JPH05297961A - Thermal analyzing device - Google Patents
Thermal analyzing deviceInfo
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- JPH05297961A JPH05297961A JP10296692A JP10296692A JPH05297961A JP H05297961 A JPH05297961 A JP H05297961A JP 10296692 A JP10296692 A JP 10296692A JP 10296692 A JP10296692 A JP 10296692A JP H05297961 A JPH05297961 A JP H05297961A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、材料の物性、例えば、
試料の重量や長さを温度と時間の関数として測定する熱
重量、熱機械的測定装置など、いわゆる熱分析装置に関
するものである。The present invention relates to the physical properties of materials such as
The present invention relates to so-called thermal analysis devices such as thermogravimetric and thermomechanical measuring devices for measuring the weight and length of a sample as a function of temperature and time.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の熱分析装置において、一般に試料
温度を一定の速度で変化させ、その時の試料の物理的変
化を測定するものであった。従って、この場合、試料の
温度を昇温するための昇温プログラムは、時間に対して
直線的に温度を上昇させるものであった。これに対し
て、近年、複数の傾きの異なる直線的な昇温プログラム
を、多段につなげて折れ線状にした昇温プログラムを採
用した熱分析装置が多用されるようになった。2. Description of the Related Art In conventional thermal analyzers, the sample temperature is generally changed at a constant rate and the physical change of the sample at that time is measured. Therefore, in this case, the temperature raising program for raising the temperature of the sample was to raise the temperature linearly with respect to time. On the other hand, in recent years, thermal analyzers that employ a linear heating program having a plurality of linear heating programs having different inclinations in multiple stages have been widely used.
【0003】最近では、近接した温度にて複数の分解反
応が起こる試料を熱重量測定装置(以下、TGと言う)
にて分析する場合、試料の各分解反応を分解能よく分析
するため、試料の重量を示す信号に基づいて、試料温度
を等温保持する熱重量測定装置が提案されている。ま
た、セラミックスや、粉末冶金等の焼結物質を焼結する
際、材料は収縮するが、その材料の収縮を熱機械的測定
装置(以下、TMAと言う)にて測定する場合、従来の
等温的に昇温すると、材料の収縮速度が一定にならず、
材料が不安定になり易いことから、収縮速度を一定にす
るように温度制御するTMAが考えられている。Recently, a thermogravimetric analyzer (hereinafter referred to as TG) is used for a sample in which a plurality of decomposition reactions occur at close temperatures.
In order to analyze each decomposition reaction of the sample with high resolution, the thermogravimetric measuring device which holds the sample temperature isothermally based on the signal indicating the weight of the sample has been proposed. Further, when ceramics or a sintered substance such as powder metallurgy is sintered, the material shrinks, but when the shrinkage of the material is measured by a thermomechanical measuring device (hereinafter referred to as TMA), the conventional isothermal When the temperature rises rapidly, the shrinkage rate of the material is not constant,
Since the material easily becomes unstable, TMA in which temperature control is performed so as to keep the shrinkage rate constant is considered.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】熱分析装置において、
試料の重量または長さの変化速度が一定になるように試
料の温度を制御しようという発想は、以前からもあり、
その目的も明確であった。しかし、その具体的な手段に
ついては、現在までのところ満足なものは提案されてい
ない。その最大の理由は、重量あるいは長さの変化を検
知して、その検知した信号によりフィードバックして、
試料の温度を制御する場合、使用する加熱炉の熱容量に
よる熱的な慣性や、試料の物性そのものの変化に依存し
て、そのフィードバック制御において応答遅れが変化す
ることである。そのため、制御の発振や試料温度のオー
バーシュートなとが起きてしまうという課題がある。In the thermal analysis device,
The idea of controlling the temperature of the sample so that the rate of change of the weight or length of the sample is constant has existed for a long time,
Its purpose was also clear. However, no specific satisfactory means have been proposed so far. The biggest reason is that the change in weight or length is detected and the detected signal is fed back.
When the temperature of the sample is controlled, the response delay changes in the feedback control depending on the thermal inertia due to the heat capacity of the heating furnace used and the change in the physical properties of the sample itself. Therefore, there is a problem that control oscillation and overshoot of the sample temperature occur.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであり、その主な構成は、試料を加熱する加
熱炉と、試料温度を制御するための時間に対してプログ
ラムされた温度信号を発生する関数発生器と、加熱され
た試料の物性を時間の関数として連続的に測定する物性
測定器と、前記物性測定器の測定された物性値を時間で
微分する微分する微分回路と、微分値の上限値及び下限
値を予め設定する微分値条件設定器と、前記微分回路と
前記微分値条件設定回路に接続され前記微分値を、前記
上限値および下限値と比較し、その結果を前記関数発生
器にプログラムを変更する信号を出力する比較器とを備
えたことを特徴とする熱分析装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems and its main constitution is programmed with respect to the heating furnace for heating the sample and the time for controlling the sample temperature. A function generator for generating a temperature signal, a physical property measuring device for continuously measuring the physical property of a heated sample as a function of time, and a differentiating circuit for differentiating the measured physical property value of the physical property measuring device with respect to time And a differential value condition setter that presets the upper limit value and the lower limit value of the differential value, the differential circuit connected to the differential circuit and the differential value condition setting circuit, and compares the differential value with the upper limit value and the lower limit value, And a comparator that outputs a signal for changing the program to the function generator.
【0006】[0006]
【作用】まず、微分値条件設定器に測定される微分値の
上限値及び下限値を予め設定する。そして、本熱分析装
置により、試料の熱分析を室温から始める。物性測定器
で測定される試料の物性値の変化、つまり微分回路の出
力(絶対値にて)が、前述の上限値と下限値との間の場
合は、プログラムされた温度信号により試料は加熱され
る。ここで、ある温度で試料に分解反応が生じると通
常、試料の物性値の変化が大きくなる。つまり、微分回
路の出力値が上限値を越える。ここで、比較器は、微分
回路の出力値が上限値を越えことを前記関数発生回路に
出力し、関数発生回路は試料温度を制御するプログラム
を変更する。First, the upper and lower limits of the differential value measured by the differential condition setting device are preset. Then, the thermal analysis of the sample is started from room temperature by the present thermal analysis device. If the change in the physical property value of the sample measured by the physical property measuring device, that is, the output of the differentiation circuit (in absolute value) is between the upper limit value and the lower limit value, the sample is heated by the programmed temperature signal. To be done. Here, when the decomposition reaction occurs in the sample at a certain temperature, the change in the physical property value of the sample usually becomes large. That is, the output value of the differentiating circuit exceeds the upper limit value. Here, the comparator outputs to the function generating circuit that the output value of the differentiating circuit exceeds the upper limit value, and the function generating circuit changes the program for controlling the sample temperature.
【0007】通常このプログラムは、試料の加熱速度を
定数倍遅くする信号を発生し、試料の加熱速度は遅くな
る。つまり、試料の各分解反応を分解能よく分析でき
る。この時、分解反応化がどんどん進むと、さらに前述
のようになり、さらに試料の加熱速度は遅くなる。ここ
で、ある程度試料温度が高くなり、試料の分解反応がな
くなると、物性測定器で測定される試料の物性値の変化
が小さくなる。この時、試料の加熱速度は遅くなってい
るため、微分回路の出力は、通常(初期)の値より小さ
くなり、そして微分回路の出力は、下限値よりも小さく
なる。ここで、比較器は、微分回路の出力値が下限値を
下回ったことを前記関数発生回路に出力し、関数発生回
路は試料温度を制御するプログラムを変更する。通常こ
のプログラムは、試料の加熱速度を定数倍速くする信号
を発生し、試料の加熱速度は速くなり、これを繰り返し
て、もとの加熱速度に戻る。Normally, this program generates a signal for slowing the heating rate of the sample by a constant factor, and the heating rate of the sample becomes slow. That is, each decomposition reaction of the sample can be analyzed with high resolution. At this time, if the decomposition reaction progresses more and more, the above-mentioned situation will occur and the heating rate of the sample will further decrease. Here, if the sample temperature rises to some extent and the decomposition reaction of the sample disappears, the change in the physical property value of the sample measured by the physical property measuring device becomes small. At this time, since the heating rate of the sample is slow, the output of the differentiating circuit becomes smaller than the normal (initial) value, and the output of the differentiating circuit becomes smaller than the lower limit value. Here, the comparator outputs to the function generating circuit that the output value of the differentiating circuit is below the lower limit value, and the function generating circuit changes the program for controlling the sample temperature. Normally, this program generates a signal for increasing the heating rate of the sample by a constant factor, the heating rate of the sample is increased, and this is repeated to return to the original heating rate.
【0008】以上のように、物性値の時間微分値を測定
し、その値を上限値と下限値とで比較して、試料の加熱
プログラムを変更することにより、試料の各分解反応を
分解能よく分析することができる。As described above, the time differential value of the physical property value is measured, the value is compared with the upper limit value and the lower limit value, and the heating program of the sample is changed, so that each decomposition reaction of the sample can be resolved with good resolution. Can be analyzed.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 (実施例1)図1はTGの概略ブロック図である。試料
及び参照物質を加熱する加熱炉1には、一対ビームとな
る試料側ビーム2と参照側ビーム3が水平に挿入されて
いる。試料側ビーム2の先端には試料ホルダ4が固定さ
れ、参照側ビーム3の先端には参照ホルダ5が固定され
ている。試料ホルダ4には、TGにて熱分析する試料
(図示せず)が載置され、参照ホルダ5には、化学的に
安定な参照物質(図示せず)を載置する。各ビーム2、
3の中央部にはコイル6、6が固定されいる。コイル
6、6はそれぞれマグネット7、7が作る磁場中に配置
されている。また、各ビーム2、3の中央部にて、各ホ
ルダ4、5が垂直方向に図示しない構造にて回転可能に
支持されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic block diagram of a TG. A sample-side beam 2 and a reference-side beam 3 that form a pair of beams are horizontally inserted into a heating furnace 1 that heats a sample and a reference substance. A sample holder 4 is fixed to the tip of the sample side beam 2, and a reference holder 5 is fixed to the tip of the reference side beam 3. A sample (not shown) to be thermally analyzed by TG is placed on the sample holder 4, and a chemically stable reference substance (not shown) is placed on the reference holder 5. Each beam 2,
Coils 6, 6 are fixed to the central portion of 3. The coils 6, 6 are arranged in the magnetic field created by the magnets 7, 7, respectively. Further, the holders 4 and 5 are rotatably supported in the vertical direction by a structure (not shown) at the central portions of the beams 2 and 3.
【0010】さらに、各ビーム2、3の他端にはスリッ
ト8、8が取り付けられている。それぞれのスリット
8、8に光が通るように、ランプ9、9が設けられてい
る。それぞれのスリット8、8を通った光を受光するよ
うな位置にフォトダイオート10、10が固定されてい
る。フォトダイオート10、10の信号はそれぞれPI
D制御回路11、11に入力され、その出力は、おのお
の電流検出器12、12に出力され、前述の各ビーム
2、3を水平に保つためにコイル6、6にフィードバッ
クすべき電流量の検出と供給が行われる。コイル6、6
に送られた電流は、マグネット7、7とコイル6、6と
の作用により、各ビーム2、3の変位を抑える(無く
す)ような方向に回転トルクを各ビーム2、3に与え
る。Further, slits 8 and 8 are attached to the other ends of the beams 2 and 3, respectively. Lamps 9 and 9 are provided so that light passes through the respective slits 8 and 8. Photodiodes 10 and 10 are fixed at positions where the light passing through the slits 8 and 8 is received. Signals from Photodio Auto 10, 10 are PI
The D control circuits 11 and 11 output the outputs to the respective current detectors 12 and 12, and detect the amount of current to be fed back to the coils 6 and 6 in order to keep the beams 2 and 3 horizontal. And supply is done. Coils 6, 6
The electric current sent to the beams 7 and 8 applies a rotating torque to the beams 2 and 3 in a direction that suppresses (eliminates) the displacement of the beams 2 and 3 by the action of the magnets 7 and 7 and the coils 6 and 6.
【0011】前述のコイル6、6、マグネット7、7、
スリット8、8、ランプ9、9、フォトダイオード1
0、10、PID制御回路11、11および電流検出器
12、12からなるフィードバック回路系は、TGの動
作中、常に動作を続けるため、試料ボルダ4に載せられ
た試料が分解し、その重量を変化させた場合でおいてさ
えも、各ビーム2、3は視覚的には、あたかも停止して
いるように見える。The above-mentioned coils 6, 6, magnets 7, 7,
Slits 8, 8, lamps 9, 9, photodiode 1
The feedback circuit system including 0, 10, PID control circuits 11 and 11 and current detectors 12 and 12 always continues to operate during the operation of the TG, so that the sample placed on the sample boulder 4 is decomposed and its weight is reduced. Each beam 2,3, even when varied, visually appears to be stationary.
【0012】それぞれの電流検出器12、12は1つの
差動増幅器13にも出力される。差動増幅器13では、
試料側ビーム2を停止するために要する電流値と参照側
ビーム3を停止するために要する電流値との差分を取
り、それを増幅する。つまり、差動増幅器13の出力
は、試料側ビーム2と参照側ビーム3の復元に要する回
転トルクの差を表している。Each of the current detectors 12 and 12 is also output to one differential amplifier 13. In the differential amplifier 13,
The difference between the current value required to stop the sample-side beam 2 and the current value required to stop the reference-side beam 3 is taken and amplified. That is, the output of the differential amplifier 13 represents the difference in rotational torque required to restore the sample-side beam 2 and the reference-side beam 3.
【0013】ここで、参照ボルダ5に熱的に安定な参照
物質を載せ、試料ホルダ4に測定する試料を載せて、熱
分析を行えば、差動増幅器13の出力は、適切な規格化
を行えば(適切な係数を乗算すれば)、試料の重量変化
を表すこととなり、熱重量測定(TG)信号、つまり、
物性値そのものである。差動増幅器13の出力信号(T
G信号)は、微分回路14に送られ時間で微分される。
微分されたTG信号(微分された物性値)は、試料の重
量変化の速度を示すものである。Here, if a thermally stable reference substance is placed on the reference boulder 5, a sample to be measured is placed on the sample holder 4, and thermal analysis is performed, the output of the differential amplifier 13 is properly normalized. If done (multiplied by the appropriate factor), it would represent the weight change of the sample, and the thermogravimetric (TG) signal, or
It is the physical property itself. The output signal of the differential amplifier 13 (T
The G signal) is sent to the differentiating circuit 14 and differentiated in time.
The differentiated TG signal (differentiated physical property value) indicates the rate of weight change of the sample.
【0014】ここで、微分値条件設定器15には、2つ
の基準値である上限値と下限値とが外部から設定できる
ようになっている。上限値とは、試料の重量変化の速度
(微分された物性値)の最大値を示し、下限値とは、試
料の重量変化の速度の最小値を示すものとなる。微分回
路14と微分値条件設定器15とは、比較器16に接続
されている。比較器16は、微分回路14から出力され
た試料の重量変化の速度を示す信号を微分値条件設定器
15の出力する上限値と下限値とを比較する。Here, the differential value condition setter 15 is capable of externally setting two reference values, an upper limit value and a lower limit value. The upper limit value indicates the maximum value of the rate of weight change of the sample (differentiated physical property value), and the lower limit value indicates the minimum value of the rate of weight change of the sample. The differentiating circuit 14 and the differential value condition setter 15 are connected to the comparator 16. The comparator 16 compares the upper limit value and the lower limit value output from the differential value condition setter 15 with a signal output from the differentiating circuit 14 and indicating the rate of change in weight of the sample.
【0015】比較器16は、関数発生器17に接続され
ている。関数発生器17は、試料および参照物質を加熱
する炉1に、温度制御回路18を介して接続されてお
り、試料温度を制御するための時間に対してプログラム
された温度信号を発生する。ここで、微分回路14の出
力が、上限値を越えた場合、比較器16から関数発生器
17へ、その時点を時間原点として、以降のプログラム
された温度信号の時間スケールを2倍に拡大するように
指令が送られる。つまり、試料の重量変化の速度(微分
された物性値)がある基準値より速くなったとき、試料
の温度の上昇速度を遅くするように、比較器16から温
度制御回路18に指示する。これ以降、関数発生器17
の出力の変化速度は半分となる。The comparator 16 is connected to the function generator 17. The function generator 17 is connected to the furnace 1 for heating the sample and the reference substance via a temperature control circuit 18 and generates a temperature signal programmed with respect to time for controlling the sample temperature. Here, when the output of the differentiating circuit 14 exceeds the upper limit value, the time scale of the subsequent time point of the programmed temperature signal is doubled from the comparator 16 to the function generator 17 with the time point as the time origin. Is sent. That is, when the rate of change in the weight of the sample (differentiated physical property value) becomes faster than a certain reference value, the comparator 16 instructs the temperature control circuit 18 to slow down the rate of increase in the temperature of the sample. After this, the function generator 17
The rate of change of the output of is halved.
【0016】また逆に、微分回路14の出力が、下限値
を下回った場合、比較器16から関数発生器17へ、そ
の時点を時間原点として、以降のプログラムされた温度
信号の時間スケールを半分に縮小するように指令が送ら
れる。つまり、試料の重量変化の速度(微分された物性
値)がある基準値より遅くなったとき、試料の温度の上
昇速度を速くするように、比較器16から温度制御回路
18に指示する。これ以降、関数発生器17の出力の変
化速度は2倍となる。Conversely, when the output of the differentiating circuit 14 falls below the lower limit value, the comparator 16 sends the function generator 17 the time origin as the time origin, and the time scale of the programmed temperature signal thereafter is halved. A command is sent to reduce the size. That is, when the speed of change in the weight of the sample (differentiated physical property value) becomes slower than a certain reference value, the comparator 16 instructs the temperature control circuit 18 to increase the rising speed of the temperature of the sample. After that, the changing speed of the output of the function generator 17 is doubled.
【0017】関数発生回路17は、試料を加熱するとき
の温度プログラムとなる関数が記憶されており、その関
数は時間と温度の関数となっている。こうした、一連の
温度制御の結果、例えば、試料を加熱していき、試料の
重量変化(重量/deg)が速くなった時は、微分回路
14からの出力は上限値より高くなり、比較器16、関
数発生器17、および温度制御回路18を介して試料の
加熱速度を遅くし、反応を抑えて試料の各分解反応を分
解能よく分析することができる。また、更に試料の加熱
温度を高くなって、元の重量変化(重量/deg)に戻
ったときに、加熱速度が遅くなっているため、微分回路
14からの出力は下限値より小さくなって、試料の加熱
速度を元に戻ることになる。従って、測定中、予め微分
値条件設定器15に設定された上下限値の間に収まるよ
うな反応速度〔重量変化(重量/時間)〕が保たれる。The function generating circuit 17 stores a function which is a temperature program for heating the sample, and the function is a function of time and temperature. As a result of such a series of temperature control, for example, when the sample is heated and the weight change (weight / deg) of the sample becomes fast, the output from the differentiating circuit 14 becomes higher than the upper limit value, and the comparator 16 It is possible to analyze the decomposition reactions of the sample with high resolution by slowing the heating rate of the sample through the function generator 17 and the temperature control circuit 18 to suppress the reaction. Further, when the heating temperature of the sample is further increased and the original weight change (weight / deg) is returned, the heating rate is slow, so the output from the differentiating circuit 14 becomes smaller than the lower limit value, The heating rate of the sample will be restored. Therefore, during the measurement, the reaction rate [change in weight (weight / hour)] is kept such that it falls within the upper and lower limit values set in advance by the differential value condition setting unit 15.
【0018】次に、実際の測定の例を説明する。TGの
場合測定される物理量は重量であり、その重量変化速度
(重量/時間)の上限値として100μgr./mi
n.、また下限値として80μgr./min.を微分
値条件設定器15に設定する。そして、関数発生器17
にも時間と温度の関数が40℃/min予め入力されて
いる。微分回路14が上限値を越えたことを示す信号を
比較器16が出力したとき、関数発生器17は、プログ
ラムされている関数(温度と時間との関係式)の時間ス
ケールを整数倍(例えば2倍して、元の加熱速度が40
℃/minの場合、20℃/minになる)して出力す
る。逆に、微分回路14が下限値を越えたことを示す信
号を比較器16が出力したとき、関数発生器17は、プ
ログラムされている関数(温度と時間との関係式)の時
間スケールをその整数の逆数倍(例えば1/2倍して、
元の加熱速度が20℃/minの場合、40℃/min
になる)して出力する。Next, an example of actual measurement will be described. In the case of TG, the physical quantity measured is weight, and the upper limit of the rate of change in weight (weight / hour) is 100 μgr. / Mi
n. , And a lower limit value of 80 μgr. / Min. Is set in the differential value condition setter 15. And the function generator 17
Also, a function of time and temperature is input in advance at 40 ° C./min. When the comparator 16 outputs a signal indicating that the differentiating circuit 14 exceeds the upper limit value, the function generator 17 causes the time scale of the programmed function (the relational expression between temperature and time) to be an integral multiple (for example, Double the original heating rate to 40
In the case of ° C / min, it becomes 20 ° C / min) and output. Conversely, when the comparator 16 outputs a signal indicating that the differentiating circuit 14 has exceeded the lower limit value, the function generator 17 changes the time scale of the programmed function (the relational expression between temperature and time) to that value. Reciprocal multiple of an integer
If the original heating rate is 20 ℃ / min, 40 ℃ / min
Output).
【0019】ここで、サンプルホルダ4にセラミックス
の粉末成形体である試料を載せ、参照ホルダ5に熱的に
安定な標準試料を載せる。そして、TG測定を開始する
為、炉1を関数発生器17に記憶してある、温度プログ
ラムに従って試料および標準試料を加熱する。その加熱
速度は予め設定されている40℃/minである。加熱
の始めは、試料には、分解反応が起きていないが、それ
に含まれる揮発性の成分が徐々に揮発するが、その重量
変化は、80〜100μgr./minの範囲になる。
微分回路14の出力は、上限値を越えず、しかも下限値
を下回らないので、そのまま40℃/minの加熱速度
で試料を加熱し続ける。Here, a sample, which is a ceramic powder compact, is placed on the sample holder 4, and a thermally stable standard sample is placed on the reference holder 5. Then, in order to start the TG measurement, the furnace and the standard sample are heated in accordance with the temperature program stored in the function generator 17 of the furnace 1. The heating rate is 40 ° C./min which is set in advance. At the beginning of heating, the sample did not undergo a decomposition reaction, but the volatile components contained therein gradually volatilized, but the weight change was 80 to 100 μgr. / Min range.
Since the output of the differentiating circuit 14 does not exceed the upper limit value and does not fall below the lower limit value, the sample is continuously heated at a heating rate of 40 ° C./min.
【0020】試料の温度が、試料に含まれる物質の分解
温度に達すると、試料の重量の減少が速くなり、そして
微分回路14の出力は、100μgr./minを越え
ることになる。そこで、比較器16は、微分値条件設定
器15に設定された上下限値と比較し、微分回路14の
出力が上限値を越えたことを関数発生器17に出力す
る。関数発生器17は、温度プログラムとなる関数の時
間スケールを2倍にして温度制御回路18に出力する。
温度プログラムとなる関数の時間スケールを2倍にする
ということは、加熱速度(温度/時間)を1/2倍にす
ることである。本実施例の場合の、加熱速度は20℃/
minになる。つまり、試料は徐々に加熱されることに
なる。When the temperature of the sample reaches the decomposition temperature of the substance contained in the sample, the weight of the sample decreases rapidly, and the output of the differentiating circuit 14 becomes 100 μgr. / Min will be exceeded. Therefore, the comparator 16 compares the upper and lower limit values set in the differential value condition setting unit 15 and outputs to the function generator 17 that the output of the differentiating circuit 14 exceeds the upper limit value. The function generator 17 doubles the time scale of the function to be the temperature program, and outputs it to the temperature control circuit 18.
Doubling the time scale of the function that is the temperature program means halving the heating rate (temperature / time). In the case of this embodiment, the heating rate is 20 ° C. /
It will be min. That is, the sample is gradually heated.
【0021】ここで、もし加熱速度が20℃/minに
なっても、試料の重量変化が大きく、微分回路14の出
力が上限値である100μgr./minを越えるこ
と、再び関数発生器17は、温度プログラムとなる関数
の時間スケールを2倍にして温度制御回路18に出力す
る。つまり、加熱速度は10℃/minになり、さらに
加熱速度は遅くなる。こうして、試料の重量変化が10
0μgr./min以下になるまで、温度プログラムと
なる関数の時間スケールは拡大され、次第に加熱速度は
0℃/minに近づく。試料の重量変化が100μg
r./minを下回ると、その時点から試料の昇温速度
(温度/時間)は、一定となる。Here, even if the heating rate is 20 ° C./min, the weight change of the sample is large, and the output of the differentiating circuit 14 is 100 μgr. When / min is exceeded, the function generator 17 again doubles the time scale of the function to be the temperature program and outputs it to the temperature control circuit 18. That is, the heating rate becomes 10 ° C./min, and the heating rate becomes slower. Thus, the weight change of the sample is 10
0 μgr. The time scale of the function serving as the temperature program is expanded until the temperature becomes equal to or lower than / min, and the heating rate gradually approaches 0 ° C./min. Change in sample weight is 100 μg
r. When it is lower than / min, the temperature rising rate (temperature / time) of the sample becomes constant from that point.
【0022】試料の温度がある程度高くなって、試料の
分解反応が終了すると、試料の加熱による重量変化は小
さくなってくる。従って、微分回路14からの出力は、
微分値条件設定器15の下限値である80μgr./m
in.以下になる。関数発生器17は、プログラムされ
ている関数(温度と時間との関係式)の時間スケールを
その整数の逆数倍(例えば1/2倍する。もし、元の加
熱速度が10℃/minの場合、20℃/minにな
る)して出力する。さらに、それでも微分回路14から
の出力は、微分値条件設定器15の下限値である80μ
gr./min.以下である場合は、関数発生器17
は、プログラムされている関数の時間スケールをさらに
1/2倍(40℃/minになる)して出力する。When the temperature of the sample rises to a certain extent and the decomposition reaction of the sample ends, the weight change due to heating of the sample becomes small. Therefore, the output from the differentiating circuit 14 is
The lower limit value of the differential condition setting device 15 is 80 μgr. / M
in. It becomes the following. The function generator 17 multiplies the time scale of the programmed function (the relational expression of temperature and time) by the reciprocal of its integer (for example, 1/2. If the original heating rate is 10 ° C./min. In this case, it becomes 20 ° C./min) and output. Further still, the output from the differentiating circuit 14 is 80 μ which is the lower limit value of the differential value condition setter 15.
gr. / Min. Function generator 17 if:
Outputs the time scale of the programmed function by 1/2 (40 ° C./min).
【0023】つまり、試料の重量変化速度が80〜10
0μgr/minの範囲では、試料の昇温速度は変化し
ないが、100μgr/minを越えた場合は、昇温速
度は1/2倍に減速される。また、重量変化速度が80
μgr/minを下回った場合は、昇温速度は2倍に加
速される。つまり、試料の重量変化は常に80〜100
μgr/minの範囲に制御される。That is, the rate of weight change of the sample is 80 to 10
In the range of 0 μgr / min, the temperature rising rate of the sample does not change, but when it exceeds 100 μgr / min, the temperature rising rate is reduced by half. Also, the weight change speed is 80
When it falls below μgr / min, the temperature rising rate is doubled. That is, the weight change of the sample is always 80-100.
It is controlled in the range of μgr / min.
【0024】しかし、加熱しても試料の重量変化が殆ど
生じない場合は、加熱速度が無限になるので、加熱速度
の制限を設けることとなる。例えば、加熱速度が40℃
/minの場合は、微分回路14からの出力が80μg
r/min以下の場合でも、試料の昇温速度を速くした
信号を関数発生器17から出力させず、もとの昇温プロ
グラムの関数を出力する。 (実施例2)次に、TMAによる本発明の実施例を説明
する。図2に於て、加熱炉1は移動機構22により上下
移動可能に基体23に固定されている。加熱炉1の中に
は試料26を載置する底付きの円筒形状の試料ホルダ2
5が挿入されている。試料ホルダ25は、マイクロメー
タ24を介して基体23に上下移動可能に取り付けられ
ている。試料26の上には棒状のプローブ27が載せら
れている。プローブ27には磁性材料でできたコア28
が取り付けられている。そして、そのコア28を取り巻
く位置に差動トランス29が設置されている。試料26
の伸びは、差動トランス29とコア28の相対位置の変
化することより、変位検出回路35にて検出される。However, when the weight of the sample hardly changes even if the sample is heated, the heating rate becomes infinite, so that the heating rate is limited. For example, the heating rate is 40 ℃
/ Min, the output from the differentiation circuit 14 is 80 μg
Even in the case of r / min or less, the function generator 17 does not output the signal for increasing the temperature rising rate of the sample, but outputs the function of the original temperature rising program. (Embodiment 2) Next, an embodiment of the present invention using TMA will be described. In FIG. 2, the heating furnace 1 is fixed to a substrate 23 by a moving mechanism 22 so as to be vertically movable. A cylindrical sample holder 2 with a bottom for mounting a sample 26 in the heating furnace 1
5 is inserted. The sample holder 25 is vertically movably attached to the base body 23 via the micrometer 24. A rod-shaped probe 27 is placed on the sample 26. The probe 27 has a core 28 made of a magnetic material.
Is attached. A differential transformer 29 is installed at a position surrounding the core 28. Sample 26
The expansion of is detected by the displacement detection circuit 35 as the relative position of the differential transformer 29 and the core 28 changes.
【0025】一方、基台23の上端には、回転自在にア
ーム30がその略中心部にて取り付けらている。その取
り付け位置を支点30bと言う。アーム30の一方の端
には、回転自在にプローブ27が取り付けられている。
その取り付け位置を副支点30aと言う。更に、アーム
30の他端には、コイルホルダ31が固定され、コイル
ホルダ31にはリング状にコイル32が巻かれている。
また、マグネット33はコイル32を包囲するように台
34を介して基台23に取り付けられている。そして、
マクネット33はコイル32の部分に垂直な放射状の磁
場を形成する。コイル32には図示しない電流発生器と
電気的に接続されており、、電流発生器からの制御され
た電流をコイル32に流すことにより、マクネット33
とコイル32との間に任意の引力または斥力が働く。つ
まり、コイル32に流れる電流を制御することにより、
アーム30を介して、プローブ27を試料26に任意の
力で押しつけることができる。On the other hand, an arm 30 is rotatably attached to the upper end of the base 23 at its substantially central portion. The mounting position is called a fulcrum 30b. A probe 27 is rotatably attached to one end of the arm 30.
The mounting position is called the sub-fulcrum 30a. Furthermore, a coil holder 31 is fixed to the other end of the arm 30, and a ring-shaped coil 32 is wound around the coil holder 31.
The magnet 33 is attached to the base 23 via the base 34 so as to surround the coil 32. And
The Macnet 33 forms a radial magnetic field perpendicular to the coil 32. The coil 32 is electrically connected to a current generator (not shown), and a controlled current from the current generator is passed through the coil 32, so that the Macnet 33
An attractive force or repulsive force acts between the coil 32 and the coil 32. That is, by controlling the current flowing through the coil 32,
The probe 27 can be pressed against the sample 26 by an arbitrary force via the arm 30.
【0026】変位検出器35のの出力信号は、試料26
の長さの変化を示すものであり、それは物性値の一種で
あり、一般に熱機械的分析(TMA)信号と言う。変位
検出器35からの信号は、微分回路14に入力し、その
後は、実施例1と同様に構成され、実施例1ど同様に動
作する。以下、簡単に動作を説明する。微分回路14で
は、入力した信号を時間で微分し、比較器16に送られ
る。比較器16は、微分回路14からの信号を、微分値
条件設定器15に記憶されている上限値と下限値と比較
する。微分値条件設定器15に記憶されている上限値
は、試料26をTMA測定に於て、試料の長さの時間当
たりの変化量の最大値であり、最小値は試料の長さの時
間当たりの変化量の最小値である。ここで、微分回路1
4の出力が上限値を越えた時、比較器から関数発生器1
7へ、その時点を原点として、以降のオンドプログラム
の時間スケールを2倍にするように指令が送られる。従
って、これ以降の関数発生器17の出力は、今までの試
料の加熱速度は1/2になる。また逆に、微分回路14
の出力が下限値を下回った時、比較器から関数発生器1
7へ、その時点を原点として、以降の温度プログラムの
時間スケールを1/2倍にするように指令が送られる。
従って、これ以降の関数発生器17の出力は、今までの
試料の加熱速度は2倍になる。The output signal of the displacement detector 35 is the sample 26
Shows a change in the length of the, which is a kind of physical property value and is generally called a thermomechanical analysis (TMA) signal. The signal from the displacement detector 35 is input to the differentiating circuit 14, and thereafter, the configuration is the same as that of the first embodiment and the operation is the same as that of the first embodiment. The operation will be briefly described below. The differentiating circuit 14 differentiates the input signal with respect to time and sends it to the comparator 16. The comparator 16 compares the signal from the differentiating circuit 14 with the upper limit value and the lower limit value stored in the differential value condition setting unit 15. The upper limit value stored in the differential value condition setter 15 is the maximum value of the change amount of the sample length per time in the TMA measurement of the sample 26, and the minimum value is the sample length per time. Is the minimum change amount of Here, the differentiation circuit 1
When the output of 4 exceeds the upper limit value, the comparator to the function generator 1
A command is sent to 7 to double the time scale of the subsequent ond program with that time point as the origin. Therefore, for the output of the function generator 17 thereafter, the heating rate of the sample so far is halved. Conversely, the differentiating circuit 14
When the output of is below the lower limit, the comparator to the function generator 1
7, a command is sent to make the time scale of the subsequent temperature program 1/2 times, with the time point as the origin.
Therefore, the output of the function generator 17 thereafter is twice the heating rate of the sample up to now.
【0027】関数発生器17から出力される信号は、伝
統的な手法により、温度制御回路18に送られ、加熱炉
1の加熱温度を制御し、そして加熱炉1内の試料ボルダ
25に載置された試料26の温度が制御される。こうし
た、一連の温度制御により、試料26の長さの変化が予
め設定された上限値よりも速い場合は、長さの変化を抑
制する方向に、また予め設定された下限値より遅い場合
は、長さの変化を加速する方向に試料の加熱速度は調整
される。従って、測定中の試料26の長さの変化速度
(長さ/時間)は予め設定された上下限値の範囲に収ま
ることになる。The signal output from the function generator 17 is sent to the temperature control circuit 18 to control the heating temperature of the heating furnace 1 by a conventional method, and is placed on the sample boulder 25 in the heating furnace 1. The temperature of the prepared sample 26 is controlled. By such a series of temperature control, when the change in the length of the sample 26 is faster than the preset upper limit value, the length change is suppressed, and when the change is slower than the preset lower limit value, The heating rate of the sample is adjusted to accelerate the change in length. Therefore, the changing speed (length / time) of the length of the sample 26 during the measurement falls within the preset upper and lower limit values.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、試
料の物性測定信号を時間で微分することにより、物性の
変化速度を求める、そして、その変化速度を予め決めた
その変化速度の上限値と下限値と比較することにより測
定中の物性の変化速度の制御ができる。従って、分解現
象観察する熱分析に於て、温度分解能が高められる。特
にTG測定においては効果がある。また、TMA測定に
おいては、セラミックスの適切な焼結過程のシュミレー
ションが簡単に行える。更に、試料温度の変化速度は、
段階的に変えられ、そして試料度の経時変化は、ほぼ指
数関数的になる。このため、試料温度の発振や、オーバ
ーシュートの現象を抑制できる。そして、測定データの
信頼性は向上する。As described above, according to the present invention, the rate of change of the physical properties is obtained by differentiating the physical property measurement signal of the sample with respect to time, and the rate of change of the predetermined rate of change is calculated. By comparing the upper limit value and the lower limit value, the rate of change of physical properties during measurement can be controlled. Therefore, the temperature resolution can be improved in the thermal analysis for observing the decomposition phenomenon. It is especially effective in TG measurement. Moreover, in TMA measurement, simulation of an appropriate sintering process of ceramics can be easily performed. Furthermore, the rate of change of sample temperature is
It is varied in steps, and the change in sample size over time becomes almost exponential. Therefore, the oscillation of the sample temperature and the phenomenon of overshoot can be suppressed. Then, the reliability of the measurement data is improved.
【図1】本発明の実施例1であるTG測定装置のブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram of a TG measuring apparatus that is Embodiment 1 of the present invention.
【図2】本発明の実施例2であるTMA測定装置のブロ
ック図である。FIG. 2 is a block diagram of a TMA measuring apparatus that is Embodiment 2 of the present invention.
1 加熱炉 13 差動増幅器 14 微分回路 15 微分値条件設定器 16 比較器 17 関数発生器 18 温度制御回路 35 変位検出回路 1 Heating Furnace 13 Differential Amplifier 14 Differentiation Circuit 15 Differential Value Condition Setter 16 Comparator 17 Function Generator 18 Temperature Control Circuit 35 Displacement Detection Circuit
Claims (5)
御するための時間に対してプログラムされた温度信号を
発生する関数発生器と、加熱された試料の物性を時間の
関数として連続的に測定する物性測定器と、前記物性測
定器の測定された物性値を時間で微分する微分する微分
回路と、微分値の上限値及び下限値を予め設定する微分
値条件設定器と、前記微分回路と前記微分値条件設定回
路に接続され前記微分値を、前記上限値および下限値と
比較し、その結果を前記関数発生器にプログラムを変更
する信号を出力する比較器とを備えたことを特徴とする
熱分析装置。1. A heating furnace for heating a sample, a function generator for generating a temperature signal programmed against time for controlling the temperature of the sample, and a physical property of the heated sample as a function of time. , A differentiating circuit that differentiates the measured physical property value of the physical property measuring device with respect to time, a differential value condition setting device that presets the upper limit value and the lower limit value of the differential value, and the differential A circuit and a comparator that is connected to the differential value condition setting circuit, compares the differential value with the upper limit value and the lower limit value, and outputs the result to the function generator with a signal for changing the program. Characteristic thermal analysis device.
請求項1記載の熱分析装置。2. The thermal analyzer according to claim 1, wherein the physical property measuring device measures the weight of the sample.
請求項1記載の熱分析装置。3. The thermal analyzer according to claim 1, wherein the physical property measuring device measures the length of the sample.
の上限値より大きい時、前記プログラムされた温度信号
を時間に対して遅くする信号を出力し、前記微分値が前
記微分値の下限値より小さい時、前記プログラムされた
温度信号を時間に対して速くする信号を出力する請求項
1記載の熱分析装置。4. The comparator outputs a signal for delaying the programmed temperature signal with respect to time when the differential value is larger than an upper limit value of the differential value, and the differential value is equal to the differential value. The thermal analysis device according to claim 1, wherein a signal that accelerates the programmed temperature signal with respect to time is output when it is smaller than a lower limit value.
きい時、前記比較器が出力する信号は、前記プログラム
された温度信号の前記時間係数を定数倍する信号であ
り、前記微分値が前記微分値の下限値より小さい時、前
記比較器が出力する信号は、前記プログラムされた温度
信号の前記時間係数を定数の逆数倍する信号である請求
項4記載の熱分析装置。5. The signal output from the comparator when the differential value is larger than the upper limit value of the differential value is a signal that multiplies the time coefficient of the programmed temperature signal by a constant, and the differential value is The thermal analyzer according to claim 4, wherein the signal output from the comparator when the differential value is smaller than the lower limit value is a signal that multiplies the time coefficient of the programmed temperature signal by a reciprocal of a constant.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10296692A JP3241427B2 (en) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Thermal analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
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JPH05297961A true JPH05297961A (en) | 1993-11-12 |
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---|---|---|---|---|
CN105388180A (en) * | 2014-08-22 | 2016-03-09 | 耐驰-仪器制造有限公司 | Device and method for thermal analysis |
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