JP3130833U - Differential scanning calorimeter - Google Patents
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Abstract
【課題】DSC曲線で示されるベースラインのドリフトを補正することができる示差走査熱量測定装置を提供する。
【解決手段】試料Sと基準物質Rを収容するサンプルパン21、22に接触させてその温度を検出する温度センサ24、25を備えたDSC検出器2を内設した加熱炉1と、その下に厚みを傾斜的に変えた熱伝導率の異なる2種類の熱抵抗体31、32を重ね合わせて保持リング33で固定し、この保持リング33に調整レバー34を設けて平面上で回転できるようにした合成熱抵抗体3を配置し、この合成熱抵抗体3をヒータ8で加熱する。合成熱抵抗体3を平面上で回転させその位置を調整してサンプルパン21、22への熱伝達率を変えることによりベースラインのドリフトを補正する。
【選択図】 図1A differential scanning calorimeter capable of correcting a baseline drift indicated by a DSC curve is provided.
A heating furnace 1 having a DSC detector 2 provided with a temperature sensor 24, 25 for detecting the temperature of the sample pan 21, 22 in contact with a sample pan 21, 22 containing a sample S and a reference substance R, and Two types of thermal resistors 31 and 32 having different thermal conductivities with different thicknesses are superposed and fixed by a holding ring 33, and an adjustment lever 34 is provided on the holding ring 33 so that it can be rotated on a plane. The combined thermal resistor 3 is disposed, and the combined thermal resistor 3 is heated by the heater 8. The drift of the baseline is corrected by rotating the synthetic thermal resistor 3 on a plane and adjusting its position to change the heat transfer rate to the sample pans 21 and 22.
[Selection] Figure 1
Description
本考案は、試料を加熱し示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry)を行い、材料物性を評価する示差走査熱量測定装置に関する。 The present invention relates to a differential scanning calorimetry apparatus that heats a sample, performs differential scanning calorimetry, and evaluates material properties.
示差走査熱量測定(DSC)装置は、炉体温度を変化させながら、炉体内に収容された測定対象となる試料と熱的に不活性な例えばアルミナ粉末等の基準物質との温度差を測定することにより、単位時間当りに試料に出入りする熱量を求めるもので、材料物性の評価に広く利用されている。 A differential scanning calorimetry (DSC) apparatus measures a temperature difference between a sample to be measured contained in the furnace body and a thermally inactive reference material such as alumina powder while changing the furnace body temperature. Therefore, the amount of heat that enters and exits the sample per unit time is obtained, and it is widely used for evaluating material properties.
従来の示差走査熱量測定装置は、図5に示すように、加熱炉1はネジ13で熱抵抗体3Aを挿んでベース筐体7に固定され、熱抵抗体3Aを介しヒータ8で発生した熱を受熱し、試料Sと基準物質Rとを収容して加熱する。試料Sはサンプルパン21に、基準物質Rはサンプルパン22に収容されて、加熱炉1内のDSC検出器2上に載置される。
In the conventional differential scanning calorimeter, as shown in FIG. 5, the heating furnace 1 is fixed to the
前記DSC検出器2は、載置されたサンプルパン21内の試料Sとサンプルパン22内の基準物質Rの温度をそれぞれ検出するための温度センサ24、25を備えた載置台であり、ここで検出された試料Sと基準物質Rの温度信号は測定・制御部100を構成するDSC信号検出回路101に送られる。DSC信号検出回路101は、これら試料Sと基準物質Rの温度差に基づいて、単位時間当たりに試料Sに出入りする熱量を示すDSC信号を求めるものであり、このDSC信号は、試料温度信号とともにコンピュータ103に送られ試料Sへ流入または試料Sから流出する熱量、すなわち試料のエンタルピー変化量が測定される。また、温度制御回路102は、ヒータ8の近傍に設置した温度センサ26の検出信号が、コンピュータ103から出力される昇温プログラム信号に一致するように制御するものである。
The
上記示差走査熱量測定装置において、前記コンピュータ103に昇温プログラムを設定し、図6に例示するように加熱炉1の炉体温度Tfを経時的に昇温させることによって試料温度Tsと基準温度Trとを漸次昇温させると、試料Sに熱的変化がない場合は、試料S及び基準物質Rとも炉体温度Tfの上昇に伴って同様に温度上昇していくが、例えば試料温度Tsが融解温度に到達すると、融解の終了まで試料Sの温度上昇は停止し、融解が終了すると速やかに系の温度に復帰し、元の昇温速度で昇温を再開する。このような試料温度Tsの挙動は、試料温度Tsと基準温度Trとの温度差に基づくDSC信号Wとして検出される。
In the differential scanning calorimeter, a temperature raising program is set in the
前記DSC信号Wは、炉体温度をTf、試料温度をTs、基準物質温度をTr、基準物質Rの昇温速度をdTr/dt、熱抵抗をRt、比例定数をAとすると式(1)で表わされる(特許文献1参照)。
W=−ARt(Ts−Tr)dTr/dt・・・(1)
W = −ARt (Ts−Tr) dTr / dt (1)
従来の示差走査熱量測定装置は上記のように構成されているが、試料Sを収容するサンプルパン21や基準物質Rを収容するサンプルパン22の配置位置のずれ、構成部品の寸法誤差あるいは組立精度に起因して、試料Sと基準物質Rとの温度差は、前者に何ら熱的変化がなくても変化し、図7の曲線D1あるいはD2で示すように炉体温度Tfの増加に伴いDSC信号のベースラインが増加または減少するドリフトを発生しやすい。通常ベースラインのドリフトはデータ処理によって見かけ上そのドリフトを打ち消すという方法が用いられているが、物理的には試料Sと基準物質Rとに余計な温度差がついた状態となり望ましいものではない。
本考案は上記の事情に鑑みてなされたものであって、ベースラインのドリフトをサンプルパンへの熱供給量を調節することにより除去できる示差走査熱量測定装置を提供することを目的とするものである。
The conventional differential scanning calorimeter is configured as described above. However, the displacement of the arrangement position of the
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a differential scanning calorimeter capable of removing baseline drift by adjusting the amount of heat supplied to a sample pan. is there.
上記の目的を達成するため、本考案の示差走査熱量測定装置は、試料及び基準物質を加熱する加熱炉と、その加熱炉と加熱手段であるヒータとの間に介在され熱交換を行う熱抵抗体と、加熱炉の温度を制御する温度制御手段と、前記加熱炉内にあって試料と基準物質の温度差を検出する検出器とを備えた示差走査熱量測定装置において、前記熱抵抗体を熱伝導率が互いに異なるとともに、厚さが円周方向に異なる2種類の熱抵抗体で構成し、この熱抵抗体を回転させる回転機構を備えているものである。
また本考案の示差走査熱量測定装置は、さらにブランク測定時のベースラインのドリフトを補正するための熱抵抗体の回転量を記憶するドリフト補正量記憶手段と、実試料測定時に自動的に記憶された熱抵抗体の回転量だけ熱抵抗体を回転させてベースラインのドリフトを補正するドリフト補正手段を備えているものである。
本考案の示差走査熱量測定装置は上記のように構成されており、ベースラインのドリフトを補正することができ、正確な示差走査熱量の測定を行うことができる。
In order to achieve the above object, the differential scanning calorimeter of the present invention includes a heating furnace that heats a sample and a reference material, and a thermal resistance that is interposed between the heating furnace and a heater that is a heating means to perform heat exchange. In the differential scanning calorimetry apparatus comprising a body, temperature control means for controlling the temperature of the heating furnace, and a detector in the heating furnace for detecting a temperature difference between a sample and a reference material, the thermal resistor is It is composed of two types of thermal resistors having different thermal conductivities and different thicknesses in the circumferential direction, and provided with a rotating mechanism for rotating the thermal resistors.
The differential scanning calorimeter of the present invention further includes a drift correction amount storage means for storing the rotation amount of the thermal resistor for correcting the baseline drift during blank measurement, and is automatically stored during actual sample measurement. And a drift correction means for correcting the drift of the baseline by rotating the thermal resistor by the amount of rotation of the thermal resistor.
The differential scanning calorimeter of the present invention is configured as described above, can correct the baseline drift, and can accurately measure the differential scanning calorific value.
部品の寸法公差や、組立精度に関わらず、物理的にDSC信号のベースラインのドリフトを補正することができ、理想的な熱的対称性を実現することで、より正確なエンタルピーの変化量や比熱容量の測定を行うことができる。 Regardless of dimensional tolerance of parts or assembly accuracy, DSC signal baseline drift can be physically corrected, and by realizing ideal thermal symmetry, more accurate enthalpy variation and Specific heat capacity can be measured.
本考案による示差走査熱量測定装置の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本考案による示差走査熱量測定装置の構成を示す断面構成図、図2は実施例に係わる合成熱抵抗体の平面図(A)とそのA−A断面図(B)、図3は示差走査熱量測定装置の外観図である。なお、図5に示した従来例の示差走査熱量測定装置と同様の機能を有する構成部材には同一番号を付記する。 An embodiment of a differential scanning calorimeter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a differential scanning calorimeter according to the present invention, FIG. 2 is a plan view (A) of the synthetic thermal resistor according to the embodiment, its A-A cross section (B), and FIG. It is an external view of a differential scanning calorimeter. In addition, the same number is attached | subjected to the structural member which has a function similar to the differential scanning calorimetry apparatus of the prior art example shown in FIG.
本考案実施形態の示差走査熱量測定装置は、図1に示すように試料Sと基準物質Rとを加熱するための加熱炉1を備えている。この加熱炉1は上方が開口した炉体11と蓋12からなり、炉内の温度分布を均一化するために、銀や銅等の熱伝導性の良い金属を用い肉厚状の壁面で形成されている。その上部に凹状の試料収容部1aが形成され、この中にDSC検出器2が配設されている。
The differential scanning calorimeter according to the embodiment of the present invention includes a heating furnace 1 for heating the sample S and the reference material R as shown in FIG. The heating furnace 1 is composed of a
前記DSC検出器2は、試料Sと基準物質Rを収容するサンプルパン21及びサンプルパン22を載置するためのプレート23と、各サンプルパン21、22の裏面に設けられた熱電対等の温度センサ24、25によって構成され、試料Sと基準物質Rの温度は温度センサ24、25により検出される。前記炉体11の上方開口部は、サンプルパン21、22を載置した後に、蓋12によって塞がれる。
The
前記加熱炉1はその下に合成熱抵抗体3を回転自在に介設した状態でベース筐体7に4本のネジ13で固定され、均一な温度雰囲気を形成するために内部に窒素などの不活性ガスを封入し遮熱カバー4を被せている。前記合成熱抵抗体3は、図2の平面図(A)、A−A断面図(B)に示すように、熱伝導率の異なる2種類の材質の熱抵抗体31、32を、それぞれ厚みが連続的に変わるよう勾配を設け、厚みが異なる方向で重ね合わせ、これを保持リング33で固定するとともにこの保持リング33に平面方向に回転させるための調整レバー34を設けている。
The heating furnace 1 is fixed to the
本示差走査熱量測定装置は、前記遮熱カバー4の周囲を図3に示すように、外カバー5で覆いその上部に外蓋6を被せて外部環境温度の加熱炉1への影響を遮断している。この外カバー5には前記調整レバー34を平面方向に回転させたときの回転角度を測定しておくための目盛付開口部5aが設けられている。
In the differential scanning calorimeter, as shown in FIG. 3, the periphery of the heat shield cover 4 is covered with an outer cover 5 and covered with an
前記ベース筐体7の上部には図1に示すように前記合成熱抵抗体3を加熱するためのヒータ8が固設されている。このヒータ8は温度制御回路102から供給される電流により加熱され、前記合成熱抵抗体3を加熱する。このヒータ電流は基準物質Rの温度Trを上昇させるコンピュータ103の昇温プログラムから発生される設定信号に前記DSC検出器2の温度センサ25もしくは別途設けた温度センサ(図示省略)の温度検出信号が等しくなるように制御される。これにより基準物質Rの温度は昇温プログラムに対応して上昇し、試料Sの温度も上昇する。
As shown in FIG. 1, a
ベースラインのドリフト補正は、試料S及び基準物質Rをサンプルパン21、22に載置しない状態の測定、すなわちブランク測定を行う。上記の熱抵抗体31の熱伝導度が熱抵抗体32の熱伝導度より小さいとして、ベースラインが図7の曲線D1で示される発熱方向にドリフトした場合、このドリフトを補正するため調整レバー34をA1の矢印方向に回す。これによりサンプルパン22側の熱抵抗体32の厚みが増し、サンプルパン22側への熱伝達量が相対的に増大するのでベースラインは曲線D0で示されるベースラインに近づく。そして調整レバー34を丁度ベースラインがほぼ曲線D0になる位置に設定し、その目盛位置を記憶する。また、ベースラインが曲線D2で示される吸熱方向にドリフトした場合、調整レバー34をA2の矢印方向に回す。これによりサンプルパン21側の熱抵抗体32の厚みが増し、サンプルパン21側への熱伝達量が相対的に増大するのでベースラインは曲線D0で示されるベースラインに近づく。そして調整レバー34の位置をベースラインがほぼ曲線D0となるように設定し、その目盛位置を記憶する。以後この目盛位置で測定を行う。
Baseline drift correction is performed in a state where the sample S and the reference material R are not placed on the
図4は前記合成熱抵抗体3の他の実施例を示すもので、この合成熱抵抗体3Bは合成熱抵抗体3にベースラインのドリフト補正を自動的に行うことができるドリフト補正機能を付加したものである。すなわち合成熱抵抗体3Bはシャフト91、カップリング92及びステッピングモータ93からなる駆動機構9を合成熱抵抗体3に付加したものである。図1の合成熱抵抗体3の代わりに合成熱抵抗体3Bを用い、試料S及び基準物質Rを載置しない状態(ブランク測定)でステッピングモータ93を停止してDSC信号を測定しそのドリフト量を前記コンピュータ103に記憶する。そして実試料測定時にコンピュータ103からのドリフト信号により合成熱抵抗体3Bをステッピングモータ93で駆動してドリフトを補正してDSC信号を測定する。
FIG. 4 shows another embodiment of the synthetic
またブランク測定時にベースラインのドリフト量を入力、ステッピングモータ93の回転角を出力、制御目標をドリフト量0とするフィードバック制御を実施し、この時の回転角の変化を前記コンピュータ103に記憶させる学習機能AIを前記合成熱抵抗体3Bに持たせることができる。これにより実試料測定時には、試料変化に起因する真のベースライン変化によって誤動作しないようこのフィードバック制御を停止し、記憶された回転角情報に基づいてステッピングモータ93を回転させドリフトを打ち消すというダイナミックな運転を行うことができる。
Also, learning is performed by inputting the baseline drift amount during blank measurement, outputting the rotation angle of the stepping
示差走査熱量測定装置に用いられる。 Used in a differential scanning calorimeter.
1 加熱炉
1a 試料収容部
11 炉体
12 蓋
13 ネジ
2 DSC検出器
21 サンプルパン
22 サンプルパン
23 プレート
24 温度センサ
25 温度センサ
26 温度センサ
3 合成熱抵抗体
3A 熱抵抗体
3B 合成熱抵抗体
31 熱抵抗体
32 熱抵抗体
33 保持リング
34 調整レバー
4 遮熱カバー
5 外カバー
5a 目盛付開口部
6 外蓋
7 ベース筐体
8 ヒータ
9 駆動機構
91 シャフト
92 カップリング
93 ステッピングモータ
100 測定・制御部
101 DSC信号検出回路
102 温度制御回路
103 コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating furnace 1a
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