CN101258401A - 热流型差示扫描量热仪 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种提高了基线稳定性和响应性的差示扫描量热仪。在从储热器(1)向传感器板(4)流入热的热流路上制作颈状部，在确保稳定性的同时，确保向试样保持器(5a)流入热的二维热流路。

Description

热流型差示扫描量热仪
技术领域
本发明涉及一种测定试样的物理或化学性质随着温度怎样变化的热分析装置，特别涉及一种热流型差示扫描量热仪，其在使温度以恒定速度变化时，基于试样和参照物的温度差(差示热)测定试样与参照物相比所多余地产生或吸收的差示热流。
背景技术
差示扫描量热仪是如下所述的装置：将试样和参照物(热性质稳定的基准物，通常使用氧化铝等)对称配置，差示性地检测和分析在以恒定的速度使两者的温度变化时、与参照物相比试样多余地产生或吸收的热流。
在以恒定速度使试样的温度升高的情况下，随着试样的热容量变大，试样的热吸收增加。即，差示热流信号的绝对值变大。此时，由于差示热流信号的绝对值与试样/参照物间的热容量差和升温速度成比例，所以可基于已知的升温速度、参照物热容量，从差示热流信号得出试样的热容量。
另一方面，在试样熔化时，试样的热吸收暂时变大，若将按时间序列记录的差示热流信号图表化，则差示热流信号描绘出吸热峰值。此外，若按照同样的记录方法，在试样上产生结晶化，则差示热流信号描绘出放热峰值。相对于将单位时间设定为与恒定长度相对应的时间轴描绘的这些吸放热峰值的面积，与试样转变时放出或吸收的热量(转变热)成比例，所以若预先测定已知的转变热并校正信号值，则可从差示热流信号容易地求出试样的转变热。为了得到具有以上那样的有用的性质的差示热流信号，将差示扫描量热仪广泛用于各种材料的分析中。
作为以往的该种差示扫描量热仪，有图5、图6、图7所示的形式。
图5是专利文献1公开的差示扫描量热仪，热量从储热器的底部中央设置的凸状突起部1a通过由金属材料制成的长板状的热流路2流到试样侧保持器3和参照物侧保持器4中，利用设置在各保持器背面的热电偶检测温度差。进而，在该例中，为了提高热流响应性(减小热补偿时间常数)，在保持器部上设置输入补偿用的加热器，做成输入补偿型DSC的结构。
图6被专利文献2公开，在由截面H字状的热良导体构成的加热炉的底板上直接载置检测器，在检测器内的热流路中设置颈状部来抑制温度分布，并且向试样部和参照物部一维地流入热量。
图7是专利文献3公开的技术，结构为：将为了提高热流响应性而二维地配置有热流路3的传感器经由用低热传导材料形成的热缓冲板6设置在储热器底板上。
专利文献1：日本特开2003-42985号公报
专利文献2：日本实开昭60-64250号公报
专利文献3：日本特开2000-28559号公报
专利文献2公开的图6的结构，在热流路中设置颈状部而有抑制温度分布的效果，能获得基线(base line)的稳定性，但是由于向试样部和参照物部一维地流入热量，所以难以减小热流路的热阻力，有热流的响应性差的缺点。
图5的专利文献1公开的例子中，为了得到基线的稳定性，采用了热量从储热器的底部中央设置的凸状的突起部1a通过长板状的热流路2流到试样侧保持器3和参照物侧保持器4的结构，从而在热流路中设置了颈状部，抑制了温度分布，同时为了提高热流响应性而在保持器部上设置输出补偿用的加热器，做成输入补偿型DSC的结构。但是，由于设置用于提高热流响应性的输入补偿加热器和反馈电路，所以有装置结构变复杂的缺点。
图7的专利文献3公开的结构中，将为了提高热流响应性而二维地配置有热流路3的传感器、经由用低热传导材料形成的热缓冲板6而设置在储热器底板上，但由于向保持器部流入热的热流入路径是从保持器外周的所有方向进入的，所以不能完全排除温度分布的影响，有难以得到基线的稳定性的缺点。
发明内容
为了提供下述的热流型差示扫描量热仪，该热流型差示扫描量热仪设置有容易获得基线的稳定性的储热器热流路的颈状部，同时形成有用于提高热流响应性的二维热流路，并且不具有输入补偿加热器等复杂的结构，而使用以下的方案。在长圆状金属板的长轴方向两端附近设置用于载置试样和参照物的保持器，在各保持器背面熔接温度检测用热电偶而形成传感器板，用设置在由具有圆柱状内部空间的带底板的热良导体构成的储热器的底面中央附近的凸状的突起部、和与该凸状的突起部大致相同形状的热良导体压板夹持前述传感器板，使试样保持器和参照物保持器相对于长圆短轴对称，将该凸状突起部作为储热器热流路的颈状部而设为向传感器板流入热的热流入口，并且，从被凸状突起部夹持的传感器板的边界线向保持器流入热的热流路形成二维流路。
该结构产生的作用如下所述。通过储热器热流路的颈状部减轻了流入到传感器板的热流在储热器径向上的温度分布，同时向试样保持器流入热的二维热流路相对于试样的热变化能进行较快的热补偿响应。
如上所述，在热流型差示扫描量热仪中，在从储热器向传感器板流入热的热流路中制作颈状部而确保稳定性，同时确保向试样保持器流入热的二维热流路，通过作成这种结构，具有下述效果：可实现一种热流型差示扫描量热仪，在提高基线的稳定性的同时，不必使用输入补偿加热器或补偿电路，便具有较快的热补偿响应性。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的包括了局部剖视图的结构图。
图2是图1的A-A′剖视图。
图3是从上方观察本实施例的传感器结构的图，是图1的俯视图。
图4是表示本发明其他实施例的图。
图5是专利文献1公开的现有技术例。
图6是专利文献2公开的现有技术例。
图7是专利文献3公开的现有技术例。
附图标记说明
1储热器
2凸状的突起部
2a、2b半圆状圆弧部
3压板
4传感器板
4a、4b二维热流路径
5a试样保持器
5b参照物保持器
6螺纹件
7热流
8热流
9a、9b镍铬合金线
10a、10b阿留麦尔镍合金线
20加热器
22纵长结构的突起部
24传感器板
具体实施方式
下面，参照物图1至图4，说明本发明的热流型差示扫描量热仪的第一实施方式。
图1是表示本发明的差示扫描量热仪的储热器和传感器板的结构的图，为了使结构便于理解，仅储热器的圆筒部分以剖视图表示。图2表示图1的A-A′剖视图。图3是从上方观察传感器结构的图，表示图1的俯视图。1是作为热的良导体的银制的储热器，在储热器的外周上，卷绕有被绝缘包覆的温度控制用加热器20。储热器1如图2的A-A′剖视图所示，为圆筒状，截面呈大致H字状，在底部中央形成有凸状的突起部2。突起部2如图3的俯视图所示，呈相对于A-A′轴及垂直的B-B′轴二者均对称的形状，具有在A-A′轴上相对的半圆状的圆弧部2a、2b。4是由比作为储热器1的材料的银热传导率低的适当的金属材料(在实施例中使用康铜)制成的长圆状的传感器板，传感器板中央部被夹持在储热器1的底部中央的凸状的突起部2上表面、和与突起部2大致相同形状的银制的压板3之间，借助多个螺纹件6而被固定在压板3和储热器1的底部中央凸状的突起部2上表面上。进而，传感器板4的长轴(A-A′轴)上的两末端附近，做成平台状隆起的面状区域，在此熔接金制圆板，分别构成试样保持器5a、参照物保持器5b。试样保持器5a、参照物保持器5b相对于图3的B-B′轴对称地配置。在本实施例中，作为试样保持器的结构而熔接有金制圆板，但只要是通过具有与传感器板同等以上的热传导率的材质、作成能与载置的试样容器进行良好的热接触的形状，显然就能构成试样保持器。
此外，传感器板也可以不是平台状地隆起，如果通过熔接等将热传导率好的金属板等固定，则也能作为试样保持器起作用。作为材质，例如也可取代金而使用白金板或银板。此外，与传感器板的固定除了熔接外，也可以是钎焊等。
进而，也可仅将传感器板本身做成平台状。另一方面，如图3所示，突起部2和压板3的A-A′轴上的半圆状圆弧部2a、2b分别呈大致同心圆状地包围试样保持器5a、参照物保持器5b的形状。突起部2的该半圆状圆弧部2a、2b作为储热器的一部分而形成对试样保持器5a、参照物保持器5b的热流入口。由此，半圆状圆弧部2a和试样保持器5a之间的传感器板4a、半圆状圆弧部2b和参照物保持器5b之间的传感器板4b分别形成向试样保持器5a、参照物保持器5b流入热的二维热流路径。
在试样保持器5a的背面熔接有镍铬合金线9a及阿留麦尔镍合金线10a，在参照物保持器5b背面熔接有镍铬合金线9b及阿留麦尔镍合金线10b。在试样保持器5a背面、参照物保持器5b背面，分别有镍铬合金-康铜的接合，试样保持器5a和参照物保持器5b由传感器板4连接。因此，镍铬合金线9a、试样保持器5a、传感器板4、参照物保持器5b、镍铬合金线9b的连接形成镍铬合金-康铜-镍铬合金的差示热电偶，镍铬合金线9a和镍铬合金线9b之间，输出相当于位于接合点的试样保持器5a和参照物保持器5b之间的温度差的温差电动势，通过适当的放大器换算成差示热流信号。另一方面，镍铬合金线9a及阿留麦尔镍合金线10a在试样保持器5a的背面形成热电偶，通过未图示的冷接点电路、温差电动势/温度转换电路，输出试样保持器5a的温度。
接着，对本实施例中的工作原理进行说明。测定者将填充有想要测定的试样的试样容器(未图示)、和填充有在想要测定的温度区域中热稳定性被确认了的参照物的参照物容器(未图示)设置在试样保持器5a和参照物保持器5b上。然后，当指令测定开始时，按照温度程序，加热器20控制储热器1的温度。此时，从储热器1向传感器板4的热流入如图2的热流7所示，从储热器1的圆柱部通过底板部、底板部中央附近的突起部2，流入传感器板4.由此，突起部2成为热流路的颈状部，底板部上的X-X′方向的温度分布被减轻，流入到传感器板4中的热流稳定。
另一方面，通过突起部2流入的热流，如图3的热流8所示那样，从半圆状圆弧部2a、2b分别通过二维热流通路4a、4b，进入试样保持器5a、参照物保持器5b。由此，热流传递到载置在各保持器上的试样容器内的试样、参照物上。若试样的相变等热变化显现出来，则试样保持器5a的温度变化，通过试样侧的二维热流通路4a以图3所示的热流8进行热流补偿。在实施例中，在保持器直径5mm、半圆状圆弧部9mm的条件下，得到大约2秒的热补偿时间常数。该时间常数是与输入补偿型差示扫描量热仪匹配的速度。
在本实施例中，以压板3夹持传感器板4并通过螺纹件6固定在突起部2上的结构进行了说明，但是显然也可通过其他的钎焊等固定方法得到同样的效果。此外，本实施例中，以突起部2具有半圆状圆弧部2a、2b的结构进行了说明，但在如图4的其他实施例所示那样为纵长结构的突起部22的情况下，即使是传感器板24那样的四边形的传感器板，由于突起部22成为热流路的颈状部，也能确保稳定性，并且向保持器5a、5b流入热的热流路径形成二维热流路，显然热补偿响应性优良，能得到同样的效果。
产业上的可利用性
可实现一种热流型差示扫描量热仪，在提高基线的稳定性的同时、不必使用输入补偿加热器或补偿电路，便具有较快的热补偿响应性。

Claims (2)

1.一种热流型差示扫描量热仪，其特征在于，包括：储热器，由具有圆柱状的内部空间的带底板的热良导体构成；凸状的突起结构，在前述储热器的底板上设置在比圆柱形状的内周靠内侧的位置；传感器板，固定在前述突起结构上；试样保持器和参照物保持器，设置在前述传感器板上；和从前述突起结构向前述试样保持器及参照物保持器流入热的二维热流路径。
2.如权利要求1所述的热流型差示扫描量热仪，其特征在于，向试样保持器流入热的二维热流路径呈与试样保持器大致同心的圆状，并且形成为占前述同心圆圆周的大约1/4到大约一半的形状。
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