Микрокалориметр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК заза С 01 К 7 00 пФнУ1,1 уЯЗВИМ фХ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯай ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 НРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Отделение ордена Ленина института химической физики АН СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРИф 471517, кл. С 01 К 17/00, 1972,801101693 А,(54) (57) 1. ИИКРОКАЛОРИМЕТР по авт.св. У 471517, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений при одновременномповышении разрешающей способностив режиме заданного нагрева, в неговведены регуляторы напряжения и нагреватели калориметрических ячеек,подключенные через регуляторы напряжения к источнику питания нагревателя массивйогд блока.11 О 12. Микрокалориметр по п. 1, о тл и ч. а ю щ и й с я тем, что нагре- . ватели калориметрических ячеек выполнены из того же материала, что и нагреватели массивного блока,б 933. Микрокалориметр по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что внутренняя оболочка калориметрической ячейки выполнена из того же материала, что и массивный блок.1Изобретение относится к тепловым измерениям, в частности к измерению тепловой мощности и теплоты микрокалориметрическими методами в режиме программного нагрева, 5По основному авт. св. У 471517 известен микрокалориметр, используе-, мый преимущественно для проведения микрокалориметрических измерений в динамическом режиме (т,е. при нагре О ве или ограждении), который содержит массивный блок с калориметрическими ячейками и преобразователем энергии, расположенный в термостате, систему измерения тепловых эффектов, источ ник питания и терморегулятор. Массивный блок размещен внутри малоинерционной оболочки, которая снабжена датчиком температуры, подключенным дифференциально с аналогичным датчиком 20 массивного блока на вход терморегулятора, и преобразователем энергии, соединенным с выходом терморегулятора. Преобразователь энергии массивно го блока подключен к регулируемому 25 источнику питания. Для работы в режиме программного нагрева преобразователи энергии могут быть выполнены в виде электронагревателей. Выходной сигнал такого устройства в режиме 30 нагрева по программе существенно больше нуля, что в случае одноячейкового .микрокалориметра связано с наличием температурного градиента по ячейке, пропорционального скорости нагрева, З а в случае двух- или более ячейкового - с неидентичностью калориметрическнх ячеек. Чем больше "собствен 1ный , т.е, не обусловленный измеряемым тепловыделением выходной сигнал щ иикрокалориметра, тем ниже его стабильность, а следовательно, точность измерений и тем ниже. реальная разрешающая способность прибора, так как измерения приходится вести на более 45 грубых шкалах. Кроме того, из-за 2обусловленного нагревом градиента по калориметрической ячейке температура ее внутренней оболочки, в которую помещают исследуемый объект, отличается от температуры массивного блока тем больше, чем больше скорость нагрева, Таким образом, реальные точность и разрешающая способность устройства в режиме нагрева ниже, чем при работе в изотермическом режиме.Целью изобретения является повышение точности измерений при одновре. менном повышении разрешающей способности калориметра в режиме заданного нагрева.Цель достигается тем, что в кало" риметр введены регуляторы напряжения и нагреватели калориметрических ячеек, подключенные через регуляторы напряжения к источнику питания нагревателя массивного блока, а также тем, что нагреватели калориметрических ячеек выполнены из того же материала, что и нагреватели массивного блока, а внутренняя оболочка калориметрической ячейки выполнена из то. го же материала, что и массивный блок.На чертеже показана блок-схема микрокалориметра. Центральный блок 1 микрокалориметра с калориметрическими ячейками 2 и 3 электронагревателями 4 и 5 ячеек, электронагревателями блока 6, датчиком 7 температуры и малоинерционная оболочка 8 с электронагревателем 9 и датчиком 10 температуры размещены в корпусе 11. Датчики 7 и 1 О температуры аналогичны. Среда в пространстве между блоком 1 и оболочкой 8 имеет малую теплоемкость и высокое термическое сопротивление. Вне корпуса рсположены терморегулятор 12, ис-точник 13 питания, регуляторы 14 и 15 напряжения и система 16 измерения50 ВНИИПИ . Заказ 4754/26 Тираж 823 Подписное филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 3 1101 тепловых эффектов и температуры. Каждый иэ нагревателей 4 и 5 подклочен к выходу соответствующего регулятора 14 и 15 напряжения, вход каждого из которых соединен с выходом источника 13 питания, При этом количество регуляторов напряжения и нагревателей 4 и 5 равно количеству калориметрических ячеек,Регулятор напряжения может быть 1 О выполнен в виде трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации.Нагрева 1.ели калориметрических ячеек желательно выполнять из того же материала, что и нагреватель 6 массивного бока 1, внутреннюю оболочку каждой калориметрической ячейки - из того же материала, что и массивный блок. Это позволяет избежать ухода скорости нагрева калориметрических ячеек от скорости нагрева массивного блока за счет изменения их теплофизических характеристик и характеристик нагревателей при изменении температуры.Микрокалориметр работает следующим образом.При подаче в нагреватель 6 с помощью источника 13 питания постояннойЗО мощности и исключении при помощи терморегулятора 12 теплообмена центрального блока 1 с окружающей средой в блоке 1 устанавливается стационарный тепловой поток, величина которого и35 значение теплоемкости блока определяют скорость изменения температуры блока и величину градиента температуры по калориметрической ячейке. Одновременно в каждый из нагревателей 4 и 5 калориметрических ячеек 2 и 3 через соответствующий регулятор 14 и 15 подают такое напряжение, которое обеспечивает выделение в этом нагревателе мощности Р, достаточной для нагрева внутренней оболочки калориметрической ячейки с помещенным в нее исследуемым образцом со,скорос-. тью 7 нагрева массивного, блока. Так как мощность Ря подводится дополнительно, а не отбирается от массивного блока, тепловой поток через ячейку равен нулю и градиенты 693 4температуры по ней тоже сводятся к нулю.Для настройки микрокалориметра в калориметрические ячейки вводят исследуемые образцы или их имитаторы и регулируют коэффициент передачи каждого регулятора напряжения так, чтобы сигнал с соответствующей калориметрической ячейки, регистрируемый системой 16 измерения, был равен или близок нулю.Настройку ведут при отсутствии тепловых эффектов в ячейках, т.е. находящиеся в них объекты в процессе настройки не должны претерпевать превращений, связанных с выделением или поглощением тепла или изменением их теплосодержания, и установившейся, например максимальной, скорости нагрева.Настройка, выполненная при одной скорости нагрева,сохраняется и при других скоростях нагрева. При смене объектов исследования (и/или имитаторов). настройку необходимо выполнить заново.Так как тепловой поток через калориметрическую ячейку и, соответст" венно, градиент температур, обусловленные нагревом массивного блока, отсутствуют или существенно уменьшены, выходной сигнал микрокалориметра равен нли близок к нулю. Это позволяет повысить точность измерений и разрешающую способность в широком диапазоне температур и скоростей нагрева, а также исключить влияние на стабильность нуля прибора чувствительности и инерционности калориметрической ячейки вместе с исследуемым объектом, а для дифференциального микрокалориметра - неидентичности ячеек, что упрощает и удешевляет технологию производства приборов.Экспериментальная проверка показала, что в сравнении с известным предлагаемое. устройство позволяет не менее чем на порядок (в 10-15 раэ) повысить реальную разрешающую способность и не менее чем на порядок (в 10-15 раз) умеАшить дрейф нуля и возмущения системы измерения при переходе с одной скорости нагрева. на другую.