DE69730699T2

DE69730699T2 - Differentialabtastkalorimeter

Info

Publication number: DE69730699T2
Application number: DE69730699T
Authority: DE
Inventors: L. Robert DANLEY; R. John READER; W. John SCHAEFER
Original assignee: TA Instruments Inc
Current assignee: TA Instruments Inc
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: EP0883801A4; EP0883801B1; US5842788A; JP2000503407A; WO1998020314A2; WO1998020314A3; DE69730699D1; EP0883801A2

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht eine Priorität, basierend auf der U.S. Provisional Patent Application mit der Anmeldenummer 60/032,051, welche am 01. November 1996 eingereicht wurde.
HINTERGRUND Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kalorimeter, welche unterschiedliche Wärmeströme abtasten, und auf Temperatursensoren, die in solchen Kalorimetern verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Kalorimeter, welche unterschiedliche Wärmeströme abtasten, (DSCs: Differential Scanning Calorimeters/Differentialabtastkaloriemeter) sind in dem US-Patent mit der Nummer 5,224,775 beschrieben. Wärmestrom-DSCs messen Temperaturunterschiede innerhalb des DSC, welche proportional zu dem Wärmestrom zu der Probe sind. Die Temperaturunterschiede werden bei Verwendung von Temperatursensoren an der Probenposition und an der Referenzposition gemessen. Die Temperaturunterschiede werden derart kalibriert, dass der Wärmestrom zu der Probe gemessen werden kann, wenn die Proben- und Referenzwerkstoffe dynamisch geregelten Temperaturänderungen ausgesetzt werden. Aufzeichnungen (Plots) des Probenwärmestroms als eine Funktion der Temperatur stellen Informationen zur Verfügung, welche physikalische Umwandlungen (Transformationen), die in dem Probenwerkstoff auftreten, betreffen.
Der Sensoraufbau in Wärmestrom-DSCs umfasst Temperatursensoren, welche auf einer Tragstruktur montiert sind, die in einem Ofen montiert ist, welcher eine Quelle oder eine Senke für die Wärme ist, welche in den Sensoraufbau hinein (oder auf diesem heraus) strömt. Der Probentemperatur-Sensor und der Referenztemperatur-Sensor werden an die Proben- und Referenzpositionen der Tragstruktur angeschlossen. Der Probentemperatur-Sensor misst eine Temperatur, welche repräsentativ für die Temperatur der Probe ist, und das Temperaturdifferenz-Signal wird durch Messen der Differenz zwischen den Signalen der Proben- und der Referenztemperatur erzielt. Der Probentemperatur-Sensor wird derart kalibriert, dass er weitgehend der tatsächlichen Probentemperatur entspricht, und der Unterschiedstemperatur-Sensor (Differential-Temperatur-Sensor) wird derart kalibriert, dass er ein genaues Maß des Wärmestroms zur der Probe (und von dieser weg) zur Verfügung stellt.
Der gemessene Temperaturunterschied wird durch die Wärmeströmung zwischen dem Ofen und der Probe und der Referenz über die Tragstruktur erzeugt. Somit ist der gemessene Temperaturunterschied zwischen der Probenposition und der Referenzposition von der Geometrie der Tragstruktur abhängig, und von der Wärmeleitfähigkeit/der Wärmeleitzahl des Werkstoffs, aus welchem die Tragstruktur aufgebaut ist.
Im Prinzip kann jeder Typ von Temperatursensoren oder Differential-Temperatur-Sensoren in einem DSC verwendet werden. Die gewöhnlichsten Typen der Temperatursensoren, welche in Wärmestrom-DSCs verwendet werden, sind Thermoelemente/Thermoelementenpaare, Thermosäulen (Thermopiles) und Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs: Resistant Temperature Detectors). Thermoelemente und Thermosäulen erzeugen eine Spannung, welche von der Temperatur der Verbindung/Lötstelle abhängt. Durch Verwendung von Kalibrierungstabellen kann die Temperatur der Verbindung zwischen thermoelektrisch verschiedenen Werkstoffen aus einer Messung der Spannung bestimmt werden. Die Spannung wird jedoch zunehmend kleiner, wenn die Temperatur sich vermindert, was die Empfindlichkeit (Sensitivität) der Thermoelement-Temperatursensoren bei niedrigeren Temperaturen vermindert.
Weil der elektrische Widerstand von einem Leiter von der Temperatur des Leiters abhängig ist, messen RTDs die Temperatur durch Messen des Widerstands eines Leiters und durch Verwenden von geeigneter Kalibrierungsverfahren und -tabellen, um die Temperatur des Leiters aus seinem Widerstand zu berechnen. Der am meisten verbreitete verwendete Typ von RTDs sind Platin-RTDs. Für Platin-RTDs nimmt der Widerstand des Platins mit fallender Temperatur ab. Wenn ein bekannter elektrischer Strom durch den Platin-RTD hindurchgeleitet wird, ist die daraus resultierende Spannung, welche über den Anschlüssen des RTDs auftritt, ein Maß der Temperatur des RTD. Die Ausgabespannung des RTD ist direkt proportional zu dem angelegten Strom, so dass das Vergrößern des Stromes das RTD-Signal vergrößert, was hohe Ströme wünschenswert macht.
Wegen der Variation der Spannungsausgabe des Temperatursensors als eine Funktion der Temperatur und der Variation der Wärmeleitfähigkeit der Tragstruktur als eine Funktion der Temperatur, variiert die Spannungsausgabe eines herkömmlichen DSC-Sensors mit der Temperatur beträchtlich. Typischerweise fällt die Spannungsausgabe eines Sensors mit differentialthermischer Analyse unterhalb der Umgebungstemperatur rapide ab. Ferner ist, weil Umwandlungen, welche bei niedrigen Temperaturen auftreten, im allgemeinen wirklich schwach sind, die Erfassung von Umwandlungen bei niedriger Temperatur besonders schwierig, wenn die Temperatur abnimmt.
Das dynamische Ansprechen eines Sensors für ein DSC ist ein Parameter, welcher beschreibt, wie schnell der Sensor auf eine Änderung in dem Wärmestrom reagiert. Sensoren mit einem schnellen dynamischen Ansprechen sind aus drei Gründen wünschenswert. Zunächst, wenn der Sensor ein langsames Ansprechen aufweist, wird die gemessene Temperatur hinter der tatsächlichen Temperatur zurückbleiben. Zweitens wird, wenn zwei Umwandlungen bei Temperaturen auftreten, welche in dichter Nähe zueinander liegen, die Überlappung der zwei Umwandlungen größer sein, wenn der Sensor ein langsames Ansprechverhalten aufweist. Drittens wird bei der modulierten DSC^®-Technik (MDSC^®), welche in dem US-Patent mit der Nummer 5,224,775 beschrieben ist, die Probentemperatur durch die Kombination einer linearen Temperaturrampe und einer überlagerten periodischen Temperaturveränderung geregelt. Wenn Sensoren mit einem langsamen dynamischen Reaktionsverhalten verwendet werden, um MDSC-Messungen auszuführen, können die Auswahlmöglichkeiten der Rampenrate und der Periode der Temperaturmodulation durch das langsame dynamische Ansprechen des Sensors beschränkt werden.
Bei herkömmlichen DSCs weisen die kalorimetrische Sensitivität und das dynamische Ansprechen eine umgekehrte Abhängigkeit auf: das Vergrößern der kalorimetrischen Sensitivität vermindert das dynamische Ansprechen und umgekehrt. Dies liegt daran, dass das schnelle dynamische Ansprechen durch Vergrößern der Rate, mit welcher Wärme zwischen dem Ofen und der Probe und der Referenz übertragen werden kann, erzielt wird. Die Rate des Wärmeübergangs zwischen dem Ofen und der Probe und der Referenz ist abhängig von dem thermischen Widerstand der Tragstruktur: das Zerkleinern des thermischen Widerstands der Tragstruktur vergrößert die Rate der Wärmeübertragung zu und von dem Signal und der Referenz und vermindert die gemessene Temperaturdifferenz zwischen der Probe und der Referenz und somit das gemessene Signal für einen gegebenen Wärmestrom.
Der Fluss eines elektrischen Stromes durch einen Leiter erzeugt Wärme, welche gleich dem Produkt aus dem Widerstand des Leiters und dem Quadrat des Stromes ist. Die Wärme, welche innerhalb des Widerstandselements eines RTD durch diesen Mechanismus erzeugt wird, verursacht Temperaturmessungsfehler, weil die erzeugte Wärme die Temperatur des Elements vergrößert, was zu einer Messung einer hohen Temperatur führt. Dies ist als der „Selbstaufheizungsfehler" bekannt. Die Größe des resultierenden Fehlers hängt davon ab, wie viel Wärme erzeugt wird und wie gut die Wärme dissipiert werden kann, was wiederum davon abhängt, wie der RTD aufgebaut und montiert ist. Wegen der Ungewissheit, welche durch diese Faktoren eingeführt wird, sah der herkömmliche Ansatz so aus, dass die RTD-Ströme so niedrig wie möglich gehalten wurden, während eine ausreichend hohe RTD-Ausgabe beibehalten wurde.
RTD-Sensoren lassen sich im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilen, kabelgebundene RTDs und Dünnfilm-RTDs. Kabelgebundene RTDs verwenden einen feinen Platindraht, welcher auf einen elektrisch isolierenden Träger als der Widerstand gebunden wird. Der Widerstand wird in eine elektrisch isolierende röhrenförmige Umhüllung eingefügt. Der Platindraht weist einen begrenzten thermischen Kontakt mit dem Träger und wiederum mit der Umhüllung auf. Daher kann Wärme, welche in dem Draht erzeugt wird, nicht leicht an die Umgebung des RTD dissipiert werden. Daher können Selbstaufheizungsfehler wirklich groß werden, wenn der RTD-Strom nicht sehr niedrig gehalten wird. Zusätzlich dazu kann die RTD-Umhüllung eine begrenzte Fähigkeit aufweisen, Wärme an ihre Umgebung abzugeben. Wenn zum Beispiel der RTD in stagnierendem Gas untergetaucht wird, wird die Wärmedissipation beschränkt sein. Diese begrenzte Fähigkeit, Wärme an die Umgebung des RTD zu dissipieren, beschränkt den RTD-Strom weiter auf niedrige Werte.
Dünnfilm-RTDs umfassen einen dünnen Film aus Platin, welcher in einem schlangenförmigen Muster auf einem elektrisch isolierenden Substrat abgeschieden ist. Der Platin-Widerstand ist mit einem Dielektrikum, zum Beispiel einer Glas- oder Aluminiumoxidschicht, bedeckt, um ihn vor physikalischem Schaden zu schützen. Weil der Widerstand als ein Dünnfilm vorliegt, welcher direkt auf das Substrat abgeschieden ist, wird der thermische Widerstand zwischen dem Widerstand (Resistor) und der Umhüllung eliminiert, und die Temperatur des Widerstands und seiner Umhüllung wird im wesentlichen identisch sein. Somit wird eine Quelle des Selbstaufheizungsfehlers entfernt. Das Problem der Dissipation der Wärme von der RTD-Umhüllung an ihre Umgebung liegt jedoch immer noch vor und kann zu Selbstaufheizungsfehlern führen.
EP-A-0 498 063 lehrt einen elektrischen Strom an die Proben- und Referenzwiderstände derart anzulegen, dass die Probe und die Referenz auf derselben Temperatur gehalten werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Differentialabtastkalorimeter (auch Differentialrasterkalorimeter, engl.:Differential Scanning Calorimeter), welches eine konstante kalorimetrische Empfindlichkeit (Sensitivität) aufweist. Die vorliegende Erfindung verwendet zwei RTD-Sensoren, deren Strom als eine Funktion der Temperatur derart variiert wird, dass die Amplitude des Signals, welches durch das RTD produziert wird, konstant ist, bei einem gegebenen Wärmestrom, über dem gesamten Bereich der Betriebstemperaturen des DSC. Der DSC-Sensor der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar von Platin-Dünnfilm-Widerständen (Resistoren), welche durch ein elektrisch isolierendes Substrat getragen werden. Einer der Dünnfilm-Platin-Widerstände misst die Temperatur des Probenbereichs des Trägers, und der andere Dünnfilm-Widerstand misst die Temperatur des Referenzbereichs des Trägers. Die Amplitude des Messstroms für jedes RTD wird basierend auf der Temperatur von diesem RTD ausgewählt.
Die Spannung über dem Dünnfilm-Widerstand der Probe ist ein Maß der Temperatur der Probe, und der Unterschied zwischen den Spannungen über den Dünnfilm-Widerständen der Probe und der Referenz ist ein Maß des Differentialwärmestromes (Differenzwärmestroms) zu der Probe. Weil die Dünnfilm-Platin-Widerstände ein integraler Bestandteil des Trägers sind, und weil die Temperatur des Trägers der Parameter ist, welcher tatsächlich gemessen wird, gibt es keinen Messfehler aufgrund von Wärmeerzeugung in den Platin-Widerständen, und der Messstrom kann frei ausgewählt werden. Somit kann der Strom, welcher an den Sensor angelegt wird, variiert werden, entsprechend der Temperatur des Sensors, um die Änderungen in der kalorimetrischen Empfindlichkeit aufgrund von Änderungen in dem Widerstand des Messelements und Änderungen in der thermischen Leitfähigkeit des Tragmittels auszugleichen. Ein Differentialabtastkalorimeter, welches in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ausgeführt ist, wird daher eine kalorimetrische Empfindlichkeit aufweisen, die über den Bereich der Betriebstemperaturen konstant ist.
Wie in der 1 gezeigt ist, wird der Dünnfilm-RTD der vorliegenden Erfindung durch Abscheiden eines schlangenartigen (serpentinenförmigen) Dünnfilms aus Platin auf einem elektrisch isolierenden Substrat hergestellt. Der Platin-Dünnfilm ist mit einer Schutzschicht aus einem dielektrischen Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminiumoxid oder Glas, abgedeckt. Weil das Widerstandselement ein integraler Teil des Substrats ist, auf welches es abgeschieden worden ist, wird der thermische Widerstand zwischen dem Messelement und den Proben- oder Referenzpositionen auf dem Substrat, dessen Temperatur gemessen werden soll, eliminiert.
Es wird jedoch immer noch ein thermischer Widerstand zwischen dem Objekt – der Probe oder der Referenz -, welches vermessen werden soll, und dem Sensor-Substrat existieren. In der vorliegenden Erfindung gibt es keinen Selbstaufheizungsfehler beim Messen der Temperatur des Substrats, ungeachtet des Stromes, welcher an den Sensor angelegt wird. Somit wird die Substrattemperatur innerhalb des normalen Betriebstemperaturbereiches des Sensors korrekt gemessen.
Die Platin-Dünnfilm-Widerstände werden auf keramische Substrate aufgetragen, weil die keramischen Substrate elektrische Isolatoren sind, über einem weiten Bereich von Temperaturen arbeiten und leicht an die Dünnfilm-Bearbeitung angepasst werden. Die Temperaturleitfähigkeit/das thermische Diffusionsvermögen von Keramiken variiert über einen weiten Bereich, von der hohen Wärmeleitfähigkeit von Berylliumoxid-Keramik zu der niedrigen thermischen Leitfähigkeit von Zirkondioxid. Durch Auswählen des keramischen Substrats können Sensoren mit einem sehr schnellen dynamischen Ansprechen (und einer niedrigen kalorimetrischen Empfindlichkeit) oder mit einem viel langsameren dynamischen Ansprechen (und einer großen kalorimetrischen Empfindlichkeit) versehen werden.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Differentialabtastkalorimeter darzustellen, bei Verwendung von Dünnfilm-Platin-RTD-Sensoren, welche eine konstante kalorimetrische Empfindlichkeit aufweisen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Dünnfilm-RTD-DSC-Sensoren darzustellen, in welchen der Anregungsstrom/Ansteuerungsstrom in Übereinstimmung mit der Temperatur des Objektes (die Probe oder Referenz), welches vermessen werden soll, zu variieren, so dass die kalorimetrische Empfindlichkeit des Sensors konstant ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Differentialabtastkalorimeter darzustellen, welches ein dynamisches Ansprechverhalten aufweist, welches hoch, niedrig oder mittel sein kann, in Abhängigkeit des ausgewählten Sensorssubstrats.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die 1 ist eine schematische Darstellung, welche den Aufbau eines scheibenförmigen Differentialabtastkalorimeter-Sensors, der RTD-Temperatur-Sensoren verwendet, für eine Verwendung in einem Differentialabtastkalorimeter-System mit konstanter kalorimetrischer Empfindlichkeit zeigt.
Die 2 ist eine Funktionsblockübersicht eines Differentialabtastkalorimeters mit konstanter kalorimetrischen Empfindlichkeit.
Die 3 ist eine schematische Darstellung, welche den Aufbau eines scheibenförmigen Differentialabtastkalorimeters zeigt, welches getrennte RTD-Sensoren verwendet, die an der Scheibe montiert sind.
Die 4 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau eines Differentialabtastkalorimeter-Sensors mit zwei Tragarmen zeigt, welcher RTD-Temperatursensoren verwendet, zur Verwendung in einem Differentialabtastkalorimeter-System mit einer konstanten kalorimetrischen Empfindlichkeit.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung eines scheibenförmigen RTD-Differentialabtastkalorimeter-Sensors zur Verwendung in einem DSC-System mit konstanter kalorimetrischer Empfindlichkeit. Die 1 ist eine Unteransicht eines scheibenförmigen Substrats 11. Die Proben- und Referenzwerkstoffe sind auf der oberen Oberfläche des Substrats positioniert. In dieser ersten vorzuziehenden Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 11 eine polykristalline Keramikscheibe, zum Beispiel eine Aluminiumoxid-, Aluminiumnitrid-, Berylliumoxid-, Zirkonoxid- oder andere Keramikscheibe. Andere Werkstoffe, welche elektrische Isolatoren sind, die gewünschte thermische Leitfähigkeit aufweisen und für Dünnfilm-Verarbeitung geeignet sind, wie zum Beispiel monokristalline Keramiken, zum Beispiel Saphir- oder amorphe Werkstoffe, das heißt Gläser, wie zum Beispiel Quarzglas, können ebenso verwendet werden. Der spezifische Werkstoff für das Substrat wird basierend auf dem gewünschten dynamischen thermischen Ansprechverhalten des Kalorimeters und jeglichen anderen Werkstoffcharakteristiken, welche wünschenswert sind, wie zum Beispiel die Korrosionswiderstandsfähigkeit, ausgewählt.
Der Proben-Platin-Widerstands-Temperatursensor 12 und der Referenz-Platin-Widerstands-Temperatursensor 13 werden auf das keramische scheibenförmige Substrat in einem schlangenartigen Muster abgeschieden, bei Verwendung von zum Beispiel einem physikalischen Dampfabscheidungsverfahren, wie zum Beispiel HF-Sputtern oder Elektronenstrahl-Verdampfung. Die schlangenartigen Muster werden derart angeordnet, dass sie einen Bereich der keramischen Scheibe unterhalb der Proben- und Referenzbereiche abdecken. Ein Messstrom wird an den Proben-RTD 12 über die Leitungsdrähte 14 und 18 angelegt. Auf ähnliche Art und Weise wird ein Messstrom an den Referenz-RTD 13 über die Leitungsdrähte 15 und 18 angelegt. Der Leitungsdraht 18 wird an den gemeinsamen Anschluss der RTDs angeschlossen und wird geerdet. Der Leitungsdraht 14 wird an den Anschluss des Proben-RTD 12 angeschlossen, und der Leitungsdraht 15 wird an den Anschluss des Referenz-RTD 13 angeschlossen. Spannungsmessleitungen 16 und 17 werden an die Anschlüsse von jedem RTD an demselben Punkt wie die Stromleitungen 14 und 15 angeschlossen.
Die Spannung, welche die Temperatur des Probenbereichs des Substrats repräsentiert, wird zwischen den Leitungsdrähten 16 und 18 gemessen. Die Spannung, welche die Temperatur des Referenzbereichs der Scheibe repräsentiert, wird zwischen den Leitungsdrähten 17 und 18 gemessen. Die Spannung, welche die Temperaturdifferenz zwischen der Probe und der Referenz (und damit den Wärmestrom zu der Probe) repräsentiert, tritt zwischen den Leitungsdrähten 16 und 17 auf. Das Substrat 11 wird an dem Ofen des DSC an dem Umfang 19 des Substrats 11 montiert. In der vorzuziehenden Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die RTDs vor physikalischem Schaden durch Abscheiden einer Schicht eines Dielektrikums, wie zum Beispiel Glas oder Aluminiumoxid, über den RTDs und einem Bereich des umgebenden Substrats geschützt.
Die 2 ist ein Funktionsblockdiagramm, welches zeigt, wie der DSC-Sensor, der schematisch in der 1 gezeigt ist, in das DSC mit konstanter kalorimetrischer Empfindlichkeit der vorliegenden Erfindung eingebunden wird. Der Proben-RTD 12 empfängt einen Messstrom aus der gesteuerten Stromquelle 32 über die Leitungsdrähte 14 und 18. Auf ähnliche Art und Weise empfängt der Referenz-RTD 13 einen Messstrom aus der gesteuerten Stromquelle 38 über die Leitungsdrähte 15 und 18. Die Proben-RTD-Ausgabespannung wird dem Probentemperaturverstärker 33 über den Leitungsdraht 16 zugeführt. Die verstärkte Probenspannung wird der Probentemperatur-Berechnungsfunktion 35 zugeführt. Die Probentemperatur-Berechnungsfunktion 35 verwendet die Ausgabe der Probenstromfunktion 39 und die verstärkte Probenspannung, um den Proben-RTD-Widerstand zu berechnen. Der Proben-RTD-Widerstand wird dann verwendet, um die Probentemperatur zu berechnen, bei Verwenden der modifizierten Callender-VanDusen-Gleichung. Die modifizierte Callender-VanDusen-Gleichung beschreibt die Temperatur eines Platin-RTD als eine Funktion des Widerstands. Die Probentemperatur wird der Probenstrom-Funktion 39 zugeführt, welche den notwendigen Strom bestimmt, der dem Proben-RTD durch die Spannungsquelle 32 zugeführt werden muss, um die konstante kalorimetrische Empfindlichkeit zur Verfügung zu stellen.
Die Referenz-RTD-Ausgabe wird dem Referenztemperatur-Verstärker 34 über den Leitungsdraht 17 zugeführt. Die verstärkte Referenzspannung wird der Referenztemperatur-Berechnung 37 zugeführt, welche die Ausgabe aus der Referenzstrom-Funktion 36 und die verstärkte Referenzspannung verwendet, um die Referenztemperatur zu berechnen, bei Verwendung der modifizierten Callender-VanDusen-Gleichung. Die Referenztemperatur wird der Referenzstrom-Funktion 36 zugeführt, welche den notwendigen Strom bestimmt, der dem Referenz-RTD durch die Spannungsquelle 38 zugeführt werden muss, um die konstante kalorimetrische Empfindlichkeit zu erreichen.
Die Proben-RTD-Spannung und die Referenz-RTD-Spannung werden ebenso dem Verstärker 41 zugeführt. Die Ausgabe des Verstärkers 41 ist proportional zu der Temperaturdifferenz zwischen den Proben- und Referenz-RTDs, welche wiederum proportional zu dem Differentialwärmestrom zu der und von der Probe mit Bezug auf die Wärmeströmung zu der und von der Referenz ist. Die Ausgabe des Differentialtemperatur-Verstärkers/Differenztemperatur-Verstärkers und die Probentemperatur werden der Wärmestrom-Berechnung 40 zugeführt, welche den Probenwärmestrom berechnet. Eine Kalibrierungsroutine, welche Standardproben verwendet, wird verwendet, um die Wärmestrom-Berechnungsfunktion zu bestimmen. Somit werden die gewünschte Ausgabe von dem DSC, der Probenwärmestrom und die Probentemperatur erzielt.
Die Kalibrierung des RTD-DSC-Sensors für einen Betrieb in einem DSC-System mit konstanter kalorimetrischer Empfindlichkeit besteht aus drei getrennten Verfahren:
1) Korrektur von inhärenten Ungleichgewichten zwischen den Proben- und Referenzseiten des Sensors; 2) die Bestimmung der Funktion des Stromes in Abhängigkeit der Temperatur, welche die konstante kalorimetrische Empfindlichkeit ergibt; und 3) die Kalibrierung des Probenwärmestroms.
Ungleichgewichtskorrigierung
Wenn ein DSC-Sensor hergestellt wird, wird es kleine Ungleichgewichte zwischen den Proben- und Referenzseiten des Sensors geben. Diese Unterschiede können in zwei Kategorien eingeteilt werden: Solche aufgrund von Unterschieden in den RTD-Sensoren selbst und solche, welche aufgrund von Unterschieden in der Struktur des Trägers vorhanden sind. Obwohl die RTD-Sensoren in ihrer Ausführung genau getroffen werden, werden kleine Unterschiede im Widerstand (im allgemeinen) immer noch existieren. Diese Unterschiede können abhängig von der Temperatur sein. Während der Herstellung können die RTDs mit Laser beschnitten (Laser-getrimmt) werden, um den Widerstand auf den Nominalwert zu korrigieren, aber verbleibende Unterschiede werden im allgemeinen immer noch existieren. Die Struktur, welche die Sensoren trägt, bildet den Weg für die Wärme, um zu der Probe und der Referenz und von diesen hinweg zu strömen, was zu der gemessenen Temperaturdifferenz führt. Primär wegen Variationen in den Abmessungen der Struktur kann die Verteilung der Masse und des thermischen Widerstands der Wärmeströmungswege der Probe und der Referenz leicht unterschiedlich sein, so dass der Sensor unausgeglichen sein wird. Das Ergebnis von diesen zwei Quellen der Imbalance (Unausgeglichenheit) zusammengenommen können durch leeres Betreiben des DSC gesehen werden (ohne jegliche Proben-, Referenzwerkstoffe oder Pfannen (Pans)). Dieser Betrieb sollte zu keinen Temperaturunterschieden und einem Nullwärmestrom führen. Alle Differentialabtastkalorimeter-Sensoren leiden an einer Kombination von diesen zwei Imbalancen bis zu einem gewissen Grad, und eine Korrigierung der Nullwärmestrom-Linie ist notwendig.
Die Kalibrierung der Nullwärmestrom-Linie für das DSC der vorliegenden Erfindung besteht aus Durchführen einer Wärmestromabtastung, ohne Proben oder Pfannen, die in dem Kalorimeter installiert sind, mit einem konstanten Erregungsstrom von 1 mA, welcher durch beides, die RTDs von Probe und Referenz fließt. Die resultierende Spannung, welche am Ausgang des Differenzverstärkers auftritt, ist ein Maß der Imbalance zwischen den RTDs und der Imbalance zwischen den Proben- und Referenzseiten der Struktur. Um die Imbalance zu korrigieren, wird der Quotient aus der Ausgangsspannung und dem RTD-Widerstand genommen, was einen Strom ergibt. Der resultierende Strom, welcher der Ungleichgewichtsstrom genannt werden kann, wird an die 1 mA Erregungsströme angelegt, durch Subtrahieren der Hälfte des Ungleichgewichtsstroms von dem 1 mA Strom für die Probenseite und durch Addieren der Hälfte des Ungleichgewichtsstroms zu dem 1 mA Strom für die Referenzseite (man beachte, dass das Vorzeichen des Ungleichgewichts in dieser Berechnung beinhaltet ist). Die resultierenden Ströme werden gespeichert und sind die Ströme, welche die DSC-Nullwärmestrom-Linie korrigieren.
Anregungsstrombestimmung
Der variable Erregungsstrom, welcher die konstante kalorimetrische Empfindlichkeit (Volt/Watt) gibt, wird bestimmt durch Betreiben einer Saphir-Probe von 25 mg, bei Verwenden der Basiserregungsströme, welche in dem vorhergehenden Schritt bestimmt wurden. Die Saphir-Probe wird genau gewogen und in eine Probenpfanne geladen. Eine Referenzpfanne wird ausgewählt, welche in ihrer Ausführung die Probenpfanne sehr genau trifft. Eine Abtastung wird über dem Temperaturbereich ausgeführt, welcher von Interesse ist, und das Wärmestrom-Spannungssignal, die Probentemperatur und die Heizrate (das heißt die Ableitung der Probentemperatur mit Bezug auf die Zeit) werden aufgenommen und gespeichert. Der erwartete Wärmestrom zu der Saphir-Probe wird als eine Funktion der Probentemperatur berechnet, aus der Probentemperatur und der Aufheizrate, bei Verwendung der bekannten Wärmekapazität von einem Saphir als eine Funktion der Temperatur. Der Quotient aus der Ausgangsspannung und dem berechneten Probenwärmestrom wird berechnet. Dies ist das Kalorimeter-Wärmestromsignal mit Nullwärmestrom-Korrektur. Das Kalorimeter-Wärmestromsignal wird dann durch die gewünschte Empfindlichkeit, in Volt/Watt, geteilt, um zu einer dimensionslosen Größe zu gelangen, welche dann mit den Null-korrigierten Erregungsströmen für beides, Probe und die Referenz, multipliziert wird, um die Erregungsströme für die konstante kalorimetrische Empfindlichkeit zur Verfügung zu stellen.
Die Auswahl der gewünschten Empfindlichkeit ist nicht eine willkürliche Auswahl, weil das Vergrößern der Empfindlichkeit gewöhnlich zu vergrößerten Rauschpegeln führt. Somit hängt die Auswahl der Empfindlichkeit von dem Pegel des Rauschens ab, welcher toleriert werden kann. Selbstverständlich beschränken hohe Rauschpegel ultimativ die Instrumentenempfindlichkeit, weil dann schwache thermische Ereignisse nicht von dem Rauschen unterschieden werden können. Diese Ströme werden durch die Proben-Stromfunktion 39 und die Referenz-Stromfunktion 36 implementiert.
Proben-Wärmestrom-Kalibrierung
Die Wärmestrom-Kalibrierung wird mit einer Probe mit einer gut gekennzeichneten physikalischen Transformation ausgeführt, zum Beispiel dem Schmelzen von einem Metall, wie zum Beispiel Indium, was in dem Temperaturbereich auftritt, welcher für nachfolgende Experimente interessant ist. Eine Probe wird genau gewogen und in eine Pfanne geladen und in dem Kalorimeter installiert, eine dicht übereinstimmende leere Pfanne wird auf der Referenzposition des Kalorimeters installiert. Eine Aufheizabtastung wird mit einer Aufheizrate durchgeführt, welche gleich der Rate ist, die in nachfolgenden Experimenten verwendet werden wird. Die Enthalpie der Umwandlung wird durch die Integration des Spitzenbereichs gemessen und mit bekannten Werten verglichen. Das Verhältnis des gemessenen zu dem Standardwert wird als ein Multiplikator verwendet, um die Ausgabe für nachfolgende Experimente zu skalieren.
Die Kalibrierung der Probentemperatur wird auf die normale Art und Weise ausgeführt, bei Verwendung einer Reihe von Standards/Normalteilen, welche gut gekennzeichnete Umwandlungen aufweisen, um die Probentemperatur zu korrigieren, bei Verwenden einer Kurve, welche an die Differenzen zwischen den gemessenen und korrigierten Temperaturen für die Umwandlung angepasst ist.
Eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung, welche ein alternatives Metallscheiben-Differentialabtastkalorimeter verwendet, ist schematisch in der 3 gezeigt. Die 3 ist eine Ansicht von unten eines Sensoraufbaus, in Richtung nach oben auf die Unterseite der metallischen Scheibe. Die Proben- und Referenzpfannen werden auf der entgegengesetzten (oberen) Seite der Scheibe positioniert.
Der Proben-RTD 62 wird dicht gegen die metallische Scheibe 61 durch die Klammer (Clip) 64 gehalten, welcher) an die Scheibe 61 auf eine herkömmliche Art und Weise angeschlossen ist, zum Beispiel durch Schweißen. Auf ähnliche Art und Weise wird der Referenz-RTD 63 dicht gegen die Scheibe 61 durch die Klammer 65 gehalten, welche auf ähnliche Art und Weise an die Scheibe 61 angeschlossen ist. Die RTDs sind kommerziell erhältliche Dünnfilm-RTDs, welche auf einem AL₂O₃-Substrat abgeschieden worden sind, zum Beispiel das Hy-Cal-Model EI-700, welches von Hy-Cal Sensing Products, EI Monte, CA erhältlich ist.
Der Proben-RTD und der Referenz-RTD stehen in einem engen Kontakt mit der Scheibe und sind direkt unterhalb der Proben- und der Referenzposition angeordnet. Die RTDs messen somit die Temperatur des Proben- und Referenzbereiches des Sensors, die jeweils ein Maß der Proben- und Referenztemperaturen sind.
Der Sensoraufbau wird mit dem Umfang 70 der metallischen Scheibe 61 an dem DSC-Ofen montiert. Leitungsdrähte 66 und 68, von jeweils den Proben- und Referenz-RTDs, weisen jeweils ein Paar von angeschlossenen Verlängerungsdrähten (nicht in der 3 gezeigt) auf. Für jeden RTD wird einer der Verlängerungsdrähte als die Spannungsquellenleitung verwendet, und der andere Verlängerungsdraht wird als die Spannungserfassungsleitung verwendet. Die verbleibenden Leitungsdrähte, Leitungsdraht 67 auf dem Proben-RTD und Leitungsdraht 69 auf dem Referenz-RTD, weisen ebenso jeder ein Paar von angeschlossenen Verlängerungsdrähten (nicht gezeigt) auf. Einer der Verlängerungsdrähte für jeden der RTDs wird angeschlossen an Masse verwendet, und der andere wird verwendet, um die Spannung zu messen, die über dem RTD auftritt. Die Verlängerungsdrähte werden an das DSC-System, welches in der 2 gezeigt ist, angeschlossen, ähnlich zu den Leitungsdrähten des Sensoraufbaus, welcher in der 1 gezeigt ist.
Obwohl das Dünnfilm-RTD-Element nicht direkt auf die Scheibe abgeschieden worden ist, wie in der ersten Ausführung, sind Temperaturmessungsfehler aufgrund von Joulescher Aufheizung des RTD relativ klein, weil die Scheibe, an welche die RTDs angeschlossen sind, ein relativ guter Wärmeleiter ist. Zum Beispiel kann das Dünnfilm-RTD Hy-Cal-Model EL-700 verwendet werden, welches auf der Seite A10 des Hy-Cal-Sommerkatalogs 1996 gezeigt ist. Mit einem Erfassungsstrom von 2,3 mA beträgt der Temperaturanstieg des RTD (mit Bezug auf die Oberflächentemperatur) nur 0,02° C. Dieser Temperaturanstieg führt nur zu sehr kleinen Fehlern, welche weiter minimiert werden, wenn die Temperaturkalibrierungsverfahren verwendet werden, die oben beschrieben wurden. Ebenso ist der Anregungsstrom von 2,3 mA mehr als doppelt so groß wie der maximale Anregungsstrom von 1 mA, welcher für diesen Sensor in Anwendungen für allgemeine Zwecke empfohlen wird. Die Scheibe in diesem Sensoraufbau ist metallisch, und sie ist ein guter thermischer Leiter, wie oben beschrieben worden ist.
Eine weitere vorzuziehende Ausführung eines DSC-Sensors zur Verwendung in einem DSC mit konstanter Empfindlichkeit ist in der 4 dargestellt. Die Tragstruktur 81 besteht aus einem Paar von Tragarmen 82 und 83 und aus einer Basis 84. Die Tragarme sind im Hinblick auf die Basisstruktur symmetrisch und formen Träger für die Probe und die Referenz. Der Tragarm 82 ist der Probentragarm und weist einen Dünnfilm-RTD 85 auf, welcher auf derselben Seite des Tragarms abgeschieden ist wie die Basis. Die Probenpfanne (nicht gezeigt) ist auf der entgegengesetzten Seite des Tragarms von dem RTD angeordnet, direkt entgegengesetzt zu dem RTD. Der Tragarm 83 ist der Referenztragarm und weist ein Dünnfilm-RTD 36 auf, welcher auf derselben Seite des Tragarms abgeschieden ist wie die Basis. Die Referenzpfanne (nicht gezeigt) ist auf der entgegengesetzten Seite des Tragarms von dem RTD positioniert, direkt entgegengesetzt zu dem RTD.
Ein Paar von Leitungsdrähten ist an jedes Ende von beiden RTDs angeschlossen. Der Leitungsdraht 87 des Proben-RTD führt den Erregungsstrom zu dem Proben-RTD zu, und der Leitungsdraht 88 ist an Masse angeschlossen. Die Leitungsdrähte 89 und 90 sind die Spannungserfassungsleitungen, die Spannung, welche den RTD-Widerstand repräsentiert (und damit seine Temperatur) wird zwischen den Leitungen 89 und 90 erfasst. Der Leitungsdraht 90 ist an Masse angeschlossen. Der Leitungsdraht 91 des Referenz-RTD führt Erregungsstrom zu dem Referenz-RTD zu, und der Leitungsdraht 92 ist an Masse angeschlossen. Die Leitungsdrähte 93 und 94 sind die Spannungserfassungsleitungen. Die Spannung, welche den RTD-Widerstand (und damit seine Temperatur) repräsentiert, wird zwischen den Leitungen 93 und 94 gemessen. Der Leitungsdraht 94 ist an Masse angeschlossen.
Um diesen Sensor in dem DSC-System mit konstanter kalorimetrischer Empfindlichkeit, welches in der 2 beschrieben ist, anzuwenden, entspricht der Leitungsdraht 87 dem Leitungsdraht 14 in der 2, 90 entspricht 16, 91 entspricht 15, 93 entspricht 17 und 88, 90, 92 und 94 entsprechen alle 18.
Die vorhergehende Offenbarung von Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung vorgestellt worden. Sie ist nicht dazu vorgesehen, erschöpfend oder beschränkend für die Erfindung zu sein, auf die genaue Formen, welche offenbart wurden. Viele Variationen und Modifikationen der Ausführungen, welche hierin beschrieben wurden, werden für den Fachmann im Lichte der obigen Offenbarung offensichtlich sein. Der Schutzumfang der Erfindung soll nun durch die Ansprüche, welche hier beigefügt sind, und durch ihre Äquivalente definiert werden.

Claims

Ein Erfassungssystem für ein Differentialabtastkalorimeter, umfassend: (a) ein elektrisch isolierendes Substrat; (b) einen Proben-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor, welcher einen Proben-Ausgang aufweist, der in einem Probenbereich auf dem elektrisch isolierenden Substrat montiert ist; (c) einen Referenz-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor, welcher einen Referenz-Ausgang aufweist, der in einem Referenzbereich auf dem elektrisch isolierenden Substrat montiert ist; (d) ein Proben-Strommittel zum Zurverfügungstellen eines Probenstromes zum Produzieren einer Proben-Ausgangsspannung über dem Proben-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor und ein Referenz-Strommittel zum Zurverfügungstellen eines Referenzstromes zum Produzieren einer Referenz-Ausgangsspannung über den Referenz-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor; (e) einen Probentemperatur-Verstärker zum Verstärken der Proben-Ausgangsspannung und einen Referenztemperatur-Verstärker zum Verstärken der Referenz-Ausgangsspannung; (f) ein Probentemperatur-Berechnungsfunktionsmittel zum Berechnen einer Temperatur für den Probenbereich; (g) ein Referenztemperatur-Berechnungsfunktionsmittel zum Berechnen einer Temperatur für den Referenzbereich; (h) ein Mittel zum Bestimmen der Amplitude des Probenstromes und ein Mittel zum Bestimmen der Amplitude des Referenzstromes; (i) ein Mittel zum Verstärken der Differenzen zwischen der Temperatur des Probenbereichs und der Temperatur des Referenzbereiches; und (j) ein Mittel zum Berechnen eines Difterentialwärmestroms zu der Probe im Hinblick auf die Referenz aus der verstärkten Differenz zwischen der Temperatur des Probenbereichs und der Temperatur des Referenzbereichs, wobei, während der Verwendung des Systems, die Amplitude des Proben-Stroms und die Amplitude des Referenz-Stroms derart ausgewählt werden, dass das Kalorimeter eine konstante kalorimetrische Empfindlichkeit über einem gewünschten Temperaturbereich aufweist.
Ein Erfassungssystem für ein Differentialabtastkalorimeter, umfassend: (a) eine metallische Scheibe; (b) einen Proben-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor, der in einem Probenbereich der metallischen Scheibe montiert ist; (c) einen Referenz-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor, der in einem Referenzbereich der metallischen Scheibe montiert ist; (d) ein Probenstrom-Mittel zum Produzieren eines Proben-Erfassungsstromes für den Proben-Sensor und ein Referenz-Strommittel zum Produzieren eines Erfassungsstroms für den Referenz-Sensor, wobei das gesagte Probenstrom-Mittel eine Probenausgang-Spannung produziert und das gesagte Referenzstrom-Mittel eine Referenzausgang-Spannung produziert; (e) ein Probentemperatur-Verstärker zum Verstärken der Probenausgang-Spannung und einen Referenztemperatur-Verstärker zum Verstärken der Referenzausgang-Spannung; (f) ein Probentemperatur-Berechnungsfunktionsmittel zum Berechnen einer Temperatur für den Probenbereich; (g) ein Referenztemperatur-Berechnungsfunktionsmittel zum Berechnen einer Temperatur für den Referenzbereich; (h) ein Mittel zum Bestimmen der Amplitude des Proben-Erfassungsstroms und der Amplitude des Referenz-Erfassungs-Stroms derart, dass während der Verwendung des Systems das Kalorimeter eine konstante kalorimetrische Empfindlichkeit über einem gewünschten Temperaturbereich zur Verfügung stellt; (i) ein Mittel zum Bestimmen und Verstärken der Differenz zwischen der Temperatur des Probenbereichs und der Temperatur des Referenzbereichs; und (j) ein Mittel zum Berechnen der Amplitude des Differentialwärmestroms zu der Probe im Hinblick auf die Referenz aus der verstärkten Differenz zwischen der Temperatur des Probenbereichs und der Temperatur des Referenzbereichs.
Ein Erfassungssystem gemäß Anspruch 1, wobei das elektrisch isolierende Substrat ein symmetrisches Paar von Tragarmen und eine Basis umfasst.
Ein Erfassungssystem gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei das elektrisch isolierende Substrat eine polykristalline keramische Scheibe ist.
Ein Erfassungssystem gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei das elektrisch isolierende Substrat eine Scheibe ist, die aus einem amorphen Werkstoff hergestellt ist.
Ein Erfassungssystem gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei die Proben- und Referenz-Dünnfilm-Proben-Detektoren Platin-Dünnfilm-Widerstände sind.
Ein Erfassungssystem gemäß Anspruch 6, wobei die Platin-Dünnfilme auf dem isolierenden Substrat vorzugsweise in einem schlangenförmigen Muster abgeschieden sind.
Ein Erfassungssystem gemäß Anspruch 1, 4, 5, 6 oder 7 und ferner umfassend eine Schicht aus einem dielektrischen Material über dem Proben-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor und eine Schicht aus einem dielektrischen Material über dem Referenz-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor.
Ein Erfassungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektoren durch einen Clip gegen die Metallscheibe gehalten werden.
Ein Erfassungssystem gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Temperatur des Probenbereichs und die Temperatur des Referenzbereichs bei Verwendung der modifizierten Callender-VanDusen-Gleichung bestimmt werden.
Ein Erfassungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, und ferner umfassend eine Probenpfanne, die auf der Seite des Substrats oder der Scheibe positioniert ist, die dem Proben-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor entgegengesetzt ist, und eine Referenzpfanne, die auf der Seite des Substrats oder der Scheibe positioniert ist, die dem Referenz-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor entgegengesetzt ist.
Ein Verfahren zum Messen des Differential-Wärmestroms zu einer Probe im Hinblick auf eine Referenz, umfassend: (a) das Vorsehen eines Proben-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensors, welcher auf einem Probenbereich auf einer ersten Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats abgeschieden ist, und eines Referenz-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensors, welcher auf einem Referenzbereich auf der ersten Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats abgeschieden ist, b) das Positionieren einer Probe in einer Probenpfanne und einer Referenzpfanne auf einer Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats, die entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats ist; c) das Zurverfügungstellen eines Proben-Erfassungsstromes zu dem Proben-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor, wobei der gesagte Proben-Erfassungsstrom eine Probenausgang-Spannung über dem Proben-Widerstands-Detektor produziert, und das Zurverfügungstellen eines Referenz-Erfassungsstromes zu dem Referenz-Dünnfilm-Temperatur-Detektor, wobei der gesagte Referenz-Erfassungsstrom eine Referenzausgang-Spannung über dem Referenz-Widerstands-Detektor produziert; d) das Messen der Amplitude der Probenausgang-Spannung und das Messen der Amplitude der Referenzausgang-Spannung; e) das Bestimmen der Amplitude des Probenerfassungs-Stroms und der Amplitude des Referenzerfassungs-Stroms derart, dass das Kalorimeter eine konstante Empfindlichkeit über einem gewünschten Temperaturbereich zur Verfügung stellt; f) das Berechnen der Temperatur des Probenbereichs und der Temperatur des Referenzbereiches aus der Amplitude der Probenausgang-Spannung und der Amplitude der Referenzausgang-Spannung; g) das Verstärken der Differenz zwischen der Temperatur des Probenbereichs und der Temperatur des Referenzbereichs; und h) das Berechnen eines Differentialwärmestroms zu der Probe im Hinblick auf die Referenz aus der verstärkten Differenz zwischen der Temperatur des Probenbereichs und der Temperatur des Referenzbereichs.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 12, ferner umfassend das Kalibrieren einer Nulldifferentialwärmestrom-Linie durch Ausführen einer Wärmestromabtastung vor dem Positionieren der Probenpfanne und der Referenz auf der Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrats.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13 und ferner umfassend das Berechnen eines Proben-Basiserregungsstromes und eines Referenz-Basiserregungsstromes.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 14, umfassend das Bestimmen der Erregungsströme, welche eine konstante kalorimetrische Empfindlichkeit zur Verfügung stellen werden, durch Ausführen einer Abtastung einer Saphir-Referenz über den Temperaturbereich, welcher von Interesse ist, bei Verwenden des Proben-Basiserregungsstroms und des Referenz-Basiserregungsstroms.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 15, ferner umfassend das Berechnen des Wärmestroms zu der Saphir-Probe als eine Funktion der Probentemperatur, wobei die bekannte Wärmekapazität des Saphirs verwendet wird.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 16 und ferner umfassend das Berechnen des Quotienten der Probenausgangs-Spannung zu dem berechneten Wärmestrom zu der Saphir-Probe.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 17 und ferner umfassend das Erzielen der Erregungsströme, welche für ein konstante kalorimetrische Empfindlichkeit erforderlich sind, durch Dividieren des Quotienten der Probenausgang-Spannung zu dem berechneten Wärmestrom zu der Saphir-Probe durch die gewünschte kalorimetrische Empfindlichkeit.
Ein Differentialabtastkalorimeter, welches ein Erfassungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
Ein Kalorimeter, welches ein Erfassungssystem gemäß Anspruch 4 oder gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, 10 oder 11, wenn diese an Anspruch 4 angehängt werden, umfasst, wobei das elektrisch isolierende keramische Substrat ausgewählt ist aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Beryllium und Zirkonium, und das Substrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei der Proben-Dünnfilm-Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor auf der unteren Oberfläche des elektrisch isolierenden keramischen Substrats abgeschieden ist und der Referenz-Dünnfilm- Widerstands-Temperatur-Detektor-Sensor auf der unteren Oberfläche des elektrisch isolierenden keramischen Substrats abgeschieden ist.
Ein Differentialabtastkalorimeter, gemäß Anspruch 20, wobei das keramische Substrat eine so hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, dass das Differentialabtastkalorimeter ein relativ schnelles dynamisches Ansprechen aufweist.
Ein Differentialabtastkalorimeter gemäß Anspruch 20, wobei das keramische Substrat eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweist, so dass das Differentialabtastkalorimeter eine relativ größere kalorimetrische Empfindlichkeit aufweist.
Ein Differentialabtastkalorimeter gemäß Anspruch 20, 21 oder 22, wobei das keramische Substrat einen Basisbereich aufweist, einen Proben-Tragarmbereich und einen Referenz-Tragarmbereich, und wobei der Proben-Tragarm und der Referenz-Tragarm symmetrisch und in einer Ebene auf jeder Seite des Basisbereichs angeordnet sind.