RU2655459C1 - Method of measuring heat capacity of materials - Google Patents

Method of measuring heat capacity of materials Download PDF

Info

Publication number
RU2655459C1
RU2655459C1 RU2017129615A RU2017129615A RU2655459C1 RU 2655459 C1 RU2655459 C1 RU 2655459C1 RU 2017129615 A RU2017129615 A RU 2017129615A RU 2017129615 A RU2017129615 A RU 2017129615A RU 2655459 C1 RU2655459 C1 RU 2655459C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cell
cells
temperature
sample
energy
Prior art date
Application number
RU2017129615A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Муриков
Максим Львович Краснов
Владимир Николаевич Урцев
Владимир Леонидович Корнилов
Геннадий Васильевич Самохвалов
Антон Владимирович Шмаков
Егор Сергеевич Муриков
Игорь Анатольевич Артемьев
Николай Владимирович Урцев
Original Assignee
Антон Владимирович Шмаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Антон Владимирович Шмаков filed Critical Антон Владимирович Шмаков
Priority to RU2017129615A priority Critical patent/RU2655459C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2655459C1 publication Critical patent/RU2655459C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: test technology.
SUBSTANCE: invention relates to thermal tests, namely to devices for determining the heat capacity of materials, and can be used to determine their thermal properties. Method for measuring material heat capacity is proposed, which is carried out by means of a differential calorimeter comprising two calorimetric cells placed inside a common heat-insulating body equipped with temperature meters, temperature fluctuations and electric power sources, is that the sample under study is placed in one of the cells and the temperature in each of the cells during their heating is measured. In this case, the heat capacity of each cell without a sample is preliminarily determined, for which an amount of energy is supplied to the cells having the same temperature, cells temperature is recorded when they reach thermal equilibrium, and their heat capacity is determined by the formula
Figure 00000011
where ci(T) – heat capacity of the i-th cell at temperature T, J/(kg⋅°C); ΔT is a change in the cell temperature, °C; Ei – energy, heated cell, J. Sample is placed in one of the cells. For each cell, taking into account their heat capacity, energy necessary to heat it by a given amount is supplied. Cell containing the sample is supplied with additional energy until the cell temperatures equalize and the specific heat of the sample is determined by the formula. Value of the energy supplied to the cells is determined from the number of electrical pulses per heater of each cell from the discharge on them common for both heaters of the condenser cells, measuring the capacitor voltage before each pulse.
EFFECT: increased determination accuracy of the required parameter.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к устройствам для определения теплоемкости материалов, и может быть применено для определения их теплотехнических свойств.The invention relates to thermal tests, and in particular to devices for determining the heat capacity of materials, and can be applied to determine their thermal properties.

Известен способ измерения теплоемкости материалов путем непрерывного обогрева электрическим нагревателем с постоянной скоростью образца, находящегося в адиабатических условиях (SU 262438, G01K, 1970 [1]). При этом для повышения точности определения производят одновременный нагрев нескольких образцов, непрерывно измеряя мощность обогрева, и находят среднее арифметическое из них, пропорциональное теплоемкости. Недостатком известного способа является невысокая точность определения искомого параметра, обусловленная невысокой точностью определения мощности, идущей на обогрев образцов. Способ предусматривает измерение в процессе проведения экспериментов нескольких параметров - температуры, тока, напряжения. Применение стандартных источников тока или напряжения не обеспечивает необходимой точности стабилизации и измерений мощности. В самом деле, на результат влияет изменение внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагревателя, поэтому просто измерений тока в нагрузке и напряжения для точных измерений недостаточно.A known method of measuring the heat capacity of materials by continuous heating by an electric heater with a constant speed of a sample in adiabatic conditions (SU 262438, G01K, 1970 [1]). At the same time, to increase the accuracy of determination, several samples are simultaneously heated, continuously measuring the heating power, and the arithmetic average of them is found, which is proportional to the specific heat. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the desired parameter, due to the low accuracy of determining the power used to heat the samples. The method involves measuring several parameters during the experiment — temperature, current, voltage. The use of standard current or voltage sources does not provide the necessary accuracy of stabilization and power measurements. In fact, the result is affected by a change in the internal resistance of the source and the resistance of the heater, so just measuring the current in the load and voltage for accurate measurements is not enough.

Известен способ измерения теплоемкости материалов, заключающийся в нагреве по одному и тому же закону двух цилиндрических образцов из исследуемого материала, одинаковых по внешним размерам и состоянию поверхности, но различных по массе, с измерением изменения температур образцов и разности подведенных к ним энергий (SU 685966, G01N 25/20, 1979 [2]). После установления в образцах температурного поля, близкого к стационарному, искомая величина теплоемкости может быть определена из записанной во времени разности расходов электроэнергии, затраченной на нагрев образцов, и измеренного приращения их температуры. Недостатком известного способа является невысокая точность определения искомого параметра, обусловленная невысокой точностью определения мощности, идущей на обогрев образцов. Применение стандартных источников тока или напряжения не обеспечивает необходимой точности стабилизации и измерений мощности, поскольку на результат влияет изменение внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагревателя.There is a method of measuring the heat capacity of materials, which consists in heating according to the same law two cylindrical samples of the material under study, identical in external dimensions and surface condition, but different in mass, with a measurement of the temperature change of the samples and the difference in the energies supplied to them (SU 685966, G01N 25/20, 1979 [2]). After establishing a temperature field close to stationary in the samples, the desired heat capacity can be determined from the time difference in the energy consumption spent on heating the samples and the measured increment of their temperature. The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the desired parameter, due to the low accuracy of determining the power used to heat the samples. The use of standard current or voltage sources does not provide the necessary accuracy of stabilization and power measurements, since the result is affected by a change in the internal resistance of the source and the resistance of the heater.

Поэтому просто измерений тока в нагрузке и напряжения для точных измерений мощности недостаточно.Therefore, simply measuring current in a load and voltage for accurate power measurements is not enough.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ измерения теплоемкости, известный из SU 1516926, G01N 25/20, 1989 [3]. Способ измерения теплоемкости осуществляется посредством дифференциального калориметра, содержащего две калориметрические ячейки, размещенные внутри выравнивающего температуры блока, снабженные измерителями перепадов температур и источниками электрической мощности. Проводят два испытания, помещая в одну из ячеек образец сравнения, а в другую последовательно - эталонный и исследуемый образцы, подводят к ячейкам равные мощности и регистрируют изменение разности температур ячеек после прекращения подвода мощности, а искомый параметр вычисляют с использованием математической зависимости, в которую входят измеренные в эксперименте величины.Closest to the claimed in its technical essence is a method of measuring heat capacity, known from SU 1516926, G01N 25/20, 1989 [3]. The method for measuring heat capacity is carried out by means of a differential calorimeter containing two calorimetric cells located inside the equalizing temperature of the unit, equipped with temperature difference meters and sources of electrical power. Two tests are carried out, placing a comparison sample in one of the cells and a reference and test samples in succession, bring equal powers to the cells and record the change in the temperature difference of the cells after the power supply is stopped, and the desired parameter is calculated using the mathematical dependence, which includes experimentally measured values.

Недостатком известного способа является невысокая точность определения искомого параметра, обусловленная невысокой точностью определения мощности, идущей на обогрев образцов. Применение стандартных источников тока или напряжения не обеспечивает необходимой точности стабилизации и измерений мощности, поскольку на результат влияет изменение внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагревателя. Поэтому просто измерений тока в нагрузке и напряжения для точных измерений мощности недостаточно. Заявляемый способ измерения теплоемкости материалов направлен на повышение точности определения искомого параметра.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the desired parameter, due to the low accuracy of determining the power used to heat the samples. The use of standard current or voltage sources does not provide the necessary accuracy of stabilization and power measurements, since the result is affected by a change in the internal resistance of the source and the resistance of the heater. Therefore, simply measuring current in a load and voltage for accurate power measurements is not enough. The inventive method of measuring the heat capacity of materials is aimed at improving the accuracy of determining the desired parameter.

Указанный результат достигается тем, что способ измерения теплоемкости материалов осуществляется посредством дифференциального калориметра, включающего две калориметрические ячейки, размещенные внутри общего теплоизолирующего корпуса, снабженные измерителями температур, перепадов температуры и источниками электрической мощности, и заключается в том, что в одну из ячеек помещают исследуемый образеци измеряют температуру в каждой из ячеек в процессе их нагрева. При этом предварительно определяют теплоемкость каждой ячейки без образца, для чего на имеющие одинаковую температуру ячейки подают некоторое количество энергии, регистрируют температуру ячеек при достижении ими теплового равновесия, а их теплоемкость определяют по формулеThis result is achieved by the fact that the method of measuring the heat capacity of materials is carried out by means of a differential calorimeter, including two calorimetric cells placed inside a common heat-insulating casing, equipped with temperature meters, temperature drops and sources of electrical power, and consists in the fact that the studied sample is placed in one of the cells measure the temperature in each of the cells during their heating. In this case, the heat capacity of each cell without a sample is preliminarily determined, for which a certain amount of energy is supplied to cells having the same temperature, the cell temperature is recorded when they reach thermal equilibrium, and their heat capacity is determined by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где: ci(T) - теплоемкость i-й ячейки при температуре Т, Дж/(кг⋅°C);where: c i (T) is the heat capacity of the i-th cell at temperature T, J / (kg⋅ ° C);

ΔT - изменение температуры ячейки, °C;ΔT is the change in cell temperature, ° C;

Ei - энергия, нагревшая ячейку, Дж,E i is the energy that heated the cell, J,

помещают в одну из ячеек образец, на каждую ячейку, с учетом их теплоемкости, подают энергию, необходимую для ее нагрева на заданную величину, на ячейку, содержащую образец, подают дополнительную энергию до выравнивания температур ячеек и определяют удельную теплоемкость образца по формулеa sample is placed in one of the cells, each cell, taking into account their heat capacity, is supplied with the energy necessary for its heating by a predetermined amount, additional energy is supplied to the cell containing the sample until the cell temperatures are equalized and the specific heat of the sample is determined by the formula

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где ΔЕ - энергия, необходимая для догрева ячейки с образцом до заданной температуры, Дж;where ΔЕ is the energy required to heat the cell with the sample to a given temperature, J;

m - масса образца, кг;m is the mass of the sample, kg;

ΔT - разность начальной и конечной после догрева температур ячеек, °C,ΔT is the difference between the initial and final after heating the cell temperatures, ° C,

а величину подаваемой на ячейки энергии определяют по числу электрических импульсов на нагреватель каждой ячейки от разряда на них общего для обоих нагревателей ячеек конденсатора, измеряя напряжение конденсатора перед каждым импульсом.and the amount of energy supplied to the cells is determined by the number of electrical impulses to the heater of each cell from the discharge on them of the capacitor cell common to both heaters, measuring the capacitor voltage before each pulse.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:Distinctive features of the proposed method are:

- предварительное определение теплоемкости каждой ячейки без образца, для чего на имеющие одинаковую температуру ячейки подают некоторое количество энергии, регистрируют температуру ячеек при достижении ими теплового равновесия, а их теплоемкость определяют по математической зависимости, приведенной выше;- preliminary determination of the heat capacity of each cell without a sample, for which a certain amount of energy is supplied to cells having the same temperature, the temperature of the cells is recorded when they reach thermal equilibrium, and their heat capacity is determined by the mathematical dependence given above;

- помещают в одну из ячеек образец, на каждую ячейку, с учетом их теплоемкости, подают энергию, необходимую для ее нагрева на заданную величину, на ячейку, содержащую образец, подают дополнительную энергию до выравнивания температур ячеек и определяют удельную теплоемкость образца по математической зависимости, приведенной выше;- a sample is placed in one of the cells, each cell, taking into account their heat capacity, is supplied with the energy necessary for its heating by a predetermined amount, additional energy is supplied to the cell containing the sample until the cell temperatures are equalized and the specific heat of the sample is determined by mathematical dependence, the above;

- величину подаваемой на ячейки энергии определяют по числу электрических импульсов на нагреватель каждой ячейки от разряда на них общего для обоих нагревателей ячеек конденсатора, измеряя напряжение конденсатора перед каждым импульсом.- the amount of energy supplied to the cells is determined by the number of electrical impulses to the heater of each cell from the discharge on them of the capacitor cells common to both heaters, measuring the capacitor voltage before each pulse.

Предварительное определение теплоемкости каждой ячейки без образца позволяет при проведении экспериментов вычленить из полученных данных те параметры, которые связаны с истинной теплоемкостью образца, и тем самым повысить точность определения искомого параметра.A preliminary determination of the specific heat of each cell without a sample allows one to extract from the obtained data those parameters that are related to the true specific heat of the sample, and thereby increase the accuracy of determining the desired parameter.

Помещение в одну из ячеек образца и подача на каждую ячейку, с учетом их теплоемкости, энергии, необходимой для ее нагрева на заданную величину, а на ячейку, содержащую образец, дополнительную энергию до выравнивания температур ячеек, также повышает точность определения искомого параметра. Действительно, такие действия позволяют определить энергию, потраченную только на нагрев образца, так как дополнительная энергия численно равна энергии, затраченной на нагрев образца от начальной до конечной температуры. Тем самым из формулы для вычислений исключаются теплоемкости ячеек, что повышает точность измерений.Placing a sample in one of the cells and supplying to each cell, taking into account their heat capacity, the energy necessary to heat it by a predetermined amount, and additional energy to equalize the cell temperatures, also increases the accuracy of determining the desired parameter to the cell containing the sample. Indeed, such actions make it possible to determine the energy spent only on heating the sample, since the additional energy is numerically equal to the energy spent on heating the sample from the initial to the final temperature. Thus, the heat capacities of the cells are excluded from the formula for calculations, which increases the accuracy of measurements.

Определение величины подаваемой на ячейки энергии по числу электрических импульсов на нагреватель каждой ячейки от разряда на них общего для обоих нагревателей ячеек конденсатора, измеряя напряжение конденсатора перед каждым импульсом, позволяет очень точно определить затраченную на нагрев энергию. Обычно для ее достижения необходимо иметь источник питания, обеспечивающий не только высокую стабильность мощности на нагревателях, но и знание ее величины. Применение стандартных источников тока или напряжения не обеспечивает необходимой точности стабилизации и измерений мощности. В самом деле, на результат влияет изменение внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагревателя, поэтому просто измерений тока в нагрузке и напряжения для точных измерений недостаточно. Особенности работы источника питания по предлагаемому алгоритму позволяют обеспечить преимущества за счет следующих факторов:Determining the amount of energy supplied to the cells by the number of electrical pulses to the heater of each cell from the discharge on them is common to both heaters of the capacitor cells, by measuring the capacitor voltage before each pulse, it is possible to very accurately determine the energy spent on heating. Usually, to achieve it, it is necessary to have a power source that provides not only high stability of power on the heaters, but also knowledge of its magnitude. The use of standard current or voltage sources does not provide the necessary accuracy of stabilization and power measurements. In fact, the result is affected by a change in the internal resistance of the source and the resistance of the heater, so just measuring the current in the load and voltage for accurate measurements is not enough. Features of the power supply according to the proposed algorithm can provide benefits due to the following factors:

- энергия отдельного импульса, питающего нагреватель калориметрической ячейки, может быть с высокой точностью определена по формуле Е=C2U2/2, где U - напряжение, считанное измерителем V1 (см. схему источника питания). Эта энергия не зависит от величины сопротивления нагрузки, если время разряда емкости на нагрузку достаточно велико;- the energy of a single pulse, the feed heater of the calorimeter cell can be accurately determined by the formula E = C 2 U 2/2 where U - voltage read meter V 1 (see the power supply circuit.). This energy does not depend on the value of the load resistance if the discharge time of the capacitance to the load is sufficiently large;

- для подачи на ячейку калориметра заданной величины энергии необходимо подать на нее нужное число импульсов питания, просуммировав их энергии до достижения заданного значения.- in order to supply a predetermined amount of energy to a calorimeter cell, it is necessary to apply the necessary number of power pulses to it, summing their energies until a preset value is reached.

Сущность заявляемого способа поясняется примером реализации и чертежами. На фиг. 1 представлена схема устройства (дифференциального калориметра), реализующего предложенный способ. На фиг. 2 представлена упрощенная схема импульсной системы питания нагревателей ячеек.The essence of the proposed method is illustrated by an example implementation and drawings. In FIG. 1 shows a diagram of a device (differential calorimeter) that implements the proposed method. In FIG. 2 shows a simplified diagram of a pulsed power system for cell heaters.

Устройство для реализации способа содержит корпус 1, заполненный теплоизоляционным материалом 2, калориметрические ячейки 3, образец 4, выводы нагревателей и термопар 5, контакты для подключения системы измерений и блока питания нагревателей 6. Устройство содержит импульсный блок питания с компьютерным управлением, схема которого представлена на фиг. 2. Блок содержит емкость C1, которая через выпрямитель, трансформатор и ограничивающий ток резистор R1 заряжается от сети. От этой емкости, являющейся буферным накопителем энергии, через сопротивление R2 и нормально-замкнутый контакт реле k1 заряжается рабочая емкость.A device for implementing the method comprises a housing 1 filled with heat-insulating material 2, calorimetric cells 3, sample 4, leads of heaters and thermocouples 5, contacts for connecting a measurement system and a power supply for heaters 6. The device contains a switching power supply with computer control, the diagram of which is presented in FIG. 2. The unit contains a capacitance C 1 , which is charged through the rectifier, transformer and current limiting resistor R 1 from the network. From this capacity, which is a buffer energy storage, through the resistance R 2 and a normally-closed contact of relay k 1, the working capacity is charged.

Для подачи импульса энергии в нагрузку (RH1 или RH2) контакты реле k1 размыкают, производят отсчет напряжения на конденсаторе С2 с помощью измерителя V1, а затем замыкают контакты реле k2 или k3 в зависимости от того, в какую ячейку калориметра необходимо подать импульс. После полной разрядки конденсатора С2 схему возвращают в исходное состояние, что приводит к повторной зарядке емкости С2. Емкость C1 заряжается непрерывно по мере отбора от нее энергии на перезарядку С2. Блок компьютерного управления осуществляет подсчет числа импульсов, вычисляет их энергию и выделенную мощность на нагревателях.To supply an energy pulse to the load (R H1 or R H2 ), the contacts of the relay k 1 are opened, the voltage across the capacitor C 2 is counted using a meter V 1 , and then the contacts of the relay k 2 or k 3 are closed, depending on which cell the calorimeter needs to give a boost. After the capacitor C 2 is completely discharged, the circuit is returned to its original state, which leads to recharging of the capacitor C 2 . Capacity C 1 is charged continuously as energy is taken from it to recharge C 2 . The computer control unit calculates the number of pulses, calculates their energy and the allocated power on the heaters.

Способ реализуют со следующей последовательностью действий:The method is implemented with the following sequence of actions:

1. Производят калибровку калориметрических ячеек. Для этого на ячейки без образца, имеющие одинаковую температуру, подают некоторое количество энергии и регистрируют их температуру при достижении теплового равновесия. Если после подачи заданной энергии температура ячеек различается, подают дополнительные импульсы до выравнивания температуры. Вычисляют теплоемкости ячеек по формуле1. Calibrate the calorimetric cells. To do this, a certain amount of energy is supplied to cells without a sample having the same temperature and their temperature is recorded when thermal equilibrium is reached. If after supplying a predetermined energy the temperature of the cells differs, additional pulses are applied until the temperature is equalized. The heat capacities of the cells are calculated by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где ci(T) - теплоемкость i-й ячейки при температуре Т, Дж/(кг⋅°C);where c i (T) is the heat capacity of the i-th cell at temperature T, J / (kg⋅ ° C);

ΔT - изменение температуры ячейки, °C;ΔT is the change in cell temperature, ° C;

Ei - энергия, нагревшая ячейку, Дж.E i is the energy that heated the cell, J.

2. Подготавливают образец исследуемого материала, взвешивают его. Помещают образец в одну из калориметрических ячеек.2. Prepare a sample of the test material, weigh it. Place the sample in one of the calorimetric cells.

3. На каждую ячейку, с учетом их теплоемкости, подают энергию, необходимую для ее нагрева на заданную величину.3. For each cell, taking into account their heat capacity, the energy necessary for its heating by a predetermined amount is supplied.

4. На ячейку, содержащую образец, подают дополнительную энергию до выравнивания температур ячеек.4. An additional energy is supplied to the cell containing the sample until the cell temperatures are equalized.

5. Вычисляют удельную теплоемкость образца по формуле5. Calculate the specific heat of the sample by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где ΔЕ - энергия, необходимая для догрева ячейки с образцом до заданной температуры, Дж;where ΔЕ is the energy required to heat the cell with the sample to a given temperature, J;

m - масса образца, кг;m is the mass of the sample, kg;

ΔT - разность начальной и конечной после догрева температур ячеек, °C.ΔT is the difference between the initial and final after heating the cell temperatures, ° C.

Для реализации способа была создана установка в соответствии фиг. 1 и 2.To implement the method, an installation was created in accordance with FIG. 1 and 2.

Размеры внутреннего стакана ячейки дифференциального калориметра - 8×40 мм, обмотка нагревателя изготовлена из нихрома и имеет сопротивление 4.5 Ом, рубашка ячейки изготовлена из нержавеющей стали и имеет толщину стенки 15 мм. Стакан и чехол нагревателя - из корундовой керамики.The dimensions of the inner glass of the cell of the differential calorimeter are 8 × 40 mm, the heater winding is made of nichrome and has a resistance of 4.5 Ohms, the cell jacket is made of stainless steel and has a wall thickness of 15 mm. The glass and cover of the heater are made of corundum ceramics.

Корпус дифференциального калориметра герметичен, допускает вакуумирование и заполнение защитным газом. Все проводные соединения выполнены с помощью гермовводов.The differential calorimeter case is sealed and can be evacuated and filled with protective gas. All wired connections are made using pressure glands.

Система питания установки имеет на входе разделительный трансформатор 220/220 В, 400 Вт. Все резисторы проволочные, имеют сопротивление 4.5 Ом. Конденсатор C1 электролитический, 1000 мФ, 450 В, С2 - пусковой, 25 мФ, 450 В. В блоке питания используются быстродействующие электронные реле 5П40.10ПА1-75-4-Д68, управляемые от контроллера через оптронную развязку. Во вторую ячейку калориметра помещен образец из стали 20 диаметром 6 и длиной 30 мм. Вес образца составил 6.6 г.The power supply system of the installation has an input isolation transformer 220/220 V, 400 watts. All wire resistors have a resistance of 4.5 ohms. The capacitor C 1 is electrolytic, 1000 mF, 450 V, C 2 - starting, 25 mF, 450 V. The power supply uses 5P40.10PA1-75-4-D68 high-speed electronic relays, controlled from the controller via optocoupler isolation. A sample of steel 20 with a diameter of 6 and a length of 30 mm was placed in the second cell of the calorimeter. The weight of the sample was 6.6 g.

При температуре 612°С теплоемкость 1-й ячейки калориметра составляет 124 Дж/°C, второй - 131 Дж/°C. Для нагрева ячеек на 10 градусов на первую ячейку подана энергия 1.240 кДж, на вторую - 1.310 кДж. Для выравнивания температуры на вторую ячейку потребовалось подать дополнительно 39.7 Дж. Удельная теплоемкость стали 20 составила 601.5 Дж/(кг⋅°C).At a temperature of 612 ° C, the heat capacity of the first cell of the calorimeter is 124 J / ° C, the second - 131 J / ° C. To heat the cells by 10 degrees, the energy of 1.240 kJ was applied to the first cell, and 1.310 kJ to the second. To equalize the temperature, an additional 39.7 Joules were required for the second cell. The specific heat of steel 20 was 601.5 J / (kg (° C).

Claims (11)

Способ измерения теплоемкости материалов посредством дифференциального калориметра, включающего две калориметрические ячейки, размещенные внутри общего теплоизолирующего корпуса, снабженные измерителями температуры, измерителем перепада температуры и источниками электрической мощности, заключающийся в том, что в одну из ячеек помещают исследуемый образец и измеряют температуру в каждой из ячеек в процессе их нагрева, отличающийся тем, что предварительно определяют теплоемкость каждой ячейки без образца, для чего на имеющие одинаковую температуру ячейки подают некоторое количество энергии, регистрируют температуру ячеек при достижении ими теплового равновесия, а их теплоемкость определяют по формулеA method for measuring the heat capacity of materials by means of a differential calorimeter, including two calorimetric cells placed inside a common heat-insulating casing, equipped with temperature meters, a temperature differential meter and electric power sources, which consists in placing a test sample in one of the cells and measuring the temperature in each cell in the process of heating, characterized in that the heat capacity of each cell without a sample is preliminarily determined, for which temperature-hand cell is fed a certain amount of energy, temperature recorded cells when they reach thermal equilibrium, and their heat capacity is determined by the formula
Figure 00000005
,
Figure 00000005
,
где ci(Т) - теплоемкость i-й ячейки при температуре Т, Дж/(кг⋅°C);where c i (Т) is the heat capacity of the ith cell at a temperature of T, J / (kg⋅ ° C); ΔT - изменение температуры ячейки, °C;ΔT is the change in cell temperature, ° C; Ei - энергия, нагревшая ячейку, Дж,E i is the energy that heated the cell, J, помещают в одну из ячеек образец, на каждую ячейку, с учетом их теплоемкости, подают энергию, необходимую для ее нагрева на заданную величину, а на ячейку, содержащую образец, подают дополнительную энергию до выравнивания температур ячеек и определяют удельную теплоемкость образца по формулеa sample is placed in one of the cells, each cell, taking into account their heat capacity, is supplied with the energy necessary to heat it by a predetermined amount, and additional energy is supplied to the cell containing the sample until the cell temperatures are equal and the specific heat of the sample is determined by the formula
Figure 00000006
,
Figure 00000006
,
где ΔЕ - энергия, необходимая для догрева ячейки с образцом до заданной температуры, Дж;where ΔЕ is the energy required to heat the cell with the sample to a given temperature, J; m - масса образца, кг;m is the mass of the sample, kg; ΔT - разность начальной и конечной после догрева температур ячеек, °C,ΔT is the difference between the initial and final after heating the cell temperatures, ° C, при этом величину подаваемой на ячейки энергии определяют по числу электрических импульсов на нагреватель каждой ячейки от разряда на них общего для обоих нагревателей ячеек конденсатора, измеряя напряжение конденсатора перед каждым импульсом.the amount of energy supplied to the cells is determined by the number of electrical pulses to the heater of each cell from the discharge on them common to both heaters of the capacitor cells, measuring the voltage of the capacitor before each pulse.
RU2017129615A 2017-08-22 2017-08-22 Method of measuring heat capacity of materials RU2655459C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129615A RU2655459C1 (en) 2017-08-22 2017-08-22 Method of measuring heat capacity of materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129615A RU2655459C1 (en) 2017-08-22 2017-08-22 Method of measuring heat capacity of materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2655459C1 true RU2655459C1 (en) 2018-05-28

Family

ID=62559974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017129615A RU2655459C1 (en) 2017-08-22 2017-08-22 Method of measuring heat capacity of materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655459C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111380903A (en) * 2018-12-29 2020-07-07 中国石油天然气股份有限公司 Method and device for determining specific heat capacity of shale
CN114646658A (en) * 2020-12-18 2022-06-21 大陆汽车有限责任公司 Method for determining the thermal capacity of a battery

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU498540A1 (en) * 1974-01-22 1976-01-05 Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения Method of measuring heat capacity of substances
SU685966A1 (en) * 1976-06-18 1979-09-15 Институт Металлургии Им. А.А.Байкова Ан Ссср Method of determining heat capacity of substance
SU1516926A1 (en) * 1987-07-28 1989-10-23 Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения Method of measuring heat capacity
SU1610415A1 (en) * 1987-09-22 1990-11-30 Институт физики АН ГССР Method of determining differences of heat capacities of tested specimen and standard
US6561692B2 (en) * 2000-03-23 2003-05-13 Ta Instruments-Waters Llc Differential scanning calorimeter
US20080071494A1 (en) * 2006-09-14 2008-03-20 Michael Reading Modulated differential scanning calorimeter solvent loss calibration apparatus and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU498540A1 (en) * 1974-01-22 1976-01-05 Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения Method of measuring heat capacity of substances
SU685966A1 (en) * 1976-06-18 1979-09-15 Институт Металлургии Им. А.А.Байкова Ан Ссср Method of determining heat capacity of substance
SU1516926A1 (en) * 1987-07-28 1989-10-23 Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения Method of measuring heat capacity
SU1610415A1 (en) * 1987-09-22 1990-11-30 Институт физики АН ГССР Method of determining differences of heat capacities of tested specimen and standard
US6561692B2 (en) * 2000-03-23 2003-05-13 Ta Instruments-Waters Llc Differential scanning calorimeter
US20080071494A1 (en) * 2006-09-14 2008-03-20 Michael Reading Modulated differential scanning calorimeter solvent loss calibration apparatus and method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111380903A (en) * 2018-12-29 2020-07-07 中国石油天然气股份有限公司 Method and device for determining specific heat capacity of shale
CN111380903B (en) * 2018-12-29 2022-08-30 中国石油天然气股份有限公司 Method and device for determining specific heat capacity of shale
CN114646658A (en) * 2020-12-18 2022-06-21 大陆汽车有限责任公司 Method for determining the thermal capacity of a battery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2655459C1 (en) Method of measuring heat capacity of materials
RU2529664C1 (en) Calorimeter of alternating temperature (versions)
HU186066B (en) Method and apparatus for measuring coefficient of heat transfer
Jekel et al. The thermodynamic properties of high temperature aqueous solutions. VIII. Standard partial molal heat capacities of gadolinium chloride from 0 to 100°
JPH03225268A (en) Direct heating type calorimetric instrument
RU2654823C1 (en) Method of measuring thermal conductivity of solid materials
Lang et al. Study of the ultrasensitive pyroelectric thermometer
RU2716472C1 (en) Method of measuring specific heat capacity of materials
RU2438121C1 (en) Method of determining parameters of gaseous medium and apparatus for realising said method
RU2654824C1 (en) Device for measuring heat capacity of materials
Mitchell et al. The Thermodynamic Properties of High Temperature Aqueous Solutions. VII. The Standard Partial Molal Heat Capacities of Cesium Iodide from 0 to 100°
West et al. A Two‐Body Model for Calorimeters with Constant‐Temperature Environment
RU2732341C1 (en) Method for test of thermocouple and its thermoelectric capacity value without dismantling
RU2654826C1 (en) Device for measuring heat conductivity of solid materials
US2685203A (en) Thermal converter for measuring and controlling systems
US3217537A (en) Method and apparatus for determining specific heat
US3147364A (en) Constant-temperature bath
Löwen et al. Heat capacity measurement by calibration with dynamic correction of the calorimetric output signal of a thermopile heat conduction calorimeter
SU744251A1 (en) Calorimeter
O'Neal et al. Vacuum adiabatic heat capacity calorimeter
CN109031942A (en) A method of calorimeter calorimetric process lag link is corrected using transmission function
RU2752398C1 (en) Method for cumulative measurement of thermal conductivity of dissimilar solid materials and device for its implementation
JP3146357B2 (en) Precise measurement method of thermal conductivity of liquid material using short-time microgravity environment
de Lucas et al. Evaluation of a Portable Apparatus for the Realization of the Triple Point of Argon
JPH0566160A (en) Calorimetric unit and method