DD273756A3

DD273756A3 - Apparatus for measuring heat of reaction, in particular heat of hydration, at low temperatures

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Publication number: DD273756A3
Authority: DD
Publication date: 1989-11-29

Abstract

Vorrichtung zur Messung von Reaktionswaermen nach einem beliebigen thermoanalytischen Messprinzip bei niedrigen Temperaturen mit symmetrisch zum Probengefaess beziehungsweise Referenzgefaess angeordneter Kammer zur Aufnahme einer feuchtigkeitsbindenden Substanz, deren Wasseraufnahmekapazitaet mindestens dem Feuchtigkeitsgehalt der in der Messzelle enthaltenen Luft entspricht. Bei zylindrischer, sich ueber die gesamte Hoehe der Messzelle erstreckender Ausfuehrung uebernimmt diese zusaetzliche statische Funktionen.Apparatus for measuring reaction heats according to any thermoanalytical measuring principle at low temperatures with chamber arranged symmetrically to the sample vessel or reference vessel for receiving a moisture-binding substance whose water absorption capacity corresponds at least to the moisture content of the air contained in the measuring cell. For cylindrical, over the entire height of the measuring cell extending execution this assumes additional static functions.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Reaktionswärmen nach einem beliebigen thermoanalytischen Meßprinzip unter isothermen, adiabatischen, isoperibclen oder anderen Kalorimeterbetriebsbedingungen. Sie gewährleistet reproduzierbare Untersuchungsbedingungen bei niedrigen Temperaturen.The invention relates to a device for measuring heat of reaction according to any thermoanalytical measuring principle under isothermal, adiabatic, isoperibile or other calorimeter operating conditions. It ensures reproducible test conditions at low temperatures.

Characterization of the known technical solutions

Es ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Messung von Temperaturdifferenzen zwischen der thermoanalytisch zu charakterisierenden Probe und dem sie umgebenden Thermostaten bekanntgeworden. Es sei hier stellvertretend auf die Monographien von L.G.Berg („Einführung in die Thermographie", Verlag Nauka, Moskau 1969), D.Schultze („Differentialthermoanalyse", Verlag der Wissenschaften, Berlin 1969), W.W. Wendlandt („Thermal Methods of Analysis", Verlag Mir, Moskau 1978) und W. Hemminger, G. Höhne („Grundlagen der Kalorimetrie", Akademie-Verlag, Berlin 1980) verwiesen.There are a variety of devices for measuring temperature differences between the sample to be thermoanalytically characterized and the surrounding thermostat has become known. It is here representative of the monographs of L.G.Berg ("Introduction to Thermography", Verlag Nauka, Moscow 1969), D.Schultze ("Differential Thermodynamic Analysis", Verlag der Wissenschaften, Berlin 1969), W.W. Wendlandt ("Thermal Methods of Analysis", Verlag Mir, Moscow 1978) and W. Hemminger, G. Höhne ("Fundamentals of calorimetry", Akademie-Verlag, Berlin 1980) referenced.

Am weitesten verbreitet sich Thermoele>nenteketten, die im thermischen Kontakt zu den Probegefäßen und dem Thermostaten stehen; beim Fließen eines durch die reaktionsbedingte Temperaturdifferenz hervorgerufenen Wärmestromes geben diese eine dem Wärmestrom proportionale Spannung ab, die dann einer analytischen Auswertung zugeführt wird. Werden derartige technische Lösungen für Messungen bei niedrigen Temperaturen verwendet, führt die Kondensation der in der Meßzelle enthaltenen Luftfeuchtigkeit zu Störungen im Kalorimeterbetrieb. Kondenswasser setzt sich auf den Thermoelementeketten ab und führt zu Kurzschlüssen zwischen den Thermoelementen, was zu spürbaren Empfindlichkeitsverlusten führt. In Abhängigkeit vom Meßzellenvolumen und der Arbeitstemperatur der Zelle sind die Störungen bereits nach wenigen Meßzyklen zu beobachten. Besonders zeigt sich dieser Mangel bei der Untersuchung von Baustoffen, wo aufgrund der technisch bedingten Inhomogenität des Materials bestimmte Probegrößen nicht unterschritten werden können.Most widespread are thermocouple chains, which are in thermal contact with the sample vessels and the thermostat; when a heat flow caused by the reaction-induced temperature difference flows, these deliver a voltage proportional to the heat flow, which voltage is then supplied to an analytical evaluation. If such technical solutions are used for measurements at low temperatures, the condensation of the humidity contained in the measuring cell leads to disturbances in the calorimeter operation. Condensation settles on the thermocouple chains and leads to short circuits between the thermocouples, which leads to noticeable loss of sensitivity. Depending on the measuring cell volume and the operating temperature of the cell, the disturbances can already be observed after a few measuring cycles. This deficiency is particularly evident in the investigation of building materials, where due to the technical inhomogeneity of the material certain sample sizes can not be undercut.

Bekannt geworden sind auch Versuche mit silicagelgefüllten Stößeln zum Beschicken bzw. Probenwechsel in Fost-Tau-Wechsel-Apparaturen zur Bestimmung des Eisgehaltes in Baustoffen, wie beispielsweise in der SU-PS 478203 beschrieben. Mit dieser Vorrichtung konnte nur der Kalorimetervorraum entfeuchtet werden, die weiter oben dargestellten Probleme in der eigentlichen Meßzelle blieben bestehen. Hinzu kam, daß der ständige Tomperaturwechsel des silicagelgefüllten Stößels zu einer schnellen Feuchtigkeitssättigung und damit Unwirksamkeit der Vorrichtung führte.Experiments have also become known with silica-filled rams for feeding or sample change in Fost-Tau changing apparatus for determining the ice content in building materials, as described for example in SU-PS 478203. With this device, only the Kalorimetervorraum could be dehumidified, the problems presented above in the actual measuring cell persisted. In addition, the constant change in the temperature of the silica gel-filled plunger led to rapid moisture saturation and thus inefficiency of the device.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Meßvorrichtung zu finden, mit der bei niedrigen Temperaturen reproduzierbare thermoanalytische Untersuchungen durchgeführt werden können, ohne daß es zu Empfindlichkeitsverlusten oder Schäden im Meßsystem kommt.The object of the invention is to find a measuring device with which at low temperatures reproducible thermoanalytical investigations can be carried out without causing loss of sensitivity or damage in the measuring system.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Messung von Reaktionswärmen bei niedrigen Temperaturen ermöglicht.The invention has for its object to provide a device that allows the measurement of heat of reaction at low temperatures.

Neben den sonst üblichen Anforderungen an eine universell einsetzbare Kalorimetermeßzelie hat die vorgeschlagene Vorrichtung folgende weiterführende Aufgaben zu erfüllen:In addition to the usual requirements for a universally applicable Kalorimetermeßzelie the proposed device has to fulfill the following further tasks:

• Vermeidung von Taupunktunterschreitungen in der Meßzelle während dos Kühl- und Meßvorganges,• avoidance of dew point undercuts in the measuring cell during the cooling and measuring process,

• schnelle Regenerierung der MeßzelleneinsäUe und• fast regeneration of MeßzelleneinsäUe and

• Gewährleistung reproduzierbarer Untersuchungsbedingungen für die Wärmeleitungskalorimotrie oder andere MeCprinzipien.• Ensuring reproducible conditions for heat conduction calorimetry or other measurement principles.

Erfindurqsgemäß wird ciie Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Meßzelle symmetrisch zum Probengefäß beziehungsweise Referenzgefäß einer Kammer angeordnet wird, deren Ausbildung die Aufnahme einer feuchtigkeitsbindenden Substanz ermöglicht. Zur Gewährleistung eines Gasaustausches zwischen der Kammer und dam übrigen Meßzellenvolumen sind die Kammerwände mit Belüftungsöffnungen versehen. Die Größe der Kammer richtet sich nach der Menge der aufzunehmenden feuchtigkeitsbindenden Substanz. Sie ist so bemessen, daß deren Wasseraufnahmekapazität mindestens dem Feuchtigkeitsgehalt der in der Meßzelle enthaltenen Luft entspricht. Eine doppelwandig Ausführung der Kammer macht es möglich, die feuchtigkeitsbindende Substanz, hierzu empfiehlt sich besonders Silicagel oder Blaugel, mit der inneren Hülle, die sowohl steif als auch elastisch ausgebildet sein kann, zu wechseln.According to the invention, this object is achieved by arranging in the measuring cell symmetrically with respect to the sample vessel or reference vessel of a chamber, the formation of which enables the absorption of a moisture-binding substance. To ensure a gas exchange between the chamber and dam remaining Meßzellenvolumen the chamber walls are provided with ventilation openings. The size of the chamber depends on the amount of absorbed moisture-binding substance. It is so dimensioned that its water absorption capacity corresponds at least to the moisture content of the air contained in the measuring cell. A double-walled design of the chamber makes it possible, the moisture-binding substance, this is particularly recommended silica gel or blue gel, with the inner shell, which may be both rigid and elastic to change.

Besonders hervorzuheben ist eine zylindrische Kammerausbiidung und deren achsensymmetrische Anordnung in der Meßzelle. Bei dieser Variante warden die fertigungstechnischen und wärrmtachnischen Vorzüge der erfinderischen Lösung besonders günstig vereint.Particularly noteworthy is a cylindrical Kammerausbiidung and their axisymmetric arrangement in the measuring cell. In this variant, the production engineering and heat-technical advantages of the inventive solution are united particularly favorably.

Wesensmorkmal der erfinderischen Lösung ist weiterhin, daß sich die Kammer zur Aufnahme der feuchtigkeitsbindenden Substanz über die gesamte Höhe der Meßzelle erstreckt und zur Aussteifung derselben dient Dabei kann die Kammer leicht konisch ausgebildet werden, Konushalbwinkel zur Symmetrieachse der Meßzelle von 0 bis b° sind zu bevorzugen.Essential feature of the inventive solution is further that extends the chamber for receiving the moisture-binding substance over the entire height of the measuring cell and serves to stiffen the same case, the chamber can be slightly conical, cone half-angle to the axis of symmetry of the measuring cell from 0 to b ° are preferable ,

AusführungsbelsplelAusführungsbelsplel

Die Vorrichtung gemäß dor erfinderischen Lösung wird mit dem Ausführungsbeispiel nach rig. 1 erläutert: Die Meßzelle ist nach dem an sich bekannten Prinzip eines Zwillingskalorimeters aufgebaut. Probengefäß (1) und Referenzgefäß (2) sind achsensymmetrisch in der Meßzclle angeordnet und werden durch die Moßkettenhalterungen (3) in ihrer Lage fixiert. Der Wärmeaustausch zwischen der Proben3ubstanz und dem Thermostatenblock wird über die Thermoelementeketten (4) realisiert.The device according to the inventive solution is with the embodiment of rig. 1 explains: The measuring cell is constructed according to the principle known per se of a twin calorimeter. Sample vessel (1) and reference vessel (2) are arranged axially symmetrically in the Meßzclle and are fixed by the Moßkettenhalterungen (3) in their position. The heat exchange between the sample substance and the thermostat block is realized via the thermocouple chains (4).

Die Kammerzur Aufnahme der feuchtigkeitsbindenden Substanz (5) ist doppelwandig ausgeführt und weistzur Symmetrieachse der Kammer einen Konushalhwinkel von 2° auf. Die innere Hülle (6) sitzt straff in der äußeren Hülle (7), beide Trennwände sind mit Belüftungsöffnungen versehen und ermöglichen somit einen ungehinderten Gasaustausch zwischen dem Inneren der Kammer und dem gesamten Meßzellenvolumen. Die Kammer ist konstruktiv so ausgebildet, daß sio gleichzeitig auch die Funktion des Distanzhalters zwischen den beiden Meßkettenhalterungen (3) übernehmen kann. Nach erfolgter Versuchsführung kann der Kammerinhalt problemlos gewechselt odor regeneriert werden.The moisture-binding substance accommodating chamber (5) is double-walled and has a cone-angle of 2 ° to the axis of symmetry of the chamber. The inner shell (6) sits taut in the outer shell (7), both partitions are provided with ventilation openings and thus allow unimpeded gas exchange between the interior of the chamber and the entire Meßzellenvolumen. The chamber is structurally designed so that sio can also take over the function of the spacer between the two Meßkettenhalterungen (3) at the same time. After the experiment has been carried out, the contents of the chamber can be easily changed or regenerated.

Claims

1. Apparatus for measuring heat of reaction, in particular heat of hydration, at low temperatures, consisting of a reaction vessel for carrying out the chemical and physical transformations, devices for dissipation or supply of the heat of reaction and their measurement, preferably in twin construction, characterized in that symmetrical to the sample vessel or Reference vessel is arranged a chamber with ventilation openings whose formation allows the inclusion of a moisture-binding substance and whose determined by the chamber volume water absorption capacity corresponds at least to the moisture content of the air contained in the measuring cell.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the chamber is double-walled delimited by the remaining Meßzellenvolumen, wherein the inner shell encloses the moisture-binding substance at least two-dimensional and thus promotes their exchange.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the chamber is cylindrical, preferably slightly conical with a half-cone angle of 0 to 5 ° C to the axis of symmetry, formed and arranged axially symmetrically in the measuring cell.

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the chamber extends over the entire height of the Meßzeüe and serves to stiffen it.

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