DE9306616U1 - Calorimetric measuring device - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft eine kalorimetrische Meßvorrichtung mit einem Aufschlußgefäß, dessen Innenraum als Reaktionsraum ausgebildet und dicht abschließbar ist, wobei das Aufschlußgefäß in einer Ummantelung auswechselbar angeordnet ist und zumindest einen Temperatursensor zum Messen der im Aufschlußgefäß erreichten Temperatur aufweist. Derartige Meßvorrichtungen werden zur Bestimmung des Brennwertes von festen und flüssigen Produktproben verwendet.The invention relates to a calorimetric measuring device with a decomposition vessel, the interior of which is designed as a reaction chamber and can be sealed tightly, the decomposition vessel being arranged in a casing so that it can be exchanged and having at least one temperature sensor for measuring the temperature reached in the decomposition vessel. Such measuring devices are used to determine the calorific value of solid and liquid product samples.
Bei vorbekannten kalorimetrischen Meßvorrichtungen, die nach dem adiabatischen Prinzip arbeiten, wird das Aufschlußgefäß in einen Kessel mit Wasser gestellt. Die Temperaturerhöhung des Wassers, ca. 30C, wird gemessen und ist ein Maß für den Brennwert. Der aus Aufschlußgefäß und Wasserkessel bestehende Meßraum wird nach außen durch einen diesen Meßraum allseitig umgebenden Wassermantel abgeschirmt, dessen Temperatur durch Heizen und Kühlen der Meßraumtemperatur nachgefahren wird. Die hohe Präzision dieser Geräteklasse wird durch einen hohen technischen Aufwand erreicht, trotzdem läßt sich ein Durchgriff der Umgebungstemperatur nicht vollständig vermeiden.In previously known calorimetric measuring devices that work according to the adiabatic principle, the decomposition vessel is placed in a tank of water. The increase in the water's temperature, approx. 3 0 C, is measured and is a measure of the calorific value. The measuring chamber, consisting of the decomposition vessel and water tank, is shielded from the outside by a water jacket that surrounds this measuring chamber on all sides, the temperature of which is adjusted to the measuring chamber temperature by heating and cooling. The high precision of this class of device is achieved through a high level of technical effort, but it is still not possible to completely avoid the influence of the ambient temperature.
Nachteilig ist ferner die erforderliche Meßzeit, die kaum unter 20 Minuten pro Messung zu bringen ist.Another disadvantage is the required measuring time, which can hardly be reduced to less than 20 minutes per measurement.
Demgegenüber zeichnen sich Meßvorrichtungen nach dem isothermen Prinzip dadurch aus, daß der mit Wasser gefüllte Kessel, in dem das Aufschlußgefäß steht, von einem thermisch stabilen Mantel umgeben ist, der die Energieübertragung von außen nach innen verhindern soll. Die Energie, die von dem mit Wasser gefüllten Kessel an den thermisch stabilen Mantel abgegeben wird, ist nicht erfaßbar. Dies führt bei Proben mit gleichem Energieinhalt, aber unterschiedlicher Brennzeit, zu unterschiedlichen Meßergebnissen. Die Meßzeit bei diesen Systemen ist nicht kürzer als bei dem adiabatischen Prinzip.In contrast, measuring devices based on the isothermal principle are characterized by the fact that the water-filled vessel in which the decomposition vessel is located is surrounded by a thermally stable jacket, which is intended to prevent the transfer of energy from the outside to the inside. The energy that is given off by the water-filled vessel to the thermally stable jacket cannot be detected. This leads to different measurement results for samples with the same energy content but different burning times. The measurement time for these systems is no shorter than for the adiabatic principle.
Ähnlich wie die isothermen Meßvorrichtungen ist auch die nach dem isoperibolen Prinzip arbeitende Geräteklasse aufgebaut. Das Aufschlußgefäß steht jedoch nicht in einem Wasserkessel, sondern wird direkt von einem hochwertigen thermischen Isolator umgeben. Die Temperaturerhöhung des Aufschlußgefäßes wird mit einem Temperatursensor gemessen, sie liegt deutlich über der Temperaturerhöhung, die beim adiabatischen Meßprinzip oder beim isothermischen Meßprinzip beobachtet wird. Das sich stark erwärmende Aufschlußgefäß führt zu einem Energieeintrag in den Isolationsmantel, der weder gemessen werden kann noch beeinflußbar ist. An der dem Aufschlußgefäß zugewandten Innenwand des Isoliergefäßes entsteht eine Wärmefront, die in die Isolation hineinwandert. Die während nachfolgender Messungen entstandenen Wärmefronten überschneiden sich und je nach Temperaturniveau finden Energiereflektionen von früheren Messungen auf das Aufschlußgefäß statt. Somit werden Meßwertverfälschungen verursacht. Geräte, die nach diesem Prinzip konstruiert sind, ermöglichen kurze Meßzeiten bei eingeschränkter Genauigkeit.The device class that works according to the isoperibolic principle is constructed in a similar way to the isothermal measuring devices. The decomposition vessel, however, is not in a water tank, but is directly surrounded by a high-quality thermal insulator. The temperature increase of the decomposition vessel is measured with a temperature sensor; it is significantly higher than the temperature increase observed with the adiabatic measuring principle or the isothermal measuring principle. The strongly heating up decomposition vessel leads to an energy input into the insulation jacket, which can neither be measured nor influenced. A heat front is created on the inner wall of the insulation vessel facing the decomposition vessel, which migrates into the insulation. The heat fronts created during subsequent measurements overlap and, depending on the temperature level, energy from previous measurements is reflected onto the decomposition vessel. This causes measurement value distortions. Devices constructed according to this principle enable short measurement times with limited accuracy.
Es besteht daher die Aufgabe, eine kalorimetrische Meßvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei hoher
Präzision mit kurzen Meßzeiten arbeitet und die in einem weiten Umgebungstemperaturbereich einsetzbar ist.
5The aim is therefore to create a calorimetric measuring device of the type mentioned above which operates with high precision, short measuring times and which can be used in a wide ambient temperature range.
5
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der kalorimetrischen Meßvorrichtung der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß die Ummantelung, die das Aufschlußgefäß umgibt, als Wärmesenke ausgebildet ist und zumindest bereichsweise aus gut wärmeleitfähigem Material mit hoher Wärmekapazität besteht, wobei die Innenwände und die Außenwände der Wärmesenke von den Außenwänden des Aufschlußgefäßes und den Innenwänden eines Außengehäuses unter Bildung von thermischen Isolationsräumen beabstandet sind und daß sich im Wandungsbereich der Wärmesenke ein Temperatursensor befindet, der mit einer Temperiereinrichtung für das Aufschlußgefäß und mit einer Rechen- und/oder Steuereinrichtung verbunden ist.The solution to this problem according to the invention in the calorimetric measuring device of the type mentioned at the beginning consists in particular in that the casing which surrounds the decomposition vessel is designed as a heat sink and consists at least in part of a material with good thermal conductivity and high heat capacity, the inner walls and the outer walls of the heat sink being spaced apart from the outer walls of the decomposition vessel and the inner walls of an outer housing to form thermal insulation spaces and that a temperature sensor is located in the wall area of the heat sink, which is connected to a temperature control device for the decomposition vessel and to a computing and/or control device.
Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist also das Auf-0 schlußgefäß angeordnet, dessen Wandung zumindest bereichsweise aus einem gut wärmeleitfähigen Material besteht. Dieses Meßgefäß wird im weiteren Text als "Wärmesenke" bezeichnet. Der Abstand zwischen der Außenwand des Aufschlußgefäßes und der Innenwand der Wärmesenke ist mit Luft oder Gas gefüllt. Die Wärmesenke hat mindestens einen Temperatursensor zum Messen der sich im wärmeleitfähigen Wandungsbereich einstellenden Temperatur.In the measuring device according to the invention, the decomposition vessel is arranged, the wall of which consists at least in part of a material with good thermal conductivity. This measuring vessel is referred to in the text below as a "heat sink". The distance between the outer wall of the decomposition vessel and the inner wall of the heat sink is filled with air or gas. The heat sink has at least one temperature sensor for measuring the temperature that occurs in the thermally conductive wall area.
Auch bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist ein Temperatürsensor zum Messen der Temperatur des Aufschlußgefäßes vorgesehen. Der als Isolationsstrecke wirkende Luftraum zwischen der Außenwand des Aufschlußgefäßes und der Innenwand der Wärmesenke reduziert den Energieeintrag in die Wärmesenke beträchtlich. Die Temperaturerhöhung der Wärmesenke in Folge des restlichen Energieeintrages wird mit einem weiteren Tempera-The measuring device according to the invention also has a temperature sensor for measuring the temperature of the decomposition vessel. The air space between the outer wall of the decomposition vessel and the inner wall of the heat sink, which acts as an insulating distance, reduces the energy input into the heat sink considerably. The temperature increase of the heat sink as a result of the remaining energy input is compensated for by a further temperature sensor.
türsensor gemessen. Die gute Wärmeleitfähigkeit des entsprechenden Wandbereiches der Wärmesenke sorgt für eine schnelle und gleichmäßige Energieverteilung, so daß keine Wärmefronten, die von früheren Messungen herrühren, die aktuelle Messung verfälschen können. Auf die klassische Isolation des Aufschlußgefäßes bei herkömmlichen kalorimetrischen Meßvorrichtungen kann dadurch verzichtet werden. Da sich zwischen dem Aufschlußgefäß und der Wärmesenke der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur ein gasförmiges Zwischenmedium befindet, werden die gewonnenen Meßergebnisse nicht durch einen Energieeintrag in eine dazwischenliegende Isolationsschicht verfälscht. Die im Stand der Technik vorgesehene Isolation wird bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung durch eine Wärmesenke ersetzt, bei der die in sie eingetragene Energie gemessen wird.door sensor. The good thermal conductivity of the corresponding wall area of the heat sink ensures a quick and even energy distribution, so that no heat fronts, which result from previous measurements, can distort the current measurement. The classic insulation of the decomposition vessel in conventional calorimetric measuring devices can therefore be dispensed with. Since there is only a gaseous intermediate medium between the decomposition vessel and the heat sink of the device according to the invention, the measurement results obtained are not distorted by an energy input into an insulating layer in between. The insulation provided in the prior art is replaced in the measuring device according to the invention by a heat sink, in which the energy introduced into it is measured.
Aus der während des Abbrennens einer Produktprobe ermittelten Temperaturänderung, die mit Hilfe der sowohl im Aufschlußgefäß wie auch in der Wärmesenke angeordneten Temperatursensoren gemessen werden kann, läßt sich der Brennwert der Proben mit hoher Genauigkeit bestimmen. Der während einer Messung erfolgende Temperaturanstieg im Aufschlußgefäß verursacht über den als Wärmewiderstand dienenden Luftspalt einen Energietransport zur Wärmesenke. Die Temperatur der Wärmesenke wird gemessen.The calorific value of the samples can be determined with high accuracy from the temperature change detected during the combustion of a product sample, which can be measured using the temperature sensors arranged in both the decomposition vessel and the heat sink. The temperature increase in the decomposition vessel during a measurement causes energy to be transported to the heat sink via the air gap, which serves as a thermal resistance. The temperature of the heat sink is measured.
Die sich geringfügig erwärmende Wärmesenke gibt Energie an die sie umgebende Luft ab. Um den Energieabtrag von der Wärmesenke an die Umgebungsluft reproduzierbar zu gestalten, ist es zweckmäßig, wenn die Wärmesenke von einem auf Abstand angebrachten Mantel umgeben wird, der zumindest äußere Luftströ-0 mungen von der Wärmesenke fernhält.The heat sink, which heats up slightly, releases energy into the surrounding air. In order to make the energy transfer from the heat sink to the surrounding air reproducible, it is advisable to surround the heat sink with a jacket that is installed at a distance and that at least keeps external air currents away from the heat sink.
Um die Temperaturänderungen an Aufschlußgefäß und Wärmesenke in den entsprechenden Brennwert der Produktprobe umrechnen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Meßvorrichtung eine Rechen- und/oder Steuereinheit zugeordnet ist, die mit den Tem-In order to be able to convert the temperature changes at the decomposition vessel and heat sink into the corresponding calorific value of the product sample, it is advantageous if the measuring device is assigned a computing and/or control unit that is connected to the temperature
peratursensoren elektrisch verbunden ist. Diese Rechen- und/oder Steuereinheit berücksichtigt die absolute Starrtemperatur und den Temperaturverlauf während des Abbrennens der Produktprobe, der sich im Aufschlußgefäß und in der Wärmesenke ergibt. So ist eine Vorausberechnung des kalorimetrischen Meßergebnisses bereits vor Erreichen des Temperaturraaximums möglich. Dies ermöglicht kurze Meßzeiten.temperature sensors. This computing and/or control unit takes into account the absolute solidification temperature and the temperature profile during the combustion of the product sample, which occurs in the decomposition vessel and in the heat sink. This makes it possible to calculate the calorimetric measurement result in advance before the temperature maximum is reached. This enables short measurement times.
Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist das Aufschlußgefäß in der Wärmesenke auswechselbar angeordnet. Gewöhnlich sind mehrere Aufschlußgefäße im Einsatz, wobei zum Beispiel während einer laufenden Messung ein weiteres Aufschlußgefäß für die nächste Messung vorbereitet werden kann. Dazu wird das mit der nächsten Probe und bereits mit Sauerstoff gefüllte Aufschlußgefäß in eine Temperiervorrichtung gestellt, die der Meßvorrichtung zugeordnet ist und in der die Temperatur des Aufschlußgefäßes an die Temperatur der Wärmesenke angeglichen wird. Da die Temperatur der Wärmesenke abhängig ist von vorangegangenen Messungen und der Vorgeschichte der Meßvorrichtung, ist sie für jede folgende Messung als Variable anzusehen. Die Temperiervorrichtung ist mit der Rechen- und/oder Steuereinheit verbunden.In the measuring device according to the invention, the decomposition vessel is arranged in the heat sink in an exchangeable manner. Usually, several decomposition vessels are used, whereby, for example, during an ongoing measurement, another decomposition vessel can be prepared for the next measurement. To do this, the decomposition vessel, which is filled with the next sample and already with oxygen, is placed in a temperature control device that is assigned to the measuring device and in which the temperature of the decomposition vessel is adjusted to the temperature of the heat sink. Since the temperature of the heat sink depends on previous measurements and the history of the measuring device, it is to be viewed as a variable for each subsequent measurement. The temperature control device is connected to the computing and/or control unit.
Dabei kann der Temperiervorrichtung ein eigener Temperatursensor im wärmeleitfähigen Bereich der Wärmesenke zugeordnet sein. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist beispielsweise vorgesehen, daß an der Wärmesenke zwei Temperatursensoren angeordnet sind, wobei der eine mit der Temperiereinrichtung und der andere mit der Rechen- und/oder Steuereinrichtung verbunden ist. Während der eine Temperatursensor der Wärmesenke zum Messen der sich im wärmeleitfähigen Wandungsbereich einstellenden Temperatur vorgesehen ist, dient der andere Temperatursensor zum Nachführen der Temperiereinrichtung an die sich in der Wärmesenke jeweils einstellende Temperatur.The temperature control device can be assigned its own temperature sensor in the heat-conductive area of the heat sink. In one embodiment of the measuring device according to the invention, for example, two temperature sensors are arranged on the heat sink, one of which is connected to the temperature control device and the other to the computing and/or control device. While one temperature sensor of the heat sink is provided for measuring the temperature that is established in the heat-conductive wall area, the other temperature sensor is used to adjust the temperature control device to the temperature that is established in the heat sink.
Um jedoch Ungenauigkeiten, die sich aus der Verwendung zweier Temperatursensoren in der Wärmesenke ergeben können, auszuschalten, ist es zweckmäßig, wenn ein gemeinsamer Temperatursensor vorgesehen ist, der vorzugsweise in einer nach außen hin offenen und im wärmeleitfähigen Wandungsbereich angeordneten Ausnehmung der Wärmesenke angeordnet ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist also die Rechen- und/oder Steuereinrichtung mit nur einem in der Wärmesenke angeordneten Temperatursensor elektrisch verbunden, der sowohl zur Ermittlung der während einer Messung in die Wärmesenke eingetragene Energie wie auch zum Steuern der Temperiervorrichtung verwendet wird.However, in order to eliminate inaccuracies that can result from the use of two temperature sensors in the heat sink, it is expedient to provide a common temperature sensor, which is preferably arranged in a recess in the heat sink that is open to the outside and arranged in the heat-conductive wall area. In this preferred embodiment, the computing and/or control device is therefore electrically connected to only one temperature sensor arranged in the heat sink, which is used both to determine the energy introduced into the heat sink during a measurement and to control the temperature control device.
Die Wärmesenke kann Wandungen aufweisen, die aus Metall oder dergleichen Vollmaterial, beispielsweise aus Aluminium hergestellt sind. Möglich ist aber auch, daß die Wärmesenke aus einer Kombination von festen und flüssigen Materialien besteht. Beispielsweise kann die Wärmesenke als doppelwandiges Gefäß ausgestaltet werden, bei dem zwischen den beiden Wänden der Doppelwand eine wärmeleitende Flüssigkeit vorgesehen ist, in der eine eventuelle Temperaturänderung mittels des Temperatursensors festzustellen ist.The heat sink can have walls made of metal or similar solid material, for example aluminum. It is also possible, however, for the heat sink to consist of a combination of solid and liquid materials. For example, the heat sink can be designed as a double-walled vessel in which a heat-conducting liquid is provided between the two walls of the double wall, in which any temperature change can be detected by means of the temperature sensor.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung verwirklicht sein.Further features of the invention emerge from the following description of an embodiment according to the invention in conjunction with the claims and the drawing. The individual features can be implemented individually or in groups in an embodiment according to the invention.
In der einzigen Figur ist eine kalorimetrische Meßvorrichtung gezeigt, die zur Brennwertbestimmung von festen und flüssigen Proben eingesetzt wird. Die Meßvorrichtung 1 hat ein Aufschlußgefäß 2, das als Druckgefäß ausgelegt und dessen dicht abschließbarer Innenraum als Reaktionsraum 3 ausgebildet ist.The single figure shows a calorimetric measuring device that is used to determine the calorific value of solid and liquid samples. The measuring device 1 has a decomposition vessel 2 that is designed as a pressure vessel and whose tightly sealable interior is designed as a reaction chamber 3.
Zur Bestimmung des Brenntwertes eines Stoffes wird eine abgewogene Teilmenge von ihm in den Reaktionsraum 3 des Aufschlußgefäßes 2 eingebracht, dort dicht abgeschlossen und unter hohem Sauerstoffdruck verbrannt. Die Temperaturerhöhung des Aufschlußgefäßes ist unter anderem ein Maß für die freiwerdende Energie, die gemessen werden soll. Zum Messen der Temperatur des Aufschlußgefäßes 2 ist ein Temperatursensor 5 vorgesehen. To determine the calorific value of a substance, a weighed amount of it is introduced into the reaction chamber 3 of the decomposition vessel 2, where it is sealed and burned under high oxygen pressure. The increase in temperature of the decomposition vessel is, among other things, a measure of the energy released, which is to be measured. A temperature sensor 5 is provided to measure the temperature of the decomposition vessel 2.
Wie die Fig.l zeigt, ist das Aufschlußgefäß 2 in einer Ummantelung 6 angeordnet. Diese Ummantelung 6 wird nachfolgend als Wärmesenke 6 bezeichnet. Die Wandungen der Wärmesenke 6 bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material mit hoher Wärmekapazität. Dazu ist die Wärmesenke 6 hier aus Aluminium mit großer Wanddicke hergestellt.As Fig. 1 shows, the decomposition vessel 2 is arranged in a casing 6. This casing 6 is referred to below as the heat sink 6. The walls of the heat sink 6 consist of a material that conducts heat well and has a high heat capacity. For this purpose, the heat sink 6 is made of aluminum with a large wall thickness.
Um Luftkonvektionen während der Messung im Inneren der Wärmesenke 6 zu vermeiden, sind die oberen und unteren Stirnenden der Wärmesenke durch Deckelteile 7 und 8 verschlossen, so daß der Raum in der Wärmesenke 6 vom umgebenden Luftraum thermisch entkoppelt ist.In order to avoid air convection during the measurement inside the heat sink 6, the upper and lower front ends of the heat sink are closed by cover parts 7 and 8, so that the space in the heat sink 6 is thermally decoupled from the surrounding air space.
Der Temperaturanstieg des Aufschlußgefäßes 2 verursacht über den als Wärmewiderstand dienenden Luftspalt 11 einen geringen Energietransport zur Wärmesenke 6. Die gute Wärmeleitfähigkeit des für die Wärmesenke 6 verwendeten Materials sorgt für eine schnelle und gleichmäßige Energieverteilung in der Wärmesenke 6. Wärmefronten, die sich aus der endlichen Wärmeleitgeschwindigkeit zwangsläufig ergeben, verteilen sich bereits während der Messung und führen zu einer kleinen Temperaturänderung der Wärmesenke 6. Zum Messen der sich im wärmeleitfähigen Wandungsbereich der Wärmesenke 6 einstellenden Temperaturänderung ist ein Temperatursensor 12 vorgesehen, der in einer außensei-The rise in temperature of the decomposition vessel 2 causes a small energy transport to the heat sink 6 via the air gap 11, which serves as a thermal resistance. The good thermal conductivity of the material used for the heat sink 6 ensures a fast and even energy distribution in the heat sink 6. Heat fronts, which inevitably result from the finite thermal conduction speed, are distributed during the measurement and lead to a small temperature change in the heat sink 6. A temperature sensor 12 is provided in an external
tigen Einfräsung oder dergleichen Ausnehmung angeordnet sein kann.milled recess or similar recess can be arranged.
Die Wärmesenke 6 ist in einem allseitig geschlossenen oder verschließbaren Isolationsgehäuse 13 über mehrere Isolationsstützen 14 befestigt. Dabei trennt der zwischen den Außenwänden 15 der Wärmesenke 6 und den Innenwänden 16 des Isolationsoder Außengehäuses 13 vorgesehene Luftspalt 17 die Wärmesenke 6 vom Außengehäuse 13.The heat sink 6 is secured in an insulation housing 13 that is closed or closable on all sides via several insulation supports 14. The air gap 17 provided between the outer walls 15 of the heat sink 6 and the inner walls 16 of the insulation or outer housing 13 separates the heat sink 6 from the outer housing 13.
Die Wärmesenke 6 kann aus Metall bestehende Wandungen aufweisen, möglich ist aber auch, daß die Wärmesenke beispielsweise als doppelwandiges Gefäß hergestellt wird. Zwischen den beiden Wänden der Doppelwand kann eine wärmeleitende Flüssigkeit vorgesehen sein. Dabei kann die Temperaturmessung auch in der Flüssigkeit Stand finden, wenn der Temperatursensor 12 in die Flüssigkeit eintaucht.The heat sink 6 can have walls made of metal, but it is also possible for the heat sink to be made, for example, as a double-walled vessel. A heat-conducting liquid can be provided between the two walls of the double wall. The temperature measurement can also take place in the liquid if the temperature sensor 12 is immersed in the liquid.
Die fest oder flüssige Stoffprobe, deren Brennwert bestimmt werden soll, wird außerhalb der Meßvorrichtung 1 in das Aufschlußgefäß 2 eingebracht. Das Aufschlußgefäß 2 wird mit Sauerstoff gefüllt. Danach wird das Aufschlußgefäß in die Wärmesenke 6 gestellt. Durch Schließen der Deckelplatte 8 der Wärmesenke 6 und Verschließen des Isolationsgehäuses 13 ist das Aufschlußgefäß 2 in dieser Ummantelung praktisch allseitig gekapselt. Nach dem Zünden der Stoffprobe im Reaktionsraum 3 des Aufschlußgefäßes wird der Temperaturanstieg des Aufschlußgefäßes 2 mit Hilfe des Temperatursensors 5 ermittelt.The solid or liquid sample whose calorific value is to be determined is placed outside the measuring device 1 in the decomposition vessel 2. The decomposition vessel 2 is filled with oxygen. The decomposition vessel is then placed in the heat sink 6. By closing the cover plate 8 of the heat sink 6 and closing the insulation housing 13, the decomposition vessel 2 is practically encapsulated on all sides in this casing. After the sample is ignited in the reaction chamber 3 of the decomposition vessel, the temperature increase in the decomposition vessel 2 is determined using the temperature sensor 5.
0 Die Rechen- und/oder Steuereinheit berechnet aus der absoluten Starttemperatur, dem Temperaturverlauf des Aufschlußgefäßes 2 und der Wärmesenke 6 den Brennwert.0 The computing and/or control unit calculates the calorific value from the absolute starting temperature, the temperature profile of the decomposition vessel 2 and the heat sink 6.
Die exakte Messung des Temperaturverlaufes in Aufschlußgefäß 2 und Wärmesenke 6 ermöglicht es, den weiteren TemperaturverlaufThe exact measurement of the temperature profile in decomposition vessel 2 and heat sink 6 makes it possible to determine the further temperature profile
im voraus zu berechnen und dabei das kalorimetrische Meßergebnis bereits vor Erreichen des Temperaturmaximums des Aufschlußgefäßes
mathematisch zu ermitteln. Dadurch werden kurze Meßzeiten ermöglicht.
5in advance and to determine the calorimetric measurement result mathematically before the maximum temperature of the decomposition vessel is reached. This enables short measurement times.
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Während eine Messung mit einem Aufschlußgefäß 2 läuft, kann ein zweites Aufschlußgefäß 2 für die nachfolgende Messung vorbereitet werden. Der Meßvorrichtung 1 ist dazu eine Temperiervorrichtung 19 zugeordnet, die insbesondere als Kühlvorrichtung ausgebildet ist. In dieser Temperiervorrichtung 19 kann das nächste Aufschlußgefäß 2 auf die aktuelle Temperatur der Wärmesenke 6 temperiert werden. Das zu temperierende Aufschlußgefäß 2 wird dazu in die Temperiervorrichtung 19 eingesetzt. Um die entsprechende Temperaturvorgabe der Wärmesenke 6 für die Temperiervorrichtung 19 ermitteln zu können, ist diese mit einem weiteren Temperatursensor 20 elektrisch verbunden, der neben dem Temperatursensor 12 in der Ausnehmung 21 der Wärmesenke 6 angeordnet ist.While a measurement is running with a decomposition vessel 2, a second decomposition vessel 2 can be prepared for the subsequent measurement. For this purpose, the measuring device 1 is assigned a tempering device 19, which is designed in particular as a cooling device. In this tempering device 19, the next decomposition vessel 2 can be tempered to the current temperature of the heat sink 6. The decomposition vessel 2 to be tempered is inserted into the tempering device 19 for this purpose. In order to be able to determine the corresponding temperature setting of the heat sink 6 for the tempering device 19, this is electrically connected to a further temperature sensor 20, which is arranged next to the temperature sensor 12 in the recess 21 of the heat sink 6.
Die Temperiervorrichtung 19 kann eine eigene elektronische Reglungseinrichtung aufweisen. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der die Temperiervorrichtung 19 mit der Rechen- und/oder Steuereinheit 18 in Steuerverbindung steht, wobei die Rechen- und/oder Steuereinheit 18 ebenfalls mit den der Temperiervorrichtung zugeordneten Temperatursensor 20 elektrisch verbunden ist.The temperature control device 19 can have its own electronic control device. However, an embodiment is preferred in which the temperature control device 19 is in control connection with the computing and/or control unit 18, whereby the computing and/or control unit 18 is also electrically connected to the temperature sensor 20 assigned to the temperature control device.
Um die durch die Verwendung von zwei Temperatursensoren 12 und 20 in der Wärmesenke 6 bedingten Meßwertunterschiede zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, nur einen Temperatursensor 12 oder 20 in der Wärmesenke vorzusehen, der sowohl der Brennwertbestimmung wie auch der Temperaturvorgabe für die Temperiervorrichtung 19 dient.In order to avoid the differences in measured values caused by the use of two temperature sensors 12 and 20 in the heat sink 6, it may be expedient to provide only one temperature sensor 12 or 20 in the heat sink, which serves both to determine the calorific value and to specify the temperature for the temperature control device 19.
Wenn das in der Temperiervorrichtung 19 für die Messung vorbereitete Aufschlußgefäß 2 zur Brennwertbestimmung in die Wärmesenke 6 der Meßvorrichtung 1 eingebracht wird, haben beide Gefäße 2 und 6 annähernd die gleiche Temperatur. Nach einer vergleichsweise kurzen Ausgleichszeit kann mit der Messung begonnen werden. Obwohl die Temperatur der Wärmesenke 6 eine Variable ist, erfolgt der Start der Messung bei exakt bestimmbaren Anfangsbedingungen.When the decomposition vessel 2 prepared for the measurement in the temperature control device 19 is placed in the heat sink 6 of the measuring device 1 to determine the calorific value, both vessels 2 and 6 have approximately the same temperature. After a comparatively short equalization time, the measurement can begin. Although the temperature of the heat sink 6 is a variable, the measurement starts under precisely definable initial conditions.
Die Meßvorrichtung 1 zeichnet sich durch gute Reproduzierbarkeit der gemessenen Brennwerte auch bei stark schwankenden Umgebungstemperaturen aus. Trotz des vergleichsweise geringen Aufwandes an Isolationsmitteln können in der Meßvorrichtung 1 Brennwertbestimmungen mit hoher Präzision und kurzer Meßzeit, < 5 Minuten, realisiert werden. Dabei sind vergleichsweise große Temperaturänderungen des Aufschlußgefäßes 2 während der Brennwertbestimmung zulässig.The measuring device 1 is characterized by good reproducibility of the measured calorific values even with strongly fluctuating ambient temperatures. Despite the comparatively low expenditure on insulation materials, calorific value determinations can be carried out in the measuring device 1 with high precision and a short measuring time, < 5 minutes. Comparatively large temperature changes of the decomposition vessel 2 are permissible during the calorific value determination.
Zusammenfassend läßt sich feststellen:In summary, we can say:
Die Erfindung betrifft eine kalorimetrische Meßvorrichtung mit einem Aufschlußgefäß, dessen Innenraum als Reaktionsraum ausgebildet und dicht abschließbar ist, wobei das Aufschlußgefäß in einer Ummantelung auswechselbar angeordnet ist und zumindest einen Temperatursensor zum Messen der im Aufschlußgefäß erreichten Temperatur aufweist. Für die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist kennzeichnend, daß die Ummantelung ein das Aufschlußgefäß aufnehmendes Meßgefäß aufweist, dessen Wandung zumindest bereichsweise aus einem wärmeleitfähigen Material besteht, daß die Innenwände dieses Meßgefäßes von den Außenwänden des Aufschlußgefäßes unter Bildung eines Zwischenraumes beabstandet sind, in dem ein gasförmiges Zwischenmedium vorgesehen ist und daß die Meßvorrichtung mindestens einen zweiten Temperatursensor zum Messen der sich im wärmeleitfähigen Wandungsbereich des Meßgefäßes einstellenden TemperaturänderungThe invention relates to a calorimetric measuring device with a decomposition vessel, the interior of which is designed as a reaction chamber and can be sealed tightly, the decomposition vessel being arranged in a casing so that it can be exchanged and having at least one temperature sensor for measuring the temperature reached in the decomposition vessel. The measuring device according to the invention is characterized in that the casing has a measuring vessel which accommodates the decomposition vessel and whose wall consists at least in part of a thermally conductive material, that the inner walls of this measuring vessel are spaced apart from the outer walls of the decomposition vessel to form an intermediate space in which a gaseous intermediate medium is provided, and that the measuring device has at least one second temperature sensor for measuring the temperature change occurring in the thermally conductive wall region of the measuring vessel.
aufweist. Mit Hilfe der erfindungsgemaßen Meßvorrichtung sind kalorimetrische Brennwertbestimmungen mit hoher Präzision und kurzer Meßzeit möglich, wobei auch vergleichsweise viele Messungen an einem Tag realisiert werden können.With the aid of the measuring device according to the invention, calorimetric calorific value determinations are possible with high precision and short measuring times, whereby a comparatively large number of measurements can also be carried out in one day.
/Ansprüche/Expectations
Claims (5)
als Vertreter für Herrn Patentanwalt Hans SchmittMr Henrich Börjes-Pestalozza, Attorney and Patent Attorney
as representative for patent attorney Hans Schmitt
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9306616U DE9306616U1 (en) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Calorimetric measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9306616U DE9306616U1 (en) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Calorimetric measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE9306616U1 true DE9306616U1 (en) | 1993-06-24 |
Family
ID=6892741
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9306616U Expired - Lifetime DE9306616U1 (en) | 1993-05-03 | 1993-05-03 | Calorimetric measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9306616U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0623818A1 (en) * | 1993-05-03 | 1994-11-09 | IKA ANALYSENTECHNIK GmbH | Bomb calorimeter |
| FR2722569A1 (en) * | 1994-07-15 | 1996-01-19 | British Nuclear Fuels Plc | CALORIMETER |
-
1993
- 1993-05-03 DE DE9306616U patent/DE9306616U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0623818A1 (en) * | 1993-05-03 | 1994-11-09 | IKA ANALYSENTECHNIK GmbH | Bomb calorimeter |
| FR2722569A1 (en) * | 1994-07-15 | 1996-01-19 | British Nuclear Fuels Plc | CALORIMETER |
| US5779362A (en) * | 1994-07-15 | 1998-07-14 | Lightfoot; John Adrian | Apparatus and method of determining a characteristic related to the thermal power of a sample |
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