Спосіб визначення енергетичного стану речовини та пристрій для його здійснення

1 Спосіб визначення енергетичного стану речовини, який полягає в розміщенні речовини, що досліджується, у ємкості, дії на нього тепловим імпульсним або безперервним джерелом, визначенні температури, який відрізняється тим, що на речовину діють енергією оптичного діапазону і НВЧ енергією одночасно або окремо, які подаються поодинокими чи багаторазовими імпульсами, а температуру виміряють безперервно за зміною розмірів зовнішньої оболонки датчика під впливом тепла, яке виділяється чи поглинається речовиною 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що температуру у речовині визначають як на стадії впливу енергії на речовину, так і після припинення впливу 3 Спосіб по пп 1 - 2, який відрізняється тим, що за зміною температури визначають тип реакції речовини, наприклад екзотермічну, ендотермічну або компенсовану реакцію 4 Пристрій визначення енергетичного стану речовини, який містить нагрівальний пристрій, теплоізолювальний блок з ємкістю для речовини, що досліджується, з герметичною кришкою, який відрізняється тим, що нагрівальний пристрій виконано у вигляді резонаторної камери з генератором НВЧ, який підключено до блока керування, ємкість виконано з пористого радюпрозорого матеріалу, в яку введено полімерну трубку з відбивачем на дні й оптичним датчиком у вигляді кварцового світловода, яку прикріплено до кришки ємкості шайбою, світловод за межами резонаторної камери поділено дільником на дві частини, одну з яких з'єднано через світлодюд з джерелом живлення, а другу - з приймачем випромінювання, який з'єднано з вимірювачем температури ВІДОМІ спосіб та пристрій вимірювання теплоємності матеріалів (див А С СРСР № 1689828 за МКИ G01 № 25/20,бюл № 1, 1991) згідно з якими на передні поверхні еталона й зразка що досліджується подають однакові теплові імпульси і виміряють часову залежність підвищення їх температур на задніх поверхнях, при цьому вимір підвищення температур проводять на стадії регулярного режиму їх змінювання Пристрій, що реалізує спосіб, містить теплове імпульсне джерело з двома ідентичними за енергією тепловими імпульсами, термоперетворювачі, фотодюд, цифрові вольтметри й мікро ЄОМ Однак цей спосіб і пристрій не дозволяють визначити змінювання енергетичного стану речовини під час зміни її агрегатного стану, а також у речовинах, які знаходяться у рідинному стані Найбільш близьким за сукупністю ознак є спосіб вимірювання теплоємності матеріалів (див А С СРСР № 1679333 за МКИ G01 № 25/20, бюл № 35 1991) Спосіб полягає в тому, що на зразок діють імпульсами лазерного випромінювання і реєструють початкову температуру зразка й змінювання його температури з впливом часу, на підставі чого судять про шукану величину При цьому зразок розміщують у контейнері з відомою теплоємністю й великою теплопровідністю та вимірюють змінювання температури контейнера з впливом часу У описаному способі зразок, що досліджується, знаходиться у контейнері з відомою й великою теплопровідністю, що приводить до порівняльного вимірювання температури зразка і контейнера Зовнішня теплопровідність матеріалу контейнера є причиною розсіювання енергії що виділяється у зразку і затримує вимірювання цих змін на етапі фазових переходів, а також під час початку екзотермічних або ендотермічних реакцій Найбільш близьким за сукупністю ознак є пристрій для диференційного термічного аналізу (див (О ю ю А С CPCP № 1548730 за МКИ G01 № 25/20, бюл № 9, 1990) Пристрій містить нагрівальну піч, тепловирівнюючий блок з комірками для зразка й еталона, датчик температури зразка й еталона, датчик температури теплопровід нюючого блока, двоканальний вимірювач температури, реєстратор, блок керування температурою нагріву блок формування сигналу корекції, суматор Описаний пристрій передбачає використання нагрівальної печі і тепловирівнюючого блока, що дозволяє використовувати плавний нагрів зразків, що досліджуються, з одночасним вимірюванням змін температури вирівнюючого блока і температури зразків, що досліджуються Пристрій, що розглядається, забезпечує передачу енергії від нагрівачів до вирівнюючого блока і від останнього до зразків, що досліджуються Це призводить до зміни їх температури ВІДПОВІДНО ДО теплопровідності У зразках, що досліджуються, відсутні фізикоХІМІЧНІ, а тим більш ХІМІЧНІ перетворення, які могли б призвести до неминучої зміни їх температури В основу винаходу поставлено задачу створення такого способу й пристрою визначення енергетичного стану речовини, які б дозволяли визначити енергетичні зміни стану речовини, що досліджується, в якому діються ХІМІЧНІ й фізикоХІМІЧНІ перетворювання, що досягається за рахунок нової конструкції пристрою й нового технологічного процесу Такий технічний результат може бути досягнений, якщо спосіб визначення енергетичного стану речовини, який полягає в розміщенні речовини, що досліджується, у МІСТКОСТІ, дії на нього тепловим імпульсним або постійним тепловим джерелом, визначенні температури, згідно з винаходом, на речовину діють енергією оптичного діапазону й високочастотною енергією одночасно або окремо, що подаються одиночними або багаторазовими імпульсами, а температуру вимірюють безперервно за зміною розмірів зовнішньої оболонки датчика під впливом тепла, що виділяється або отримується речовиною Іншою ВІДМІТНОЮ ознакою способу є те, що температуру в речовині визначають як на стадії впливу енергією на речовину, так і після припинення впливу Крім того, ВІДМІННІСТЬ способу полягає в тому, що за зміною температури визначають вигляд реакції у речовині, наприклад екзотермічну, ендотермічну або компенсовану реакцію Технічний результат досягається також якщо в пристрої визначення енергетичного стану речовини, що містить у собі нагрівальний пристрій, тепло ізолюючий блок з МІСТКІСТЮ для речовини, що досліджується, з кришкою, що закривається герметично, згідно з винаходом нагрівальний пристрій, зроблений у вигляді резонаторної камери з генератором НВЧ, який є підключеним до блоку керування, ємність виконано із радіо прозорого матеріалу й накрито оболонкою з пористого радіо прозорого матеріалу, в яку вмонтовано полімерну трубку з оптичним відбивачем на дні й оптичним датчиком у вигляді кварцового світловода, що прикріплена до кришки МІСТКОСТІ за допомогою шайби Світловод за межами резонаторної камери поділено дільником на дві частини, одна з яких 55162 з єднана через світлодюд з джерелом живлення, друга - через приймач випромінювання з'єднана з індикаторним пристроєм, який прокалібровано як вимірювач температури Таким чином, дія на речовину енергією оптичного й НВЧ діапазону сумісно чи окремо призводить до трансформації електромагнітної енергії в тепло, яке приводить до розігріву речовини, що досліджується, й полімерної трубки, яка знаходиться у речовині, що призводить до зміни її поздовжніх розмірів На фіг подано схему пристрою визначення енергетичного стану речовини Пристрій визначення енергетичного стану речовини містить нагрівальний пристрій 1, тепло ізолюючий блок 2, з ємністю 3 з фторопласта (тефлона) для речовини, що досліджується, з кришкою, що закривається герметично При цьому нагрівальний пристрій виконано у вигляді камери з генератором НВЧ 4, який підключено до блока керування 5 Ємність 3 виконано з пористого радюпрозорого матеріалу, в яку введено полімерну трубку 6 з фторопласта з радюпрозорим оптичним відбивачем 7 на дні й оптичним датчиком 8 у вигляді кварцового світловода, торець якого розміщено над відбивачем 7 і який прикріплено до кришки ємності 3 шайбою 9 Світловод за межами резонаторної камери 1 поділено дільником 10 на дві частини, одна з яких з'єднана через світлодюд 11 з джерелом живлення 12, друга - через приймач випромінювання 13 з'єднана з вимірювачем температури 14 Пристрій працює таким чином В ємність 3, яку виготовлено з фторопласта, завантажують 3Л об'єму речовини, що досліджується, встановлюють у резонаторну камеру (нагрівальний пристрій) 1 й зачиняють кришкою, в яку у вертикальному положенні по центру вмонтовано полімерну трубку, яка є заглушеною з торця й знаходиться у речовині, що досліджується На дні цієї трубки знаходиться радюпрозорий оптичний відбивач 7 Над поверхнею цього відбивача знаходиться торець кварцового світловода 8, який закріплено у шайбі 9, прикріплено до кришки МІСТКОСТІ 3 й виведено за межи резонаторної камери 1 До цього світловода за межами резонаторної камери 1 приварено два світловоди, які створюють з першим дільник 10, один з яких через світлодюд з'єднано з джерелом живлення 12,а другий - через приймач 13 (фотодіод) з вимірювальним пристроєм 14, шкалу якого прокалібровано в градусах Цельсія Перед тим як подавати в резонаторну камеру 1 електромагнітну енергію НВЧ діапазону окремо чи сумісно з випромінюванням оптичного діапазону вмикають джерело живлення 12 і світлодюд 11, від якого світловий потік проходить крізь дільник 10 й спрямовується по світловоду 8 доходить до відбивача 7 і вертається по цьому світловоду до дільника 10, де спрямовується по світловоду до фотодіода 13, в якому виникає електричний струм пропорційний світовому потоку, який фіксується вимірювальним пристроєм 14, показує початкову температуру речовини, що знаходиться у МІСТКОСТІ З, яку закрито кришкою й встановлено в резонаторну камеру 1 Вмикають блок керування 5 і НВЧ генератор 4, енергія від якого поступає в резона 55162 торну камеру 1, проходить крізь стінку тепло ізолюючого блока 2, стінки МІСТКОСТІ 3 й поглинається речовиною, що досліджується, що призводить до зміни температури в результаті трансформації електромагнітної енергії Від речовини нагрівається трубка 6 з відбивачем 7 ЛІНІЙНІ розміри трубки 6 змінюються й відбивач 7 переміщується, що призводить до зміни відбитого світового потоку, що попадає крізь дільник 10 на фотодіод 13 й вимірю вач 14 фіксує зміну температури Світловод у резонаторній камері не нагрівається й не змінює свої розміри тому що виконаний з кварцу, що не впливає на стабільну зміну світового потоку від відбивача 7 Зміну температури речовини, що досліджується, можна здійснювати в процесі подавання електромагнітної енергії, а також після його припинення Фіг. Підписано до друку 03 04 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24