Способ измерения теплоемкости

 

Союз Соаетскнх

Соцнаннстичесннв

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0i> 864084 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 071279 (2!) 2848296/18 25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.09.81. Бюллетень Но З4

Дата опубликования описания 15.0981 (51)М. Кл.з

G 01 N 25/20

Государственный коммтет

СССР но делам нзобретенчй и открытий (53) УДК 5Зб.б (088. 8) (72) Авторы изобретения

Д.А.Тайц, В.Н.Сидоров, и С.И. Гаранжа

l ! ! !

Государственное специальное конструкто ское бюро теплофизического приборостроения (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ

Известен способ измерения теплоемкости, заключающийся в том, что измеряют количество тепла, сообщенное исследуемому образцу, затем измеряют величину,,на которую возрастает температура образцов (1 ).

Однако этот способ не обладает высокой точностью измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спОсоб контактного тепломера. Данный способ реализуется на калориметре

ДК-С-400. Калориметр имеет массивное тепловыравнивающее ядро и измерительную ячейку. Исследуемый образец помещают в ячейку. Ядро монотонно разогревают. Определяют скорость разогрева образца и величину отстаивания температуры образца от температуры тепловыравнивающего ядра. По этим параметрам определяют теплоемкость f2/.

Данный способ предусматривает ряд довольно сложных замеров, что понижает точность и усложняет процесс измерения теплоемкости.

Цель изобретения — упрощение процесса измерения и повышение точности. 30

Предлагаемый способ должен поэ волять измерять теплоемкость с точностью 1-2%. В связи с этим сигнал необходимо снимать через время не менее пяти постоянных времени ячейки, т.е. =5 Сяч, так как через это время сигнал с дифференциальной термобатареи достигнет не менее 99% от своего установившегося значения. Но время снятия отсчета не должно превышать 1% от постоянной времени ядра, т.е. Х>0,01+, чтобы нелинейность изИзобретение относится к измерению теплофиэических характеристик веществ.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплоемкости при монотонном разогреве тепловыравнивающего ядра путем подачи мощности на его электронагреватель, снимают сигнал с дифференциальной термоэлектробатареи калориметрических ячеек по истечении не менее пяти постоянных времени калориметрической ячейки, но не более одной сотой от постоянной времени ядра, и по следующей зависимости определяют значение теплоемкости исследуемого образца. Выбор времени снятия сигнала с дифференциальной термобатареи ячеек определяется точностью

Данного способа..

864084

4 менения температуры не превышала 1Ъ (См. физическую сущность способа).

Таким образом, 001 ся ) i5 :дч, где f - время снятия отсчета, постоянная нремени ячейки, 5g — постоянная времени ядра.

О значении темлоемкости исследуемого образца судят по следующей зависимости длз=ы оБ A W где 6„

dt ч(6с где 6 теплоемкость ячейки.

Рабочая ячейка 3 с исследуемым образцом 5 поглощает теплоную мощность q<, которую определяют по формуле где 6 Б С в теплоемкость образца.

Если скорость разогрева постоянна (т.е. разогрев линейный), то как вид- 5 масса исследуемого образца, С

0b удельная теплоемкость материала образца, 6дБ С в — теплоемкость исследуемого образца, сигнал, снимаемый с дифференциальной термо 2() электробатареи, A чувствительность калориметрической ячейки, W мощность, рассеиваемая на электронагревателе р5 ядра;

Я масса теплоныравнинающего ядра, С я удельная теплоемкость материала ядра;

G . C — теплоемкость тепловыя 9 раннивающего ядра.

На чертеже изображена конструктивная схема калориметра, реализующая предлагаемый способ.

Схема содержит массивное тепловыраннивающее ядро 1, электрический нагреватель 2 ядра, калориметрическую рабочую ячейку 3, калориметрическую ячейку сравнения 4, образец 5 и дифференциальную измерительную термо- 410 электробатарею б.

Физическая сущность способа заключается в следующем.

На нагреватель 2 тепловыраннивающего ядра 1 подается электрическая 45 мощность со стабилизатора. При этом температура ядра начинает возрастать со скоростью. Скорость изменения температуры калориметрических ячеек та же. Ячейка сравнения (пустая ячейка 4) поглощает тепловую мощность q,, которую определяют по формуле

"но иэ формулы величина дц пропорцио нальна теплоемкости исследуемого образца. Величина gq вызывает в цепи дифференциальной термоэлектробатареи калориметрических ячеек сигнал дU.

Зная чувствительность термоэлектробатареи рабочей ячейки, по сигналу

AU определяем величину дц. Учитывая высокую теплопроводность тепловыравнинающего ядра, где температурное гголе можно описать следующим дифференциальным уравнением

dt W дГ6 С где W — мощность, рассеиваемая на нагревателе ядра;

7:я — постоянная времени ядра, время.

Таким образом, если время Г снятия сигналад0 лежит в интервале

О, 017g>g> -уу,то сигнал д U буцет снят, так как с погрешностью не более 1t можно будет пренебречь множителем Ся. Погрешность измерения будет лежать в интервале 1-2Ъ.

Температурное реле ядра может бь.гь описано уравнением

dt W

dC Стя Ся

Тогда теплоемкость исследуемого образца можно ныразить следующим образомм ьЧ9а С дО 6 С оБ ОБ W А W где д0 — сигнал, снимаемый с дифференциальной термоэлектробатареи, А — чувствительность калориметрической ячейки.

В дальнейшем, после создания специального калориметра для реализации описанного способа, будет проводиться градуировка калориметра по образцам с известной теплоемкостью. Тогда выше приведенная расчетная формула примет нид

6бБ, СоБ-К. 4U

Предлагаемйй способ измерения теплоемкости осуществляется следующим образом.

В рабочую ячейку калориметра помещают исследуемый образец. Затем на нагреватель тепловыравнивающего ядра калориметра подают и электрическую мощность, и ядро монотонно разогревается. Через определенное время (см.выше) снимают электрический сигнал с дифференциальной измерительной термоэлектробатареи. Затем по формуле, приведенной в описании способа, вычисляют теплоемкость исследуемого образца.

Предлагаемый способ по сравнению с известными значительно повышает точность измерения, применение его

864084

Формула изобретения

Составитель А.Хорцев

Редактор N.Êåëåìåø Техред А. Ач Корректор С.Шекмар

Заказ 7770/62 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 сильно упрощает измерения, так как исключает целый ряд довольно сложных замеров. Данный способ позволяет измерять теплоемкость с точностью 1?%, а в известном точность составляет 2 0-2 5%.

I I

Способ измерения теплоемкости в калориметре при монотонном разогреве тепловыравнивающего ядра путем подачи мощности на его электронагреватель, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса изме15 рения и повышения точности, с дифференциальной термоэлектробатареи калориметрических ячеек снимают сигнал по истечении r.е менее пяти постоянных времени калориметрической ячейки, но не более одной сотой от постоянной времени ядра, и по следующей зависимости определяют значение тепло емкости исследуемого образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кальва Э. и Прам A. Микрокалометрия. ИЛ, 1963, с.41-50.

2. Платунов E.Ñ. Теплофизические измерения в монотонном режиме. Л., "Энергия", 1973, с.35 (прототип).