Изобретение относится к теплофизике и может быть применено для измерения удельной теплоемкости наноструктурированных жидкостей и растворов в автоматическом режиме, а также использовано студентами, преподавателями и учеными, изучающими теплофизические свойства растворов.
Известно устройство для определения удельной теплоемкости [1], в котором тепловая часть содержит в качестве измерительной дифференциальную термопару, «холодный» спай, которой помещен в термостат вместе с исследуемым образцом, «горячий» спай вместе с нагревателем находится внутри образца, а измерительная часть имеет предварительный фотокомпенсационный усилитель, согласованный с компенсационным самопишущим прибором.
Другим аналогом является устройство для определения температурной зависимости удельной теплоемкости [2], состоящий из измерительной дифференциальной термопары, «холодный» спай которой помещен в термостат вместе с исследуемым образцом, «горячий» спай вместе с нагревателем находится внутри образца, измерительная часть имеет предварительный фотокомпенсационный усилитель, согласованный с компенсационным самопишущим прибором.
В качестве прототипа принято устройство для измерения удельной теплоемкости материалов [3], содержащее источник питания, калориметр, исследуемый образец, интерфейс, соединенный с таймером, центральным процессорным блоком, блоком памяти, пультом управления сигналами интерфейса, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к термопреобразователю температуры образца, а выходом - к интерфейсу.
Общие недостатки перечисленных аналогов - сложность конструкции, невысокая точность (погрешность 5-6%) и ограниченные функциональные возможности, в частности, невозможность получать точные значения удельной теплоемкости и ограничение по верхней границе температурного диапазона (не более 200°С).
Целью является создание несложной по конструкции установки, позволяющей осуществлять наиболее точное измерение удельной теплоемкости наноструктурированных жидкостей и растворов в автоматическом режиме.
Заявленное устройство поясняется следующими графическими изображениями:
на Фиг. 1 изображен вариант выполнения электрической схемы устройства с милливольтнаноамперметром,
на Фиг. 2 изображен вариант выполнения электрической схемы устройства с мультимером (тестером) и компьютером,
Заявленное устройство выполнено в двух вариантах.
По первому варианту устройство (Фиг. 1) состоит из внешнего источника питания 1, к которому через ключ 2 последовательно подключены лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) 3, амперметр 4 и калориметр 5. К ЛАТРу 3 отдельно подключен вольтметр 6. Внутри калориметра 5 имеется трубчатый резистор 7, в полости которого установлена U-образная трубка 8, наполненная жидким исследуемым образцом 9, а именно наноматериалом. Сбоку, сквозь стенку калориметра 5, во внутрь U-образной трубки 8 в измеряемую среду 9 введены спаи термопары 10, присоединенные к милливольтнаноамперметру 11, который подключен к компьютеру 12.
Во втором варианте (Фиг. 2) электрическая схема выполнена аналогично первому варианту с тем отличием, что вместо милливольтнаноамперметра 11, спаи термопары 10 введены во внутрь исследуемого образца 9 через горловину U-образной трубки 8 калориметра 5, а ее другие концы подключены к мультимеру (тестеру) 13, подключенному к компьютеру 12.
Установка работает следующим образом.
По первому варианту, на аналитических весах взвешивается определенное количество исследуемого образца 9 и при помощи шприца заливается в U- образную трубку 8, установленной в трубчатом резисторе 7, размещенных в калориметре 5. Спаи термопары 10 вводятся сбоку сквозь U-образной трубки 8 в измеряемую среду, т.е. во внутрь исследуемого образца 9, а ее другие концы подключаются к милливольтнаноамперметру 11, подключенному к компьютеру 12. Затем замыкается ключ 2 и с источника питания 1 по цепи, через ЛАТР 3 и амперметр 4 электрический ток подается к трубчатому резистору 7, который в результате сопротивления нагревается и одновременно нагревает находящуюся в нем U-образную трубку 8 с исследуемым образцом 9. С помощью амперметра 4 и под контролем вольтметра 6 электрический ток и напряжение увеличиваются соответственно до 0,5А и 50В. Тепловые сигналы термопары 10, по мере нагревания образца 11, подаются милливольтнаноамперметру 11, которые преобразовываются в электрический. Далее, поступившие электрические сигналы с милливольтнаноамперметра 11 в компьютер 12 фиксируются автоматически по истечении каждого определенного промежутка времени и снимаются данные. При этом температура исследуемой жидкости 11 измеряется в зависимости от времени до температуры ее кипения. Далее, по общепринятым формулам вычисляется удельная теплоемкость жидкого исследуемого образца 9.
По второму варианту, проводятся аналогичные действия, с тем отличием, что измерения проводят с использованием мультимера (тестера) 13, подключенного к компьютеру 12.
Данная установка разработана и испытана в Таджикском техническом университете им. академика М.С. Осими. Результаты измерений показали более точные значения с погрешностью не более 1%.
