Объемный дилатометр

Объемный дилатометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам для определения теплофизических свойств веществ, а именно к определению коэффициента объемного расширения вещества, и может, быть применено в экспериментальной биологии. Цель изобретения - повьппение чувствительности и расширение температурного диапазона исследований. Дилатометр содержит рабочую камеру, внутри которой расположена опорная колонна с размещенными на ней рабочей и эталонной ячейками с сильфонами. Сильфоны помещены внутрь каправляюЕцих втулок. К нижним цам сильфонов прикреплены гильзы, а к верхним - центрирующие шарики. Нижние концы втулок жестко соединены с цилиндрическими гильзами, а верхние с помощью рабочей и эталонной тяг соединены с нагружающими коромыслами соответственно . К противоположным концам коромысел подвешиваются тарированные грузы, созданицие на сильфонах постоянно действующие сжимающие усилия . Измерение объемных эффектов осуществляется с помощью дифференциально включенного датчика перемещений. I ил. с fB (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) 15)) 4 С 01 М 25/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР . (21) 4117596/31-25 (22) 16.09.86 (46) 30.12.88, Бюл. Р 48 (7I) Институт проблем криобиологии и криомедицины АН УССР (72) А.И.Осецкий, Н.С,Пушкарь, В.K,Äâорцевой, В.И.Аненко, В.N.Êóðàêñà и 10.N.Åôàíîâ (53) 536.6 (088.8) (56) Черепин В.Т. Экспериментальная техника в физическом металловедении.

Киев: Техника, 1968.

Бартенев Г.M. Методы измерения теплового расширения стекол и спаеваемых с ними металлов. Труды 1-ro

Всесоюзного симпозиума. Л.: Наука, 1967, с. 1 29. (54) ОБЪЕМНЫЙ ДИЛАТОМЕТР (57) Изобретение относится к устройствам для определения теплофизических свойств веществ, а именно к определению коэффициента объемного расширения вещества, и может. быть применено в экспериментальной биологии, Цель изобретения — повышение чувствительности и расширение температурного диапазона исследований. Дилатометр содержит рабочую камеру, внутри которой расположена опорная колонна с размещенными на ней рабочей и эталонной ячейками с сильфонами. Сильфоны помещены внутрь направляющих втулок. К нижним концам сильфонов прикреплены гильзы, а к верхним — центрирующие шарйкй.

Нижние концы втулок жестко соединены с цилиндрическими гильзами, а верхние с помощью рабочей и эталонной тяг соединены с нагружающими коромыслами со(0 ответственно, К противоположным концам коромысел подвешиваются тарированные грузы, создающие на сильфонах постоянно действующие сжимающие уси- С

I лия. Измерение объемных эффектов осуществляется с помощью дифференциаль- 2 но включенного датчика перемещений.

1 ил.

1448?5

Изобретение относится к экспери ментальной биологии и мсжет быть использовано для исследования теплофизических характеристик веществ, находящихся в жидком или твердом агрегатном состоянии.

Целью изобретения является повышение чувствительности способа и расширение функциональных возможностей прибора.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого тензодилатометра.

Тензодилатометр состоит из рабочей камеры 1, представляющей собой стакан, внутри которого расположена опорная колонна 2 с размещенными на ней рабочей 3 и эталонной 4 ячейками. Основной частью этих ячеек являютсл изготовленные из нержавеющей стали сильфоны 5 и 6, к нижним концам которых припаяны ципиндрические гильзы 7 и 8„ а к верхним — центрирующие шарики 9 и 10, упирающиеся в 25 неподвижно закрепленные на опорной колонне 2 штоки 11 и 12, Гильзы 7 и

8 снизу герметично закрыты крьппками 13 и 14, в которых предусмотрены технологические отверстия с пробка- 30 ми 15, 16 и термовводами 17, 18 для вяеденчя в ячейки батареи дифференциальных термопар 19 и термометра 20 сопротивления, Центрирующие шарики

9 и 10 содержат отверстия 21 и 22 для вакуумной откачки пустьгх или заполненных ячеек.

Сильфоны 5, 6 ячеек 1 и 4 расположены внутри направляющих втулок

23 и 24, внутренняя поверхность кото- 40 рых сопряжена по скользящей посадке с центрирующими шариками 9, 10 и штоками 11, 12. Нижние концы втулок 23 и 24 с помощью специальных зажимов

25 и 26 жестко соединены с цилиндрическими гильзами 7 и 8, а верхние концы с помощью рабочей 27 и эталонной 28 тяг соединены с нагружающими коромыслами 29 и 30 соответственно.

К противоположным концам коромысел

29,30 подвешиваются тарированные грузы 31 и 32, создающие на сильфонах

5 и 6 постоянно действующие сжимающие усилия Г, Измерение объемных эффектоя в дан55 ном приборе осуществляется с помощью дифференциально включенного датчика

33 перемещений, корпус которого связан с рабочей тягой 27, а подвижный элемент — с эталонной тягой 2R.Датчик 33 перемещений соединен с входом

У графопостроителя 34, вход Х которого соединен с термометром 20 сопротивления, Графопостроитель 35 служит для одновременной регистрации теплояьгх эффектов, coIIpoBo7g3,ающих протекающие в охлаждаемых образцах процессы. Вход

У графопостроителя 35 соединен с батареей 19 дифференциальных термопар, а вход Х вЂ” с термометром 20 сопротивления, Изменение температуры исследуемых объектов с заданными скоростями охлаждения и нагрева осуществляется с помощью нагревателей 36 и 3? и ванны

38 с криогенной жидкостью.

Весь прибор смонтирован на плите

39, установленной на антивибрационной станине.

Дилатометр работает следующим образом.

В рабочую ячейку 3 помещают исследуемый образец, например фрагменг перфузирояанного криопротектором op- гана, объемное изменение которого при охлаждении требуется определить,, а в эталонную ячейку 4 — кварцевые шарики, суммарный объем когорых равен объему исследуемого образца,, т:е, 0 д

7 = V,, Зап ем обе ячейки обезгаживают, заполняют — àáî÷åé жидкостью, я качестве которой може- служить чистое минеральное масло, спирт и т.д. и герметично закрывают.

Закрытые ячейки с помощью зажиМоВ 25 и 26 подвешивают к закрепленным на тягах 27 и 28 направляющи, втулкам 23 и 24 так, что центрирующие шарики 9 и 10 входят я эти втулки до упора я неподвижные штоки 11 и 12, После этого ячейки закрываются камерой l внутренний объем которого откачивается до давления 10

-э

10 мм рт.ст, а к 1ягам 27 и 28 с помощью нагружающих коромысел 29 и

30 и тарированных грузов 31 и 32 прикладываются направленные вертикально вверх усилий F. В момент приложения усилий 7 направляющие втулки 23 и 24 вместе с гильзами 7 и 8 перемещаются вертикально вверх в направлении Х, в то время как упирающиеся я неподвижные штоки 11 и 12 центрирующие шарики 9 и 10 остаются

Э 4482 ня месте. В результате сильфоны 5 и

6 сжимаются на величину х и в ячейках 3 и 4 создается избыточное давлен ие P уу „(дх) (1) (Б) где (Б) — средняя площадь поперечного сечения сильфонов; 10

F. „- сила, необходимая для упругого сжатия сильфонов

5, 6 в в ертикальном направлении на величину д х.

В дальнейшем рабочуи камеру 1 по- 15 мещают B криогеннуи жидкость (жидкий азот или гелий), как это показано на чертеже, и в нее напускают теплообменный газ (Не, @,). После начала охлаждения включают смонтированные на 20 ячейках 3 и 4 нагреватели 36 и 37.При этом необходимая скорость охлаждения достигается за счет программного изменения тока в нагревателях 36 и 37 и давления теплообменного газа в рабочей камере 1 и может меняться в пределах 5 10 — 5-10 град/с, Лля получения более высоких скоростей охлаждения (до 5 град/с) применяется непосредственный обдув ячеек парами 30 жидкого азота.

59

27, кя выходе датчика возникает сигнал, пропорциональный величине

А В 1 акр 1 т в (2) так кяк объемные изменения рабочей жидкости в ячейках 3 и 4, а также тепловое сжатие тяг 27, 28 и других элементов прибора при таком включении датчика взаимно компенсируются.

Учитывая, что коэффициенты теплового объемного сжатия (расширение) охлаждаемых биологических объектов лежат по абсолютной величине в пределах (1-10).10 град, а для эталонных кварцевых париков они = 1,5 х х 10 град, часто с достаточной степенъи точности можно считать

3v(m) = ьч„р = E„(m) (s), (3) где т — температура;

5 (T) = G x — разность изменения

Высоты сильфонон

5 и 7, фиксируемая датчиком 33 перемещений в процессе опыта и регистрируемая графопостроителем 34.

Регистрация объемных эффектов, сопровождающих охлаждение исследуемых образцов, производится следующим образом.

При охлаждении ячеек до температуры начала кристаллизации воды происходит, как правило, уменьшение объемов исследуемого образца и рабочей жидкости в ячейке 3 на величину

aV„ =/aV / + / VÄ /, а в ячейке 4 уменьшение объемов эталонных париков и того же количества рабочей жидкости на величину ЬУв — — /6Voep/ +

+ /й 1,/. Поскольку сильфоны 5 и б все время находятся под постоянной ( сжимающей нагрузкой 1 ) F „, где

F сила, необходимая для упругоro сжатия сильфонов на величину яva

К х = --- — (х, они непр ерывно (Я> сжимаются по мере роста абсолютных значений величин hV и hv, приводя к монотонному перемещении вверх тяг 27 и 28. В силу того, что датчик

33. перемещения включен дифференциально, т,е. его подвижный элемент связан с тягой 28, а корпус — с тягой

В случае, когда необходимо исследовать объемные изменения охлаждаемых клеточных суспензий или раство- ров криопротекторов, рабочая ячейка полностьи заполняется исследуемым .раствором. В эталонную ячейку 4 при этом помещается кварцевый стерженЬ длиной 1 "àê, что после приложения

40 нагрузки F его нижний конец упирается в дно гильзы 8, а верхний — в центрирующий парик 10. При таком раз. мещении стержня происходит компенсация тепловых инструменталЬных погреш45 ностей, обусловленных тепловым сжатием (расширением) силовых и измерительных элементов установки. Для достижения равных скоростей охлаждения ячеек 3 и 4, в ячейку 4 в этом слу50 чае может заливаться близкая к исследуемому раствору по теплофизическим характеристикам жидкость.

Измерение тепловых эффектов в предложенном приборе производится одновременно с измерением объемных эффектов и основано на том, что выделение или поглощение тепла за

5 1448259 счет каких-либо процессов в исследуемом образце приводит к отличия температуры среды в рабочей ячейке

3 от температуры в эталонной ячей5 ке 4. Возникающая разность температур а,Т измеряется батареей дифференциальных термопар 19 и регистрируется графопосторителем 35,, как функция температуры Т образца. 10 механолегко ре0 см. .@ при этом 15

0 см

3 с (Б)= разрешаю0 /,что способ- 20 дилатоBHHHIIH Заказ. 6841/49 Тираж 847

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Применение емкостных или тропных датчиков позволяет гистрировать перемещение 1 . Объем исследуемых жидкостей составляет обычно не менее 1

Поэтому, используя сильфоны

= 0,5-1 см, можно повысить щую способность прибора до 1 на порядок выше разрешающей ности известных жидкостных метров.

Формула изобретения

Объемный дилатометр, содержащий ячейку с рабочей жидкостья для исследуемого образца, соединенную с сильфоном, и измеритель перемещения сильфойа, отличающийся тем, что, с. целью повышения чувствительности и расширения температурного диапазона исследований, он дополнительно содержит ячейку для эталона с рабочей жидкостью, соединенную с вторым сильфоном, центрируящие шарики, соединенные с противоположными торцами сильфонов и помещенные в направляющие втулки, нижние концы которых жестко соецинены с ячейками, а верхние — с механизмами нагружения сильфонов, при этом центрирующие шарики расположены с возможностью упора в неподвижно закрепленные на корпусе дилатометра штоки,