Методи термометрії і калориметрії

Тепловий потік між внутрішньою і зовнішньою оболонками калориметра при постійному температурному режимі пропорційний теплопровідності середовища, що розділяє оболонки, і різниці температур між ними.

Виділяють кілька основних типів калориметрів: ізотермічні, компенсаційні, адіабатичні, градієнтні, динамічні і мікрокалориметри.

Принцип роботи компенсаційних калориметрів полягає в наступному, аналогічно розташовані і теплоізольовані калориметричні камери, в одну з яких міститься досліджуваний об'єкт, а в іншу (контрольну) - джерело тепла, звичайно фізичної природи. Спеціальний пристрій реєструє в ході досвідів різниця температур між оболонками обох калориметрів і автоматично підтримує ці температури на однаковому рівні, відповідно підігріваючи контрольний калориметр, Т.о. як би компенсуються будь-які, у т.ч. і важко враховані, тепловтрати в навколишнє середовище. Знаючи кількість тепла; виділяючійся в контрольній камері і необхідне для зрівноважування температур, і думаючи, що тепловіддача обох калориметрів однакова, можна визначити кількість тепла, виділеного досліджуваним об'єктом.

Починаючи з досліджень Тангля і Хари компенсаційні калориметри одержали відносно широке поширення, однак громіздкість і висока вартість цих приладів, неможливість забезпечення повної ідентичності теплообміну для обох калориметричних камер і деякі інші причини обмежили їхнє застосування.

У мікрокалориметричних установках перераховані недоліки відсутні. Комбінацію ізотермічного і компенсаційного калориметрів, що дозволяє досліджувати тепловиділення дріжджів, культур мікробів, немовлят тваринних і інших об'єктів, запропонували Кальве і Прат. Їхній прилад складається з двох мікрокалориметричних камер, одна з яких будь робочим калориметром, а друга - контрольним. Тепло виводиться з робочої камери і розсіюється ь Металевому блоці, у якому рівномірно розподілено близько 1800 термопар. Контрольний калориметр служить лише для забезпечення сталості експериментального "нуля" при зміні температури зовнішньої оболонки і компенсації у робочому калориметрі; точність такого роду калориметрів досягає 1%.

Теплова інертність приладів і залежність теплообміну в калориметрі від зміні температури в навколишнім середовищі були в значній мірі переборені в градієнтних калориметрах. Внутрішня поверхня їхньої калориметричної камери покрита тонким рівномірним шаром ізолюючого матеріалу. Градієнт температури внутрішньо і зовнішньої поверхні шаруючи пропорційній швидкості проведення тепла від досліджуваного об'єкта розміщеного усередині калориметричної камери. Перехід від одного рівня тепловіддачі до іншого приводить до швидкого підвищення або зниженню градієнта. Градієнт температури і швидкість його зміни залежать від товщини ізолюючого шару. Середня величина температурного градієнта незалежна від розміру, форми і розташуванні джерела тепла і від шляхів утрати тепла організмом.

У 1973 р. Спіннлер описав калориметр для людини з новим типом градієнтного шаруючи, що дозволяє довгостроково з високою точністю реєструвати тепловіддачу, як з поверхні шкіри, так і за рахунок подиху. Розміри калориметричної камори 182 X 75.5 X 136 див. Ізолюючий шари виготовлений з епоксидної смоли товщиною 2.4. мм. с мідним або нікелевим контурами на внутрішньої п зовнішньої сторонах градієнтного шаруючи. Т. к. електричний опір контурів є функцією температури, те тепловий потік вимірявся на підставі різниці опорів ланцюгів, включених у схему моста Уитсона.Одержали поширення калориметри градієнтного типу представляючі собою костюм, що тісно облягає тіло людини і дозволяючий йому вільно пересувається. Ці калориметри (скафандри) створені в комплексі і на основі спеціальних засобів, що ізолюють людини від дії шкідливих різних факторів навколишнього середовища.

Розроблено метод прямої калориметрії людини в ізолюючих засобах захисту. Датчик виміру тепловиділенні людини виконаний у виді нагельної білизни в трикотажну кістяку якого включаються термочутливість елементи. Один з датчиків щільно прилягає до тіла людини, іншої контактує з навколишнім середовищем. Ці елементи розділені шаром ізолюючого матеріалу (градієнтним шаром).

Xоди і Касирк запропонували використовувати в якості градієнтного калориметра підводний гермокостюм, постачений датчиками і закриваючою поверхнею тіла, за винятком липа, кистей рук і стіп. Однак такі ізолюючі костюми мають не статок, тому що в них залишаються не покритими голова і дистальні відділи кінцівок що може значно впливати на тепловий обмін.

Динамічні калориметричні камери виготовляють з тонкого, що добре проводить тепло матеріалу, що дає можливість проводити вимірі інтенсивності тепловиділення у тварин за короткі відрізки в плині тривалого часу.

У динамічному калориметрі температура навколишнього середовища може мінятися довільно в широких проділах за рахунок зміни температури термостатичної оболонки калориметра, що грає для камери роль навколишнього середовища. Прилад забезпечений системами вентиляції, газового аналізу.