Области применения калориметров
Потребности в калориметрах существуют во многих отраслях науки, например, определение с их помощью теплоты сгорания топлива позволяет проводить расчеты тяги реактивных двигателей в аэрокосмической отрасли. Теплоемкость материалов используется при проектировании деталей и узлов, а расчет количества тепла, расходуемого на нагрев, востребована во многих сферах исследовательской работы, включая химию.
Калориметры находят применение как в научно-исследовательских институтах, так и в исследовательских и сертификационных лабораториях.
Калориметры внесены в ГосРеестр СИ РФ, результаты измерений соответствуют ГОСТам:
- ГОСТ 147-95 (ISO 1928-76). Топливо минеральное. Определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
- ГОСТ 21261-95. Нефтепродукты. Метод определения высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания.
- ГОСТ 3877-88. Нефтепродукты. Метод определения серы сжиганием в калориметрической бомбе.
- ГОСТ Р 51972-2002. Угли Восточной Сибири для энерготехнологических целей.
Измерение теплоты сгорания происходит также и в соответствие с международными стандартами:
- ISO 1928.
- ASTM D240. Standard Test Method for Heat of Combustion of Liquid Hydrocarbon Fuels by Bomb Calorimeter
- ASTM D4809. Standard Test Method for Heat of Combustion of Liquid Hydrocarbon Fuels by Bomb Calorimeter (Precision Method)
- ASTM D5865. Standard Test Method for Gross Calorific Value of Coal and Coke
- ASTM D5468. Standard Test Method for Gross Calorific and Ash Value of Waste Materials
- ASTM E711. Standard Test Method for Gross Calorific Value of Refuse-Derived Fuel by the Bomb Calorimeter
Ввод калориметров в эксплуатацию включает:
- Установку калориметра на рабочем месте
- Подсоединение газовой линии (О2)
- Подсоединение к водопроводной линии или криостату
- Подсоединение дополнительных внешних приборов (весов, принтера…)
- Включение и настройка конфигураций системы калориметра
- Калибровка калориметрической системы по стандарту бензойной кислоты и ввод поправок
- Анализ пробы неизвестного образца
Принцип работы калориметра заключается в следующем:
- Сосуд наполняют известным количеством воды, температура которой до опыта измеряется.
- Берут тело, теплоёмкость которого хотят измерить, и нагревают до известной температуры.
- Нагретое тело опускают в воду калориметра, закрывают крышку и, помешивая мешалкой, ждут, пока температура в калориметре установится.
- Тогда отмечают эту температуру.
Из результатов опытов можно найти удельную теплоёмкость тела, пользуясь тем, что уменьшение энергии охлаждающегося тела равно увеличению энергии нагревающейся при этом воды и калориметра.
Виды калориметров
История изобретения калориметра связана с именами французских учёных А. Лавуазье и П. Лапласа, создавших в 1780 г. первый такой прибор. С его помощью измеряли количества теплоты, выделяющиеся в физических, химических или биологических процессах. Первый калориметр заполнялся не водой, а льдом.
Ледяной калориметр позволил ещё в XVIII веке измерить теплоёмкости многих твёрдых тел и жидкостей, а также теплоты сгорания разных топлив и теплоты, выделяемые живыми организмами. Например, теплота, отдаваемая животным (или другим объектом) во внутренней камере, расходовалась на плавление льда во внутренней «ледяной рубашке». Внешняя служила для того, чтобы поддерживать температуру внутренней части постоянной. Выделенную теплоту измеряли, взвешивая талую воду, стекавшую в сосуд.
Водяной калориметр был сконструирован в 1830 г. французским физиком П.Л. Дюлонгом, и с его помощью были определены теплоты сгорания многих веществ. Совершенные жидконаполненные калориметры, применяемые в лабораториях, позволяют уменьшить погрешность измерения до 5%.
Бомбовый калориметр – разновидность жидконаполненного калориметра, используемая для измерения количеств теплоты, выделяющейся при очень быстром горении – взрыве. Бомбовый калориметр представляет собой прочный герметически закрывающийся сосуд-бомбу, окружённую «водяной рубашкой». Образец горючего вещества известной массы помещается в тигель внутри бомбы с чистым кислородом и поджигается электрической искрой.
Энергия, выделяющаяся в результате управляемого взрыва образца внутри бомбы, передаётся водяной рубашке. Повышение температуры воды обычно не превышает одного-двух градусов, поэтому теплопотери во внешнюю среду невелики, следовательно при использовании термометров с малой ценой деления шкалы можно проводить довольно точные измерения.
На рынке представлено множество различных типов калориметров: растворения, дифференциально-сканирующие, тититрационные, газовые и реакционные калориметры.
Преимущества калориметров
Устройство современных калориметров весьма разнообразно и определяется характером и продолжительностью изучаемого процесса, областью температур, при которых проводятся измерения, количеством измеряемой теплоты и требуемой точностью. Почти все современные калориметры – это высокотехнологичные приборы без привычных термометров. Вместо них используются встроенные датчики температуры. Данные измерения выводятся на дисплей калориметра, кроме того, прибор может быть подключен к компьютеру. Это позволяет проводить контроль над экспериментом, а также расчёты в соответствии с международными стандартами.
Большинство современных калориметров имеют следующие преимущества:
- Автоматическое поджигание образца
- Автоматическая заливка и слив воды
- Автоматическое заполнение кислородом, проветривание и продувка
- Технология автоматического определения сосуда для разложения
- Простое и удобное управление с помощью сенсорного экрана
- Интерфейсы ПК, Ethernet, карта памяти SD, весы, принтер
Как выбрать калориметр?
Для выбора калориметра для ваших целей необходимо ответить на следующие основные вопросы:
- Сколько экспериментов в день планируется производить?
- Следует ли соблюдать требования стандартов, таких как ISO, ASTM, DIN, GB, ГОСТ и пр.?
- Содержат ли образцы галогены и серу, и в какой приблизительно концентрации?
- Требуется ли измерение содержания галогенов и серы после завершения калориметрического эксперимента?
- Какой из следующих методов Вы предпочитаете: адиабатический, изопериболический, изопериболический со статичной оболочкой, сухой или динамический?
Подобрать нужный калориметр для решения конкретных задач Вам помогут специалисты компании КОЛБА. Свяжитесь с нами по телефону или оставьте заявку. Специалист ответит Вам в течении 20 минут.
