RU2713001C1 - Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа - Google Patents
Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713001C1 RU2713001C1 RU2019112243A RU2019112243A RU2713001C1 RU 2713001 C1 RU2713001 C1 RU 2713001C1 RU 2019112243 A RU2019112243 A RU 2019112243A RU 2019112243 A RU2019112243 A RU 2019112243A RU 2713001 C1 RU2713001 C1 RU 2713001C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- calorimetric
- bomb
- vessel
- calorimeter
- crucible
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
- G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
- G01N25/26—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures using combustion with oxygen under pressure, e.g. in bomb calorimeter
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений в бомбовых калориметрах и может быть использовано для определения теплоты сгорания горючих газов. Предложен бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа, содержащий калориметрическую оболочку, установленный внутри нее калориметрический сосуд, заполненный перемешиваемой мешалкой жидкостью с погруженным в нее термометром, и установленную внутри калориметрического сосуда калориметрическую бомбу с тиглем для размещения навески бензойной кислоты при калибровке калориметра, арматурой крепления тигля и контактами цепи поджига. В предложенном калориметре между поверхностью калориметрической бомбы и внутренней поверхностью калориметрического сосуда установлены дополнительные стенки, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы. Термометр размещен в указанном непрерывном потоке жидкости, протекающем между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительными стенками. Тигель изготовлен в виде чашечки из фольги, арматура его крепления представляет собой тонкую проволоку, не являющуюся токоподводом. Поджигающая проволока с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой, контактирующей с навеской бензойной кислоты в тигле, прикреплена непосредственно к контактам цепи поджига. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений в бомбовых калориметрах и может быть использовано для определения теплоты сгорания горючих газов.
Определение удельной теплоты сгорания топлива, осуществляют в бомбовых калориметрах. Бомбовые калориметры переменной температуры состоят из следующих основных частей: калориметрической оболочки, калориметрического сосуда, наполненного жидкостью определенной массы (объема), в который помещают калориметрическую бомбу для сжигания анализируемого топлива. Калориметрическая оболочка окружает калориметрический сосуд, в котором происходит изучаемый тепловой процесс, и обеспечивает определенные условия теплообмена калориметрического сосуда со средой. По увеличению температуры воды в калориметрическом сосуде определяют количество теплоты, выделившейся при сгорании топлива в калориметрической бомбе.
Количество энергии (теплоты) Q, выделившееся в результате сгорания топлива в калориметрической бомбе, вычисляют по методу теплового эквивалента, выраженному формулой Q=Ск⋅Т, где Ск - тепловой (энергетический) эквивалент калориметра, называемый иногда теплоемкостью калориметрической системы, определяется калибровкой калориметра; Т - величина известной функции выходного сигнала калориметра, например, температуры калориметрического сосуда (с поправкой на теплообмен сосуда и оболочки). Таким образом, в калориметре проводится сравнение известного (калибровочного) и неизвестного (измеряемого) тепловых процессов (Колесов В.П. Основы термохимии. М., Изд-во МГУ, 1996, 205 с). Для определения энергетического эквивалента калориметров, служащих для измерения теплоты сгорания топлива, принята в качестве эталонного вещества бензойная кислота, которая обязательно имеется в каждой калориметрической лаборатории, эксплуатирующей бомбовые калориметры.
Для сжигания газа в калориметрической бомбе калориметра применяют те же калориметры и бомбы, что и для сжигания твердых и жидких топлив. Типовая конструкция такого калориметра представлена в ГОСТ 147-2013 (ISO 1928:2009), рисунок 1 (прототип). Известный калориметр состоит из калориметрической оболочки с установленным внутри нее калориметрическим сосудом. Калориметрический сосуд заполнен жидкостью, перемешиваемой мешалкой. В жидкость калориметрического сосуда погружены калориметрическая бомба и измеритель температуры (термометр). Калориметрическая бомба для сжигания анализируемого топлива включает цилиндрический корпус, крышку, содержащую необходимые элементы для обеспечения герметичности и для впуска и выпуска кислорода и газа, два массивных электрода, к которым присоединена поджигающая проволока. Один из электродов служит держателем тигля (чашечки) для размещения и сжигания таблетки бензойной кислоты при калибровке калориметра или образцов анализируемых твердых и жидких топлив в опыте. (На рис. 1 в ГОСТ 147-2013 внутренние детали калориметрической бомбы не показаны, описание бомбы приведено в п. 7.2.1).
Недостатками конструкции калориметра-прототипа является следующее.
При сжигании бензойной кислоты в калибровочном опыте горение таблетки происходит в тигле, и факел пламени слабо нагревает электроды. В опытах по измерению теплоты сгорания горючего газа горение газа и тепловыделение происходят по всему объему бомбы, что приводит к значительно большему разогреву массивных электродов, чем в калибровочном опыте, и при этом за время главного периода опыта, которое выбирают минимально возможным, температура внутренних деталей бомбы не успевает сравняться с температурой стенок бомбы, охлаждаемых жидкостью калориметрического сосуда. Таким образом, при сжигании газа во внутренней арматуре бомбы остается неучтенное тепло, которое выступает как ошибка измерения величиной, обычно, 0,5-1%.
Другим недостатком калориметра-прототипа является неоптимальное расположение термометра, измеряющего температуру жидкости калориметрического сосуда. Это не вызывает погрешности при измерении теплоты сгорания твердых и жидких топлив, так как и при калибровке калориметра сжиганием бензойной кислоты, и в опыте не происходит изменения места горения и соответственно тепловыделения в жидкость калориметрического сосуда, и условия относительного (сравнительного) метода измерения в соответствии с ГОСТ 147-2013 хорошо соблюдаются. Но при сжигании газа сначала нагреваются стенки бомбы, а затем более массивная верхняя часть, тогда как при сжигании бензойной кислоты сначала факел пламени из тигля нагревает верх бомбы, а стенки нагреваются позднее. В этом случае результат измерения зависит от места расположения термометра.
Задачей заявляемого изобретения является разработка бомбового калориметра переменной температуры для определения удельной ОТС горючего газа при калибровке калориметра по бензойной кислоте, который обеспечит повышение точности измерений.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым бомбовым калориметром переменной температуры для определения удельной ОТС горючего газа, содержащим калориметрическую оболочку, установленный внутри нее калориметрический сосуд, заполненный перемешиваемой мешалкой жидкостью с погруженным в нее термометром, и установленную внутри калориметрического сосуда калориметрическую бомбу с тиглем для размещения навески бензойной кислоты при калибровке калориметра, арматурой крепления тигля и контактами цепи поджига, в котором, согласно изобретению, между поверхностью калориметрической бомбы и внутренней поверхностью калориметрического сосуда установлены дополнительные стенки, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы, для чего дополнительная стенка у нижней торцевой поверхности калориметрической бомбы имеет отверстия, термометр размещен в указанном непрерывном потоке жидкости, протекающем между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительными стенками, при этом тигель, изготовленный в виде чашечки из фольги, совместно с арматурой его крепления, представляющей собой проволоку, не являющуюся токоподводом, выполнен съемным, а поджигающая проволока с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой, контактирующей с навеской бензойной кислоты в тигле, прикреплена непосредственно к контактам цепи поджига.
На чертеже изображен бомбовый калориметр по предлагаемому изобретению. В калориметрический сосуд 1, окруженный калориметрической оболочкой 2, помещена калориметрическая бомба 3 с завинчивающейся крышкой 4 для проведения исследуемого процесса. Вокруг боковой и нижней торцевой поверхностей калориметрической бомбы 4 установлены дополнительные стенки 5 и 6. Стенка 6 имеет отверстия. Калориметрический сосуд 1 заполнен жидкостью 7 и снабжен магнитной мешалкой 8. При перемешивании жидкости 7 в калориметрическом сосуде 1 создается непрерывный поток жидкости 7, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда 1 и поверхность калориметрической бомбы 3. В потоке жидкости 7 между внутренней поверхностью калориметрического сосуда 1 и дополнительной стенкой 5 установлен термометр 9. Внутри калориметрической бомбы 3 в места контактов цепи зажигания на крышке 4 бомбы 3 прикреплена поджигающая проволока 10 с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой 11, контактирующей с навеской бензойной кислоты 12 в тигле 13, выполненном из тонкой фольги. Тигель 13 подвешен к крышке 4 бомбы 3 на хромоникелевой проволоке 14, не являющейся токоподводом. Тигель 13 и арматура его крепления (проволока 14) выполнены съемными.
Калориметр согласно изобретению работает следующим образом.
Не реже, чем один раз в три месяца, проводят калибровку калориметра сжиганием бензойной кислоты в калориметрической бомбе 3. Навеску бензойной кислоты 12 размещают в тигле 13 из тонкой фольги, подвешенном на хромоникелевой проволоке 14 к крышке 4 бомбы 3. К поджигающей проволоке 10 привязывают хлопчатобумажную нитку 11, другой конец которой контактирует с навеской бензойной кислоты 12 в тигле 13 и поджигает ее. Выполняют калибровку калориметра обычным образом, например, по МИ 2096-2009, для чего бомбу 3 заполняют сжатым кислородом и устанавливают в калориметрический сосуд 1. Результатом измерений является энергетический эквивалент Сб.к., который будет использоваться при расчете удельной ОТС горючего газа. Затем из бомбы 3 удаляют тигель 13 с подвесом 14, так как они сгорят при сжигании газа. Далее заправляют бомбу 3 горючим газом по одной из известных методик, затем сжатым кислородом, устанавливают бомбу 3 в калориметрический сосуд 1 и выполняют калориметрические измерения для определения удельной ОТС горючего газа.
Повышение точности калориметрических измерений на заявляемом калориметре для определения удельной ОТС горючего газа обеспечивается следующим.
Тепловыделение от сгорания бензойной кислоты при калибровке калориметра, соответствующее тепловыделению от сгорания горючего газа, например, природного газа, требует навески бензойной кислоты всего около 0,4 г, что позволяет использовать в конструкции предлагаемого калориметра облегченные тигель из фольги и арматуру его крепления в виде тонкой хромоникелевой проволоки (так как проволочный подвес не является токоподводом, то диаметр проволоки может быть выбран небольшим: 0,1-0,3 мм). В результате теплоемкость тигля с арматурой его крепления значительно снижается по сравнению с калориметром-прототипом (в котором используются массивные электроды и тигель) - теплоемкость подвеса с тиглем из фольги около 1 Дж/град, и при их удалении из калориметрической бомбы различие по теплоемкости при калибровке и в опыте в предлагаемом калориметре составляет менее 0,02%, но при этом исключается ошибка измерения удельной ОТС газа величиной порядка 0,5-1%, обусловленная различным нагреванием внутренней арматуры бомбы от различия мест тепловыделения в бомбе: в калибровочном опыте - точечное тепловыделение при сгорании таблетки в тигле, в рабочем опыте - объемное тепловыделение при сгорании газа.
Другим источником погрешности в калориметре-прототипе является неоптимальное расположение термометра, что не позволяет измерять температуру калориметрического сосуда в главном периоде калориметрического опыта с достаточной точностью (это должна быть температура наружной поверхности калориметрического сосуда по которой происходит теплообмен). Для устранения этой погрешности в предлагаемом калориметре в калориметрическом сосуде вокруг боковой и нижней торцевой поверхностей калориметрической бомбы установлены дополнительные стенки. Стенка у нижнего торца бомбы имеет отверстия, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы. Термометр, установленный в этом непрерывном потоке между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительной стенкой вокруг бомбы, принимает ту же температуру, что и поток жидкости, а стенка калориметрического сосуда, в свою очередь, также принимает температуру этого потока, что приводит к точному определению температурной поправки на теплообмен сосуда и оболочки и, соответственно, к точному измерению удельной ОТС горючего газа на предлагаемом калориметре при калибровке калориметра по бензойной кислоте.
При испытании заявляемого калориметра проведением определения удельной ОТС высокочистого метана с установленным по ГОСТ 31369 значением удельной ОТС были получены результаты, совпадающие в пределах достигнутой случайной погрешности измерений с установленным в ГОСТ 31369 значением.
Таким образом, предлагаемый бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной ОТС горючего газа при калибровке калориметра по бензойной кислоте обеспечивает повышение точности измерений.
Claims (1)
- Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа, содержащий калориметрическую оболочку, установленный внутри нее калориметрический сосуд, заполненный перемешиваемой мешалкой жидкостью с погруженным в нее термометром, и установленную внутри калориметрического сосуда калориметрическую бомбу с тиглем для размещения навески бензойной кислоты при калибровке калориметра, арматурой крепления тигля и контактами цепи поджига, отличающийся тем, что между поверхностью калориметрической бомбы и внутренней поверхностью калориметрического сосуда установлены дополнительные стенки, создающие непрерывный поток перемешиваемой мешалкой жидкости, омывающий внутреннюю поверхность калориметрического сосуда и поверхность калориметрической бомбы, для чего дополнительная стенка у нижней торцевой поверхности калориметрической бомбы имеет отверстия, термометр размещен в указанном непрерывном потоке жидкости, протекающем между внутренней поверхностью калориметрического сосуда и дополнительными стенками, при этом тигель, изготовленный в виде чашечки из фольги, совместно с арматурой его крепления, представляющей собой проволоку, не являющуюся токоподводом, выполнен съемным, а поджигающая проволока с привязанной к ней хлопчатобумажной ниткой, контактирующей с навеской бензойной кислоты в тигле, прикреплена непосредственно к контактам цепи поджига.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112243A RU2713001C1 (ru) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112243A RU2713001C1 (ru) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713001C1 true RU2713001C1 (ru) | 2020-02-03 |
Family
ID=69625538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019112243A RU2713001C1 (ru) | 2019-04-23 | 2019-04-23 | Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713001C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113189140A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-30 | 武汉深维鼎测科技有限公司 | 基于壁温监测氧弹装置的发热量检测方法及自动检测系统 |
CN114034731A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-11 | 西南科技大学 | 含能材料爆热、爆压的双功能测定装置和方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1374111A1 (ru) * | 1986-06-06 | 1988-02-15 | Институт Химической Физики Ан Ссср | Калориметр дл сжигани элементоорганических соединений |
DE4321688A1 (de) * | 1993-06-30 | 1995-02-16 | Zirox Sensoren & Elektronik Gm | Kalorimeter zur präzisen Messung von Temperatursignalen in Flüssigphasen |
RU2334961C1 (ru) * | 2007-03-28 | 2008-09-27 | Ярослав Олегович Иноземцев | Бомбовый калориметр для определения теплоты сгорания топлива (варианты) |
RU2529664C1 (ru) * | 2013-07-11 | 2014-09-27 | Ярослав Олегович Иноземцев | Калориметр переменной температуры (варианты) |
-
2019
- 2019-04-23 RU RU2019112243A patent/RU2713001C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1374111A1 (ru) * | 1986-06-06 | 1988-02-15 | Институт Химической Физики Ан Ссср | Калориметр дл сжигани элементоорганических соединений |
DE4321688A1 (de) * | 1993-06-30 | 1995-02-16 | Zirox Sensoren & Elektronik Gm | Kalorimeter zur präzisen Messung von Temperatursignalen in Flüssigphasen |
RU2334961C1 (ru) * | 2007-03-28 | 2008-09-27 | Ярослав Олегович Иноземцев | Бомбовый калориметр для определения теплоты сгорания топлива (варианты) |
RU2529664C1 (ru) * | 2013-07-11 | 2014-09-27 | Ярослав Олегович Иноземцев | Калориметр переменной температуры (варианты) |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ 147-2013. "ТОПЛИВО ТВЕРДОЕ МИНЕРАЛЬНОЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ И РАСЧЕТ НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ". Москва :Стандартинформ, 2014, с. П.7.2. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113189140A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-30 | 武汉深维鼎测科技有限公司 | 基于壁温监测氧弹装置的发热量检测方法及自动检测系统 |
CN114034731A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-11 | 西南科技大学 | 含能材料爆热、爆压的双功能测定装置和方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2713001C1 (ru) | Бомбовый калориметр переменной температуры для определения удельной объемной теплоты сгорания горючего газа | |
CN101581649B (zh) | 固体推进剂燃烧温度测试装置 | |
AU2008329146B2 (en) | Calorimeter with a digestion container and with a water jacket | |
RU2371685C1 (ru) | Калориметр переменной температуры с изотермической оболочкой | |
CN107084905B (zh) | 测量水分、灰分和挥发分的控制方法、装置及测量分析仪 | |
CN100389309C (zh) | 两层式周边等温定温量热仪 | |
CN106680417B (zh) | 一种快速检测煤质灰分和热值的装置及方法 | |
Dale et al. | High precision calorimetry to determine the enthalpy of combustion of methane | |
Månsson | A 4.5 cm3 bomb combustion calorimeter and an ampoule technique for 5 to 10 mg samples with vapour pressures below approximately 3 kPa (20 Torr) | |
Sakiyama et al. | Micro-bomb combustion calorimeter equipped with an electric heater for aiding complete combustion | |
CN113237916A (zh) | 一种混氢天然气热值测量装置及方法 | |
CN109974899B (zh) | 绝热量热仪 | |
RU90908U1 (ru) | Устройство для исследования жидкого ракетного топлива | |
Haloua et al. | New French reference calorimeter for gas calorific value measurements | |
US550943A (en) | Calorimeter | |
WO2004048954A1 (en) | Apparatus and method for measuring the heating of gases | |
CN203011873U (zh) | 一种高精度石英晶体量热仪 | |
RU90567U1 (ru) | Установка для определения склонности судовых дизельных и остаточных топлив к образованию высокотемпературных отложений | |
RU2421697C2 (ru) | Устройство камеры для сжигания твердого топлива в калориметре при стандартных условиях | |
CN206146561U (zh) | 多功能等温量热仪 | |
Korchagina | Present state and trends in the development of combustion calorimetry | |
RU2169361C1 (ru) | Калориметрический способ прецизионного измерения теплоты сгорания природного газа и других видов газообразного топлива | |
CN1325900C (zh) | 数显式液化石油气密度计装置 | |
RU2413222C1 (ru) | Автоматизированная система для определения склонности судовых дизельных и остаточных топлив к образованию высокотемпературных отложений | |
RU195921U1 (ru) | Высокотемпературный калориметр сброса |