SU1188612A1 - Устройство дл теплофизических исследований растворов - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕШЮФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСТВОРОВ, содержащее термостатированную испытательную камеру, установленную на опорной плите, два калориметрических сосуда с нагревател ми и датчиками температуры, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений и расширени  функциональных возможностей устройства, каждый калориметрический сосуд дополнительно снабжен силовой нитью, двум  измерительньми нит ми, поршнем и датчиками перемещени , причем силова  нить проходит вдоль всей длины сосуда и прикреплена одним концом к нижней части поршн , другим к опорной плите, а измерительные сл нити прикреплены одним концом к верхней части поршн  и другим к датчикам перемещени .

Description

00 00 О) Изобретение относитс  к экспериментальной техншсе и может быть использовано при изучении теплофизических характеристик жид костей и кинетики процессов, протекающих в растворах при различных давлени х. Известке устройство дл  изучени  теплофизических свойств материалов , содержащее испытательную камеру 5 датчики температуры и изм рительные  чейки, снабженные нагр г | вател ми rlj . Однако, примен   известное уст ройство j невозможно определить те лофизические характеристики при различных давлени х, кроме того, устройство характеризуетс  низкой точностью измерений. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройcfso дл  тепл физических исследований растворов содержащее термостатированнуЕо исп тательную камеру5 установленную на опорной плите, два калориметри ческих сосуда с нагревател ми и датчиками температуры 2j . Усгройство работает следующим образом. Два калориметрических сосуда, один из которых содержит исследуе мый раствор, а другой эталонную жидкость,, непрерывно нагреваютс  с пог.1о нной скоростью. При этом добавочное количество тепла, требуемое дл  уравновешивани  химического тепла (выделенного и погл щенного) измер етс  батареей терм элементов и регистрируетс . Однако нар ду с измерением лоты превращени э в известном устройстве невозможно одновременно с тепловыми параметрами получить информацию и о других величинах, характеризуюпщх исследуемый нроце например об изменении объема, что непосредственно св зано со всеми структурными превращени ми. Проведение этих измерений отдельно на разных установках вызывает дополнительные трудности при изгото лекии образцов и приводит к допол нительным погрешност м за счет не учитываемых случайных отклонений при осуществлении процесса в каждой последовательной установке. Целью изобретени   вл етс  рас ширение функциональных возможност 12 устройства и повьпиение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  теплофизических исследований растворов, содержащем термостатируемую испытательную камеру, установленную на опорной плите, два калориметрических сосуда, нагреватели и датчик температуры, каждый, калориметрический сосуд дополнительно снабжен силовой нитью, двум  измерительными нит ми, поршнем и датчиком перемещени , причем силова  нить проходит вдоль всей длины сосуда и прикреплена одним концом к нижней части поршн 3 другим - к опорной плите, а измерительные нити прикреплены одним концом к верхней части порщн , а другим - к датчику перемещени . На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит испытательную камеру 1, смонтированную на опорной плите 2, тепловой экран 3, расположенный в камере 1 и оборудованнь Й нагревател ми 4, Тепловой экран 3 подвешен к опорной плите 2 на нит х 5. Внутри теплового экрана 3 подвешены на высокопрочных нит х 6 и 7 калориметрические сосуды 8 и 9, на которых смонтированы основные нагреватели 10 и 11. Внутри калориметрических сосудов 8 и 9 расположены дополнительные нагреватели 12 и 13, причем одни концы нагревателей соединены с выходом усилител  14, а другие - с регистрир.тощим прибором 15. Внутри сосуда 8 расположен датчик 16 температуры, который подключен к регистрирующим приборам 15, 17 и 18. Сосуды 8 и 9 представл ют собой полые цилиндры, нижние отверсти  которых закрыты уплотнительными пробками 19 и 20, а верхние отверсти  закрыты поршн ми 21 и 22. К поршн м 21 и 22 пр-гсогдинены с одной стороны силовые нити 23 и 24, а с другой стороны измерительные нити 25 и 26 через штоки 27 и 28 соединены с датчиком 29 перемещени  и механизмами предварительного нагружени , Перемещение шгоков 27 и 28 в процессе работы устройства измер етс  датчиком 29; который соединен с входом усилител  14, Корпус датчика 29 закреплен на штоке 28, а подвижный элемент закреплен на штоке 27. Нити 6 и 7 через силовые штоки 30 и 31 соединены с независимыми друг от друга механизмами основного нагружени . Перемещение штоков 30 и 31 в процессе работы устройства измер етс  датчиком 32 и регистрируетс  регистрирующим прибором 17. Корпус датчика 32 закреплен на штоке 30, а подвижный элемент датчика 32 закреплен на штоке 31. Устройство работает следующим образом. Калориметрический сосуд 9 запол н ют исследуемым раствором, а сосуд 8 - эталонной жидкостью. При этом эталонна  жидкость подбираетс таким образом, чтобы в исследуемом интервале температур в ней не протекали процессы, имеющие место в исследуемом растворе, а также коэффициент объемного расширени  этой жидкости был приблизительно равен соответствующему коэффициент изучаемого раствора. После заполнени  сосудов 8 и 9 к нит м 6 и 7 через силовые штоки 30 и 31 от механизма основного погр жени  прикладываетс  раст гивающее усилие. В результате этого исследуе мый раствор в сосуде 9 и эталонна  жидкость в сосуде 8 оказываютс  сжатыми между уплотн ющими пробками 19, 20 и поршн ми 21, 22. Затем в объеме испытательной камеры 1 создают вакуум, после чего сосуды 8 и 9 подвергают равномерному охлаждению или нагреву. Необходи ма  скорость и равномерность нагрева или охлаждени  достигаетс  при помощи теплового экрана 3, нагревателей 4, 10 и 11, а также криоген ной жидкости, окружающей наружные стенки испытательной камеры 1. При этом изменение температуры сосудов 8 и 9 фиксируетс  датчиком 16 темпе ратуры и регистрируетс  регистрирую щими приборами 15, 17 и 18. Одновре менно изменение температуры жидкост в сосудах 8 и 9 приводит к изменению температуры силовых нитей 23 и 24, которые при этом мен ют свою длину за счет теплового расширени  Это изменение длины передаетс  через штоки 27 и 28 к датчику 29 пе- ремещени . Если при охлаждении или нагреве изучаемого раствора в нем не происходит никаких процессов, сопровождающихс  выделением или поглощением тепла, то его температура в любой момент времени будет равна температуре эталонной жидкости. Следовательно , тепловое удлинение силовых нитей 23 и 24 будет равным в любой момент времени, штоки 27 и 28 будут двигатьс  синхронно и электрический сигнал с датчика 29 перемещени  будет равен нулю. Если температура исследуемого раствора начнет отличатьс  от температуры эталонной жидкости (в результате каких-либо процессов, протекающих в исследуемом растворе), то удлинение силовых нитей 23 и 24 станет различным. В результате возникнет электрический сигнал на датчике 29, пропорциональньй разности температурного расширени  силовых нитей 23, 24 и разности температур исследуемого раствора и эталонной жидкости. Электрический сигнал с датчика 29 поступает на усилитель 14, который включает в зависимости от пол рности сигнала дополнительные нагреватели 12 или 13, компенсирующие поглощение или выделение тепла в исследуемом растворе . При включении нагревател  13 происходит компенсаци  процесса поглощени  тепла в исследуемом растворе, а при включении нагревател  12 происходит компенсаци  процесса выделени  тепла в исследуемом растворе. Электрическа  мощность, потребл ема  нагревател ми 12 и 13 при кo meнcaции возникающих в растворе тепловых эффектов, измер етс  и регистрируетс  прибором 15. Нар ду с тепловыми эффектами, протекающими в исследуемом растворе, наход щемс  под давлением, в процессе изменени  его температуры могут протекать процессы, соп1НП1ождающиес  изменением объема раствора, помимо обычного теплового расширени  или сжати . Регистраци  этого из енени  происходит след пощим образом. Любое изменение объема исследуемого раствора и эталонной жидкости вызывает перемещавшие калоримегрических сосудов 8 и 9 относительно поршней 21 н 22. Учитыва , что калориметрические сосуды 8 и 9 соединены через нити 6 и 7 с силовыми штоками 30 и 31, любое изменение объема исследуемого раствора и эталонной жидкости сопровождаетс  соответствущим перемещением силовых штоков 30, 31 и возникновением электрического сигнала на датчике 32.

Если в исследуемом растворе не протекают процессы, вызывающие изменение его объема, помимо теплового расширени  или сжати , то изменение объема эталонной жидкости и исследуемого образца приблизительно одинаковое в любой момент времени. При этом силовые штоки 30 и 31 двигаютс  синхронно и электрический сигнал с датчика 32 пе4 емещени  равен нулю.

Если в исследуемом растворе в процессе его нагрева или охлаждени  возникают процессы, вызывающие изменение его объема, помимо теплового расширени  или сжати , то перемещение силовых штоков 30 и 31 различно, а электрический сигнал с датчика перемещени  32 отличен от нул  и пропорционален величине объемного превращени , которое измер етс  и регистрируетс  прибором 17

Устройство позвол ет определ ть изменение объема растворов при протекании химических реакций и других кинетических процессов одновременно с измерением теплоты превращени , характеризующей данный процесс.

В насто щее врем  такие измерени  провод тс  отдельно, что вызывает дополнительные трудности в изготовлении идентичных образцов дл  дилатометрических и калориметрических исследований, а также приводит к погрешности при сопоставлении экспериментальных данных. Эти погрешности в первую очередь св заны с погрешностью в определении температур начала и конца как всего исследуемого процесса, так и его отдельных стадий.

В предлагаемом устройстве эти недостатки полностью отсутствуют, так как измерение проводитс  на одном и том же образце, и, кроме того, обеспечиваетс  строгое сопоставление дилатометрических и тепловых эффектов по температуре и длительности их протекани . В результате значительно повышаетс  объем и ценность получаемой информации.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСТВОРОВ, содержащее термостатированную ис- пытательную камеру, установленную на опорной плите, два калориметрических сосуда с нагревателями и датчиками температуры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей устройства, каждый калориметрический сосуд дополнительно снабжен силовой нитью, двумя измерительными нитями, поршнем и датчиками перемещения, причем силовая нить проходит вдоль всей длины сосуда и прикреплена одним концом к нижней части поршня, другим к опорной плите, а измерительные нити прикреплены одним концом к верхней части поршня и другим к датчикам перемещения.

   SU „„1188612