DE3234361C2

DE3234361C2 -

Info

Publication number: DE3234361C2
Application number: DE19823234361
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 6716 Dirmstein De Berthold; Karl 6720 Speyer De Imbery; Ulrich Dr. 6701 Dannstadt-Schauernheim De Loeffler
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1982-09-16
Publication date: 1989-01-05
Also published as: DE3234361A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Differenz- Thermoanalyse mit Druckmessung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die üblichen Geräte zur Differenz-Thermoanalyse ermög lichen die Messung des Wärmeumsatzes sehr kleiner Probe mengen bei physikalischen oder chemischen Umwandlungen. Dazu werden in geeigneten Tiegeln die zu untersuchende Probe und eine inerte Vergleichsprobe in einem elektri schen Ofen aufgeheizt, dessen Temperatur entweder konstant gehalten oder nach einem bestimmten Zeitverlauf - meist linear ansteigend - verlängert wird. Im thermischen Gleich gewicht ist die Temperaturdifferenz zwischen Probe und Vergleichsprobe ein Maß für den momentanen Wärmefluß. Es gibt aber auch Geräte, bei denen anstelle der Temperatur differenz die Kompensationsheizleistung gemessen wird, bei welcher die Temperaturdifferenz zwischen Probe und Ver gleichsprobe Null ist.

Ein Mangel bei diesen Geräten zur Differenz-Thermoanalyse ist, daß keine Möglichkeit besteht, eine gleichzeitige Druckmessung durchzuführen, die wichtige Einblicke in die Art der Reaktion der zu untersuchenden Proben erlauben würde.

Demgemäß bestand die Aufgabe, eine Einrichtung zur Differenz-Thermoanalyse zu entwickeln, die parallel zur Messung der Temperaturdifferenz zwischen Probe und Ver gleichsprobe auch die Messung des Druckes im Probentiegel gestattet.

Folgende Anforderungen waren an die neue Einrichtung zu stellen:

a) Eine möglichst hohe Auflösung bei der Messung des momentanen Wärmeflusses durch die momentane Differenz temperatur zwischen Probe und Vergleichsprobe.
b) Durch die Druckmeß-Einrichtung darf das Volumen des Probentiegels (V < 0,4 cm³) nicht vergrößert und möglichst wenig Wärme von der Probe abgeleitet werden.
c) Die Genauigkeit der Druckmessung muß im gesamten Meßbereich von 20°C bis etwa 600°C unabhängig von der Temperatur des Probentiegels sein.
d) Das Meßsignal der Druckmessung soll nullpunktstabil und im gesamten Meßbereich von 0 bar bis etwa 100 bar dem Druck proportional sein.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Kennzeichnungsteil der Patentansprüche beschrieben.

Einzelheiten der Erfindung sind an einem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Einrichtung zur Differenz-Thermoanalyse mit Druckmessung im Längsschnitt,

Fig. 2 den oberen Teil des Probentiegels im Längs schnitt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem auf klappbaren zylindrischen Ofen 1, einer Meßzelle mit einem Kraftmeßumformer 12 und einem Tragegestell 19 (Fig. 1). Die Meßzelle umfaßt einen Tiegelhalter 2 mit einem Proben tiegel 3 und einem Vergleichsprobentiegel 4, Halte bolzen 7, 8 und eine Grundplatte 9 dafür. Davon befinden sich im am Tragegestell befestigten Ofen der Tiegelhal ter mit den Tiegeln, der mittels der Bolzen an der Grund platte gehalten ist. Hierbei sind die Bolzen durch Öffnun gen in der Ofenwand geführt. Der Probentiegel 3 mit einem Volumen von ca. 0,37 cm³ besteht - wie in Fig. 2 im Längsschnitt schematisch wiedergegeben - aus einem den Probenraum umfassenden zylindrischen Tiegelkörper 3 a aus Edelstahl und einem druckfesten Verschluß 3 b für denselben sowie aus einem in den Probenraum ragenden Thermoele ment 5, dessen Anschlüsse durch eine druckdichte Bohrung im Tiegelboden geführt und an ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Anzeige- bzw. Registriergerät angeschlossen sind.

Der Vergleichsprobentiegel 4 weist den gleichen Verschluß wie der Probentiegel auf, jedoch ohne Taststab, und ist ebenfalls mit einem Thermoelment ausgestattet.

Der Verschluß des Tiegels 3 umfaßt gemäß der Erfindung eine den Probenraum abschließende Membran 10 aus Edel stahl, die mittels eines Druckringes 17 von einer Überwurf mutter 18 gegen eine abgestufte Stirnfläche des Tiegels gepreßt wird. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel 30 µm starke Membran steht mit einem Stempel 11 in Kontakt, der in einer zentralen Öffnung des Druckringes 17 und der Überwurfmutter 18 geführt ist. Es ist zweckmäßig, den Stempel 11 zur Sicherung mit einem Anschlagring 20 zu versehen, für den der Druckring nach innen abgestuft ist. Zur Übertragung der auf die Membran durch den Gasdruck im Probentiegel ausgeübten Kraft auf einen Kraftmeßumfor mer 12 ist zwischen dessen Aufnahmeorgan 13 und dem Stem pel 11 ein Taststab 15 eingeführt, der ebenfalls durch eine Öffnung in der Ofenwand geführt ist. Es ist vorteilhaft, den Stempel zur Aufnahme des Stabes an dieser Stelle kon kav auszuformen. Der Ausgang des Meßumformers ist an ein Anzeige- bzw. Registriergerät 16 angeschlossen.

Bei einem Druckanstieg im Probentiegel drückt die Membran ohne wesentliche Verformung mit einer dem Druck proportiona len Kraft auf Stempel, Taststab und Kraftmeßumformer, der ein entsprechendes Meßsignal abgibt.

Die Materialausdehnung im Temperaturbereich von 20 bis 600°C hat auf die Genauigkeit der Druckmessung keinen Einfluß. Dies wird durch folgende Maßnahmen erreicht:

1. Die Ausdehnung von Stempel, Taststab und Bolzen er folgt, bezogen auf die Grundplatte, in eine Richtung.
2. Der Taststab besteht zum Teil aus einem Material mit möglichst geringem thermischen Ausdehnungskoeffizien ten.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mittel teil aus Edelstahl, während die beiden Endabschnitte aus thermisch stabilen Eisen-Nickel-Stahl gebildet werden.

Zur Linearisierung des Meßsignals, insbesondere im unteren Druckbereich, ist es zweckmäßig, die Membran vorzuspannen. Hierzu ist der Taststab 15 mittels einer Gewindehülse 14 verlängerbar. Die Größe der Vorspanung hängt vom jeweili gen Anwendungsfall ab und ist für den zu untersuchenden Druckbereich meßtechnisch zu ermitteln.

Claims

1. Einrichtung zur Differenz-Thermoanalyse mit Druckmes sung, bestehend aus einem durch einen aufklappbaren Ofen (1) aufheizbaren Tiegelhalter (2), der einen Probentiegel (3) und einen Vergleichsprobentiegel (4) mit eingebauten Temperaturmeßfühlern (5, 6) zum Messen und Registrieren der Temperaturdifferenz zwischen Probe und Vergleichsprobe enthält, und einer Druckmeß einrichtung für den Gasdruck im Probentiegel (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegelhalter (2) mit Haltebolzen (7, 8) an einer außerhalb des Ofens (1) befindlichen Grundplatte (9) aufgehängt und der Proben tiegelkörper (3 a) mit einer Membran (10) abgeschlossen ist, die mit einem im Probentiegel geführten Stem pel (11) in Kontakt steht, und zur Übertragung der auf die Membran (10) durch den Gasdruck im Proben tiegel (3) ausgeübten Kraft auf einen Kraft-Meßum former (12) zwischen dessen Aufnahmeorgan (13) und dem Stempel (11) ein durch eine Gewindehülse (14) verlän gerbarer Taststab (15) eingefügt ist, von dem minde stens ein Teilstück aus einem Material mit möglichst geringem thermischen Ausdehnungsbeiwert besteht, wobei der Ausgang des Meßumformers (12) mit einem Anzeige- oder Registriergerät (16) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Stempel (11) ein Anschlag (20) als Siche rung gegen das Wegfliegen des Stempels (11) und das Platzen der Membran (10) nach Entfernen des Tast stabes (15) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Membran (10) zur Stabilisierung des Nullpunkts und zur Linearisierung des Druck-Meßsignals durch Verlängern des Taststabes (15) mittels einer Gewindehülse (14) vorspannbar ist.