Калориметр для измерения теплофизических величин

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к приборам, предназначенным для измерения теплофизических величин, и может применяться в химической, пищевой, биотехнологической и других отраслях промышленности.

Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения теплофизических величин с помощью калориметра.

В калориметре для измерения теплофизических величин, содержащем корпус, изотермическую оболочку, теплоизолирующее покрытие оболочки, согласно полезной модели изотермическая оболочка выполнена в виде сферического сосуда, в качестве материала для теплоизолирующего покрытия оболочки применен «Изоллат».

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к приборам, предназначенным для измерения теплофизических величин, и может применяться в химической, пищевой, биотехнологической и других отраслях промышленности.

Известен калориметр по патенту RU 2287788. Известный калориметр в своем составе содержит измерительную ячейку с введенной в нее калориметрической бомбой. Измерительная ячейка связана через преобразователь теплового потока с массивным блоком. Массивный блок помещен в изотермическую оболочку. Изотермическая оболочка выполнена в виде двух цилиндрических обечаек, между которыми размещена термоизолирующая прокладка. В калориметр введен воздушный термостат, состоящий из вентилятора, нагревателя, термометра сопротивления и усилителя.

Основным недостатком известного калориметра является недостаточно высокая точность измерения теплофизических величин, что объясняется повышенным теплообменом калориметра с окружающей средой за счет значительной площади цилиндрической изотермической оболочки. Этому способствует также нерешенность вопроса выбора материала для теплоизолирующей прокладки, размещенной между обечайками.

Известен калориметр по патенту RU 2371685, принятый в качестве прототипа. Известный калориметр содержит металлический корпус, изотермическую оболочку, выполненную в виде цилиндрического латунного сосуда с плотно закрывающейся крышкой, и заполненную дистиллированной водой, боковая поверхность которой и днище покрыты теплоизолирующим материалом - «Пенофолом». На дне изотермической оболочки смонтированы нагреватель форсированного вывода оболочки на режим, датчик температуры, проточный холодильник, нагреватель вывода оболочки на режим и пропеллерная мешалка.

Прототипу, как и первому аналогу, присущ недостаток - недостаточно высокая точность измерения теплофизических величин, объясняющаяся повышенным теплообменом калориметра с окружающей средой за счет значительной площади цилиндрической изотермической оболочки. Этому также способствует применение в качестве теплоизолирующего материала, покрывающего наружную поверхность оболочки, пенофола, характеризующегося недостаточно низким коэффициентом теплопроводности (от 0,038 до 0,052 Вт/м°C в зависимости от его типа и условий эксплуатации).

Задачей и техническим результатом полезной модели является повышение точности измерения теплофизических величин с помощью калориметра.

Технический результат достигается тем, что в калориметре для измерения теплофизических величин, содержащем корпус, изотермическую оболочку, теплоизолирующее покрытие оболочки, согласно полезной модели изотермическая оболочка выполнена в виде сферического сосуда, в качестве материала для теплоизолирующего покрытия оболочки применен «Изоллат».

Выполнение изотермической оболочки в виде сферического сосуда значительно снижает площадь оболочки сферы по сравнению с площадью оболочки, ограниченной цилиндрическим сосудом при равенстве внутренних объемов обоих сосудов, что подтверждается следующим математическим доказательством.

Объем сферического сосуда:

- где R_c - радиус сферы.

Объем цилиндрического сосуда:

- где R_ц - радиус цилиндра,

h - высота цилиндра.

При h=R_ц получим:

Так как объем остается неизменным, приравниваем объем сферы и объем цилиндра: , откуда

или

Находим площадь сферы:

и площадь цилиндра:

где S_б - площадь боковой поверхности цилиндра,

S_д - площадь дна,

S_к - площадь крышки.

Сравнивая формулы (5) и (6) видим, что площадь изотермической оболочки в виде сферического сосуда меньше, чем площадь цилиндрического сосуда при одном и том же объеме примерно на 19%.

Таким образом, изменение формы изотермической оболочки с цилиндрической на сферическую уменьшает величину теплообмена калориметра с окружающей средой на 19%, что значительно повышает точность измерения с помощью калориметра теплофизических величин.

Коэффициент теплопроводности «Изоллата» составляет от 0,002 до 0,007 Вт/м °C, что в несколько раз меньше, чем у «Пенофола». Это обеспечивает значительное снижение теплопроводности изотермической оболочки, кардинально снижает теплообмен калориметра с окружающей средой, в результате чего также достигается повышение точности измерения физических величин.

Сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором схематически изображен фронтальный разрез калориметра.

Калориметр для измерения теплофизических величин состоит из корпуса 1, содержащего изотермическую оболочку 2, выполненную в виде сферического латунного сосуда 2 с плотно закрывающейся крышкой 3, заполняемую дистиллированной водой. На наружную поверхность сферического латунного сосуда 2 нанесено теплоизолирующее покрытие 4, в качестве которого применен «Изоллат».

В сферический латунный сосуд 2 погружена калориметрическая ячейка 5, в центре которой расположен цилиндрический стакан 6 с вставленным в него калориметрическим сосудом 7. На дне изотермической оболочки 2 смонтированы нагреватель 8 форсированного вывода оболочки 2 на режим, датчик температур 9, соединенный с микропроцессором, программируемым измерителем регулятора 10 температуры, регулирующим температуру в изотермической оболочке 2. Для поддержания заданного режима термостатирования рядом смонтированы холодильник в виде трубчатого теплообменника 11 и нагреватель 12 точного вывода оболочки на режим. Перемешивание воды в изотермической оболочке 2 осуществляется пропеллерной мешалкой 13. На дне калориметрического сосуда 7 в герметичном латунном чехле 14 помещен вращающийся постоянный магнит 15 привода магнитной мешалки 16. Крышка калориметрической ячейки 5 выполнена заодно с крышкой 3 сферического латунного сосуда 2. В крышке 3 размещено устройство 17 для разбивания ампул. В калориметрическом сосуде 7 установлены кассеты 18 на двенадцать ампул и нагреватель 19 для тепловой калибровки калориметра.

Предложенная полезная модель калориметра по сравнению с прототипом позволяет почти на порядок повысить точность измерения теплофизических величин и снизить погрешность их измерения, и за счет этого расширить диапазон измеряемых тепловых эффектов.

Калориметр для измерения теплофизических величин, содержащий корпус, изотермическую оболочку, теплоизолирующее покрытие оболочки, отличающийся тем, что изотермическая оболочка выполнена в виде сферического сосуда, в качестве материала для теплоизолирующего покрытия оболочки применен «Изоллат».