RU136894U1 - DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES Download PDFInfo
- Publication number
- RU136894U1 RU136894U1 RU2013135058/28U RU2013135058U RU136894U1 RU 136894 U1 RU136894 U1 RU 136894U1 RU 2013135058/28 U RU2013135058/28 U RU 2013135058/28U RU 2013135058 U RU2013135058 U RU 2013135058U RU 136894 U1 RU136894 U1 RU 136894U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase transition
- tank
- fan
- radiator
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Устройство для измерения температур фазового перехода, преимущественно рабочих веществ термоэлектрических генераторов, содержащее измерительную схему, соединенную через аналого-цифровой преобразователь с электронно-вычислительной машиной, термостат, заполненный водой, в нижней части которого расположен нагреватель, отличающееся тем, что оно снабжено блоком термоэлементов с электрическими выводами, емкостью с исследуемым рабочим веществом, теплопередающими пластинами, радиатором с вентилятором, при этом электрические выводы блока термоэлементов соединены с измерительной схемой, блок термоэлементов имеет верхнюю и нижнюю поверхность, которые контактируют, соответственно с радиатором, обдуваемым вентилятором, и с крышкой емкости, причем на крышке емкости закреплены теплопроводящие пластины, погруженные в исследуемое рабочее вещество, испытывающее фазовый переход, а емкость с исследуемым рабочим веществом размещена в термостате, заполненном водой.A device for measuring phase transition temperatures, mainly working substances of thermoelectric generators, containing a measuring circuit connected via an analog-to-digital converter with an electronic computer, a thermostat filled with water, in the lower part of which there is a heater, characterized in that it is equipped with a thermocouple block with electrical leads, a container with a test substance, heat transfer plates, a radiator with a fan, while the electrical leads of the unit thermocouples are connected to the measuring circuit, the thermocouple block has an upper and lower surface, which contact, respectively, with a radiator, blown by a fan, and with the lid of the tank, moreover, heat-conducting plates immersed in the test substance undergoing a phase transition are fixed on the cover of the tank, and the tank with the investigated working substance is placed in a thermostat filled with water.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения температуры фазовых переходов и выбора рабочих веществ при разработке термоэлектрических генераторов.The utility model relates to measuring technique and can be used to measure the temperature of phase transitions and the choice of working substances in the development of thermoelectric generators.
Аналогом является дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК), который может быть использован для измерения температур фазовых переходов и их анализа (Емелина А.Л., ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ, Лаборатория химического факультета, МГУ 2009).An analogue is a differential scanning calorimeter (DSC), which can be used to measure the temperature of phase transitions and analyze them (Emelina A.L., DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY, Laboratory of the Faculty of Chemistry, Moscow State University 2009).
Недостатками известного устройства являются низкая точность и невысокая чувствительность измерения. Погрешность ДСК составляет ±1%, но на концах диапазона приближается к ±(2-3) %.The disadvantages of the known device are low accuracy and low measurement sensitivity. The DSC error is ± 1%, but at the ends of the range it approaches ± (2-3)%.
Кроме этого, фазовые переходы в ДСК часто не могу г быть визуально наблюдаемы, что ограничивает возможности исследователей.In addition, phase transitions in DSCs often cannot be visually observed, which limits the capabilities of researchers.
Прототипом является устройство, реализующее способ измерения температуры веществ при фазовых переходах по патенту РФ на изобретение №2300097, МПК G01N 25/02 от 27.05.2007.The prototype is a device that implements a method for measuring the temperature of substances during phase transitions according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2300097, IPC G01N 25/02 from 05/27/2007.
Способ заключается в использовании датчиков температуры с преобразованием электрического сигнала, идентификацию вида фазового перехода. При этом электрический сигнал датчика температуры корректируют на величину электрического сигнала, генерируемого фазовым переходом вещества. Причем корректирующий электрический сигнал получают с помощью дополнительного зонда.The method consists in using temperature sensors with the conversion of an electrical signal, identifying the type of phase transition. In this case, the electrical signal of the temperature sensor is adjusted by the magnitude of the electrical signal generated by the phase transition of the substance. Moreover, a correcting electrical signal is obtained using an additional probe.
Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего образец вещества в диэлектрической емкости, например воды, установленной в холодильной камере. На образце зафиксирован зонд и датчик температуры - первая термопара.The method is carried out using a device containing a sample of a substance in a dielectric container, for example water, installed in a refrigerator. A probe and a temperature sensor are fixed on the sample - the first thermocouple.
В сосуде Дьюара расположена вторая термопара, погруженная в раствор воды со льдом (термостатированная и предназначенная для сравнительного измерения температуры с первой термопарой). Зонд, первая и вторая термопары соединены с помощью проводов с соответствующими контактами блок-переходника, который последовательно подключен к универсальной плате сбора и контроля ввода/вывода цифровой и аналоговой информации, расположенной внутри системного блока компьютера с монитором и принтером. Зонд выполнен в виде медной пластины, к которой припаян экранированный провод. Первый датчик температуры, выполненный в виде сварной хромель-копелевой термопары в экранированной оплетке, подключен к блок-переходнику.In the Dewar vessel there is a second thermocouple immersed in a solution of water with ice (thermostated and designed for comparative temperature measurement with the first thermocouple). The probe, the first and second thermocouples are connected via wires to the corresponding contacts of the adapter block, which is connected in series to a universal board for collecting and controlling the input and output of digital and analog information located inside the system unit of the computer with a monitor and printer. The probe is made in the form of a copper plate to which a shielded wire is soldered. The first temperature sensor, made in the form of a welded chromel-kopel thermocouple in a shielded braid, is connected to the adapter block.
Недостатком известного устройства является низкая точность измерения температур фазовых переходов, невысокая чувствительность измерений (их термоЭДС достигает всего несколько десятков мВ) и низкая информативность анализа относительно структуры фазового перехода, а также громоздкость аппаратуры. Недостатки эти вызваны наличием зонда, не защищенного от наводок, длинных соединительных проводов, использованием термопар и разделением объемов измерительного и сравнительного веществ. Разделение измеряемых веществ по разным емкостям может давать градиент температур и вносит дополнительную погрешность. Зонд и соединительные провода вследствие отсутствия фильтрующих схем, скорее всего, ловят наводки питающей сети, (на это указывает частота колебаний сигнала, равная 200 Гц, и кратная частоте сети в 50 Гц. В прототипе амплитуда колебаний на термопаре достигает значений в 10-15 мВ, дающих погрешность до 0.8°C. Кроме того, наши исследования методом ядерного магнитного резонанса показывают, что фазовые переходы сочетают ФП первого и второго рода, они имеют сложную структуру, их идентификация часто невозможна и необходимо измерять ФП в значительном интервале температур.A disadvantage of the known device is the low accuracy of measuring the temperature of phase transitions, the low sensitivity of the measurements (their thermoEMF reaches only a few tens of mV) and the low information content of the analysis regarding the structure of the phase transition, as well as the bulkiness of the equipment. These disadvantages are caused by the presence of a probe that is not protected against interference, long connecting wires, the use of thermocouples and the separation of the volumes of the measuring and comparative substances. The separation of the measured substances into different capacities can give a temperature gradient and introduces an additional error. Due to the absence of filtering circuits, the probe and connecting wires most likely pick up interference from the mains supply (this is indicated by a signal oscillation frequency of 200 Hz and a multiple of the network frequency of 50 Hz. In the prototype, the oscillation amplitude on a thermocouple reaches 10-15 mV giving an error of up to 0.8 ° C. In addition, our nuclear magnetic resonance studies show that phase transitions combine first-order and second-order phase transitions, they have a complex structure, their identification is often impossible and it is necessary to measure the phase transition in a significant temperature range.
Задачей полезной модели является повышение точности, чувствительности и информативности анализа относительно структуры ФП. Технический результат достигается тем, что устройство для измерения температур фазового перехода, преимущественно рабочих веществ термоэлектрического генератора, содержащее измерительную схему, соединенную через аналого-цифровой преобразователь с электронно-вычислительной машиной, термостат, заполненный водой, в нижней части которого расположен нагреватель, согласно настоящей полезной модели, снабжено блоком термоэлементов с электрическими выводами, емкостью с исследуемым рабочим веществом, теплопередающими пластинами, радиатором с вентилятором, при этом электрические выводы блока термоэлементов соединены с измерительной схемой, блок термоэлементов имеет верхнюю и нижнюю поверхность, которые контактирует, соответственно с радиатором, обдуваемым вентилятором, и с крышкой емкости, причем на крышке емкости закреплены теплопроводящие пластины, погруженные в исследуемое рабочее вещество, испытывающее фазовый переход, а емкость с исследуемым рабочим веществом размещена в термостате, заполненном водой.The objective of the utility model is to increase the accuracy, sensitivity and information content of the analysis regarding the structure of the phase transition. The technical result is achieved by the fact that a device for measuring phase transition temperatures, mainly of working substances of a thermoelectric generator, containing a measuring circuit connected via an analog-to-digital converter with an electronic computer, a thermostat filled with water, in the lower part of which there is a heater, according to this useful models, equipped with a block of thermocouples with electrical leads, a container with the investigated working substance, heat transfer plates, radiator ohm with a fan, while the electrical terminals of the thermocouple block are connected to the measuring circuit, the thermocouple block has an upper and lower surface that contacts, respectively, a radiator blown by the fan and the lid of the tank, and heat-conducting plates immersed in the test a substance undergoing a phase transition, and the container with the investigated working substance is placed in a thermostat filled with water.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения температур ФП; на фиг.2 приведены зависимости термоЭДС на выводах блока термоэлементов U(мВ), U(T) и температуры T, измеряемой терморезистором в процессе нагрева исследуемого рабочего вещества. Кривые на фиг.2: 1 - U(T), 2 - T(t), 3 - U(мВ)The essence of the utility model is illustrated by drawings, where figure 1 shows a functional diagram of the proposed device for measuring the temperature of the phase transition; figure 2 shows the dependence of thermopower at the terminals of the block of thermocouples U (mV), U (T) and temperature T, measured by a thermistor during heating of the investigated working substance. The curves in Fig. 2: 1 - U (T), 2 - T (t), 3 - U (mV)
На фиг.1 цифрами обозначены:In figure 1, the numbers denote:
1 - блок термоэлементов,1 - block thermocouples,
2 - радиатор,2 - radiator,
3 - теплопередающие пластины,3 - heat transfer plates
4 - вентилятор,4 - fan
5 - термостат,5 - thermostat,
6 - нагреватель воды термостата,6 - water heater thermostat,
7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),7 - analog-to-digital Converter (ADC),
8 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ),8 - electronic computer (computer),
9 - принтер,9 - printer
10 - прецизионный омметр,10 - precision ohmmeter,
11 - источник питания вентилятора,11 - fan power source,
12 - датчик температуры окружающей среды,12 - ambient temperature sensor,
13 - терморезистор,13 - thermistor
14 - емкость с исследуемым рабочим веществом,14 - capacity with the investigated working substance,
15 - крышка емкости,15 - container lid,
16 - измерительная схема.16 is a measuring circuit.
Устройство для измерения температур фазового перехода, преимущественно рабочих веществ термоэлектрического генератора, содержит измерительную схему 16, соединенную через аналого-цифровой преобразователь 7 с ЭВМ 8, термостат 5, заполненный водой, в нижней части которого расположен нагреватель 6, который производит изменение температуры исследуемого рабочего вещества.A device for measuring phase transition temperatures, mainly of working substances of a thermoelectric generator, contains a
Устройство имеет терморезистор 13 контроля общей температуры исследуемого рабочего вещества, соединенный с прецизионным омметром 10, подключенным к АЦП 7, а также датчик 12 температуры окружающей среды, подключенный к АЦП 7.The device has a
Отличием предлагаемого устройства для измерения температур фазового перехода является то, что оно снабжено блоком 1 термоэлементов с электрическими выводами, соединенными с измерительной схемой 16, емкостью 14 с исследуемым рабочим веществом, теплопередающими пластинами 3, радиатором 2 с вентилятором 4, питаемым от источника питания 11.The difference of the proposed device for measuring phase transition temperatures is that it is equipped with a
Блок 1 термоэлементов имеет верхнюю и нижнюю поверхность.
Блок 1 термоэлементов верхней поверхностью контактирует с радиатором 2, обдуваемым вентилятором 4, а нижней поверхностью контактируют с крышкой 15 с теплопроводящими пластинами 3, погруженными в исследуемое рабочее вещество, испытывающее фазовый переход. Емкость 14 с исследуемым рабочим веществом размещена металлическом термостате 5, заполненном водой. Амперметр AT и вольтметр VT измерительной схемой 16, подключенные к электрическим выводам (спаям) блока 1 термоэлементов измеряют ток и напряжение термоэлектродвижущей силы ЭДС, значения которой передаются на АЦП 7, ЭВМ 8 и распечатываются принтером 9.
Для демонстрации работы устройства была использована кристаллогидратная соль CaCl2·6H2O, испытывающая фазовый переход при температуре TПср=29,7°C с удельной теплотой плавления Q=170 кДж/кг. Для исследований было использовано устройство, приведенное на фиг.1.To demonstrate the operation of the device, we used the CaCl 2 · 6H 2 O crystalline hydrate salt, which undergoes a phase transition at a temperature T Psr = 29.7 ° C with a specific heat of fusion Q = 170 kJ / kg. For research, the device shown in Fig. 1 was used.
Измерительная схема 16, подключенная к электродам (спаям) однокаскадного термоэлемента типа ТЕС-12706 (ТУ 6349-001-79789858-2007, R=1.5 Ом; перепад температур до ΔT=73°C, ток до I=6 А, размеры спаев 40×40 мм) измеряла напряжение термоЭДС и ток.
Температура в соли и воде контролируется терморезисторами с сопротивлениями 50 Ом.The temperature in salt and water is controlled by thermistors with resistance of 50 Ohms.
На фиг.2. приведена зависимость напряжения на блоке 1 термоэлементов и на терморезисторе от времени нагрева (кривая 2), из которой видно насколько низка крутизна зависимости на терморезисторе.In figure 2. the dependence of the voltage at
Объем исследуемого рабочего вещества составляет минимум 25 см3. Время прохождения через ФП обычно составляет 15 минут, однако процесс может анализироваться и в более широком диапазоне температур и в большем интервале времени.The volume of the investigated working substance is at least 25 cm 3 . The transit time through the phase transition is usually 15 minutes, but the process can be analyzed in a wider temperature range and in a longer time interval.
Анализ метрологических параметров измерения температуры T показывает следующее.An analysis of the metrological parameters for measuring temperature T shows the following.
При измерении температуры терморезистором в диапазоне температур -50°C≤T≤+180°C погрешность измерений температуры t определяется выражением:When measuring temperature with a thermistor in the temperature range -50 ° C≤T≤ + 180 ° C, the error of temperature measurements t is determined by the expression:
и реально составляет ±0,6°C, что соответствует в измеряемом диапазоне приведенной погрешности δ=S/ΔT=0.6/40=0.015.and actually amounts to ± 0.6 ° C, which corresponds to δ = S / ΔT = 0.6 / 40 = 0.015 in the measured range of the reduced error.
Для блока 1 термоэлементов заявляемого устройства связь между U(T) и T, как это видно из фиг 2 задается уравнением:For
и описывается с коэффициентом корреляции R2=0.9 в диапазоне до 750 мВ. Приведенная погрешность предлагаемого устройства в данном диапазоне температур ФП равна δ=S/ΔU=7.86/750=0.0105, где S - стандартное отклонение, ΔU - диапазон изменения Uв мВ.and is described with a correlation coefficient of R 2 = 0.9 in the range up to 750 mV. The given error of the proposed device in this temperature range of the FP is δ = S / ΔU = 7.86 / 750 = 0.0105, where S is the standard deviation, ΔU is the range of variation of Uv mV.
Приведенная погрешность измерений температуры предлагаемым устройством с использованием блока 1 термоэлементов в 1.5 раз ниже, чем у устройства-аналога с использованием терморезистора, а относительный коэффициент чувствительности блока 1 термоэлементов, как это видно из фиг.2 (кривая 1), составляет k=U(T)/T=27.74, что значительно выше k=0.047 терморезистора. Как это видно из графиков, процесс ФП не может быть характеризован единой температурой. Плавление CaCl2·6H2O начинается при TП≈28°C и заканчивается при TП≈35°C.The presented error of temperature measurements by the proposed
Измерения термопарой или терморезистором не выявляют структуры фазового перехода, то есть теряется важная информация об его особенностях.Measurements with a thermocouple or thermistor do not reveal the phase transition structure, that is, important information about its features is lost.
Теплопередающие пластины 3 обеспечивают эффективную теплопередачу на нижний спай блока 1 термоэлементов, а радиатор 2 с вентилятором 4 обеспечивает отвод тепла в окружающую среду, обеспечивая разность температур на поверхностях блока 1 термоэлементов. Размещение в едином термостате измерительного и сравнительного объема веществ упрощает предлагаемой устройство по сравнению с прототипом.The
Таким образом, введение в устройство блока 1 термоэлементов, теплопередающих пластин 3 и радиатора 2 с вентилятором 4 дает снижение погрешности в 1.5 раза, многократное повышение чувствительности (крутизны k зависимости), информативности анализа.Thus, the introduction of thermocouples,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135058/28U RU136894U1 (en) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135058/28U RU136894U1 (en) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU136894U1 true RU136894U1 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=49945257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013135058/28U RU136894U1 (en) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU136894U1 (en) |
-
2013
- 2013-07-25 RU RU2013135058/28U patent/RU136894U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5312579B2 (en) | Method and apparatus for detection and / or measurement of fouling in a heat exchanger | |
EP3069424A1 (en) | Thermal age tracking system and method | |
JP2016024174A (en) | Substance thermal diffusivity measurement method and substance thermoelectric characteristic evaluation device using the method | |
CN106404821B (en) | Electrical-thermal coupling processing system for phase change behavior sign of material | |
RU136160U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES | |
RU2577389C1 (en) | Method of calibrating thermoelectric heat flux sensors | |
RU136894U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHASE TRANSITION TEMPERATURES | |
Yordanov et al. | Testing and clearing the high temperature module error from 0 to 1250 C for measurement with 16 K-type thermocouples | |
Taberner et al. | Characterization of a flow-through microcalorimeter for measuring the heat production of cardiac trabeculae | |
RU2412437C1 (en) | Portable instrument for determining cryoscopic temperature and water activity in high moisture content food products | |
JP2009105132A (en) | Thermoelectric characteristic measuring sensor | |
Fernandez-Martin | Influence of temperature and composition on some physical properties of milk and milk concentrates. I. Heat capacity | |
CN206223701U (en) | Material phase transformation behavior is characterized and uses electro thermal coupling processing system | |
RU2300097C2 (en) | Method of measurement of temperature of matters at phase transitions | |
RU2797154C1 (en) | Device for creating inhomogeneous temperature field and measuring polarization currents and temperature in it | |
CN209707417U (en) | A kind of heating tube electric heating detection device | |
JPH0566160A (en) | Calorimetric unit and method | |
WO2019172794A1 (en) | Instrument for measuring the thermal conductivity of liquid by using a needle-shaped sensor | |
CN201535760U (en) | Measuring apparatus for thermal equivalent of work | |
PL228236B1 (en) | Method and the device for identification of solids | |
Williams et al. | An automated high precision calorimeter for the temperature range 200K–400K. Part 1: Design and performance | |
RU72072U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THICKNESS THICKNESS ON THE SURFACE OF PIPELINES | |
SU1742697A1 (en) | Method of moisture content measurement in loose materials | |
RU100274U1 (en) | SEMICONDUCTOR GAS ANALYZER | |
RU136161U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING SOLID SURFACE TEMPERATURE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20140726 |