JPS61217740A - 固液変態の変態圧力測定方法及び測定装置 - Google Patents

固液変態の変態圧力測定方法及び測定装置

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JPS61217740A
JPS61217740A JP5874385A JP5874385A JPS61217740A JP S61217740 A JPS61217740 A JP S61217740A JP 5874385 A JP5874385 A JP 5874385A JP 5874385 A JP5874385 A JP 5874385A JP S61217740 A JPS61217740 A JP S61217740A
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北川 一男
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、単一物質系または混合物質系に対して加圧ま
たは減圧等の圧力変化を与えたときに生じる固液変態に
おいて、その変態圧力を測定する方法並びに装置に関す
るものである。
[従来の技術] 共晶体を形成する混合物あるいは固溶体を形成する混合
物、更にはその他色々の形態及び混合比で存在する混合
物を相互に分離する技術として。
本発明者等は圧力を変数とする晶析法を開発し発展させ
てきた。しかるに圧力晶析の工業化研究を更に押し進め
ていくに当たっては、変態圧力(液相、固相間の相変化
圧力)を高精度に測定しておくことが非常に重要である
ことが分かった。
ところで変態圧力の測定は、原理的には、一定温度にお
ける「系内圧力と被測定物質体積の相関的変化」又は「
系内圧力と被測定物質電気抵抗の相関的変化」などの様
に被測定物質が置かれている系における圧力と被測定物
質の物理量の相関的変化を測定することによって決定す
る。以下1体積変化に注目する場合を例に挙げて説明す
る。
第4図は共晶体を形成する2以上の成分が液相状態で共
存する系を対象とし、これを加圧することによって、液
体中の1次分(以下特定成分という)が圧力P、で固化
を開始し、更に加圧することにより圧力Peで共晶が生
じるような系における圧力一体積関係の模式図であり、
図中に太幅の曲線で示したのは無限大時間が与えられた
ときの熱平衡線図である。尚全量が固化したものから出
発しこの曲線に沿って減圧すると、圧力Peで共晶が融
解し、圧力Piで上記特定成分の固相が全量融解する。
このような圧力re、Plは温度依存性を有するもので
あるから、温度を正しく一定にしておかないとこの正確
な曲線を得ることはできない。
第5図はこのような測定を行なう為の従来装置の一例を
示す、この装置を用い、バルブ2を開放して圧力調整器
1で油圧管3内の圧力を調整すると、水#14を介して
試料室5内の圧力が調整され同室5内に注入されている
液状被測定物質は希望する圧力を受けることになる。尚
図中の6は圧力計、7な恒温槽、8は高圧容器、9は熱
媒体、10は攪拌器、11は熱電対、12は水銀頭頂検
出器を示す、こうして圧力を第4図のA、まで1げて、
バルブ2を閉じる。液状の被測定物質は前記昇圧に伴う
圧縮熱で昇温するが、高圧容器8及び熱媒体9を通して
次第に放熱していき、長時間後には放熱の効果としての
熱収縮によって圧縮力が緩和され、それに伴って試料室
5内の圧力も幾分低下し、第4図のB、に達する0次い
でバルブ2を開き、圧力調整器1の作用によって再びA
2まで加圧する。ここで−6固化が始まるが、A 1−
1−81の移行と同様に放熱並びにこれに伴う減圧を行
なって全量液相のB2に達する。以下同様の操作を繰返
していくが、いったん固相が生じると発熱量が大きくな
り放熱によって安定温度域へ達する迄には相当長時間を
要する。モしてB3以後は、「1次分の固相と残りの液
相との平衡域」線上に沿って加圧による発熱とその後の
放熱とを繰返すが、共晶の固液平衡域である13tt以
後も長時間をかけて操作を継続し、また測定も継続する
。この間例えば第5図において圧力計6にる圧力の測定
と水銀頭頂側定器12による水銀頭の変位を同時に測定
していくと、B1 。
B2+・・・・・・といった各点において圧力と被測定
物質(以下単に試料と言うこともある)の体積変化の関
係が把握され、それに伴って圧力Pl、Peなどの値が
決定される。
一方試料を非常に高い圧力に加圧した後徐々に段階的に
減圧していく場合においても同様の結果が得られる。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、上記の測定手順にあっては放熱を待つという待
機時間が必要であり、しかもこれを何度も繰返すので全
体として非常に長い時間がかかってしまう、特に高圧容
器は堅固な構成に仕上げられているため熱容址が大きく
、試料のわずかな発熱による容器の昇温量は限られてく
るから、温度のわずかな違いであってもその影響すると
ころは大きく、恒温槽との熱平衡が十分達成されるまで
待たなければならない、即ち待ち時間を節約すると、B
1 、B2 、B3・・・・・・の圧力測定時の温度が
不安定になり、第4図の曲線の測定精度が低下する。測
定の経過概念は第6図に示す、このような事情がある為
P1.Peの測定については非常に長時間が必要であり
、かつこれが試料の状態によって変わってくるので、測
定者がはりついておかなければならないという不便があ
った。またこのようなPl、reなどは、温度を変え更
には試料の組成を変えて測定しなければならないことが
多いので、膨大な日数を必要とする。しかもこの様な通
常の測定は圧力を測定すること自体で熱的平衡を推定し
つつ平衡圧力を測定しようとするものであった為、この
意味においても測定精度上の問題を内包することとなっ
ていた0本発明はこのような事情を考慮してなされたも
のであって、測定時間を全体的に短くすることのできる
測定方法並びに装置を提供する目的でなされたものであ
る。
[問題点を解決する為の手段] 本発明は、圧力を変数とすることによって、液相から固
相へ、又は固相から液相へ変態する物質あるいは混合物
の変態圧力を測定する方法において 高圧容器内試料室に保持された被測定物質を任意の圧力
中で段階的に加圧又は減圧する工程、前記加圧操作また
は減圧操作によっである圧力に至った段階で系外からの
加圧操作又は減圧操作をいったん中断する工程 前記段階的加圧又は減圧にともなう被測定物質の昇温又
は降温などの温度変化が、放熱又は吸熱によって所定温
度に達したことを、前記試料室内に配置され被測定物質
の温度を直接測定し得る測温器によって確認する工程 上記所定温度における被測定物質の物理量と試料室内の
圧力の関係を確認する工程 前記確認後に系外からの加圧操作または減圧操作を再開
することによって前記試料室内を段階的に加圧又は段階
的に減圧する工程 を含む点にその要旨が存在する測定方法と、被測定物質
を保持する圧力容器 信号を受けて、所定の圧力中の加圧又は減圧を行なわし
める圧力調整装置 圧力容器内の被測定物質温度を直接検出し得る温度計 圧力容器を所定温度に保持する恒温槽 被測定物質の圧力を指示する圧力計 被測定物質の物理量を検出する検出器 を含む点に要旨が存在する測定装置を提供するものであ
る。
[作用] 本発明のもっとも重要なポイントは、高圧容器の内部で
あって直接試料に接する位置に温度検出器を入れて測温
する様にした点に存在する。この結果圧力の変化および
その後の必要な待ち時間にともなう温度の変化は、温度
指示値から明瞭に検知されることになった。
第1図は本発明の測定経過を示すグラフであり、同図に
おける一定温度は、必ずしも恒温槽の温度と一致する必
要はなく、例えば恒温槽の温度Toよりもやや高い温度
T、に達した時に、次の加圧を行なうようにすれば、非
常に短時間に測定を進行させていくことができる。その
様子を第1図の点線B′、A′2 、B′2 、 A 
’3 、・・・・・・で示した。
このようにしていけば第4図に示した圧力と体積減少の
関係は、温度Toのときの値ではなく、温度T、のとき
の値となる。即ち全測定時間を通じて試料の温度がT、
になったことを確認した上でその時の圧力を測定し、か
つその時の体積を確認しその後で圧力を変化させていく
ので、恒温槽との熱平衡を待たなくとも温度Tiにおけ
る圧力を非常に正確に測定できることになる。この結果
、第4図の曲線を正確に描けるのでP、およ、びPeな
どの正確な圧力の推算が可能となる。恒温槽の温度To
と検出の目標温度T1との差は任意に定めればよく、例
えば0.01℃、0.1℃あるいは0.5℃といったよ
うに全測定時間を通じて一定にしておく、但し精密な測
定をするためには、この温度差を小さくすることが好ま
しいことは言うまでもない、逆に言えばやや精度を落し
ても急速に測定する必要がある時は、この温度差を大き
くするとよい。
又T1はToとの温度差として与える必要がなく、これ
は本発明の特徴点の1つである。即ち従来法では恒温槽
の温度を正しく一定に保つため(例えば±0.01℃)
、非常に高価な恒温槽を必要としていた。しかし本発明
では前記の様に設定した一定温度T1は、試料自体の温
度T1であるため、恒温槽の温度について若干の誤差や
変動が生じても測定にはほとんど関係がない0例えば、
加圧後の温度(A’3)から冷却されて、B’3に達す
る時間に若干の変化が生じるだけであり、高価な恒温槽
を使用しなくとも本発明の目的を達成することは可能で
ある。
[実施例] 第3図は、上記操作を実行するための変態圧力検出装置
の一例である。高圧容器8内の試料室5には被測定対象
試料が装入される。試料は、増圧器13によりピストン
を介して加・圧又は減圧されるが、その圧力変更は、バ
ルブ6を開くと共に圧力調整器1を操作することによっ
て行なわれる。
高圧容器8には試料室内温度を直接測定できる温度計(
例えば熱電対)17が設置されている。この図では、試
料室5内を増圧器13の低圧側で検出して高圧力に換算
しているが、もちろん高圧容器8内圧力を直接測定して
もよい、又試料の物理量変化の検出としては、ピストン
の変位計14を用いて体積変化を検出しているが、第5
図に示した水銀頭頂検出器12を用いて体積変化を測定
してもよい、又体積変化に限らず固液変態を検知し得る
他の物理量が測定されてもよく、この点は更に後述する
。検出された圧力および温度は記録計に記録され、又は
計算器に記憶される。
物理量の変化としては、上記体積変化の他、電気抵抗変
化をはじめ種々の物理量の変化が利用できる。又段階的
圧力変化に当たって観測される単位圧力変化当たりの昇
温量又は放熱時間も有効な物理量変化の情報であり、こ
れを利用する場合は、測温器が物理量検出器を兼ねるこ
とができる。−例として温度変化を利用して物理量変化
を検知する場合について更に詳細に述べる。
液相圧縮、固相圧縮、変態の進行におけるそれぞれの段
階は、圧力変化光たりの発熱量によってそれぞれ明瞭に
区別される。貨って2段階的加圧(ΔP)前後の温度変
化(ΔT)を測定して、ΔT/ΔPを計算し、ΔT/Δ
Pの値と圧力の絶対値の関係が不連続になった点が固液
変態開始圧力(又は全量融解圧力)更には共晶発生(融
解)圧力であると判断することができる。一般に固液共
存状態から、全量固体への移り変りは、第4図に示した
体積変化の場合と同様連続的様相を見せることが多い、
従ってΔT/ΔPによって判定する法においては、本段
階的圧力変化前の温度T。
(又はTi)の他に、所定の段階的圧力(ΔP)とこの
圧力変化にともなう温度変化量(測定は第1図における
、B′l→a12 、B’2→A’3等)も測定記録す
ることになるが、当然この方法も本発明の範囲に含まれ
る。この場合は温度の測定自体が物理量の測定と解され
る。尚すでに述べた通り、試料温度を直接測定する熱電
対等の測温器を備えているので、ΔT/ΔPを計算機そ
の他の方法で算出するのは、技術的に特別の困難を伴う
ものではない、その他、比抵抗による方法、超「波によ
る方法などもあるが、いずれの測定方法であっても固液
変態の現象を把握しうる手法であれば全て本発明に適用
し得る。
次に上記装置の使用による測定手段について説明する。
第6図に戻って、OA 1 、B i A 2 + B
 2A3  、・・・・・・など各操作における昇圧量
をΔPL。
ΔP2 、ΔP3  、・・・・・・で表わす、まず圧
力調整器lによりOAlの如くΔF、の加圧をし第3図
のバルブ2を閉じる。加圧によっていったん昇温するが
、放熱により、第1図のA、Biの如く降温し、内部の
温度は低下する。こうして温度T、のレベルに達した時
点で、圧力値を読取り、この値よりΔP2だけ高い圧力
になるように、再びバルブ2を開くと共に圧力調整器l
を操作し、高圧容器8内の試料を加圧する。加圧後は、
バルブ2を閉じて再び熱の安定を待つ、以下同様な操作
を行なう、このようにして、第6図B、、B2 。
B3・・・・・・における圧力は、全て計算器又は記録
計に記録される。もちろんこの測定の間におけるピスト
ンの挙動も記録されているから、結果的に第4図の曲線
が得られ該曲線に基づいてPI、Peが検知される。
尚上記操作は、全てを自動的に行なうこともでき、この
時は次に記載する方法で行なう、即ち温度がTiに下降
したときに、第3図の制御装置15を通じてバルブ2を
開き、バルブ開放直前に読取った圧力値に対して、あら
かじめ設定した圧力差ΔPiの変化を、圧力調整器lに
よって与える0次いで圧力計がΔPiの圧力変化を検知
した時点でバルブ2を閉じる。モして昇圧により上昇し
た温度が再びT1まで下降したときにバルブ2が再び開
く様にしておき、以下同様の操作を繰返していく、温度
T、まで降下した時点における圧力や変位についての記
録並びに処理は既に述べた通りに行なえば良い。
上記第3図の説明および自動化の操作は、高圧力を直接
的に調整しようとする第5図の様な装置であっても全く
同様に行なうことができる。第7図は更に別の実施例装
置に係る圧力容器の説明図で、高圧容器8を望むピスト
ン20の上端に、ピストン押し具18を接続し、ピスト
ン押し具18を保持体の上部に回転自在に螺合している
。従ってピストン押し具18の回転角を測定すれば、容
積変化値を判断することができる。尚装置的に見れば各
測定量の記憶装置や作動開始又は中止の為の信号装置更
には各種制御装置を組合わせて使用し得ることは言うま
でもない。
また第1図の曲線を、上記と逆に高圧側から出発して段
階的に減圧することによって得ようとする場合であって
も同様の考え方に従って行なえば良い、このときは、圧
力媒体の一部を所定量漏洩させる機能を圧力調整器lに
与えることで対処すれば良く、この場合の温度挙動は第
2図に示す通りとなる。
[発明の効果] 本発明は」二記の様に構成されているので、従来法に比
べて温度観察の時間が大幅に短縮されるようになった。
即ち一定温度に到達しさえすれば次の加圧または減圧ス
テップに移ることができ、一定温度での測定を高精度且
つ短時間内に行なうことができる。又恒温槽の温度変化
による影響も少なく、更に自動化への途も開かれた。
【図面の簡単な説明】
第1.2図は本発明を実施するときの温度変化と時間経
過の関係を示す操作線図、第3図は本発明方法を実施す
る為の装置を例示的に示す説明図、第4図は圧力変化と
体積減少の関係を示す操作線図、第5図は従来法で使用
されている装置の一例を示す説明図、第6図は、第4図
の関係を圧力変化と時間経過の関係で整理し直した操作
線図、第7図は他の実施例装置に係る要部説明図である

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧力を変数とすることによって、液相から固相へ
    、又は固相から液相へ変態する物質あるいは混合物の変
    態圧力を測定する方法において高圧容器内試料室に保持
    された被測定物質を任意の圧力巾で段階的に加圧又は減
    圧する工程、前記加圧操作または減圧操作によってある
    圧力に至った段階で系外からの加圧操作又は減圧操作を
    いったん中断する工程 前記段階的加圧又は減圧にともなう被測定物質の昇温又
    は降温などの温度変化が、放熱又は吸熱によって所定温
    度に達したことを、前記試料室内に配置され被測定物質
    の温度を直接測定し得る測温器によって確認する工程 上記所定温度における被測定物質の物理量と試料室内の
    圧力の関係を確認する工程 前記確認後に系外からの加圧操作または減圧操作を再開
    することによって前記試料室内を段階的に加圧又は段階
    的に減圧する工程 を含むものであることを特徴とする固液変態の変態圧力
    測定方法。
  2. (2)圧力を変数とすることによって、液相から固相へ
    、又は固相から液相へ変態する物質あるいは混合物の変
    態圧力を測定する装置であって、被測定物質を保持する
    圧力容器 信号を受けて、所定の圧力巾の加圧又は減圧を行なわし
    める圧力調整装置 圧力容器内の被測定物質温度を直接検出し得る温度計 圧力容器を所定温度に保持する恒温槽 被測定物質の圧力を指示する圧力計 被測定物質の物理量を検出する検出器 を含むものであることを特徴とする固液変態の変態圧力
    測定装置。
JP5874385A 1985-03-22 1985-03-22 固液変態の変態圧力測定方法及び測定装置 Granted JPS61217740A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4927270A (en) * 1987-11-18 1990-05-22 Bonnard John A Method of and apparatus for determining melting points
US6604852B1 (en) * 2000-12-09 2003-08-12 Halliburton Energy Services, Inc. High pressure brine crystallization point apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4927270A (en) * 1987-11-18 1990-05-22 Bonnard John A Method of and apparatus for determining melting points
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