SU1093913A1

SU1093913A1 - Adiabatic calorimeter

Info

Publication number: SU1093913A1
Application number: SU823444026A
Authority: SU
Inventors: Нина Георгиевна Соболева; Михаил Абрамович Лебедев; Лев Валерианович Пучков
Priority date: 1982-04-06
Filing date: 1982-04-06
Publication date: 1984-05-23

Abstract

АДИАБАТИЧЕСКИЙ КАЛОРИМЕТР, срдержащий калориметрический сосуд дл исследуемого вещества, снабженный термопреобразователем, нагревателем и окруженный двум адиабатическими оболочками с нагревател ми, два |блока регулировани температуры оболочек , входы которых соединены с датчиками разности температур, а выходы подключены к нагревател м оболочек , отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени и сокращени времени на подготовку к измерени м, в него введены дополнительный блок регулировани температуры оболочки с датчиком разности температур и дополнительна адиабатическа оболочка с нагревателем ,подключенным к дополнительному м блоку регулировани температуры обо (Л лочки, при этом дополнительна адиабатическёш оболочка размещена между с калориметрическим сосудом и первой адиабатической оболочкой, а датчики разности температур установлены между калориметрическим сосудом и каждой адиабатической оболочкой.ADIABATIC CALORIMETER, holding the calorimetric vessel for the test substance, equipped with a thermal converter, a heater and surrounded by two adiabatic shells with heaters, two sheath temperature control units, the inputs of which are connected to temperature difference sensors, and the outlets are connected to the sheath heaters differing from , in order to improve the measurement accuracy and reduce the time for preparation for the measurements, an additional unit for controlling the temperature of the shell with a temperature difference sensor and an additional adiabatic casing with a heater connected to the additional temperature control unit ob (the first block, the additional adiabatic casing is located between the calorimeter vessel and the first adiabatic casing, and the temperature difference sensors are installed between the calorimeter vessel and each adiabatic casing.

Description

:о:about

: со: with

0000

Изобретение относитс к тепловым измерени м, а именно к адиабатическому калориметру, который предназначен дл определени термохимических данных веществ, например, истинных теплоемкостей, теплот растворени , разбавлени , смещени и может быть использовано в приборостроении, машиностроении , экспериментальной технике . Известен адиабатический калоримет в котором дл создани ; гщиабатического режима используютс две адиабатические оболочки с нагревател ми и расположенна между ними исполнительна термобатаре , которые управл ютс сигналом с бата|зеи термопар, расположенной между реакционным сосу дом и первой адиабатической оболочкой l . Однако этот калориметр обладает дос таточно малой инертностью, благодар управлению нагревател ми оболочек и исполнительной термобатареей от од ной батареи термопар, но имеет за счет этого невысокую точность поддер жани адиабатического режима. Известен калориметр, содержащий калориметрический сосуд с нагревателем и термопреобразователем/ окруженный двум адиабатическими оболочками , нагреватели которых включены параллельно и подключены к выходу блока регулировани температуры, вхо которого соединен с датчиками разно ти температур, установленными между нагревателем сосуда и первой оболочкой 2 . Недостатком этого калориметра вл етс невысока точность поддержани адиабатического режима. Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс адиабатический калориметр, содержащий к лориметрический сосуд дл исследуемого вещества, снабженный термопрео .бразователем, нагревателем и окруженный двум адиабатическими оболочками с нагревател ми, два блока регулировани температуры оболочек, входы которых соединены с датчиками разности температур, а выходы подключены к нагревател м оболочек р. Однако в сь зи с тем, что датчики разности температур расположены между адиабатическими оболочками, из вестный калориметр имеет заметную инерционность, так как в нем неизбеж на задержка во включении нагревателей оболочек, обусловленна необходимостью превышени сигналом с данного датчика температур определенного уровн чувствительности системы поддержани температуры данной оболочки . Указанна задержка сказываетс на нарушении адиабатического режи ма Ксшориметра в большей степени со стороны наружной, второй адиабатической оболочки. Кроме того, при использовании известного калориметра требуетс значительное врем дл подготовки к опыту , в течение которого необходимо установить температуры обеих, вли ющих один на другого оболочек, позвол ющие при сохранении определенной инерционности калориметра компенсировать тепловые потери при заданной температуре проведени опыта. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени и сокращение времени на подготовку к измерени м. Поставленна цель достигаетс тем, что в адиабатический калориметр, содержащий калориметрический сосуд дл исследуемого вещества, снабженный термопреобразователем, нагревателем и окруженный двум адиабатическими оболочками с нагревател ми, два блока регулировани температуры оболочек, входы которых соединены с датчиками разности температур, а выходы подклю ены к нагревател м оболочек, введе-i ны дополнительный блок регулировани температуры оболочки с датчиком разности температур и дополнительна адиабатическа оболочка с нагревателем , подключенным к дополнительному блоку регулировани температуры оболочки, при этом дополнительна адиабатическа оболочка размещена между калориметрическим сосудом и первой адиабатической оболочкой, а датчики разности температур установлены между калориметрическим сосудом и каждой адиабатической оболоч-. На чертеже схематически изображен адиабатический калориметр. Адиабатический калориметр содержит калориметрический сосуд 1 дл исследуемого вещества, выполненный в виде металлического стакана 2. К крышке 3, герметично закрывающей стакан 2, припа н чехол с платиновым , термопреобразователем сопротивлени 4. В полости стакана 2 имеетс нагреватель 5, выполненный в виде медного капилл ра с пропущенной манганиновой проволокой, выполн ющей роль нагревател . Термопреобразователь сопротивлени подключен к блоку 6 измерени температуры, который обеспечивает измерение температуры исследуемого вещества. Нагреватель 5 подключен к источнику 7 питани через блок 8 измерени мощности, который обеспечивает измерение количества энергии, затрачиваемой на нагрев исследуемого вещества. Калориметрический сосуд 1 окружают адиабатические оболочки 9 и 10, выполненные в виде металлических стаканов с крышками. Втора адиабатическа оболочка 10 окружена вод ной рубашкой 11. На каждой нэ оболочек 9 и 10 установлены электрические нагреватели 12 и 13 соответственно, намотанные из манганиновой проволоки. Между калориметрическим сосудом 1The invention relates to thermal measurements, namely, an adiabatic calorimeter, which is designed to determine the thermochemical data of substances, for example, the actual heat capacities, the heats of dissolution, dilution, displacement, and can be used in instrument engineering, mechanical engineering, and experimental technology. The adiabatic calorimet is known in which to create; Two adiabatic shells with heaters and an operating thermopile located between them are used in the gigabi mode, which are controlled by a signal from a thermocouple battery located between the reaction vessel and the first adiabatic shell l. However, this calorimeter has a sufficiently low inertia, due to the control of the sheath heaters and the executive thermopile from one thermocouple battery, but due to this it has a low accuracy of adiabatic support. A calorimeter is known that contains a calorimetric vessel with a heater and a thermal converter / surrounded by two adiabatic shells, the heaters of which are connected in parallel and connected to the output of the temperature control unit, which is connected to the temperature difference sensors installed between the vessel heater and the first shell 2. The disadvantage of this calorimeter is the low accuracy of maintaining the adiabatic regime. The closest to the invention to the technical essence is an adiabatic calorimeter containing a lorimetric vessel for the test substance, equipped with a thermometer, a heater and surrounded by two adiabatic shells with heaters, two sheath temperature control units, the inputs of which are connected to temperature difference sensors, and the outputs are connected to the heater shells p. However, due to the fact that the temperature difference sensors are located between the adiabatic shells, the conventional calorimeter has a noticeable inertia, since it is unavoidable for a delay in switching on the shell heaters, due to the need for the signal from this temperature sensor to exceed a certain level of sensitivity of the system to maintain this temperature. shell. This delay affects the adiabatic regime of the Xorimeter to a greater extent from the outer, second adiabatic shell. In addition, using a conventional calorimeter requires considerable time to prepare for the experience, during which it is necessary to set the temperatures of both influencing each other shells, allowing, while maintaining a certain inertia of the calorimeter, to compensate for heat losses at a given temperature of the experiment. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy and reduce the time to prepare for measurements. The goal is achieved by having an adiabatic calorimeter containing a calorimeter vessel for the test substance, equipped with a thermal converter, a heater and surrounded by two adiabatic shells with heaters, two temperature control units shells, the inputs of which are connected to the sensors of temperature difference, and the outputs are connected to the heaters of the shells, introduced an additional unit The temperature of the shell with the temperature difference sensor and the additional adiabatic shell with a heater connected to the additional shell temperature control unit, the additional adiabatic shell being placed between the calorimetric vessel and the first adiabatic shell, and the temperature difference sensors are installed between the calorimetric vessel and each adiabatic shell. The drawing schematically shows an adiabatic calorimeter. The adiabatic calorimeter contains a calorimetric vessel 1 for the test substance, made in the form of a metal cup 2. A cover with a platinum, resistance thermocouple 4 is attached to the lid 3, hermetically closing the glass 2, in the cavity of the glass 2 there is a heater 5, made in the form of a copper capillary with a missed manganin wire acting as a heater. A resistance thermocouple is connected to a temperature measurement unit 6, which provides a measurement of the temperature of the test substance. The heater 5 is connected to the power source 7 through the power measurement unit 8, which measures the amount of energy expended to heat the test substance. Calorimetric vessel 1 is surrounded by adiabatic shells 9 and 10, made in the form of metal cups with lids. The second adiabatic sheath 10 is surrounded by a water jacket 11. Each ne sheaths 9 and 10 are equipped with electric heaters 12 and 13, respectively, wound from a manganine wire. Between calorimetric vessel 1

и первой рболочкой 9 размещена дополнительна адиабатическа оболочка 14 выполненна в виде металлического стакана с крышкой.and the first shell 9 accommodates an additional adiabatic shell 14 made in the form of a metal cup with a lid.

Адиабатические .оболочки выполнены таким образом,, что их инерционности возрастают по мере удалени от калориметрического сосуда. Это необходимо дл обеспечени наилучшего режима работы калориметра. При этом оболочка 14 задает температурный ход в калориметрическом сосуде, оболочка 9 обеспечивает адиабатические услови проведени калориметрического опыта, оболочка 10 обеспечивает тепловой режим калоримегтра и предохран ет калориметрический сосуд от воздействи внешней среды. Электрические нагреватели 15, 12 и 13 оболочек 14, 9 и 10 подключены к источнику 16 питани через регул торы 17-19 мощности соответственно блоков регулировани температуры оболочек.The adiabatic shells are designed in such a way that their inertia increases with distance from the calorimetric vessel. This is necessary to ensure the best mode of operation of the calorimeter. In this case, the shell 14 sets the temperature variation in the calorimetric vessel, the shell 9 provides adiabatic conditions for conducting a calorimetric experiment, the shell 10 provides the thermal mode of calorimetry and protects the calorimetric vessel from the external environment. Electrical heaters 15, 12 and 13 of the shells 14, 9 and 10 are connected to the power supply 16 via the power controllers 17-19, respectively, of the sheath temperature control units.

Между калориметрическим сосудом 1 и кгикдой из оболочек 14, 9 и 10 включены датчики 20-22 разности температур соответственно, выполненные в j виде батарей термоэлектрических прёобразователей . Выходы датчиков 20-2.2 разности температур подключены к .входам блоков регулировани температур оболочек, включающих в себ задатчики 23-25 температуры дл каждой из оболочек, усилители 26-28 и регул торы 17-19 мощности.Sensors 20-22 include temperature differences 22-22, respectively, made between j-shaped batteries of thermoelectric converters, are connected between the calorimetric vessel 1 and the oxygen sensor from shells 14, 9 and 10. The outputs of the sensors 20-2.2 temperature differences are connected to the inputs of the temperature control units of the shells, which include temperature adjusters 23-25 for each of the shells, amplifiers 26-28 and power controllers 17-19.

Калориметр работает по принципу периодического ввода теплоты в диапазоне температур 283-368 К следующим образом.The calorimeter works on the principle of periodic input of heat in the temperature range of 283–368 K as follows.

Через нагреватель калориметрического сосуда 5 в течение определенного времени пропускаетс электрический ток, количество затраченной на нагрев мощности измер етс в блоке измерени мощности 8, а прирост температуры - в блоке 6 измерени температуры с помощью платинового термо .преобразовател 4 сопротивлени . Адиабатический режим калориметра обеспечиваетс комплексной системой, состо щей из трех адиабатических оболочек 9, 10 и 14 и трех блоков ре гулировани температуры оболочек с трем датчиками разности температур Благодар тому, что датчики 20-22 разности температур расположены между калориметрическим сосудом 1 и каждой из адиабатическ х оболочек 9, 10 и 14, значительно уменьшаетс инерционность калориметра.An electric current is passed through the heater of the calorimetric vessel 5 for a certain time, the amount of power consumed for heating is measured in the power measuring unit 8, and the temperature increase is measured in the temperature measuring unit 6 using a platinum thermal resistance converter 4. The adiabatic calorimeter mode is provided by a complex system consisting of three adiabatic shells 9, 10 and 14 and three sheath temperature control units with three temperature difference sensors. Due to the fact that the 20-22 temperature difference sensors are located between the calorimetric vessel 1 and each of the adiabatic shells 9, 10 and 14, the inertia of the calorimeter is significantly reduced.

При испытани калориметра, имеющего адиабатические оболочки с соотношением инерционности 1:2:20, отстаные по температуре адиабатической оболочки 14 от калориметрического сосуда 1 при установке главного периода измерени не превышает 0,0005 К, Такое улучшение динамических качеств калориметра объ сн етс тем, что все три системы автоматического поддержани температуры оболочек в момент подачи тепла в калориметрический сосуд 1 начинают работать одновременно.When testing a calorimeter with adiabatic shells with an inertia ratio of 1: 2: 20, the temperature of the adiabatic shell 14 is removed from the calorimetric vessel 1 when the main measurement period is set to not exceed 0.0005 K. This improvement in the dynamic properties of the calorimeter is explained by the fact that Three systems for automatically maintaining the temperature of the shells at the time of the supply of heat to the calorimetric vessel 1 begin to operate simultaneously.

Температурный ход калориметра составл ет в начальный период опыта не более 0,00001 К/мин, поправка на неадиабатичность - не более 0,0006%, Воспроизводимость результатов ont eделени теплового числа калориметра, т,е, среднеквадратичное отклонение опытных точек от сглаженной кривой составл ет 0,1% в интернале температур 283-368 К,The temperature variation of the calorimeter in the initial period of the experiment is no more than 0.00001 K / min, the correction for non-adiabaticity is no more than 0.0006%. The reproducibility of the results ont the separation of the calorimeter thermal number, t, e, the standard deviation of the experimental points from the smoothed curve is 0.1% in the internal temperature of 283-368 K,

Благодар введению дополнительной оболочки и новому расположению датчиков температур значительно уменьшаетс зависимость температур оболочек от температуры опыта при сохранении заданного качества адиабатического режима, что подтверждаетс практическим использованием калориметра. Так, во всем интервале рабочих темпезратур 283-368 К, температуры адиабатических оболочек практически не измен ютс , при сохранении температурного хода калориметра в начальный и конечный периоды опыта около 0,00001 К/мин Это позвол ет использовать конечный период предыдущего опыта в качестве начального периода после/дующего опыт ,е.Due to the introduction of an additional envelope and a new arrangement of temperature sensors, the dependence of the temperatures of the shells on the temperature of the experiment is significantly reduced while maintaining the specified quality of the adiabatic regime, which is confirmed by the practical use of the calorimeter. Thus, over the entire range of working temperatures of 283–368 K, the temperatures of the adiabatic shells practically do not change, while maintaining the temperature variation of the calorimeter in the initial and final periods of the experiment at about 0.00001 K / min. This allows using the final period of the previous experiment as the initial period after / blowing experience, e.

до минимума сократить врем ireduce time i to a minimum

необходимое дл подготовки к опыту. 11necessary to prepare for the experience. eleven

Claims

ADIABATIC CALORIMETER, containing a calorimetric vessel for the test substance, equipped with a thermocouple, a heater and surrounded by two adiabatic shells with heaters, two (shell temperature control units, the inputs of which are connected to temperature difference sensors, and the outputs are connected to shell heaters, characterized in that with In order to increase the accuracy of measurements and reduce the time to prepare for measurements, an additional block for controlling the temperature of the shell with a sensor was introduced into it m of temperature difference and an additional adiabatic shell with a heater connected to the additional shell temperature control unit, with the additional adiabatic shell located between the calorimetric vessel and the first C adiabatic shell, and temperature difference sensors are installed between the calorimetric vessel and each - ~ doy adiabatic shell.

1093913 A