Калориметр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»)74425I

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.12.75 (2i) 219 383, 18-10 с присоединением заявки— (23) Приоритето†(51) Ч К. г 6 01 К 17 08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ЛЪ 24! (53) УДК 536.664 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.06.80 (72) Авторы изобретения

P. К. Беккерова, Г. И. Березин и А. В. Киселев

Институт Физической Химии АН СССР (71) Заявитель (54) КАЛОРИМЕТР

Настоящее изобретение относится к калориметрам, т. е. устройствам для измерения количества тепла, и может быть использовано в научно-исследовательских организациях для прецизионного измерения теплоемкостн жидких и твердых тел в области низких температур.

В настоящее время широко используется классический калориметр с периодическим вводом тепла в измерительные калориметрические ячейки (1). Количество вводимого при этом тепла измеряют п о величине энергии, выделяемой электрическим нагревателем, включенным на определенный промеж уток времени. Повышение температуры ячеек регистрируют термометром сопротивления или термопарой. Основным недостатком классических калориметров является большая затрата времени на проведение эксперимента, связанная с необходимостью длительного выравнивания температуры калориметрической ячейки до и после введения тепла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому,калориметру является калориметр, содержащий массивную металлическую оболочку с параллельно установленными внутри нее измерительными ячейками, на которых размещены термометры сопротивления и регулировочные нагрсватели, включенные в схему электротеплового моста (2).

Однако калориметр, работающий по принципу электротеплового моста, обеспечивает высокую точность измерений теплоемкости только в узком интервале температур, (несколько десятков градусов). В более широком интервале температур, например от — 200 до +290 С, точность измерений значительно уменьшается вследствие изменения калибровочных характеристик мостовой схемы, объединяющей нагреватели и термометры сопротивления.

Целью настоящего изобретения является расширение температурного диапазона при измерении теплоем|кости.

Поставленая цель достигается тем, что в известном калориметре, содержащем массивную металлическую оболочку с па20 раллельно установленными внутри нее измерительными ячейками, на которых размещены термометры сопротивления н регулировочные нагреватели, включенные в схему электротеплового моста, термометры сопротивления и регулировочные нагреватели выполнены идентичными и из одного и того же материала, обладающего термометрическими свойствами.

На фиг 1. схематично показано устройзо ство калориметра; на фиг. 2 — измеритель744251 ная схема калориметра; на фиг. 3 -- схема

:!втоматической регулировки температуры болочки калориметра; на фпг. 4 — экспериментально полученная зависимость от . емпсратуры отношения теплоемкостей из.;!ср!!тель! ых ячеек C!/Ñ3.

Принцип действия предлагаемого калориметра заключается в следующем: при нагревании,с одинаковой скорость!о кало-!

Нметрических ячеек соблюдается условие

С, 1!, iV, ! ) где Й,, и Г! — мощности нагревателя и термометра сопротивления первой ячейки; ((T/ r,х и !, — мощности нагревателя и тер мометра сопротивления второй ячейки, Кглориметр представляет собой латунную массивную оболочку 1 с пришлифован-!

ым! конусообразными пробками 2, 8 для г вода г мпул с исследуемым веществом.

Тепловое значение оболочки — около

20 НДж1гргд. Внутри нее параллельно рас-!

<оложе!!ы калориметричесыие ячейки 4, в которые помещаются ампулы. На

<ан<дую ячейку поверх лавсановои плен<и намота!!ы термометр сопротивления рсгулировочный нагреватель 5. Ячейки крепятся на тсфлоповых ножках б к латун:!ым конусам 8, в которых имеются выходы для проводов 7. Конусное соединение обсспсч !в",ñò хороший тепловой ко!!такт между .:àcòÿìè адиабатической оболочки, уменьшая при этом градиент температуры

:<ос3!едней, и искл<очает необходимость автономной регулировк!! температуры торцов.

Разность температур iìåæäó адиабатической оболочкой и калоримстрнческой ячеи. :ой измеряется дифференциальной батареей термопар медь — -константан

: з стеклянного сосуда Дьюара 12 и ванны з .сржгвс!ошей стали 18 с охранными ольцами 14. Окончание удаления жидкого изота фиксируется термопарой 15. С внеш:!ей стороны ванны пгмотан нагреватель 1б для удаления избытка ж !дкого азота. ."емпература калориметра определяется

:;Ic÷íû:ë тсрмомстром сопротивления 17, !

<омещенным в один из верхних конусов.

Калориметр охлаждается жидким азотом через вводную трубку 18, пары азота выводятся через трубку 19.

Измерительная схема приведена на фиг. 2, где R3 и R3 — термометры сопротивления, 3 и R переменные сопротивления, Я! и Я4 — нагреватели, R . ;í R. — переменные сопротивления, ИП1 — измерительный! p!:oop для регистрации малых напряжеш!, Е1 — источник тока. В этой схеме два термометра сопротив:ения R> и R3 являют-я смсжпымп электрическими плечами диф

R Л, явлгпощпеся тспловымн плечами общего элсктротсплового моста

RiR Я,РЗГЯЯ,. изменяя мощности теп«>!3ых плечей мостг, ложно добиться равенства скоростей нагрев".ния измерительных ячеек калориметра, которое фиксируется по отсутств!!!о сигнала в диа15 гона.п! электрического моста сопрот!!влении

lR2R 9Р Я3)Блок-схема автоматической регулировки ! с;.п-..ратуры аднгбатнчсской оболочки показа!":а нг фнг. 3 (20 — дифференциальная о

=.;àтгрс!! медь -константан, 21 — нагреватель оболочки, У вЂ” усилитель, BPT-2 — выс >коточный регулятор температур, Ф116— с!: — нтсль постоянного тока) .

Процесс измерении теплосмкости в ка,;ор!!:àcòðå проводится следующим образом.

Азотная ванна 13 полностью заливается жидким азотом. Вся система выдерживается при температуре жидкого азота в тече-! и: 7--9 "-!гсов, т. е. времени достаточном для о;лаждсния всех частей калориметра ,ro этой температуры. Затем жидкий азот у.;глястся 613 вгнны с гомощью нагревателя !G. Окончание удаления жидкого азота

< !!!Нснрустся термопарой 15. После этого вк.почгется с постоянной скоростью элек-! ничсш<нй нггрсв калориметра вместе с автомгти сскнм пргвлением температу". ой массивной гдиаоатической оболочки I.

После выравниван!ия скорости нагревания

4О

"зэ!еритсльпых ячеек и оболочки начинаются непосрсдственныс нззтсрения теплосмкост3Н С этой целью обеспечивается дли"cë!,!.ëp равенство скоростей нагревания

n5c:;ê ячеек с помощью тепловых плечей

45, с i"; и регистрируются при каждои темпе,3гтурс значения сопротивлений электротеплового моста. Отношение тсплоемкостей гг!ори

Ж вЂ” —,,,„„Е, где Е -- напряжения питаю: ". Нстогн н!<г тока.

Цг, НГ 4 v."„ !в гнг по.!1-ч, ннгя с по мощью описанного калориметра завнсн,.!ость отношения С>/С от температуры для с.:у гя, когда з ампулы помещен адсорбснт — графитированная сажа. Воспроизводпмость результатов различных опытов составляет 0,01 — 0,1% в интервале от — 200 С до +20 С, что на порядок вел!ичины вьппе, чем у известных калориметров.

Преимущество предлагаемого калориметра перед известными состоит в повыше65 нин точности измерения теплоемкости до

744251

Фuz.1

0,01 — 0,1, которое позволило обнаружить неизвестные ранее фазовые переходы в адсорбщрованных слоях органических веществ, Формула изобретения

Калориметр для прецизионного измерения теплоемкости, содержащий массивную металлическую оболочку с параллельно установленными внутри нее измерительными ячейками, на которых размещены термометры сопротивления и регулировочные нагреватели, включенные в схему электротеплового моста, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона при измерении теплоемкости, термометры сопротивления и регулировочные нагреватели выполнены идентичными и из одного и того же материала, обладающего термометрическими свойствами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Скуратов С. М., Колесов В. П., Воробьев А. Ф. Термохимия, ч. 2. М., с. 292 — 311, 1966.

2. Березин Г. И. Изд-во АН СССР, ОХН, с. 1143, 1959.

744251

27 2.0

Е1 фиг.3 фиг. 2

С1/cz

©

О

©

С

Я} о.so

8П 72m И 2ОО 2И

Составителя H. Горшкова

Редактор Е. Абрамова Тсхрсд В. Серякова Корректор И. Осиновская

Заказ № 675/716 Изд. ¹ ЗЗО Тир агк 729 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип, Харьк. фил. пред. «Патент>