DE3529489A1 - Verfahren und einrichtung zum bestimmen der waermekapazitaet einer probe - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum bestimmen der waermekapazitaet einer probeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung
Einrichtungen (Kalorimeter) zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es sind bereits eine Vielzahl von Kalorimetern zur
Bestimmung der Wärmekapazität einer Meßprobe bekannt. Aus
der Wärmekapazität der Meßprobe lassen sich z. B. die
spezifische Wärme des betreffenden Materials, Umwandlungsenthalpien
und andere thermodynamische Größen bestimmen.
Kalorimetrische Messungen müssen oft in einem großen
Temperaturbereich durchgeführt werden, der tiefe und
tiefste Temperaturen einschließt, z. B. im Temperaturbereich
von 0,05 K bis 200 K und darüber. Solche
Messungen werden u. a. dadurch sehr erschwert, daß sich
die spezifische Wärme in diesem Temperaturbereich um viele
Zehnerpotenzen ändern kann.
Eine ausführliche Beschreibung des Standes der Technik auf
dem Gebiet der Kalorimetrie findet sich in dem Buch von W. Hemminger
und G. Höhne "Grundlagen der Kalorimetrie",
Verlag Chemie, Weinheim-New York 1979. Die Begriffsdefinitionen
in der folgenden Beschreibung halten sich an dieses
Buch:
Zwillings-Kalorimeter: Bei einem Zwillings-Kalorimeter
werden zwei möglichst identische Meßsysteme symmetrisch in
einer homogenen Umgebung betrieben, und es werden Meßproben
und Vergleichsproben verwendet, die möglichst weitgehend
bezüglich Wärmekapazität, Geometrie, Wärmeleitfähigkeit,
Wärmeübergang zum Meßsystem usw. übereinstimmen.
Isoperibole Betriebsart: Unter Isoperiboler Betriebsart
versteht man den Betrieb eines Kalorimeters mit konstanter
Umgebungstemperatur bei möglicherweise unterschiedlicher
Temperatur des Meßsystems. Das Meßsystem ist mit der
Umgebung durch einen definierten Wärmewiderstand endlicher
Größe so verbunden, daß der Wärmaustausch zwischen
Meßsystem und Umgebung in definierter Weise nur von der
Temperatur des Meßsystems und der Temperatur der Umgebung
abhängt.
Scanning-Betrieb: Scanning-Betrieb liegt vor, wenn eine
von außen vorgegebene zeitlineare Temperaturerhöhung der
Umgebung oder des Meßsystems vorgenommen wird.
Es sind leistungskompensierte Zwillingskalorimeter (DPSC)
bekannt, die im isoperibolen Scanning-Betrieb eingesetzt
werden (Hemminger/Höhne, 1. c. S. 72, 73). Dabei bleibt
die Temperatur der Umgebung konstant, während das Meßsystem,
bestehend aus zwei Einzelmeßsystemen, zeitlinear
aufgeheizt wird. Die beiden Einzel- Meßsysteme werden
durch separate, geregelte Heizungen auf gleiche Temperatur
geregelt. Die Differenz der Heizleistungen ist die
Meßgröße.
Es sind ferner Differenz- oder Zwillings-Wärmeleitungs-
Kalorimeter bekannt (Hemminger/Höhne 1. c. S. 181), die
auch für einen Umgebungs-Scanning-Betrieb ausgelegt sein
können (1. c. S. 192, 193).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
neuartiges Verfahren zur Messung der Wärmekapazität einer
Meßprobe sowie Einrichtungen zur Durchführung eines
solchen Verfahrens anzugeben, mit denen kleine Proben
genau und ohne wesentliche Einschränkung durch die
Probeneigenschaften in einem großen Temperaturbereich
schnell gemessen werden können.
Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete
Verfahren gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen dieses
Verfahrens sowie vorteilhafte Einrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit dem vorliegenden Verfahren können kleine Proben,
insbesondere von Festkörpern und Flüssigkeiten (die zur
Messung z. B. in ein dünnwandiges Glasgefäß eingeschmolzen
werden), mit Massen im Milligrammbereich mit Genauigkeiten
von wenigen Prozent schnell gemessen werden, d. h. für
einen Meßpunkt bei einer vorgegebenen Probentemperatur
werden größenordnungsmäßig nicht mehr als etwa 10 Sekunden
als höchstens einige Minuten benötigt.
Das vorliegende Verfahren und die vorliegenden Kalorimeter
sind insbesondere bei Temperaturen von 1 K bis 100 K
verwendbar, wobei nicht nur die Anwendung der isoperibolen
"Relaxationszeit"-Kalorimetrie bei höheren Temperaturen (T
größer als 10 K), sondern auch der Scanning-Betrieb bei
Temperaturen unter 100 K in Kombination neu sind.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines differenziellen isoperibolen
Scanning-Kalorimeters gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Meßkurve zur Erläuterung des Prinzips der
Relaxationszeit-Kalorimetrie;
Fig. 3 eine Meßkurve, wie sie mit einem erfindungsgemäßen
Kalorimeter des in Fig. 1 dargestellten Typs
erhalten werden kann;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der unteren Seite
einer typischen Meßsystemanordnung eines erfindungsgemäßen
Kalorimeters des anhand von Fig. 1
erläuterten Typs;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Kryostat-Systems,
in dem die Einrichtung gemäß Fig. 4
verwendet werden kann.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, erfolgt die
Messung der Wärmekapazität einer Probe bei dem vorliegenden
Verfahren mittels eines Meßsystems 10 und eines
Vergleichssystems 12, die in einer Umgebung 14 angeordnet
sind, welche eine praktisch unendlich Wärmekapazität hat
und sich auf einer definierten Temperatur T 0 befindet. Das
Meßsystem 10 ist über einen Wärmewiderstand 16, der einen
definierten Wärmewiderstandswert K 1 hat, mit der Umgebung
14 gekoppelt. In entsprechender Weise ist das Vergleichssystem 12
über einen definierten Wärmewiderstand
18, der den Wert K 2 hat, mit der Umgebung gekoppelt. Die
Wärmekopplung zwischen dem Meßsystem 10 und dem Vergleichssystem 12
soll vernachlässigbar klein sein.
Das Meßsystem hat eine Wärmekapazität C 1, welche die
Wärmekapazität der zu messenden Probe (Meßprobe) sowie der
Probenhalterung (deren Wärmekapazität bezüglich der der
Probe möglichst klein sein soll), umfaßt. Die Temperatur
des Meßsystems ist mit T 1 bezeichnet, dabei soll angenommen
werden, daß zwischen der Probenhalterung und der
Maßprobe und in dieser im wesentlichen Temperaturgleichgewicht
herrscht, d. h. daß die Einstellung eines Temperaturgleichgewichts
zwischen Probenhalterung und Meßprobe
sowie in der Meßprobe innerhalb von Zeiten erfolgt, die
kurz gegen die bei der Messung auftretenden Änderungen der
Temperatur des Meßsystems 10 bezüglich der Umgebung 14
sind.
In entsprechender Weise sind die Wärmekapazität C 2 und die
Temperatur T 2 des Vergleichssystems 12 sowie dessen
Eigenschaften definiert.
Führt man, wie in Fig. 2 dargestellt ist, dem Meß- oder
dem Vergleichssystem 10 bzw. 12 eine Wärmemenge Q i (i=1
oder 2 für das System 10 bzw. 12) innerhalb einer
Zeitspanne t 1 - t 0 zu, welche kurz gegen die sich aus C i
und K i ergebende Zeitkonstante t 1* ist, so ergibt sich für
die Temperatur T i das betreffende Systems der in Fig. 2
dargestellte Temperaturverlauf. Die Temperatur T i steigt
also von der Anfangstemperatur T 0 (= Umgebungstemperatur)
innerhalb der Zeitspanne t 1 - t 0 auf einen Maximalwert T im
an und fällt dann exponentiell wieder auf T 0 ab,
entsprechend der Gleichung
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird nun nicht mit
konstanter Umgebungstemperatur T 0, sondern mit veränderlicher
Umgebungstemperatur T 0(t) gearbeitet, insbesondere
mit einem linearen Anstieg von T 0 in Abhängigkeit von der
Zeit, wie durch die Kurve T 0(t) in Fig. 3 dargestellt ist.
Während die Umgebungstemperatur T 0 verändert wird, werden
dem Meßsystem 10 sowie dem Vergleichssystem 12 jeweils
gleichzeitig im Zeitpunkt t 01 (Fig. 1) Wärmemengen der
Beträge Q 11 bzw. Q 21 (- der erste Index bezeichnet das
System, der zweite die Nummer des Wärmepulses -) in der
anhand von Fig. 2 beschriebenen Weise zugeführt, wobei die
Temperatur T 1 des Meßsystems auf einen ersten Maximalwert
T 11m und die Temperatur des Vergleichsystems auf einen
entsprechenden Maximalwert T 21m ansteigt, anschließend
fallen die Temperaturen des Meß- und des Vergleichssystems
in der anhand von Fig. 2 beschriebenen Weise exponentielle
mit den Zeitkonstanten t 1* bzw. t 2* ab. Zu einem späteren
Zeitpunkt t 02 werden dem Meßsystem bzw. dem Vergleichssystem
erneut Wärmemengen der Beträge Q 12 bzw. Q 22
zugeführt, die zweckmäßigerweise gleich Q 11 bzw. Q 21 sowie
Q 1n bzw. Q 2n sind (n = 3, 4, . . .). Da die Umgebungstemperatur
T 0(t) im Zeitpunkt t 02 der Zuführung der zweiten
Wärmepulse höher ist als zum Zeitpunkt t 01 der Zuführung
der ersten Wärmepulse erreichen auch die Temperaturen des
Meßsystems 10 bzw. des Vergleichssystems 12 höhere
Maximalwerte T 12m bzw. T 22m .
Aus den Flächen F 11 bzw. F 21 zwischen der die Meßsystemtemperatur
T 1(t) darstellenden Kurve und der Umgebungstemperatur-Kurve
T 0(t) bzw. der die Temperatur T 2(t) des
Vergleichssystems darstellenden Kurve und der Umgebungstemperaturkurve
T 0(t) läßt sich die Wärmekapazität C 1 und
damit die Wärmekapazität C x der Probe berechnen, wenn C 2
sowie der Anteil C 1p der Probenhalterung an der Wärmekapazität
C 1 bekannt sind. Die entsprechenden Werte für C 2 und
C 1p können durch Eichung ermittelt werden.
Vorzugsweise werden die Verhältnisse so gewählt, daß
wenigstens größenordnungsmäßig gilt:
C 1 = C 2
K 1 = K 2
Q 1 = Q 2
K 1 = K 2
Q 1 = Q 2
Kann die Bedienung C 1 = C 2 nicht eingehalten werden, so
werden die Verhältnisse vorzugsweise so gewählt, daß F 1
wenigstens annähernd gleich F 2 ist.
Wie die Temperatur T 0, T 1 und T 2 gemessen werden, ist
nicht wesentlich. Bevorzugt wird eine Messung von T 0 sowie
Differenzmessungen T 1-T 2 und T 2-T 0. Es können jedoch auch
andere Temperaturdifferenzen gemessen werden oder alle
drei Temperaturen können auch direkt gemessen werden.
Der Abstand zwischen jeweils zwei Wärmepulsen, also
zwischen t 02 und t 01 in Fig. 3, wird vorzugsweise etwa
gleich dem 1- bis 3-fachen, insbesondere gleich dem
2-fachen von t 1* gewählt. Das heißt, daß die Temperatur im
Anschluß an einen Wärmepuls auf mindestens das (1/e)-fache
des durch den betreffenden Wärmepuls erzeugten Maximalwertes
abgefallen sein soll, bevor der nächste Wärmepuls
zugeführt wird. Da der Abfall der Temperatur jeweils nach
einer e-Funktion erfolgt, lassen sich die Einflüsse
vorhergehender Wärmepulse leicht in bekannter Weise
rechnerisch erfassen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes praktisches Ausführungsbeispiel
eines isoperibolen Zwillings-Scanning-Kalorimeters
unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 näher
erläutert.
Der wesentliche Teil des Kalorimeters gemäß Fig. 4 enthält
einen massiven, scheibenförmigen Block 40, der die
"Umgebung" des in Fig. 4 dargestellten Meßsystemteiles des
Kalorimeters darstellt und beispielsweise aus Kupfer
bestehen kann. Der Block 40 hat eine hier etwa rechteckige
Durchbrechung 42, in der das Meßsystem 10 und das
Vergleichsystem 12 unabhängig voneinander und gegeneinander
thermisch entkoppelt angeordnet sind. Das Meßsystem 10
und das Vergleichsystem 12 enthalten jeweils einen
Probenträger 10 a bzw. 12 a, der eine möglichst kleine
Wärmekapazität haben soll daher zweckmäßigerweise aus
einem Material mit hoher Debye-Temperatur besteht. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die als Probenhalterungen
oder -träger 10 a und 12 a dienenden Scheiben
jeweils aus einer etwa 0,15 mm dicken Saphirscheibe. Statt
Saphir können jedoch auch andere Materialien, z. B.
Germanium, verwendet werden.
Die Scheiben 10 a, 12 a sind am Block 40 jeweils mechanisch
durch drei Fäden 44 aus einem schlecht wärmeleitenden
Material, wie Wolle oder Baumwolle gehaltert. Die Fäden
sind am Block 40 durch vier Klemmstücke 46 a bis 46 d
festgeklemmt, die in entsprechenden Vertiefungen 48 a bis
48 d des Blockes 40 sitzen und durch Schrauben fixiert
sind. An den Scheiben 10 a und 12 a sind die Fäden 44
beispielsweise durch entsprechende Löcher geführt und
verknotet. Die Fäden können auch aus Kunststoff, z. B.
Polyamid bestehen und zur mechanischen, wärmeisolierten
Halterung der Probenträger können auch andere Vorrichtungen,
wie Netze oder Folien aus geeigneten Materialien der
oben erwähnten Art verwendet werden.
Die Probenträger 10 a und 12 a sind jeweils mit einer
Heizvorrichtung 50 a bzw. 50 b und einem Temperaturfühler
52 a bzw. 52 b versehen. Die Heizvorrichtungen und die
Temperaturfühler befinden sich auf der in Fig. 4 sichtbaren
Unterseite der Scheiben. Die in Fig. 4 nicht
sichtbaren Oberseiten der Scheiben sind glatt und dienen
zur Auflage der jeweiligen Probe.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die
Heizvorrichtungen 50 a, 50 b jeweils aus einem mäanderförmigen,
aufgedampften Widerstandselement, das aus einer
Nickel-Chrom-Legierung besteht und bei Raumtemperatur
einen Widerstand von etwa 1500 Ohm haben kann.
Als Temperaturfühler kann ein Germanium-Sensor, ein
Thermoelement oder ein Platin-Widerstandselement oder
irgendeine andere bekannte Vorrichtung verwendet werden.
Zur genauen Messung der Temperatur des Blockes 40, also
der Umgebungstemperatur T 0, dient ein Platin- (oder
Germanium-) Widerstandsnormal 58, das in einer Bohrung des
Blockes sitzt.
Die Anschlüsse der Heizvorrichtungen und der Temperaturfühler
auf den Scheiben 10 a, 12 a sind jeweils mit
Anschlußflecken versehen und diese sind über durch
Druckverschweißung angebrachte dünne Verbindungsdrähte 54,
z. B. 20 µm dicke Golddrähte, mit einer Anschlußleiste 56
verbunden, die in einer entsprechenden Vertiefung des
Blockes 40 angeordnet ist. Die Anschlußleiste ist ihrerseits
über ein mehradriges Kabel (nicht dargestellt) mit
einer äußeren Steuer- und Auswerte-Einheit (nicht dargestellt)
verbunden, die in bekannter Weise ausgebildet sein
kann.
Bei einer praktischen Ausführungsform hatte der Kupferblock 40
einen Außendurchmesser von 50 mm und die Scheiben
10 a, 12 a bestanden aus Saphir und hatten eine Dicke von
0,15 mm und einen Durchmesser von 8 mm. Bei 4 K liegt die
Wärmekapazität dieser Scheiben in der Größenordnung von
µJ. Die typische Meßgenauigkeit beträgt etwa 1%. Man kann
auf diese Weise eine Auflösung von 10 nJ mit Probenmassen
in der Größenordnung von Milligramm in Temperaturbereichen
bis herunter zu 1 K und weniger erreichen.
Ein Meßzyklus verläuft im wesentlichen wie folgt: Auf die
Scheibe 10 a wird eine zu messende Probe aufgelegt und auf
die Scheibe 12 a eine entsprechende Vergleichsprobe. Die
Proben sollen einen möglichst großflächigen Wärmekontakt
mit den jeweiligen Scheiben machen. Zur Verbesserung des
Wärmeüberganges zwischen der Scheibe und der betreffenden
Probe kann zwischen Scheibe und Probe eine den Wärmekontakt
verbessernde Masse, wie eine dünne Schicht Apiezonfett
eingebracht werden. Die Verhältnisse werde vorzugsweise
so gewählt, daß die Dauer der Wärmepulse bzw. die
Zeit, die für die Einstellung eines ausreichenden Temperaturgleichgewichtes
in den jeweiligen Systemen erforderlich
ist, kurz gegen die Wärmerelaxationszeitkonstante t i * ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung 60 wird dann auf
einen Kühlkopf 62 eines Kryostaten 64 (Fig. 5) aufgesetzt.
Der in Fig. 5 dargestellte Kryostant 64 ist ein Helium-
Durchfluß-Kryostat (Verdampfungskryostat), der mit flüssigem
Helium gespeist wird. Das Innere des Kühlkopfes 62 ist
über eine Zuführungsleitung 66 mit einem Heliumvorrat 68,
z. B. einem 50 Liter flüssiges Helium fassenden Dewar-Gefäß
68 verbunden. Vom Kühlkopf 62 strömt verdampftes, gasförmiges
Helium über eine Auslaßleitung 70 in eine Kühlwendel
72, in an einer zylindrischen Abschirmung 74 angebracht
ist, welche den Kühlkopf 62 und die Meßsystemanordnung 60
konzentrisch umgibt. Das Ende der Kühlwendel 72 ist über
eine Leitung 76, die ein Drosselventil 78 enthält, mit
einer Vakuumpumpe 80 verbunden. Die Vakuumpumpe 80
gestattet zusammen mit dem Drosselventil 78 den Verdampfungsdruck
des Heliums im Kühlkopf 62 und damit die
Temperatur des Kühlkopfes grob einzustellen. Der Kühlkopf
ist ferner noch mit einer Heizvorrichtung 82 versehen, die
mit einer elektronischen Regelung verbunden ist, der als
Regelgröße ein von der Kühlkopftemperatur oder der
Temperatur T 0 des Blockes 40 abhängiges Signal zugeführt
ist, das z. B. vom Temperaturfühler 58 stammen kann.
Durch diesen Kryostaten bekannter Bauart läßt sich die
Temperatur des Kupferblockes 40 und damit die Umgebungstemperatur
T 0 mit einer Genauigkeit von etwa plus/minus
1/1000 K auf einen gewünschten Wert stabil einstellen und
als Funktion der Zeit in gewünschter Weise, z. B. zeitlinear
von einigen Kelvin bis 120 K und mehr ändern.
Claims (10)
1. Verfahren zum Bestimmen der Wärmekapazität einer
Meßprobe, dadurch gekennzeichnet, daß
a) ein die Meßprobe und eine Meßprobenhalterung enthaltendes Meßsystem und ein eine Vergleichsprobe und eine Vergleichsprobenhalterung enthaltendes Vergleichssystem jeweils über eine Wärmeleitstrecke definierten Wärmewiderstandswertes mit einer Umgebung gekoppelt werden, die im Vergleich zu jedem System eine sehr große effektive Wärmekapazität hat, wobei sich aus der Wärmekapazität jedes Systems und dem Wärmewiderstandswert der zugehörigen Wärmeleitstrecke eine bestimmte Wärmerelaxations-Zeitkonstante für den Wärmeausgleich zwischen dem betreffenden System und der Umgebung ergibt,
b) die Umgebung sowie die Systeme auf eine vergegebene Temperatur gebracht werden und die Temperatur der Umgebung gemäß einer vorgegebenen Funktion der Zeit geändert wird;
c) dem Meßsystem und dem Vergleichssystem gleichzeitig jeweils eine vorgegebene definierte erste bzw. zweite Wärmemenge während einer Zeitspanne zugeführt wird, die klein gegenüber der sich aus der Wärmerelaxationszeitkonstante ergebenden Wärmerelaxationszeit ist;
d) die Temperatur des Meßsystems und die Temperatur des Vergleichssystems bezüglich der Temperatur der Umgebung zumindest während einer vorgegebenen Zeitspanne im Anschluß an die Zuführung der Wärmemenge gemessen werden und
e) die Verfahrensschritte c) und d) mit zeitlichen Abständen wiederholt werden, die wenigstens annähernd in der Größenördnung der Wärmerelaxationszeitkonstante liegen.
a) ein die Meßprobe und eine Meßprobenhalterung enthaltendes Meßsystem und ein eine Vergleichsprobe und eine Vergleichsprobenhalterung enthaltendes Vergleichssystem jeweils über eine Wärmeleitstrecke definierten Wärmewiderstandswertes mit einer Umgebung gekoppelt werden, die im Vergleich zu jedem System eine sehr große effektive Wärmekapazität hat, wobei sich aus der Wärmekapazität jedes Systems und dem Wärmewiderstandswert der zugehörigen Wärmeleitstrecke eine bestimmte Wärmerelaxations-Zeitkonstante für den Wärmeausgleich zwischen dem betreffenden System und der Umgebung ergibt,
b) die Umgebung sowie die Systeme auf eine vergegebene Temperatur gebracht werden und die Temperatur der Umgebung gemäß einer vorgegebenen Funktion der Zeit geändert wird;
c) dem Meßsystem und dem Vergleichssystem gleichzeitig jeweils eine vorgegebene definierte erste bzw. zweite Wärmemenge während einer Zeitspanne zugeführt wird, die klein gegenüber der sich aus der Wärmerelaxationszeitkonstante ergebenden Wärmerelaxationszeit ist;
d) die Temperatur des Meßsystems und die Temperatur des Vergleichssystems bezüglich der Temperatur der Umgebung zumindest während einer vorgegebenen Zeitspanne im Anschluß an die Zuführung der Wärmemenge gemessen werden und
e) die Verfahrensschritte c) und d) mit zeitlichen Abständen wiederholt werden, die wenigstens annähernd in der Größenördnung der Wärmerelaxationszeitkonstante liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmekapazitäten des Meßsystems und des Vergleichssystems
annähernd in der gleichen Größenordnung
gewählt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmewiderstandswerte der Wärmeleitstrecken
im wesentlichen gleich gewählt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite
Wärmemenge, die dem Meßsystem bzw. dem Vergleichssystem
zugeführt werden, im wesentlichen gleich sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz
zwischen Meßsystem und Vergleichssystem sowie die
Temperaturdifferenz zwischen einem dieser Systeme und
der Umgebung gemessen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung kontinuierlich
durchgeführt wird.
7. Isoperiboles Zwillings-Kalorimeter zur Durchführung
des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
a) einen thermostatisierbaren Körper (40) zum Definieren einer Umgebungstemperatur (T 0),
b) eine Meßprobenhalterung (10 a),
c) eine Vergleichsprobenhalterung (12 a),
d) eine Heizvorrichtung (50 a) für die Meßprobenhalterung,
f) eine erste Wärmeleitstrecke (54 a) vorgegebenen ersten Wärmewiderstandes zwischen der Meßprobenhalterung (10 a) und dem Körper (40),
g) eine zweite Wärmeleitstrecke (54 b) vorgegebenen zweiten Wärmewiderstandes zwischen der Vergleichsprobenhalterung (12 a) und dem Körper (40),
h) eine Vorrichtung (52 a) zum Erzeugen eines von der Temperatur der Meßprobenhalterung (10 a) abhängigen Meßwertes,
i) eine Vorrichtung (52 b) zum Erzeugen eines von der Temperatur der Vergleichprobenhalterung (12 a) abhängigen Meßwertes,
k) eine Vorrichtung (58) zum Erzeugen eines von der Temperatur des Körpers (40) abhängigen Meßwertes,
l) eine Vorrichtung (64) zur Änderung der Temperatur des Körpers (40) gemäß einer vorgegebenen Funktion (T 0(t)) der Zeit,
m) eine Vorrichtung zum wiederholten, kurzzeitigen Einschalten der Heizvorrichtungen (50 a, 50 b) und
m) eine Vorrichtung zum laufenden Erfassen der von den Temperaturen der Meßprobenhalterung (10 a) der Vergleichsprobenhalterung (12 a) und des Körpers (40) abhängigen Meßwerte.
a) einen thermostatisierbaren Körper (40) zum Definieren einer Umgebungstemperatur (T 0),
b) eine Meßprobenhalterung (10 a),
c) eine Vergleichsprobenhalterung (12 a),
d) eine Heizvorrichtung (50 a) für die Meßprobenhalterung,
f) eine erste Wärmeleitstrecke (54 a) vorgegebenen ersten Wärmewiderstandes zwischen der Meßprobenhalterung (10 a) und dem Körper (40),
g) eine zweite Wärmeleitstrecke (54 b) vorgegebenen zweiten Wärmewiderstandes zwischen der Vergleichsprobenhalterung (12 a) und dem Körper (40),
h) eine Vorrichtung (52 a) zum Erzeugen eines von der Temperatur der Meßprobenhalterung (10 a) abhängigen Meßwertes,
i) eine Vorrichtung (52 b) zum Erzeugen eines von der Temperatur der Vergleichprobenhalterung (12 a) abhängigen Meßwertes,
k) eine Vorrichtung (58) zum Erzeugen eines von der Temperatur des Körpers (40) abhängigen Meßwertes,
l) eine Vorrichtung (64) zur Änderung der Temperatur des Körpers (40) gemäß einer vorgegebenen Funktion (T 0(t)) der Zeit,
m) eine Vorrichtung zum wiederholten, kurzzeitigen Einschalten der Heizvorrichtungen (50 a, 50 b) und
m) eine Vorrichtung zum laufenden Erfassen der von den Temperaturen der Meßprobenhalterung (10 a) der Vergleichsprobenhalterung (12 a) und des Körpers (40) abhängigen Meßwerte.
8. Kalorimeter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Probenhalterungen (10 a, 12 a) dünne, scheibenförmige
Körper sind, welche durch eine Vorrichtung (44)
vernachlässigbarer Wärmeleitfähigkeit mechanisch am
Körper (40) gehaltert und über elektrische Zuleitungsdrähte
(54 a bzw. 54 b), die die jeweiligen Wärmeleitstrecken
bilden, thermisch mit dem Körper (40) gekoppelt
sind.
9. Kalorimeter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheiben aus Saphir oder Germanium
bestehen.
10. Kalorimeter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die mechanische Halterungsvorrichtung aus Fäden
besteht.
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