5С лителя 16 и подсоединены датчик момента и датчик скорости.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемое вещество в виде жидкого или вязкого образца помещают в цилиндр 2. В цилиндр 5 заливают буферную жидкость, не претерпевающую физик -химических изменений при деформации и служащую для распределения тепла, выделяющегося при трении тела 3 о контртело 4, по объему цилиндра 5 (этим создают условия теплопередачи, аналогичные условиям теплопередачи в цилиндре 2). В зазоры между внешними поверхностями цилиндров

2 и 5 и тепловосприннмающими поверхностями калориметрических ячеек 12 и

13 также заливают буферную жидкость (не показана), служащую для уменьшения теплового сопротивления зазора между цилиндрами 2 и 5 и термобата-, реями 14 и 15.

Термостатом 17 устанавливают температуру проведения испытаний. Затем приводом 6 вращения через шестерни

9 и 8 и вал 7 производят деформирование образца, результатом чего является механохимическое превращение в образце с выделением или поглощением энергии, которую необходимо измерить, и, кроме того, выделение теплоты от введенной механической энергии.

Одновременно с вращением вала 7 вращается вал 10 и происходит трение тела 3 о контртело 4, при этом также выделяется тепловая энергия.

При деформации образца возникает механический момент, который стремится повернуть цилиндр 2 вокруг его вертикальной оси, при этом рычаг 18, действуя через ползун 20 на рычаг 19, стремится повернуть цилиндр 5. Появляющийся при этом сигнал с датчика

23 поворота через регулятор 24 мощности изменяет ток в обмотке 26 электромагнита привода 25 нагружения. При изменении тока в обмотке 26 электромагнита меняется сила притяжения якоря 28 к магнитопроводу 27 электромаг нита, а значит меняется и сила прижатия элементов фрикционной пары.

При этом меняется момент трения, воздействующий на цилиндр 5 и противодействующий моменту, возникающему в цилиндре 2 от деформации образца.

Таким образом, цилиндры 2 и 5 при деформировании образца остаются в неподвижном положении, Прн идентичности двух ячеек за счет встречного включения их термобатарей результирующий сигнал ранен нулю, При идентичности двух ячеек и отсутствии теплового эффекта механохимического превращения встречное включение их термобатарей приводит к нулевому результирующему сигналу в случае, когда отношение плеч взаимодействующих рычагов равно единице.

Несовпадение фактических чувствительностей термобатарей может быть скомпенсировано соответствующей настрой кой — изменением отношения плеч рычагов — для получения минимального фонового сигнала.

Настройку соотношения плеч рычагов 18 и 19 производят при температуре термостата 17, равной температуре окружающей среды. Для этого в цилиндр

2 помещают образец, не претерпевающий в процессе деформации физико-химических превращений, включают привод 6 вращения и в установившемся режиме деформирования образца выбирают положение ползуна 20 на рычаге 19 так, чтобы напряжение на выходе измерительного усилителя 16 быпо равно нулю.

Настройку оставляют неизменной и в рабочей стадии испытания. Компенсация мощности деформации образца мощностью тепловыделения при трении делает эту компенсацию слабо зависящей от уровня мощности деформации образца, изменяющейся в широких пределах. В этом состоит реализованное в устройстве более высокое качество компенсации, обеспечивающее положительный эффект — повышение точности.

При экспериментальной проверке в качестве образца испытывали касторовое масло (вязкость 10 пуаз), а в качестве буферной жидкости использовалась вода (вязкость 0,01 пуаз).

Энергия механических превращений в рабочем узле имитировалась калибровочным нагревателем посредством подачи мощности 20 мВт в рабочую ячейку. Механическая мощность деформации образца изменялась в пределах от нуля до 500 мВт регулировкой скорости при: вода вращения от нуля до 1000 об/мин.

При мощности деформации образца .

150 мВт погрешность измерений соста: вила 31, а в диапазоне мощности де99737 б формации образца до 500 мВт по. решность измерений составила 41.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения энергии механохимических превращений веществ, содержащее ячейку для исследуемого вещества н виде цилиндрического сосуда и соосного с ним деформирующего органа, связанного коаксиальным валом с приводом вращения, оснащенную термостатом и термобатареей, а также компенсационную ячейку, причем выходы сигналов ячейки для исследуемого вещества и компенсационной ячейки подключены встречно на вход измерительного усилителя, к выходу которого

20 подключен регистратор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет повышения качества компенсации, компенсационная ячейка оснащена цилиндрическим сосудом, 25 валом, приводом вращения, термостатом и термобатареей, идентичными ячейке для исследуемого вещества, вал этой ячейки выполнен с возможностью продольного перемещения и заканчивается в ней фрикционной парой, цилиндры ячеек выполнены с возможностью поворота вокруг осей, соединены узлом передачи крутящего момента и датчиком поворота, датчик поворота через дополнительно введенный регулятор

35 мощности связан с механнзмом нагружения фрикционной пары.

2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что узел передачи крутящего момента выполнен в

40 виде двух рычагов, каждый из которых связан с одним из циличдров и контактирует с другим рычагом через ползун, выполненный с воэможностью перемещения вдоль одного из рычагов.

45 3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что механизм нагружения фрикционной пары выполнен в виде электромагнита.

1599737

2 17 + 3

А-А

Составитель В.Андрианова

Редактор Т.Парфенова Техред JI.Îëèéíûê . Корректор А.Обручар

Подписное

Тираж 498

Заказ 3138

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101