183424. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés termometriás elemző készülékhez a rendszer kiinduló hőkapacitásától független mérések megvalósítására
1 183 434 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés termometriás elemző készülékhez a környezet, a reagens oldatok és a vizsgálandó oldat hőmérsékletétől, a mérendő rendszer kiinduló hőkapacitásától független mérés megvalósítására. Ismeretesek olyan, a kémiai reakciókban képződő hő által okozott hőmérsékletváltozást mérő kapcsolások, melyek tennisztoros hőmérsékletméréssel közvetlenül vagy referencia oldatot alkalmazva (és ezzel referencia hőmérsékletet biztosítva) hőmérsékletkülönbség mérésével működnek. E megoldások egyike (152.942. lj. sz. magyar szabadalom) hőszigetelt edényben termisztorblokkal és az ennek működtetéséhez szükséges elektromos kijelző készülékkel olyan hídkapcsolásban mér, mely biztosítja, hogy a híd érzékenységének változtatásával a keresett elem koncentrációja közvetlenül százalékban mérhető. Egy másik megoldás külön méri a vizsgálandó elegy és valamely termosztáló anyag hőmérsékletét, a jeleket alapjellel hasonlítja össze, és követő szabályozáson keresztül vezetve integrálja a reakcióhő aktuális értékétől való eltérést. A referencia értéket program távadóval viszik be a mérőrendszerbe. Az ilyen kapcsolás áramló rendszerben történő mérésre is alkalmas (1.460.520. lj. sz. angol szabadalom). Ugyancsak ismert az a kapcsolás is, amely hőmérsékletérzékeny elemmel, célszerűen termisztorral követi a kémiai reakciók lefutását, a keletkező áramot logaritmikus erősítőre vezeti, amelynek kimenő jelét lineárisan erősítve exponenciális erősítőre csatolja, és így éri el, hogy a kapott feszültségjel a kémiai reakció lefutásával arányos hőmérsékletváltozásokat mérje (1.381.337. lj. sz. angol szabadalom). Az ismert automatikus termokémiai elemzőnél az érzékelő jelét, amely lineáris feszültségjel az oldathőmérséklet függvényében, elektronikus összegző fokozatra csatolják, az összegző kimeneti jelét erősítve, az így felerősített jellel két szervomechanizmust hajtanak meg. Ezek egyike az összegző kiindulási nullhelyzetét és az oldat kiindulási hőmérsékletét hasonlítja össze, a másik az oldat relatív hőmérsékletmérését végzi a reakció elegy kiindulási hőmérsékletéhez képest. A kapcsoláshoz az exoterm és endoterm reakciók mérése érdekében pólusváltó kapcsolót is beépítettek (1.429.953. lj. sz. angol szabadalom). Vegyi reakciók reakcióhőjének mérésére ismeretes olyan berendezés is, amely szigetelt, gázzal megtöltött reakcióedényből áll, ebbe a reagenst tartalmazó edény belenyúlik, — több reakcióedény kerül elhelyezésre több reagens esetén — a megfelelő hőmérséklet elérése pedig fűtőelemek révén történik. A hőmérséklet ellenőrzésére hőmérőket használnak. A reakció következtében fellépő hőmérsékletkülönbség alapján az egyik fűtőelem áramellátását a kapcsolás révén úgy változtatják meg, hogy a hőegyensúly megmaradjon. Ennél a kialakításnál lényeges a reakcióedény központosított elhelyezése. A keverést mágneskeverővei oldják meg (26 47 096 lj. sz. NSZK közzétételi irat). Hasonló módon ismert az a hőmérsékletkülönbség mérési megoldás is, amely két áramló oldatot mér, és hőcserélő folyadékot tartalmaz. Ez a hőcserélő folyadék az egyik áramban különböző gyakorisággal érintkezik a mérendő közeggel, a másik áramban pedig folyamatosan. A két hőcserélő-folyadékáram elegyítését követően mérik a hőmérsékletváltozást. A bonyolult rendszer elektronikus kiértékelőhöz csatlakozik, amely a kalorímetrálás eredményét kiszámítja (22 58 539 NSZK közzétételi irat). A differenciál-kaloriméterhez olyan linearizáló kapcsolás is létezik, amely a megadott hőmérsékleti lépcsőkkel, lineáris növekedéssel fűti fel a kaloriméterbeli vizsgált és referencia anyagot (22 28 710 NSZK közzétételi irat). Az ismert megoldások közös hátránya abban áll, hogy a mérés a környezet hőmérsékletétől függ, ill. csak igen bonyolult, hermetikus zárás esetén lehet a környezeti hőmérséklettől függetlenné tenni. A mérendő és a reagens oldatok közötti hőmérsékletkülönbség által okozott hiba megszüntetésére pedig egyáltalán nem ismeretes megfelelő megoldás. Általában termisztorokat használnak a hőmérsékletváltozás mérésére. E termisztorok karakterisztikája nem lineáris, ezért nagy hőeffektusok mérése pontatlan lehet, továbbá a használat során — öregedés révén — karakterisztikájuk megváltozik. A szervomechanizmusok használata az agresszív atmoszférában való működést gyakorlatilag lehetetlenné teszi, a külön fűtést alkalmazó megoldások a hőegyensúly beállását nehezítik meg. A mágneskeverők használata gyakran másodlagos hőközléshez is vezet, mivel a keverőmotor a reakciótértől nem szigetelhető el teljesen. Ilyenkor a hőegyensúly nem is áll be, a reakcióedény folyamatosan melegszik. Az ismert megoldások a mérendő oldat hőmérsékletét vagy ennek második, sőt harmadik differenciálhányadosát mérik, ill. jelzik, amely a reakció kezdetére és befejeződésére ad jellemző jelet. Ezzel pl. automata büretta szabályozható. Viszont a keverés tökéletlensége és a hőmérsékletmérés időállandója miatt a mérés pontatlanná válik, termometriás titrálás esetén pedig változó mértékű túltitrálás történik. Az automata titrálást (melynél pl. a második differenciálhányadost alkalmazzák) pontatlanná teszi az is, hogy a hőmérsékletmérés érzékenysége nem fokozható tetszés szerint, mivel a keverés tökéletlenségéből eredő „zaj” a differenciált jeleken nagy lesz. A találmány célja az elemző rendszer időállandójának minimálisra csökkentése, a zajok kiszűrése, továbbá olyan kapcsolás kialakítása, amely kiküszöböli a túltitrálás bizonytalanságát, főként azonban függetlenné teszi a mérést a környezeti hőmérséklet, valamint a mérendő és a reagens oldatok közötti hőmérsékletkülönbségek változásától, végül pedig olyan mérőfej kiképzése, amely a keverést tökéletesebbé teszi. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés berendezése önmagában ismert egységeket tartalmaz: — a mérendő közegbe nyúló mérőérzékelő(ke)t, — ahhoz csatlakozó hőmérsékletmérő egysége(ke)t, "* ennek kimenőjelét differenciáló áramkört, — az ebből kapott jelet részben tároló egységet, — részben pedig összegző és/vagy különbségképző egysége(ke)t. A találmány kitűzött célját azzal étjük el, hogy a termometriás mérésre kis tehetetlenségű hőérzékelőt, a keveredés gyorsítására réseit mammutcsöves keverőt használunk, és ennek révén a titrálás során fellépő holt idő és ezzel a túltitrálás lényegesen csökken. Az elsőrendű differenciálhányadost képező differenciáló áramkör tároló és a komparátoros kapcsolásai, továbbá a két időállandós integrátoros kapcsolás révén a mérés függetlenné válik a környezet, ill. a keveredő oldatok hőmérsékletkülönbségétől, valamint a mérendő oldat kiinduló hőkapacitásától. A találmány szerinti kapcsolási elrendezéssel a berendezés külön mérőérzékelővel, egyidejűleg és párhuzamo-5 10 15 20 25 3C 35 40 45 50 55 60 65
