Кондуктивний калориметр

Реферат: Винахід належить до калориметрів і призначений для визначення теплоти, що виділяється або поглинається при фізико-хімічних та біологічних процесах для вимірювання теплоти згоряння, радіоактивного розпаду, теплоти гідратації, теплоти розчинення, теплоти термогенезу біологічних об'єктів в наукових дослідженнях, енергетиці, хімічній, харчовій, мікробіологічній промисловості. Кондуктивний калориметр містить термостатований блок зі щонайменше однією калориметричною коміркою, на кожному торці якого розташований перетворювач теплового потоку. Одна зі сторін перетворювача знаходиться у тепловому контакті з масивним блоком, а на іншій стороні розміщений компенсаційний електричний нагрівник торця. Вихід кожного перетворювача теплового потоку підключений до входу регулятора, вихід якого підключений до відповідного електричного нагрівника торця. Технічним результатом винаходу є зменшення неконтрольованого теплообміну крізь торці масивного блока калориметра та підвищення точності вимірювання. UA 108312 C2 (12) UA 108312 C2 UA 108312 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до калориметрів, призначених для визначення теплоти, що виділяється або поглинається при фізико-хімічних та біологічних процесах, і може бути застосований для вимірювання теплоти згоряння, радіоактивного розпаду, теплоти гідратації, теплоти розчинення, теплоти термогенезу біологічних об'єктів в наукових дослідженнях, енергетиці, хімічній, харчовій, мікробіологічній промисловості. Відомий кондуктивний калориметр типу Кальве, що містить циліндричний масивний термостатований блок з теплоізольованою боковою поверхнею, в якому розташовані дві однакові комірки з реакційними посудинами та калориметричними чутливими оболонками, що підключені диференціально, причому для зменшення впливу нестабільних зовнішніх факторів на торцевих поверхнях масивного блока розміщені теплопровідні елементи у вигляді зрізаних конусів з тепловими лінзами, більші перерізи яких контактують з масивним блоком, а менші - з термостатованою оболонкою. Вважається, що така конструкція рівномірно розподіляє по поверхні торця масивного блока несиметричне зовнішнє теплове збурення на термостатовану оболонку і внаслідок однакової дії цього збурення на диференціально включені чутливі калориметричні оболонки, результуючий вплив зовнішнього збурення нівелюється. [Л.И. Анатычук. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. - Киев: Наук.думка, 1979.-768 сс.564-567]. Недоліками даного пристрою є обмеженість зверху вимірюваної теплової потужності внаслідок того, що система термостатування теплоізольованого масивного блока не здатна відводити значну кількість теплоти, що виділяється в реакційній посудині. Крім того, наявність двох конусних елементів на торцях масивного блока призводить до збільшення габаритів та маси термостатованого блока та всього пристрою. Найбільш близьким аналогом пристрою є калориметр згідно з патентом України на винахід № 101716, що містить у собі калориметричні чутливі оболонки, вмонтовані в термостатований блок, і розташовані в них комірки з реакційними посудинами. Пристрій має вентилятор, який обдуває зовнішню поверхню калориметричного блока для охолодження, а електричний нагрівник, розміщений на поверхні калориметричного блока, служить для його нагрівання. Пристрій включає перетворювач температури, розташований у калориметричному блоці, та терморегулятор, який за сигналом перетворювача температури регулює електричну потужність нагрівника так, щоб підтримувати постійною температуру калориметричного блока. Торці масивного блока калориметра з кожного боку вкриті шарами теплоізоляційного матеріалу, причому торці калориметричних комірок також закриваються теплоізоляційними кришками. Недоліком даного пристрою є те, що шар теплоізоляційного матеріалу на торці масивного блока не є ідеальним тепловим захистом, внаслідок чого зовнішні збурення, такі як неконтрольовані зміни температури зовнішнього повітря, пряме падіння сонячних променів, впливають на теплове поле в масивному блоці, а теплота, що виділяється в калориметричній комірці внаслідок досліджуваної реакції, може частково проходити крізь торці комірки та масивного блоку, що призводить до неконтрольованих тепловтрат та збільшує похибку вимірювань. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення кондуктивного калориметра шляхом розташування на кожному торці масивного блоку перетворювача теплового потоку та нагрівника торця, які разом з регулятором утворюють активну адіабатну теплоізоляцію для зменшення неконтрольованого теплообміну крізь торці масивного блоку. Поставлена задача вирішується тим, що у кондуктивному калориметрі, що включає масивний термостатований блок, в якому розміщені одна або декілька калориметричних комірок з чутливими оболонками та реакційними посудинами, а також перетворювач температури, який підключений до входу терморегулятора, вихід якого підключений до електричного нагрівника, розташованого на боковій поверхні масивного блоку, причому бокова поверхня має систему керованого охолодження, згідно з винаходом, на кожному торці масивного блока розташований перетворювач теплового потоку, одна зі сторін якого знаходиться у тепловому контакті з масивним блоком, а на іншій стороні - розміщений компенсаційний електричний нагрівник торця, причому вихід кожного перетворювача теплового потоку підключений до входу регулятора, вихід якого підключений до відповідного електричного нагрівника торця. В запропонованому пристрої розташування перетворювачів теплового потоку на торцях масивного блока, дозволяє їм генерувати сигнал пропорційний тепловому потоку крізь цей торець. Сигнал перетворювача подається на вхід регулятора, який подає електричну потужність на нагрівник торця, за рахунок чого компенсується наявний тепловий потік. Таким чином, перетворювачі теплового потоку, нагрівники торців та регулятори утворюють систему автоматичного підтримання нульового теплового потоку крізь кожний торець масивного блока активну адіабатну теплоізоляцію. На кресленні зображений загальний вигляд пристрою в розрізі. 1 UA 108312 C2 5 10 15 20 25 30 В масивному термостатованому блоці 1 розміщені дві калориметричні комірки з чутливими оболонками 2 та реакційними посудинами 3, а також перетворювач температури 4, який підключений до входу терморегулятора 5, вихід якого підключений до електричного нагрівника 6, розташованого на боковій поверхні масивного блока. Бокова поверхня блока 1 має систему керованого повітряного охолодження, яка включає вентилятор 7 та кільцевий коаксіальний канал 8 для охолоджувального повітря, утворений боковою поверхнею блока 1 та корпусом 9. На верхньому торці масивного блока розташований перетворювач теплового потоку 10, а на іншому торці - перетворювач теплового потоку 11, одна зі сторін кожного з перетворювачів знаходиться у тепловому контакті з масивним блоком через температуровирівнювальні пластини 12 та 13, а на іншій стороні перетворювачів розміщені компенсаційні електричні нагрівники торців 14 та 15. Вихід верхнього перетворювача теплового потоку 10 підключений до входу регулятора 16, вихід якого підключений до електричного нагрівника верхнього торця 14, а вихід нижнього перетворювача теплового потоку 11 підключений до входу регулятора 17, вихід якого підключений до електричного нагрівника нижнього торця 15. Заявлений пристрій працює таким чином: Оскільки температура термостатування масивного блока встановлюється вищою за температуру оточуючого повітря, крізь торці масивного блока почне протікати тепловий потік, направлений від масивного блока і при цьому перетворювачі теплового потоку 10 та 11 генерують сигнали, які подаються на входи регуляторів 16 та 17, які подають електричну потужність на нагрівники торців 14 та 15, в результаті чого теплові потоки через торці масивного блока компенсуються. Якщо тепловий потік крізь торці термостатованного блока збільшується, наприклад, внаслідок тепловиділення від досліджуваної реакції в реакційних посудинах 3, перетворювачі теплового потоку 10 та 11, розташовані на торцях масивного блока, генерують сигнал, пропорційний тепловому потоку крізь цей торець. Сигнали перетворювачів 10 та 11 подаються на входи регуляторів 16 та 17, які підвищують значення електричної потужності, що подається на нагрівники торців 14 та 15, за рахунок чого компенсується наявний тепловий потік. В разі зменшення тепловиділення в комірках, зміна теплового потоку крізь торці автоматично призводить до зменшення значення електричної потужності, що подається на нагрівники торців. Таким чином, на кожному торці масивного блока утворена система автоматичного підтримання нульового теплового потоку активна адіабатна теплоізоляція, яка забезпечує підвищення точності вимірювання теплоти, що виділяється або поглинається при фізико-хімічних та біологічних процесах, за рахунок зменшення неконтрольованого теплообміну крізь торці масивного термостатованого блока. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 Кондуктивний калориметр, що містить термостатований блок, в якому розміщена щонайменше одна калориметрична комірка з чутливими оболонками та реакційними посудинами, а також перетворювач температури, який підключений до входу терморегулятора, вихід якого підключений до електричного нагрівника, розташованого на боковій поверхні термостатованого блока, причому бокова поверхня має систему керованого охолодження, який відрізняється тим, що на кожному торці термостатованого блока розташований перетворювач теплового потоку, одна зі сторін якого знаходиться у тепловому контакті з термостатованим блоком, а на іншій стороні розміщений компенсаційний електричний нагрівник торця, причому вихід кожного перетворювача теплового потоку підключений до входу регулятора, вихід якого підключений до відповідного електричного нагрівника торця. 2 UA 108312 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3