Дифференциальный калориметр

l АНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ ТЕПЬСТ ттезсгцв1965.Неа 15-51,иро епГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Институт технической теплозики АН Украинской ССР) оивесег 5 апд снег Лрр 11 са 11 оп1 пэ г,гцв. Ргас Г., 16, Р 1, р. 451962 (прототип).(54)(57) ДИФФЕРЕНИАЛЬНЫИ МИКРОРИМЕТР, содержащий блок программванного измененмя температуры,лопередающий блок, контактирующ через пластину из ниэкотеплопроводного материала с температуровыравнивающим блоком, в котором установленыдатчик температуры, тепломеры с размещенными на них держателями образцов и теплозащитный экран, ограничивающий рабочий объем, о т л ич а ю ы и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений, в негодополнительно введены теплопередаюший и температуровыравнивающий блоки пластина из ниэкотеплопроводногоматериала, выполненные идентичноимеющимся, а также теплопередающиепластины, идентичные по толщине итеплоФизическим характеристикам тепломерам, причем на одной из теплопередающих пластин размещены тепломеры и теплозашитный экран, .а надругой - теплоэащитный экран с вмон-.тированным в него датчиком температуры.1030671 Изобретение относится к тепловым измерениям, а именно к микрокалориметрии, и может быть использовано для исследования тепловых эффектов ( как экзотермичееких, так и эндотермических ) в изотермическом режиме и в режиме непрерывного программированного измерения температуры образца, а также для определения теплоемкости в режимах непрерывного или ступенчатого измерения температуры образ О ца.Известен дифференциальный калориметр, содержащий держатели образцов, выполненные из высокотеплопроводного материала и установленные на включенных дифференциально тепломерах, смонтированных на температуровыравнивающем блоке. Температуровыравнивающий блок контактирует через Пластину из низкотеплопроводного материала с теплопередающим блоком, О который разъемно соединен с блоком Программированного измерения температуры и образует с ним замкнутый рабочий объем, в котором размещены держатели образцов.25 Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок программированного изменения температуры, теплопередающий блок, контактирующий через пластину из низкотеплопроводного материала с температуровыравнивающим блоком, в котором установлены датчик температуры, тепломеры с размещенными на них держателями образцов и тепло- защитный экран, ограничивающий рабочий объем, дополнительно введены теплопередающий и температуровыравнивающий блок и пластина из низкотеплопроводного материала, выполненные идентичного имеющимся, а также теплопередающие пластины, идентичные по толщине и теплофизическим характеристикам тепломерам, причем на одной из теплопередающих пластин размещены тепломеры и теплозащитный экран, а на другой - теплозащитный экран с вмонтированным в него датчиком температуры. При этом предпочтиВ этом калориметре величина, пропорциональная разности температурмежду дертажелем образца и держателем эталона, измеряется термобатарея- ЗОми тепломеров, что позволяет, уменьшив величину термических сопротивлений теплопереносу, повысить чувствительность устройства.В устройстве высокие требованияпредъявляются к измеритермичностиповерхности, на которой смонтированытепломеры, что обеспечивается введением пластины из низкотеплопроводнаго материала между температуровыравнивающим и теплопередаюшим 40 блоками, Такое решение приводит к тому, что при программированном измерении температуры возникает разность температур между поверхностями, ограничивающими рабочий объем, причем 45 это различие зависит от темпа изменения температуры.В данной конструкции дифференциального микрокалориметра теплообмен между держателями образцов и поверхностью температуровыравнивающего блока осуществляется через тепломеры теплопроводностью, а с поверхностьв блока программируемого изменения температурь 1, ограничивающей рабочий объем, - конвекцией и радиацией. Необходимо стремиться к обеспечению минимальных разностей температур меж" ду Держателями образцов и поверхнос тями, ограничивающими рабочий объем 1. бООднако в данном устройстве это требование не обеспечивается, что и приводит к возникновению случайных погрешностей за счет наличия естественной конвекции в рабочем объеме, б Наиболее близким к изобретению по технической сущности является дифференциальный микрокалориметр, содержащий блок программированного . изменения температуры, коаксиально и в тепловом контакте с которым смонтирован теплопередающий блок, контактирующий через пластину из низкотеплопроводного материала с температуровыравнивающим блоком, на котором установлены датчики температуры и тепломеры с раэмешенными на них держателями образцов (испытуемого и эталона), а рабочий объем ограничен защитным экраном, контактирующим с температуровыравнивающим блоком 2.Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная несовершенством защиты держателей образцов. Пассивная экранная защита работает эффективно только тогда, когда удается подобрать такое соотношение между теплоемкостью экрана и термическим сопротивлением, существующим между экраном и блоком программируемого изменения температуры, чтобы разность температур между держателями образцов и поверхностью защитного экрана была бы минимальной. Это трудно обеспечить из-эа нестабильности контактных термических сопротивлений и термических сопротивлений конвективному и радиационному теплообмену между экраном и температуровыравнивающим блоком, а также экраном и блоком программируемого изменения температуры.Целью изобретения является повышение точности измерений за счет снижения разности температур между держателями образцов и поверхностями, ограничивающими рабочий объем.тильно, чтобы отношение теплоемкости экрана к поверхности его кон-, такта с теплопередающей пластиной было равно отношению теплоемкости держателя образца к поверхности его контакта с тепломером.5На фиг. 1 дана схема дифференциального микрокалориметра; на Фиг.2- то же, размещения держателей образцов в рабочем объеме.Дифференциальный микрокалориметр 10Фиг. 1 и 2) содержит блок 1 программируемого изменения температуры,в котором установлены два идентичных теплопередающих блока 2 и 3, на плоских взаимнообращенных по верхностях которых через пластины из низкотеплопроводного материала 4 смонтированы температуровыравнивающие блоки 5 и б. На температуровырав - нивающем блоке 5 закреплены тепло- меры 7 и 8 с держателями образцов2 9 и 10, установленные в гнездах пластины 11, идентичной по толщине и теплофизическим свойствам тепломерам 7 и 8. К пластине 11 прикреплен дополнительный металлический экран,12 с вмонтированным в него датчиком 13 температуры. На температуровыравнивающем блоке 6 смонтирован теплозащитный экран 14, контактирующийс ним через дополнительную плас- . 30 тину 15, также идентичную по толщине и теплофизическим свойствам тепломерам 7 и 8, В теплопередающем блоке 3 и блоке 1 предусмотрены каналы 16 для замещения газа в рабочем 5 объеме калориметра, Для обеспечения программированного изменения температуры по линейному закону блок 1 снабжен нагревателем 17 и содержит каналы 18 для прокачки охлаждающего 40 агента. Для обеспечения ступенчатого изменения температуры, а также изотермического режима работы, блок установлен в охлаждаемой рубашке 19 и контактирует с ней через прослойку 20, заполненную кварцевой пудрой.В предлагаемом устройстве блоки 2 и 3, а также 5 и б выполнены иэ высокотеплопроводного материала, попарно идентичными по массе, тепло- физическим характеристикам и геоме" 50 трическим размерам.В связи с этим, при равной тепловой нагрузке на поверхности контакта блоков 5 и б с теплопередающими пластинами, их температуры при программированном изменении температуры блока 1 будут равны.Если пренебречь теплоемкостью бО теплопередающих пластин и тепломе ров, а теплопроводность материала, из которого изготовлены экраны и держатели образцов, считать бесконечно большой, то для системы пластина - б 5 экран и тепломер-держатель справедливы уравненияцтэ та-тК3 Й 2 КтдЭ Тэк-Т 6ЗК а 2 =илид; ,3 хз ОтакЭК- А, 2 -,где т и Т - температуры держателя образца иэкрана,и 3,п - теплопроводноститепломеров и теплопередающих пластин,и д - толщина тепломеровПи теплопередающихпластин,С, и С- теплоемкости держателя образца и экрана,Г и Г - поверхности контактатепломера с держателем и экрана спластиной.Из системы уравнений следует,что та = ТЭ только в том случаееслиз" т Сзкдит"кт пкоПри соблюдении этого условия разность температур между держателемэталона и окружающими его поверхностями будет равна нулю, а разностьтемператур между экраном и держате-лем испытуемого образца будет равна разности температур между держателями образцов, что позволит свести к минимуму неучтенные теплопотери деГжателя испытуемого образцаи стабилизировать значение величины.Дифференциальный микрокалориметрработает следующим образом.Для определения величины тепловыхэффектов или теплоемкости в держатель образца 9 помещают испытуемыйобразец, а в держатель эталона 10помещают инертный образец или оставляют его пустьщ. После замещениягазовой среды в рабочем объеме,для чего используют каналы 16, сцелью удаления коиденсирующихсяпаров или замени воздуха на инертнув среду, в зависимости от задач,осуществляют требуемое изменениетемпературы с помощью блока 1 программкруемого иэменения температурыи регистрируют сигналы датчика температуры и тепломеров. Для реализациирежима охлаждеиня используют обычножидкий азот или его пары, прокачиваяего через канало 18,Режим нагрева реализуется с помощьв нагревателя 17, а режим ступенчатого изменения температурыосуществляется с помощью нагревателя 17 и охлаждающей рубашки 19,в которой в этом случае поддерживается постоянная температура. Обра.ботку результатов измерений проводят по известным методикам,Повышение точности в предлагаемом изобретении достигается путем уменьшения разности температур между держателями образцов и поверхностями,ограничивающими рабочий объем, засчет использования теплоэащитных экранов и предложенной системы ихустановки и крепления. Уменьшениеразности температур увеличиваетсоответствующие термические сопротивления и их стабилизации, что позволяет снизить относительную погрешность измерений до 1,5%. Погреш 1 О ность может быть снижена еще большепри градуировке с помощью микронагревателей.оставитель Ю ехредИ. Герге ор А. атилло а к.тор м иэ сква илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн 193/42ВНИИПИпо де113035,ираж 873твенногоретений иТ, Ра Подписимитета СССРткрытийкан наб., д. 4/5