PL224115B1

PL224115B1 - Calorimetric system

Info

Publication number: PL224115B1
Application number: PL406550A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Dziejowski
Original assignee: Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2016-11-30
Also published as: PL406550A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ kalorymetryczny przeznaczony do pomiaru zmian szybkości wydzielania ciepła i wyznaczania całkowitych efektów cieplnych procesów mikrobiologicznych oraz biologicznych przebiegających w glebach, roślinach i małych organizmach zwierzęcych w stałej temperaturze z zakresu od 15 do 60°C.The subject of the invention is a calorimetric system designed to measure changes in the rate of heat release and to determine the total thermal effects of microbiological and biological processes in soils, plants and small animal organisms at a constant temperature in the range from 15 to 60 ° C.

Kalorymetria to zbiór metod i technik służących do pomiarów efektów cieplnych towarzyszącym procesom fizycznym, chemicznym i biologicznym oraz do wyznaczania parametrów charakteryzujących cieplne właściwości ciał.Calorimetry is a set of methods and techniques for measuring thermal effects accompanying physical, chemical and biological processes, and for determining the parameters characterizing the thermal properties of bodies.

Znany kalorymetr TAM Air firmy TA Instruments jest przeznaczony do prowadzenia w warunkach izotermicznych jednocześnie ośmiu pomiarów mikrokalorymetrycznych. Urządzenie zawiera osiem bliźniaczych kalorymetrów. Każdy kalorymetr posiada celę pomiarową i celę referencyjną. Do ₃ pomiarów efektów cieplnych wykorzystuje się ampułki szklane lub plastykowe o objętości 20 cm³ oraz dodatkowy system Admix. W TAM Air użyto cyrkulacyjny termostat powietrzny i elektroniczny regulator temperatury o stabilności ± 0,02 K. Urządzenie przeznaczone jest do pomiarów kalorymetrycznych w temperaturze w zakresie od 5 do 90°C.The well-known TAM Air calorimeter from TA Instruments is designed to carry out eight microcalorimetric measurements simultaneously under isothermal conditions. The device contains eight twin calorimeters. Each calorimeter has a measuring cell and a reference cell. For ₃ measurements of thermal effects, glass or plastic ampoules with a volume of 20 cm ³ and an additional Admix system are used. TAM Air uses a circulating air thermostat and an electronic temperature controller with a stability of ± 0.02 K. The device is designed for calorimetric measurements at temperatures ranging from 5 to 90 ° C.

Według wynalazku układ kalorymetryczny wyposażony w termostat cyrkulacyjny, regulator temperatury, zasilacz prądu stałego oraz rejestrator napięcia charakteryzuje się tym, że ma aluminiowy blok termostatujący z wewnętrznymi kanałami przepływowymi, a na jego górnej powierzchni umieszczone są kalorymetry. Blok aluminiowy połączony jest z metalowym rozdzielaczem przepływu cieczy termostatującej, następnie z metalowymi rurkami spiralnie owijającymi kalorymetry i rozdzielaczem zbierającym przepływającą ciecz przed odprowadzeniem jej do termostatu cyrkulacyjnego. Zewnętrzną obudowę każdego kalorymetru stanowi aluminiowy cylinder. Wewnętrzna część kalorymetru zawiera: aluminiową podstawę, połączoną dwoma metalowymi prętami z górnymi pierścieniami aluminiowymi i centralnie osadzoną metalową rurą połączoną górną częścią z rurą wychodzącą na zewnątrz kalorymetru. Do wewnętrznej aluminiowej podstawy przytwierdzony jest sensor termoelektryczny a do jego górnej powierzchni metalowa cela pomiarowa z wymiennym naczyniem pomiarowym połączonym plastikowym łącznikiem z prętem metalowym, na którym osadzone są wewnętrzne pierścienie aluminiowe a następnie wałek izolacyjny z pianki poliuretanowej.According to the invention, the calorimetric system equipped with a circulation thermostat, temperature controller, DC power supply and voltage recorder is characterized in that it has an aluminum thermostatic block with internal flow channels, and calorimeters are placed on its upper surface. The aluminum block is connected to the metal thermostating fluid flow divider, then to the metal tubes spirally wrapping the calorimeters, and to the separator collecting the flowing liquid before discharging it to the circulation thermostat. The outer casing of each calorimeter is an aluminum cylinder. The inner part of the calorimeter comprises: an aluminum base connected by two metal rods to the top aluminum rings and a centrally seated metal tube connected by the upper part to a pipe extending outside the calorimeter. A thermoelectric sensor is attached to the inner aluminum base, and to its upper surface a metal measuring cell with a replaceable measuring vessel connected with a plastic connector with a metal rod, on which internal aluminum rings are mounted, and then an insulating shaft made of polyurethane foam.

Układ kalorymetryczny według wynalazku zawiera cztery kalorymetry pomiarowe i jeden kalorymetr odniesienia.The calorimetric system according to the invention comprises four measuring calorimeters and one reference calorimeter.

Budowa układu wprowadzania naczyń pomiarowych i sposób termostatowania pojedynczych kalorymetrów umożliwia szybkie osiągnięcie stabilizacji termicznej i zainicjowanie badanych procesów. ₃ The construction of the measuring vessel introduction system and the method of thermostating individual calorimeters enable rapid achievement of thermal stabilization and initiation of the tested processes. ₃

Naczynia pomiarowe o objętości do 30 cm³ umożliwiają badanie próbek biologicznie aktywnych o większej masie i objętości w porównaniu z innymi dostępnymi mikrokalorymetrami. W zależności od przewidywanych efektów cieplnych badanych procesów układ kalorymetryczny według wynalazku może być połączony z różnymi termostatami cyrkulacyjnymi, wielokanałowymi rejestratorami sygnału pomiarowego oraz kalibracyjnymi zasilaczami prądu stałego.Measuring vessels with a volume of up to 30 cm ³ enable the testing of biologically active samples with a greater mass and volume compared to other available microcalorimeters. Depending on the anticipated thermal effects of the processes under investigation, the calorimetric system according to the invention can be connected to various circulation thermostats, multi-channel measuring signal recorders and calibration DC power supplies.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunkach, na których Fig. 1 przedstawia schemat budowy układu kalorymetrycznego, a Fig. 2 przedstawia schemat budowy pojedynczego kalorymetru.The subject of the invention will be presented in an embodiment in the drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of the construction of a calorimetric system, and Fig. 2 shows a diagram of the construction of a single calorimeter.

Podstawową częścią układu jest aluminiowy blok 1 termostatujący z wewnętrznymi kanałami 2 do przepływu cieczy termostatującej. Na górnej powierzchni bloku 1 umieszczone są kalorymetry 3 oznaczone symbolami K1, K2, K3, K4, K5. Na zewnątrz, blok 1 termostatujący połączony jest poprzez pompy 4 z termostatem 5 cyrkulacyjnym, wyposażonym w regulator 6 temperatury. Blok 1 połączony jest z metalowym rozdzielaczem 7 przepływu cieczy termostatującej i następnie z metalowymi rurkami 9 owijającymi spiralnie kalorymetry 3. Rurki 9 doprowadzają ciecz termostatującą do rozdzielacza zbierającego 8, pełniącego rolę kolektora przepływającej cieczy, przed jej powrotem do termostatu 5 cyrkulacyjnego. Aluminiowy blok 1 termostatujący z kalorymetrami 3, obudowany jest polistyrenowymi płytami 10 izolacyjnymi o nazwie StyrodurC produkcji BASF a zewnętrzną obudowę stanowią płyty z polimetakrylanu metylu 11 o grubości 6 mm.The basic part of the system is an aluminum thermostating block 1 with internal channels 2 for the flow of the thermostating liquid. On the upper surface of block 1 there are 3 calorimeters marked with the symbols K1, K2, K3, K4, K5. Outside, a thermostatic block 1 is connected via pumps 4 to a circulation thermostat 5 equipped with a temperature regulator 6. Block 1 is connected to a metal flow divider 7 of the thermostating fluid and then to the metal tubes 9 spirally wrapping the calorimeters 3. The tubes 9 lead the thermostating fluid to a collection divider 8, acting as a collector for the flow of liquid, before its return to the circulation thermostat. The aluminum thermostatic block 1 with calorimeters 3 is encased with polystyrene insulation boards named StyrodurC by BASF, and the outer housing is made of 6 mm thick polymethyl methacrylate plates.

Zewnętrzną obudowę kalorymetru 3 stanowi aluminiowy cylinder 12. Wewnętrzna część kalorymetru zawiera: aluminiową podstawę 13, połączoną dwoma metalowymi prętami 14 z górnymi pierścieniami aluminiowymi 15 i centralnie osadzoną metalową rurą 16. Rura 16 jest połączona górną częścią z rurą PCV 17 wychodzącą na zewnątrz kalorymetru. Do wewnętrznej aluminiowej podstawy 13 przytwierdzony jest sensor termoelektryczny 18 a do jego górnej powierzchni metalowa cela poPL 224 115 B1 miarowa 19 o średnicy wewnętrznej odpowiadającej rozmiarowi szklanych lub plastikowych naczyń (ampułek) pomiarowych 20 o objętości 30 cm . Naczynie pomiarowe 20 jest połączone przy pomocy plastikowego łącznika 21 z prętem metalowym 22 o średnicy 1 mm, na którym osadzone są wewnętrzne pierścienie 23 aluminiowe a następnie wałek izolacyjny 24 z pianki poliuretanowej. Zewnętrzny otwór do wprowadzania naczyń pomiarowych zamyka przykrywka 25 z PCV. Wewnątrz naczynia pomiarowego 20 umieszczony jest rezystor kalibracyjny 26 połączony z precyzyjnym zasilaczem prądu stałego 27. Sensor termoelektryczny 18 połączony jest z wielokanałowym rejestratorem 28 napięcia prądu stałego. Strzałki na schemacie przedstawiają kierunek przepływu płynu termostatującego przez składowe elementy układu. W przedstawionym układzie jako ciecz termostatującą można używać płyny chłodzące na bazie glikolu etylenowego stosowane w silnikach spalinowych.The outer casing of the calorimeter 3 is an aluminum cylinder 12. The inner part of the calorimeter comprises: an aluminum base 13 connected by two metal rods 14 to the upper aluminum rings 15 and a centrally seated metal pipe 16. The pipe 16 is connected by its upper part to a PVC pipe 17 extending outside the calorimeter. A thermoelectric sensor 18 is attached to the inner aluminum base 13 and to its upper surface a metal measuring cell 19 with an internal diameter corresponding to the size of glass or plastic measuring vessels (ampoules) 20 with a volume of 30 cm. The measuring vessel 20 is connected by means of a plastic connector 21 to a metal rod 22 with a diameter of 1 mm, on which are mounted internal aluminum rings 23 and then an insulating shaft 24 made of polyurethane foam. The outer opening for introducing the measuring vessels is closed by a cover 25 made of PVC. Inside the measuring vessel 20 is a calibration resistor 26 connected to a precision DC power supply 27. The thermoelectric sensor 18 is connected to a multi-channel DC voltage recorder 28. The arrows in the diagram show the flow direction of the thermostating fluid through the components of the system. In the system shown, ethylene glycol-based coolants used in internal combustion engines can be used as the thermostating fluid.

Zewnętrzny termostat 5 cyrkulacyjny z regulatorem temperatury 6 zasila cieczą termostatującą kolejne składowe części układu: blok aluminiowy 1, metalowy rozdzielacz 7 przepływu cieczy, metalowe rurki 9 przepływowe i spiralnie owijające aluminiowe naczynia kalorymetrów 3 a następnie metalowy rozdzielacz 8 zbierający pełniący rolę kolektora zbiorczego. Przy pomocy pompy cyrkulacyjnej 4 ciecz z kolektora 8 podawana jest do termostatu cyrkulacyjnego 5. Ciecz termostatująca wypływająca z bloku 1 przepływa kolejno przez: rozdzielacz 7 przepływu, rurki 9 odprowadzające i spiralnie owijające kalorymetr, kolektor cieczy 8 i ponownie zasila termostat cyrkulacyjny 5.The external circulation thermostat 5 with a temperature controller 6 supplies the following components of the system with a thermostating liquid: aluminum block 1, metal fluid flow distributor 7, metal flow tubes 9 and spiral-wrapping aluminum calorimeter vessels 3, and then a metal collecting distributor 8 acting as a collective collector. By means of the circulation pump 4, the liquid from the collector 8 is fed to the circulation thermostat 5. The thermostating liquid flowing from block 1 flows successively through: flow divider 7, discharge pipes 9 and spiral wrapping the calorimeter, liquid collector 8 and feeds the circulation thermostat 5 again.

Claims

1. Calorimetric system equipped with a circulation thermostat, temperature controller, DC power supply and voltage recorder, characterized by the fact that it has a thermostating aluminum block (1) with internal flow channels (2) and calorimeters (3) are placed on the upper surface of the block (1). ), and the block (1) is connected to the metal liquid flow divider (7) and the collecting divider (8), the metal liquid flow divider (7) is connected by metal pipes (9) spirally wrapping the calorimeters (3) with the collecting divider (8) ) acting as a liquid collector before returning to the circulation thermostat (5).

2. The calorimetric system according to claim The method of claim 1, characterized in that the inner part of the calorimeter (3) comprises: an aluminum base (13) connected by two metal rods (14) to upper aluminum rings (15) by a centrally seated metal tube (16) and the tube (16) connected with the upper part to a PVC pipe (17) extending outside the calorimeter, while a thermoelectric sensor (18) is attached to the internal aluminum base (13) and a metal measuring cell (19) with a measuring vessel (20) connected to its upper surface with a plastic connector (21) with a metal rod (22) on which internal aluminum rings (23) are mounted, and then an insulating shaft (24) made of polyurethane foam.