СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА ЛЬДООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ И ВЛАГОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ И МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETERMINATION OF FREEZING BEGINNING TEMPERATURE AT FREEZING OF WATER SOLUTIONS AND MOISTURE CONTAINING PRODUCTS AND MATERIALS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение предназначено для определения температуры начала льдообразования (криоскопической точки) при замораживании водных растворов и влагосодержащих продуктов и материалов.
Известен способ нестационарного термоэлектрического охлаждения объекта [1], заключающийся в том, что тепло от объекта исследования отводится путем импульсного пропускания тока через термоэлемент, имеющий с ним тепловой контакт со стороны холодного спая. При достижении холодными спаями температуры, превышающей температуру объекта, происходит прекращение подачи импульса с обеспечением теплового разрыва между термоэлементом и объектом исследования. Данный способ является малопригодным для исследования процессов замораживания вещества вследствие неравномерного, ступенчатого характера охлаждения объекта.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ исследования низкотемпературных свойств многокомпонентных жидкостей [2], сущность которого заключается в том, что кювету с исследуемой жидкостью охлаждают с использованием двух термоэлектрических модулей, первый из которых имеет тепловой контакт с кюветой и обладает возможностью регулирования тока для равномерного охлаждения объекта. Между термоэлектрическими модулями для повышения эффективности работы установки размещен термоаккумулирующий элемент. Измерительный преобразователь температуры, погруженный в исследуемую жидкость, служит для регистрации температуры и регулирования тока первого термоэлемента. Недостатком данного способа охлаждения является неравномерное распределение температуры по объему жидкости вследствие того, что отвод теплоты осуществляется только от дна кюветы.
В основу изобретения поставлена задача обеспечения точности определения криоскопических температур водных растворов и влагосодержащих материалов. Технический результат, заключающийся в равномерном охлаждении объекта с постоянной скоростью, обеспечивается поддержанием заданной разности температур между хладоносителем и исследуемым объектом.
Предлагаемая установка (фиг.1) для осуществления данного способа состоит из трех емкостей, гидравлически связанных между собой уравнительными трубопроводами (3) и трубопроводами подачи хладоносителя (5, 6):
I - Рабочая емкость (1), обнесенная теплоизоляцией, в которой имеются отверстие под цилиндрическую колбу (4) с размещенной в ней пробиркой с исследуемым раствором (2), отверстия для уравнительных линий и отверстие для трубопровода подачи хладоносителя.
II - Емкость для приготовления отепленного хладоносителя (9), обнесенная теплоизоляцией, где размещены нагреватель для подогрева хладоносителя (7), насос для перекачки отепленного хладоносителя (10) в рабочую емкость, отверстие для уравнительной линии и отверстие для установки термопары.
III - Емкость для хладоносителя с низкой температурой (8), охлаждаемой извне, в которой имеются насос (11) для подачи в рабочую емкость холодного хладоносителя и отверстие для уравнительной линии.
Измерение температуры в исследуемой жидкости, а также во всех трех емкостях осуществляется с помощью термопар (16). Контрольно-измерительный комплекс включает в себя аналоговый модуль ввода (12), измеритель-регулятор (13), преобразователь интерфейса (14) и ПК (15).
Перед началом эксперимента нагревательный элемент (7) подключают в сеть, температура хладоносителя начинает повышаться, при достижении определенной температуры нагреватель (7) отключают. Далее включают насос (10), который перекачивает отепленный хладоноситель в рабочую емкость (1). Таким образом, температура в рабочей емкости начинает расти. При достижении температуры в рабочей емкости минус 8°C насос (10) отключают и включают насос подачи холодного хладоносителя (11), который затем работает в автоматическом режиме.
Измеритель-регулятор (13) с помощью входящих сигналов температур управляет выходным сигналом на включение и выключение насоса подачи холодного хладоносителя (11) в рабочую емкость (1). При достижении нижней границы разности температур между хладоносителем в рабочей емкости (1) и пробиркой (2), измеритель-регулятор (13) подает сигнал на включение насоса подачи холодного хладоносителя (11), при достижении верней границы разности прибор отключает насос.
Таким образом, поддерживается постоянная заданная разность температур между исследуемой жидкостью и хладоносителем. Аналоговый модуль ввода (12) регистрирует значения температур в емкости для отепленного раствора (9) и емкости для раствора с низкой температурой (8). Оба прибора подключены через преобразователь интерфейса, который обеспечивает вывод и регистрацию данных на ПК.
Использование заявленного изобретения за счет равномерного охлаждения объекта с постоянной скоростью позволяет повысить точность определения его криоскопической температуры.
Литература
1. А.с. СССР 1100468, F25B 25/02; H01L 35/28. Способ нестационарного термоэлектрического охлаждения объекта (аналог).
2. Патент №2183323 Российская Федерация, МПК G01N 25/04. Способ исследования низкотемпературных свойств многокомпонентных жидкостей и устройство для его осуществления / Конторович М.Л., Соломин Б.А., Черторийский А.А., Широков А.А., Жуков А.Ф., Щепочкин В.И., Алаторцев Е.И., Чечкенев И.В., Чечкенев О.В., Марталов С.А. - №99116925/28; заявл. 02.08.1999; опубл. 10.06.2002. (прототип)