Способ определения теплоемкости жидкости в проточном микрокалориметре

 

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик . Цель изобретения - повышение точности определения теплоемкости. Это достигается измерением сигнала дифференциальной термобатареи микрокалориметра до подачи эталонной жидкости , при ее подаче и при прокачивании исследуемой жидкости, при этом расход эталонной жидкости изменяют до достижения величины сигнала термобатареи , в 1,8-2,5 раза меньшей величины до подачи эталонной жидкости, а расход исследуемой жидкости изменяют до достижения равенства величины сигнала дифференциальной термобатареи величине сигнала при прокачке эталонной жидкости. Искомую характеристику определяют по формуле С „ Сэ&-,/Сц, где С этеплоемкость эталонной жидкости , Дж/кг-Г; G yG „ соответственно расходы эталонной и исследуемой жидкости. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН.,80„» 1444658 А 1 (51) 4 С О1 N 25/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 4247752 /31-25 (22) 21.05.87 (46) 15.12.88. Бюл. Р 46 (71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения (72) Д.А. Тайц, 10.И. Яновский и В.Г. Карпов (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 808924, кл. G 01 N 25/20, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ

ЖИДКОСТИ В ПРОТОЧНОИ ИИКРОКАЛОРИ11ЕТРЕ (57) Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик. Цель изобретения — повьп ение точности определения теплоемкости.

Это достигается измерением сигнала дифференциальной термобатареи микро-. калориметра до подачи эталонной жидкости, при ее подаче и при прокачивании исследуемой жидкости, при этом расход э талонной жидко с ти изменяют до достижения величины сигнала термобатареи, в 1,8-2,5 раза меньюей величины до подачи эталонной жидкости, а расход исследуемой жидкости изменяют до достижения равенства величины сигнала дифференциальной термобатареи величине сигнала при прокачке эталонной жидкости. Искомую характеристику определяют по формуле С „ С & /G„, где С, — теплоемкость эталонной жидкости, Дж/кг-К; С .Г „- соответствен- Я ио расходы эталонной и исследуемой жидкости. 2 ил.

1444658 где С, С вЂ” теплоемкости исследуемой и эталонной жидкостей соответственно, Дж/кг К;

G „G — расходы эталонной и исследуемой жидкостей соответственно, кг/с.

Величина электрического сигнала, генерируемого термобатареей калориметра:

U =- А V где А (— ) — коэдФициент теплочувстВ

1 В вительности;

W — тепловая мощность в ячейке.

Чувствительность определяется как

40 пе

Л

1 где п,е — число термоэлементов и коэффициент термоЭДС термобатареи, В/К;

К вЂ” полнь1й приведенный коэффициент теппопередачи ячейки калориметра.

Коэффициент К объединяет все тепловые связи ячейки. Если на ячейку подается и выводится жидкость G (см /с) с теплоемкостью С, то чувст- 55 вительность уменьшается, становясь

50 пе

К + GC

Изобретение относится к способам определения теплофизических характеристик.

Цель изобретения . — повьш ение точ5 ности измерений.

Уменьшение сигнала при прокачке обусловлено тем, что часть энергии нагревателя выносится из ячейки с изменением энтальпии жидкости в процес- }0 се ее прокачки и сокращается доля топлива, проходящая через тепломеры.

1:1

Подбором отношения сигналов —.1- 2

Г обеспечивается максимальная чувс тви — } 5 тельность измерения. После этого произ— водится прокачка измеряемой жидкости и подбор С таким образом, чтобы сигнал с измерительных ячеек оказался таким же, как и при прокачке эталон- 20 ной жидкости, т.е. 1Г 1 =. Г,. Физически это обозначает, что G С т = G Гz. Отсюда следует, что теплоемкость исследуемой жидкости

С С С 1 э,1)

"г

Отношение сигналов при подаче одной и той же мощности для случая по-. дачи GC и отсутствия подачи

U, A1 K+ GC GC

1 +

П А K К

При GC = 0 чувствительность исходная А „и сигнал U,.

При GC S А- О и1. О.

Максимальная скорость изменения ,1П сигнала ) возникает при GC = К.

U1

При —,- = 2, таким образом, максиП мальная точность измерения будет отвечать этому условию. Действительно, U„ при соотношении вЂ,- - 2 изменение GC

1- 2 на 10Х дает изменение U, 57. относительно исходной величины Г,, если

U, — 5-10 или I — 11, то изменение отно— сительно базовой величины U, уже менее IX.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1.

Устройство содержит щелевой канал

1, находящийся в тепловыравнивающем блоке 2 и служащий для прокачки жидкости. Тепловыравнивающий блок 2 окружен тепломерами 3, которые в пределах каждой ячейки соединены последовательно. На тепловыравнивающем блоке имеется электрический нагреватель 4 (например, равномерно намотанная проволока). Тепломеры 3 вторыми своими спаями установлены на массивном тепловыравнивающем ядре 5.

Тепловыравнивающий блок 2 со щелевим каналом 1 и нагревателем 4 и тепломеры 3 образуют измерительную ячейку. Для уменьшения влияния тепловых шумов в устройстве предусмотрена вторая аналогичная ячейка, тепломеры которой включены встречно по отношению к тепломерам 3 измерительной ячейки. Использование щелевого канала 1 с соотношением сторон сечения

1:4 — I:á позволяет получить довольно большие коэффициенты теплоотдачи (2000-5000 Вт/м К), .что обеспечивает нагрев жидкости в ячейке, при подаче мощности на. нагреватель 4 досредней температуры тепловыравнивающего блока на длине в несколько сантиметров (5-б см).

1444658

Сз

Си = C3 — °

И Ciu

Способ определения теплоемкости жидкости в проточном микрокалориметре, включающий подачу электрической мощности на нагреватель измерительной ячейки, поочередное прокачивание через нее эталонной и исследуемой жидкостей и регистрацию сигнала дифференциальной термобатареи микрокалориметра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения теплоемкости, измеряют сигнал дифференциальной термобатареи, вызванный подачей мошности на нагреватель измерительной ячейки до подачи эталонной жидкости, подают эталонную жидкость и изменяют ее расход до достижения величины сигнала дифференциальной батареи, в 1,82,5 раза меньшей величины сигнала до подачи эталонной жидкости, прекращают ее прокачку и подают иссле.дуемую жидкость, изменяя ее расход до достижения равенства величины сигнала дифференциальной термобатареи величине сигнала при прокачке эталонной жидкости, при этом теплоемкость исследуемой жидкости определяют по формуле

30 — q. c где У вЂ” мощность, выделяемая на нагревателе, Вт; — поток, проходящий через тепломер при прокачке эта- 35 лонной жидкости, Вт;

G — расход эталонной жидкости, 9 мл/с;

С, — удельная теплоемкость эта- лонной жидкости, Дж/мл. с; 40

dt> — перегрев эталонной жидкости на выходе относительно температуры на входе ядра.

Аналогично уравнение теплового баланса в случае прокачки исследуе" 45 мой жидкости записывается как.

Высокий коэффициент теплопроводности материала, из которого выполнен тепловыравнивающий блок 2, обес— печивает выравнивание температуры блока по длине канала. Для обеепе5 чения лучшего выравнивания температуры щелевой канал 1 может быть выполнен, например, в виде спирали.

При прокачке эталонной жидкости через ячейку и подаче электрической мощности на нагреватель 4 часть мощности проходит через тепломеры 3, которые генерируют сигнал термоЭДС, пропорциональный прошедшей через них мощности, а часть выносится из ячейки потоком жидкости, находящейся при средней температуре тепловыравнивающего блока 2.

С целью повышения чувствительности расход эталонной жидкости выбирают таким, чтобы сигнал с тепломеров ячейки при прокачке был примерно в два раза меньше, чем сигнал с тепло-, меров 3 без прокачки. Оптимальным является соотношение сигналов

1,8-2,5.

Уравнение теплового баланса ячейки имеет вид были одинаковыми, т. е. Р,, Р, и н

> *. t„, следует, что С С С„Г„.

Отсюда

Таким образом, теплоемкость исследуемой жидкости пропорциональна отношению расходов эталонной и исследуемой жидкостей.

Способ позволяет измерить тепло емкость жидкости по отношению к эталону с погрешностью менее 0,4Х, в. то время как измерение известными методами не может быть получено с погрешностью менее )X.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я (2) где индекс "и" соответствует пара- 50 метрам исследуемой жидкости.

Из анализа уравнений (1) и (2) при подаче одинаковой мощности и выбора расхода Сц таким, чтобы сигналы с тепломеров ячейки в обоих случаях

G3

С = С ц 1 С э где С вЂ” теплоемкость эталонной

3 жидкости, Дж/кг К;

С G — соответственно расходы

Э1 И эталонной и исследуемой жидкое ти.

1444658

Составитель В. Марченко

Техред М.Дидык Корректор H Король

Редактор А. Or ap

Заказ 6499/42 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4