JPH0415549A - 熱量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、固体及び液体物質の発熱量を測定する熱量計
の改良に関するものであり、殊に、内槽水温の上昇を発
熱量として直接記録するようにした熱量計において、そ
の測定精度を高めるとともに、その測定操作の簡易化を
計ったものである。

（従来技術及びその問題点） 一般に、固体及び液体物質の発熱量を直接記録するよう
にした熱量計においては、完全燃焼をさせるための圧縮
酸素とともに一定量の試料をポンプ内に封入し、そのポ
ンプを規定量の水を入れた内槽に浸し、その内槽を内槽
水温と同一温度の水を満たした外槽内に置いて断熱し、
ポンプ内の試料を燃焼させ、そのとき生じた熱を内槽水
に伝え、その温度上昇を測定することにより発熱量を求
める。この場合の発熱量は次式によって与えられる。

Ｑ（ｃａｌ、）　＝　［１１（ｇ）　＋　ω（ｇ）］　
Ｘ　ＴＣＣ）Ｑ：発熱量、Ｔ：内槽水の上昇温度、 Ｗ：内槽水量、ω：装置部分の水当量 ここで［１１（ｇ）＋ωケン］は内槽水を含めた装置全
体にかかわる熱容量を表わすのであるから、内槽水を含
む装置全体の全ての熱量吸収因子を包含する係数と定義
して、装置水当量にと定めると、発熱量０は次式で表わ
され、内槽水の上昇温度Ｔとの比例関係で求められる。

Ｑ（ｃａｌ）＝ｋＸＴ（’Ｃ） 装置水当量ｋを特定するためには、熱量標準物質の熱量
基準値を用いて内槽水の上昇温度を測定し、そのときの
内槽水の上昇温度が熱量基準値と当量であるような信号
となるように熱量計装置内の発熱量測定回路を調整する
のであるが、その操作製装置水当量測定と称し、装置の
基準設定の重要な作業の一つとされている。

このような熱量計における発熱量測定では、この装置水
当量にの値が常に一定であることが前提となるが、実際
には、この装置水当量には装置全体の熱容量を表わす係
数であることからも、測定水温など、預り定時の条件の
違いによって変わりうる要素を持っている。もし、何ら
かの原因でその装置水当量の値が変化したとすれば、そ
の求めた発熱量には当然のこととして測定誤差が含まれ
ることになる。しかし、この熱量計ての発熱量測定にお
いては、測定条件の変化に追随して頻繁にその装置水当
量の調整をやり直すことは実用」二無理があり、測定精
度の点で問題があった。

特公昭５９−３４９６６号公報によれば、内槽水温の上
昇を発熱量として直接記録する熱量側の改良として、内
槽に入れる水の温度をいくつかの特定な温度に定め、そ
の特定した水温に対応したそれぞれの発熱量測定回路を
構成して、それぞれの異った水温に於ける装置水当量の
違い髪内槽水の−Ｌ昇温度の違いとしてとらえて補正す
る装置水当量補償装置を設置して、熱量標準物質の熱量
基準値により、それぞれの水温に対応した発熱量測定回
路を、発熱量０：内槽水の上昇湿度Ｔの関係に調整し、
発熱量測定時にはそれらの回路を測定条件に合せて選択
使用することで、装置水当量の変化による測定誤差を排
除するようにした熱量計が提供されている。

しかし、この熱量計で採用されている装置水当量の補償
方法は、測定水温の相違に起因する装置水当量の変動の
みを補償する方法で、装置全体にかかわる全ての熱量吸
収因子を包含する装置氷島よって装置水当量は±２０ｃ
ａｌ程度の範囲内で変化を起こし、求める発熱量には、
なおかつ測定誤差の包含を免れない。このことは特に高
い精度の発熱量測定を実施しようとする場合に大きな障
害となり、再び装置水当量の調整が必要となる。しかし
、この調整にかかわる作業は、装置の内部に構成されて
いる測温ブリッジの一部である抵抗器の抵抗値を可変調
整するのであるから、その操作は煩雑を極め、調整設定
の確実を期すには大変な労力を必要とする。従って、従
来の熱量計においては、正しい発熱の記録を常に維持す
るという点ては未だ改良の余地を残している。

熱量計の装置水当量を設定する場合、測定従事者の技術
程度にもよるが、±］、０ｃａ１以内の設定は至難の技
とされ、一般には、±２０ｃａ　ｌ程度の設定偏差を認
めざるを得ないのが現実であり、低価格製品としての位
置づけと合わせてその対策に苦慮しているのが実情であ
る。発熱量測定においては、場合によっては±３０ｃａ
１以上の測定誤差を生じることもあり、産業構造が高度
化し、±１．０ｃａ１以内の測定精度が必要とされる近
年、その早急な改善が求められている。

（発明の課題） 本発明は前記した従来の熱量計に見られる問題点を解決
し、測定精度の点でさらに改良され、か弓 つ測定操作の容易な熱量計を提供することをその課題と
する。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、測定水温の違いによる装置水当量
の違いを、内槽水の一］二昇温度の測定誤差として補償
する装置水当量補償装置を付設した従来の熱量計に、新
たに、試料の量をはかるための試料自動計量装置と、そ
の試料自動計量装置に連動して作動する装置水当量自動
設定装置を設置して、装置水当量補償装置を設置しても
なおかつ補償しきれない装置水当量の調整設定の難しさ
による装置水当量設定の偏りと、設定後の測定環境の微
妙な変化による装置水当量の変化を、単なる装置水当量
の設定誤差としてとらえて補正し、これにより測定精度
製向上させるものである。

次に本発明の熱量計における補正原理について説明する
。測定開始時の水温の違いによる装置水当量の違いを、
内槽水の上昇温度の測定誤差としてとらえて補償する装
置水当量補償装置を備えた従来の熱量計においては、？
１１１１定開始時の水温にあわせて発熱量測定回路を調
整する操作、すなわち、装置水当量設定操作は、その測
定開始時の水温に対応して、内槽水の上昇温度を測定す
る測温ブリツヂのバランスを調節固定化するということ
であり、内槽水の上昇温度と発熱量との比例関係が確測
定誤差を熱量標準物質の熱量基準値で定量すれば、その
量をその熱量計の補正値として用いることができる。た
だし、この場合の測定誤差は、原因の特定できない影響
による装置水当量の変化で引き起こされる測定誤差であ
るから、その補正を実行する適用範囲は限定する必要が
ある。本発明者が検討した研究結果によると、ポンプ内
で放出する熱量は常にほぼ一定であることが望ましく、
また、装置の構成−ト装置水当量の変化が±２０ｃａｌ
程度までの測定誤差に適用するのがよく、測定誤差がそ
の範囲内であれば、熱量標準物質の熱量基準値で測定誤
差を定量する方法は、十分に適用できることが確認され
ている。

すなわち、本発明によれば、内槽水の上昇温度を発熱量
として直接記録するようにした熱量計において、測定開
始時の水温をあらかじめ定めたいくつかの特定温度に設
定する外槽水温度設定装γ１により設定された水温に対
応して、装置水当量を補償する装置水当量補償装置とと
もに、試料の量をはかるための試料自動計量装置と、そ
の試料自炊に本発明の実施例について、図面により説明
する。

第１図において、１はポンプで、試料を圧縮酸素ととも
に封入して燃焼させるための容器である。

２は内槽で、水が入れられており、試料の燃焼により生
した熱を吸収させるためのものである。３は中間槽で、
空間層をなす。４は外槽で、水が満たされている。５は
内槽水の−１−昇温度を検出する温度検出器で、１７の
内槽水温度測定装置に接続し、そこからの信号は１８の
装置水当量補償装置に送られ、さらに装置水当量自動設
定装置２０に送られる。

また、その装置水当量自動設定装置２０には試料自助計
量装置１９が接続されていて関連しながら作動する。２
１は記録装置で、発熱量を記録する。その、・ト、中間
槽３には電磁弁６が設けられていて、内槽２に厚入管で
連結し、液面継電器８に接続された内槽水量設定用電気
接点７の作用により、外槽から内槽へ規定量の水を導入
する。９．１０は温度検出器であり、１１．１２は撹拌
機である。１３は電磁弁であり、外槽水の温度設定と、
内槽水の温度上昇に外槽水の温度を追随させるために開
閉し、加熱水を注加する。１４は加熱水をたくわえる加
熱水槽である。１５は測定開始時の水温を設定する外槽
水温度設定装置で、温度検出器］Ｏに接続する。また、
１６は外槽水を内槽水の温度上昇に追随させるために作
用する外槽水温度調節装置であり、温度検出器９，１０
に接続する。外槽水温度設定装置１５と外槽水温度調節
装置１６の出力側はともに電磁弁］３につながれ開閉の
信号を送る。

本発明において用いる試料自動計量装置１９は、ポンプ
１に封入する試料の量をはかるとともに、そのひょう量
値を電気信号に変換して、装置水当量自動設定装置２０
へ送る機能を有する。この試料自動計量装置１９からの
信号は、装置水当量設定時Ｗ１８よりの信号を、装置水
当量自動設定装置２０に−おいて単位試料当りの発熱量
値に換算するのに用いられる。その構造は、上記の機能
を発揮できるものであればどのようなものでもよく、例
えば、デジタル出力を持つ慣用の分析用電子天びんによ
り構成することができる。この装置１９の設置により、
従来の熱量計における人手による試料のひょう量作業は
不要となり、試料をひょう置皿の上に置くだけの簡単な
操作で試料のひょう量が自動的に行われるので、ひょう
量値の読み違いなどによる計算違いが防止される。また
、本発明では、この装置１９からの信号を用いて得られ
た単位試料発熱量値は、装置水当量自動設定装置２０に
おいて、同一熱量標準物質の熱量基準値と比較され、こ
れにより装置水当量の補償が行われる。従って、この装
置１９は装置水当量の自動補ｉＥを実現するのに不可欠
なものである。

得られる装置水当量の平均値を設定する機能を有すると
ともに、熱量標準物質の熱量基準値を常に記憶しており
、装置水当量の微少な変化をも即座に検知して自動的に
補正を実行する装置である。

また、この装置２０は、試料自動計量測定装置１９から
の信号に基づき、当位試料当りの発熱量に換算する機能
を有する。

本来、この種熱量計における装置本当Ｅ（設定口、熱量
標準物質の熱量基準値を基にして測定を行い、発熱量測
定回路に設置されている測温ブリッジの一部である抵抗
器の抵抗値を可変調整して、あたかも、その得られた信
号が熱量基準値を示すごとく表示させるのであるが、こ
の調整操作は煩雑なうえ、その設定精度においても熱量
計の持つ再現精度を」二わまわることは不可能であり、
発熱量測定においては、その装置水当量設定時の設定誤
差と、発熱量測定時の測定誤差の累積の危険性を持つこ
とになる。本発明で新たに設置した装置水当量自動設定
装置は、複数回、例えば、５回の装置水当量測定の平均
値により装置水当量を設定する作業の煩雑さに煩わされ
ることなく、その補償行為を実行できる装置である。

この装置水当量自動設定装置２０についてさらに詳述す
る。

この装置は、先ず記憶機能を有するもので、この装置に
は、熱量標準物質の熱量基準値をあらかじめ記憶させる
とともに、また、装置水当量測定に際しては、前記と同
一標準物質試料の測定毎の発熱量値を記憶させる。装置
水当量測定におけるまた、この装置２０は、前記で記憶
された発熱量の平均値とあらかじめ記憶された熱量基準
値を比較し、両者の差を電気信号に変換する機能を有す
る。この電気信号は、装置水当量の補正に用いられるも
ので、測定発熱量値があらかじめ記憶された基準値より
も大きい場合は、それを補償するための負の信号を与え
、一方、その逆の場合には、正の信号を与える。

本発明で用いる装置水当量設定装置２０は、前記機能を
有する既存の電子回路で構成することができる。本発明
では記憶回路や、比較回路、除算回路等を含む通常のコ
ンビ二一夕を用いて容易に構成することができる。

装置水当量補償装置１８は、ブリッジ回路を用いて構成
され、測定開始時の水温の相違に起因する装置水当量の
違いを内槽水の−１−昇温度の違いとして補正するもの
であり、外槽水温度設定装置１５と連動し、外槽水温度
設定装置１５により外槽水温度が設定されると、これと
連動してこの装置水当量の補正値も設定される。このも
のは既知のものであり、特公昭５９−３４９６６号公報
に詳述されている。

温度の差を検知し、この温度差に基づいて電気信号を発
生するものである。このものも既知であり、ブリッジ回
路を用いて構成することができる。この装置１６からの
信号は、電磁弁１３に送られ、これにより電磁弁１３を
開閉し、外槽水温度を内槽水温度に追随させる。

外槽水温度設定装置１５は、測定開始時の外槽水温度を
あらかじめ定めた温度に設定するもので、外槽水温度と
あらかじめ設定された温度の差を検知し、その温度差に
基ついて電気イ＝号を発生するものである。このものも
既知であり、ブリッジ回路を用いて構成することができ
る。この装置１５か水温度設定装置１５を有する熱量計
は、特開昭６０−１７４８号公報に詳述されている。

本発明の熱量計は前記構成であって、この熱量計を操作
するには装置水当量の測定から始めるが、このものは、
まず、装置に示された測定操作の手続きを装置水当量測
定と指示したうえで、熱量標準物質をほぼ１ｇ試料自動
計量装置１９によりはかり取り、ポンプ１に圧縮酸素と
ともに封入し、内槽２に設置した後、外槽４に水を入れ
る。次に、外槽水温度設定装置］５に付設している設定
温度スイッチの中の適当なスイッチを選び、そのスイッ
チを入れる。これによって外槽水温はその特定温度に設
定される。この場合、外槽水温は室温に最も近似した温
度になるように設定する。また、この外槽水温度設定装
置１５には装置水当量補償装置１８が］６ そのとき、その内槽水温度測定装置１７と一体となって
いる装置水当量補償装置１８の作用によりほぼ正しい発
熱量値に変換されるのであるか、その数値が熱量基準値
と比較して±２１．ｃａｌを超えている場合には、操作
を中断し、装置水当量補償装置１８を調整し、再び最初
から操作をやり直す。その数値が±２０ｃａ］以内であ
ったら操作を続ける。装置水当量補償装置１８の信号は
更に装置水当量自動設定装置２０を介して記録装置２１
に送られるが、そのとき、その装置水当量自動設定装置
２０には、試料自動計量装置１９が接続されていること
から、その上昇するが、外槽水温度調節装置１６の自動
温度調節作用により、外槽水の温度は内槽水の温度に追
随変化し、内槽２の有効な断熱作用が行われる。

このときの内槽水の温度上昇は温度検出器５により検出
され、内槽水温度測定装置１７に送られるが、こではそ
の操作を複数回、通常、５回繰り返して行ない、その平
均値を求め、この平均値はその代表値として再度装置２
０に記憶される。そして、その装置水当量自動設定装置
２０には事前に熱量標準物質の熱量基準値が記憶されて
いることから、その基準値と求めた代表値との比較が行
われ、基イ（６値に対してその代表値に増減が認められ
れば、その増減量が定量的に検出され、そのときの熱量
計の装置水当量補正値として、その装置水当量自動設定
装置２０内に設定用意される。

この場合、測定された代表値が基準値より大きいときは
マイナスの、小さいときはプラスの補正符号となる。

量とが近似した量になるように調整する。

その後測定が進み、信号が装置水当量補償装置１８を出
て、装置水当量自動設定装置２０に入り、試料自動計量
装置１９の作用により単位試料当りの発熱量値に換算さ
れた時点で、事前に装置水当量自動設定装置２０に設定
用意されている装置水当量補正値によって自動的に補正
され、記録装置２１に送られて記録され発熱量測定は全
て終了する。

（発明の効果） 本発明の熱量計では以上のように発熱量測定が行われる
が、ここでは作業の殆どが自動操作で行場合、その後の
操作の進行は装置水当量測定のときと同じ経過をたどる
が、そのとき外槽水温度設定装置１５の温度設定スイッ
チは装置水当量測定のときのままでなければならない。

また、ポンプ１に封入する試料は測定する試料に置き替
わるが、その採取する量は、装置水当量測定のときに用
いた熱量標準物質のほぼ１ｇがポンプ１内で燃焼して放
出した熱量と、その試料が燃焼して放出する熱補償装置
ではどう底できなかった微少な測定誤差の補償をも容易
に行うことができ、測定精度においては格段の向上が可
能であり、熱資源の有効利用の点からもその産業的意義
は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱量計の断面説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料をポンプ内で燃焼させ、その発熱を内槽水に
   伝えるとともに、その内槽水温度の上昇に応じて外槽水
   温度を上昇させ、かつ内槽水温度の上昇を電気信号に変
   え、この信号を、測定開始時の水温の相違による装置水
   当量の変動を補償する装置水当量補償装置を介して記録
   装置に送るようにした熱量計において、試料を自動的に
   ひょう量し、これを電気信号に変換する試料自動計量装
   置と、該試料自動計量装置、該装置水当量補償装置及び
   該記録装置のそれぞれと電気的に接続する装置水当量自
   動設定装置を備え、該装置水当量自動設定装置は、該装
   置水当量補償装置からの信号を該試料自動計量装置から
   の信号に基づき単位試料発熱量の信号に変換する手段と
   、この信号を単位試料の発熱量値として記憶する手段と
   、該記憶した複数の単位試料の発熱量値の平均値を算出
   する手段と、該単位試料の発熱量値をあらかじめ記憶さ
   れている該試料と同一の標準物質の熱量基準値と比較す
   る手段と、該比較により得られる両者の値の差を装置水
   当量補償用の電気信号に変える手段と、該装置水当量補
   償用の信号を、該装置水当量補償装置から得られる信号
   に加算する手段から構成されることを特徴とする熱量計
   。