JP3570042B2

JP3570042B2 - Thermal analyzer

Info

Publication number: JP3570042B2
Application number: JP27971095A
Authority: JP
Inventors: 孝二西野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1995-10-02
Filing date: 1995-10-02
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2015-10-02
Also published as: JPH09101275A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱炉本体の温度制御を行う温度制御部を備えた熱分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の材料の熱的物性を求めたり、各種の無機・有機化合物の熱安定性を調べるための試験方法の一つとして熱分析が広く利用されている。この熱分析は、温度制御された加熱炉中に試料を収納して、この試料の温度やその他、質量，寸法又はエンタルピー等の各種物理量を検出するものであり、これによって温度と各物理量との関係を示す熱分析曲線を得ることができる。
【０００３】
上記熱分析を行う熱分析装置の一例を図４に示す。この熱分析装置は、セラミックス等の耐熱性の高い材料で構成された加熱炉本体１を備えている。加熱炉本体１は、内部に試料収納部１ａが形成されると共に、周囲にヒータ線２が巻回されている。また、加熱炉本体１には、熱電対による炉体温度検出器３が埋め込まれて、この加熱炉本体１の温度を検出できるようになっている。加熱炉本体１の試料収納部１ａ内には、センサユニット４が配置されている。センサユニット４は、白金の合金等によるプレート４ａの裏面に熱電対の線材４ｂを溶接したものである。そして、このセンサユニット４のプレート４ａ上に試料５を入れた試料容器６が載置される。従って、このセンサユニット４は、熱電対の線材４ｂでの起電力を測定することにより、試料容器６に入れた試料５の温度を間接的に検出することができる。
【０００４】
上記構造の従来の熱分析装置は、熱分析の際に所定の温度プログラムに従って試料収納部１ａの内部の温度を定速で昇降させたり等温保持する必要があるため、図５に示すような温度制御部を備えている。温度プログラムによって設定されるプログラム温度Ｔ_ｐは、この温度制御部の比較器１１に送られる。比較器１１では、炉体温度検出器３が検出した炉体温度Ｔ_ｆとこのプログラム温度Ｔ_ｐとの差である温度偏差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｆが計算され、この温度偏差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｆがヒータパワー調節器１２に送られる。ヒータパワー調節器１２は、この温度偏差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｆに応じてヒータ線２に通電する電力を制御することによりヒータパワーを調節する。従って、この熱分析装置は、温度プログラムによってプログラム温度Ｔ_ｐが与えられると、加熱炉本体１の炉体温度Ｔ_ｆをこのプログラム温度Ｔ_ｐに追従させるような温度制御を行うことができる。
【０００５】
なお、従来の熱分析装置では、センサユニット４が検出する試料温度Ｔ_ｓは、熱分析にのみ利用され、温度制御部での温度制御には関与していなかった。即ち、従来は、炉体温度Ｔ_ｆのみを制御系のフィードバック量としていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記温度制御部では、加熱炉本体１が通常大きな熱容量を有するためヒータ線２の発熱が該加熱炉本体１に伝わり炉体温度検出器３によって検出されるまでの間に時間遅れ要素が加わるので、この加熱炉本体１の炉体温度Ｔ_ｆには、温度制御ノイズによる微小な変動が現れる。そして、このような温度変動は、熱分析の測定に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、熱分析装置は、加熱炉本体１の熱容量をある程度大きくして、炉体温度Ｔ_ｆに生じた温度変動を減衰させることにより、試料収納部１ａ内の試料５には温度制御ノイズによる温度変動がほとんど伝わらないようにしている。
【０００７】
しかしながら、このように加熱炉本体１の熱容量を大きくすると、図６に示すように、炉体温度Ｔ_ｆは、時間の遅れもほとんどなくほぼ正確にプログラム温度Ｔ_ｐに追従させることができるが、試料温度Ｔ_ｓには、大きな時間遅れτが生じるようになる。しかも、この試料温度Ｔ_ｓは、常に一定の時間遅れτが生じるだけであれば問題はないが、実際には加熱炉本体１での熱損失によりプログラム温度Ｔ_ｐの変化に正確に追従せずに、この温度変化に鈍りを生じるようになり、例えば等温保持の際に温度オフセットδＴが発生するようになる。
【０００８】
このため、従来の熱分析装置は、試料温度Ｔ_ｓがプログラム温度Ｔ_ｐに正確に追従しないために、温度プログラム通りの精密な測定を行うことができないという問題があった。
【０００９】
なお、制御系のフィードバック量として試料温度Ｔ_ｓを用いれば、この試料温度Ｔ_ｓを正確にプログラム温度Ｔ_ｐに追従させることは可能である。しかしながら、試料温度Ｔ_ｓには、加熱炉本体１の熱容量による大きな時間遅れ要素が加わるので、この試料温度Ｔ_ｓを直接温度制御に用いると、制御系を安定に保つことが困難となり加熱炉本体１の温度が発振するおそれが生じる。そして、従来は、この制御系の安定性を確保するために、ヒータ線２に近い位置に配置した炉体温度検出器３で検出した炉体温度Ｔ_ｆを温度制御に用いていた。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、加熱炉本体の温度制御を炉体温度だけでなく試料温度も考慮して行うことにより、制御系の安定性を大きく損なうことなく、試料温度をプログラム温度に正確に追従させることができる熱分析装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、上記課題を解決するために、加熱炉本体の内部に試料を収納するための試料収納部が形成されると共に、この加熱炉本体の周囲に加熱手段が設けられ、かつ、この加熱炉本体の周縁部付近の温度を検出する炉体温度検出手段と、試料収納部内の温度を検出する試料温度検出手段とが装備された熱分析装置において、炉体温度検出手段が検出した炉体温度と試料温度検出手段が検出した試料温度と温度プログラムによって設定されたプログラム温度とをパラメータとする関数であって、このプログラム温度と試料温度との温度差に応じた割り合いで炉体温度に試料温度を関与させる関数によってフィードバック温度を算出するフィードバック温度演算手段と、このフィードバック温度演算手段が算出したフィードバック温度とプログラム温度とを比較して温度偏差を算出する比較手段と、この比較手段が算出した温度偏差に応じて加熱手段の加熱量を調節する加熱制御手段とからなる温度制御部を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、制御系のフィードバック量であるフィードバック温度が炉体温度だけでなく試料温度をも考慮した温度となるので、目標値となるプログラム温度と炉体温度との間にほとんど差がない場合であっても、試料温度との間に十分な差があれば、比較手段が算出する温度偏差をある程度大きくすることができる。そして、加熱制御手段は、試料温度がより一層プログラム温度に近づくように加熱手段の加熱量を調整するので、この試料温度を迅速にプログラム温度に追従させることができるようになる。
【００１３】
しかも、これらの炉体温度と試料温度だけでなくプログラム温度もパラメータに加えるので、直接の目標値となるプログラム温度と試料温度との温度差に応じて、この試料温度がフィードバック温度に関与する割り合いを変更することができるようになる。従って、試料温度をより迅速にプログラム温度に追従させるだけでなく、試料温度がフィードバック温度に関与する割り合いが固定されている場合に比べて、制御系の安定性を向上させることもできる。
【００１４】
なお、関数とは、各パラメータの値がそれぞれの定義域の範囲内で決定されれば、これに応じて一意的に値が定まる関係をいう。しかも、ここでいう関数は、全てのパラメータが関数の値に関与し得るものでなければならない。
【００１５】
ところで、試料温度検出手段が検出する試料収納部の温度、即ち試料温度は、本来の試料の温度の他に、試料収納部に収納される基準物質等の温度とすることもできる。
【００１６】
上記フィードバック温度演算手段は、プログラム温度と試料温度との温度差をパラメータとし、値域が０≦β≦１の範囲で０＜β＜１の値を取り得る関数によってこの係数βを算出すると共に、炉体温度をＴ_ｆ，試料温度をＴ_ｓ，フィードバック温度をＴ_ｃとして、
Ｔ_ｃ＝β・Ｔ_ｆ＋（１−β）・Ｔ_ｓ
の計算によりフィードバック温度を算出するものであることが好ましい。
【００１７】
上記構成の場合には、炉体温度と試料温度の加重平均によってフィードバック温度を計算する。ただし、係数βの値は、プログラム温度と試料温度との温度差に応じて変化するので、この試料温度がフィードバック温度に関与する割り合いを動的に変更することができるようになる。また、この試料温度が関与する割り合いは、温度差に応じて連続的に変化するので、試料温度の変化に屈曲や段付き等の温度プログラムにはない変化が現れるようなおそれもない。
【００１８】
ここで、係数βは、プログラム温度と試料温度との温度差によっては、０又は１の値を取る場合があってもよいので、関数の値域は０≦β≦１の範囲となる。しかし、どの温度差の場合にも常に０又は１の値となることは認められないので、この関数は０＜β＜１の範囲の値も取り得るものでなければならない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１乃至図３は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は熱分析装置の温度制御部の構成を示すブロック図、図２はプログラム温度と試料温度との温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓと係数βとの正規分布型の関係を示す図、図３はプログラム温度と試料温度との温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓと係数βとの他の関係を示す図である。なお、図４及び図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２１】
本実施形態の熱分析装置は、図４で示した従来例と同様の構造である。従って、炉体温度Ｔ_ｆは、加熱炉本体１のヒータ線２近傍に埋め込まれた炉体温度検出器３によって検出される。また、試料温度Ｔ_ｓは、センサユニット４の熱電対の線材４ｂによって検出される。
【００２２】
上記熱分析装置の温度制御部は、図１に示すように、比較器１１でプログラム温度Ｔ_ｐとフィードバック温度Ｔ_ｃとの差である温度偏差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｃが計算される。そして、この温度偏差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｃがヒータパワー調節器１２に送られて、ヒータ線２のヒータパワーが調節され加熱炉本体１の温度制御が行われる。フィードバック温度Ｔ_ｃは、演算器１３が炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓとプログラム温度Ｔ_ｐに基づいて算出した制御系のフィードバック量である。そして、これらの炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓは、上記のように炉体温度検出器３とセンサユニット４によって検出される。
【００２３】
演算器１３は、炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓとをパラメータとする関数ｆによって、
Ｔ_ｃ＝ｆ（Ｔ_ｆ，Ｔ_ｓ）
の計算を行うことによりフィードバック温度Ｔ_ｃを算出するものである。従って、制御系のフィードバック量であるフィードバック温度Ｔ_ｃが炉体温度Ｔ_ｆだけでなく試料温度Ｔ_ｓも考慮した温度となる。このフィードバック温度Ｔ_ｃを炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓとの線形結合とする場合には、例えばβを０＜β＜１の範囲の定数として、
Ｔ_ｃ＝β・Ｔ_ｆ＋（１−β）・Ｔ_ｓ
の計算を行うようにする。
【００２４】
また、上記関数ｆは、
Ｔ_ｃ＝ｆ（Ｔ_ｆ，Ｔ_ｓ，Ｔ_ｐ）
のように、炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓに加えてプログラム温度Ｔ_ｐもパラメータとすることができる。例えばプログラム温度Ｔ _ｐと試料温度Ｔ_ｓとの温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓをパラメータとする関数ｇによって、
β＝ｇ（Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓ）
の計算を行うことにより係数βの値を定め、次に、
Ｔ_ｃ＝β・Ｔ_ｆ＋（１−β）・Ｔ_ｓ
の計算を行うことによりフィードバック温度Ｔ_ｃを算出することもできる。この場合、係数βは、温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓの値に応じて変化する。そして、この温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓが大きいほど係数βの値を小さくして、フィードバック温度Ｔ_ｃに試料温度Ｔ_ｓが関与する割り合いが高くなるようにする。
【００２５】
上記のような係数βを算出するための関数ｇとしては、例えば
β＝ｅｘｐ（−｛Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓ｝^２／０．０８）
のような正規分布型のものを用いることができる。この場合、温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓと係数βとの関係は、図２に示すような正規分布曲線によって表される。即ち、温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓが０のときにβが１となって炉体温度Ｔ_ｆのみがフィードバック温度Ｔ_ｃに関与し、温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓの絶対値が大きくなるほど係数βが０に近づき試料温度Ｔ_ｓが関与する割り合いが高くなる。また、温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓが０．２Ｋのときに係数βが約０．６となって、炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓとが同程度にフィードバック温度Ｔ_ｃに関与することになる。
【００２６】
また、上記温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓと係数βとの関係は、図３に示すような曲線によって表されるようなものであってもよい。この場合、温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓの絶対値がしきい値である０．２Ｋ以下となる場合には係数βが１となって炉体温度Ｔ_ｆのみがフィードバック温度Ｔ_ｃに関与する。しかし、温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓの絶対値が０．２Ｋよりも大きくなると、係数βが０に近づき試料温度Ｔ_ｓが関与する割り合いが高くなる。
【００２７】
上記構成の熱分析装置の温度制御部は、炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓとを考慮してフィードバック温度Ｔ_ｃを算出し、プログラム温度Ｔ_ｐとの温度偏差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｃを計算するので、例えばこのプログラム温度Ｔ_ｐと炉体温度Ｔ_ｆとの間にほとんど温度差がない場合であっても、試料温度Ｔ_ｓがこれよりも十分に低い温度であれば、ヒータパワー調節器１２がヒータ線２への通電電力を増大させてヒータパワーを大きくすることができる。従って、試料温度Ｔ_ｓは、大きな時間遅れを生じることなくプログラム温度Ｔ_ｐの変化に正確に追従することができるようになる。
【００２８】
また、プログラム温度Ｔ_ｐと試料温度Ｔ_ｓとの温度差が小さい場合には、この試料温度Ｔ_ｓがフィードバック温度Ｔ_ｃに関与する割り合いを小さくするので、ほぼ従来と同様の炉体温度Ｔ_ｆのみによる温度制御を行うことができ、制御系の安定性が損なわれるのを防止することができる。
【００２９】
さらに、試料温度Ｔ_ｓがフィードバック温度Ｔ_ｃに関与する割り合いをプログラム温度Ｔ_ｐとこの試料温度Ｔ_ｓとの温度差に応じて連続的に変化させるので、試料温度Ｔ_ｓの変化に屈曲や段付き等の温度プログラムにはない変化が現れるようなおそれも生じない。
【００３０】
なお、上記実施形態では、試料収納部１ａに試料のみを収納する熱天秤等の熱分析装置について説明したが、例えば示差熱分析（ＤＴＡ）装置等の場合には、この試料収納部１ａに本来の試料５の他に、この試料５の比較対象となる基準物質も収納されるので、このような場合には、センサユニット４が検出する試料温度Ｔ_ｓを基準物質の温度とすることもできる。特に、試料５が転移を生じるような場合には、ヒータ線２の発熱量を増加してもこの試料５の温度が全く上昇しないようなことがあるので、このような場合は、試料５に代えて基準物質の温度を試料温度Ｔ_ｓとすることが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の熱分析装置によれば、炉体温度だけでなく試料温度も考慮して加熱炉本体の温度制御を行うので、加熱炉本体の熱容量が大きい場合にも、実際に温度制御の対象となる試料温度を正確にプログラム温度に追従させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、熱分析装置の温度制御部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、プログラム温度と試料温度との温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓと係数βとの正規分布型の関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、プログラム温度と試料温度との温度差Ｔ_ｐ−Ｔ_ｓと係数βとの他の関係を示す図である。
【図４】熱分析装置の構造を示す縦断面正面図である。
【図５】従来例を示すものであって、熱分析装置の温度制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】従来例を示すものであって、炉体温度Ｔ_ｆと試料温度Ｔ_ｓとの温度変化の相違を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１加熱炉本体
１ａ試料収納部
２ヒータ線
３炉体温度検出器
４センサユニット
５試料
１３演算器
１２ヒータパワー調節器
１１比較器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal analysis device provided with a temperature control unit for controlling the temperature of a heating furnace main body.
[0002]
[Prior art]
Thermal analysis is widely used as a test method for determining the thermal properties of various materials and for examining the thermal stability of various inorganic and organic compounds. In this thermal analysis, a sample is stored in a temperature-controlled heating furnace, and various physical quantities such as the mass, dimensions, and enthalpy of the sample are detected. A thermal analysis curve showing the relationship can be obtained.
[0003]
FIG. 4 shows an example of a thermal analyzer for performing the thermal analysis. This thermal analyzer includes a heating furnace main body 1 made of a material having high heat resistance such as ceramics. The heating furnace main body 1 has a sample storage section 1a formed therein and a heater wire 2 wound therearound. Further, a furnace body temperature detector 3 using a thermocouple is embedded in the heating furnace main body 1 so that the temperature of the heating furnace main body 1 can be detected. A sensor unit 4 is arranged in the sample storage section 1a of the heating furnace main body 1. The sensor unit 4 is obtained by welding a wire 4b of a thermocouple to the back surface of a plate 4a made of a platinum alloy or the like. Then, the sample container 6 containing the sample 5 is placed on the plate 4a of the sensor unit 4. Therefore, the sensor unit 4 can indirectly detect the temperature of the sample 5 placed in the sample container 6 by measuring the electromotive force of the thermocouple wire 4b.
[0004]
In the conventional thermal analyzer having the above-described structure, it is necessary to raise or lower the temperature inside the sample storage unit 1a at a constant speed or maintain the temperature inside the sample storage unit 1a according to a predetermined temperature program at the time of thermal analysis. It has a control unit. Programmed temperature T _p is set by the temperature program is fed to a comparator 11 of the temperature control unit. In the comparator 11, temperature deviation _T p -T _f is the furnace body temperature detector 3 which is the difference between the detected furnace temperature _{T f} and the program temperature _{T p} is calculated, this temperature deviation _T p -T _f It is sent to the heater power controller 12. Heater power adjuster 12 adjusts the heater power by controlling the power distributed to the heater line 2 in accordance with the temperature deviation T _p -T _f. Thus, the thermal analysis apparatus, given a programmed temperature T _p by a temperature program, the temperature can be controlled as to follow the furnace temperature T _f of the furnace body 1 to the programmed temperature T _p.
[0005]
In conventional thermal analyzer, sample temperature T _s of the sensor unit 4 detects is used only for thermal analysis and is not involved in the temperature control of the temperature control unit. That is, conventionally, only the furnace body temperature _Tf is used as the feedback amount of the control system.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the temperature control unit, since the heating furnace main body 1 usually has a large heat capacity, a time delay element is generated between the time when the heat generated by the heater wire 2 is transmitted to the heating furnace main body 1 and detected by the furnace body temperature detector 3. Therefore, a slight variation due to temperature control noise appears in the furnace body temperature _Tf of the heating furnace body 1. Such a temperature fluctuation may adversely affect the measurement of the thermal analysis. Therefore, the thermal analysis apparatus increases the heat capacity of the heating furnace main body 1 to some extent to attenuate the temperature fluctuation generated in the furnace body temperature _Tf , so that the temperature of the sample 5 in the sample storage unit 1a is reduced by the temperature control noise. The change is hardly transmitted.
[0007]
However, in this way to increase the heat capacity of the furnace body 1, as shown in FIG. 6, the furnace body temperature T _f, which can be time delayed to follow the little almost exactly programmed temperature T _p, the sample temperature T _s, so a large time lag τ occurs. In addition, there is no problem if the sample temperature T _s always has a constant time delay τ. However, actually, the sample temperature T _s does not accurately follow the change in the program temperature T _p due to heat loss in the heating furnace main body 1. Then, this temperature change becomes dull, and a temperature offset δT occurs during, for example, isothermal holding.
[0008]
For this reason, the conventional thermal analyzer has a problem that the sample temperature T _s does not accurately follow the program temperature T _p , so that accurate measurement according to the temperature program cannot be performed.
[0009]
Note that the use of the sample temperature T _s as the amount of feedback control system, is possible to the sample temperature T _s accurately follow the programmed temperature T _p. However, the sample temperature T _s, since a large time delay element by the heat capacity of the furnace body 1 is applied, using the direct temperature control of the sample temperature T _s, the furnace body becomes difficult to keep the control system stable 1 may oscillate. Conventionally, in order to secure the stability of the control system, the furnace body temperature _Tf detected by the furnace body temperature detector 3 arranged near the heater wire 2 has been used for temperature control.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and by controlling the temperature of the heating furnace main body in consideration of not only the furnace body temperature but also the sample temperature, the stability of the control system is not significantly impaired, and the It is an object of the present invention to provide a thermal analyzer capable of causing a temperature to accurately follow a program temperature.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is to solve the above problems, with the sample accommodating portion for accommodating a sample is formed in the pressurized hot furnace body, heating means is provided around the furnace body, and In a thermal analyzer equipped with a furnace body temperature detecting means for detecting the temperature near the periphery of the heating furnace body and a sample temperature detecting means for detecting the temperature in the sample storage section, the furnace body temperature detecting means detects the temperature. This is a function using the furnace body temperature, the sample temperature detected by the sample temperature detecting means, and the program temperature set by the temperature program as parameters, and the furnace is divided by a rate corresponding to the temperature difference between the program temperature and the sample temperature. and feedback temperature calculating means for calculating a feedback temperature by the function to involve sample temperature to body temperature, and feedback temperature feedback temperature calculation means has calculated A temperature control unit including a comparison unit that calculates a temperature deviation by comparing the temperature difference with the program temperature, and a heating control unit that adjusts a heating amount of the heating unit according to the temperature deviation calculated by the comparison unit. And
[0012]
According to the above configuration , the feedback temperature, which is the feedback amount of the control system, is a temperature that takes into account not only the furnace temperature but also the sample temperature, so that there is almost no difference between the program temperature that is the target value and the furnace temperature. Even when there is no sample temperature, if there is a sufficient difference from the sample temperature, the temperature deviation calculated by the comparing means can be increased to some extent. Then, the heating control means adjusts the heating amount of the heating means so that the sample temperature approaches the program temperature even more, so that the sample temperature can quickly follow the program temperature.
[0013]
Moreover, since not only the furnace body temperature and the sample temperature but also the program temperature are added to the parameters, the sample temperature is related to the feedback temperature in accordance with the temperature difference between the program temperature and the sample temperature, which are direct target values. You can change the match. Therefore, not only can the sample temperature more quickly follow the program temperature, but also the stability of the control system can be improved as compared with the case where the rate at which the sample temperature relates to the feedback temperature is fixed.
[0014]
The function refers to a relationship in which, if the value of each parameter is determined within the range of each domain, the value is uniquely determined in accordance with the value. Moreover, the function referred to here must be such that all parameters can contribute to the value of the function.
[0015]
By the way, the temperature of the sample storage section detected by the sample temperature detecting means, that is, the sample temperature, can be the temperature of the reference material or the like stored in the sample storage section in addition to the original sample temperature.
[0016]
The feedback temperature calculating means, the temperature difference between the programmed temperature and the sample temperature as a parameter, the value range for calculating the coefficient beta by 0 <beta <get function takes a value within the range of 0 ≦ beta ≦ 1 , The furnace temperature is T _f , the sample temperature is T _s , and the feedback temperature is T _c ,
T _c = β · T _f + (1−β) · T _s
It is preferable that the feedback temperature is calculated by the following calculation.
[0017]
In the case of the above configuration, the feedback temperature is calculated by a weighted average of the furnace body temperature and the sample temperature. However, since the value of the coefficient β changes in accordance with the temperature difference between the program temperature and the sample temperature, it becomes possible to dynamically change the ratio of the sample temperature to the feedback temperature. Further, since the rate at which the sample temperature is involved continuously changes in accordance with the temperature difference, there is no possibility that a change in the sample temperature that is not present in the temperature program such as bending or stepping will appear.
[0018]
Here, the coefficient β may take a value of 0 or 1 depending on the temperature difference between the program temperature and the sample temperature. Therefore, the value range of the function is in the range of 0 ≦ β ≦ 1. However, this function must also be able to take values in the range 0 <β <1, since it is not always possible to assume a value of 0 or 1 for any temperature difference.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
1 to 3 there is shown an embodiment of the present invention, the temperature difference T _p in FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a temperature control unit of the thermal analysis apparatus, FIG. 2 is a program temperature and the sample temperature FIG. 3 is a diagram illustrating a normal distribution type relationship between −T _s and coefficient β, and FIG. 3 is a diagram illustrating another relationship between the temperature difference T _p −T _s between the program temperature and the sample temperature and the coefficient β. Components having the same functions as those of the conventional example shown in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals.
[0021]
The thermal analyzer of the present embodiment has the same structure as the conventional example shown in FIG. Therefore, the furnace body temperature _Tf is detected by the furnace body temperature detector 3 embedded near the heater wire 2 of the heating furnace body 1. Further, the sample temperature T _s is detected by a wire 4b of the thermocouple of the sensor unit 4.
[0022]
Temperature control unit of the thermal analysis apparatus, as shown in FIG. 1, the temperature difference T _p -T _c is calculated which is the difference between the programmed temperature T _p and feedback temperature T _c by a comparator 11. Then, the temperature deviation T _p -T _c is sent to the heater power controller 12, the temperature control of the heater power of the heater line 2 is adjusted furnace body 1 is performed. Feedback temperature T _c is the amount of feedback control system which is calculated on the basis of the operator 13 is a furnace body temperature T _f and the sample temperature T _s and the programmed temperature T _p. Then, these furnace body temperature T _f and sample temperature T _s is detected by the furnace body temperature detector 3 and the sensor unit 4 as described above.
[0023]
The computing unit 13 calculates a function f using the furnace body temperature T _f and the sample temperature T _s as parameters.
_{_{_{T c = f (T f,}}} T s)
Is calculated to calculate the feedback temperature _Tc . Thus, the temperature feedback temperature T _c is the amount of feedback control system is also considered sample temperature T _s as well furnace temperature T _f. As a constant of the, for example beta and 0 <β <1 range when that the feedback temperature T _c and linear combinations of the furnace body temperature T _f and the sample temperature T _s,
T _c = β · T _f + (1−β) · T _s
Is calculated.
[0024]
The function f is
_{_{_{T c = f (T f,}}} T s, T p)
As in, in addition to the furnace body temperature T _f and the sample temperature T _s program temperature T _p can also be a parameter. By the function g to the parameters temperature difference _T p -T _s of, for example, programmed temperature T _p and the sample temperature _{T s,}
β = g (T _p −T _s )
The value of the coefficient β is determined by calculating
T _c = β · T _f + (1−β) · T _s
By performing the above calculation, the feedback temperature _Tc can also be calculated. In this case, the coefficient beta, varies according to the value of the temperature difference _T p -T _s. Then, the higher the temperature difference T _p -T _s is greater by reducing the value of the coefficient beta, the sample temperature T _s to the feedback temperature T _c is such proportion involved is high.
[0025]
The function g for calculating the coefficient as described above beta, for example, _{_{^{β = exp (- {T p}}} -T s} 2 /0.08)
A normal distribution type such as In this case, the relationship between the temperature difference T _p -T _s and the coefficient β is represented by the normal distribution curve as shown in FIG. That is, only the furnace body temperature _{T f} are involved in feedback temperature _{T c} becomes β is 1 when the temperature difference _T p -T _s is 0, the coefficient as the absolute value of the temperature difference _T p -T _s is greater β but the sample temperature T _s becomes higher proportion involved close to 0. Further, the temperature difference _T p -T _s is a coefficient β of about 0.6 when the 0.2 K, and a furnace body temperature _{T f} and the sample temperature _{T s} involved in the feedback temperature _{T c} to the same extent become.
[0026]
The relationship between the temperature difference T _p -T _s and the coefficient β may be as represented by the curve as shown in FIG. In this case, only the temperature difference T _p -T _s of the absolute value of the furnace body temperature T _f in the coefficient β becomes 1 when equal to or less than 0.2K the threshold is involved in the feedback temperature T _c. However, if the absolute value of the temperature difference T _p -T _s is greater than 0.2 K, proportion coefficient β is the sample temperature T _s is involved approaches 0 becomes high.
[0027]
Temperature controller of thermal analysis apparatus of the above configuration calculates a feedback temperature T _c in consideration of the furnace body temperature T _f and the sample temperature T _s, calculating the temperature difference T _p -T _c the programmed temperature T _p to so, for example, even if there is little temperature difference between the programmed temperature T _p and furnace temperature T _f, if the sample temperature T _s is sufficiently low temperatures than this, the heater power controller 12 can increase the power supplied to the heater wire 2 to increase the heater power. Therefore, the sample temperature T _s will be able to accurately follow the change of the programmed temperature T _p without causing a significant time delay.
[0028]
Further, when the temperature difference between the programmed temperature T _p and the sample temperature T _s is small, the sample temperature T _s to reduce the proportion involved in feedback temperature T _c, substantially similar to the conventional furnace body temperature T Temperature control can be performed only by _{f, and} the stability of the control system can be prevented from being impaired.
[0029]
Furthermore, since the sample temperature T _s is changed continuously according to the temperature difference of the proportion involved in feedback temperature T _c and programmed temperature T _p and the sample temperature T _s, Ya bent to a change in the sample temperature T _s There is no possibility that a change that is not present in the temperature program such as a step appears.
[0030]
In the above-described embodiment, a thermal analyzer such as a thermobalance that stores only a sample in the sample storage section 1a has been described. However, in the case of a differential thermal analysis (DTA) apparatus or the like, the sample storage section 1a originally has other sample 5, since the reference substance to be compared of the sample 5 is also housed, in such a case, may be the sensor unit 4 and the temperature of the sample temperature T _s of the standard substance for detecting . In particular, when the sample 5 undergoes a transition, the temperature of the sample 5 may not increase at all even if the heating value of the heater wire 2 is increased. it is desirable that the temperature of the reference material and the sample temperature T _s in place.
[0031]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the thermal analysis apparatus of the present invention, since the temperature control of the heating furnace main body is performed in consideration of not only the furnace body temperature but also the sample temperature, when the heat capacity of the heating furnace main body is large, Also, the sample temperature actually subjected to the temperature control can accurately follow the programmed temperature.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates one embodiment of the present invention, and is a block diagram illustrating a configuration of a temperature control unit of a thermal analyzer.
FIG. 2, showing an embodiment of the present invention, is a diagram illustrating a normal distribution type relationship between a temperature difference T _p −T _s between a program temperature and a sample temperature and a coefficient β.
FIG. 3 illustrates one embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating another relationship between a temperature difference T _p −T _s between a program temperature and a sample temperature and a coefficient β.
FIG. 4 is a vertical sectional front view showing the structure of the thermal analyzer.
FIG. 5 shows a conventional example, and is a block diagram illustrating a configuration of a temperature control unit of a thermal analyzer.
6 there is shown a conventional example, is a time chart showing the difference in the temperature change of the furnace body temperature T _f and sample temperature T _s.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heating furnace main body 1a Sample storage part 2 Heater wire 3 Furnace body temperature detector 4 Sensor unit 5 Sample 13 Calculator 12 Heater power controller 11 Comparator

Claims

A furnace for forming a sample housing portion for housing a sample inside the heating furnace main body, heating means provided around the heating furnace main body, and detecting a temperature near a peripheral edge of the heating furnace main body. In a thermal analyzer equipped with body temperature detection means and sample temperature detection means for detecting the temperature in the sample storage unit,
A function using the furnace body temperature detected by the furnace body temperature detecting means, the sample temperature detected by the sample temperature detecting means, and the program temperature set by the temperature program as parameters, and a temperature difference between the program temperature and the sample temperature. Feedback temperature calculating means for calculating a feedback temperature by a function that causes the sample temperature to participate in the furnace body temperature at a rate corresponding to
Comparing means for comparing the feedback temperature calculated by the feedback temperature calculating means with the program temperature to calculate a temperature deviation;
A thermal analysis apparatus comprising: a temperature control unit including a heating control unit that adjusts a heating amount of the heating unit according to the temperature deviation calculated by the comparison unit.