Способ измерения теплоемкости

(51 С 01 М 25/20 ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСН СВИДЕТЕЛЬСТВ Н.8 Ь Тешв, 1973,ады АН СССР. 7-129 (прото ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСся в том, что в пустой вестной теплоемкостью алориметр, заполненный азцом, вводят модули 54)(57) СПОСО ТИ, заключающикалориметр си в такой же к об(56) 1, КгаггтпаЫег Уа.регаСцгев - НЦЬ Ргеввцч.5, У 4, р, 433-454.2. Ахматова И.А. Докл1965, т. 162, У 1, с. 1тип) . рованные мощности до обеспечения равенства средних температур калориметров и регистрируют температурные колебания калориметров, по которым определяют теплоемкость, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения возможностей метода и повышенияточности измерений, для каждого калориметра частоту модуляции мощностиизменяют до получения заданного фазового сдвига между колебаниями подводимой мощности и температуры и измеряют частоты модуляции, а о величинетеплоемкости исследуемого образца дополнительно судят по отношению полученных частот модуляции и теплоемкости пустого калориметра,,для измерений теплоемкости твердыхтел и жидкостей.Известен модуляционный метод измерения теплоемкости, заключающийся впериодической модуляции подводимойк образцу мощности и регистрации воз Оникающих при этом колебаний температуры 1,Различные варианты метода отличаются способами модуляции мощности ирегистрации температурных колебаний. 15Используют нагрев переменным током,постоянным током с небольшой переменной составляющей или модулированнымвысокочастотным током, нагрев электронной бомбардировкой или излучением. 20Температурные колебания регистрируютпо колебаниям электросопротивленияили светимости образца, с помощьютермопар или термометров сопротивления. 25Недостатком модуляционных измерений является значительная погрешностьопределения абсолютных значений амплитуд колебаний подводимой мощностии температуры образца. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения теплоемкости, заключающийся в том, что в пустой калориметр с известной теплоемкостью и в такой же калориметр, заполненный исследуемым образцом, вводят модулированные мощности до обеспечения равенства средних температур калориметров и регистрируют температурные ко 40 лебания калориметров, по которым определяют теплоемкость 2 ., Согласно известному способу используют два одинаковых металличес ких капилляра, один из которых пустой, а второй заполнен исследуемым веществом. Капилляры нагревают пропусканием по ним переменного тока, Средние температуры обоих капилля ров одинаковы, а амплитуды температурных колебаний и колебаний свети- мости обратно пропорциональны тепло- емкости. Сравнением переменных составляющих мощности и выходного на пряжения фотоприемника находят отношение полных теплоемкостей заполненного и пустого капилляров. Недостатком известного способаявляется необходимость измеренияамплитуд колебаний мощности и переменных составляющих выходного напряжения фотоприемника или другого датчика температуры, что обусловливаетневысокую точность измерений.Цель изобретения - расширениевозможностей модуляционного методаизмерения теппоемкости и повышениеточности измерений.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения теплоемкости, заключающемуся в том, чтов пустой калориметр с известной теплоемкостью и такой же калориметр,заполненный исследуемым образцом,вводят модулированные мощности дообеспечения равенства средних температур калориметров и регистрируюттемпературные колебания калориметров,по которым определяют теплоемкость,для каждого калориметра частоту модуляции Изменяют до получения заданного фазового сдвига между колебаниями подводимой мощности и температуры и измеряют частоты модуляции, а.о величине теплоемкости исследуемогообразца судят по отношению полученных частот модуляции и теплоемкостипустого калориметра,При синусоидальной модуляции подводимой к калориметру мощности колебания температуры отстают по фазе отколебаний мощности на угол Я Я ,причем где С - полная теплоемкость калориметра, Дж/К;Я - циклическая частота модуляции, с ;Р - коэффициент теплопотерь,Вт/К.Формула (1) является обоснованием способа измерений теплоемкости. Сначала при пустом калориметре частоту модуляции изменяют до получения определенного фазового сдвига( . Затем такого же фазового сдвига добиваются на заполненном калориметре при той же средней температуре, Равенство темпе-. ратур необходимо, чтобы коэффициенты теплопотерь Р в обоих случаях были одинаковы, Применение формулы (1) к заполненному и пустому калориметру даетСмдСоь 1/С кол2 р где С и С " теплоемкость пустогокап о 6калориметра и образца соответственно;и Е - частоты модуляции,необходимые для получения определенного фазового сдвига Омежду колебаниямимощности и температуры при пустом изаполненном калориметре. 15Таким образом, отношение тепло-.емкостей заполненного и пустого калориметров находится как отношение двухчастот.На фиг. 1 схематически представлево устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 - графиктемпературной зависимости частот модуляции,Устройство содержит калориметр 1 25.(например, трубка, нагреваемая протекающим по ней током), генератор 2(источник нагревающего тока), датчик3 температуры (например, термопара),фаэометрическое устройство 4, частотомер 5.В калориметре 1 выделяется модулированная мощность. Частоту модуляциизадают регулировкой генератора 2. Колебания температуры регистрируют спомощью датчика 3. Генератор 2 и датчик 3 подключены к входам фазометрического устройства 4, Частоту модуляции измеряют частотомером 5.Измерения проводят следующей по"следовательности.Сначала измеряют температурную зависимость частоты модуляции, необходимой для получения определенного фазового сдвига, для пустого калориметра. Затем в калориметр помещаютисследуемый образец и повторяют измерения.На фиг2 приняты следующие обозначения: температурная зависимость1 частоты модуляции, соответствующейопределенному фаэовому сдвигу между колебаниями подводимой мощности и температуры, для пустого калориметра; температурная зависимость 2 частоты модуляции для заполненного калориметра.По результатам измерений частот модуляции рассчитывают температурную зависимость теплоемкости образца по отношению к теплоемкости пустого калориметра. Цля уменьшения погрешности измерений фазовый сдвиг Ц следуето выбирать в интервале 30-60 (наименьшая погрешность соответствует углуо45 ); теплоемкость пустого калориметра должна быть того же порядка,чтои теплоемкость образца.Таким образом, в предлагаемом способе измерений определяемой величиной является частота модуляции а не амплитуды колебаний мощности и температуры. Фактически теплоемкость образца сравнивают с теплоемкостью эталона, которым в данном случае служит материал калориметра. Предлагаемый способ расширяет возможности модуляционных измерений, повышает их точность. По сравнению с прототипом (сдвиг фаэ между колебаниями мощности и температуры блиозок к 90, что требует относительно высоких частот модуляции) предлагаемый способ требует в несколько раз меньших частот модуляции, что снижает требования к тепло- и температуропроводности образца. Замена измерений амплитуд колебаний подводимой мощности и температуры измерением их частоты примерно в 2-3 раза уменьшает общую погрешность определения теплоемкости (в зависимости от способов модуляции и регистрации температурных колебаний) и создает более благоприятные условия для автоматизации измерений теплоемкости. Способ может использоваться для измерений теплоемкости твердых тел и жидкостей и найти применение в научных и прикладных исследованиях. Зкономический эффект от использования предлагаемого способа зависит от его конкретных применений.1150527 лерадур Составитель В.Вертоградскийедактор С.Лисина Техред Л,Микеш Корректор мишинец одписное а иал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная,134/33ВНИИПИ Гопо дела113035, М Тираж 89 ударстве изобрет сква, Жного комитета СССний и открытий5, Раушская наб