183835. lajstromszámú szabadalom • Berendezés állandó átalakulási sebesség fenntartására termoanalitikai készülékekben
1 183 835 2 A találmány tárgya berendezés állandó átalakulási sebesség fenntartására termoanalitikai készülékekben. A termoanalitikai vizsgálatok egyik fontos feltétele a megfelelő hőmérsékletprogram biztosítása a berendezés munkaterében. Ez — mivel a termoanalitikai berendezések jellemzően elektromos fűtésűek — a fűtőfeszültség program szerinti szabályozását jelenti úgy, hogy a hőmérséklet az időben a kívánt függvénynek feleljen meg. Az alkalmazott programok többnyire állandó hőmérséklet tartását (izoterm program) vagy pedig a hőmérséklet 10 időben állandó sebességgel történő változtatását (hűtés vagy fűtés) jelentik, ill. ezek kombinációit. Az előbbi esetet sztatikus, az utóbbit dinamikus módszernek is szokás nevezni. Bizonyos esetekben használnak nem egyenletes fűtési, ill. hűtési programokat is, ekkor a kemence munka- 1 5 terének hőmérsékletét időben nem lineáris (pl. logaritmikus) függvény szerint változtatják. Bizonyos esetekben (pl. folyamatok megfordíthatóságának vizsgálata, egymáshoz közeli hőmérsékleteken lejátszódó folyamatok szétválasztása) előnyösen alkalmazható 20 az az eljárás, melynek lényege, hogy ameddig a vizsgált folyamat sebessége kisebb egy előre megadott értéknél, a munkatér (minta) hőmérsékletét gyorsan növelik (a maximális fűtési sebesség is előre megadható), amikor azonban a folyamat sebessége eléri az előre megadott értéket, a 25 hőmérsékletet úgy változtatják, hogy a sebesség állandósuljon ezen az értéken, ami a fűtési sebesség csökkentését, sok esetben pedig az állandó hőmérséklet tartását jelenti mindaddig, míg a reakció folyik. Ez az eljárás tehát a fűtőfeszültség szabályozásában a mintában lejátszódó folyamat 30 előrehaladását is figyelembe veszi. Állandó átalakulási sebességnek a hőmérsékletprogram segítségével való fenntartására két módszer ismeretes. Az egyik az ún. kvázi-izoterm módszer, az ennek megvalósítására szolgáló készüléket a 152 197 1. sz. ma- 35 gyár szabadalom ismerteti. A módszer lényege, hogy a hőmérsékletet a minta tömegének időderiváltja alapján szabályozzák, melyet (már előzőleg ismert) deriváló termomérleggel állítanak elő. A kvázi-izoterm módszer továbbfejlesztését jelenti a 40 174 466 1. sz. magyar szabadalom; az ebben leírt berendezés nemcsak deriváló termomérlegről, hanem hasonló értelmű jelet szolgáltató differenciál termikus elemző (DTA) készülékről is működtethető, továbbá lehetővé teszi, hogy a folyamat sebességét előre megadott lépcsős vagy 45 folytonos függvény szerint növeljük. Állandó átalakulási (bomlási) sebesség fenntartásának egy másik módját J. Rouquérol (Journal of Thermal Analysis 2/1970/ 123—140) ismerteti. Berendezésében az állandó bomlási sebességet úgy éri el, hogy a mérés kezdetén eva- 50 kuált minta környezetében a folyamat megindulása után a nyomást a hőmérséklet megfelelő szabályozásával állandó értéken tartja, miközben a mintából felszabaduló gáz egy változtatható fojtáson keresztül állandó tömegárammal távozik a munkatérből, vagyis a beavatkozás a mintatér nyo- 55 mása alapján történik. Ez az elv csak kis nyomásokon — az idézett közlemény szerint 2630 Pa (20 Torr) alatt — használható. A fenti két módszer sok területen jól alkalmazható, de felhasználásuk sok esetben nehézségekkel, hátrányokkal 60 jár. A kvázi-izoterm eljáráshoz alapul szolgáló derivált jelben (bármilyen módon állítják is elő) felerősítve jelentkezik a mérés véletlen hibája, vagyis a zaj. Ez a jó hőmérséklctszabályozást különösen a kis hőkapacitású kemencéknél nehezíti meg. A derivált előállítására szolgáló elektronikus 6 5 vagy más fizikai elven történő megoldások által szolgáltatott jel csak egy korlátozott tartományban egyenesen arányosa deriválandó mennyiség változási sebességével, e tartományon kívül torzítás lép föl, így épp a kis változási 5 sebességek esetén is (pedig a termoanalitikai vizsgálatok körében a kis tömegű mintában kis sebességgel lejátszódó folyamatok gyakorlati jelentősége nagy, mivel a termodinamikai egyensúly feltételei így közelíthetők meg). A zajok szűrését célzó csillapítás is torzítja a derivált jelet. M ndez megnehezíti azt, hogy a készülék valóban a megkívá it átalakulási sebességet tartsa fenn. \ másodikként említett módszer alkalmazásának határt szab a már említett nyomástartomány, továbbá, hogy a minta környezetében csak a reakcióban keletkező gáz lehet. Célunk a találmánnyal olyan berendezés létrehozása állandó átalakulási sebesség fenntartására termoanalitikai ké szülékekben, amely a kvázi-izoterm vizsgálati módszerhez hasonlóan bármilyen nyomáson történő vizsgálatokhoz alkalmazható, de mentes annak a derivált fokozottan zajos jellegéből és torzításából eredő hibáitól, és ugyanakkor lehetővé teszi igen lassú változások vizsgálatát is. \ javasolt berendezés olyan termoanalitikai készülékekbe n alkalmazható, amelyek villamos fűtőtesttel és he mérséklet-érzékelővel ellátott kemencét tartalmaznak, és a kemencében elhelyezett minta mérőkészülékkel áll kapcsolatban, továbbá egy kezelő szervvel rendelkező és a he mérséklet-érzékelő kimenetével összekötött hőmérséklei-programozó kimenete fűtésszabályozón át a fűtőtestre csitlakozik. A mérőkészülék kimenete egy különbségér 'ékelő egység egyik bemenetére, a kezelőszerv egyik kirn mete a különbség-érzékelő egység másik bemenetére van kapcsolva, a különbség-érzékelő egység kimenete egy id »ellenőrző egység egyik bemenetére, a kezelőszerv másik kimenete az időellenőrző egység másik bemenetére cs adakozik, az időcllenőrző egység kimenete a fűtésszabályozó egyik bémenetével van összekötve, továbbá a fűtéssz íbályozó egyik kimenete a hőmérséklet-programozó bem rnetére csatlakozik. A berendezés az átalakult anyag mennyiségével lineárisan kapcsolatban álló tulajdonság (pl. tömeg, térfogat stb.) egy véges változásához szükséges idő alapján működik. Ezzel egyrészt elkerüljük azt a torzítást, ill. nagyobb zajt, arii a derivált jel felhasználásával járna, mivel mind a mennyiségi tulajdonságok, mind az idő gyakorlatilag torzi lásmentesen mérhető. Másrészt az alapul vett tulajdonság előbb említett véges változásának nagyságát úgy választjuk meg, hogy az összhangban legyen a mérőműszer érzékenységével és a zajok várható nagyságával. így olyan lassú változások is követhetőek, melyeknél a kérdéses mennyiség deriváltja (vagy akár egy rögzített időta tam alatt mért véges változása is) túl kicsiny lenne a zajhoz képest. A találmány tárgyát kiviteli példa és rajz alapján ismertetjük részletesebben: A rajzon az 1. ábra: a találmány szerinti berendezés tömbvázlata, ésa 2. ábra: aberendezés fűtésszabályozójának tömbvázlata. Az 1. ábrán látható tömbvázlat szerint az (1) kemence a (2 ) mintatartóval, a villamos (10) fűtőtesttel és a (9) hőmérséklet-érzékelővel van ellátva. A (2) mintatartó a (3) mérőkészülékkel, pl. mérleggel áll kapcsolatban. A (3) mérőkészülék kimenete egy (4) különbségérzékelő egység (41) bemenetére, míg egy (5) kezelőszerv egyik kimenete a (4) ki ilönbségérzékelő egység (42) bemenetére van kapcsolva. A (4) különbségérzékelő egység kimenete egy (6) idő-2
