Дифференциальный микрокалориметр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11): 17 0 3151) 6 ОСУДАРСТВЕННЫОДЕЛАМ ИЗОБРЕ НОМИТЕТ СССР НИЙ И ОТНРЫТИ ТОР СНОМЪГ ЕТЕЛЬСТВ ОПИСАНИЕ И(71) Институт технической теплофизики АН УССР и Киевский орденаТрудового Красного Знамени институинженеров гражданской авиации(54)(57) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ МИКРОКА -ЛОРИМЕТР, содержащий размещенныев адиабатической оболочке рабочуюи эталонную ячейки, изготовленныеиз высокотеплопроводного материала,в каждой из которых выполнена камера, снабженная трубопроводамидля ввода реагента и нейтральноговещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности измерения, в каждой ячейкевыполнена дополнительная камера,идентичная основной, причем дополнительная камера рабочей ячейкисоединена трубопроводом с основнойкамерой эталонной ячейки, а дополнительная камера эталонной ячейки соединена с основной камерой рабочейячейки.Изобретение относится к техникетепловых измерений и может бытьиспользовано для исследования теплотхимических реакций и тепловых эффектов.Известен адиабатический калори- . 5метр, предназначенный для измерениятеплоты реакций, который содержитизмерительную ячейку с размещеннымвнутри нее терморезистором для регистрации температуры. Для уменьшения теплопотерь ячейка помещена вадиабатическую оболочку, температура которой автоматически поддерживается равной температуре ячейки Я.Наиболее близким к изобретениюявляется дифференциальный микрокалориметр, содержащий размещенныев адиабатической оболочке рабочую иэталонную ячейки, изготовленные иэвысокотеплопроводного материала, в.каждой из которых выполнена камера, 2 Оснабженная трубопроводами для вводареагента и нейтрального вещества,установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи Г 2) . 25Недостатком прототипа являетсянизкая точность измерений из-за неидентичности суммарных теплоемкостей рабочей и эталонной ячеек. Тепловой эффект реакции приводит к повышению температуры рабочей ячейки.Величина приращения температуры (Т)зависит не только от количестватеплоты реакции, но и от суммы теплоемкостей ячейки, реагента и анализируемого веществагде Яр - тепловой эффект реакции 1С. - теплоемкость рабочей ячей ОЯЧ,1ки;С - теплоемкость реагента;С - теплоемкость анализируемогоа,8,вещества.Аналогично, если принять, чтосистема регулирования обеспечиваетна протяжении всего процесса измерений нулевую разницу температур между ячейками и тепловые потери отсутствуют (или одинаковы), то приращение температуры эталонной ячейкиравно приращению температуры рабочейячейки, прн этом для расчета приращения температуры эталонной ячейкисправедливо уравнениегде Я - теплота, вырабатываемаякомпенсационными нагревателями;С ,- - теплоемкость эталонной 6 ОЯч,Йячейки, причем Сч,1= С,1 1С - теплоемкость эталойногоУ,В,вещества.Решая совместно уравнение (1) и2), получаем выражение, связывающее 65 количество теплоты, выработанной компенсационным нагревателем, с тепловым эффектом реакцииЯЧЯ э,е. а.в.С -+С +СК фр С +С с рК (з)ч.1 р сщИз анализа Формулы (3) следует, что теплота, выделяемая компенсационным нагревателем, равна величине теплового эффекта только в случае, если коэффициент К, т.есуммарные теплоемкости ячеек равны, Однако поскольку правтически невозможно подобрать реагент и эталонное вещество с одинаковой теплоемкостью измерения тепловых эффектов с помощью известного устройства невозможно получить и полное равенство тепловой мощности компенсации измеряемой теплоте реакции; вследствие этого имеют место значительные погрешности.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения влияния погрешностей, возникающих из-за различия теплоемкостей наполнителей рабочей и эталонной ячеек.Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальном мккрокалориметре, содержащем размещенные в адиабатической оболочке рабочуюи эталонную ячейки, изготовленные . из высокотеплопроводного материала, в каждой из которых выполнена камера, снабженная трубопроводами для ввода реагента и нейтрального вещества, установлены компенсационные нагреватели и термоэлектрические батареи, в каждойячейке выполнена дополнительная камера, идентичную основной, причем дополнительная камера рабочей ячейки соединена трубопроводом с основной камерой эталонной ячейки, а дополнительная камера эаалонной ячейки соединена с основной камерой рабочей ячейки.На Фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 - принципиальная схема.Микрокалориметр содержит рабочую .1 и эталонную 2 ячейки, изготовленные из высокотеплопроводного материала и помещенные в адиабатическую оболочку (позиция 3 на Фиг.2). В каждой ячейке выполнены по две камеры. В рабочей ячейке основная камера 4 предназначена для размещения реагента, а дополнительная камера 5 - для нейтрального вещества. В эталонной ячейке 2 основная камера б (как и у прототипа) предназначена для нейтрального вещества, а дополнительную камеру 7 заполняют реагентом. Камера 4 и 7 соединены между собой трубопро,водом 8, образуя таким образом сооб35 щающиеся сосуды: камеры 5 и 6 также образуют сообщающиеся сосуды и соединены между собой трубопроводом 9.Ячейки 1 и 2 идентичны и находятся в тепловом контакте с термоэлектрической батареей 10, размещенной между ними и электрически связанной с блоком регистрации и регулирования 11. В каждую ячейку вмонтирован один из компенсационныхнагревателей 12 и 13. Вывопы нагре вателей подключены к измерйтелю тока компенсации 14, электрически сОединениому с блоком регистрации и регулИрования 11.Система трубопроводов и вентилей служит для запол нения камер соответствующими вещЕствами. Через вентили 15 и 16 осуществляется ввод и вывод реагента и нейтрального вещества в камеры микрокалориметра. 20устройство работает следующим образом.После заполнения соответствующих камер реагентом и нейтральным веществом и выравнивания их уровней 25 в камерах с помощью системы вентилей производят выдержку устройства для выравнивания температур ячеек.О наступлении равенства температур судят цо нулевому сигналу термоэлектрической термобатареи 10. После достижения нулевого равновесиямежду ячейками 1 и 2 в основную камеру 4 (заполненную реагентом) рабочей ячейки 1 и в основную камеру 6 (заполненную нейтральным веществом) эталонной ячейки 2 вводят равные операции анализируемого веществаВследствие теплового эффекта, возникающего в рабочей ячейке иэ-за химической реакции меж ду реагентом и анализируемым веществом, тепловое равновесие между рабочей 1 и эталонной 2 ячейками нарушается. Возникающий при этом перепад температур между ячейками 45 регистрируется термобатареей 10, управляющей через блок регистрации и регулирования 11 работой компенсационных нагревателей 12 и 13, с помощью которых обеспечивается выравнивание температур в обеих ячейках.мощность, подводимую к электронагревателям, определяют по величинесилы тока, а величину тепловогоэффекта - по количеству теплотЫ,выделенной нагревателем за времяпротекания реакции. Об окончанииреакций судят по нулевому значениюсилы тока в цепи компенсационногонагревателя при нулевой термо-ЭДСтермоэлектрической батареи 10Наличие в каждой ячейке двух камер, заполненных равным количествомреагента и нейтрального веществаобеспечивает равенство суммарныхтеплоемкостей ячеек.Выражение (3) для предлагаемогоустройства имеет следующий видС -+С +С +СЯчб р эВ, су,С С +С +С (4)ЯЧ 1 р щУчитывая, что второй множитель в выражении (4) равен единице, очевидно,что в предлагаемом устройстве количе"ство теплоты,.выделяемой компеисационным нагревателем, равно тепловому эффекту реакции.Введение в рабочую и эталонную .ячейки адиабатического микрокалориметра дополнительных камер, иден"тичных основной и соединенных трубо"проводами попарно с основными, позволяет уравнять суммарную теплоемкость рабочей и эталонной ячееки тем самым снизить погрешность измерения до 0,6 (у прототипа 1,0).Предлагаемое устройство можетбыть использовано для определениясодержания кислорода в топливе. Вэтом случае в качестве реагента используют раствор СгСР , а в каРчестве нейтрального вещества - воду,в качестве анализируемого вещества - авиационное топливо различных марок. Процент содержания кислорода определяется по величинетеплового эффекта реакции окис"ления из градуировочных графиков,Устройство может быть использованов комплекте с отечественной регистрирующей аппаратурой.,Парфенова Техред В.Далекорей Корректор Г.Огар Редак ка филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. тна 200/4 б Тираж 823 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и о 113035, Москва Ж, Раушска