Установка для определения теплопроводности растворов электролитов

Полезная модель относится к области измерений теплопроводности растворов электролитов.
Существует огромное количество устройств для определения теплопроводности твердых материалов, использующих различные методы измерения.
Известна установка ИТ-А,-400 для определения теплопроводности твердых материалов, состоящая из блока питания и регулирования, измерительного блока, двух металлических цилиндров, в одном из которых находится узел зажима образца, и теплоизоляционного кожуха для устранения теплопотерь (заводская модель).
Однако установка ИТ-Я,-400 не предназначена для исследования теплопроводности жидкостей, в частности, растворов электролитов.
Известно устройство, имеющее термозонд для неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и готовых изделий (см. авт. свид. № 2170423, МПК G01N25/18, Бюл. № 19,2001 г.).
Однако его недостатками являются большая продолжительность эксперимента во времени и невозможность использования для исследований теплофизических свойств растворов.
Для измерения теплопроводности жидкостей известно устройство, состоящее из трех основных элементов: блока нагрева, холодильника и боковой стенки. Поверхности блока нагрева и холодильника, обращенные к образцу, оснащены плоскими двуслойными дисками из тантала и титана (см. авт. свид. N° 1617348, МПК G01N25/18, Бюл. .№ 48, 1990 г.).
Однако это устройство является трудоемким в эксплуатации, поскольку, в зависимости от среды используются сменные поверхности дисков. Так, с растворами солей
и кислот должны контактировать танталовые поверхности, а при испытаниях растворов щелочей - титановые.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является устройство для определения коэффициента теплопроводности материалов, содержащее цилиндрические термоэлектроды, внутри которых помещен электрически изолированный линейный источник тепла, подключенный к источнику питания (см. авт. свид. № 1221567, МПК G01N25/18, Бюл. № 12,1986 г.).
Однако данное устройство применяется в основном для определения коэффициента теплопроводности твердых строительных материалов и нет описания его использования для растворов электролитов.
Таким образом, технической задачей предлагаемой полезной модели является создание такого устройства, которое позволило бы исследовать теплофизические свойства растворов электролитов, проводить научно-исследовательские эксперименты и лабораторные работы по теплофизическим измерениям и применять полученные данные в исследовательских целях.
Технический результат полезной модели заключается в получении данных по теплопроводности растворов электролитов в широком диапазоне изменения концентраций и температур.
Указанный технический результат полезной модели достигается тем, что установка для определения теплопроводности растворов электролитов, содержащая электрически связанные два датчика - преобразователя, блок регистрации, источник питания, согласно полезной модели термоэлектроды расположены внутри датчиков - преобразователей, которые соединены с регистрирующим блоком., при этом один из датчиков соединен с источником питания и помещен в термостатированную измерительную ячейку с исследуемым раствором, поддерживающую постоянную температуру с помощью жидкостного термостата, а другой датчик помещен в микрохолодильник с
тающим льдом.
Новым в полезной модели - установке является:
-установка пары несменных датчиков - преобразователей, в которые помещены термоэлектроды;
-один датчик - преобразователь помещеп в термостатированную измерительную ячейку с исследуемым раствором;
-второй датчик - преобразователь помещен в микрохолодильник с тающим льдом.
В известных устройствах - аналогах используются плоские диски или металлический линейный источник тепла.
Таким образом, предлагаемая установка для определения теплопроводности растворов электролитов, вьшолненная с двутмя датчиками - преобразователями, позволяет получать данные по теплопроводности исследуемых растворов электролитов в широком диапазоне изменения концентраций и температур.
Сравнение предлагаемого устройства с другими известными техническими решениями из уровня техники по патентной и научной документации позволило установить, что авторами не выявлены решения, включающие совокупность признаков сходных и эквивалентных заявленным. Это позволило сделать вывод о соответствии предложения критериям охранноспособности полезных моделей.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема установки для определепия теплопроводности растворов электролитов, на фиг. 2 показана схема предлагаемого датчика - преобразователя.
Предлагаемая установка для определения теплопроводности растворов электролитов (см. фиг. 1) состоит из пары измерительных датчиков - преобразователей 1, соединенных между собой. Каждый из датчиков 1 связан с регистрирующим блоком 2, в качестве которого может быть применен потенциометр типа Р 37-1, и присоединенным
3 К нему нормальным элементом 3. Один из датчиков - преобразователей 1 помещается
в термостатированную измерительную ячейку 4 с исследуемым раствором, поддерживающую постоянную температуру с помощью жидкостного термостата 5, работающего от сети. Температура исследуемого раствора фиксируется контрольным термометром 6, в качестве которого может применяться обычный ртутный термометр. Второй из датчиков - преобразователей 1 помещен в специальный микрохолодильник 7. Микрохолодильник 7 выполнен из специального материала, препятствующего нагреванию и автоматически охлаждающего внутреннюю емкость сосуда, которая заполняется кубиками льда. Кроме этого датчик - преобразователь 1, помещенный в термостатированную измерительную ячейку 4 с исследуемым раствором, соединен с блоком питания 8.
Конструктивное выполнение рабочей части датчика - преобразователя изображено на фиг. 2. Датчик содержит стеклянный или тефлоновый корпус 9 с встроенной в него парой термоэлектродов 10. Выполняются термоэлектроды из медь - константана, так как они широко используются как при низких (до -200С), так и при высоких (до ) температзфах. Термоэлектроды 10 датчика - преобразователя 1 по всей длине должны быть тщательно изолированы один от другого с помощью зажимов 11. Корпус 9 защищает термоэлектроды 10 от вредного внешнего воздействия, нижняя часть которых несколько сужена и запаяна. Спай 12 термоэлектродных проводов 10 вплавлен в легкоплавкий сплав 13. Верхний конец стеклянной трубки заливается эпоксидной смолой 14 для защиты проводов от механических повреждений в месте их выхода из защитной трубки 9.
Предлагаемая установка для определения теплопроводности растворов электролитов работает следующим образом (см. фиг. 1,2).
Регулятором температуры жидкостного термостата 5 устанавливается заданный температурный режим. Измерительная ячейка 4 поддерживает постоянную температуру исследуемого раствора по патрубкам термостатирующей жидкостью из жидкостного
4 термостата 5. Температуру испытываемого раствора электролита в измерительной
ячейке 4 определяют по контрольному термометру 6. В измерительную ячейку 4 с исследуемым раствором помещается один из датчиков - преобразователей 1, соединенный с источником питания 8. Второй из датчиков - преобразователей 1 находится в специальном микрохолодильнике 7 с кубиками льда. При измерениях стрелка гальванометра регистрирующего прибора 2, контролирующего тепловые потери прибора, отклоняется в ту или иную сторону. После прогрева, убедившись, что длительное время стрелка держится на нулевой отметке шкалы (т.е. отсутствуют потери тепла), проводятся замеры. За показание эксперимента исследуемого раствора принимают среднее арифметическое значение результатов испьггания не менее трех образцов. Допускаемое расхождение между значениями, получаемыми для одного и того же раствора, - не более 5%.
В таблице предстгшлены результаты проведенных экспериментов, полученных на предлагаемой полезной модели для водного раствора хлорида калия.
Экспериментальные значения коэффициента теплопроводности водного раствора
хлорида калия А,-10 , Вт/(м-град), полученные с использованием
предлагаемой полезной модели
5
Таблица
Продолжение таблицы
1 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.-М., 1972.-720 с.
Как видно из таблицы, данные по теплопроводности водного раствора хлорида калия, полученные на полезной модели, удовлетворительно согласуются с имеющимися литературными значениями в интервале изменения температур и концентрациях от нулевых разбавлений до практически насыщенных растворов электролита.
Таким образом, предлагаемая установка может применяться в практике теплофизических измерений и тем самым позволяет широко ее использовать для исследования теплопроводности растворов электролитов. Предлагаемая полезная модель обладает достаточной воспроизводимостью получаемых данных по теплопроводности растворов электролитов и может использоваться для исследований теплопроводности неисследованных растворов электролитов в широком диапазоне изменения концентраций и