DE925256C - Vorrichtung zur Durchfuehrung der Differential-Thermo-Analyse - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Durchführung der Differential-Thermo-Analyse Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Differential-Thermo -Analyse. Das Prinzip der Differential-Thermo-Analyse beruht darauf, daß die zu untersuchende Substanz gleichzeitig mit einer inerten Substanz erhitzt wird. Die in beiden Substanzen angebrachten Thermoelemente ergeben, sofern die Untersuchungssubstanz keine Umwandmag erleidet, da sie gegeneinandergeschaltet sind, keinen Ausschlag des angeschlossenen Anzeigegerätes. Tritt jedoch in der Untersuchungssubstanz eine Reaktion ein, wie z. B. Wasserabgabe, Modifikationsänderung usw., so überwiegt der Thermostrom des einen Elementes, und das Anzeigegerät zeigt, je nachdem, ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt, einen Ausschlag nach links oder rechts. Die bisher üblichen Differential -Thermo -Analyse -Apparaturen benutzen zur Erzielung gleicher Temperatur der beiden Proben einen Block, entweder aus Metall oder aus keramischem Material, in dem die beiden zu ver gleichenden Proben eingefüllt sind. Diese Blöcke haben aber den Nachteil, daß sie eine ziemlich hohe Wärmekapazität besitzen und dadurch die Anzeige der Reaktionen dämpfen.
• Wesentlich für die Ineue Vorrichtung ist, daß die beiden Lötstellen für das Differential-Thermoelement in getrennten Substanzbehältern untergebracht sind, für die wieder wesentlich ist, daß die Wärmeaufnahmefähigkeit der Behälter bei möglichst großer Eigenwärmeleitfähigkeit gering ist, wodurch man die so schädliche Dämpfung auf ein Minimum herabsetzen kann. Für die Empfindlichkeit der Apparatur ist weiterhin wesentlich die Größe der Lötperle und ihr Abstand von der Wandung des Probebehälters. Auch ist der Ableitungsdraht des Thermoelementes zwecks Verminderung der Wärmeableitung tunlichst dünn zu wählen. Als Schaltung verwendet man bei dem Thermoelement zweckmäßig eine kombinierte Schaltung, bei der ein Differential-Thermoelement - und- ein übliches Thermoelement einen gemeinsamen Schenkel besitzen.
• Da die Differential-Thermo-Analyse auch das Ziel hat, quantitative Aussagen zu machen, ist es notwendig, während der gesamten Reaktionszeit genau definierte Wärmeverhältnisse in der Reaktionssphäre zu gewährleisten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Probebehälter durch zwei koaxiale Rohre verschiedener thermischer Leitfähigkeit umgeben sind, wobei das den Probebehältern zugekehrte Rohr vorzugsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit und das dieses Rohr ummantelnde zweite Rohr gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen soll. Dadurch wird erreicht, daß das innere Rohr ein Abströmen der Wärme aus dem Reaktionsbereich verhindert, während das äußere Rohr eine gute und gleichmäßige Wärmeübertragung des darüber angeordneten Ofens gewährleistet.
• Bedeutung hat die neue Vorrichtung zur Erfassung von Zustandsänderungen, insbesondere chemischer, physikalischer und mineralogischer Art, wobei einmal durch die Temperatur, bei der diese Zustandsänderungen auftreten, qualitativ die Art der untersuchten Substanz und zum anderen durch die Größenordnung der auftretenden Wärmetönungen quantitativ der Anteil der erfaßten Substanz in der Probesubstanz festgestellt werden kann.
• Um-derartigeMessungendurchführen zu konnen, ist es notwendig,- daß eine entsprechende Apparatur eine völlig gleichmäßige Aufheizung der Untersuchungssubstanz gewährleistet. Es. ist weiter erforderlich, daß bei jeder Aufheizung der Untersuchungssubstanz genau dieselben Wärmemengen in den gleichen Zeiträumen zugeführt werden, um ein eichbares Gerät zu erhalten.
• Die neue Vorrichtung befriedigt diese Bedingungen. Durch die Verwendung der vorgesehenen beiden Substanzbehälter wird der Nachteil eines einheitlichen Blockes vermieden, der dadurch entsteht, daß jedesmal mit der Probesubstanz auch die inerte Substanz gewechselt werden mußte. Durch die Trennung in zwei unabhängige Probebehälter braucht die inerte Substanz nur ein einziges Mal eingefüllt und kann dann laufend verwendet werden.
• Dadurch, daß die inerte Substanz ständig gleichbleibt, wird eime wesentliche Fehlerquelle vermieden, weil sich durch Konzentrationsänderungen innerhalb der inerten Substanz, wie sie durch laufendes Auswechseln entsteht, die Vergleichsgrund lage ändert. Durch die Verwendung von gut wärmeleitfähigen dünnen Metallfolien für die Seitenwand der Behälter ist der Bedingung geringer Wärmeaufnahmefähigkeit entsprochen. Die Größe der Lötperle der Thermoelemente läßt sich leicht auf die Größe des Durchmessers dieser erfindungsgemäß zu verwendenden metallischen Behälter abstimmen.
• Da die Behältnisse zur Aufnahme der Proben infolge der erfindungsgemäßen Verwendung von metallischen Baustoffen für die Umrandung klein gehalten werden können, bietet sich auch keine Schwierigkeit, sie gemeinsam in dem Ummantelungsrahmen, der zur Zufuhr der Wärme notwendig ist, unterzubringen, so daß die neue Vorrichtung allen an eine solche Einrichtung zu stellenden Bedingungen gerecht wird.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wie es beispielsweise bei mineralogischen Untersuchungen Verwendung finden kann.
• Das gesamte Element wird in einen elektrischen Röhrenofen eingeschoben. 1 ist das Trägerrohr des Ofens mit der Heizwicklung 2. Als Trägerrohr 1 wird man zweckmäßig ein Rohr aus gut wärmeleitfähigem Baustoff wählen. In dieses Trägerrohr paßt das bereits zum Element gehörende Rohr 3 aus sehr gut wärmeleitfähigem Baustoff. Man kann hierfür Keramik wählen, wie siliciumcarbidhaltige Massen, aber mit dem-gleichen Erfolg auch Metall verwenden. Der Zweck dieses Zwischenrohres 3 besteht ja einzig und allein in der möglichst guten und gleichmäßigen Wärmeübertragung vom Ofen zum Element. In dieses Rohr 3 paßt ein weiteres Rohr 4 aus schlecht wärmeleitendem Baustoff, vorzugsweise Porzellan, um eine Ableitung der Wärme aus der Reaktionszone zu verhindern. Das eigentliche Element, das in diesem Rohr 4 nunmehr untergebracht ist, besteht aus den beiden starr miteinander verbundenen, im Rohr 4 zentrierten Porzellanrohren 5 und 5', die aus gut wärmeleitendem Baustoff, vorzugsweise Platin, gefertigte Hülsen 6 und 6' von etwa 0,02 mm Wandstärke tragen und die so angeordnet sind~ daß sie gerade in der Heizzone liegen. Die Wandung dieser erfindungsgemäß vorgesehenen Hülsen 6 bzw. 6' ist von solcher Stärke gewählt, daß sie gerade genügend mechanische Festigkeit in bezug auf die Aufnahme der Proben usw. aufweist, daß sie aber andererseits möglichst gering an Masse ist, um wenig Wärme aufzunehmen. Nach unten abgeschlossen sind die Hülsen 6 bzw. 6' durch die Abdeckungen 7 und 7' der Porzellanrohre, die einer Wärmeableitung entgegenwirken. In die Hülsen 6 bzw. 6' werden die zu untersuchende Probe und die Vergleichsprobe, die inerte Probe, eingebracht. In ihnen befinden sich die Lötstellen 8 bzw. 8' der Thermoelemente. Diese Lötstellen 8, 8' müssen in ihren Dimensionen gleich sein, wobei ihre absolute Größe so gewählt ist, daß sie-genügend groß ist, um die Wärmetönung der Reaktion zu erfassen, andererseits aber die Trägheit möglichst Idein ist. In dem gewählten Beispiel ist der Perlendurchmesser von etwa I bis I,5 mm bei einem Hülsendurchmesser von 8 bis 9 mm die günstigste Dimension. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Größe des Perlendurchmessers abgestimmt sein muß auf den Durchmesser der den Probebehälter bildenden Hulse, wobei sich ein Verhältniis Perlendurchmesser zu Durchmesser der Hülse etwa I :6 im allgemeinen als das zweckmäßigste ergeben hat. Die eine Lötstelle 8' besitzt in üblicher Weise zwei Ableitungen 9a und 9b, während an der anderen Lötstelle 8 drei Ableitungen IoaJ Iob und Ioc vorgesehen sind. Diese Ableitungsdrähte der Thermoelemente sind möglichst dünn gewählt. Die Schaltung erfolgt nun derart, daß 9b mit Iob kurzgeschaltet ist, die andere Ableitung 9a über ein sehr empfindliches Meßinstrument zur Differenzmessung II mit der entsprechenden Ableitung IOa zur Kompensationsmessung, endlich die dritte Ableitung Ioc über ein Millivoltmeter 12 mit der Ableitung 10a zur üblichen Temperaturmessung geschaltet ist.
• Im einzelnen kann das Thermoelement für Gasdurchgang, für Arbeiten im Vakuum u. dgl. in üblicher Weise ausgerüstet sein.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Vorrichtung zur Durchführung der Differential-Thermo-Analyse unter Verwendung von zwei Probebehältern, dadurch gekennzeichnet, daß diese auf keramischen Trägern ruhen, die auch die Bodenfläche bilden, während die Wandungen aus gut wärmeleitfähigem Baustoff, wie vorzugsweise Platin, geringer Wärmekapazität, vorzugsweise dünner Blechfolie, erstellt sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenlnzeichnet, daß die Substanzbehälter von einem aus Wärme schlecht leitendem Baustoff gefertigten Mantel umgeben sind, der vorzugsweise seinerseits von einem die Wärme gut leitenden weiteren Mantel umschlossen ist.
3. 3. Ausbildung der Vorrichtung nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Lötstelle der an den Probebehältern angeordneten Thermoelemente eine Ableitung vorgesehen ist, so daß eine kombinierte Kompensations- und Direktschaltung der beiden Thermoelemente möglich ist.