Способ измерения теплоемкости

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕШ10ЕЖОСТИ , заключающийся в том, что в пустой калориметр с известной теплоемкостью и в такой же калориметр, заполненный исследуемым образцом, вводят модулированные мощности до обеспечения равенства средних температур калориметров и регистрируют температурные колебания калориметров, по которым определяют теплоемкость, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей метода и повышения точности измерений, для каждого калориметра частоту модуляции мощности изменяют до получения заданного фазового сдвига между колебаниями подводимой мощности и температуры и измеряют частоты модулящси, а о величине теплоемкости исследуемого образца дополнительно судят по отношению полученных частот модуляции и теплоемкое- 3 ти пустого калориметра. (Л

СОЮЗ С0ВЕТСННХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (! 11

4(51) G 01 N 25/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) .3655086/24-25 (22) 21. 10. 83 (46) 15.04.85 Бюл. !! 14 (72) Я.А. Крафтмахер (53) 536.63(088.8) (56) 1. Kraftmakher Ya.À. High Temperatures — High Pressures 1973, ч.5, N 4, р, 433-454.

2. Ахматова И.А. Доклады АН СССР.

1965, т. 162, У 1, с. 127-!29 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ, заключающийся в том, что в пустой калориметр с известной теплоемкостью и в такой же калориметр, заполненный исследуемым образцом, вводят модулированные мощности до обеспечения равенства средних температур калориметров и регистрируют температурные колебания калориметров, по которым определяют теплоемкость, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения возможностей метода и повышения точности измерений, для каждого калориметра частоту модуляции мощности изменяют до получения заданного фазового сдвига между колебаниями подводимой мощности и температуры и измеряют частоты модуляции, а о величине теплоемкости исследуемого образца дополнительно судят по отношению полученных частот модуляции и теплоемкос- .о ти пустого калориметра.

1150527

Изобретение относится к технике измерений теплофизических свойств, а именно к измерениям теплоемкости материалов, и может использоваться ,для измерений теплоемкости твердых тел и жидкостей.

Известен модуляционный метод измерения теплоемкости, заключающийся в периодической модуляции подводимой к образцу мощности и регистрации воз- 10 никающих при этом колебаний температуры (1), Различные варианты метода отличаются способами модуляции мощности и регистрации температурных колебаний.

Используют нагрев переменным током, постоянным током с небольшой переменной составляющей или модулированным высокочастотным током, нагрев электронной бомбардировкой или излучением. 20

Температурные колебания регистрируют по колебаниям электросопротивления или светимости образца, с помощью термопар или термометров сопротивления. 25

Недостатком модуляционных измерений является значительная погрешность определения абсолютных значений амплитуд колебаний подводимой мощности и температуры образца.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения теплоемкости, заключающийся в том, что в пустой калориметр с известной теплоемкостью и в такой же калориметр, заполненный исследуемым образцом, вводят модулированные мощности до обеспечения равенства средних температур калориметров и регистрируют температурные ко40 лебания калориметров, по которым определяют теплоемкость j21 . . Согласно известному способу используют два одинаковых металличес- 45 ких капилляра, один из которых пустой, а второй заполнен исследуемым веществом. Капилляры нагревают пропусканием по ним переменного тока.

Средние температуры обоих капилля- 50

pos одинаковы, а амплитуды температурных колебаний и колебаний светимости обратно пропорциональны теплоемкости. Сравнением переменных составляющих мощности и выходного на- Ы пряжения фотоприемника находят отношение полных теплоемкостей заполненного и пустого капилляров.

Недостатком известного способа является необходимость измерения амплитуд колебаний мощности и переменных составляющих выходного напряжения фотоприемника или другого датчика температуры, что обусловливает невысокую точность измерений.

Цель изобретения — расширение возможностей модуляционного метода измерения теппоемкости и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплоемкости, заключающемуся в том, что в пустой калориметр с известной теплоемкостью и такой же калориметр, заполненный исследуемым образцом, вводят модулированные мощности до обеспечения равенства средних температур калориметров и регистрируют температурные колебания калориметров, по которым определяют теплоемкость, для каждого калориметра частоту модуляции Изменяют до получения заданного фазового сдвига между колебаниями подводимой мощности и температуры и измеряют частоты модуляции, а о величине теплоемкости исследуемого образца судят по отношению полученных частот модуляции и теплоемкости пустого калориметра, При синусоидальной модуляции подводимой к калориметру мощности колебания температуры отстают по фазе от колебаний мощности на угол Я Ц, причем ((= соj Р, где С вЂ” полная теплоемкость калориметра, Дж/К;

Я вЂ” циклическая частота модуляции, с ;

P — коэффициент теплопотерь, Вт/К.

Формула (1) является обоснованием способа измерений теплоемкости. Сначала при пустом калориметре частоту модуляции изменяют до получения определенного фазового сдвига Ч . Затем такого же фазового сдвига добиваются на заполненном калориметре при той же средней температуре, Равенство темпе-. ратур необходимо, чтобы коэффициенты теплопотерь P в обоих случаях были одинаковы. Применение формулы (1) к заполненному и пустому калориметру дает

1150527 с о cog) l c кол = 4 I 2 р где С и С " теплоемкость пустого кап о калориметра и образца соответственно;

f, и f — частоты модуляции, необходимые для получения определенного фазового сдвига !О между колебаниями мощности и температуры при пустом и заполненном калориметре. 15

Таким образом, отношение тепло-. емкостей заполненного и пустого калориметров находится как отношение двух частот.

На фиг. 1 схематически представ- рб лево устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 — график температурной зависимости частот модуляции.

Устройство содержит калориметр 1 25(например, трубка, нагреваемая протекающим по ней током), генератор 2 (источник нагревающего тока), датчик

3 температуры (например, термопара), фазометрическое устройство 4, частотомер 5.

В калориметре 1 выделяется модулированная мощность. Частоту модуляции задают регулировкой генератора 2. Колебания температуры регистрируют с помощью датчика 3. Генератор 2 и датчик 3 подключены к входам фазометрического устройства 4. Частоту модуляции измеряют частотомером 5.

Измерения проводят следующей по" следовательности.

Сначала измеряют температурную зависимость частоты модуляции, необходимой для получения определенного фазового сдвига, для пустого калориметра. Затем в калориметр помещают исследуемый образец и повторяют измерения.

На фиг ° 2 приняты следующие обозначения: температурная зависимость

1 частоты модуляции, соответствующей определенному фаэовому сдвигу между колебаниями подводимой мощности и температуры, для пустого калориметра; температурная зависимость 2 частоты модуляции для заполненного калориметра.

По результатам измерений частот модуляции рассчитывают температурную зависимость теплоемкости образца по отношению к теплоемкости пустого калориметра. Цля уменьшения погрешности измерений фазовый сдвиг Ц следует о выбирать в интервале 30-60 (наименьшая погрешность соответствует углу о

45 ); теплоемкость пустого калориметра должна быть того же порядка,что и теплоемкость образца.

Таким образом, в предлагаемом способе измерений определяемой величиной является частота модуляции, а не амплитуды колебаний мощности и температуры. Фактически теплоемкость образца сравнивают с теплоемкостью эталона, которым в данном случае служит материал калориметра.

Предлагаемый способ расширяет возможности модуляционных измерений, повышает их точность. По сравнению с прототипом (сдвиг фаэ между колебаниями мощности и температуры блио зок к 90, что требует относительно высоких частот модуляции) предлагаемый способ требует в несколько раз меньших частот модуляции, что снижает требования к тепло- и температуропроводности образца. Замена измерений амплитуд колебаний подводимой мощности и температуры измерением их частоты примерно в 2-3 раза уменьшает общую погрешность определения теплоемкости (в зависимости от способов модуляции и регистрации тем\ пературных колебаний) и создает более благоприятные условия для автоматизации измерений теплоемкости.

Способ может использоваться для измерений теплоемкости твердых тел и жидкостей и найти применение в научных и прикладных исследованиях. Зкономический эффект от использования предлагаемого способа зависит от его конкретных применений.

1150527

Темперцррурц

Составитель В.Вертоградский

Редактор С.Лисина Техред Л.Микеш

Корректор М.Максимишинец

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Заказ 2134/33 Тираж 897

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5