DE102007021323A1

DE102007021323A1 - Thermoanalysevorrichtung

Info

Publication number: DE102007021323A1
Application number: DE102007021323A
Authority: DE
Inventors: Jun Nagasawa
Original assignee: SII NanoTechnology Inc
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2027-05-08
Also published as: JP2007322364A; US7781703B2; DE102007021323B4; JP4849961B2; US20080000402A1; CN101086485A

Abstract

Der Wärmeanalysator enthält einen Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter, welcher eine Annäherungsformel von einer Temperaturabweichung zwischen einer Probe und einem Ofen, und eine Erhöhungs- oder Verringerungsrate der Temperatur des Ofens während einer Messung der Temperaturabweichung hält, einen programmierten Temperaturkorrektor, welcher eine programmierte Temperatur proportional zur Erhöhungs- oder Verringerungsrate der Temperatur korrigiert. Damit wird, da die Temperaturabweichung proportional zur Erhöhungs- oder Verringerungsrate des Temperaturprogramms korrigiert wird, die Temperaturabweichung zwischen der Probe und dem Ofen auf eine Verringerung gesteuert, wenn die Probe erwärmt oder gekühlt wird, unter Verwendung des Temperaturprogramms, welches die Temperatur von der Probe oder dem Ofen erhöht oder verringert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeanalysator zum Messen der Abhängigkeit von Eigenschaften eines Materials zur Temperatur. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf einen Wärmeanalysator zum Messen der Abhängigkeit von Eigenschaften eines Materials zur Temperatur durch ein Steuern der Temperatur gemäß einem Temperaturprogramm, welches die Temperatur eines Wärmeofens zum Erwärmen der Probe bei einer konstanten Rate erhöht oder verringert.
Bei einem herkömmlichen Wärmeanalysator, wie beispielsweise in Patent-Dokument 1 offenbart, wird der Wärmeofen bei einer konstanten Temperatur vor einem Erstellen der Messung zum Untersuchen der Beziehung zwischen der Proben-/Wärmeofen-Temperaturabweichung und der Proben-Temperatur beibehalten. Wenn die Messung tatsächlich vorgenommen wird, wird die Temperaturabweichung zur programmierten Temperatur hinzuaddiert, und somit wird die Temperatur des Wärmeofens auf etwas höher als seine programmierte Temperatur gesteuert, so dass die Proben-Temperatur derart gesteuert wird, um sich ihrer programmierten Temperatur anzunähern.
In einer Rückführschleife zum Steuern der Temperatur des Wärmeofens wird die Temperatur ferner derart gesteuert, um die Proben-Temperatur nahe ihrer programmierten Temperatur zu bringen, indem die Proben-Temperatur als die Rückführgröße verwendet wird, anstelle, dass die Wärmeofen-Temperatur verwendet wird.
In dem Wärmeanalysator wird der Wärmeofen durch Rückführung, wie beispielsweise eine PID-Steuerung, gesteuert, so dass die Temperatur des Wärmeofens in Übereinstimmung mit der programmierten Temperatur gebracht wird. Daher wird die Temperatur des Wärmeofens derart gesteuert, dass sie stets der programmierten Temperatur folgt. Zwischen dem Wärmeofen und der Probe gibt es jedoch einen Verlust aufgrund eines Wärmewiderstandes und einer Zeitverzögerung, und daher gibt es stets eine Temperaturabweichung zwischen dem Wärmeofen und der Probe. Dies stellt kein Problem dar, wenn die Temperaturabweichung konstant ist. In der Praxis variiert die Temperaturabweichung jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeofens und der Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur. Im Allgemeinen nimmt die Abweichung mit einer Erhöhung der Temperatur des Wärmeofens und mit einer Erhöhung der Rate von der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zu.
3 und 5 stellen Beispiele zum Messen einer Beziehung zwischen der Temperatur des Wärmeofens und der Proben-Temperatur dar. 3 stellt einen Fall dar, bei welchem die Temperatur erhöht wird, und 5 stellt einen Fall dar, bei welchem die Temperatur verringert wird. Die Temperaturabweichung zwischen dem Wärmeofen und der Probe nimmt mit einer Zunahme in der Temperaturzone oder mit einer Zunahme in der Rate von der Erhöhung der Temperatur (Verringerung der Temperatur) zu. Die gleichen Daten werden ebenfalls in 4 und 6 verwendet, bei welchen die X-Achse die Proben-Temperatur darstellt und die Y-Achse die Abweichung der Temperatur zwischen dem Wärmeofen und der Probe darstellt. Die Temperaturabweichung nimmt nahezu proportional zur Rate der Erhöhung der Temperatur (Verringerung der Temperatur) zu. 4 enthält zusätzliche Annäherungskurven von Temperaturabweichungen, welche bei jeder der Temperaturen konstant gehalten werden, als eine Kurve von 0°C/min. Beim Konstanthalten (eine Rate der Temperaturerhöhung beträgt 0), wie oben beschrieben, wird die Temperaturabweichung noch kleiner.
Im vorherigen Fall gemäß dem obigen Stand der Technik werden die Temperaturabweichungen in einem Zustand untersucht, bei welchem die Temperaturen konstant beibehalten werden, und die Beziehung zwischen der Temperatur von der Wärmeoberfläche und der Proben-Temperatur wird polynomisch angenähert, so dass gilt:
Temperatur des Wärmeofens = f(Proben-Temperatur) und die Korrektur wird unter Verwendung der angenäherten Formel f zum Zeitpunkt der Erstellung einer Messung bewirkt. Im Falle des Temperaturprogramms, welches eine konstante Temperatur beibehält, werden der Wärmeofen und die Proben-Temperatur beibehalten, um in einem guten Einvernehmen zu stehen, wie gewünscht.
Jedoch hat das Temperaturprogramm, welches die Temperatur bei einer konstanten Rate erhöht oder verringert, das Problem einer erhöhten Temperaturabweichung zwischen dem Wärmeofen und der Probe. Insbesondere nimmt die Temperaturabweichung mit einer Zunahme in der Rate der Erhöhung der Temperatur oder in der Rate der Verringerung der Temperatur zu.
Ferner hat der letzte Fall das Problem, dass es schwierig ist, eine stabile Steuerung aufgrund der Zeitverschiebung bei der Änderung des Rückführwertes (Proben-Temperatur), welcher die Temperatur des Wärmeofens anzeigt, welcher das zu steuernde Objekt ist, auszuführen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeanalysator bereitzustellen, welcher es ermöglicht, dass die Temperatur von einer Probe der programmierten Temperatur genau folgt, sogar in einem Temperaturprogramm, welches die Temperatur bei einer konstanten Rate erhöht oder verringert.
UMRISS DER ERFINDUNG
Um das obige Problem zu lösen, stellt die Erfindung einen Wärmeanalysator zum Messen der Abhängigkeit von Eigenschaften eines Materials zur Temperatur bereit, indem die Temperatur gemäß einem Temperaturprogramm gesteuert wird, welches die Temperatur eines Wärmeofens zum Erwärmen der Probe bei einer konstanten Rate erhöht oder verringert, wobei eine Abweichung in der Temperatur zwischen der Probe und dem Wärmeofen proportional zur Rate der Erhöhung der Temperatur oder zur Rate der Verringerung der Temperatur, welche in dem Temperaturprogramm eingestellt ist, korrigiert wird.
Das heißt, um das obige Problem zu lösen, stellt die Erfindung einen Wärmeanalysator bereit, welcher einen Wärmeofen zum Erwärmen einer Probe, welche mit einem Eigenschaftssensor bereitgestellt ist; eine Messeinheit zum Eingeben von Eigenschaftssignalen, welche vom Eigenschaftssensor des Wärmeofens ausgegeben werden, und zum Ausgeben dieser Signale als Messsignale; einen programmierten Temperaturerzeuger zum Ausgeben einer programmierten Temperatur als eine Funktion zur Zeit; einen Temperaturabwei chungs-Annäherungsformel-Halter, welcher eine Annäherungsformel für die Temperaturabweichung zwischen dem Wärmeofen und der Probe, deren Temperatur bei einer vorbestimmten Rate erhöht oder verringert wird, hält, und die Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur speichert; einen programmierten Temperaturkorrektor zum Korrigieren der programmierten Temperatur und zum Ausgeben derer als eine korrigierte programmierte Temperatur; eine Rückführ-Steuerschaltung zum Ausgeben eines elektrischen Energiewertes zum Erwärmen des Wärmeofens, mit der Temperatur des Wärmeofens als die Rückführgröße, so dass die Temperatur des Wärmeofens in Übereinstimmung mit der korrigierten programmierten Temperatur gebracht wird; und eine Wärmeofen-Steuerung zum Zuführen der elektrischen Energie zum Erwärmen des Wärmeofens an den Wärmeofen enthält.
Gemäß der Erfindung wird eine Temperaturabweichung zwischen der Probe und dem Wärmeofen proportional zur Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur eines Temperaturprogramms korrigiert. Daher wird die Temperaturabweichung stets auf eine optimale Weise in Abhängigkeit von der Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur, welche im Temperaturprogramm eingestellt ist, korrigiert, und die Temperatur von der Probe kann gemäß dem Temperaturprogramm genau variiert werden.
In der Rückführschleife zum Steuern der Temperatur des Wärmeofens wird ferner die Temperatur des Wärmeofens, welcher das zu steuernde Objekt ist, direkt als die Rückführgröße verwendet. Daher kann die Temperatur stets stabil beibehaltend mit einer geringen Zeitverzögerung in der Rückführschleife gesteuert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt einen Wärmeanalysator gemäß Beispiel 1 der Erfindung dar.
2 stellt einen Wärmeanalysator gemäß Beispiel 2 der Erfindung dar.
3 ist ein Kurvenverlauf von Proben-Temperaturen, welche zur Temperatur des Wärmeofens zum Zeitpunkt der Erhöhung der Temperatur aufgezeichnet sind.
4 ist ein Kurvenverlauf, welcher Temperaturabweichungen zwischen der Probe und dem Wärmeofen zeigt, welche zur Proben-Temperatur zum Zeitpunkt einer Erhöhung der Temperatur aufgezeichnet sind.
5 ist ein Kurvenverlauf, welcher Proben-Temperaturen zeigt, welche zur Temperatur des Wärmeofens zum Zeitpunkt einer Verringerung der Temperatur aufgezeichnet sind.
6 ist ein Kurvenverlauf, welcher Temperaturabweichungen zwischen der Probe und dem Wärmeofen zeigt, welche zur Proben-Temperatur zum Zeitpunkt einer Verringerung der Temperatur aufgezeichnet sind.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Der beste Modus zum Durchführen der Erfindung wird nun als Beispiele 1 und 2 mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[Beispiel 1]
1 stellt einen Wärmeanalysator gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung dar, wobei Bezugszeichen 1 eine zu messende Probe ist, welche in einen Wärmeofen 3 platziert ist, welcher mit einem Eigenschaftssensor 2 ausgestattet ist. Eine Messeinheit 4 ist mit dem Wärmeofen 3 verbunden, gibt Eigenschaftssignale, welche vom Eigenschaftssensor 2 ausgegeben werden, ein, führt eine Berechnung über sie aus und gibt sie als Messsignale an einen Datenprozessor, wie beispielsweise ein PC (nicht gezeigt), aus. Im Falle einer DSC-Vorrichtung sind die Messsignale eine Proben-Temperatur, eine Differenz-Wärme, usw. Im Falle von einer TG/DTA-Vorrichtung, sind die Messsignale eine Proben-Temperatur, eine Gewichtung und eine Differenzial-Wärme. Ein programmierter Temperatur-Erzeuger 5 hält ein Temperaturprogramm zum Erwärmen der Probe 1 und gibt programmierte Temperaturen als eine Funktion zur Zeit aus.
Hier kann, wenn eine Beziehung zwischen der Probe 1/Wärmeofentemperatur 3 Temperaturabweichung und der Proben-Temperatur eine Funktion f ist, wie durch die Formel ausgedrückt, die Temperaturabweichung von der Proben-Temperatur dann gemessen werden, während der Wärmeofen erwärmt oder gekühlt wird, und der Funktion f kann eine polynomische Annäherung gegeben werden. Temperaturabweichung = f(Proben-Temperatur) (1)
Im Folgenden wird die Funktion f, welche durch die polynomische Annäherung, wie oben beschrieben, gefunden wird, eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f genannt.
Ein Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 6 hält die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f und die Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung. Ein programmierter Temperaturkorrektor 8 ist mit der Messeinheit 4, dem programmierten Temperatur-Erzeuger 5, dem Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 6 und einer Rückführ-Steuerschaltung 9 verbunden, gibt die Proben-Temperatur von der Messeinheit 4, eine programmierte Temperatur von dem programmierten Temperaturerzeuger 5 und eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel und die Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt des Messens der Temperaturabweichung vom Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 6 ein, korrigiert die programmierte Temperatur und gibt das Ergebnis als eine korrigierte programmierte Temperatur an die Rückführ-Steuerschaltung 9 aus.
Die Rückführ-Steuerschaltung 9 ist mit dem Wärmeofen 3, dem programmierten Temperaturkorrektor 8 und der Wärmeofen-Steuerung 10 verbunden, führt eine bekannte PID-Berechnung des benötigten Betriebes aus, so dass die Temperatur des Wärmeofens, welche vom Wärmeofen 3 eingegeben wird, mit der korrigierten programmierten Temperatur in Übereinstimmung gebracht wird, welche von dem programmierten Temperaturkorrektor 8 eingegeben wird, und gibt das Ergebnis als den elektrischen Energiewert zum Erwärmen des Wärmeofens an die Wärmeofen-Steuerung 10 aus. Die Wärmeofen-Steuerung 10 führt eine elektrische Energie zum Erwärmen des Wärmeofens dem Wärmeofen 3 gemäß dem elektrischen Energiewert zum Erwärmen des Wärmeofens, welcher von der Rückführ-Steuerschaltung 9 eingegeben wird, zu. Die Rückführ-Steuerschaltung 9, die Wärmeofen-Steuerung 10 und der Wärmeofen 3 bilden eine Rückführschleife, um die Temperatur des Wärmeofens in Übereinstimmung mit der korrigierten programmierten Temperatur zu bringen.
Vor dem Erstellen einer Messung wird die Differenz zwischen den Probe 1/Wärmeofen 3 Temperaturabweichungen und die Proben-Temperatur gemessen, während der Wärmeofen 3 bei einer konstanten Rate erwärmt oder gekühlt wird, und diese Differenzwerte werden polynomisch angenähert, um eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f zu finden. Die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f und die Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung von Temperaturabweichungen werden in dem Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 6 eingestellt.
Als Nächstes wird ein gewünschtes Temperaturprogramm im programmierten Temperaturerzeuger 5 eingestellt, um eine Messung zu beginnen. Wenn die Messung beginnt, gibt der programmierte Temperaturerzeuger 5 eine programmierte Temperatur als eine Funktion der Zeit an den programmierten Temperaturkorrektor 8 aus. Der programmierte Temperaturkorrektor 8 gibt die Proben-Temperatur von der Messeinheit 4 ein, gibt die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f und die Rate der Erhöhung der Temperatur (Verringerung der Temperatur) vom Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 6 ein, korrigiert die programmierte Temperatur basierend darauf, und gibt die korrigierte programmierte Temperatur an die Rückführ-Steuerschaltung 9 aus. Die Rückführschleife, welche durch die Rückführ-Steuerschaltung 9, die Wärmeofen-Steuerung 10 und den Wärmeofen 3 gebildet wird, führt eine Rückführsteuerung derart aus, dass die Temperatur des Wärmeofens 3 in Übereinstimmung mit der korrigierten programmierten Temperatur gebracht wird.
Ein Betrieb des programmierten Temperaturkorrektors 8 wird nun detailliert beschrieben. Der programmierte Temperaturkorrektor 8 gibt zunächst die Proben-Temperatur Ts in die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f ein, um einen Probe 1/Wärmeofen 3 Temperaturabweichungs-Annäherungswert ΔT bei der vorliegenden Proben-Temperatur Ts (folgende Formel) zu berechnen, ΔT = f(Ts) (2)
Der Temperaturabweichungs-Annäherungswert ΔT ist ein Temperaturabweichungs-Annäherungswert basierend auf der Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung von der Temperaturabweichung.
Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, bei welchem die Temperaturabweichungen gemessen werden, während die Temperatur erhöht wird, und ein Temperaturprogramm zum Erhöhen der Temperatur verwendet wird. Da die Temperaturabweichung proportional zur Rate der Erhöhung der Temperatur variiert, wird der Temperaturabweichungs-Annäherungswert Δ mit einem Verhältnis der vorliegenden Rate der Erhöhung der Temperatur und der Rate der Erhöhung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung multipliziert, um einen korrigierten Temperaturabweichungs-Annäherungswert ΔT' zu finden. Die vorliegende Rate der Erhöhung der Temperatur, wie hier verwendet, ist die programmierte Rate der Erhöhung der Temperatur, nämlich eine Zeitdifferenzierung der programmierten Temperatur.
Das Verhältnis „a" der programmierten Rate der Erhöhung der Temperatur und der Rate der Erhöhung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung wird durch die folgende Formel ausgedrückt:
a = programmierte Rate der Erhöhung der Temperatur/Rate der Erhöhung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung.
Der korrigierte Temperaturabweichungs-Annäherungswert ΔT' wird durch die folgende Formel ausgedrückt. ΔT' = a × ΔT (3)
Der korrigierte Temperaturabweichungs-Annäherungswert ΔT' wird zur programmierten Temperatur addiert, welche dann als eine korrigierte programmierte Temperatur (folgende Formel) ausgegeben wird.
Korrigierte programmierte Temperatur = programmierte Temperatur + ΔT'
Im Vorhergehenden wurde der Fall beschrieben, bei welchem die Temperaturabweichung gemessen wurde, während die Temperatur erhöht wird, und es wurde ein Temperaturprogramm während der Erhöhung der Temperatur verwendet. Ebenfalls im Falle des Temperaturprogramms beim Verringern der Temperatur, nimmt die programmierte Rate der Erhöhung der Temperatur einen Minus-Wert an, und der korrigierte Temperaturabweichungs-Annäherungswert ΔT' wird in der Formel (3) eine Minus-Temperatur, und daher wird die Temperatur korrekt korrigiert.
Wie anhand von 4 und 6 zu lernen, hat zum Zeitpunkt der Erhöhung der Temperatur und Verringerung der Temperatur, die Temperaturabweichungs-Kurve beinahe die gleiche Form, hat jedoch entgegengesetzte Vorzeichen. Daher kann das Temperaturprogramm ebenfalls zum Zeitpunkt der Verringerung der Temperatur korrekt korrigiert werden, indem der Temperaturabweichungs-Annäherungswert verwendet wird, welcher zum Zeitpunkt der Erhöhung der Temperatur gefunden wird. Es gilt nämlich ebenfalls das Gleiche im entgegengesetzten Fall. Daher kann die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel bestimmt werden, wenn entweder die Temperatur erhöht wird oder wenn die Temperatur verringert wird, und die Temperaturprogramme können sowohl wenn die Temperatur erhöht wird als auch wenn die Temperatur verringert wird, auf der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel basieren.
Wie oben beschrieben wird die Temperaturabweichung proportional zur Rate der Erhöhung oder Verringerung der im Temperaturprogramm eingestellten Temperatur korrigiert. Es wird daher ermöglicht, die Temperaturabweichung zwischen der Probe und dem Wärmeofen weiter zu verringern, indem verschiedene Temperaturprogramme für verschiedene Raten der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur verwendet werden, um die Aufgabe zu lösen.
[Beispiel 2]
2 stellt einen Wärmeanalysator gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung dar, bei welchem eine Probe 21, ein Eigenschaftssensor 22, ein Wärmeofen 23, eine Messeinheit 24, ein programmierter Temperaturerzeuger 25, eine Rückführ-Steuerschaltung 29 und eine Wärmeofen-Steuerung 30 gleich der Probe 1, dem Eigenschaftssensor 2, dem Wärmeofen 3, der Messeinheit 4, dem programmierten Temperaturerzeuger 5, der Rückführ-Steuerschaltung 9 und der Wärmeofen-Steuerung 10 im Beispiel 1 sind.
Der Unterschied zum Beispiel 1 liegt darin, dass der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 eine Mehrzahl von Einstellungen von einer Temperaturabweichungs-Annäherungsformel und einer Rate zum Erhöhen oder Verringern der Temperatur hält, mit dem programmierten Temperaturerzeuger 25, dem Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 und dem programmierten Temperaturkorrektor 28 verbunden ist, und eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit 27 enthält, welche eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel vom Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 abfragt, indem, als ein Schlüssel, die programmierte Rate der Erhöhung der Temperatur oder Verringerung der Temperatur verwendet wird, und die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel dem programmierten Temperaturkorrektor 28 ausgibt, wobei der programmierte Temperaturkorrektor 28 die programmierte Temperatur basierend auf der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel korrigiert, welche von der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit 27 ausgegeben wird, und sie als eine korrigierte programmierte Temperatur ausgibt.
Beim Berechnen der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel vor dem Erstellen einer Messung in Beispiel 2 werden Temperaturabweichungen im Falle von einer Mehrzahl von Raten einer Erhöhung oder Verringerung der Temperatur gemessen, und wird eine Mehrzahl von Temperaturabweichungs-Annäherungsformeln berechnet. Es ist gewünscht, die Temperaturabweichungen bei Raten einer Erhöhung oder Verringerung der Tempera tur zu messen, welche zur Verwendung zum Zeitpunkt der Erstellung einer Messung geplant sind. Eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel und ihre entsprechende Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung werden derart betrachtet, dass sie einen Satz bilden. Es kann eine Mehrzahl von Sätzen erlangt werden, und sie werden im Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 eingestellt. Wenn die Temperaturprogramme, welche konstante Temperaturen beibehalten, zum Zeitpunkt einer Erstellung von einer Messung zu verwenden sind, werden Temperaturabweichungs-Annäherungsformeln gefunden, welche jede der Temperaturen konstant (Kurve von 0°C/min in 4) beibehalten, und werden im Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 als Temperaturabweichungs-Annäherungsformeln für eine Null-Rate einer Erhöhung der Temperatur eingestellt. Dies ermöglicht es, eine optimale Korrektur zu bewirken, ebenfalls im Falle einer Verwendung eines Temperaturprogramms, welches bei einer konstanten Temperatur beibehalten wird.
Wenn die Messung beginnt, gibt der programmierte Temperaturerzeuger 25 programmierte Temperaturen als eine Funktion zur Zeit aus. Die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit 27 gibt die programmierten Temperaturen vom programmierten Temperaturerzeuger 25 ein und fragt die Temperaturerhöhungs- oder -verringerungs-Rate, welche durch den Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 gehalten wird, welche in Übereinstimmung mit der programmierten Rate der Erhöhung der Temperatur, welche eine Zeitdifferenzierung der programmierten Temperaturen ist, in Übereinstimmung steht, zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung ab. Wenn jene gefunden wird, welche in Übereinstimmung steht, erlangt die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit 27 vom Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f, welche einen Satz mit der Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung bildet, und gibt sie an den programmierten Temperaturkorrektor 28 aus.
Wenn keine Rate einer Erhöhung oder Verringerung der Temperatur gefunden wird, welche in vollständiger Übereinstimmung steht, gibt die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit 27 eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel unter Verwendung einer der im Folgenden beschriebenen Verfahren aus.
Ein erstes Verfahren enthält ein Abfragen vom Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 von der Rate einer Erhöhung oder Verringerung der Tem peratur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung, welche der programmierten Rate der Erhöhung der Temperatur oder Verringerung der Temperatur am nächsten ist, ein Abfragen von dem Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 26 von der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f, welche einen Satz mit der abgefragten Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur bildet, und ein Ausgeben dieses Satzes als die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f an den programmierten Temperaturkorrektor 28.
Ein zweites Verfahren enthält ein Finden der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f durch das obige erste Verfahren, Multiplizieren der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f mit dem Verhältnis a zwischen der programmierten Rate der Erhöhung der Temperatur und der Rate der Erhöhung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung, wie in der folgenden Formel, um eine neue Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f_neu auszubilden.
a = programmierte Rate der Erhöhung der Temperatur/Rate der Erhöhung der Temperatur zum Zeitpunkt der Messung der Temperaturabweichung fneu = a × f
Die f_neu wird als die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f ausgegeben.
Der programmierte Temperaturkorrektor 28 gibt die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel f von der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit 27 ein, gibt die Proben-Temperatur Ts von der Messeinheit 24 ein und berechnet den Temperaturabweichungs-Annäherungswert ΔT gemäß der folgenden Formel. ΔT = f(Ts)
Die Temperaturabweichung ΔT wird zur programmierten Temperatur, wie in der folgenden Formel, addiert, und es wird eine korrigierte programmierte Temperatur ausgegeben.
Korrigierte programmierte Temperatur = programmierte Temperatur + ΔT
Eine durch die Rückführ-Steuerschaltung 29, die Wärmeofen-Steuerung 30 und den Wärmeofen 23 gebildete Rückführschleife führt eine Rückführsteuerung auf eine Weise durch, dass die Temperatur des Wärmeofens 23 in Übereinstimmung mit der korrigierten programmierten Temperatur gebracht wird.
Beim Messen der Temperaturabweichung zwischen der Probe und dem Wärmeofen im Voraus, kann, basierend auf der Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Erstellung einer Messung, die Temperaturabweichung auf eine optimale Weise gemäß der Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Erstellung der Messung korrigiert werden. Ferner, sogar wenn die Raten der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur, wenn die Temperaturabweichung gemessen wurde und wenn die Wärmeofen-Temperatur gemessen wird, unterschiedlich sind, kann die Temperaturabweichung korrigiert werden, indem ein besserer Annäherungswert der Temperaturabweichung basierend auf einer Temperaturerhöhungs-Rate verwendet wird, und somit kann die Temperatur der Probe genauer gesteuert werden.
In den obigen Beispielen sind der Wärmeofen und die Probe voneinander beabstandet, und außerdem ist eine Trennwand zum Reinigen von Gas bereitgestellt, welches eine hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeofen und der Probe erzeugt. Im Falle dieses Aufbaus ist das Prinzip einfach zu verstehen, und es wird ein sich auszeichnender Effekt dargestellt. Nicht nur lediglich darauf beschränkend, wird ein ähnlicher Effekt sogar durch die allgemeinen Wärmeanalysatoren erlangt.
In diesen Beispielen wurde der PID-Betrieb unter Verwendung der Rückführ-Steuerschaltungen 9 und 29 durchgeführt. Jedoch kann die Erfindung selbstverständlich sogar unter Verwendung irgendeines weiteren Verfahrens zur Ausführung der Rückführsteuerung, welches nicht lediglich auf den PID-Betrieb beschränkt ist, in die Praxis umgesetzt werden.
Die Messeinheiten 4 und 24, programmierten Temperaturerzeuger 5 und 25, Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter 6 und 26, Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit 27, programmierten Temperaturkorrektoren 8 und 28 und Rückführ-Steuerschaltungen 9 und 29 können unter Verwendung von Hardware oder Software gebildet werden, und ihre Auswahl legt selbstverständlich keinerlei Beschränkung auf den Inhalt der Erfindung auf.

1: PROBE
2: EIGENSCHAFTSSENSOR
3: WÄRMEOFEN
4: MESSEINHEIT
5: PROGRAMMIERTER TEMPERATURERZEUGER
6: TEMPERATURABWEICHUNG-ANNÄHERUNGSFORMEL-HALTER
8: PROGRAMMIERTER TEMPERATURKORREKTOR
9: RÜCKFÜHR-STEUERSCHALTUNG
10: WÄRMEOFEN-STEUERUNG
21: PROBE
22: EIGENSCHAFTSSENSOR
23: WÄRMEOFEN
24: MESSEINHEIT
25: PROGRAMMIERTER TEMPERATURERZEUGER
26: TEMPERATURABWEICHUNG-ANNÄHERUNGSFORMEL-HALTER
27: TEMPERATURABWEICHUNG-ANNÄHERUNGSFORMEL-ABFRAGEEINHEIT
28: PROGRAMMIERTER TEMPERATURKORREKTOR
29: RÜCKFÜHR-STEUERSCHALTUNG
30: WÄRMEOFEN-STEUERUNG

Claims

Wärmeanalysator zum Messen der Abhängigkeit von Eigenschaften eines Materials zur Temperatur, indem die Temperatur gemäß einem Temperaturprogramm gesteuert wird, welches die Temperatur eines Wärmeofens zum Erwärmen einer Probe bei einer konstanten Rate erhöht oder verringert, wobei die Abweichung in der Temperatur zwischen der Probe und dem Wärmeofen proportional zur Rate der Erhöhung der Temperatur oder zur Rate der Verringerung der Temperatur, welche in dem Temperaturprogramm eingestellt ist, korrigiert wird.
Wärmeanalysator, welcher einen Wärmeofen, welcher die Temperatur von der Probe variiert, und welcher mit einem Eigenschaftssensor zum Messen der Eigenschaften von einer Probe bereitgestellt ist; eine Messeinheit zum Eingeben von Eigenschaftssignalen, welche vom Eigenschaftssensor ausgegeben werden, und zum Ausgeben dieser als Messsignale; einen programmierten Temperaturerzeuger zum Ausgeben einer programmierten Temperatur als eine Funktion zur Zeit; einen programmierten Temperaturkorrektor, welcher mit der Messeinheit und dem programmierten Temperaturerzeuger verbunden ist, welcher die programmierte Temperatur korrigiert und sie als eine korrigierte programmierte Temperatur ausgibt; eine Rückführ-Steuerschaltung, welche mit dem Wärmeofen und dem programmierten Temperaturkorrektor verbunden ist, welche die Temperatur des Wärmeofens als die Rückführgröße empfängt und einen elektrischen Energiewert zum Erwärmen des Wärmeofens ausgibt, so dass die Temperatur des Wärmeofens in Übereinstimmung mit der korrigierten programmierten Temperatur gebracht wird; eine Wärmeofen-Steuerung, welche mit dem Wärmeofen und der Rückführ-Steuerschaltung verbunden ist, welche eine elektrische Energie zum Erwärmen des Wärmeofens gleich dem elektrischen Energiewert zum Erwärmen des Wärmeofens an den Wärmeofen zuführt; und einen Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter, welcher mit dem programmierten Temperaturkorrektor verbunden ist, welcher eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel hält, welche funktionsgemäß die Temperaturabweichung zwischen dem Wärmeofen und der Probe annähert, wenn ihre Temperatur bei einer vorbestimmten Rate erhöht oder verringert wird, und die Rate der Erhöhung der Temperatur oder die Rate der Verringerung der Temperatur speichert, enthält; wobei der programmierte Temperaturkorrektor die programmierte Temperatur basierend auf der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel, der Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur und der Temperatur von der Probe korrigiert und sie als die korrigierte programmierte Temperatur ausgibt.
Wärmeanalysator nach Anspruch 2, bei welchem der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter eine Mehrzahl von Sätzen von der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel, der Rate der Erhöhung der Temperatur und der Rate der Verringerung der Temperatur hält, mit dem programmierten Temperaturerzeuger, dem Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter und dem programmierten Temperaturkorrektor verbunden ist, und eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit enthält, welche eine Temperaturabweichungs-Annäherungsformel vom Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Halter abfragt, indem, als ein Schlüssel, die programmierte Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur, welche das Zeitdifferenzial der programmierten Temperatur ist, verwendet wird, und die Temperaturabweichungs-Annäherungsformel an den programmierten Temperaturkorrektor ausgibt; wobei der programmierte Temperaturkorrektor die programmierte Temperatur basierend auf der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel, welche von der Temperaturabweichungs-Annäherungsformel-Abfrageeinheit ausgegeben wird, und auf der Temperatur von der Probe korrigiert, und den korrigierten Wert als die korrigierte programmierte Temperatur ausgibt.