КАЛОРИМЕТР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к области измерительной техники, занимающейся определением теплофизических характеристик веществ и материалов с помощью калориметрических методов, в частности для измерения теплоемкости пастообразных пищевых продуктов.
Известен калориметр для определения удельной теплоемкости строительных материалов (ГОСТ 23250-78. Материалы строительные. Метод определения удельной теплоемкости.), представляющий сосуд Дьюара емкостью 500-1000 мл, помещенный в опорный водонепроницаемый цилиндрический кожух без дна с теплоизоляционной крышкой, имеющей прорезь для нити подвеса капсулы и паз для установки термометра Бекмана. Для определения удельной теплоемкости используется метод, основанный на измерении количества теплоты, отданной калориметру образцом известной массы, нагретым до заданной температуры. Недостатком его является сложность конструкции и трудоемкость в изготовлении, проведении опытов и обработке результатов измерений.
Наиболее близким является устройство (Томбасов Е.А., Краснов В.А. Авт. свид. №50 4105. Адиабатический калориметр для измерения теплоемкости. Опубликовано 25.02.1976 г.) для измерения теплоемкости веществ, включающий охлаждаемую вакуумную камеру и расположенный в ней контейнер с исследуемым образцом и системой адиабатических экранов, содержащей внутренний и внешний радиационные экраны с крышками и горячее кольцо. Недостатком его является конструктивная сложность, обусловливающая малую производительность измерений.
Техническая задача - создание простого по конструкции устройства с большей производительностью.
Технический результат - повышение производительности устройства.
Он достигается тем, что тепловая часть установки содержит в качестве измерительной дифференциальную термопару, «холодный» спай которой помещен в термостат вместе с исследуемым образцом, «горячий» спай вместе с нагревателем, согласно прототипу, находится внутри образца, а измерительная часть имеет предварительный фотокомпенсационный усилитель, согласованный с компенсационным самопишущим прибором. При включении нагревателя, выполненного бифилярно из константана, имеющего малый температурный коэффициент сопротивления, температура «горячего» спая дифференциальной термопары начинает повышаться, и этот процесс продолжается в течение Δτ секунд, после чего нагрев выключается. Изменение температуры регистрируется самопишущим прибором типа КСП-4, имеющим предел измерения от 0 до 100 мкВ благодаря предварительному усилителю Ф116/2. Из опыта с водой в качестве образцового вещества, удельная теплоемкость которого известна, определяют константу калориметра К. Она учитывает все тепловые потери калориметра и численно равна разности затраченной и полезной теплот:
ЗАТР
пол
K=Q-Q,
ЗАТР
пол
где Q=U·I·Δτ, где U - напряжение на нагревателе, I - ток через нагреватель, Δτ - отрезок времени опыта, Q=c·м·Δt, где с - удельная теплоемкость воды, м - масса воды, At - измеряемое по кривой записи на КСП-4 изменение температуры воды.
X
Искомая удельная теплоемкость С определяется по формуле
x
ЗАТР
x
x
C=(Q-K)/(м·Δt),
х
x
где - м и Δt - измеряемые масса и изменение температуры исследуемого образца.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фиг. 1 - схема калориметра).
Установка содержит исследуемый образец 1 с размещенным внутри нагревателем 2, находящиеся в стаканчике 3. Внутри образца по его оси расположен «горячий» спай дифференциальной термопары 4, а «холодный» спай 5 находится в свободном пространстве термостата 6. С помощью разъема 7 нагреватель и термопара соединяются с блоком питания нагревателя 8 и выключателем 9. Ток через нагреватель измеряется амперметром 10, напряжение - вольтметром 11. Термоэдс термопары предварительно усиливается фотокомпенсационным усилителем 12 типа Ф116/2, согласованным с самопишущим прибором 13 типа КСП4 с помощью магазина 14 сопротивлений Р33. Для удобства настройки начала записи кривой изменения температуры образца на входе самописца имеется устройство 15 для регулировки смещения нуля прибора.
ЗАТР
Устройство работает следующим образом. Исследуемый образец 1 помещается в стаканчик 3, а затем в него вводится нагреватель 2 и «горячий» спай термопары 4. «Холодный» спай 5 вводится через крышку термостата в его свободное пространство. Выключателем 9 в нагреватель подается ток, измеряемый амперметром 10 и вольтметром 11, по показаниям которых вычисляется затраченная теплота Q. Процесс изменения температуры образца регистрируется на диаграммной бумаге КСП-4. После выключения тока через Δτ секунд кривая записи изменения температуры вследствие выравнивания температуры по сечению образца еще некоторое время доходит до максимума, а затем убывает. Искомая разность температур соответствует отрезку на кривой от начала процесса до этого максимума. По приведенным формулам вычисляется удельная теплоемкость. Таким образом, время опыта определяется фактически по времени записи изменения температуры образца и обработки результатов измерений.
Калориметр позволяет повысить производительность измерений.
Источники информации принятые во внимание:
1. ГОСТ 23250-78. Материалы строительные. Метод определения удельной теплоемкости.
2. Описание изобретения к авторскому свидетельству №504105. 25.02.1976 г. (прототип).