JP2000206022A - Method for heating sample for temperature-rise desorption method - Google Patents

Method for heating sample for temperature-rise desorption method

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JP2000206022A
JP2000206022A JP610099A JP610099A JP2000206022A JP 2000206022 A JP2000206022 A JP 2000206022A JP 610099 A JP610099 A JP 610099A JP 610099 A JP610099 A JP 610099A JP 2000206022 A JP2000206022 A JP 2000206022A
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Japan
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sample
temperature
output
power supply
heating
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JP610099A
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Japanese (ja)
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Kenji Otaka
憲二 尾高
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating method in which the measuring error of a temperature is removed and in which the measuring accuracy of the temperature is enhanced by a method wherein a sample is heated up to a prescribed maximum temperature and the polarity of an applied voltage is inverted in a point of time when the temperature of the sample is stabilized. SOLUTION: When the arithmetic mean of outputs of two thermocouples is found, an error voltage is offset, only the electromotive force of the thermocouples is left, and the correct temperature of a sample 4 is indicated. Data on a temperature equilibrium region can be obtained in such a way that, e.g. the temperature of the sample 4 is raised in a current direction 1, that a current is changed over to an opposite direction 2 by using a switch 15 when the temperature reaches the temperature equilibrium region, that the outputs of the thermocouples 5 at this time are recorded for a short time and that the difference between the outputs of the thermocouples in the two current directions in the temperature equilibrium region is found. As a result of an experiment, it is found out that the temperature, of the sample, which is found by a value obtained by subtracting ηE from the outputs of the thermocouples in the current direction 1 gives a correct value and that the same result can be obtained even when the temperature of the sample is found on the basis of a value in which the ηE is added to the outputs of the thermocouples in the current direction 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性試料を真空
中で一様な昇温速度で直接通電により加熱する場合に、
試料に取付けた温度測定用の熱電対の出力に対する試料
加熱用電流の影響を除去して、正しい試料温度を測定す
るための試料温度測定方法に関する。
The present invention relates to a method for heating a conductive sample by applying a direct current at a uniform heating rate in a vacuum.
The present invention relates to a sample temperature measuring method for measuring the correct sample temperature by removing the influence of the sample heating current on the output of a thermocouple for temperature measurement attached to the sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】昇温脱離法は、Vacuum誌12巻(196
2年)の203ページ以降(文献1とする)に記載され
ているように、真空中の試料を一様な昇温速度で加熱
し、試料から放出されるガスによる圧力上昇の時間変化
を測定することによって、固体表面におけるガスの吸着
状態を研究するために用いられる。試料表面に吸着して
いるガスは試料の昇温とともに真空中へ脱離するが、そ
の脱離速度(単位時間に試料の単位面積から脱離するガ
ス分子の量)を試料温度に対してプロットすると中高の
山形となる。山の頂上に対応する温度(ピーク温度)
は、そのガスの吸着の強さに応じた脱離の活性化エネル
ギ及び脱離反応の次数によって定まる。
2. Description of the Related Art Thermal desorption is described in Vacuum, Vol.
(2 years) As described on page 203 et seq. (Referred to as Reference 1), a sample in a vacuum is heated at a uniform heating rate, and the time change of the pressure rise due to gas released from the sample is measured. It is used to study the state of gas adsorption on a solid surface. The gas adsorbed on the sample surface desorbs into the vacuum as the temperature of the sample rises. The desorption rate (the amount of gas molecules desorbed from the unit area of the sample per unit time) is plotted against the sample temperature. Then it becomes a middle and high mountain shape. Temperature corresponding to the top of the mountain (peak temperature)
Is determined by the activation energy of desorption according to the strength of adsorption of the gas and the order of the desorption reaction.

【0003】また、山の形状も脱離反応の次数に依存す
る。従って、昇温速度とピーク温度及び山の形状,脱離
ガスの全量等との関係を調べることにより、脱離の活性
化エネルギをはじめとするガスの吸着,脱離に関わる各
種物理量を知ることができる。この昇温脱離法において
信頼性の高いデータを得るためには、試料温度を正確に
測定することが必要である。
[0003] The shape of the peak also depends on the order of the elimination reaction. Therefore, by examining the relationship between the heating rate and the peak temperature, the shape of the mountain, the total amount of desorbed gas, etc., it is possible to know various physical quantities related to gas adsorption and desorption including the activation energy for desorption. Can be. In order to obtain highly reliable data in this thermal desorption method, it is necessary to accurately measure the sample temperature.

【0004】昇温脱離法の試料が導電性を有する場合
は、短冊型の薄板或いは線条形態として直接通電するこ
とによって容易に昇温させることができる。試料温度の
測定には、試料に取付けた熱電対が用いられる。試料温
度の制御は、文献1に記載されるように、試料温度の測
定値を電源及び制御装置にフィードバックして行う。試
料に加熱のための電流を流すと試料に電位勾配が発生
し、熱電対の取付け方によっては2本の素線の間に電位
差を生じる可能性がある。
When the sample of the thermal desorption method has conductivity, the temperature can be easily raised by applying a direct current as a strip-shaped thin plate or a linear form. A thermocouple attached to the sample is used for measuring the temperature of the sample. As described in Document 1, the control of the sample temperature is performed by feeding back the measured value of the sample temperature to the power supply and the control device. When a current for heating is applied to the sample, a potential gradient is generated in the sample, and a potential difference may be generated between the two wires depending on how the thermocouple is attached.

【0005】この電位差は熱電対の出力に重畳されて測
定され、試料温度に対する誤差となる。熱電対の素線と
して直径0.1mm 或いはそれ以下の細いものを用い、十
分に注意して試料表面に取付けられるのであるが、2本
の素線の取付け位置を試料加熱電流の影響が出ないよう
に厳密に制御することは難しく、試料加熱電流の方向に
ごく僅かずれることはどうしても避けられない。熱電対
の出力が数mVから数十mVと小さいために、このわず
かな取付け位置のずれに起因する電位差が温度測定に影
響を与えることとなる。取付け位置の厳密な制御が難し
いことから、試料毎にずれが微妙に変化することとな
り、温度測定誤差も微妙に変化する結果となる。これは
試料毎に温度の測定値が変化することを意味する。
[0005] This potential difference is measured by being superimposed on the output of the thermocouple, and becomes an error with respect to the sample temperature. A thermocouple wire with a diameter of 0.1 mm or less is used and attached with great care to the sample surface. However, the mounting position of the two wires is not affected by the sample heating current. As described above, it is difficult to control precisely, and it is unavoidable that a slight shift in the direction of the sample heating current is inevitable. Since the output of the thermocouple is as small as several mV to several tens mV, the potential difference caused by the slight displacement of the mounting position affects the temperature measurement. Since it is difficult to strictly control the mounting position, the deviation slightly changes for each sample, and the temperature measurement error also slightly changes. This means that the measured value of the temperature changes for each sample.

【0006】熱電対の出力をフィードバックして試料温
度を制御する場合、試料加熱電流の影響を含めた熱電対
の出力が所定の時間変化となるように試料への出力が調
節されるので、熱電対の出力の記録は常に同一の時間変
化を示すこととなり、試料加熱電流の影響を取り出すこ
とはできない。したがって、測定された温度は必ず試料
加熱電流の影響を誤差として含んでいる。
When the temperature of the sample is controlled by feeding back the output of the thermocouple, the output to the sample is adjusted so that the output of the thermocouple including the effect of the sample heating current changes for a predetermined time. The recording of the output of the pair always shows the same time change, and the effect of the sample heating current cannot be taken out. Therefore, the measured temperature always includes the influence of the sample heating current as an error.

【0007】このように従来技術では、試料温度の測定
値には試料加熱電流の影響が誤差として含まれており、
その誤差の大きさが試料毎に異なるため試料の温度測定
の精度及び再現性を損なうという欠点があった。
As described above, in the prior art, the measured value of the sample temperature includes the error of the sample heating current as an error.
Since the magnitude of the error differs for each sample, there is a disadvantage that accuracy and reproducibility of the temperature measurement of the sample are impaired.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、短冊
型の薄板或いは線条形態の導電性試料を真空中で一様な
昇温速度で加熱する場合に、試料温度の測定値に誤差と
して含まれる試料加熱電流の影響を除去し、正確な試料
温度を得ることを可能とする、昇温脱離法のための試料
温度測定方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for heating a strip-shaped thin plate or a strip-shaped conductive sample at a uniform heating rate in a vacuum. An object of the present invention is to provide a sample temperature measuring method for a temperature programmed desorption method, which can remove an influence of a sample heating current included in the method and obtain an accurate sample temperature.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】試料加熱のための電源と
して直流電源を有し、この直流電源からの出力の時間変
化を定めたプログラムを予め記憶させておき、この記憶
に従って試料加熱用の直流電源に対して出力を制御する
信号を発信することのできる制御器を有し、この制御器
からの信号で制御された直流電源の出力によって試料を
昇温することを特徴とする試料加熱装置と、直流電源と
試料との間に電流の極性を反転するスイッチを備え、昇
温脱離試験において試料を所定の最高温度まで加熱して
試料温度が安定した時点で印加電圧の極性を反転するこ
とによって、上記の課題を解決することができる。
A DC power supply is provided as a power supply for heating a sample, and a program defining a time change of an output from the DC power supply is stored in advance, and a DC power supply for heating the sample is stored in accordance with the storage. A sample heating device having a controller capable of transmitting a signal for controlling an output to a power supply, wherein the temperature of the sample is raised by an output of a DC power supply controlled by a signal from the controller; A switch is provided between the DC power supply and the sample to invert the polarity of the current, and the sample is heated to the predetermined maximum temperature in the temperature programmed desorption test and the polarity of the applied voltage is inverted when the sample temperature stabilizes. Thus, the above problem can be solved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の実施例を、図1により説
明する。ステンレス鋼製の真空容器1は、ターボ分子ポ
ンプのような大きなガス負荷に耐えることのできる超高
真空ポンプ2と、ロータリーポンプのような粗引ポンプ
3とで構成される排気装置11によって超高真空に排気
される。真空容器1は表面をバフ研磨及び電界研磨によ
ってほぼ鏡面近くに研磨してガス放出を低減しており、
寸法はおよそφ200×400である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The vacuum vessel 1 made of stainless steel has an ultrahigh vacuum by an exhaust device 11 composed of an ultrahigh vacuum pump 2 capable of withstanding a large gas load such as a turbo molecular pump and a roughing pump 3 such as a rotary pump. Evacuated to vacuum. The vacuum vessel 1 has its surface polished to almost a mirror surface by buff polishing and electric field polishing to reduce gas emission.
The dimensions are approximately 200 x 400.

【0011】超高真空ポンプの排気速度は約0.18m3
-1で、容器を200℃で12時間にわたってベーキン
グ(加熱脱ガス)することによって、10-8Pa台の到
達圧力が得られる。細長い短冊状あるいは線条形態の金
属試料4は電流導入端子12に取付けられて直流電源6
からスイッチ15を介して加熱用の電力を供給され、印
加電圧の極性をスイッチ15により任意に切り替えるこ
とができる。
The pumping speed of the ultra-high vacuum pump is about 0.18 m 3
At s −1 , baking (heating degassing) the vessel at 200 ° C. for 12 hours, to achieve a pressure of the order of 10 −8 Pa. An elongated strip-shaped or linear metal sample 4 is attached to a current introduction terminal 12 and
Is supplied with power for heating via the switch 15, and the polarity of the applied voltage can be arbitrarily switched by the switch 15.

【0012】試料出力制御器7は記憶装置,演算装置及
び直流電圧発生装置から成り、直流電源6から試料4に
対して供給する電圧を制御する。直流電源6は制御装置
と電力出力装置とからなり、制御装置では出力制御器7
からの直流電圧を制御信号として受け取り、この制御直
流電圧が供給されている間は制御直流電圧に対応する電
圧を、電力出力装置から試料4に供給し続けることがで
きる。
The sample output controller 7 comprises a storage device, an arithmetic device and a DC voltage generator, and controls a voltage supplied from the DC power supply 6 to the sample 4. The DC power supply 6 includes a control device and a power output device.
As a control signal, a voltage corresponding to the control DC voltage can be continuously supplied from the power output device to the sample 4 while the control DC voltage is being supplied.

【0013】試料に取付けた熱電対5は電流導入端子1
3を介して記録計10に接続されて、試料温度の時間変
化を記録する。真空容器内部の圧力及びガス成分を測定
するために、真空計8及び四重極質量分析計9が取付け
られており、測定結果が記録計10に記録される。
The thermocouple 5 attached to the sample has a current introduction terminal 1
3 is connected to a recorder 10 to record the time change of the sample temperature. A vacuum gauge 8 and a quadrupole mass spectrometer 9 are attached to measure the pressure and gas components inside the vacuum vessel, and the measurement results are recorded on a recorder 10.

【0014】まず、試料加熱方法について説明する。直
流電源6は外部より0から10Vの直流電圧が印加され
ている間は、その印加電圧に比例して最大出力電圧E
max の0%から100%を出力することができる。出力
制御器7は制御直流電圧として0から10Vの直流電圧
を出力することができ、その出力更新周期Δtはある定
められた値(定数)である。出力制御器7の入力,出力
形態を図2により説明する。
First, a sample heating method will be described. When a DC voltage of 0 to 10 V is applied from the outside, the DC power supply 6 has a maximum output voltage E in proportion to the applied voltage.
0% to 100% of max can be output. The output controller 7 can output a DC voltage of 0 to 10 V as a control DC voltage, and its output update period Δt is a predetermined value (constant). The input and output modes of the output controller 7 will be described with reference to FIG.

【0015】ある時間間隔ti の間に出力制御器7の直
流電圧出力を、ei-1V(0≦ei-1<10)から出力電
圧増分deiVだけ増加させてei-1+deiV(0≦e
i-1+dei≦10)まで増加させるとする。まず出力制
御器7にei-1,ti及びdeを記憶させるのである
が、tとしては出力更新周期Δtの整数倍のみが受
け付けられるように定められている。
During a certain time interval t i , the DC voltage output of the output controller 7 is increased from e i−1 V (0 ≦ e i−1 <10) by an output voltage increment de i V to e i− 1 + de i V (0 ≦ e
i-1 + de i ≤ 10). First, the output controller 7 stores e i−1 , t i, and de i , and t i is set so that only an integral multiple of the output update period Δt is accepted.

【0016】出力制御器7に内蔵の演算装置は、ti
間に出力をa点からe点まで直線的に(太い実線に沿っ
て)変化させるものとして、出力更新周期Δtに対応す
る電圧増分ΔeiVを算出し、出力開始のa点における
出力設定値ei-1Vを用いて、時間間隔tiにおけるΔt
毎のa,b,c点からd及びe点までの出力電圧ei-1
+Δei,ei-1+2Δei ,…,ei(=ei-1+dei
を算出し、直流電圧発生装置によりa点から始めてΔt
毎にe点まで直流電圧を出力する。
The arithmetic unit built in the output controller 7 determines that the output changes linearly (along a thick solid line) from point a to point e during t i , and the voltage corresponding to the output update period Δt Calculate the increment Δe i V and use the output set value e i−1 V at the point a of the output start to calculate Δt at the time interval t i .
Output voltage e i-1 from each of points a, b, and c to points d and e
+ Δe i , e i−1 + 2Δe i ,..., E i (= e i−1 + de i )
Is calculated by the DC voltage generator, starting from point a, Δt
The DC voltage is output up to the point e every time.

【0017】このようにして出力制御器7から電源6に
対して出力される直流電圧の時間変化は図2に破線で示
す通りである。途中のc点からd点の間は図示を省略し
てある。この出力制御器7からの直流電圧を検出して、
直流電源6は電力出力装置より時間間隔ti の間にE
i-1(=Emax×{ei-1+Δei}/10)からEi(=Emax
×ei/10)までの電圧を試料4に対して出力する。
The time change of the DC voltage output from the output controller 7 to the power supply 6 in this manner is as shown by a broken line in FIG. Illustration between point c and point d on the way is omitted. By detecting the DC voltage from the output controller 7,
The DC power source 6 receives E from the power output device during the time interval t i.
i−1 (= E max × {e i-1 + Δe i } / 10) to E i (= E max
× e i / 10) is output to the sample 4.

【0018】図3は、電源6から試料4に出力される直
流電圧の時間変化を示す(太い実線)。大文字のAからE
は図2の小文字のaからeに対応する。途中のC点から
D点の間は図示を省略してある。このように試料に漸増
する入力を与えると、発熱量,試料の熱容量,導入端子
12への熱伝導及び真空容器1への輻射熱伝達のバラン
スによって定まる昇温速度で、試料温度は上昇する。従
って、発熱量即ち試料への入力電圧を適切に選定するこ
とにより、試料昇温速度を制御することが可能である。
FIG. 3 shows a temporal change of the DC voltage output from the power supply 6 to the sample 4 (thick solid line). Uppercase letters A through E
Corresponds to lowercase letters a through e in FIG. Illustration between point C and point D on the way is omitted. When a gradually increasing input is given to the sample in this manner, the sample temperature rises at a heating rate determined by the balance between the calorific value, the heat capacity of the sample, the heat conduction to the introduction terminal 12 and the radiant heat transfer to the vacuum vessel 1. Therefore, by appropriately selecting the heat generation amount, that is, the input voltage to the sample, it is possible to control the sample heating rate.

【0019】さらに、同じ材質及び寸法の試料に対して
は同一の入力電圧の時間変化により、同じ昇温速度を実
現することができる。昇温脱離実験において試料をT
sta からTendまで昇温速度βで昇温する場合は、出力
制御器7に出力開始時刻tstaにおける出力電圧e0
びI個の(ti,dei)の組(i=1,2…I)を記憶
させる。TstaからTendまでの加熱に要する時間t
H は、ti の総和で(Tend−Tsta)/βである。
Further, the same temperature rising rate can be realized by changing the same input voltage over time for samples of the same material and dimensions. In the thermal desorption experiment, the sample
When the temperature is increased from sta to T end at the temperature increasing rate β, the output controller 7 informs the output controller 7 of the output voltage e 0 at the output start time t sta and a set of I (t i , de i ) (i = 1, 2). ... I) is stored. Time t required for heating from T sta to T end
H is the sum of t i , which is (T end −T sta ) / β.

【0020】次に出力制御器7及び電源6を動作させる
と、出力制御器7から電源6に対してe0 から順次出力
更新周期Δt毎に制御用の直流電圧が更新されて出力さ
れ、これに対応して電源6から試料4に対して加熱のた
めの電圧がE0(=Emax×e0/10)から順次出力され
る。この結果試料温度は時間tH の間にTstaからTend
まで、昇温速度βで上昇する。
Next, when the output controller 7 and the power supply 6 are operated, the control DC voltage is updated and output from the output controller 7 to the power supply 6 sequentially from e 0 every output update period Δt. voltage for heating the sample 4 are sequentially outputted from the E 0 (= E max × e 0/10) from the power supply 6 in response to. As a result, the sample temperature changes from T sta to T end during the time t H.
Until the temperature rise rate β.

【0021】この実施例に基づいて得られた試料温度上
昇の1例を、図4及び図5を用いて説明する。この測定
に用いられた出力制御器7は市販されており容易に入手
できる。出力制御器の出力更新周期Δtは0.5 秒で、
0Vから10Vの直流電圧を出力する。ti の設定時間
間隔は1秒きざみで、(ti,dei)の入力は出力制御
器7の表示画面に従って容易に行うことができる。
An example of a sample temperature rise obtained based on this embodiment will be described with reference to FIGS. The output controller 7 used for this measurement is commercially available and can be easily obtained. The output update period Δt of the output controller is 0.5 seconds,
Outputs a DC voltage of 0V to 10V. The set time interval of t i is 1 second, and (t i , de i ) can be easily input according to the display screen of the output controller 7.

【0022】電源6は最大出力電圧Emax が10Vの直
流電源で、出力制御器7からの0Vから10Vの直流電
圧に対応して、0Vから10Vの直流電圧を試料4に対
して供給することができる。試料は厚さ0.15mm のス
テンレス鋼SUS304の薄板を、4mm×300mmの短
冊状に切断したもので抵抗は約0.5Ω である。
The power supply 6 is a DC power supply having a maximum output voltage Emax of 10 V, and supplies a DC voltage of 0 V to 10 V to the sample 4 corresponding to the DC voltage of 0 V to 10 V from the output controller 7. Can be. The sample was a thin plate of stainless steel SUS304 having a thickness of 0.15 mm, which was cut into a strip of 4 mm × 300 mm, and had a resistance of about 0.5Ω.

【0023】図4は、出力制御器に記憶させた時間間隔
及び出力電圧の設定値、及び電源6から試料4に出力さ
れた電圧を、それぞれ白四角(□)及び黒丸(●)で示
す。出力制御器の設定値は29組の(ti,dei)を出
力の順番に接続し、出力電圧設定値の時間変化として表
示されている。隣り合う2つの白四角(□)が図2のa
点及びe点に相当し、その2点の時間及び電圧の差が
(ti,dei)に相当する。この出力制御器7からの信
号に対応して、電源6から試料4に出力された電圧(黒
丸)は白四角の91%で安定しており、電源の特性を表
わしている。
FIG. 4 shows the set values of the time interval and the output voltage stored in the output controller, and the voltage output from the power supply 6 to the sample 4 by white squares (□) and black circles (●), respectively. The set values of the output controller connect 29 sets of (t i , de i ) in the order of output, and are displayed as a time change of the output voltage set value. Two adjacent white squares (□) are a in FIG.
The point and the point e correspond to each other, and the difference between the time and the voltage at the two points corresponds to (t i , de i ). In response to the signal from the output controller 7, the voltage (black circle) output from the power supply 6 to the sample 4 is stable at 91% of the open square, indicating the characteristics of the power supply.

【0024】試料を室温から約850℃まで加熱してい
るが、加熱開始時の出力電圧が0でなくて最大値の40
%と大きいのは、所定の昇温速度を加熱開始時から実現
するために必要である。出力電圧はほぼ時間の2次関数
の形で増加するが、昇温速度を一定にするために実測に
基づいて微少な修正が加えられている。
Although the sample is heated from room temperature to about 850 ° C., the output voltage at the start of heating is not 0, and the maximum value is 40.
% Is necessary to realize a predetermined heating rate from the start of heating. Although the output voltage increases almost in the form of a quadratic function of time, slight corrections have been made based on actual measurements in order to keep the heating rate constant.

【0025】出力制御器7,電源6及び試料4を電気的
に接続し、出力制御器7に実行開始の信号を与えること
により、試料加熱の過程が全て自動的に実行される。図
5に試料4の温度変化を示す。室温から850℃まで一
定の昇温速度(30.0K・s-1)で上昇している。変
動は昇温30Kにつき±5%で非常に安定している。9
00Kの昇温に要する時間は約30秒である。
By electrically connecting the output controller 7, the power source 6 and the sample 4, and providing the output controller 7 with an execution start signal, the entire process of heating the sample is automatically executed. FIG. 5 shows the temperature change of Sample 4. It rises from room temperature to 850 ° C. at a constant heating rate (30.0 K · s −1 ). The fluctuation is very stable at ± 5% per 30 K of temperature rise. 9
The time required to raise the temperature to 00K is about 30 seconds.

【0026】次に、熱電対出力の測定例について図6及
び図7を用いて説明する。用いた熱電対は素線の直径φ
0.1mm のアルメルークロメルで、試料のステンレス鋼
表面にスポット溶接されている。図6は、図4で表わさ
れる時間変化を有する直流電圧を、試料に印加する方向
を変えて供給した場合の熱電対の出力ε(mV)の時間
変化を表わす。試料電流方向1と試料電流方向2とは逆
方向である。試料電流の方向によって熱電対の出力には
っきりとした違いが見られる。大きな熱電対出力を与え
る印加電圧の極性を方向1とし、小さい熱電対出力を与
える印加電圧の極性を方向2とする。
Next, an example of measuring the thermocouple output will be described with reference to FIGS. The thermocouple used was the wire diameter φ
0.1 mm alumel-chromel spot welded to the stainless steel surface of the sample. FIG. 6 shows the time change of the output ε (mV) of the thermocouple when the DC voltage having the time change shown in FIG. 4 is supplied to the sample while changing the application direction. The sample current direction 1 and the sample current direction 2 are opposite directions. There is a clear difference in the output of the thermocouple depending on the direction of the sample current. The polarity of the applied voltage that gives a large thermocouple output is direction 1 and the polarity of the applied voltage that gives a small thermocouple output is direction 2.

【0027】34秒から37秒の時間範囲では印加電圧
は7.66V で一定で、試料電流の方向に因らず発熱量
と放熱量とが平衡して熱電対の出力εは飽和しており、
この範囲を温度平衡領域と呼ぶ。試料電流方向1と2と
の熱電対の出力の差Δεを、試料に印加した直流電圧に
対してプロットしたものが図7である。
In the time range from 34 seconds to 37 seconds, the applied voltage is constant at 7.66 V. The amount of heat generation and the amount of heat radiation are balanced regardless of the direction of the sample current, and the output ε of the thermocouple is saturated. ,
This range is called a temperature equilibrium region. FIG. 7 is a graph in which the difference Δε between the outputs of the thermocouples in the sample current directions 1 and 2 is plotted against the DC voltage applied to the sample.

【0028】熱電対の出力の差は、比較のために記載し
た破線に沿って分布しており、試料に印加される直流電
圧に比例することが明らかである。即ち図6の熱電対出
力には、試料を流れる直流電流によって試料に生じる電
位勾配に起因する誤差が重畳されており、その原因は熱
電対素線の位置が電流方向にわずかにずれていることに
あることがわかる。試料の電位勾配に起因する誤差電圧
は、試料を流れる直流電流の向きによって符号が反転し
て大きさは等しい。
It is clear that the difference in thermocouple output is distributed along the dashed line described for comparison and is proportional to the DC voltage applied to the sample. That is, an error caused by a potential gradient generated in the sample due to a direct current flowing through the sample is superimposed on the thermocouple output in FIG. 6 because the position of the thermocouple wire is slightly shifted in the current direction. It is understood that there is. The sign of the error voltage due to the potential gradient of the sample is equal because the sign is inverted depending on the direction of the DC current flowing through the sample.

【0029】従って、図6の2つの熱電対出力の算術平
均をとると誤差電圧は相殺されて熱電対の起電力のみが
残り、正しい試料温度を示すこととなる。図7の印加電
圧7.66V の位置に配置された大きな丸は図6の温度
平衡領域のデータで、このデータは例えば電流方向1で
試料を昇温して温度平衡領域に達したときに、スイッチ
15を用いて電流を方向2に切り替え、そのときの熱電
対出力を短時間記録し、温度平衡領域における2つの電
流方向に対する熱電対出力の差をとれば得ることができ
る。
Therefore, when the arithmetic average of the two thermocouple outputs in FIG. 6 is taken, the error voltage is canceled out, and only the electromotive force of the thermocouple remains, indicating the correct sample temperature. The large circle arranged at the position of the applied voltage of 7.66 V in FIG. 7 is the data of the temperature equilibrium region in FIG. 6, and this data is, for example, when the sample is heated in the current direction 1 and reaches the temperature equilibrium region. The current can be switched to the direction 2 using the switch 15, the thermocouple output at that time is recorded for a short time, and the difference between the thermocouple outputs in the two current directions in the temperature equilibrium region can be obtained.

【0030】破線はこの丸と試料印加電圧0、熱電対の
出力の差0の2点を結ぶ直線で、次式で表わされる。
The dashed line is a straight line connecting this circle with the sample applied voltage 0 and the difference between the thermocouple outputs 0, and is expressed by the following equation.

【0031】[0031]

【数1】 Δε=2・η・E (式1) 図8に、異なる電流方向の熱電対出力の平均値から求め
た試料温度と、電流方向1の熱電対出力からη・Eを減
じた値から求めた試料温度とを、それぞれ白四角及び黒
三角で示す。2種類の点はほぼ完全に重なり合ってお
り、電流方向1の熱電対出力からη・Eを減じた値から
求めた試料温度が正しい値を与えることを示す。電流方
向2の熱電対出力にη・Eを加えた値から試料温度を求
めても、同じ結果が得られる。
Δ1 = 2 · η · E (Equation 1) In FIG. 8, η · E was subtracted from the sample temperature obtained from the average value of the thermocouple outputs in different current directions and the thermocouple output in the current direction 1. The sample temperature obtained from the value is indicated by a white square and a black triangle, respectively. The two types of points almost completely overlap, indicating that the sample temperature obtained from the value obtained by subtracting η · E from the thermocouple output in the current direction 1 gives a correct value. The same result can be obtained by obtaining the sample temperature from the value obtained by adding η · E to the thermocouple output in the current direction 2.

【0032】以上に述べたように本発明によれば、2本
の熱電対素線の試料への取付け位置のわずかなずれが原
因となり、加熱電流がつくる試料の電位勾配によって引
き起こされる、温度測定誤差を除去して、正しい試料温
度を得ることができる。
As described above, according to the present invention, the temperature measurement caused by the potential gradient of the sample created by the heating current due to the slight displacement of the mounting position of the two thermocouple wires to the sample. Errors can be eliminated to obtain the correct sample temperature.

【0033】上述の実施例では熱電対としてアルメルー
クロメルを用いたが、他の熱電対の場合も同じ方法を適
用することができる。
In the above embodiment, an alumel-chromel is used as a thermocouple. However, the same method can be applied to other thermocouples.

【0034】[0034]

【発明の効果】実施例の説明において詳しく述べたよう
に、本発明によれば、2本の熱電対素線の試料への取付
け位置のわずかなずれが原因となり、加熱電流がつくる
試料の電位勾配によって引き起こされる、温度測定誤差
を除去して正しい試料温度を得ることができる。また、
試料毎に微妙に異なる熱電対素線の試料への取付け位置
の影響もなくすことができる。
As described in detail in the description of the embodiments, according to the present invention, the potential of the sample generated by the heating current is caused by a slight displacement of the mounting position of the two thermocouple wires to the sample. The correct sample temperature can be obtained by eliminating the temperature measurement error caused by the gradient. Also,
It is possible to eliminate the influence of the attachment position of the thermocouple wires slightly different for each sample to the sample.

【0035】更に、温度測定誤差を定量的に評価するこ
とが可能となるので、熱電対の取付け方と温度測定誤差
を比較対照することにより、熱電対の取付け方を改善し
て誤差を減少させることが可能となる。
Further, since it is possible to quantitatively evaluate the temperature measurement error, the method of mounting the thermocouple is improved and the error is reduced by comparing and contrasting the thermocouple mounting method with the temperature measurement error. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す昇温脱離装置のブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram of a thermal desorption apparatus showing one embodiment of the present invention.

【図2】出力制御器7からの出力電圧の時間変化を模式
的に示すグラフである。
FIG. 2 is a graph schematically showing a time change of an output voltage from an output controller 7;

【図3】電源6からの出力電圧の時間変化を模式的に示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph schematically showing a time change of an output voltage from a power supply 6;

【図4】実施例における出力制御器7に対する出力電圧
設定値、及び試料加熱電源6からの出力電圧の時間変化
の測定値を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a set value of an output voltage for an output controller 7 and a measured value of a time change of an output voltage from a sample heating power supply 6 in the embodiment.

【図5】実施例における試料温度の時間変化の測定値を
示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a measured value of a time change of a sample temperature in an example.

【図6】実施例における試料加熱電流の方向を変えたと
きの熱電対出力を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a thermocouple output when the direction of a sample heating current is changed in the example.

【図7】実施例における試料加熱電流の方向を変えたと
きの熱電対出力の差と、試料加熱電圧との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the difference in thermocouple output and the sample heating voltage when the direction of the sample heating current is changed in the example.

【図8】試料温度と試料加熱電流の方向1の熱電対出力
からη・Eを減じた値から求めた試料温度との関係を示
すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a sample temperature and a sample temperature obtained from a value obtained by subtracting η · E from the thermocouple output in the direction 1 of the sample heating current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空容器、2…超高真空ポンプ、3…粗引ポンプ、
4…試料、5…熱電対、6…試料加熱電源、7…出力制
御器、8…熱陰極電離真空計、9…四重極質量分析計、
10…記録計、11…排気装置、12,13…電流導入
端子、14…昇温装置、15…スイッチ。
1 ... vacuum vessel, 2 ... ultra-high vacuum pump, 3 ... roughing pump,
4 sample, 5 thermocouple, 6 sample heating power supply, 7 output controller, 8 hot cathode ionization gauge, 9 quadrupole mass spectrometer,
Reference numeral 10: recorder, 11: exhaust device, 12, 13: current introduction terminal, 14: heating device, 15: switch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空容器内に設置した試料に電流を流して
試料自身の発熱によって加熱,昇温させ、試料から放出
されるガスによる圧力上昇の時間変化を測定する昇温脱
離法において、試料加熱のための電源として直流電源を
有し、この直流電源からの出力の時間変化を定めたプロ
グラムを予め記憶させておき、この記憶に従って試料加
熱用の直流電源に対して出力を制御する信号を発信する
ことのできる制御器を有し、この制御器からの信号で制
御された直流電源の出力によって試料を昇温する試料加
熱装置と、直流電源と試料との間に電流の極性を反転す
るスイッチを備え、昇温脱離試験において試料を所定の
最高温度まで加熱して試料温度が安定した時点で、印加
電圧の極性を反転し、少なくとも熱電対出力を記録する
ことのできる時間その反転した電流を保持することを特
徴とする昇温脱離法のための試料加熱方法。
In a thermal desorption method, a current is applied to a sample placed in a vacuum vessel to heat and raise the temperature by the heat generated by the sample itself, and a time change of a pressure rise due to gas released from the sample is measured. A signal that has a DC power supply as a power supply for heating the sample, stores in advance a program that determines the time change of the output from the DC power supply, and controls the output to the DC power supply for heating the sample according to the storage. A sample heating device that raises the temperature of the sample by the output of a DC power supply controlled by a signal from the controller, and inverts the polarity of the current between the DC power supply and the sample. When the sample temperature is stabilized by heating the sample to the predetermined maximum temperature in the thermal desorption test, the polarity of the applied voltage is reversed and at least the time during which the thermocouple output can be recorded Sample heating method for the inverted current Atsushi Nobori spectroscopy, characterized in that to hold the.
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