DE112005003275B4

DE112005003275B4 - Thermogravimetrisches Analysegerät und Verfahren zum Berechnen eines Gewichts einer Probe in einem thermogravimetrischen Analysegerät

Info

Publication number: DE112005003275B4
Application number: DE112005003275T
Authority: DE
Inventors: Robert L. Danley; John W. Schaefer
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Investments Ltd
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2025-12-29
Also published as: WO2006071845A3; US20080144694A1; US7566167B2; GB0714027D0; FR2880120B1; GB2436771B; DE112005003275T5; US7416328B2; WO2006071845A2; FR2880120A1; GB2436771A; US20060140246A1

Abstract

Thermogravimetrisches Analysegerät, das aufweist: (a) eine Waage (300); (b) eine Pfanne (450) zum Halten einer Probe; (c) ein Filament (112, 114), das die Pfanne mit der Waage verbindet; (d) einen Ofen (104), um die Probe zu heizen; (e) ein dünnes metallisches Rohr, welches das Filament umgibt und daran befestigte Hitzeschilde hat; und (f) eine Einrichtung zum Berechnen eines korrigierten Gewichtes (m) einschließlich einer Einrichtung zum Messen eines Gewichtes der Probe (ms) und einer Einrichtung zum Berechnen eines Auftriebsfaktors, wobei die Einrichtung zum Berechnen eines Auftriebsfaktors das Berechnen eines Auftriebsfaktors für die Probe (bs) entsprechendumfaßt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Verbessern der Gewichtsmessungen bei thermogravimetrischen Analysegeräten. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung das Verbessern der Gewichtsmessungen bei vertikalen thermogravimetrischen Analysegeräten, mit einer Waage, die oberhalb des Ofens angeordnet ist.
Hintergrund der Erfindung
Thermogravimetrie ist eine analytische Technik, bei der eine Probe, die bewertet werden soll, einem gewünschten Temperaturprogramm unterworfen wird, während ihr Gewicht und ihre Temperatur gemessen werden. Die Gewichtsveränderung oder die Geschwindigkeit der Gewichtsveränderung in bezug auf Zeit oder Temperatur können als eine Funktion der gemessenen Temperatur oder der Zeit angezeigt werden, und verschiedene Bewertungen können durchgeführt werden. Die Gewichtskurve gegenüber der Temperatur kann analysiert werden, um die Größe der Gewichtsänderungen zu bestimmen, die auftreten, und die Temperatur oder den Bereich der Temperaturen, bei denen sie auftreten, oder andere verfeinerte Analysen können durchgeführt werden, so wie solche, die die Kinetik des Prozesses bestimmen, der für die Gewichtsveränderung verantwortlich ist.
Ein typisches thermogravimetrisches Analysegerät (TGA) besteht grundsätzlich aus einer empfindlichen Waage, um die Probe dynamisch zu wiegen, und aus einem Ofen, um die Probe zu heizen. TGAs sind beispielsweise in der US-A-5 165 792 beschrieben. Es gibt im allgemeinen drei Ausgestaltungen für TGAs: einen horizontalen Ofen 901 mit einer Waage 903 neben dem Ofen, wie in 9A gezeigt, einen vertikalen Ofen 905 mit der Waage 903 unter dem Ofen 905, wie in 9B gezeigt, oder einen vertikalen Ofen 905 mit der Waage 903 oberhalb des Ofens, wie in 9C gezeigt. Bei jeder der Ausgestaltungen ist eine Pfanne 905 mit der Waage 903 über einen Halter 909 verbunden.
Aus der WO 2004/068102 A2 ist ein thermogravimetrisches Analysegerät bekannt, das eine Wagenkammer, einen Ofen, welcher eine Infrarot-Heizquelle enthält, und der einen darin enthaltenen Zylinder heizt, wobei der Zylinder Wärme auf eine Probe überträgt, und eine aktiv gekühlte Platte, die zwischen der Waagenkammer und dem Ofen angeordnet ist, aufweist. Ähnlich offenbart der Artikel von John M. Forgac, Jon C. Angus: „A Pressurized Thermobalance Apparatus for Use at Extreme Conditions”, Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals (1979), 18(4), Seiten 416–418, ein derartiges thermogravimetrisches Analysegerät, das gleichemaßen eine wassergekühlte Platte zwischen der Wagenkammer und dem Ofen aufweist.
Grundsätzlich kann irgendein Typ einer Waage benutzt werden. Jedoch benutzt der Hauptanteil der TGAs eine Waage vom Null-Typ, die die Kraft mißt, um die Waage in einer Gleichgewichtsposition zu halten. (Ein Überblick über die unterschiedlichen Typen der Waagen, die bei einem TGA verwendet werden können, kann in ”Automatic and recording Balances (Automatische und aufzeichnende Waagen)”, Saul Gordon und Clement Campbell, Anal. Chem. 32(5) 271R–289R, 1960, gefunden werden.)
Eine Null-Waage weist ein Antriebssystem auf, das Kraft auf die Waagenbewegung aufgibt, welche die Probenpfanne und eine Tarierpfanne oder ein Gegengewicht auffängt, einen Verlagerungssensor und eine elektronische Steuer- und Meßschaltung. Diese Antriebssysteme sind typischerweise elektromagnetische Antriebssysteme. Im Betrieb hält eine Kraft, die von dem Antriebssystem auf die Waagenbewegung aufgegeben wird, die Waage im Gleichgewicht oder in der Null-Position. Die Kraft, die von dem Antriebssystem aufgegeben wird, um die Nullposition zu halten, ist ein Maß für das Gewicht der Probe. Änderungen im Probengewicht bewirken, daß die Waage aus der Gleichgewichtsposition verlagert wird, die Verlagerung wird von dem Sensor abgefühlt und die Waagenbewegung wird von dem Antriebssystem in das Gleichgewicht zurückgeführt. Null-Waagen sind in der Lage, Massenänderungen abzufühlen, die gut unterhalb eines Mikrogramms liegen. Null-Waagen sind auch robust und relativ kostengünstig.
Wenn versucht wird, hochempfindliche Gewichtsmessungen durchzuführen, kann eine Anzahl unterwünschter Kräfte auf die Waage, die Probe, die Probenpfanne und zugeordnete Komponenten des Gewichtsystems wirken. (Einige dieser unerwünschten Kräfte sind in Ultra Micro Weight Determination (Ultramikrogewichtsbestimmung) in Controlled Environments, S. P. Wolsky und E. J. Zdanuk, Hrgs., 1969, Interscience, 39–46 beschrieben.) Zum Beispiel kann die Adsorption und Desorption von den sich bewegenden Komponenten der Waage störende Gewichtsveränderungen hervorrufen. Temperaturfluktuationen innerhalb der Waage können Gewichtsveränderungen aufgrund der thermischen Ausdehnung der Waagenarme hervorrufen oder können die Stärke des Feldes beeinflussen, die durch Permanentmagnete in den damit ausgestatteten elektromagnetischen Antriebssystemen entwickelt werden. Statische elektrische Ladungen können sich ansammeln und auf die Waageanordnung, die Probe und die Pfanne wirken. Konvektionsströme innerhalb des Ofens oder innerhalb der Waagekammer können Kräfte auf der Probenpfanne und zugeordneten Komponenten hervorrufen. Auftriebskräfte, die mit Änderungen in der Gasdichte variieren, wirken auf die Probe und die Pfanne innerhalb des Ofens. Radiometrische Kräfte, die sich aus dem thermomolekularen Strom ergeben, können auf die Waagenkomponenten in Bereichen wirken, in denen Temperaturgradienten vorliegen. Dieses bestimmte Problem kann besonders schwerwiegend sein, wenn unter Vakuum gearbeitet wird. Die Güte der dynamischen Gewichts-Basislinie eines TGA hängt kritisch vom Minimieren oder Kompensieren der unerwünschten Kräfte oder Störungen ab.
Die dynamische Gewichts-Basislinie eines TGA ist das Gewicht, das gemessen wird, wenn ein Experiment ohne eine Probe durchgeführt wird. Im Grundsatz sollte die dynamische Gewichtsmessung Null sein, ohne Rücksicht auf die Temperatur oder die Heizgeschwindigkeit des Instruments. Abweichungen von Null sind das Ergebnis von Störungen, die auf die Waagenanordnung oder die Pfanne wirken. Sei gegeben, daß ein TGA verwendet wird, um Änderungen im Gewicht zu messen, die als eine Funktion der Temperatur oder Zeit auftreten, führt jede Gewichtsänderung, die bei Fehlen einer Probe auftritt, eine Unsicherheit in der Gewichtsveränderung ein, die während eines Experimentes gemessen wird, wenn eine Probe vorliegt.
Die Auswahl einer Ausgestaltung einer TGA kann den Grad beeinflussen, zu dem diese äußeren Kräfte auf die Gewichtsmessung einwirken. Die horizontale Ausgestaltung, wie in 9A gezeigt, ist weitgehend immun gegenüber Konvektionsströmen und thermomolekularen Kräften, da sie auf das wiegende System orthogonal zu der Schwerkraft wirken, die auf die Probe und die Waage wirkt. Horizontale Systeme jedoch haben viel schwerere Waagenkomponenten, die so wirken, daß sie die Empfindlichkeit herabsetzen. Dies ist der Fall, weil die Probe und ihre Pfanne von einer Auslegerstruktur gehalten werden müssen, die in der Lage ist, hohen Temperaturen innerhalb des Ofens zu widerstehen. Die schwerere Struktur erfordert eine robustere Abhängung, die auch die Empfindlichkeit der Waage herabsetzen kann. Die thermische Ausdehnung des Auslegers kann die Gewichtsmessung erheblich beeinflussen, und obwohl sie vom Grundsatz her sie leicht kompensiert werden kann, bleibt die thermische Ausdehnung eine wichtige potentielle Quelle für Wiegefehler.
Vertikal angeordnete TGAs können die Waage unterhalb oder oberhalb des Ofens haben, wie in den 9B und 9C gezeigt. Wenn die Waage unterhalb des Ofens ist, wie es in der 9B gezeigt ist, muß die Struktur, die die Probenpfanne hält, relativ massiv sein, da sie die Pfanne in Kompression hält und der Tendenz zum Verziehen widerstehen muß, einer Tendenz, die durch hohe Temperaturen verstärkt wird, welche in dem TGA oftmals erreicht werden. Wie das horizontale TGA erfordert es eine robuste Aufhängung und hat relativ geringe Empfindlichkeit. Es ist jedoch einfacher, die Waage thermisch von dem Ofen zu isolieren, da heißes Gas und Ausströmungen aus dem Ofen nach oben steigen werden, da ihre Temperatur hoch und ihre Dichte gering ist.
Ein TGA, das einen vertikalen Ofen mit der Waage darüber verwendet, wie in 9C gezeigt, bietet die höchste Empfindlichkeit, da die Masse der Pfannenaufhängung minimiert werden kann, wobei nur ein feines Filament erforderlich ist, um die Pfanne abzuhängen. Dies erlaubt es, daß die Masse der Waage und ihre Aufhängung minimiert werden. Jedoch ist die thermische Isolierung wegen der Tendenz heißen Gases und ausströmender Stoffe aufzusteigen schwieriger. Ein vertikales TGA ist empfindlicher gegenüber Konvektionswirkungen wegen der Ausrichtung des Ofens und den relativ großen vertikalen thermischen Gradienten, die diese Ausgestaltung begleiten, und auch, weil die thermomolekularen Kräfte parallel zu der Schwerkraft wirken und somit die Gewichtsmessung direkt beeinflussen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Berechnen eines Gewichts einer Probe in einem thermogravimetrischen Analysegerät nach Anspruch 9, wobei das Gewicht der Probe bzw. der Apparatur durch Berücksichtigung des Auftriebs korrigiert wird. Eine Null-Waage ist in der Waagenkammer vorgesehen und wird verwendet, um das Gewicht der Probe zu messen, wenn es sich mit der Temperatur in dem Ofen ändert. Der Ofen umfaßt einen Zylinder, der oben offen ist, um eine Probe aufzunehmen. Der Boden des Zylinders ist geschlossen, mit Ausnahme eines kleinen Loches, das es ermöglicht, daß eine Thermokopplung hindurchtritt.
Die Thermokopplung ist ein Teil einer Thermokopplungsanordnung, die in dem Zylinder angeordnet ist. Die Thermokopplungsanordnung umfaßt eine Thermokopplung, die an einer Scheibe befestigt ist, die im wesentlichen denselben Durchmesser hat wie ein Innendurchmesser des Zylinders. Im Betrieb ist die Thermokopplungsanordnung unterhalb der Probe angeordnet, um konvektive Strömungen um die Probe zu beschränken, welche die Gewichtsmessung der Probe beeinflussen könnten.
Das TGA umfaßt auch eine wassergekühlte Platte zwischen der Waagekammer und dem Ofen. Dies hilft dabei, die Waagenkammer thermisch von dem Ofen zu isolieren. Durch das thermische Isolieren der Waagenkammer wird die Waagentemperatur konstant gehalten, was Gewichtsfehler ausschaltet, die aus der thermischen Ausdehnung des Waagebalkens und aus Änderungen in der Magnetfeldstärke aufgrund von Änderungen der Temperatur der Magnete herrühren können. Ein dünnes metallisches Rohr und ein System von Hitzeschilden werden auch verwendet, um Komponenten der Waage von der Hitze des Ofens zu isolieren.
Das TGA umfaßt auch einen Computer, der einen Korrekturfaktor berechnen kann, der auf das gemessene Gewicht der Probe über verschiedene Temperaturbereiche angewendet werden soll. Die Korrekturfaktoren umfassen einen Auftriebsfaktor für das Gerät, einen Auftriebsfaktor für die Probe oder beides. Diese Korrektur wird für das bestimmte Gas festgelegt, welches die Probe umgibt. Wenn einmal der Korrekturfaktor berechnet ist, kann er auf das gemessene Probengewicht angewendet werden, um ein genaueres Ergebnis zu erhalten.
Um ein korrigiertes Probengewicht zu berechnen, mißt das TGA sowohl das Gewicht der Probe über die Waage und die Temperatur der Probe über die Thermokopplung. Unter Verwendung dieser Werte kann ein Korrekturfaktor wie oben beschrieben berechnet werden und auf das gemessene Gewicht der Probe angewendet werden, um ein korrigiertes Gewicht der Probe zu erhalten. Zusätzlich wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein korrigierter Temperaturwert berechnet, der verwendet wird, um den Korrekturfaktor zu bestimmen. Dies kann beispielsweise zu Beginn eines Experiments notwendig sein, wenn sich das Gas in dem Ofen schneller aufheizt als die Thermokopplung, die Probenpfanne und die Probe.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Schaubild, das ein TGA gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung einer Vorderansicht des TGA, das in 1 gezeigt ist.
3 ist ein funktionales Blockschaubild, das den Betrieb einer Null-Waage gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein vertikaler Querschnitt durch die Ofenanordnung des TGA, das in 1 gezeigt ist.
5 ist ein horizontaler Querschnitt durch die Ofenanordnung des TGA, das in 1 gezeigt ist.
6 ist ein vertikaler Querschnitt durch die Waagekammeranordnung des TGA, das in 1 gezeigt ist.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren der Temperatur- und Auftriebskorrektur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Auftragung einer dynamischen Gewichts-Basislinie des TGA, welche die unkorrigierte Basislinie und die Basislinie zeigt, nachdem Auftriebs- und Temperaturmessungskorrektur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt worden sind.
9A, 9B und 9C sind schematische Darstellungen, welche verschiedene bekannte Ausgestaltungen von TGAs zeigen.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft TGAs mit einer verbesserten dynamischen Gewichts-Basislinie. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung des TGA vertikal, wobei die Waage oberhalb des Ofens angebracht ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung sorgt für die höchste Empfindlichkeit für das Gewicht.
1 ist ein schematisches Schaubild eines TGA, das gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Das TGA 100 umfaßt eine Waagekammer 102, einen Ofen 104, einen motorbetriebenen Linearantrieb 106, eine elektronische Steuereinheit 108 und einen TGA-Rahmen 110. Die elektronische Steuereinheit 108 kann einen Computer umfassen, welcher den Betrieb des TGA 100 steuert und verschiedene Messungen empfangt, die aufgenommen werden, während das TGA 100 verwendet wird. Zum Beispiel steuert bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuereinheit 108 die Ofenbewegung und das Heizen, den Betrieb des automatischen Probennehmers 116 und manipuliert zusätzlich Meßdaten, die aufgenommen worden sind, um Parameter zu bestimmen, so wie die Probentemperatur und das Probengewicht, wie es weiter hiernach beschrieben wird. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinheit 108 so ausgestaltet werden, daß sie den Betrieb der Null-Waage 300 steuert.
Eine Null-Waage 300 ist in der Waagenkammer 102 angeordnet. Die Null-Waage 300 wird in weiteren Einzelheiten hiernach beschrieben werden. Angebracht an der Null-Waage 300 sind Abhängefilamente (oder ”Abhängehaken”) 112 und 114. Der Abhängehaken 112 hält die Tarierpfanne T, der Abhängehaken 114 hält das Probenmaterial S in einer Pfanne (nicht gezeigt). Jeder der Abhängehaken 114 und 116 ist aus schlanken Filamenten gebildet. Ein automatischer Probennehmer 116 kann verwendet werden, um automatischen Probenmaterialien in Probenpfannen auf dem Abhängehaken 114 zu laden und von diesen zu entladen. Er erlaubt es dem TGA, eine große Anzahl Experimente unbegleitet durchzuführen. Der automatische Probennehmer 116 enthält typischerweise eine Ablage, die in der Lage ist, mehrere Probenpfannen zu halten, und einen Mechanismus zum Laden jeder Pfanne an ihrem entsprechenden Abhängehaken 114.
2 veranschaulicht weitere Einzelheiten des Systems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Ofen 104 ist an einer Haltestruktur 202 (in 2 gezeigt) befestigt, die an dem motorisierten Linearantrieb 106 befestigt ist. Der motorisierte Linearantrieb 106 und die elektronische Steuereinheit 108 sind an einem TGA-Rahmen 110 angebaut. Der motorisierte Linearantrieb 106 ist elektrisch mit der elektrischen Steuereinheit 108 verbunden (nicht gezeigt). In 1 ist der Ofen 104 in der offenen Position. Um den Ofen zu schließen, rückt der Linearantrieb 106 ein und bewegt den Ofen 104 nach oben in die geschlossene Position, wie es in 2 gezeigt ist.
Eine aktiv gekühlte Platte 118 (siehe 2), die sich hinter der angegebenen Fläche 118a befindet, ist zwischen der Waagenkammer 102 und dem Ofen 104 angeordnet. Hier bezieht sich die ”aktiv gekühlte Platte” im allgemeinen auf eine Platte, die Wärme durch umlaufendes Fluid, so wie Wasser, abzieht, sie könnte jedoch auch eine Peltier-gekühlte Platte oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Platte 118 temperaturgesteuert, so daß die Plattentemperatur auf einer relativ konstanten Temperatur gehalten werden kann. Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jedoch muß die Temperatur gesteuert werden, solange aktives Kühlen stattfindet, um übermäßigen Wärmeaufbau während des Betriebs des TGA 100 bei erhöhten Temperaturen zu verhindern. Eine isolierte Abdeckung 103 kann vorgesehen sein, um die Waagenkammer vor atmosphärischen Temperaturfluktuationen zu schützen. Heizeinrichtungen (nicht gezeigt), die auf der Waagenkammer angeordnet sind, werden verwendet, um die Temperatur der Waagenkammer zu steuern.
Mit Bezug wieder auf 1 kann eine interaktive Anzeige 119 vorgesehen sein, um die Ergebnisse jeglicher experimenteller Läufe unter Verwendung des TGA 100 anzuzeigen, ebenso wie den Betrieb des TGA 100 zu steuern.
3 ist ein schematisches Schaubild, daß die Null-Waage 300 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Null-Waage 300 besteht aus einem horizontalen Waagenbalken (hierin auch ”Waagenarm” genannt) 310 mit Befestigungen an seinen Enden zum Abhängen einer Probenpfanne (nicht gezeigt) an einem Ende und einer Tarierpfanne (nicht gezeigt) an dem anderen Ende. Die Tarierpfanne verlagert das Gewicht der Probenpfanne, wodurch ungefähr die Probenpfannenmasse ausgeglichen wird, und verringert die Antriebskraft, die erforderlich ist, um das Gleichgewicht beizubehalten. Eine Meßgerätebewegung 320 liefert die treibende Kraft, um die Null-Waage 300 in der Nullposition zu halten und hält den Waagenbalken 310. Die Meßbewegung 320 besteht aus einem straffen Band (nicht gezeigt), das eine Drahtspule 324 hält, an dem der Waagenbalken 310 angeordnet ist, und eine Feldanordnung mit einem Permanentmagneten 328 und einer magnetisch weichen Eisenarmatur 329, um ein Magnetfeld mit konstanter Stärke zu erzeugen. Elektrischer Strom, von einem Meßgeräte-Spulenantrieb 330 geliefert, läuft durch die Drahtspule 324 und wechselwirkt mit dem Magnetfeld, um ein Drehmoment auf den Waagenbalken 310 aufzugeben, damit die Nullposition beibehalten wird. Der elektrische Strom in der Spule, wenn die Null-Waage 300 in der Nullposition ist, ist direkt proportional zu der Summe der Kräfte, die auf den Waagenarm 310 wirken, und ist ein Maß des Probengewichtes, wenn alle die äußeren Kräfte beseitigt oder berücksichtigt sind.
Die Verlagerung der Null-Waage 300 aus der Nullposition wird von einem Verlagerungssensor abgefühlt, welcher aus einer lichtemittierenden Diode (LED) 342, einem Paar lichtabfühlender Dioden 344, 346, einer Stromquelle 348, um die LED 342 zu beleuchten, und einer Positionsfehlererfassungsschaltung 349 besteht. Ein Fähnchen 350, das an dem Waagenbalken 310 befestigt ist, ist zwischen der LED 342 und den lichtabfühlenden Dioden 344, 346 angeordnet, so daß das Fähnchen 350 einen Teil des Lichtes abschattet, das von der LED 342 in Richtung auf die abfühlenden Dioden 344, 346 ausgesendet worden ist. Jegliche Bewegung des Fähnchens 350 ändert die Lichtmenge, die auf jede der abfühlenden Dioden 344, 346 auftrifft, was die Energie erhöht, die die eine erreicht, und die Energie absenkt, die die andere erreicht.
Die Größe und das Abfühlen des Ungleichgewichts der Energie, die auf die abfühlenden Dioden 344, 346 einfällt, erzeugt ein Positionsfehlersignal, das an den Meßgeräte-Spulenantrieb 330 gegeben wird, welcher den Spulenstrom variiert, um die Null-Waage wieder in die Nullposition zu bringen. Somit ist der Strom der Meßgeräte-Antriebsspule proportional zu dem gemessenen Probengewicht. Um optimale Leistung zu erreichen, müssen jegliche äußere Kräfte, die auf die Null-Waage 300 wirken, ausgeschaltet oder kompensiert werden, um Fehler in dem gemessenen Gewicht zu beseitigen oder zu minimieren.
Die 4 und 5 veranschaulichen beispielhafte Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der der Ofen 104 ein Infrarotofen ist, der Quarzhalogenlampen verwendet. Vier rohrförmige Quarzhalogenlampen 510 (5) bestrahlen einen Siliziumcarbidzylinder 420, der in einem Quarzrohr 430 eingeschlossen ist. Eine wassergekühlte Reflektoranordnung 440 umgibt die vier Lampen 510 und das Quarzrohr 430, um die Strahlung, die von den Lampen 510 ausgesendet worden ist, zur Außenfläche des Siliziumcarbidzylinders 420 zu leiten. Die Strahlung heizt den Siliziumcarbidzylinder 420, der wiederum die Probe (nicht gezeigt), die Probenpfanne 450 und die Thermokopplungsscheibe 460 heizt, die sich innerhalb des Siliziumcarbidzylinders 420 befinden. Siliziumcarbid wurde gewählt, da es in der Lage ist, hohen Temperaturen zu widerstehen, denen es in einem TGA begegnet, eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, das die Gleichförmigkeit der Temperatur verbessert, und ein hohes Emissionsvermögen hat, so daß es in effizienter Weise heizt. Ein unteres Ende 422 des Siliziumcarbidzylinders ist geschlossen, mit Ausnahme eines kleinen Loches 424 für einen Halt einer Thermokopplungsscheibe 460, während das obere Ende 426 des Zylinders 420 offen ist, um zu erlauben, daß die Probenpfanne 450 in den Ofen 104 eintritt.
Die Temperatur innerhalb des Zylinders 420 wird von einer Thermokopplung (nicht gezeigt) gemessen, die an die Thermokopplungsscheibe 460 geschweißt ist, die nahezu denselben Durchmesser hat, wie die Innenseite des Siliziumcarbidzylinders 420 und sich unmittelbar unterhalb der Probenpfanne 450 befindet. Diese Ausgestaltung führt zu verbesserter Gleichförmigkeit in der Temperatur, was dabei hilft, die Temperaturgradienten in dem Bereich der Probenpfanne 450 zu verringern, was die Unterschiede in der Gasdichte innerhalb dieses Bereiches verkleinert und somit die Gaszirkulation durch natürliche Konvektion vermindert, welche Wiegefehler hervorrufen kann. Sie begrenzt auch die effektive Größe des Ofens 104 unmittelbar um die Probenpfanne 450 herum und darunter, um das Umströmen von Gas zu beschränken, das aus Dichtedifferenzen herrührt, hervorgerufen durch die Nichtgleichförmigkeit der Temperatur innerhalb des Ofens 104.
Spülgas tritt in den Ofen 104 über ein Einlaßrohr 470 ein, strömt durch das Loch 428 der vertikalen Wand des Siliziumcarbidzylinders 420. Das Spülgas strömt über die Probe in der Probenpfanne 450 und tritt durch ein zweites Loch 429 durch die vertikale Wand des Siliziumcarbidzylinders 420 aus, das sich diametral gegenüberliegend dem ersten Loch 428 befindet. Das Spülgas tritt aus dem Ofen 104 über das Austrittsrohr 480 aus. Typische Spülgase umfassen trockene Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Helium, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.
Da die Strömung des Spülgases vom Einlaß 470 zum Auslaß 480 orthogonal zu der Schwerkraft ist, hat es eine minimale Wirkung auf die Gewichtsmessung. Somit wird erkannt werden, daß ein Ofen mit diesem Aufbau stark die Kräfte der Gasströmung verringern werden, welche auf die Probenpfanne 450 wirken, seien die Strömungen nun vom Spülgas oder ein Ergebnis aus Dichteunterschieden aufgrund der Temperaturvariation innerhalb des Ofens.
5 ist ein horizontaler Querschnitt durch die Ofenanordnung entlang der Mittellinie von Einlaßrohr 470 für das Spülgas und Auslaßrohr 480. Das Quarzrohr 430 befindet sich in der Mitte eines Reflektors 440 und ist von vier rohrförmigen Quarzhalogenlampen 510 umgeben, die mit gleichem Abstand von dem Quarzrohr und voneinander angeordnet sind. Ein Hohlraum 541 des Reflektors, welcher die reflektierende Fläche ist, wird durch den Schnitt von vier elliptischen Zylindern gebildet. Jeder Zylinder ist derart angeordnet, daß einer seiner Brennpunkte mit der Mittellinie des Quarzrohrs übereinstimmt und sein anderer Brennpunkt mit der Mittellinie der Lampe innerhalb des Zylinders übereinstimmt. Auf diese Weise wird der Hauptanteil der Strahlung, der von den Lampen ausgesendet wird, in Richtung auf den Siliziumcarbidzylinder in der Mitte des Quarzrohres gerichtet.
6 veranschaulicht weitere Einzelheiten einer Null-Waagenkammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Null-Waage 300 mit einem Pfannenhalter 114 ist in Form eines Abhängefilaments ist in einer temperaturgesteuerten Waagenkammer 102, wie in 6 gezeigt, angeordnet. Wie in 1 gezeigt ist die Waagenkammer 102 oberhalb des Ofens 104 angebracht. Bevorzugt ist bei der Waagenkammer 102 die Temperatur genau oberhalb Umgebungstemperatur gesteuert, und sie ist thermisch von ihrer Umgebung isoliert, insbesondere von dem Ofen 104, der unterhalb angeordnet ist. Die thermische Isolation der Waagenkammer 102 wird erreicht, indem eine thermische Isolierung, welche die Kammer umgibt (nicht gezeigt) und Strukturhalter 610 und 612, die einen hohen thermischen Widerstand haben, wobei sie hohe Steifigkeit besitzen, verwendet wird. Die thermische Isolation der Waagenkammer 102 vom Ofen 104 wird zusätzlich erreicht, indem die aktiv gekühlte Platte 118 unter die Waagenkammer 102 gebracht wird. Das Abhängefilament 114 verläuft durch die wassergekühlte Platte 118. Die wassergekühlte Platte 118 hält ein dünnwandiges metallisches Rohr 620 und ein System von Hitzeschilden 630, die an der Unterseite des Rohrs 620 befestigt sind. Das metallische Rohr 620 schirmt das Abhängefilament 114 ab. Die wassergekühlte Platte 118, das dünne metallische Rohr 620 und die Hitzeschilde 630 sind geerdet, um das Entladen statischer Ladungen zu vereinfachen.
Im Betrieb wird der Ofen 104 abgesenkt, um eine Probe zu laden. Wenn der Ofen 104 angehoben wird, um ein Experiment laufen zu lassen, schließt er gegen die wassergekühlte Platte 118 ab. Die Hitzeschilde 630, die an dem dünnen metallischen Rohr 620 befestigt sind, treten in den Ofen 104 ein und befinden sich oberhalb des offenen Endes 426 des Siliziumcarbidzylinders 420, wenn der Ofen 104 voll angehoben ist. Auf diese Weise ist die Waagenkammer 102 thermisch von dem Ofen 104 isoliert.
Die Null-Waage 300 enthält eine im wesentlichen geringe Menge hygroskopischen Materials (so wie polymeren Materials und Klebmittel), und die Waagenkammer 102 wird mit trockenem Gas gespült, um die Höhe der Feuchtigkeitsabsorption zu verringern. Um die Ansammlung statischer Ladung zu beseitigen, sind der Waagenbalken 310 und das Abhängefilament 114 vollständig aus Metall hergestellt und sind durch einen feinen Eichfederdraht (nicht gezeigt) elektrisch geerdet, so daß statische Ladungen leicht zur Erde abgeleitet werden.
Um bei dem TGA Gewichtsmessungen mit hoher Präzision zu erhalten, müssen Korrekturen des Auftriebs an dem gemessenen Gewicht vorgenommen werden. Die Korrektur des Auftriebs basiert auf dem Archimedischen Prinzip, daß eine auftreibende Kraft auf einen eingetauchten Körper wirkt, die gleich dem Gewicht des verdrängten Fluides ist. Da die Temperatur des Gases innerhalb des Ofens 104 (und somit seine Dichte) sich während eines Experimentes ändern, ändert sich die Auftriebskraft. Die Gasdichte nimmt mit zunehmender Temperatur ab, so daß die Auftriebskraft abnimmt und ein erscheinender Gewichtszuwachs beobachtet wird. Zwei Komponenten der Auftriebskraft können eingeschlossen sein, wobei die eine der Vorrichtung zuzuschreiben ist und die andere der Probe zuzuschreiben ist. Die Vorrichtungskomponente hat ein im wesentlichen konstantes Volumen, wobei Änderungen im Volumen aufgrund der thermischen Expansion vernachlässigt werden, und umfaßt die Probenpfanne 450 und einen Teil des Pfannenabhängefilaments 114. Die Probenkomponente hat aufgrund des Gewichtsverlustes ein variables Volumen. Die Gleichungen A und B für die Auftriebskorrektur basieren auf dem Idealen Gasgesetz (Gleichung C) und nehmen an, daß der Gasdruck konstant ist. Somit ist die Gasdichte umgekehrt proportional zu der absoluten Temperatur des Gases.
Auftriebskraft-Korrektur der Vorrichtung
Auftriebskraft-Korrektur der Probe
Gasdichte-Gleichung (Ideales Gasgesetz)

ρ = p / RT [Gleichung C]

Die Gasdichte-Gleichung wird verwendet, um die Dichten zu berechnen, die in den Auftriebskraftgleichungen für Vorrichtung und Probe verwendet werden, oder es können Tabellendaten eingesetzt werden. Die korrigierte Gewichtsmessung wird dann bestimmt, indem von dem gemessenen Probengewicht sowohl die Auftriebsfaktoren der Vorrichtung als auch Probe abgezogen werden.
Korrigierte Gewichtsmessung

m = m_s – b_s – b_a [Gleichung D]

Folgende Definitionen werden für die obigen Gleichungen zur Verfügung gestellt:

b_a: – Auftriebskorrektur der Vorrichtung für die Gewichtsmessung
V_a: – Volumen der Vorrichtung, der Pfanne und eines Teiles des Pfannenabhängefilaments
ρ_t: – Dichte des Gases, wenn das Pfannengewicht austariert ist
T_t: – Absoluttemperatur des Gases, wenn das Pfannengewicht austariert ist
T: – Absoluttemperatur des Gases während des Experiments
b_s: – Auftriebskorrektur der Probe für die Gewichtsmessung
V_i: – Volumen der Probe, wenn das Startgewicht der Probe gemessen wird
m_s: – gemessenes Probengewicht (anfängliche Pfannenmasse ist tariert)
m_i: – anfängliches Probengewicht
ρ_i: – Dichte des Gases, wenn das anfängliche Probengewicht gemessen wird
T_i: – Absoluttemperatur des Gases, wenn das anfängliche Probengewicht gemessen wird
p: – Atmosphärendruck (zu 101.300 Pa angenommen)
R: – spezifische Gaskonstante

Auftriebskorrekturen für Probe und Pfanne werden bei der Gewichtsmessung mit dem TGA angewendet, indem die gemessene Temperatur verwendet wird, um die Auftriebskraft zu berechnen, die von der Gewichtsmessung abgezogen wird. Gewichtsverlagerungen treten in der Anlaufphase auf, da sich das Gas in dem Ofen 104 schneller erhitzt als die Probenpfanne 450, die Probe und die Thermokopplungsscheibe 460. Somit tritt eine unproportional große Auftriebskraft bei geringerer Temperatur auf, die durch die Auftriebskorrektur nicht richtig kompensiert wird. Eine Temperaturkorrektur kann bei der gemessenen Temperatur angewendet werden, um den anfänglichen Gewichtszuwachs zu verringern. Wenn angenommen wird, daß die Temperatur des Gases nahe dem des Siliziumcarbidzylinders 420 ist und daß der Wärmeaustausch zwischen der Wärmekopplungsscheibe 460 und dem Zylinder 420 hauptsächlich durch diffuse Graustrahlung geschieht, dann kann ein einfacher Ausdruck für den Zylinder 420 und die Gastemperatur für die Temperaturkorrektur verwendet werden.
Temperaturkorrektur
Die folgenden Definitionen werden für die obige Gleichung zur Verfügung gestellt:

T_m: – gemessene absolute Temperatur (T_m mit einem Punkt gibt eine Zeitableitung an, d. h. dT_m/dt, wobei t die Zeit darstellt)
T: – absolute Temperatur des Zylinders
K_m: – empirischer Wärmeaustauschkoeffizient

Wenn die Temperaturkorrektur verwendet wird, wird der oben berechnete Wert von T gegen die Temperatur in den Auftriebskorrekturgleichungen ausgetauscht; ansonsten wird die Temperatur, die von der Thermokopplung gemessen wird, ohne die Korrektur verwendet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Algorithmen, die auf den obigen Gleichungen A–E oder deren mathematischen Äquivalenten basieren, durch einen Prozessor 108 durchgeführt, um richtig das Probengewicht und die Probentemperatur zu berechnen. Der Ausdruck ”mathematische Äquivalente” bezieht sich auf Gleichungen oder Algorithmen, die so arbeiten, daß sie dasselbe Ergebnis erzeugen, basierend auf einer gegebenen Eingabe und Variablen. Somit würde ein Algorithmus, der das mathematische Äquivalent der Gleichung D oben ist, sein: a) Aufsummieren der Auftriebskorrekturfaktoren b_a und b_s, b) Subtrahieren des Ergebnisses von dem gemessenen Probengewicht m_s, um m zu erhalten, mit anderen Worten m = m_s – (b_s + b_a).
7 ist ein Ablaufdiagramm, das beispielhafte Schritte und Eingaben zeigt, welche in ein Verfahren zum Korrigieren der Gewichtsmessung bei einem TGA bezüglich Auftriebswirkungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einbezogen werden. Bevorzugt ist die elektronische Steuereinheit 108 so ausgestaltet, daß sie die Korrekturschritte für die Gewichtsmessung bei dem TGA durchführt, die in 7 aufgezeichnet sind. Temperatur und Auftriebskorrekturen, die in den Schritten 714, 716, 718 und 722 durchgeführt werden, basieren auf den Gleichungen E, B, A bzw. D oder ihren mathematischen Äquivalenten. Die Eingaben 710, 720 sind die gemessene Temperatur von einer Thermokopplung, die sich innerhalb des Siliziumcarbidzylinders unterhalb der Probenpfanne befindet, bzw. das Probengewicht, das von der Null-Waage gemessen wird. Die Ausgabe 730 ist das gemessene Gewicht, das bezüglich der Auftriebseffekte korrigiert ist.
Im Schritt 712 wird die gemessene Temperatur T_m, die zum Eingang 710 geliefert wird, unkorrigiert gelassen, wobei in diesem Fall das Verfahren sich zu den Schritten 716 und 718 bewegt, die hiernach beschrieben werden. Als Alternative, wenn festgestellt wird, daß die gemessene Temperatur T_m korrigiert werden soll, bewegt sich das Verfahren zum Schritt 714, in dem die Temperaturkorrektur, wie oben in Gleichung E beschrieben, angewendet wird, und anschließend wird der korrigierte Temperaturwert als der Parameter T für die Auftriebskorrekturoperationen geliefert, die in den Schritten 716 und 718 durchgeführt werden.
Die Schritte 716 und 718 empfangen als Temperatureingabe entweder den Wert T_m, der direkt von der Eingabe 710 geliefert wird, durch den Schritt 712, oder den Wert T, der von dem Schritt 714 geliefert wird. Zusätzlich zu einer Temperatureingabe wird das gemessene Gewicht m_s vom Eingang 720 zu der Auftriebskorrekturberechnung für die Probe gegeben, die im Schritt 716 durchgeführt wird, die, zusammen mit der Gastemperatur T (entweder das berechnete T aus dem Schritt 714 oder T_m aus der Eingabe 710) verwendet wird, um die Probenauftriebskraft b_s zu berechnen. Die Gastemperatur T (wobei das berechnete T aus dem Schritt 714 oder T_m aus der Eingabe 710 verwendet wird) ist die einzige Eingabe, die verwendet wird, um im Schritt 718 die Auftriebskorrektur b_a der Vorrichtung zu berechnen.
Im Schritt 722 werden Korrekturfaktoren, wenn es sie denn gibt, bei dem gemessenen Probengewicht m_s angewendet, um das korrigierte Probengewicht m zu bestimmen. In dem Beispiel, das in 7 veranschaulicht ist, werden die Auftriebskräfte b_s und b_a von Probe und Vorrichtung jeweils von dem Probengewicht im Schritt 722 subtrahiert, um das auftriebskorrigierte Gewicht m zu ergeben, das als Ausgabe 730 geliefert wird. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jedoch kann der Benutzer des TGA wählen, b_s allein, b_a allein oder keine der Auftriebskorrekturen beim Bestimmen von m anzuwenden.
Zusätzlich kann der Benutzer auch auf Basis einer einzelnen Probe auswählen, ob er die Gastemperaturkorrektur der Gleichung E anwendet. Das experimentelle Verfahren, das in 7 umrissen ist, kann für irgendeine Anzahl von Temperaturmessungen wiederholt werden, und kann programmiert werden, um einem bestimmten Temperaturprofil zu folgen (einem bestimmten Protokoll einschließlich eines Temperaturbereichs oder eines Satzes von Temperaturbereichen für das Heizen der Probe, für Heizgeschwindigkeiten oder Geschwindigkeiten entsprechend den Temperaturbereichen, Haltetemperaturen und Haltezeiten, wenn sie vorliegen, usw.). Auf diese Weise kann ein auftriebskorrigiertes Probengewicht bestimmt und als eine Funktion der Temperatur über irgendeinen gewünschten zugreifbaren Temperaturbereich und ein Temperaturprofil gespeichert werden.
8 zeigt das Ergebnis einer dynamischen Gewichts-Basislinie für ein TGA, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, mit und ohne die hierin beschriebene Auftriebskorrektur. Das TGA wurde zwischen 50°C und 1.200°C mit 20°C/min mit eingebauter leerer Pfanne erhitzt. Das mit 810 bezeichnete Ergebnis zeigt das sich ergebende Gewichtsignal in Mikrogramm ohne die Auftriebskorrektur. Vom Grundsatz her sollte während dieses Experiments der Gewichtszuwachs vernachlässigbar sein. Jedoch gibt es zwei wesentliche Gewichtszuwächse in Kurve 810 zu bemerken. Zunächst, beim Einleiten des Heizens von der Starttemperatur 50°C nimmt das Gewicht fast unmittelbar um ungefähr 3 μg zu. Ist der Anlauf-Auftriebseffekt, der das Ergebnis dessen ist, daß sich das Gas innerhalb des Ofens schneller aufheizt als die Pfanne und die Thermokopplung. Der zweite Effekt ist die schrittweise Zunahme im Gewicht über den Rest des Experiments. Beide Effekte sind das Ergebnis der verringerten Auftriebskraft, die auf die Pfanne wirkt, wenn die Gastemperatur ansteigt. Insgesamt gibt es einen offensichtlichen Gewichtszuwachs von 17,4 μg. Diese Größe des Gewichtszuwachses kann demgemäß so betrachtet werden, daß es hauptsächlich ein Artefakt der TGA-Messung und nicht irgendein wahrer Gewichtszuwachs der Probe ist. Das mit 820 markierte Ergebnis ist die auftriebskorrigierte dynamische Basislinie, die gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben bestimmt worden ist. Der plötzliche Gewichtszuwachs zu Beginn ist stark verringert, während der gesamte auftretende Gewichtszuwachs durch die Anwendung der Auftriebskorrektur auf 4,5 μg verringert ist. Somit ist der große Hauptanteil der Artefakte für den Gewichtszuwachs der Probe beseitigt. Zusätzlich, da Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dazu dienen, Artefakte zu verringern, so wie Temperaturfluktuationen der Waagenkammer, Aufbauen statischer Ladung und Konvektionsströme bei Probe und Ofen, wobei jede von diesen unvorhersagbare Änderungen im auftretenden Probengewicht hervorrufen kann, wenn TGA-Messungen mit angewendeten Auftriebs- und Temperaturkorrekturen aufgezeichnet werden, liefern sich die ergebenden dynamisch korrigierten Kurven viele reproduzierbare Ergebnisse für irgendeine gegebenen Probe. Zusätzlich wird weniger Variation bei den TGA-Messungen zwischen den Messungen gesehen, die bei unterschiedlichen Instrumenten ausgeführt werden, welche die Ausführungsformen der oben offenbarten vorliegenden Erfindung benutzen.
Die voranstehende Offenbarung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist für die Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt worden. Sie ist nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die präzisen offenbarten Formen beschränkend gedacht. Viele Variationen und Modifikationen der hier beschriebenen Ausführungsformen werden einem Durchschnittsfachmann im Lichte der obigen Offenbarung deutlich. Der Umfang der Erfindung soll nur durch die hieran angehängten Ansprüche und durch ihre Äquivalente definiert sein.

Claims

Thermogravimetrisches Analysegerät, das aufweist: (a) eine Waage (300); (b) eine Pfanne (450) zum Halten einer Probe; (c) ein Filament (112, 114), das die Pfanne mit der Waage verbindet; (d) einen Ofen (104), um die Probe zu heizen; (e) ein dünnes metallisches Rohr, welches das Filament umgibt und daran befestigte Hitzeschilde hat; und (f) eine Einrichtung zum Berechnen eines korrigierten Gewichtes (m) einschließlich einer Einrichtung zum Messen eines Gewichtes der Probe (m_s) und einer Einrichtung zum Berechnen eines Auftriebsfaktors, wobei die Einrichtung zum Berechnen eines Auftriebsfaktors das Berechnen eines Auftriebsfaktors für die Probe (b_s) entsprechend
umfaßt.
Thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Berechnen des korrigierten Gewichtes das Berechnen des korrigierten Gewichtes gemäß: m = m_s – b_s umfaßt.
Thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Berechnen des Auftriebsfaktors das Berechnen eines Auftriebsfaktors für die Pfanne und das Filament (b_a) gemäß:
umfaßt.
Thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 3, bei dem die Einrichtung zum Berechnen des korrigierten Gewichtes das Berechnen des korrigierten Gewichtes gemäß m = m_s – b_s – b_a umfaßt.
Thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 1, bei dem der Ofen (104) ein vertikaler Ofen ist.
Thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 23, bei dem die Waage eine Null-Waage (300) ist.
Thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 6, bei dem die Null-Waage (300) einen Waagenarm (310), der so ausgestaltet ist, daß er die Pfanne hält, ein Antriebssystem (330), das so ausgestaltet ist, daß es Kraft auf den Waagenarm ausübt, einen Verlagerungssensor (342, 344, 346, 348, 349), der so ausgestaltet ist, daß er die Verlagerung des Waagenarms erfaßt, und eine Steuereinrichtung, die so ausgestaltet ist, daß sie das Antriebssystem betreibt, um den Waagenarm in einem Gleichgewicht zu halten, aufweist.
Thermogravimetrisches Analysegerät nach Anspruch 7, bei dem die Einrichtung zum Messen des Gewichtes der Probe das Messen der Kraft, die von dem Antriebssystem ausgeübt wird, um den Waagenarm im Gleichgewicht zu halten, aufweist.
Verfahren zum Berechnen eines Gewichts einer Probe in einem thermogravimetrischen Analysegerät, welches eine Waage in einer Waagenkammer, eine Pfanne zum Halten einer Probe, ein Filament, welches die Pfanne mit der Waage verbindet, einen Ofen, um die Probe zu heizen, und eine aktiv gekühlte Platte (118), die sich zwischen der Waagenkammer (102) und dem Ofen (104) befindet, aufweist, wobei das Verfahren aufweist: (a) den Schritt des Messens des Gewichtes der Probe m_s; (b) den Schritt des Berechnens eines Auftriebsfaktors, der das Berechnen eines Auftriebsfaktors für die Probe (b_s) gemäß:
umfaßt; und (c) den Schritt des Berechnens eines korrigierten Gewichtes basierend auf dem Auftriebsfaktor.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt (c) das Berechnen des korrigierten Gewichtes basierend auf dem Auftriebsfaktor gemäß: m = m_s – b_s aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt (b) weiter das Berechnen eines Auftriebsfaktors für die Pfanne und das Filamant (b_a) gemäß:
aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt (c) das Berechnen des korrigierten Gewichtes basierend auf dem Auftriebsfaktor gemäß: m = m_s – b_s – b_a aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt (b) weiter das Kompensieren der niedrigen Temperatur beim Anlaufen aufweist, indem T basierend auf einer gemessenen Temperatur T_m gemäß:
ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt (b) das Berechnen des Auftriebsfaktors aufweist und weiter das Kompensieren der niedrigen Temperatur beim Anlaufen aufweist, indem T, basierend auf einer gemessenen Temperatur T_m gemäß:
ersetzt wird:
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt (b) weiter das Kompensieren bei niedrigen Temperaturen beim Anlaufen durch Ersetzen von T basierend auf einer gemessenen Temperatur T_m entsprechend
aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Ofen ein vertikaler Ofen ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Waage eine Null-Waage ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Null-Waage einen Waagenarm, der so ausgestaltet ist, daß er die Pfanne hält, ein Antriebssystem, das so ausgestaltet ist, daß sie Kraft auf den Waagenarm ausübt, einen Verlagerungssensor, der so ausgestaltet ist, daß er die Verlagerung des Waagenarms erfaßt, und eine Steuereinrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie das Antriebssystem betreibt, um den Waagenarm in einem Gleichgewicht zu halten, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt (a) das Messen der Kraft, die von dem Antriebssystem angelegt wird, um den Waagenarm im Gleichgewicht zu halten, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, weiter mit dem Spülen der Waagenkammer mit einem trockenen Gas.