JP5916580B2 - Adsorption characteristic measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、吸着特性測定装置に係り、特に試料を冷却する冷却手段を備える吸着特性測定装置に関する。   The present invention relates to an adsorption characteristic measuring apparatus, and more particularly to an adsorption characteristic measuring apparatus provided with a cooling means for cooling a sample.

一般的に吸着量は低温で大きくなるため、吸着特性を測定するときは、試料を低温状態にする。例えば、特許文献1では、吸着量測定装置として、吸着量を測定するためデュワー瓶に満たした液体窒素の中に、試料管を浸漬することが述べられている。   Since the amount of adsorption generally increases at low temperatures, the sample is brought to a low temperature state when measuring adsorption characteristics. For example, Patent Document 1 describes that a sample tube is immersed in liquid nitrogen filled in a Dewar bottle as an adsorption amount measuring device in order to measure the adsorption amount.

特開平5−87727号公報JP-A-5-87727

吸着特性を測定する場合、吸着温度を吸着質の気化温度の付近にして行う。そのため、例えば、窒素を吸着させる場合には77K(−196℃)の液体窒素、アルゴンを吸着させる場合には87K(−189℃)の液体アルゴンの冷媒をそれぞれ用いる。このように従来は、吸着質ごとに気化温度の異なる低温冷媒を用意しなければならなかった。また、入手可能な低温冷媒の気化温度はそれぞれ固有の気化温度であるので、吸着特性を任意の温度で測定したり、測定温度を連続的に変えて吸着特性を評価することは困難であった。   When measuring the adsorption characteristics, the adsorption temperature is set near the vaporization temperature of the adsorbate. For this reason, for example, 77K (-196 ° C) liquid nitrogen is used when nitrogen is adsorbed, and 87K (-189 ° C) liquid argon is used when argon is adsorbed. Thus, conventionally, it has been necessary to prepare low-temperature refrigerants having different vaporization temperatures for each adsorbate. Also, since the vaporization temperatures of the available low-temperature refrigerants are unique vaporization temperatures, it was difficult to measure the adsorption characteristics at any temperature or to evaluate the adsorption characteristics by continuously changing the measurement temperature. .

本発明の目的は、吸着特性の測定温度を任意に設定できる吸着特性測定装置を提供することである。また、他の目的は、吸着特性の測定温度を連続的に変化させることができる吸着特性測定装置を提供することである。さらに他の目的は、吸着熱測定を可能とする吸着特性測定装置を提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも1つに貢献する。   An object of the present invention is to provide an adsorption characteristic measuring apparatus capable of arbitrarily setting the measurement temperature of the adsorption characteristic. Another object is to provide an adsorption characteristic measuring apparatus capable of continuously changing the measurement temperature of the adsorption characteristic. Still another object is to provide an adsorption characteristic measuring apparatus that enables measurement of heat of adsorption. The following means contribute to at least one of these purposes.

本発明に係る吸着特性測定装置は、少なくとも吸着質供給部と接続され、試料を収容し、所定の高伝熱性を有する試料室と、試料を冷却するための冷却ステージを有する蓄冷式冷却手段と、試料室と冷却ステージとの間に設けられ、所定の熱容量と所定の高伝熱性を有する伝熱バッファと、伝熱バッファと試料室の間に設けられ試料室に入熱する入熱部と、設定された目標吸着測定温度と試料室の温度との間の偏差をゼロにするように入熱量を制御する温度調整手段と、目標吸着測定温度の下で試料の吸着特性を測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。   An adsorption characteristic measuring apparatus according to the present invention is connected to at least an adsorbate supply unit, accommodates a sample, has a predetermined high heat transfer property, a regenerative cooling means having a cooling stage for cooling the sample, and A heat transfer buffer provided between the sample chamber and the cooling stage and having a predetermined heat capacity and a predetermined high heat transfer property; and a heat input section provided between the heat transfer buffer and the sample chamber for heat input to the sample chamber; Temperature adjustment means for controlling the amount of heat input so that the deviation between the set target adsorption measurement temperature and the sample chamber temperature is zero, and measurement means for measuring the adsorption characteristics of the sample under the target adsorption measurement temperature And.

本発明に係る吸着特性測定装置において、試料室と、入熱部と、伝熱バッファと、冷却ステージとを内部に収容する真空断熱チャンバを備えることが好ましい。   In the adsorption characteristic measuring apparatus according to the present invention, it is preferable to include a vacuum heat insulation chamber that accommodates the sample chamber, the heat input section, the heat transfer buffer, and the cooling stage.

また、本発明に係る吸着特性測定装置において、温度調整手段は、(1/1000)K単位で目標吸着測定温度を設定することが好ましい。   In the adsorption characteristic measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the temperature adjusting means sets the target adsorption measurement temperature in units of (1/1000) K.

また、本発明に係る吸着特性測定装置において、蓄冷式冷却手段は、スターリング冷凍機またはGM冷凍機であることが好ましい。   Moreover, in the adsorption | suction characteristic measuring apparatus which concerns on this invention, it is preferable that a cool storage type cooling means is a Stirling refrigerator or a GM refrigerator.

また、本発明に係る吸着特性測定装置において、吸着特性測定中における入熱部の入熱量に基づき、試料に吸着質が吸着するときの吸着熱を求める吸着熱算出部を備えることが好ましい。   In addition, the adsorption characteristic measuring apparatus according to the present invention preferably includes an adsorption heat calculation unit that obtains the heat of adsorption when the adsorbate is adsorbed to the sample based on the heat input amount of the heat input part during the adsorption characteristic measurement.

上記構成の吸着特性測定装置によれば、試料室の温度は、蓄冷式冷却手段によって吸込まれる熱量と、入熱部により供給される熱量で調整できる。したがって、吸着特性の測定温度を蓄冷式冷却手段の冷却能力で定まるある程度の範囲で任意に設定でき、また、吸着特性の測定温度を連続的に変化させることができる。   According to the adsorption characteristic measuring apparatus having the above configuration, the temperature of the sample chamber can be adjusted by the amount of heat sucked by the regenerative cooling means and the amount of heat supplied by the heat input section. Therefore, the measurement temperature of the adsorption characteristic can be arbitrarily set within a certain range determined by the cooling capacity of the regenerative cooling means, and the measurement temperature of the adsorption characteristic can be continuously changed.

吸着特性測定装置は、試料を冷却するために試料室の熱を吸い込む冷却ステージ、試料室に熱を与える入熱部、試料室、伝熱バッファ等の、熱の出入り、伝熱に関する要素を真空断熱チャンバの内部に収納するので、外部への熱の放散、外部からの伝熱、内部の伝熱をそれぞれ遮断できる。これにより、熱的なノイズを少なくして吸着特性の測定温度を調整できる。   The adsorption characteristic measurement device vacuums the elements related to heat input / output and heat transfer, such as the cooling stage that sucks the heat of the sample chamber to cool the sample, the heat input part that applies heat to the sample chamber, the sample chamber, and the heat transfer buffer. Since it is housed inside the heat insulation chamber, it is possible to block heat dissipation to the outside, heat transfer from the outside, and heat transfer from the inside. Thereby, thermal noise can be reduced and the measurement temperature of adsorption | suction characteristics can be adjusted.

吸着特性測定装置は、(1/1000)K単位で温度調整を行える。従来の液体窒素等の液体冷媒では測定中の気圧の変化、空気中の酸素の溶け込みなどの影響により0.2Kの揺らぎが観測されることがあるが、吸着特性測定装置は吸着特性の測定温度を従来の液体窒素等の液体冷媒以上に管理できる。   The adsorption characteristic measuring apparatus can adjust the temperature in units of (1/1000) K. In conventional liquid refrigerants such as liquid nitrogen, fluctuations of 0.2K may be observed due to changes in atmospheric pressure during measurement, oxygen penetration in the air, etc., but the adsorption characteristic measuring device measures the adsorption characteristic measurement temperature. Can be managed more than conventional liquid refrigerants such as liquid nitrogen.

吸着特性測定装置において、電気式冷却手段は、スターリング冷凍機またはGM冷凍機を用いる。スターリング冷凍機は小型で、50Kから室温の範囲で冷却温度が設定できる。GM冷凍機はスターリング冷凍機よりは大きくなり、約4.2K付近まで冷却できる。これらを用いることで、小型で、吸着特性の測定温度を可変できる吸着特性測定装置とすることができる。   In the adsorption characteristic measuring apparatus, a Stirling refrigerator or a GM refrigerator is used as the electric cooling means. The Stirling refrigerator is small, and the cooling temperature can be set in the range of 50K to room temperature. The GM refrigerator is larger than the Stirling refrigerator and can cool to about 4.2K. By using these, it is possible to provide a compact adsorption characteristic measuring apparatus that can vary the measurement temperature of the adsorption characteristic.

吸着特性測定装置は、吸着特性の測定中に発熱が生じれば、目標温度を一定にするように、入熱部の入熱量が低下する。その入熱量の変化から試料に吸着質が吸着するときの吸着熱を求めることができる。これにより、特別な熱測定装置を用いることなく、リアルタイムで吸着熱を測定できる。   In the adsorption characteristic measuring apparatus, if heat is generated during the measurement of the adsorption characteristic, the heat input amount of the heat input part is lowered so as to keep the target temperature constant. From the change in the amount of heat input, the heat of adsorption when the adsorbate is adsorbed to the sample can be obtained. Thereby, the heat of adsorption can be measured in real time without using a special heat measuring device.

本発明に係る実施の形態における吸着特性測定装置の構成図である。It is a block diagram of the adsorption | suction characteristic measuring apparatus in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態において、各要素の温度、熱量の時間変化を示す図である。In embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the time change of the temperature of each element, and calorie | heat amount.

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、蓄冷式冷却手段としてスターリング冷凍機を述べるが、電気的な制御が可能な極低温冷凍機であればよく、例えば、GM冷凍機、パルスチューブ冷凍機等を用いてもよい。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, a Stirling refrigerator is described as the regenerative cooling means. However, any cryogenic refrigerator capable of electrical control may be used. For example, a GM refrigerator, a pulse tube refrigerator, or the like may be used.

また、以下で説明する寸法、物体の形状等は、説明のための例示であって、具体的な形状、数値などは吸着特性測定装置の用途、目的、仕様に応じて適宜変更することができる。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。   In addition, the dimensions, object shapes, and the like described below are illustrative examples, and specific shapes, numerical values, and the like can be changed as appropriate according to the application, purpose, and specifications of the adsorption characteristic measurement device. . Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.

図1は、吸着特性測定装置10の構成図である。図1には、吸着特性測定装置10の構成要素ではないが、吸着特性が測定される対象の試料8が示される。   FIG. 1 is a configuration diagram of the adsorption characteristic measuring apparatus 10. FIG. 1 shows a sample 8 that is not a constituent element of the adsorption characteristic measuring device 10 but whose adsorption characteristic is measured.

吸着特性測定装置10は、蓄冷式冷却手段であるスターリング冷凍機20と、本体部30と、配管部80と、これらの動作を制御する制御部100を備える。   The adsorption characteristic measuring apparatus 10 includes a Stirling refrigerator 20 that is a regenerative cooling means, a main body 30, a pipe 80, and a controller 100 that controls these operations.

スターリング冷凍機20は、冷媒ガスを用いる極低温冷凍機の一種であって、特に冷媒としてヘリウムを用いる極低温冷凍機の一種である。スターリング冷凍機20は、蓄冷器を介して圧縮機と膨張機が配置され、圧縮ピストンと膨張ピストンが90度の位相を保ちつつ駆動され、圧縮ピストンと膨張ピストンとの間にある冷却された冷媒が蓄冷器を通ることで蓄冷器を冷却する蓄冷式の極低温冷凍機である。   The Stirling refrigerator 20 is a kind of a cryogenic refrigerator using refrigerant gas, and in particular, a kind of a cryogenic refrigerator using helium as a refrigerant. In the Stirling refrigerator 20, a compressor and an expander are arranged via a regenerator, the compression piston and the expansion piston are driven while maintaining a phase of 90 degrees, and the cooled refrigerant located between the compression piston and the expansion piston. Is a regenerative cryogenic refrigerator that cools the regenerator by passing through the regenerator.

スターリング冷凍機20は、外置圧縮機22と、外置膨張機24と、シリンダ部26と、冷却ステージ28を含む。外置圧縮機22は極低温冷凍機を構成する圧縮機に相当し、外置膨張機24とシリンダ部26と冷却ステージ28は、極低温冷凍機を構成する膨張機と蓄冷器とが一体化したもので、シリンダ部26は、ヘリウムガスを膨張させて寒冷する膨張空間と蓄冷器とを有する。外置膨張機24は、シリンダ部26の一部を含みながらこれを保持する部分である。冷却ステージ28は、膨張空間により極低温に冷却される先端部で、冷却対象が取り付けられる。ここでは、後述する伝熱バッファ60を介して試料8を冷却する機能を有する。   The Stirling refrigerator 20 includes an external compressor 22, an external expander 24, a cylinder part 26, and a cooling stage 28. The external compressor 22 corresponds to a compressor constituting a cryogenic refrigerator, and the external expander 24, the cylinder unit 26, and the cooling stage 28 are integrated with an expander and a regenerator constituting the cryogenic refrigerator. Thus, the cylinder part 26 has an expansion space that cools by inflating helium gas and a regenerator. The external expander 24 includes a part of the cylinder part 26 and holds it. The cooling stage 28 is a tip portion that is cooled to an extremely low temperature by the expansion space, and a cooling target is attached to the cooling stage 28. Here, it has a function of cooling the sample 8 via a heat transfer buffer 60 described later.

冷却ステージ28は、スターリング冷凍機20の構成要素の一部であり、スターリング冷凍機20と冷却対象との間のインターフェースとなるものである。冷却ステージ28の温度は、スターリング冷凍機20の設定温度とほぼ同じである。冷却ステージ28の大きさは、外径3cm、高さ0.3cmとできる。   The cooling stage 28 is a part of the constituent elements of the Stirling refrigerator 20 and serves as an interface between the Stirling refrigerator 20 and the object to be cooled. The temperature of the cooling stage 28 is substantially the same as the set temperature of the Stirling refrigerator 20. The size of the cooling stage 28 can be 3 cm in outer diameter and 0.3 cm in height.

シリンダ部26と冷却ステージ28は、周囲との熱のやり取りをできるだけ抑制したいので、本体部30を構成する真空断熱チャンバ32に内部に収納される。外置圧縮機22と外置膨張機24は、放熱する必要があるので、真空断熱チャンバ32の外側に配置される。   The cylinder part 26 and the cooling stage 28 are accommodated in a vacuum heat insulation chamber 32 constituting the main body part 30 because it is desired to suppress the exchange of heat with the surroundings as much as possible. Since the external compressor 22 and the external expander 24 need to dissipate heat, they are disposed outside the vacuum heat insulation chamber 32.

スターリング冷凍機20は、50Kから室温の温度範囲で目標温度を設定できるが、設定温度に対して±1K程度の温度の揺らぎが生じる。GM冷凍機の場合は目標温度が設定できず、ピストンが1段式あるいは2段式により到達する低温温度はそれぞれ20K,4.2K程度となる。このため、温度制御には伝熱バッファにサファイヤを用いて室温付近の熱伝導性を悪くしたり、大きな入熱部を設置し室温付近の制御を行うことがある。   The Stirling refrigerator 20 can set a target temperature in a temperature range from 50K to room temperature, but a temperature fluctuation of about ± 1K occurs with respect to the set temperature. In the case of the GM refrigerator, the target temperature cannot be set, and the low temperature at which the piston reaches by the one-stage type or the two-stage type is about 20K and 4.2K, respectively. For this reason, for temperature control, sapphire is used for the heat transfer buffer to deteriorate the thermal conductivity near room temperature, or a large heat input part is installed to control near room temperature.

本体部30は、真空断熱チャンバ32と、真空ポンプ40と、試料室42と、伝熱バッファ60と、入熱部64を含む。   The main body 30 includes a vacuum heat insulation chamber 32, a vacuum pump 40, a sample chamber 42, a heat transfer buffer 60, and a heat input unit 64.

真空断熱チャンバ32は、外部から内部への熱の出入りを外周面で反射し、内部から外部への熱の出入りを内壁面で反射し、内壁面で囲まれる収容空間を真空とすることで収容空間に配置される各要素間の熱のやり取りを抑制する密閉真空断熱容器である。真空断熱チャンバ32は、下部容器36と上部容器34の二体を組み合わせて1つの容器としたもので、下部容器36と上部容器34とは組合せ面を合わせた後、クランプ38によって固定され、内部の収容空間が密閉空間となる。真空ポンプ40は、真空断熱チャンバ32の内部を真空に保持する排気装置である。   The vacuum heat insulation chamber 32 reflects the heat flow from the outside to the inside by the outer peripheral surface, reflects the heat flow from the inside to the outside by the inner wall surface, and accommodates the housing space surrounded by the inner wall surface by making a vacuum. It is a hermetically sealed vacuum heat insulating container that suppresses heat exchange between elements disposed in the space. The vacuum insulation chamber 32 is a combination of two bodies, a lower container 36 and an upper container 34. The lower container 36 and the upper container 34 are fixed by a clamp 38 after the combined surfaces are aligned. The accommodation space becomes a sealed space. The vacuum pump 40 is an exhaust device that holds the inside of the vacuum heat insulation chamber 32 in a vacuum.

真空断熱チャンバ32の収容空間には、スターリング冷凍機20を構成するシリンダ部26、冷却ステージ28、伝熱バッファ60、入熱部64、試料室42、及びこれらを熱的に接続する接続部品が収容される。接続部品としては、冷却ステージ28と伝熱バッファ60を接続する筒部62、伝熱バッファ60と入熱部64を接続するキャップ部66、入熱部64と試料室42を接続する伝熱部材68等である。真空ポンプ40は、真空断熱チャンバ32の内部を真空に保持する排気装置である。   In the accommodation space of the vacuum heat insulation chamber 32, there are a cylinder part 26, a cooling stage 28, a heat transfer buffer 60, a heat input part 64, a sample chamber 42, and a connecting part for thermally connecting them. Be contained. As connecting parts, a cylindrical part 62 that connects the cooling stage 28 and the heat transfer buffer 60, a cap part 66 that connects the heat transfer buffer 60 and the heat input part 64, and a heat transfer member that connects the heat input part 64 and the sample chamber 42. 68 mag. The vacuum pump 40 is an exhaust device that holds the inside of the vacuum heat insulation chamber 32 in a vacuum.

伝熱バッファ60は、冷却ステージ28の上に配置され、所定の熱容量を有する円柱部材である。冷却ステージ28は、スターリング冷凍機20の動作の際に温度揺らぎが生じる。例えば、スターリング冷凍機20の設定温度をθ20とすると、スターリング冷凍機20のシリンダ部26の往復運動等によって、そのままでは冷却ステージ28の温度がθ20を中心として±1K揺らいだ値となる。伝熱バッファ60は、その温度揺らぎを吸収して、伝熱部材68の温度を入熱する熱の制御を合わせ約±2mK程度に安定させる。 The heat transfer buffer 60 is a cylindrical member that is disposed on the cooling stage 28 and has a predetermined heat capacity. The cooling stage 28 undergoes temperature fluctuation during the operation of the Stirling refrigerator 20. For example, if the set temperature of the Stirling refrigerator 20 and theta 20, by the reciprocating motion or the like of the cylinder portion 26 of the Stirling cooler 20, is a value temperature fluctuates ± 1K around a theta 20 of the cooling stage 28 as it is. The heat transfer buffer 60 absorbs the temperature fluctuation and stabilizes the temperature of the heat transfer member 68 to about ± 2 mK by combining the control of heat input.

伝熱バッファ60の材質は、サファイアで構成される。サファイア以外でも熱伝導率の高い材質であればよく、例えば、銅、または銅合金を用いることができる。伝熱バッファ60の寸法の一例を挙げると、外径1.5cm、高さ5cmである。伝熱バッファ60の形状は円柱形状以外でもよい。   The material of the heat transfer buffer 60 is made of sapphire. Any material other than sapphire may be used as long as it has a high thermal conductivity. For example, copper or a copper alloy can be used. An example of the dimensions of the heat transfer buffer 60 is an outer diameter of 1.5 cm and a height of 5 cm. The shape of the heat transfer buffer 60 may be other than a cylindrical shape.

筒部62は、伝熱バッファ60の外径とほぼ同じ内径を有する円筒部材である。筒部62は、冷却ステージ28の上に伝熱バッファ60を載せて熱的に接続するための部材である。筒部62は冷却ステージ28に固定され、その内径部分に伝熱バッファ60が挿入されることで冷却ステージ28の上面と伝熱バッファ60の底面が接触し、伝熱バッファ60の重さによって、冷却ステージ28と伝熱バッファ60が熱的に接続する。必要に応じ、筒部62と伝熱バッファ60、伝熱バッファ60と冷却ステージ28との間を適当な固定部材で固定してもよい。筒部62の内径部分に伝熱バッファ60を挿入した状態で伝熱バッファ60の上面が筒部62より突き出すように、筒部62の寸法が設定される。筒部62の材質は、銅または、銅合金とすることができる。また表面はNiメッキなどにより鏡面にし輻射熱を反射させることも有効である。   The cylindrical portion 62 is a cylindrical member having an inner diameter that is substantially the same as the outer diameter of the heat transfer buffer 60. The cylindrical portion 62 is a member for placing the heat transfer buffer 60 on the cooling stage 28 and thermally connecting it. The cylindrical portion 62 is fixed to the cooling stage 28, and the heat transfer buffer 60 is inserted into the inner diameter portion thereof so that the upper surface of the cooling stage 28 and the bottom surface of the heat transfer buffer 60 are in contact with each other. The cooling stage 28 and the heat transfer buffer 60 are thermally connected. If necessary, the cylindrical portion 62 and the heat transfer buffer 60 and the space between the heat transfer buffer 60 and the cooling stage 28 may be fixed with an appropriate fixing member. The dimension of the cylinder part 62 is set so that the upper surface of the heat transfer buffer 60 protrudes from the cylinder part 62 in a state where the heat transfer buffer 60 is inserted into the inner diameter part of the cylinder part 62. The material of the cylindrical part 62 can be copper or a copper alloy. It is also effective to make the surface a mirror surface by Ni plating or the like and reflect the radiant heat.

キャップ部66は、伝熱バッファ60の上面にかぶせられる帽子状の部材で、その周囲に入熱部64であるヒータが巻き付けられる。キャップ部66の材質は、銅または、銅合金とすることができる。また表面はNiメッキなどにより鏡面にし輻射熱を反射させることも有効である。   The cap portion 66 is a cap-shaped member that is placed on the upper surface of the heat transfer buffer 60, and a heater that is the heat input portion 64 is wound around the cap portion 66. The material of the cap part 66 can be copper or a copper alloy. It is also effective to make the surface a mirror surface by Ni plating or the like and reflect the radiant heat.

入熱部64は、例としてステンレスで被覆された外径1mmの細線で、キャップ部66に巻きつけられ、その外側が伝熱部材68で覆われる抵抗線ヒータである。入熱部64は、伝熱部材68を介して試料室42に熱量を供給し、これによって冷却ステージ28によって試料室42から吸い込まれる熱量を調整して、試料室42の温度を調整する機能を有する。ヒータの両端子は、制御部100によって動作が制御される加熱電源に接続される。   The heat input part 64 is a resistance wire heater that is wound around a cap part 66 and covered with a heat transfer member 68 with a thin wire having an outer diameter of 1 mm covered with stainless steel as an example. The heat input section 64 has a function of adjusting the temperature of the sample chamber 42 by supplying heat to the sample chamber 42 via the heat transfer member 68, thereby adjusting the amount of heat drawn from the sample chamber 42 by the cooling stage 28. Have. Both terminals of the heater are connected to a heating power source whose operation is controlled by the control unit 100.

入熱部64の抵抗線ヒータとしては、20W程度のフィルムヒータを用いることができる。フィルムヒータ以外の形式のヒータを用いてもよい。例えば、シーズヒータやニクロム線をキャップ部66に巻きつけたもの、キャップ部66に挿入穴を設けてカートリッジ型のヒータを挿入することでもよい。   As the resistance wire heater of the heat input section 64, a film heater of about 20 W can be used. A heater other than the film heater may be used. For example, a sheathed heater or a nichrome wire wound around the cap portion 66, or an insertion hole may be provided in the cap portion 66 to insert a cartridge type heater.

伝熱部材68は、入熱部64と台座部44との間に設けられ、キャップ部66に巻きつけられた抵抗線ヒータの外側を覆って保持する部材である。伝熱部材68は、抵抗線ヒータを保持する役割を有するが、試料室42に対する熱の流れからいえば、伝熱バッファ60を介して冷却ステージ28に吸い込まれる熱量と、入熱部64から供給される熱量が交じり合う部材である。   The heat transfer member 68 is a member that is provided between the heat input portion 64 and the pedestal portion 44 and covers and holds the outside of the resistance wire heater wound around the cap portion 66. Although the heat transfer member 68 has a role of holding the resistance wire heater, the amount of heat sucked into the cooling stage 28 via the heat transfer buffer 60 and the heat input unit 64 are supplied from the heat flow to the sample chamber 42. It is a member that mixes the amount of heat.

伝熱部材68の材質は、銅、または銅合金とすることができる。また、高伝熱性を有する材質であればこれら以外の材質でもよい。伝熱部材68の寸法の一例を挙げると、外径5cm、高さ3cmである。高さ3cmのうち、入熱部64の外周を覆う高さの部分は2cmである。なお、伝熱部材68の形状は測定に応じて適当な形状を有することができる。   The material of the heat transfer member 68 can be copper or a copper alloy. Further, other materials may be used as long as the materials have high heat conductivity. An example of the dimensions of the heat transfer member 68 is an outer diameter of 5 cm and a height of 3 cm. Of the height of 3 cm, the height portion covering the outer periphery of the heat input section 64 is 2 cm. In addition, the shape of the heat transfer member 68 can have a suitable shape according to a measurement.

試料室42は、台座部44と、蓋部46と、台座部44と蓋部46によって形成される収容空間48と、収容空間48に配置される試料台50を含んで構成される。台座部44と蓋部46は試料交換及び真空保持の為のシーリング機構とボルトを有する。   The sample chamber 42 includes a pedestal portion 44, a lid portion 46, an accommodation space 48 formed by the pedestal portion 44 and the lid portion 46, and a sample stage 50 disposed in the accommodation space 48. The pedestal 44 and the lid 46 have a sealing mechanism and bolts for exchanging the sample and holding the vacuum.

台座部44は、伝熱部材68の上面に取り付けられる円板状の部材で、その上面側に設けられる蓋部46と協働して収容空間48を形成する。図1では台座部44の上面を平面とし、フランジ付きで窪みを有する蓋部46を用い、フランジ部分を台座部44に取り付けることで、蓋部46の窪みを収容空間48とした。これと逆に、台座部44に円筒状の張出を設け、円筒状の上部開口を平板状の蓋部で覆い、円筒状の内径部分を収容空間48としてもよい。図1では収容空間の数を1つとしたが、これ以外の収容空間の数でもよい。例えば2つの収容空間を設けるものとしてもよく、3つ以上の収容空間を設けてもよい。台座部44と蓋部46の材質は、銅、または銅合金とすることができる。また表面はNiメッキなどにより鏡面にし輻射熱を反射させることも有効である。   The pedestal portion 44 is a disk-shaped member attached to the upper surface of the heat transfer member 68 and forms an accommodation space 48 in cooperation with the lid portion 46 provided on the upper surface side thereof. In FIG. 1, the upper surface of the pedestal portion 44 is a flat surface, and a lid portion 46 with a flange and having a recess is used. On the contrary, a cylindrical protrusion may be provided on the pedestal portion 44, the cylindrical upper opening may be covered with a flat lid portion, and the cylindrical inner diameter portion may be used as the accommodation space 48. Although the number of accommodation spaces is one in FIG. 1, other accommodation spaces may be used. For example, two storage spaces may be provided, or three or more storage spaces may be provided. The material of the pedestal 44 and the lid 46 can be copper or a copper alloy. It is also effective to make the surface a mirror surface by Ni plating or the like and reflect the radiant heat.

試料台50は、試料8を収容するためのくぼみを上部に有する皿である。試料台50は、密閉空間である収容空間48の内部に配置され、台座部44から着脱可能である。これにより、蓋部46を取り外せば、個々の試料台50を取り出して洗浄等を容易に行うことができる。これに代えて、試料台50を台座部44と一体化させてもよい。試料台50の大きさの一例を挙げると、外径2.5cm、高さ0.8cmである。   The sample stage 50 is a dish having an indentation for accommodating the sample 8 at the top. The sample stage 50 is disposed inside a storage space 48 that is a sealed space, and is detachable from the pedestal portion 44. Thereby, if the cover part 46 is removed, each sample stand 50 can be taken out, and cleaning etc. can be performed easily. Instead of this, the sample stage 50 may be integrated with the pedestal 44. An example of the size of the sample stage 50 is an outer diameter of 2.5 cm and a height of 0.8 cm.

台座部44の上面側に設けられる温度検出部52は、試料台50の温度である試料温度θSを計測する温度計である。試料温度θSは、吸着特性算出のために、制御部100に伝送される。温度検出部52としては白金測温体を用いることができる。 The temperature detection unit 52 provided on the upper surface side of the pedestal unit 44 is a thermometer that measures the sample temperature θ S that is the temperature of the sample table 50. The sample temperature θ S is transmitted to the control unit 100 for calculation of adsorption characteristics. A platinum temperature detector can be used as the temperature detector 52.

台座部44の下面側に設けられる温度検出部54は、試料室42の温度制御を行う際の実際温度θAを検出する温度である。試料室42の温度制御は、スターリング冷凍機20の設定温度θ20と、入熱部64によって供給される入熱量Q64とに基づいて行われる。スターリング冷凍機20によって試料室42から吸い込まれる熱量と、入熱部64によって供給される入熱量Q64は、伝熱部材68のところで合わさって試料室42の底面側に伝熱される。そこで、試料室42の底面側の温度を制御における実際温度θAとして、温度検出部54はこの実際温度θAを検出し、適当な信号線で制御部100に伝送する。温度検出部54としては白金測温体を用いることができる。 The temperature detector 54 provided on the lower surface side of the pedestal 44 is a temperature for detecting the actual temperature θ A when the temperature control of the sample chamber 42 is performed. The temperature control of the sample chamber 42 is performed based on the set temperature θ 20 of the Stirling refrigerator 20 and the heat input amount Q 64 supplied by the heat input unit 64. The heat amount sucked from the sample chamber 42 by the Stirling refrigerator 20 and the heat input amount Q 64 supplied by the heat input section 64 are combined at the heat transfer member 68 and transferred to the bottom surface side of the sample chamber 42. Therefore, the temperature on the bottom side of the sample chamber 42 is set as the actual temperature θ A in the control, and the temperature detection unit 54 detects the actual temperature θ A and transmits it to the control unit 100 through an appropriate signal line. A platinum temperature detector can be used as the temperature detector 54.

なお、冷却ステージ28から試料室42までの間には、伝熱バッファ60、筒部62、キャップ部66、入熱部64、伝熱部材68の多くの部材が存在する。これらは、固体の熱伝導によって熱を伝えるため、何箇所かの接触面が生じる。この接触面は、熱抵抗を生む要因となるため、その影響を低減することが好ましい。影響を低減するには、接触面の表面粗さを滑らかにする、固体の材質を熱伝導率の高いものを用いる、接触面の押し付け力を高めること等が挙げられる。例えば、押し付け力を高めるためには、各要素間の固定力を大きくすることや、極低温でも高い熱伝導率を維持するグリースを塗ることが好ましい。また、熱伝達をする要素の数を減らすために、伝熱部材68と試料室42を一体化し、あるいは筒部62とキャップ部66と伝熱部材68とを一体化してもよい。   It should be noted that there are many members such as the heat transfer buffer 60, the cylinder portion 62, the cap portion 66, the heat input portion 64, and the heat transfer member 68 between the cooling stage 28 and the sample chamber 42. Since these conduct heat by solid heat conduction, several contact surfaces are generated. Since this contact surface causes heat resistance, it is preferable to reduce the influence. In order to reduce the influence, the surface roughness of the contact surface is smoothed, a solid material having a high thermal conductivity is used, and the pressing force of the contact surface is increased. For example, in order to increase the pressing force, it is preferable to increase the fixing force between the elements or to apply grease that maintains high thermal conductivity even at extremely low temperatures. Further, in order to reduce the number of elements that conduct heat, the heat transfer member 68 and the sample chamber 42 may be integrated, or the cylinder portion 62, the cap portion 66, and the heat transfer member 68 may be integrated.

吸着質供給部74は、試料8に対する吸着特性を測定する吸着質を供給するガス源である。例えば、吸着質が窒素ガスの場合、吸着質供給部74は窒素ガスボンベである。吸着質の種類が複数ある場合には、複数の吸着質供給部74が設けられる。   The adsorbate supply unit 74 is a gas source that supplies adsorbate for measuring the adsorption characteristics of the sample 8. For example, when the adsorbate is nitrogen gas, the adsorbate supply unit 74 is a nitrogen gas cylinder. When there are a plurality of adsorbate types, a plurality of adsorbate supply units 74 are provided.

排出部76は、試料室42の収容空間48を配管部80を介して減圧するための排気装置である。排出部76の動作は制御部100の制御の下で行われる。排出部76としてはロータリポンプを用いることができる。吸着特性測定の目的によっては、ターボ分子ポンプを用い、ロータリポンプを補助ポンプとして用いるものとしてよい。   The discharge unit 76 is an exhaust device for depressurizing the accommodation space 48 of the sample chamber 42 via the piping unit 80. The operation of the discharge unit 76 is performed under the control of the control unit 100. A rotary pump can be used as the discharge unit 76. Depending on the purpose of the adsorption characteristic measurement, a turbo molecular pump may be used and a rotary pump may be used as an auxiliary pump.

配管部80は、マニホールド82を介して、真空断熱チャンバ32の内部に配置される試料室42の収容空間48と、真空断熱チャンバ32の外側に配置される吸着質供給部74、排出部76をそれぞれ互いに接続して連結するために設けられる複数の配管である。配管部80には、制御部100の下で作動する複数の開閉弁88,92,94が設けられる。   The piping unit 80 includes a storage space 48 of the sample chamber 42 disposed inside the vacuum heat insulation chamber 32, an adsorbate supply unit 74 and a discharge unit 76 disposed outside the vacuum heat insulation chamber 32 via the manifold 82. These are a plurality of pipes provided to connect and connect to each other. The piping unit 80 is provided with a plurality of on-off valves 88, 92, and 94 that operate under the control unit 100.

配管部80のうち、吸着質供給部74とマニホールド82との間の配管には、制御部100の制御の下で作動する吸着質用の開閉弁92が設けられる。吸着質供給部74が複数ある場合には、それぞれの吸着質供給部74に対応して吸着質用の開閉弁92が設けられる。同様に、排出部76とマニホールド82との間の配管には、制御部100の制御の下で作動する排出部用の開閉弁94が設けられる。   Of the piping unit 80, the piping between the adsorbate supply unit 74 and the manifold 82 is provided with an on / off valve 92 for adsorbate that operates under the control of the control unit 100. When there are a plurality of adsorbate supply units 74, an adsorbate opening / closing valve 92 is provided corresponding to each adsorbate supply unit 74. Similarly, a pipe between the discharge unit 76 and the manifold 82 is provided with a discharge unit on-off valve 94 that operates under the control of the control unit 100.

マニホールド82は、開閉弁88,92,94のそれぞれの一方端を互いに接続した屈曲管路である。マニホールド82は、吸着質用の開閉弁92、排出部用の開閉弁94側の端部が真空断熱チャンバ32の外部に配置され、そこから延びて真空断熱チャンバ32の内部空間に入り、試料室42の側に延びる。マニホールド82に接続される圧力計86は、マニホールド82の内部圧力PMを検出する。マニホールド82に接続される圧力計90は、収容空間48の内部圧力PSを検出する試料室圧力検出手段である。検出されたマニホールド82の内部圧力PM及び収容空間48の内部圧力PSは、適当な信号線で制御部100に伝送される。マニホールド82を含む配管部80は、温度調整された槽に収容され、所定の温度に維持されることが好ましい。 The manifold 82 is a bent pipe line in which one ends of the on-off valves 88, 92, 94 are connected to each other. The manifold 82 has an end on the side of the on-off valve 92 for the adsorbate and the on-off valve 94 for the discharge portion arranged outside the vacuum heat insulation chamber 32 and extends from there to enter the internal space of the vacuum heat insulation chamber 32 to provide a sample chamber. 42 side. A pressure gauge 86 connected to the manifold 82 detects the internal pressure P M of the manifold 82. The pressure gauge 90 connected to the manifold 82 is a sample chamber pressure detecting means for detecting the internal pressure P S of the accommodation space 48. The detected internal pressure P M of the manifold 82 and the internal pressure P S of the accommodation space 48 are transmitted to the control unit 100 through appropriate signal lines. It is preferable that the piping part 80 including the manifold 82 is accommodated in a temperature-adjusted tank and maintained at a predetermined temperature.

開閉弁88と試料室42は、配管にて接続される。この配管は試料を真空に出来る配管内径を有し、かつ外部からの熱流入を極力小さくできるような細い外径の配管を使用することが好ましい。外部からの熱流入を最少にする為に接続配管と冷却ステージ28を結ぶサーマルアンカにて試料室とほぼ同じ温度にする機構を有することが好ましい。接続箇所は低温部分であるシリンダ部26あるいは筒部62でも可能である。   The on-off valve 88 and the sample chamber 42 are connected by piping. This pipe preferably has a pipe inner diameter that can evacuate the sample, and a pipe having a thin outer diameter that can minimize heat inflow from the outside. In order to minimize the inflow of heat from the outside, it is preferable to have a mechanism for setting the temperature to be approximately the same as that of the sample chamber by a thermal anchor connecting the connection pipe and the cooling stage 28. The connecting part may be the cylinder part 26 or the cylinder part 62 which is a low temperature part.

制御部100は、これら各要素の動作を統合して制御する装置である。特に、本体部30における入熱部64、スターリング冷凍機20、配管部80における試料室用の開閉弁88、吸着質用の開閉弁92、排出部用の開閉弁94の動作を制御し、吸着特性測定処理を行う制御を実行する。かかる制御部100は、コンピュータで構成できる。   The control unit 100 is a device that controls the operations of these elements in an integrated manner. In particular, the operation of the heat input section 64 in the main body section 30, the Stirling refrigerator 20, the opening / closing valve 88 for the sample chamber in the piping section 80, the opening / closing valve 92 for the adsorbate, and the opening / closing valve 94 for the discharge section are controlled and absorbed. Executes control for performing characteristic measurement processing. The control unit 100 can be configured with a computer.

制御部100は、吸着特性測定装置10の各要素の動作を全体として制御する機能を有するが、ここでは特に、スターリング冷凍機20の動作と、入熱部64の動作を制御することで、吸着特性の測定温度を所望の任意温度に制御する機能を有する。かかる制御部は、コンピュータで構成することができる。   The control unit 100 has a function of controlling the operation of each element of the adsorption characteristic measuring apparatus 10 as a whole, but here, in particular, by controlling the operation of the Stirling refrigerator 20 and the operation of the heat input unit 64, the adsorption unit It has a function of controlling the characteristic measurement temperature to a desired arbitrary temperature. Such a control unit can be configured by a computer.

制御部100は、目標温度θTを設定する目標温度設定処理手順102と、スターリング冷凍機20と入熱部64の動作を制御して温度調整を行う温度調整処理手順104と、吸着特性を算出して出力部110に伝送する吸着特性算出処理手順106と、吸着時の発熱量である吸着熱を算出して出力部110に伝送する吸着熱算出処理手順108を実行する機能を有する。かかる機能は、ソフトウエアで実現でき、具体的には、測定処理プログラムを実行することで実現できる。 Controller 100 calculates the target temperature setting procedure 102 for setting the target temperature theta T, a temperature adjustment processing procedure 104 that performs temperature adjustment by controlling the operation of the Stirling refrigerator 20 and the heat input section 64, the adsorption properties Then, an adsorption characteristic calculation processing procedure 106 that is transmitted to the output unit 110 and an adsorption heat calculation processing procedure 108 that calculates the adsorption heat that is the amount of heat generated at the time of adsorption and transmits it to the output unit 110 are provided. Such a function can be realized by software, specifically, by executing a measurement processing program.

制御部100の吸着特性算出処理手順は、マニホールド用の圧力計86が検出するマニホールド82の内部圧力PMの変化、試料室用の圧力計90が検出する収容空間48の内部圧力PSの変化等に基づいて、試料室42の収容空間48に収容される試料8の吸着量等の算出を実行する。算出される吸着特性としては、試料8の吸着量、比表面積、細孔分布等である。吸着特性の算出には、マニホールド82の内部圧力PMの変化と試料室42の収容空間48の内部圧力PSの変化とに基づいて吸着量等を算出するプログラムが用いられる。算出された吸着特性は、出力端末である出力部110で表示される。出力部110の機能を制御部100の機能の一部としてもよい。 Adsorption characteristic calculation processing procedure of the control unit 100, the change in the internal pressure P M of the manifold 82 to a pressure gauge 86 for the manifold is detected, change in the internal pressure P S of the housing space 48 detected by the pressure gauge 90 for sample chamber Based on the above, the amount of adsorption of the sample 8 accommodated in the accommodation space 48 of the sample chamber 42 is calculated. The calculated adsorption characteristics include the amount of adsorption of the sample 8, the specific surface area, the pore distribution, and the like. The calculation of the adsorption characteristics, the program for calculating the amount of adsorption or the like based on the change and the internal pressure P S of the housing space 48 of the internal pressure P M changes the sample chamber 42 of the manifold 82 is used. The calculated adsorption characteristic is displayed on the output unit 110 which is an output terminal. The function of the output unit 110 may be part of the function of the control unit 100.

制御部100の吸着熱算出処理手順は、吸着特性の測定中に発熱が生じれば、目標温度を一定にするように、入熱部64の入熱量が低下することを利用して、その入熱量の変化から試料8に吸着質が吸着するときの吸着熱の算出を吸着の進行と共にリアルタイムで実行する。算出された吸着特性は、出力端末である出力部110で表示される。吸着熱測定の場合は試料室42が1つの場合に適用できる。   The heat absorption calculation processing procedure of the control unit 100 uses the fact that the heat input of the heat input unit 64 decreases so as to keep the target temperature constant if heat is generated during the measurement of the adsorption characteristics. Calculation of the heat of adsorption when the adsorbate is adsorbed on the sample 8 from the change in the amount of heat is executed in real time as the adsorption proceeds. The calculated adsorption characteristic is displayed on the output unit 110 which is an output terminal. The adsorption heat measurement can be applied to the case where there is one sample chamber 42.

かかる構成の作用について図2を用いて説明する。図2は、横軸に時間を取り、縦軸に吸着特性測定装置10の各要素の温度、熱量をとって、これらの時間変化を示す図である。横軸の時間は、時間t0から時間t1までが吸着がまだ開始しない温度制御期間であり、時間t1が温度制御の下での吸着開始時間である。 The operation of this configuration will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing changes over time, with time on the horizontal axis and the temperature and heat quantity of each element of the adsorption characteristic measuring apparatus 10 on the vertical axis. The time on the horizontal axis is a temperature control period during which adsorption is not yet started from time t 0 to time t 1 , and time t 1 is an adsorption start time under temperature control.

図2(a)は、収容空間48に収容されている試料8の発熱量Q8の時間変化を示す図である。時間t0から時間t1までは収容空間48に吸着質が供給されず、したがって、試料8の発熱量Q8=0である。時間t1で吸着質が供給され、試料8に吸着質が吸着するに従い発熱する。このときの発熱量Q8は、吸着熱を反映した値となる。 FIG. 2A is a diagram showing the change over time of the calorific value Q 8 of the sample 8 accommodated in the accommodation space 48. From time t 0 to time t 1 , no adsorbate is supplied to the accommodation space 48, and therefore the calorific value Q 8 of the sample 8 is zero. At time t 1 , the adsorbate is supplied, and heat is generated as the adsorbate is adsorbed on the sample 8. The calorific value Q 8 at this time is a value reflecting the heat of adsorption.

図2(b)は、吸着特性の測定温度としての目標温度θTと、スターリング冷凍機20の設定温度θ20と、冷却ステージ28の温度θ28を示す図である。目標温度θTは、試料室42の台座部44の下面側の温度検出部54が検出する実際温度θAに対し与えられる目標温度である。試料室42の台座部44からはスターリング冷凍機20によって熱が吸い込まれるが、一方で入熱部64から熱が供給される。入熱部64からの熱の供給がゼロのときが試料室42の台座部44が最も低温で、そのときの温度はスターリング冷凍機20の設定温度θ20である。 FIG. 2B is a diagram showing the target temperature θ T as the measurement temperature of the adsorption characteristics, the set temperature θ 20 of the Stirling refrigerator 20, and the temperature θ 28 of the cooling stage 28. The target temperature θ T is a target temperature given to the actual temperature θ A detected by the temperature detector 54 on the lower surface side of the pedestal 44 in the sample chamber 42. Heat is sucked from the pedestal portion 44 of the sample chamber 42 by the Stirling refrigerator 20, while heat is supplied from the heat input portion 64. When the supply of heat from the heat input section 64 is zero, the pedestal section 44 of the sample chamber 42 has the lowest temperature, and the temperature at that time is the set temperature θ 20 of the Stirling refrigerator 20.

換言すれば、台座部44の下面側に対する目標温度θTは、スターリング冷凍機20の設定温度θ20よりも高温となる。例としては2〜7Kの温度差を持つ。 In other words, the target temperature θ T for the lower surface side of the pedestal portion 44 is higher than the set temperature θ 20 of the Stirling refrigerator 20. As an example, it has a temperature difference of 2 to 7K.

以下では、目標温度θTを上限から下げて77.35Kとし、スターリング冷凍機20の設定温度θ20を75Kとした場合について説明する。かかる目標温度θTとスターリング冷凍機20の設定温度θ20の設定は、制御部100の目標温度設定処理手順によって実行される。 Hereinafter, a case where the target temperature θ T is lowered from the upper limit to 77.35K and the set temperature θ 20 of the Stirling refrigerator 20 is set to 75K will be described. The setting of the target temperature θ T and the set temperature θ 20 of the Stirling refrigerator 20 is executed by the target temperature setting process procedure of the control unit 100.

上記のように、設定温度θ20を75Kとしてスターリング冷凍機20を動作させると、シリンダ部26の間歇動作等で、冷却ステージ28の温度θ28はいくらか揺らぐ。例えば、±1K変動する。図2(b)では、目標温度θT=77.35K、スターリング冷凍機20の設定温度θ20=75K、冷却ステージ28の温度θ28=(75K±1K)として示されている。 As described above, when the Stirling refrigerator 20 is operated at the set temperature θ 20 of 75K, the temperature θ 28 of the cooling stage 28 fluctuates somewhat due to the intermittent operation of the cylinder portion 26 or the like. For example, it varies ± 1K. In FIG. 2B, the target temperature θ T = 77.35K, the set temperature θ 20 = 75K of the Stirling refrigerator 20 and the temperature θ 28 of the cooling stage 28 = (75K ± 1K) are shown.

図2(c)は、制御部100の温度調整処理手順によって温度調整が実行されたときの入熱部64の入熱量Q64の時間変化を示す図である。時間t0から時間t1までは吸着が行われていないので、試料室42の台座部44の下面側の温度検出部54が検出する実際温度θAを目標温度θTとする制御が実行される。ここでは、冷却ステージ28の温度θ28が(75K±1K)で変動しているので、この状態に対して入熱部64から入熱して、実際温度θAをθT=77.35K±0Kとする。したがって、入熱量Q64は、75Kから77.35Kに昇温させる熱量となる。図2(c)では、Q64に対応する温度θ64を用いてその様子を示した。 FIG. 2C is a diagram illustrating a temporal change in the heat input amount Q 64 of the heat input unit 64 when the temperature adjustment is executed according to the temperature adjustment processing procedure of the control unit 100. Since adsorption is not performed from time t 0 to time t 1, control is performed so that the actual temperature θ A detected by the temperature detection unit 54 on the lower surface side of the pedestal 44 in the sample chamber 42 is the target temperature θ T. The Here, since the temperature θ 28 of the cooling stage 28 fluctuates by (75K ± 1K), heat is input from the heat input section 64 in this state, and the actual temperature θ A is changed to θ T = 77.35K ± 0K. And Therefore, the heat input amount Q 64 is a heat amount for raising the temperature from 75K to 77.35K. In FIG. 2C, the state is shown by using the temperature θ 64 corresponding to Q 64 .

時間t1以後は、吸着による発熱があるので、入熱部64からの入熱量Q64をその分減少させる。それによって、吸着熱の増加分を入熱量Q64の減少で埋めることができる。図2(c)では、吸着熱の増加分を埋めた入熱量Q64の減少分をΔQで示してある。冷却ステージ28の(±1K)の変動分は、伝熱バッファ60により緩和される。吸着熱の算出は制御部100の吸着熱算出処理手順を実行することで行われる。 After time t 1 , there is heat generation due to adsorption, so the heat input amount Q 64 from the heat input section 64 is decreased accordingly. Thereby, the increase in the heat of adsorption can be filled with the decrease in the heat input Q 64 . In FIG. 2C, the amount of decrease in the heat input Q 64 that covers the increase in the heat of adsorption is indicated by ΔQ. The variation (± 1K) of the cooling stage 28 is relaxed by the heat transfer buffer 60. The calculation of the adsorption heat is performed by executing the adsorption heat calculation processing procedure of the control unit 100.

図2(d)は、温度調整が実行された後の試料室42の台座部44の下面側の温度検出部54が検出する実際温度θAの変動を示す図である。実際温度θAは目標温度θTの前後に変動するが、その変動量は、制御部100の温度調整処理手順のフィードバックゲイン等で規定できる。一例を挙げると、スターリング冷凍機20の温度の揺らぎの(1/1000)程度に制御が可能と考えられ、その場合には、(1/1000)K単位で、目標温度θTを設定しても追従可能である。 FIG. 2D is a diagram showing a variation in the actual temperature θ A detected by the temperature detection unit 54 on the lower surface side of the pedestal 44 of the sample chamber 42 after the temperature adjustment is performed. The actual temperature θ A varies before and after the target temperature θ T , and the amount of variation can be defined by the feedback gain of the temperature adjustment processing procedure of the control unit 100. As an example, it is considered possible to control the temperature fluctuation of the Stirling refrigerator 20 to about (1/1000). In that case, the target temperature θ T is set in (1/1000) K units. Can also follow.

上記では、吸着熱算出を行うものとしたので、目標温度θTの設定可能範囲がスターリング冷凍機20の設定温度θ20の設定可能範囲よりも狭まった。吸着熱算出を行わない場合には、目標温度θTの設定可能範囲がスターリング冷凍機20の設定温度θ20の設定可能範囲と同じ50Kから室温の範囲で、任意に設定できる。また、その範囲で、時間と共に連続的に目標温度θTを変化させることもできる。 In the above, since the performs adsorption heat calculation, the settable range of the target temperature theta T is narrowed than the settable range of the set temperature theta 20 of the Stirling refrigerating machine 20. When not performing the adsorption heat calculation is settable range of the target temperature theta T is at the set temperature theta 20 range from the setting range and the same 50K of room temperature of the Stirling refrigerating machine 20 can be set arbitrarily. In addition, the target temperature θ T can be continuously changed over time within the range.

10 吸着特性測定装置、20 スターリング冷凍機、22 外置圧縮機、24 外置膨張機、26 シリンダ部、28 冷却ステージ、30 本体部、32 真空断熱チャンバ、34 上部容器、36 下部容器、38 クランプ、40 真空ポンプ、42 試料室、44 台座部、46 蓋部、48 収容空間、50 試料台、52,54 温度検出部、60 伝熱バッファ、62 筒部、64 入熱部、66 キャップ部、68 伝熱部材、70 サーマルアンカ、74 吸着質供給部、76 排出部、80 配管部、82 マニホールド、86,90、 圧力計、88,92,94 開閉弁、100 制御部、102 目標温度設定処理手順、104 温度調整処理手順、106 吸着特性算出処理手順、108 吸着熱算出処理手順、110 出力部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Adsorption characteristic measuring apparatus, 20 Stirling refrigerator, 22 External compressor, 24 External expander, 26 Cylinder part, 28 Cooling stage, 30 Main body part, 32 Vacuum heat insulation chamber, 34 Upper container, 36 Lower container, 38 Clamp , 40 Vacuum pump, 42 Sample chamber, 44 pedestal part, 46 Lid part, 48 Storage space, 50 Sample stage, 52, 54 Temperature detection part, 60 Heat transfer buffer, 62 Tube part, 64 Heat input part, 66 Cap part, 68 Heat transfer member, 70 Thermal anchor, 74 Adsorbate supply unit, 76 Discharge unit, 80 Piping unit, 82 Manifold, 86, 90, Pressure gauge, 88, 92, 94 On-off valve, 100 Control unit, 102 Target temperature setting process Procedure, 104 Temperature adjustment processing procedure, 106 Adsorption characteristic calculation processing procedure, 108 Adsorption heat calculation processing procedure, 110 Output unit.

Claims (4)

少なくとも吸着質供給部と接続され、試料を収容し、所定の高伝熱性を有する試料室と、
試料を冷却するための冷却ステージを有し、電気的な制御が可能な蓄冷式冷却手段と、
試料室と冷却ステージとの間に設けられ、所定の熱容量と所定の高伝熱性を有する伝熱バッファと、
伝熱バッファと試料室の間に設けられ、試料室に入熱する入熱部と、
設定された目標吸着測定温度と試料室の温度との間の偏差をゼロにするように入熱量を制御する温度調整手段と、
目標吸着測定温度の下で試料の吸着特性を測定する測定手段と、
吸着特性測定中における入熱部の入熱量に基づき、試料に吸着質が吸着するときの吸着熱を求める吸着熱算出部と、
を備えることを特徴とする吸着特性測定装置。
A sample chamber connected to at least the adsorbate supply unit, containing a sample, and having a predetermined high heat conductivity;
A regenerative cooling means having a cooling stage for cooling the sample and capable of electrical control;
A heat transfer buffer provided between the sample chamber and the cooling stage, having a predetermined heat capacity and a predetermined high heat transfer property;
A heat input section that is provided between the heat transfer buffer and the sample chamber and receives heat into the sample chamber;
A temperature adjusting means for controlling the amount of heat input so that the deviation between the set target adsorption measurement temperature and the temperature of the sample chamber becomes zero; and
A measuring means for measuring the adsorption characteristics of the sample under the target adsorption measuring temperature;
Based on the heat input amount of the heat input part during the adsorption characteristic measurement, an adsorption heat calculation part for obtaining heat of adsorption when the adsorbate is adsorbed to the sample
An adsorption characteristic measuring device comprising:
請求項1に記載の吸着特性測定装置において、
試料室と、入熱部と、伝熱バッファと、冷却ステージとを内部に収容する真空断熱チャンバを備えることを特徴とする吸着特性測定装置。
In the adsorption characteristic measuring device according to claim 1,
An adsorption characteristic measuring apparatus comprising a vacuum heat insulation chamber that houses a sample chamber, a heat input section, a heat transfer buffer, and a cooling stage.
請求項2に記載の吸着特性測定装置において、
温度調整手段は、(1/1000)K単位で目標吸着測定温度を設定することを特徴とする吸着特性測定装置。
In the adsorption characteristic measuring device according to claim 2,
The temperature adjustment means sets the target adsorption measurement temperature in units of (1/1000) K.
請求項1から3のいずれか1に記載の吸着特性測定装置において、
蓄冷式冷却手段は、
スターリング冷凍機またはGM冷凍機であることを特徴とする吸着特性測定装置。
In the adsorption | suction characteristic measuring apparatus of any one of Claim 1 to 3,
Regenerative cooling means
An adsorption characteristic measuring apparatus, which is a Stirling refrigerator or a GM refrigerator.
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