×
24.07.2020
220.018.3709

АДИАБАТИЧЕСКИЙ КАЛОРИМЕТР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, а именно к адиабатической калориметрии, где определяются удельная теплоемкость и энтальпия различных материалов и изделий, и может быть использовано главным образом в метрологии. В предлагаемом адиабатическом калориметре, включающем в себя калориметрический сосуд с нагревателем, три адиабатические оболочки, окружающие сосуд и снабженные нагревателями и термопреобразователями, термопреобразователи совместно с нагревателем калориметрического сосуда подключены к блоку измерения и регулирования температуры. Оболочки и калориметрический сосуд выполнены из высокотеплопроводного материала, нагреватели оболочек размещены на наружных поверхностях оболочек, а их термопреобразователи размещены на внутренних поверхностях оболочек. Калориметрический сосуд снабжен тремя встроенными в него термопреобразователями, два из которых расположены диаметрально-противоположно по краям калориметрического сосуда, а третий - в его центре. Нагреватель калориметрического сосуда равномерно распределен по объему сосуда, калориметрический сосуд выполнен в форме дискового барабана с крышкой и дном. Барабан симметричен относительно вертикальной условной оси вращения и снабжен одинаковыми сквозными цилиндрическими отверстиями заданного диаметра, причем их количество задано исходя из условия, чтобы общий объем, занимаемый отверстиями в барабане, был максимально возможным. Технический результат - повышение точности с одновременным расширением функциональных возможностей устройства - расширением номенклатуры исследуемых изделий и температурного диапазона. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике, а именно - к адиабатической калориметрии, где определяются удельная теплоемкость и энтальпия различных материалов и изделий, и может быть использовано, главным образом, в метрологии, а также - в приборостроении, машиностроении, экспериментальной физике и теплофизике.

Известен адиабатический калориметр, содержащий калориметрический сосуд с нагревателем и термопреобразователем, окруженный двумя адиабатическими оболочками, нагреватели которых включены параллельно и подключены к выходу блока регулирования температуры, вход которого соединен с датчиками разности температур, установленными между нагревателем сосуда и первой оболочкой (патент Великобритании О 1429365 кл. G ID, опубл. 1976). Недостатком этого калориметра является существенная погрешность термостатирования, т.е. поддержания адиабатического режима и, как следствие, низкая точность измерений.

Известен адиабатический калориметр для измерения теплоемкости веществ, содержащий охлаждаемую вакуумную камеру и расположенный в ней контейнер с исследуемым образцом и системой адиабатических экранов, содержащий внутренний и внешний радиационные экраны с крышками и горячее кольцо, при этом подводящие провода от контейнера, минуя внутренний радиационный экран, выведены на горячее кольцо и затем на внешний радиационный экран, причем связь подводящих проводов, расположенных на различных экранах, осуществляется бестермоточным кольцевым разъемом с подпружиненными контактами из того же матариала, а крышка введена внутрь экрана (Авт. свид. СССР №504105, МКИ G01K 17/00, опубл. 25.02.1976). Данный калориметр обладает сниженной утечкой теплоты через токоподводы, но вследствие дополнительного контактного электрического сопротивления в подпружиненных контактах имеет повышенную погрешность измерения температуры, что приводит к существенному снижению точности получаемых результатов. Кроме этого, калориметр не позволяет исследовать образцы, выполненные в форме цилиндров относительно большой длины, например - стандартных образцов, применяемых в эталоне ГЭТ 24-2007.

Известен адиабатический калориметр, содержащий ампулу и устройство для разрушения ампулы, установленные в реакционном сосуде, помещенном в вакуумную камеру, окруженную двумя адиабатическими оболочками и термобатареей (Авт. свид. СССР, №373551, МКИ G01K 17/04, 1973). Данный калориметр, как и предыдущий, обладает малой инерционностью, но имеет за счет этого невысокую точность поддержания адиабатического режима и, как следствие, низкую точность измерений. Кроме того, калориметр не позволяет исследовать образцы, выполненные в форме цилиндров относительно большой длины, например - стандартных образцов, применяемых в эталоне ГЭТ 24-2007.

Наиболее близким к предлагаемому является адиабатический калориметр, содержащий калориметрический сосуд для исследуемого вещества, снабженный термопреобразователем, нагревателем и окруженный тремя адиабатическими оболочками с нагревателями, три блока регулирования температуры оболочек, входы которых соединены с датчиками разности температур, а выходы подключены к нагревателям оболочек, при этом датчики температуры установлены между калориметрическим сосудом и каждой адиабатической оболочкой (Авт. свид. СССР №1093913, МКИ G01K 17/04, опубл. 06.04.1984). Недостаток указанного калориметра заключается в том, что имеет существенную инерционность, что выливается в повышенную погрешность измерений. Это обусловлено тем, что датчики разности температур расположены между адиабатическими оболочками, поэтому возникает задержка во включении нагревателей оболочек, обусловленная необходимостью превышения сигналом с данного датчика температуры определенного уровня чувствительности системы поддержания температуры данной оболочки. Указанная задержка сказывается на нарушении адиабатического режима калориметра в большей степени со стороны наружной, второй адиабатической оболочки. Кроме того, при использовании калориметра требуется значительное время для подготовки к опыту, в течение которого необходимо установить температуры обеих, влияющих один на другого оболочек, позволяющие при сохранении определенной инерционности калориметра компенсировать тепловые потери при заданной температуре проведения опыта.

Общие недостатки перечисленных выше калориметров - невысокая точность и ограниченные функциональные возможности, в частности -невозможность получать точные значения удельной теплоемкости и энтальпии таких изделий, как стандартные образцы, применяемые в метрологии для измерений температурного коэффициента линейного расширения, а также - ограничение по верхней границе температурного диапазона (не более 200°С, или 473 К).

Технический результат изобретения - повышение точности с одновременным расширением функциональных возможностей устройства - расширением номенклатуры исследуемых изделий и температурного диапазона.

Данный результат достигается тем, что в адиабатическом калориметре, включающем в себя калориметрический сосуд с нагревателем, три адиабатические оболочки, окружающие сосуд и снабженные нагревателями и термопреобразователями, термопреобразователи совместно с нагревателем калориметрического сосуда подключены к блоку измерения и регулирования температуры, оболочки и калориметрический сосуд выполнены из высокотеплопроводного материала, нагреватели оболочек размещены на наружных поверхностях оболочек, а их термопреобразователи размещены на внутренних поверхностях оболочек, калориметрический сосуд снабжен тремя встроенными в него термопреобразователями, два из которых расположены диаметрально-противоположно по краям калориметрического сосуда, а третий - в его центре, нагреватель калориметрического сосуда равномерно распределен по объему сосуда, калориметрический сосуд выполнен в форме дискового барабана с крышкой и дном, барабан симметричен относительно вертикальной условной оси вращения и снабжен одинаковыми сквозными цилиндрическими отверстиями заданного диаметра, причем их количество задано исходя из условия, чтобы общий объем, занимаемый отверстиями в барабане, был максимально возможным.

Компоновочная схема предлагаемого устройства изображена на фиг. 1. На фиг. 2 представлено поперечное сечение калориметрического сосуда, выполненного в виде барабана. Адиабатический калориметр содержит калориметрический сосуд 1, адиабатические оболочки 2, 3, 4 с встроенными в них нагревателями 5 и термопреобразователями 6, подвес 7, центрирующую втулку 8. Управление работой калориметра осуществляется при помощи блока регулирования и измерения температуры 9 и компьютера 10. Калориметрический сосуд 1 калориметра содержит одинаковые сквозные цилиндрические отверстия 11 для размещения в них исследуемых изделий, два периферийных термопреобразователя 12, один центральный термопреобразователь 13, нагреватель 14, равномерно размещенный по объему сосуда 1, крепежные винты 15, дно 16 и крышку 17. Нагреватели 5 размещены на внешней стороне оболочек, а термопреобразователи 6 - на их внутренней стороне. Термопреобразователи 6, 12 используются для поддержания адиабатических условий, а термопреобразователь 13, расположенный в центре калориметрического сосуда, используется для измерений температурного хода калориметрического сосуда. Нагреватели 5 обеспечивают поддержание заданного уровня температуры с одновременным обеспечением адиабатических условий для калориметрического сосуда 1. Нагреватель 14 обеспечивает подачу дополнительного количества теплоты в калориметрический сосуд 1 при измерениях. Блок регулирования и измерения температуры 9 выполняет функцию регулирования и измерения температуры калориметрического сосуда 1 и адиабатических оболочек 2, 3, 4. Компьютер 10 выполняет функцию управления работой блока регулирования 9, функцию программной обработки измеряемых данных и получения искомого значения удельной теплоемкости или энтальпии исследуемого образца. Винты 15 крепят дно 16 и крышку 17 к калориметрическому сосуду 1 (барабану).

Калориметр работает по принципу периодического ввода теплоты в диапазоне температур 293-800 К следующим образом. С помощью нагревательного элемента внешней оболочки 4 задается требуемая температура термостатирования. С помощью нагревателей оболочек 2, 3 обеспечиваются адиабатические условия для калориметрического сосуда 1. Адиабатический режим калориметра обеспечивается комплексной системой, состоящей из трех адиабатических оболочек 2, 3, 4 с тремя термопреобразователями 6 и двух термопреобразователей 12. При этом наилучшая минимальная разность температуры между калориметрическим сосудом 1 и первой оболочкой 2 обеспечивается за счет осреднения показаний двух периферийных термопреобразователей 12 и последующего сведения к минимуму разности между данным средним значением и измеряемой температурой оболочки 2. Благодаря этому достигается наилучшая адиабатичность калориметрического сосуда 1. После достижения стационарного теплового режима через нагреватель 14 калориметрического сосуда 1 в течение определенного времени пропускается электрический ток, количество затраченной на нагрев мощности и измеряется с помощью блока регулирования и измерения температуры 9 и компьютера 10, а прирост температуры калориметрического сосуда - с помощью платинового термопреобразователя сопротивления 13.

Конкретный калориметр имеет следующие технические характеристики. Габаритные размеры калориметра - диаметр 415 мм, высота 741 мм; габаритные размеры калориметрического сосуда - диаметр 42 мм, высота 125 мм, диаметр отверстий 5,2 мм (под образцы эталона ГЭТ 24-2007), количество отверстий 14. Материал калориметрического сосуда 1 и адиабатических оболочек 2, 3, 4 - серебро; нагреватели 5, 14 выполнены из нихрома, термопреобразователи - платиновые термометры сопротивления типа pt100 с номинальным электрическим сопротивлением 100 Ом.

В результате испытаний калориметра достигнутая адиабатичность характеризуется разностью температуры калориметрического сосуда 1 и первой оболочки 2, равной 0,0001 К при заданном подъеме температуры равном ΔT=5 К. Оцениваемая относительная неопределенность измерения теплоемкости с помощью данного калориметра составляет не хуже 5⋅10-4. Воспроизводимость результатов измерения теплового эквивалента калориметра, т.е. среднеквадратичное отклонение экспериментальных точек от сглаженной кривой составляет 0,05% в интервале температур 293-800 К. Благодаря конструкции калориметрического сосуда и новому расположению датчиков температуры значительно уменьшается зависимость температур оболочек 2, 3, 4 от температуры опыта при сохранении заданного качества адиабатического режима, что подтверждается практическим использованием калориметра. Так, во всем интервале рабочих температур 293-800 К, температуры адиабатических оболочек практически не изменяются, при сохранении температурного хода калориметра не более 0,00001 К/мин в начальный и конечный периоды опыта.

Также благодаря тому, что общий объем, занимаемый отверстиями 11 в барабане 1, сделан максимально возможным, достигнуто наилучшее соотношение полезного измеряемого сигнала (с образцами) к сигналу от пустого калориметрического сосуда, т.е. - достигнуто максимальное отношение полной теплоемкости исследуемых образцов к теплоемкости калориметрического сосуда 1. Кроме этого, выполнение калориметрического сосуда из высокотеплопроводного материала (серебра) в сочетании с равномерно-распределенными по его объему отверстиями для образцов обеспечивает наилучшую равномерность температурного поля в заполненном калориметрическом сосуде, что выгодно отличает данный калориметр от аналогов и прототипа и обеспечивает более высокую достоверность значений измеряемой температуры. В совокупности данные технические решения существенно повышают точность измерений.

Кроме того, калориметр позволяет измерять теплоемкость цилиндрических образцов относительно большой длины, например - стандартных образцов, применяемых в эталоне ГЭТ 24-2007, что делает его более многофункциональным и расширяет номенклатуру исследуемых изделий.

Таким образом, предлагаемый адиабатический калориметр позволяет исследовать широкую номенклатуру материалов и изделий с одновременным повышением точности измерений и расширением температурного диапазона.

Адиабатический калориметр, включающий в себя калориметрический сосуд с нагревателем, три адиабатические оболочки, окружающие сосуд и снабженные нагревателями и термопреобразователями, в котором термопреобразователи совместно с нагревателем калориметрического сосуда подключены к блоку измерения и регулирования температуры, отличающийся тем, что с целью повышения точности и расширения номенклатуры исследуемых изделий, оболочки и калориметрический сосуд выполнены из высокотеплопроводного материала, нагреватели оболочек размещены на наружных поверхностях оболочек, а их термопреобразователи размещены на внутренних поверхностях оболочек, калориметрический сосуд снабжен тремя встроенными в него термопреобразователями, два из которых расположены диаметрально-противоположно по краям калориметрического сосуда, а третий - в его центре, нагреватель калориметрического сосуда равномерно распределен по объему сосуда, калориметрический сосуд выполнен в форме дискового барабана с крышкой и дном, барабан симметричен относительно вертикальной условной оси вращения и снабжен одинаковыми сквозными цилиндрическими отверстиями заданного диаметра, причем их количество задано исходя из условия, чтобы общий объем, занимаемый отверстиями в барабане, был максимально возможным.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 21.
27.08.2013
№216.012.6511

Способ контроля метрологической исправности интеллектуального средства измерений

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для увеличения межкалибровочных или межноверочных интервалов в процессе эксплуатации интеллектуальных средств измерений (ИСИ). Сущность: в процессе эксплуатации периодически определяют значения измеряемой величины и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491510
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.03.2016
№216.014.caf8

Способ измерения электрической емкости и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике и метрологии, а именно к технике измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе, измеряемой путем счета электронов. Согласно способу постоянный электрический ток воспроизводят с помощью цепи, выполненной в виде измеряемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577803
Дата охранного документа: 20.03.2016
25.08.2017
№217.015.c196

Интеллектуальное средство измерений температуры

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для увеличения длительности межкалибровочного интервала (МКИ) интеллектуального средства измерений температуры. Интеллектуальное средство измерений температуры (ИСИТ) содержит термочувствительный элемент,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617458
Дата охранного документа: 25.04.2017
01.07.2018
№218.016.6983

Квантовый трап-детектор

Изобретение относится к области измерительной техники и касается квантового трап-детектора. Квантовый трап-детектор содержит два фотодиода, установленные под заданным углом в виде клина, причем длина каждого фотодиода и угол между ними обеспечивают рассчитанное, для заданной точности,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659329
Дата охранного документа: 29.06.2018
23.04.2019
№219.017.36de

Способ измерения спектрального коэффициента излучения тела

Изобретение относится к измерительной технике в области теплофизики высоких температур и высокотемпературной метрологии. Заявленный способ включает сбор и фокусирование излучения от термостабилизированного тела, преобразование его полихроматического излучения в монохроматическое, измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685548
Дата охранного документа: 22.04.2019
07.06.2019
№219.017.754f

Способ определения теплоемкости материалов

Изобретение относится к области прецизионных измерений теплоемкости. Исследуемый образец с предварительно установленным термометром помещают в адиабатический контейнер с нагревателем известной теплоемкости, пропускают через нагреватель измерительный импульс электрического тока, за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690717
Дата охранного документа: 05.06.2019
10.07.2019
№219.017.ac43

Способ определения теплопроводности материалов

Изобретение относится к области теплофизических измерений. Плоский исследуемый образец известной толщины и плоский эталонный образец с известным тепловым сопротивлением приводят в тепловой контакт. Создают заданную разность температуры между внешними плоскостями эталонного и исследуемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002343466
Дата охранного документа: 10.01.2009
16.08.2019
№219.017.c03d

Способ измерения показателя инфракрасной видности и инфракрасной дальности видимости объекта

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям и классификации тепловых полей объектов с использованием инфракрасных средств измерений, и предназначено для использования при испытаниях инфракрасной видности техногенных и биологических объектов. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697402
Дата охранного документа: 14.08.2019
02.10.2019
№219.017.d0ee

Способ градуировки пирометра излучения и измерения температуры объекта

Изобретение относится к измерительной технике в области пирометрических измерений, предназначено для градуировки пирометров излучения, измерения температуры реальных объектов и может быть использовано в метрологии, в промышленности, при выполнении научных исследований. Изобретение заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700338
Дата охранного документа: 16.09.2019
13.12.2019
№219.017.ecd3

Способ измерения объемного электрического сопротивления

Изобретение относится к измерительной технике в области исследований электрических параметров изделий и предназначено для измерения объемного электрического сопротивления различных изделий, в том числе для изделий из высокоэлектропроводных материалов. Сущность способа измерения объемного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708712
Дата охранного документа: 11.12.2019
Показаны записи 1-10 из 21.
18.05.2018
№218.016.5200

Способ выравнивания температурного поля объекта, нагреваемого внешним источником энергии

Изобретение относится к области высоких технологий, осуществляемых на основе управляемых термодинамических процессов, и может быть использовано для получения высокоизотермичных температурных полей объектов, нагреваемых внешним источником энергии. Одна из наиболее востребованных сфер...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653095
Дата охранного документа: 07.05.2018
01.07.2018
№218.016.6983

Квантовый трап-детектор

Изобретение относится к области измерительной техники и касается квантового трап-детектора. Квантовый трап-детектор содержит два фотодиода, установленные под заданным углом в виде клина, причем длина каждого фотодиода и угол между ними обеспечивают рассчитанное, для заданной точности,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659329
Дата охранного документа: 29.06.2018
23.04.2019
№219.017.36de

Способ измерения спектрального коэффициента излучения тела

Изобретение относится к измерительной технике в области теплофизики высоких температур и высокотемпературной метрологии. Заявленный способ включает сбор и фокусирование излучения от термостабилизированного тела, преобразование его полихроматического излучения в монохроматическое, измерение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685548
Дата охранного документа: 22.04.2019
16.08.2019
№219.017.c03d

Способ измерения показателя инфракрасной видности и инфракрасной дальности видимости объекта

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям и классификации тепловых полей объектов с использованием инфракрасных средств измерений, и предназначено для использования при испытаниях инфракрасной видности техногенных и биологических объектов. Способ заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697402
Дата охранного документа: 14.08.2019
16.08.2019
№219.017.c05e

Способ воспроизведения, передачи и измерения термодинамической температуры

Изобретение относится к измерительной технике в области высоких температур и может быть использовано в эталонной метрологии для воспроизведения, передачи и измерения термодинамической температуры согласно новому международному определению единицы ее измерения. Заявленный способ включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697429
Дата охранного документа: 14.08.2019
02.10.2019
№219.017.d0ee

Способ градуировки пирометра излучения и измерения температуры объекта

Изобретение относится к измерительной технике в области пирометрических измерений, предназначено для градуировки пирометров излучения, измерения температуры реальных объектов и может быть использовано в метрологии, в промышленности, при выполнении научных исследований. Изобретение заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700338
Дата охранного документа: 16.09.2019
13.12.2019
№219.017.ecd3

Способ измерения объемного электрического сопротивления

Изобретение относится к измерительной технике в области исследований электрических параметров изделий и предназначено для измерения объемного электрического сопротивления различных изделий, в том числе для изделий из высокоэлектропроводных материалов. Сущность способа измерения объемного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708712
Дата охранного документа: 11.12.2019
22.12.2019
№219.017.f0df

Способ измерения температурной зависимости коэффициента теплопроводности электропроводящих материалов при высоких температурах

Изобретение относится к измерительной технике, в частности - к измерениям теплофизических свойств материалов, которые эксплуатируются в области высоких температур, где свойства имеют ярко выраженную зависимость от температуры. Сущность изобретения заключается в том, что для получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709708
Дата охранного документа: 19.12.2019
14.03.2020
№220.018.0bc0

Способ измерения удельной теплоемкости материалов

Изобретение относится к измерительной технике теплофизических свойств веществ, предназначено для измерения удельной теплоемкости материалов и может быть использовано в метрологии, в промышленности, в научных исследованиях и для разработки новых материалов с заранее заданными свойствами. Заявлен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716472
Дата охранного документа: 11.03.2020
14.03.2020
№220.018.0bd9

Способ создания меры удельной теплоемкости с заранее заданным значением

Изобретение относится к измерительной технике в области теплофизических измерений и предназначено для создания широкой номенклатуры мер удельной теплоемкости материалов, используемых в метрологии. Заявлен способ создания меры удельной теплоемкости, которую образуют в виде механической смеси из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716468
Дата охранного документа: 11.03.2020
+ добавить свой РИД