PL224115B1 - Układ kalorymetryczny - Google Patents

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.

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.

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.

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.

Układ kalorymetryczny według wynalazku zawiera cztery kalorymetry pomiarowe i jeden kalorymetr odniesienia.

Budowa układu wprowadzania naczyń pomiarowych i sposób termostatowania pojedynczych kalorymetrów umożliwia szybkie osiągnięcie stabilizacji termicznej i zainicjowanie badanych procesów. 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.

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.

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.

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.

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.

Claims (2)

1. Układ kalorymetryczny wyposażony w termostat cyrkulacyjny, regulator temperatury, zasilacz prądu stałego oraz rejestrator napięcia, znamienny tym, że ma blok (1) aluminiowy termostatujący z wewnętrznymi kanałami (2) przepływowymi a na górnej powierzchni bloku (1) umieszczone są kalorymetry (3), a blok (1) połączony jest z metalowym rozdzielaczem (7) przepływu cieczy i rozdzielaczem zbierającym (8) przy czym metalowy rozdzielacz (7) przepływu cieczy połączony jest metalowymi rurkami (9) owijającymi spiralnie kalorymetry (3) z rozdzielaczem zbierającym (8) pełniącym rolę kolektora cieczy przed powrotem do termostatu (5) cyrkulacyjnego.

2. Układ kalorymetryczny według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna część kalorymetru (3) zawiera: aluminiową podstawę (13) połączoną dwoma metalowymi prętami (14) z górnymi pierścieniami aluminiowymi (15) centralnie osadzoną metalową rurą (16) a rura (16) jest połączona górną częścią z rurą PCV (17) wychodzącą na zewnątrz kalorymetru natomiast do wewnętrznej aluminiowej podstawy (13) przytwierdzony jest sensor termoelektryczny (18) a do jego górnej powierzchni metalowa cela pomiarowa (19) z naczyniem pomiarowym (20) połączonym przy pomocy plastikowego łącznika (21) z prętem metalowym (22) na którym osadzone są wewnętrzne pierścienie (23) aluminiowe a następnie wałek izolacyjny (24) z pianki poliuretanowej.