JPH0669749U - Volume measuring device - Google Patents
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- JPH0669749U JPH0669749U JP1068593U JP1068593U JPH0669749U JP H0669749 U JPH0669749 U JP H0669749U JP 1068593 U JP1068593 U JP 1068593U JP 1068593 U JP1068593 U JP 1068593U JP H0669749 U JPH0669749 U JP H0669749U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 データが安定するまでの所要時間が短く、し
かも任意の設定温度のもとに測定が可能な気体容積法に
基づく体積測定装置を提供する。
【構成】 測定用試料室1と膨張室2の構成部材3の温
度を測定する温度センサ4と、構成部材3に共通して直
接取り付けられ、吸発熱が可能な熱交換器5と、温度セ
ンサ4の出力を入力して熱交換器5を駆動することで上
記各室1,2の構成部材3の温度を設定温度に維持する
温度調節回路8を設ける。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a volume measuring device based on the gas volume method, which takes a short time to stabilize data and can perform measurement at an arbitrary set temperature. [Structure] A temperature sensor 4 for measuring the temperature of a constituent member 3 of a measurement sample chamber 1 and an expansion chamber 2, a heat exchanger 5 directly attached to the constituent member 3 and capable of absorbing and generating heat, and a temperature sensor. A temperature adjusting circuit 8 for maintaining the temperature of the constituent members 3 of the chambers 1 and 2 at a set temperature by inputting the output of 4 to drive the heat exchanger 5 is provided.
Description
【0001】[0001]
本考案は気体容積法に基づいて被測定試料の体積を測定する装置に関し、更に 詳しくは、定容積法に基づく体積測定装置に関するもので、例えば密度計等に応 用することのできる装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for measuring the volume of a sample to be measured based on the gas volume method, and more particularly to a volume measuring apparatus based on the constant volume method, which can be applied to, for example, a density meter.
【0002】[0002]
固体の体積を測定する方法として気体容積法と称される方法が知られている。 気体容積法は、気体中の試料によりその試料体積分だけ気体が排除されることを 利用した体積測定法で、検出方法によって定容積法、不定容積法、圧力比較法等 に分類できるが、いずれにおいても、液浸透法等に比して試料の溶解の恐れがな いことから、粉粒体の体積測定に対して有利であるとともに、媒体として気体を 用いているが故に試料の小孔内等にも媒体が確実に入り込み、多孔質の試料に対 しても正確に真の体積を測定できるという利点がある。また、このうち定容積法 で、しかも膨張プロセスを利用するいわゆる定容積膨張法は、ピストン等の可動 部分が不要で、構造も簡単であるという特徴がある。 A method called a gas volume method is known as a method for measuring the volume of a solid. The gas volumetric method is a volumetric measurement method that utilizes the fact that a sample in gas is excluded by the volume of the sample, and can be classified into a constant volume method, an indefinite volume method, a pressure comparison method, etc. depending on the detection method. In addition, since there is no risk of sample dissolution compared to liquid permeation method, etc., it is advantageous for volume measurement of powder and granules, and since gas is used as the medium, it can be used in the small holes of the sample. In addition, there is an advantage that the medium surely enters and the true volume can be accurately measured even in the case of a porous sample. Among them, the constant volume method and the so-called constant volume expansion method, which utilizes the expansion process, are characterized in that they do not require moving parts such as pistons and have a simple structure.
【0003】 定容積膨張法を利用した体積測定装置では、一般に、それぞれ内容積が既知の 測定用試料室と膨張室を設けてこれらを開閉弁を介して接続した構造を採る。測 定に際しては、まずこられの各室の圧力を同一の周囲圧力Pa (通常は大気圧) とする。この状態での膨張室内の気体の状態式は、膨張室の内容積をVEXP 、周 囲温度をTa 、膨張室内の気体のモル数をnE 、気体定数をRとすると、 Pa VEXP =nE RTa ・・(1) となる。A volume measuring apparatus utilizing the constant volume expansion method generally has a structure in which a measurement sample chamber and an expansion chamber each having a known inner volume are provided and these are connected via an on-off valve. In measurement, the same ambient pressure chambers of the pressure is Mazuko P a (usually atmospheric pressure) and. State equation of the expansion chamber of the gas in this state, the inner volume of the expansion chamber V EXP, ambient temperature and T a, the number of moles of n E of the expansion chamber of the gas, when the gas constant and R, P a V EXP = n E RT a ··· (1)
【0004】 次に、開閉弁を閉じた状態で測定用試料室内に被測定試料を収容して、その試 料室内を一定圧力P1 に加圧する。この状態での測定用試料室内での気体の状態 式は、測定用試料室の内容積をVCELL、同室内の気体のモル数をnC 、被測定試 料の体積(未知)をVSAMPとすれば、 P1 (VCELL−VSAMP)=nC RTa ・・(2) となる。Next, the sample to be measured is accommodated in the sample chamber for measurement with the on-off valve closed, and the sample chamber is pressurized to a constant pressure P 1 . In this state, the gas state in the measurement sample chamber is expressed as follows: V CELL is the internal volume of the measurement sample chamber, n C is the number of moles of gas in the chamber, and V SAMP is the volume (unknown) of the test sample. Then, P 1 (V CELL −V SAMP ) = n C RT a ··· (2).
【0005】 その後、開閉弁を開けることにより試料室と膨張室とをつなぐ。これにより系 内の気体は膨張してその圧力がP2 に変化する。この状態での気体の状態式は、 P2 (VCELL−VSAMP+VEXP )=nC RTa +nE RTa ・・(3) となる。(1)〜(3)式から導出される下記の(4)式によって、被測定試料 VSAMPの体積を算出することができる。After that, the sample chamber and the expansion chamber are connected by opening the on-off valve. As a result, the gas in the system expands and its pressure changes to P 2 . State equation of the gas in this state is P 2 (V CELL -V SAMP + V EXP) = n C RT a + n E RT a ·· (3). The volume of the sample V SAMP to be measured can be calculated by the following equation (4) derived from the equations (1) to (3).
【0006】 VSAMP=VCELL−VEXP /(P1g/P2g−1) ・・(4) ただし、P1g=P1 −Pa , P2g=P2 −Pa このような定容積膨張法に基づく体積測定装置においては、気体の状態式を用 いた測定理論である関係上、試料室への気体の導入から膨張室への開放までの間 は、原理的には、各室内の気体を含めて系の温度を一定に保った状態で圧力測定 を行うか、あるいは常に温度を実測して補正を加えて圧力から体積を演算する必 要がある。しかし、実際には周囲温度の変化等により、系全体の温度を一定に保 って測定を行うことは困難であり、また、温度が変化している状態で圧力測定し て、これに補正を加えることも現実的には困難である。V SAMP = V CELL −V EXP / (P 1g / P 2g −1) ··· (4) where P 1g = P 1 −P a , P 2g = P 2 −P a In the volume measuring device based on the expansion method, because of the measurement theory using the equation of state of gas, in principle, the time between the introduction of gas into the sample chamber and the opening into the expansion chamber It is necessary to perform pressure measurement with the system temperature kept constant, including gas, or always calculate temperature and make corrections to calculate the volume from the pressure. However, in reality, it is difficult to keep the temperature of the entire system constant due to changes in the ambient temperature, etc. It is also difficult to add in reality.
【0007】 そこで、従来のこの種の測定装置においては、測定中には温度変化がないもの として取り扱う一方、測定中の温度変化が極力少なくなるように、測定用試料室 と膨張室とを、熱伝導の良好なアルミニウム等の材質からなる一体的なブロック によって形成している。また、被測定試料は、装置とほぼ同一温度とみなし得る 場所において装置との熱平衡を待った後に測定用試料室内に入れる等の対策を採 っている。Therefore, in the conventional measuring apparatus of this type, the sample chamber for measurement and the expansion chamber are treated so that the temperature change during measurement is minimized while the temperature change is treated as if there is no temperature change during measurement. It is formed by an integral block made of a material such as aluminum having good heat conduction. In addition, measures such as placing the sample to be measured in the sample chamber for measurement after waiting for thermal equilibrium with the device at a location where it can be considered that the temperature is almost the same as that of the device.
【0008】[0008]
ところで、各室内の気体を含む系の温度変化は、上記したように測定値の精度 に直接影響を与えるが、その要因として、周囲温度の変化に加えて、試料室の温 度とその内部に収納される被測定試料との温度差や、試料室内に導入される気体 (通常は不活性ガス)との温度差も無視することはできない。従って、測定に際 しては、これらが全て同一の温度になるまで互いに熱平衡を待った後に測定を開 始するか、温度差が存在する状態で測定を始めた場合には安定したデータが得ら れるまで繰り返し測定を行う必要があり、いずれにしても長時間を要することに なる。 By the way, the temperature change of the system containing the gas in each chamber has a direct effect on the accuracy of the measured value as described above.The factor is that in addition to the change of the ambient temperature, The temperature difference between the sample to be measured and the gas introduced into the sample chamber (usually an inert gas) cannot be ignored. Therefore, in the measurement, stable data can be obtained when waiting for thermal equilibrium between them until they all reach the same temperature before starting the measurement or when starting the measurement in the presence of a temperature difference. It is necessary to repeat the measurement until the measurement is completed, and in any case it will take a long time.
【0009】 しかも、装置、被測定試料並びに不活性ガスがそれぞれ同一の温度となって安 定したデータが得られ、そのデータに基づいて体積を算出したとしても、その体 積はこれらが自然に熱平衡に達した温度における体積であり、制御された温度下 での体積ではない。Moreover, even if the apparatus, the sample to be measured, and the inert gas have the same temperature and stable data are obtained, and even if the volume is calculated based on the data, the volume is naturally these. It is the volume at the temperature at which thermal equilibrium is reached, not at the controlled temperature.
【0010】 このことは、熱膨張係数の大きい試料では測定時の温度の違いが測定結果に与 える影響が大きくなることを意味する。 また、この体積測定結果を用いて被測定試料の密度を算出する場合には、その 試料に適用されるJIS等の規格において測定時の温度が規定されていれば、そ の温度に換算しなければならないことになる。ところが、このような換算を行っ た場合には、換算後の値は密度ではなく、比重という物理量になってしまう。こ こで、他の測定法に基づく体積ないしは密度測定方法では、測定時の温度調節が 比較的容易であるため、実際には以上のような換算を極力避け、規格で決まった 温度下で測定が行われる。例えばプラスチックの密度・比重測定は、JIS K 7112に規定されており、方法として密度勾配管法、水中置換法、ピクノメー ター法、浮沈法があるが、いずれも原則として23°Cの状態で密度を測定し、 測定温度がその温度以外の場合には23°Cに換算して比重を求めるように規定 されている。このような他の測定方法と、気体容積法との相関データを得るため には、気体容積法においても23°Cで測定すべきである。換言すれば、プラス チックに限らず、他の試料においても測定時の試料温度を、該当するJIS等の 規格で決まった温度に保持できることが相関データを得る最良の方法であるが、 従来の気体容積法に基づく測定装置ではこのような機能を持ったものはない。This means that in a sample having a large coefficient of thermal expansion, the difference in temperature during measurement has a great influence on the measurement result. Also, when calculating the density of the sample to be measured using this volume measurement result, if the temperature at the time of measurement is specified in the standards such as JIS applied to the sample, it must be converted to that temperature. It will have to be done. However, when such conversion is performed, the converted value is not a density but a physical quantity called specific gravity. Here, in the volume or density measurement method based on other measurement methods, the temperature adjustment during measurement is relatively easy, so in practice, avoid the above conversion as much as possible and measure at the temperature determined by the standard. Is done. For example, the density and specific gravity of plastics are specified in JIS K 7112, and there are the density gradient tube method, the water displacement method, the pycnometer method, and the float-sink method. Is measured, and if the measured temperature is other than that temperature, it is converted to 23 ° C and the specific gravity is determined. In order to obtain correlation data between such other measuring method and the gas volume method, the gas volume method should also be measured at 23 ° C. In other words, the best way to obtain correlation data is to be able to maintain the sample temperature at the time of measurement not only in plastics but also in other samples at the temperature determined by the relevant JIS standards, but the conventional gas No measuring device based on the volumetric method has such a function.
【0011】 本考案はこのような実情に鑑みてなされたもので、データが安定するまでに要 する時間が従来の装置に比して短く、しかも、任意の設定温度での測定が可能な 気体容積法に基づく体積測定装置の提供を目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it takes a shorter time for the data to stabilize than that of a conventional device, and a gas that can be measured at an arbitrary set temperature. The purpose is to provide a volume measuring device based on the volume method.
【0012】[0012]
上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応する図1を参照しつつ説明 すると、本考案の体積測定装置は、被測定試料を収納する測定用試料室1と、こ の測定用試料室1に開閉弁(膨張バルブ)15を介して連通した膨張室2とが、 それぞれ熱伝導の良好な材質からなる構成部材(ブロック)3によって形成され ているとともに、測定用試料室1には不活性ガスを導入するための開閉弁(導入 バルブ)14が設けられてなる気体容積法に基づく体積測定装置において、測定 用試料室1と膨張室2の構成部材3の温度を測定する温度センサ4と、上記各室 の1,2構成部材3に共通して直接取り付けられ、吸発熱が可能な熱交換器5と 、温度センサ4の出力を入力して熱交換器5を駆動することにより上記各室1, 2の構成部材3の温度を設定温度に維持する温度調節回路8を備えていることに よって特徴づけられる。 A configuration for achieving the above object will be described with reference to FIG. 1 corresponding to an embodiment. The volume measuring apparatus of the present invention includes a measurement sample chamber 1 for storing a sample to be measured and a measurement sample chamber 1 for the measurement. An expansion chamber 2 communicating with the sample chamber 1 via an on-off valve (expansion valve) 15 is formed by a constituent member (block) 3 made of a material having good heat conduction. Is a temperature at which the temperature of the constituent member 3 of the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 is measured in a volume measuring apparatus based on the gas volume method, which is provided with an on-off valve (introduction valve) 14 for introducing an inert gas. A sensor 4, a heat exchanger 5 that is directly attached to the first and second constituent members 3 of each chamber in common and capable of absorbing and generating heat, and driving the heat exchanger 5 by inputting the output of the temperature sensor 4. Therefore, the constituent members 3 of the chambers 1 and 2 are Accordingly, it characterized in that it comprises a temperature control circuit 8 to keep the temperature at a set temperature.
【0013】[0013]
測定用試料室1と膨張室2の構成部材3の温度が温度センサ4で測定され、そ の測定結果が設定温度と一致するように構成部材3に直接取り付けられた吸発熱 が可能な熱交換器5が動作する。熱交換器5は、それぞれ熱伝導の良好な材質で 形成された測定用試料室1と膨張室2に共通に取り付けられるから、測定用試料 室1内に入れられる被測定試料Wや同室1内に導入されるガスの温度が、構成部 材3の温度と相違していても、測定用試料室1と膨張室2の温度は短時間で同一 に、かつ、設定温度に到達し、所期の目的を達成できる。 The temperature of the constituent member 3 of the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 is measured by the temperature sensor 4, and heat exchange capable of absorbing and generating heat directly attached to the constituent member 3 so that the measurement result matches the set temperature. The vessel 5 operates. Since the heat exchanger 5 is commonly attached to the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 which are made of a material having good heat conduction, the sample W to be measured and the inside of the same chamber 1 which are put in the measurement sample chamber 1 Even if the temperature of the gas introduced into the chamber differs from the temperature of the constituent member 3, the temperatures of the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 are the same in a short time and reach the set temperature. Can achieve the purpose of.
【0014】[0014]
【実施例】 図1は本考案の基本的な実施例の構造を示す断面図である。 熱伝導の良好な材質、例えばアルミニウム等、からなる1つのブロック3に、 被測定試料Wを収納するための測定用試料室1と膨張室2とが形成されている。Embodiment FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a basic embodiment of the present invention. A measurement sample chamber 1 for accommodating a sample W to be measured and an expansion chamber 2 are formed in one block 3 made of a material having good thermal conductivity, such as aluminum.
【0015】 測定用試料室1には着脱自在のキャップ11が設けられており、被測定用試料 Wは容器12内に収容された状態でこの測定用試料室1内に収納される。また、 測定用試料室1はブロック3に形成された管路31を介してブロック3外の圧力 計13に連通しているとともに、この試料室1は管路32および開閉弁である導 入バルブ14を介してボンベ等の不活性ガス源を接続できるようになっている。The measurement sample chamber 1 is provided with a detachable cap 11, and the sample W to be measured is stored in the measurement sample chamber 1 while being stored in the container 12. The measurement sample chamber 1 communicates with a pressure gauge 13 outside the block 3 through a pipe 31 formed in the block 3, and the sample chamber 1 has a pipe 32 and an inlet valve which is an on-off valve. An inert gas source such as a cylinder can be connected via 14.
【0016】 測定用試料室1と膨張室2とは、ブロック3内の管路33および34、更には 開閉弁である膨張バルブ15を介して相互に連通している。また、膨張室2は管 路35を介して同じく開閉弁である排出バルブ16に接続されている。The measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 are in communication with each other via the conduits 33 and 34 in the block 3 and the expansion valve 15 which is an on-off valve. Further, the expansion chamber 2 is connected to a discharge valve 16 which is also an on-off valve via a pipe 35.
【0017】 前記した圧力計13の出力はA−D変換器(図示せず)を介してマイクロコン ピュータ10に採り込まれ、また、導入バルブ14、膨張バルブ15および排出 バルブ16は、それぞれマイクロコンピュータ10からの制御信号によって所定 のタイミングで開閉するようになっている。The output of the above-mentioned pressure gauge 13 is taken into the micro computer 10 through an AD converter (not shown), and the introduction valve 14, the expansion valve 15 and the discharge valve 16 are respectively provided with a micro. A control signal from the computer 10 opens and closes at a predetermined timing.
【0018】 さて、ブロック3には温度センサ4が装着されているとともに、その一面には そのほぼ全面にわたってペルチェ素子を駆動源とする熱交換器5が直接に取り付 けられている。この熱交換器5のペルチェ素子は、後述する温度調節回路8から の制御信号によって駆動制御される。また、この熱交換器5には吸放熱器6が装 着されており、吸放熱器6の近傍には吸放熱器6に向けて送風するためのファン 7が配設されている。更に、ブロック3の熱交換器5の取り付け部を除く周囲は 断熱材9で覆われている。なお、9aは試料を出し入れするための蓋であって、 この蓋9aも断熱材によって形成されている。A temperature sensor 4 is attached to the block 3, and a heat exchanger 5 having a Peltier element as a driving source is directly attached to one surface of the temperature sensor 4 almost entirely. The Peltier element of the heat exchanger 5 is driven and controlled by a control signal from a temperature adjusting circuit 8 described later. Further, the heat exchanger 5 is provided with a heat sink / radiator 6, and a fan 7 for blowing air toward the heat sink / radiator 6 is disposed in the vicinity of the heat sink / radiator 6. Further, the periphery of the block 3 excluding the mounting portion of the heat exchanger 5 is covered with a heat insulating material 9. Note that 9a is a lid for loading and unloading the sample, and this lid 9a is also formed of a heat insulating material.
【0019】 ペルチェ素子は、流す電流の向きを変えることによりブロック3を加熱または 冷却することができ、従って吸放熱器6は、ブロック3を冷却する場合にはブロ ック3から奪われた熱を周囲に放熱し、加熱する場合には周囲から吸熱する働き をする。The Peltier element can heat or cool the block 3 by changing the direction of the electric current to flow. Therefore, when the block 3 is cooled, the heat absorber 6 dissipates heat absorbed by the block 3. It radiates heat to the surroundings, and when heating, it absorbs heat from the surroundings.
【0020】 温度調節回路8は温度設定器8aを備えているとともに、温度センサ4の出力 を入力しており、温度センサ4による温度検出値が温度設定器8aによる設定温 度と一致するように熱交換器5のペルチェ素子に流す電流の向き並びに大きさを 変化させる。これにより、温度設定器8aによる設定温度に応じて、ブロック3 の温度を周囲温度よりも高くすることも、低くすることもできるようになってい る。The temperature adjusting circuit 8 is provided with a temperature setter 8a and inputs the output of the temperature sensor 4 so that the temperature detection value by the temperature sensor 4 matches the set temperature by the temperature setter 8a. The direction and magnitude of the current flowing through the Peltier element of the heat exchanger 5 are changed. As a result, the temperature of the block 3 can be set higher or lower than the ambient temperature depending on the temperature set by the temperature setter 8a.
【0021】 以上の本考案実施例における測定動作は次の通りである。なお、以下の説明に 記されているPa 等の符号は前述の(1)〜(4)式における符号と対応する。 測定に先立ち、温度設定器8aを操作して測定温度の設定を行う。これによっ て熱交換器5のペルチェ素子並びにファン7が動作し、以降、ブロック3の温度 はその設定温度に一致するよう制御される。The measurement operation in the above embodiment of the present invention is as follows. The symbols such as P a described in the following description correspond to the symbols in the above equations (1) to (4). Prior to the measurement, the temperature setting device 8a is operated to set the measurement temperature. As a result, the Peltier element of the heat exchanger 5 and the fan 7 operate, and thereafter, the temperature of the block 3 is controlled so as to match its set temperature.
【0022】 ブロック3の温度が定常状態となるまで待機した後、まず、断熱材9の蓋9a を開けてキャップ11を取り外し、測定用試料室1内に被測定試料Wの入った容 器12を挿入した後、キャップ11を取り付けて測定用試料室1を密閉する。After waiting until the temperature of the block 3 reaches a steady state, first, the lid 9 a of the heat insulating material 9 is opened, the cap 11 is removed, and the container 12 containing the sample W to be measured is placed in the measurement sample chamber 1. After inserting, the cap 11 is attached to seal the measurement sample chamber 1.
【0023】 次に、膨張バルブ15および排出バルブ16を開放し、圧力計13でPa を測 定する。その状態で導入バルブ14のみを開き、測定用試料室1内を圧力P1 近 傍にまで加圧した後、導入バルブ14を閉じ、平衡状態になるまで待機した後、 正確な圧力P1 を測定する。Next, the expansion valve 15 and the discharge valve 16 are opened, and the pressure gauge 13 measures P a . In that state, only the introduction valve 14 is opened to pressurize the inside of the measurement sample chamber 1 to a pressure near P 1 , then the introduction valve 14 is closed, and after waiting until an equilibrium state is reached, an accurate pressure P 1 is set. taking measurement.
【0024】 次に、膨張バルブ15を開き、測定用試料室1と膨張室2を連通させる。この 状態で圧力が平衡に達すれば、圧力P2 を測定する。その後、排出バルブ16を 開き、測定用試料室1と膨張室2の圧力を大気圧まで戻しておく。Next, the expansion valve 15 is opened to connect the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 to each other. When the pressure reaches equilibrium in this state, the pressure P 2 is measured. Then, the discharge valve 16 is opened to return the pressures of the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 to the atmospheric pressure.
【0025】 以上の本考案実施例の動作によれば、周囲温度の変動があっても、ブロック3 の温度は熱交換器5のペルチェ素子によって常に設定温度に一致するように制御 されることになり、所望温度での体積測定が可能となる。ここで、被測定試料W の温度がブロック3の温度に対して差がある場合には、被測定試料Wを挿入した 後に両者の温度が互いに同一とみなせるまで待つか、データが安定するまで繰り 返し測定を行えばよく、この場合においても被測定試料Wの挿入によるブロック 3の温度変化があっても、ブロック3はペルチェ素子および吸放熱器6並びにフ ァン7によって速やかに設定温度となるように加熱または冷却されるから、被測 定試料Wの温度も速やかに設定温度にまで到達することになる。According to the operation of the embodiment of the present invention, the temperature of the block 3 is controlled by the Peltier element of the heat exchanger 5 so as to always match the set temperature even if the ambient temperature changes. Therefore, the volume can be measured at a desired temperature. Here, if the temperature of the sample W to be measured has a difference from the temperature of the block 3, after inserting the sample W to be measured, wait until both temperatures can be regarded as the same, or repeat until the data becomes stable. It suffices to perform the return measurement, and even in this case, even if the temperature of the block 3 changes due to the insertion of the sample W to be measured, the block 3 quickly reaches the set temperature by the Peltier element, the heat sink / radiator 6 and the fan 7. Since it is heated or cooled as described above, the temperature of the sample W to be measured also reaches the set temperature quickly.
【0026】 次に、本考案の他の実施例について述べる。 図2はその構成を示す断面図であり、この例は先の例から発展させた高精度型 の装置を示している。なお、この図2においては、図1と同一の部材については 同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure, and this example shows a high precision type device developed from the previous example. In FIG. 2, the same members as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0027】 この高精度型の装置は、図1の基本型の構造に加えて、測定用試料室1内に導 入する不活性ガスのための気体熱交換用ブロック300を設けた点と、測定前の 被測定試料Wを待機させておくための待機用試料室100を設けた点を特徴とし ている。In addition to the basic structure shown in FIG. 1, this high precision type apparatus is provided with a gas heat exchange block 300 for an inert gas introduced into the measurement sample chamber 1, It is characterized in that a standby sample chamber 100 is provided for holding the measured sample W before measurement.
【0028】 すなわち、ペルチェ素子を駆動源とする1個の熱交換器5に、測定用試料室1 と膨張室2が形成されたブロック3の他に、不活性ガスの導入バルブ14と不活 性ガス源とに連通する管路300aが形成されたガス熱交換用ブロック300と 、待機用試料室100が形成された待機室用ブロック301を直接取り付けた構 造となっており、これらの各ブロック300および301も、ブロック3と同様 に温度設定器8aによって設定された温度に一致するように温度制御されるよう になっている。That is, in addition to the block 3 in which the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 are formed in one heat exchanger 5 driven by a Peltier element, an inert gas introduction valve 14 and an inert gas are provided. Gas heat exchange block 300 in which a conduit 300a communicating with the reactive gas source is formed, and a standby chamber block 301 in which the standby sample chamber 100 is formed are directly attached. Similarly to the block 3, the blocks 300 and 301 are also temperature-controlled so as to match the temperature set by the temperature setter 8a.
【0029】 なお、ガス熱交換用ブロック300および待機室用ブロック301は、それぞ れブロック3とは熱的に分離した構造とし、また、待機用試料室100の上方部 分にも断熱材製の蓋9bを設けている。The gas heat exchange block 300 and the standby chamber block 301 have a structure that is thermally separated from the block 3, and the upper part of the standby sample chamber 100 is also made of a heat insulating material. Is provided with a lid 9b.
【0030】 このような高精度型の装置の使用方法は、先の例と同様に、測定動作に先立っ て温度設定器8aにより測定温度を設定する。これによって熱交換器5のペルチ ェ素子並びにファン7が駆動し、ブロック3、ガス熱交換用ブロック300およ び待機室用ブロック301の温度がその設定温度に一致するように制御される。 また、この状態で測定用試料室1および待機用試料室100内に、それぞれ被測 定試料Wを収容した容器12を挿入し、各キャップ11を閉じておく。そして、 ブロック3とその内部の被測定試料W、およびブロック300と301の温度が 設定温度に到達したと見なせる時点から、前記した例と同様の手順で測定を開始 する。In the method of using such a high precision type device, the measurement temperature is set by the temperature setting device 8a prior to the measurement operation as in the above example. As a result, the Peltier element of the heat exchanger 5 and the fan 7 are driven, and the temperatures of the block 3, the gas heat exchange block 300, and the standby chamber block 301 are controlled to match their set temperatures. In this state, the container 12 containing the sample W to be measured is inserted into the measurement sample chamber 1 and the standby sample chamber 100, and the caps 11 are closed. Then, from the time when it can be considered that the temperatures of the block 3 and the sample W to be measured inside thereof, and the blocks 300 and 301 have reached the set temperature, the measurement is started in the same procedure as the above-mentioned example.
【0031】 この測定動作において、不活性ガスは導入バルブ14の前段に設けられたガス 熱交換用ブロック300内の管路300aを通過することにより、あらかじめ設 定温度にほぼ近い温度になった状態で測定用試料室1内に導入される。そのため 、固体に比して熱伝導が悪く、測定用試料室1内に導入しても熱平衡に達するま でに時間を要した導入ガスも、短時間に熱平衡に達する。In this measurement operation, the inert gas passes through the pipe line 300a in the gas heat exchange block 300 provided in the preceding stage of the introduction valve 14 to reach a temperature close to the preset temperature in advance. Is introduced into the measurement sample chamber 1. Therefore, the heat conduction is worse than that of a solid, and the introduced gas, which takes a long time to reach the thermal equilibrium even if it is introduced into the measurement sample chamber 1, reaches the thermal equilibrium in a short time.
【0032】 また、1つの試料の測定を終わった後には、待機用試料室100内の被測定試 料Wを測定用試料室1内に移替えるとともに、更に他の試料を待機用試料室10 0内に挿入した後、測定を開始する。これにより、先の試料の測定中に次の試料 がブロック3の温度、つまり設定温度に到達することになり、測定動作を開始し た直後から安定したデータが得られる。After the measurement of one sample is completed, the measured sample W in the standby sample chamber 100 is transferred to the measurement sample chamber 1 and another sample is further placed in the standby sample chamber 10 After inserting into 0, measurement is started. As a result, the next sample reaches the temperature of the block 3, that is, the set temperature during the measurement of the previous sample, and stable data can be obtained immediately after the measurement operation is started.
【0033】 なお、図2の例では、1個の熱交換器5でブロック3,300および301を 同一の温度に制御しているとともに、ブロック3に対してはブロック300およ び301を熱的に分離している。その理由は、温度差の大きな不活性ガスの導入 や、次測定用試料の収納が、ブロック3に悪影響を及ぼすことを避けるためであ る。しかし、必ずしもこのような構成を採らずとも、全体を一体的なブロックで 構成しても、そのブロックの熱容量が大きければデータに与える影響は少ない。 逆に、図2の例および図1の例を含めて、測定用試料室1と膨張室2を個別のブ ロックによって形成し、これらを1個の熱交換器5に直接取り付けても、ほぼ同 様な作用効果を得ることができる。In the example of FIG. 2, one heat exchanger 5 controls the blocks 3, 300 and 301 to the same temperature, and the blocks 300 and 301 are heated with respect to the block 3. Separated. The reason is that the introduction of an inert gas with a large temperature difference and the storage of the sample for the next measurement do not adversely affect the block 3. However, even if such a configuration is not necessarily adopted, even if the entire block is configured as an integrated block, if the heat capacity of the block is large, the influence on the data is small. On the contrary, including the example of FIG. 2 and the example of FIG. 1, even if the measurement sample chamber 1 and the expansion chamber 2 are formed by separate blocks and these are directly attached to the single heat exchanger 5, The same effect can be obtained.
【0034】 また、測定用試料室1の容積の較正は、従来と同様にして空の容器12を収納 した状態でその内部にガスを導入して行うが、図2の実施例のように複数の容器 12を用いる場合には、あらかじめ個々の容器を用いて試料室1の容積を較正し ておき、測定時に用いられる容器に対応した数値を使用して演算を行えば問題な い。Further, the volume of the measurement sample chamber 1 is calibrated in the same manner as in the prior art by introducing a gas into the empty container 12 in a state of being housed therein. When using the container 12 described above, it is no problem if the volume of the sample chamber 1 is calibrated in advance using individual containers and the calculation is performed using the numerical value corresponding to the container used at the time of measurement.
【0035】 次に、以上の各実施例に用いられる熱交換器5の構成例について述べる。 図3にその一例を示す。この例では、複数のペルチェ素子51を、熱伝導の良 好な例えばアルミニウムまたは銅などで作られたプレート52および53で挟み 込み、熱伝導の悪いプラスチックなどでできたネジ54によって固定した構造を 採っている。そして、例えばプレート52をブロック3、あるいは300ないし 301に直接固定し、プレート53には吸放熱器6を固定する。Next, a configuration example of the heat exchanger 5 used in each of the above embodiments will be described. FIG. 3 shows an example thereof. In this example, a structure in which a plurality of Peltier elements 51 are sandwiched by plates 52 and 53 made of, for example, aluminum or copper having good heat conduction and fixed by screws 54 made of plastic having poor heat conduction is used. I am collecting. Then, for example, the plate 52 is directly fixed to the block 3 or 300 to 301, and the heat sink / radiator 6 is fixed to the plate 53.
【0036】 ペルチェ素子51は、P型半導体とN型半導体を組み合わせたもので、電流の 向きによって一方の表面側を冷却または加熱することができる。従って、この素 子51への電流の向きを変えることにより、プレート52側を加熱・プレート5 3側を冷却、あるいは、プレート52側を冷却・プレート53側を加熱、のいず れかを選択することができる。The Peltier element 51 is a combination of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, and can cool or heat one surface side depending on the direction of the current. Therefore, by changing the direction of the current to the element 51, either the plate 52 side is heated and the plate 53 side is cooled, or the plate 52 side is cooled and the plate 53 side is heated, whichever is selected. can do.
【0037】 なお、ペルチェ素子51の数は、制御対象部の熱容量と目標温度によって決定 すればよい。 また、測定用試料室1内に導入されるガスの温度制御については、図2に示す ような内部にガスを通す管路300aを形成したガス熱交換用ブロック300ほ か、例えば図4に示すような構造を採用することができる。The number of Peltier elements 51 may be determined according to the heat capacity of the controlled object and the target temperature. Further, regarding the temperature control of the gas introduced into the measurement sample chamber 1, a gas heat exchange block 300 having a pipe line 300a formed therein as shown in FIG. 2 is shown, for example, shown in FIG. Such a structure can be adopted.
【0038】 この図4の例では、熱伝導の良好な材質からなる円筒ブロック400を熱交換 器5に密着して取り付けておき、その円筒ブロック400の周囲にガスを通過さ せて導入バルブ14に導くための、熱伝導の良好な材質からなるパイプ401を 密着巻回した構造としている。In the example of FIG. 4, a cylindrical block 400 made of a material having good heat conduction is closely attached to the heat exchanger 5, and a gas is passed around the cylindrical block 400 to introduce the introduction valve 14. A pipe 401 made of a material having good heat conductivity is closely wound to guide the wire.
【0039】 なお、以上の各実施例では、熱交換器5として、内部に駆動源となるペルチェ 素子を有するものを使用したが、本考案はこれに限定されることなく、装置外部 で温度制御された熱媒体を用いてブロック3、あるいはそれに加えてブロック3 00および301の温度制御を行ってもよい。この場合、各ブロックにその熱媒 体を通過させる管路を形成するか、あるいは先の各例で示した熱交換器5の取り 付け位置に、熱媒体を流す管路を持つ別の部材を取り付けるように構成すればよ い。In each of the above embodiments, the heat exchanger 5 having a Peltier element as a driving source is used as the heat exchanger 5. However, the present invention is not limited to this, and the temperature control is performed outside the device. The temperature control of the block 3 or the blocks 300 and 301 in addition thereto may be performed by using the heat medium thus prepared. In this case, a pipe for passing the heat medium is formed in each block, or another member having a pipe for flowing the heat medium is attached to the mounting position of the heat exchanger 5 shown in each of the above examples. It can be configured to be attached.
【0040】[0040]
以上説明したように、本考案によれば、それぞれ熱伝導の良好な材質からなる 構成部材によって形成された測定用試料室と膨張室とに、吸発熱が可能な共通の 熱交換器を直接取り付けるとともに、測定用試料室並びに膨張室の構成部材の温 度測定結果を導入して、その温度が設定温度となるように上記の熱交換器を制御 する温度調節回路を設けたから、粉粒体等の真の体積を求めるのに最も適した気 体容積法に基づく体積測定装置において、測定温度を任意温度に設定することが 可能となり、従来のこの種の装置のように周囲温度を制御する場合に比して、低 コストのもとにより高精度の測定温度制御を短時間で行うことが可能となった。 As described above, according to the present invention, the common heat exchanger capable of absorbing and generating heat is directly attached to the measurement sample chamber and the expansion chamber, which are formed by the constituent members made of the material having good heat conduction. At the same time, the temperature measurement results of the components of the measurement sample chamber and expansion chamber were introduced, and a temperature control circuit was installed to control the heat exchanger so that the temperature would reach the set temperature. In the volume measuring device based on the gas volume method, which is the most suitable for obtaining the true volume of, it is possible to set the measurement temperature to an arbitrary temperature and control the ambient temperature like the conventional device of this type. Compared with the above, it has become possible to perform highly accurate measurement temperature control in a short time at low cost.
【0041】 また、測定途中においても装置温度が設定温度に維持されるため、試料の密度 測定に用いる場合には、少数点以下4桁程度の精度を有する従来から使用されて いる密度勾配法と同等の精度での測定を短時間で行うことが可能となった。その 結果、品質管理に用いる場合には製造ラインへのフィードバック時間が短縮化さ れ、製造の品質を向上させることが可能となった。Further, since the device temperature is maintained at the set temperature even during the measurement, when used for the density measurement of the sample, the density gradient method which has been used conventionally and has an accuracy of about 4 digits below the decimal point is used. It has become possible to perform measurements with equivalent accuracy in a short time. As a result, when used for quality control, the feedback time to the production line was shortened, and it became possible to improve the quality of production.
【図1】本考案の基本的な実施例の構造を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a basic embodiment of the present invention.
【図2】本考案の高精度型の実施例の構造を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a high precision type embodiment of the present invention.
【図3】本考案に用いることのできる熱交換器5の構成
例の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration example of a heat exchanger 5 that can be used in the present invention.
【図4】図2の実施例に適用可能なガス用熱交換部の構
成例の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of a configuration example of a gas heat exchange section applicable to the embodiment of FIG.
1 測定用試料室 2 膨張室 3 ブロック 4 温度センサ 5 熱交換器 6 吸放熱器 7 ファン 8 温度調節回路 8a 温度設定器 9 断熱材 10 マイクロコンピュータ 13 圧力計 14 導入バルブ 15 膨張バルブ 16 排出バルブ 100 待機用試料室 300 ガス熱交換用ブロック 301 待機室用ブロック 1 Measurement Sample Chamber 2 Expansion Chamber 3 Block 4 Temperature Sensor 5 Heat Exchanger 6 Heat Sink / Dissipator 7 Fan 8 Temperature Control Circuit 8a Temperature Setting Device 9 Insulation Material 10 Microcomputer 13 Pressure Gauge 14 Introduction Valve 15 Expansion Valve 16 Discharge Valve 100 Standby sample chamber 300 Gas heat exchange block 301 Standby chamber block
Claims (1)
この測定用試料室に開閉弁を介して連通した膨張室と
が、それぞれ熱伝導の良好な材質からなる構成部材によ
って形成されているとともに、上記測定用試料室には不
活性ガスを導入するための開閉弁が設けられてなる気体
容積法に基づく体積測定装置において、上記測定用試料
室と膨張室の構成部材の温度を測定する温度センサと、
上記各室の構成部材に共通して直接取り付けられ、吸発
熱が可能な熱交換器と、上記温度センサの出力を入力し
て上記熱交換器を駆動することにより上記各室の構成部
材の温度を設定温度に維持する温度調節回路を備えてい
ることを特徴とする体積測定装置。1. A sample chamber for measurement that stores a sample to be measured,
In order to introduce an inert gas into the measurement sample chamber, the expansion chamber communicating with the measurement sample chamber via an on-off valve is formed by constituent members made of materials with good heat conduction. In the volume measuring device based on the gas volume method provided with the on-off valve, a temperature sensor for measuring the temperature of the constituent members of the measurement sample chamber and the expansion chamber,
The temperature of the constituent members of each chamber is directly attached to the constituent members of each chamber and capable of absorbing and generating heat, and driving the heat exchanger by inputting the output of the temperature sensor. A volume measuring device, comprising a temperature adjusting circuit for maintaining the temperature of the liquid at a set temperature.
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JPS4843366A (en) * | 1971-10-01 | 1973-06-22 | ||
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1993
- 1993-03-12 JP JP1993010685U patent/JP2570138Y2/en not_active Expired - Fee Related
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