Патентно --ф'т?;:;^;|цр'^:;.^';c...o/\\,-:j i г ал
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Соеетскиз
Социалистических
Рвсптблии
Зависимое от авт, свидетельства ¹
М. Кл. G 01|т 17 08
Заявлено 31.VII.1970 (№ 1465845!18-10) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 09.11.1972. Бюллетень ¹ 7
Дата опубликования описания 28.III.1972
Комитет оо делов иаобретвиий и открытий ари Совете Мииистров
СССР
Ъ ДК 536.628.3(088.8) Авторы изобретения
А. А. Вичутинский и H. А. Садовский
Институт химии природных соединений АН СССР
Заявитель
1 и/ сif и
1.
ДФ
-а
ПРОТОЧНЪ|Й МИКРОКАЛОРИЧЕТР
Изобретение относится к области теплофизических измерений.
Известны проточные микрокалориметры, отличительной чертой которых является кратковременность эксперимента (менее 10 — 15 иин), 5 что позволяет исследовать нестабильные соединения. Такие микрокалориметры включают детектор, внутри которого установлена измерительная ячейка с термоэлементами, и устройство для ввода реагентов. Известные про- 10 точные микрокалориметры обладают чувствительностью около 10 кал/сек при максимальной скорости растворов около 10 — лтл!сек.
Этим условиям соответствует чувствительность по температуре около 10 — " С. Для известных 15 проточных микрокалориметров это, по-видимому, предел, так как они являются открытой системой, на которую влияют как колебания внешней температуры, так и условия тепло- и массообмена. 20
Малая чувствительность, вызванная нестабильностью, является основным недостатком известных проточных микрокалориметров.
С целью повышения стабильности и чувствительности предлагаемый микрокалориметр 25 дополнительно содержит ячейку, установленную по оси детектора, выполненного в виде толстостенного высокотеплопроводного цилиндра, снабженного щелевым теплообмепником с симметричным вводом реагентов и уста- 30 новленного внутри тепловыравнивающего цилиндра с большой теплоемкостью и теплопроводностью, на котором размещен дополнительный симметричный щелевой теплообменник, причем как;gakk iia ячеек снабжена pagi;aльпо расположеннымн полупроводниковыми термоэлементами, включенными дифференциально.
На чертеже изображен проточный микрокалорпметр.
Детектор 1, изготовленный пз металла с высокой теплопроводностью (например, из меди), имеет хороший тепловой контакт с теплообменпш;ом 2. жидкости вводятся в теплообменник 2 с двух концов, чем достигается продольная симметрия детектора. Секции термоэлементов 8 и 4 расположены по его оси.
Полупроводниковые термоэлементы типа
ТБМ-2М приклеены теплопроводным компаундом к стенкам детектора и ячейкам 5 и б, по которым протекают жидкости после смесителей 7 и 8. Ячейки выполнены в виде коаксиальпых цилиндров с малой теплоемкостью. Каждая секция 8 и 4 измеряет тспловой поток или температуру жидкостей после смесителей. Секции включены дифференцпальki0, ITo позволяет повысить точность измерений, компенсировать теплоту смещения реагентов и работу трения растворов в детекторе. Симметричность детектора снижает
3294I6 дсйствllс 1:а IILI 0 калсааний Окружа!Оlцей тс I.!с.!агуры и температуры жидкостей.
Прп этом каждая ячейка содержит по сто .îñåìü тсрмоэлсмептов, окружа!Ощих ячейку.
Большое число термоэлемсптав з npo î-шом микрокалориметпс опаавдана, так как увеличение размера ячейки практически пе влияет на удельную теплоемкость детектора, а увслпчеш!ую тсплопроводность можно компенсировать иптснспфпкацией теплообмена.
С целью увеличения стабильности работы прото-шаго микрокалориметра детектор 1 размещен внутри выравнивающего цилиндра 9, изгоговленного из металла с высокой теплопровод!1остша; имеющего большу!0 тсплоемкость. ".,етектор отделен от цилиндра 9 тсплоизоляцией !О. Снаружи выравнивающего цилиндра размещен симметричный щелевой
11, хороший тепловой контакт. ?Целевые теплообменпики с зазором O,l — 1,2 я я и длиной более
200 л,я и псют малое !.Идродппамическое сопрогивлспис, большую удельную поверхность и высокую эффективность теплообмепа, что необходимо для проточного микрокалоримстра. Выравнивающий цилиндр с теплообмеппиком окружены теплоизоляцисй !2 и помещены в термастат (на чертеже не показан). Учитывая необходимость работы в .,остаточно широком температурном интервале (— 5 — —;55 С) предусмотрен теплообмепник
18, расположенный в термостате. Температура растворов, попадающих в теплообменник зависит как от внешней температуры, так и температуры термостата. Выравнивающий цилиндр 9 с теплообменником 11 снижают флуктуации температуры протекающих растворов и придают им усредненную температуру микрокалорпметра. Лиалогично назначение и теплообменника 2 детектора. Для успешного решения этой задачи как выравнивающий цилиндр 9, так и корпус детектора 1 изготавливаются большой массой из металла с высокой теплоправодностью так, чтобы их теплоемкости существенно превосходили суммарную теплоемкость растворов, необходимых для одного измерения. Симметричность теплообменников 2 и 11 и дифференциального детектора делает его менее чувствительным к изменениям температуры в процессе работы м икрокалориметра.
Растворы подают в микрокалориметр одним из известных способов (с помощью шприцов, н3cocoB или 1!апостата). Конструкция микрокалориметра обеспечивает его малое гидродинамическое сопротивление, что позволяет регулировать скорость течения жидкости с помо!!!ь!о сосредоточенных регулируемых гидродинамических сопротивлений, установленных па выходе каждого канала. Для работы ми;рокалориметра в широком температурном диапазоне перед сопротивлениями установлены теплообменники, расположенные во вспомогательном термостате, работающем пр11 постоянной температуре, близкой к комнат55 б0
5
Зо
:!oIi. При э ом, несмотря на из;relieiiие вязкости в калориметре при работе прп раз;шчных температурах, скорость движения жидкости, определяемая давлением маностата и с0сре loT0ченнь1м coIlpoTHBc1cI1èc! i, находящимся при фиксированной температуре, будет практически постоянной.
Электрическая калибровка дифференциального проточного микрокалориметра осуществляется подачей известной зощности тока на нагреватели 14 или 15, расположенные между смесителями и ячейками о и б детектора.
Рассмотрим два ре кима работы проточно10 микрокалорю1стра; а) при полном теплообмене в детекторе, когда измеряется интегрально тепловой поток и б) когда теплообмен
:1рактически отсутствует и измеряется темпсраТура движущейся жидкости.
В первом случае на измеряемую величи потока практически lre влияют теплофизические свойства жидкостей (теплосмкость, теплопровадпость и т. д.), но имеется практически линейная зависимость от скорости потока, так как опа определяет теплову!о мощность системы. При электрической калибровке микракалориметра при W-Const показания прибора не будут зависеть от скорости движения жидкости, так как теплообмен !!олный, независима от ее величины. При малом же теплообмепе, когда измеряется температура, прибор мало чувствителен к изменению скорости растворов, но чувствителен к IIY теплоемкости, При электрической ка".èáðîâêå приаора показания будут зависеть как от скорОсти дв11жспия жидкости, T;IK Ii 0T ес теплоемкости, и чувствительность прибора, определенная по электрической калибровке прибора, не будет завышснно!!. lip«этом чувствител1,— ность детектора в режиме б выше, чем в режиме а и приближается к предельной. Использование в детекторе полупроводниковых термоэлсментов типа ТБ. 1-2М с низкой теплопроводностью определяет целесообразность использования режима о, т. е. Изменения температуры. Уьелнчепие расхода обьема растворов, необходимого па измерение, окупается высокой чувствительностью прибора и возможностью использовать низкие концентрации реагентов. Повышенная чувствительность реакционного микрокалориметра к температуре позволяет исследовать реакции в предельно разбавленных растворах и химию слабых взаимодействий.
П р е д . .: е т и з î о р е т е и и я
Проточный микрокалориметр, содержащий детектор, внутри которого установлена измерительная ячейка с термоэлсмептами, и устройство для ввода реагентов, атличшащийся тем, что, с целью повышения чувствительности и стабильности, 011 спаажен дополнительной ячейкой, установленной по оси детектора, выполненного в виде толстостенного высокотеплопро!зодного цилиндра, снаб;кенного щелевым тсплооамепником с симметричным вводом
329416
6,У 5 6 4 9 r 10 rZ
Составитель В. Агапова
Редактор E. Братчикова Техред 3. Тараненко Корректор А. Васильева
Заказ 742/12 Изд. № 2Н Тираж 448 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР
Москва, Ж-З5, Ратшскап наб., д. 4,5
Типографии, пр. Сапунова, 2 реагентов и установленного внутри тепловыравнивающего цилиндра с большой теплоемкостью и теплопроводностью, на котором размещен дополнительный симметричный щелевой теплообмеппик, причем каждая из ячеек снабжена радиально расположенными полуг роводниковыми термоэлементами, включенными дифференциально.
