JPH0823535B2 - 示差走査熱量計 - Google Patents

示差走査熱量計

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JPH0823535B2
JPH0823535B2 JP62090579A JP9057987A JPH0823535B2 JP H0823535 B2 JPH0823535 B2 JP H0823535B2 JP 62090579 A JP62090579 A JP 62090579A JP 9057987 A JP9057987 A JP 9057987A JP H0823535 B2 JPH0823535 B2 JP H0823535B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、示差走査熱量計(以降DSCと略す)に関す
るものである。
〔発明の概要〕
本発明は熱流束型DSCにおいて、高温域(約1000℃付
近)での輻射での熱の伝達の影響による、熱流検出器の
熱量検出感度の低下を小さくする事を目的とするため、
2つ以上の凹状のくぼみを持つヒートシンクと、このヒ
ートシンクの凹状のくぼみにほぼはいる形の試料ホルダ
ーと、前記ヒートシンクを温度コントロールする手段と
から構成され、高温域(例えば金の融点1063℃付近)に
おいても試料ホルダーへの輻射による熱の伝達量を小さ
くし、低温域(例えば金属インジウムの融点156.6℃付
近)と同様に主としてヒートシンクからの熱伝導により
試料ホルダーへ熱が流れる様にし、上記目的を達成させ
たものである。
〔従来の技術〕
従来のこの種のDSCの構造は第20回熱測定討論会議講
演要旨Pb−02に見られ、第3図に示す様に、試料及び試
料容器59、並びに基準物質及び基準物質用容器60を設置
するための試料側並びに基準物質側の試料ホルダー54,5
5がヒートシンク51に対し、凸状に飛び出した構造であ
った。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術においては、検出器の熱量検出感度が低
温域(例えば金属インジウムの融点156.6℃付近)に比
べ、高温域(例えば金の融点1063℃付近)では著しく低
下するという欠点があった。
一般に熱流束型DSCの熱量検出系の構造は、従来例第
3図の様に試料及び試料容器59を設置するための試料側
試料ホルダー54、基準物質及び基準物質用容器60を設置
するための基準物質側試料ホルダー55を設け、各試料ホ
ルダー54,55と温度コントロールされたヒートシンク51
の間を適切な熱抵抗体52でつなぎ、各試料ホルダー54,5
5間に示差型に熱電対等(例、示差熱電対56)の温度差
検出器を設け、各試料ホルダー54,55間の温度差を検出
する構造となっている。
この検出された温度差は、ヒートシンク51から各熱抵
抗体52、各試料ホルダー54,55を通して、それぞれ試料
及び試料容器59、基準物質及び基準物質用容器60に熱伝
導で流れる熱流の差に比例する。
第4図(a),(b)に従来例のDSCで試料を測定し
た時の熱の流れを低温域(例えば金属インジウムの融点
156.6℃付近)で測定した場合(第4図(a))と、高
温域(例えば金の融点1063℃付近)で測定した場合(第
4図(b))とで比較して示した。第4図では試料側試
料ホルダー54周辺部のみ示した。基準物質側試料ホルダ
ー55周辺部は、試料側試料ホルダー54周辺部と対称の形
状で、熱の流れは第4図に示した流れに準ずる。
低温域では、試料への熱の流れは熱伝導によるヒート
シンクからの熱の流れ64が主であるが、高温域では熱伝
導によるヒートシンクからの熱の流れ65の他に、ヒート
シンクからの輻射による熱の流れ66や、加熱炉壁からの
輻射による熱の流れ67が大きな量として存在する。これ
は、よく知られた様に、2物体間の輻射による熱の伝達
量はこの2物体の各絶対温度の4乗の差に依存するため
で、低温域(156.6℃付近)では問題にならない様な、
ヒートシンク51や外界(加熱炉壁62等)からの試料ホル
ダー部への輻射による熱流入量も、高温域(1063℃付
近)では大きな量となるためである。
ちなみに2物体の表面状態が変化せず、且つ、2物体
間の温度差が変化しない場合でも、156.6℃付近でのこ
の2物体間の輻射による熱の伝達量に対し、1063℃付近
でのこの2物体間の輻射による熱の伝達量は約30倍とな
る。
示差型熱電対56で検出する温度差は、熱伝導によるヒ
ートシンクからの熱の流れ64,65の試料側、基準物質側
での熱流差に比例している。従って、試料及び基準物質
への全体の熱の流れの、試料側,基準物質側での熱流差
に対する、示差熱電対56で検出され換算される熱流差の
比率は、低温域に比較し高温域では著しく小さくなる。
これは検出器の熱量検出感度の著しい低下を意味する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記の欠点をなくすため開発されたもので、
2つ以上の凹状のくぼみをもつヒートシンクと、このヒ
ートシンクの凹状のくぼみにほぼはいる形の試料ホルダ
ーと、前記ヒートシンクを温度コントロールする手段と
から構成されている。
〔作用〕
上記構成の作用は、ヒートシンクを温度コントロール
する手段(例えばヒーター13を巻いた加熱炉11)により
ヒートシンク温度が高温域(例えば金の融点1063℃付
近)に上げられた場合でも、試料ホルダー部への熱の流
入はヒートシンクからの熱伝導が主体で、例えば加熱炉
壁12等からの輻射による熱の流入量を小さくし、熱流検
出器での熱量検出感度の低下をおさえる。
〔実施例〕
第1図は本発明にかかるDSCの実施例の断面図を示
す。1はアルミナ製のヒートシンクで、凹状のくぼみ2,
3がヒートシンク表面上に対称位置につけられている。
凹状のくぼみ2には試料側試料ホルダー4が、凹状のく
ぼみ3には基準物質側試料ホルダー5が埋め込まれ、そ
れぞれヒートシンク1とアルミナ系接着剤又は打ち込み
等の手法で定まった接触状態を保っている。
各試料ホルダーは試料ホルダー内側20が白金、試料ホ
ルダー外側21が白金−ロジウム13%合金でできており、
内と外は多点溶接等で一体化している。各試料ホルダー
底面の表面にはそれぞれ白金−ロジウム13%線6,7が溶
接されており、又各試料ホルダーの内側20の白金部に白
金線8が溶接されており、試料側試料ホルダー4と基準
物質側試料ホルダー5とはこの白金線8により電気的導
通が保たれている。
これにより、白金−ロジウム13%線6、試料側試料ホ
ルダー4、白金線8、基準物質側試料ホルダー5、白金
−ロジウム13%線7の電気系路が示差型熱電対を形成す
る。従って、白金−ロジウム13%線6,7間の電圧を計測
する事により、試料側試料ホルダー4と基準物質側試料
ホルダー5の温度差を検知できる。
試料側試料ホルダー4内に試料及び試料容器9、基準
物質側試料ホルダー5内に基準物質及び基準物質用容器
10を設置し、加熱炉11によりヒートシンク1の温度コン
トロールを行うと、試料及び基準物質はヒートシンク1
から各試料ホルダーを通して熱流が供給される。試料側
と基準物質側の熱流の差は前記示差型熱電対で計測され
る温度差に対応し、この構造は良く知られた熱流束型DS
Cの構造である。
この実施例に示したDSCで、低温域(例えばインジウ
ムの融点156.6℃付近)で試料を測定した場合と、高温
域(例えば金の融点1063℃付近)で試料を測定した場合
の熱の流れを比較を第2図に示す。
第2図では試料側試料ホルダー4周辺部のみ示した。
基準物質側試料ホルダー5周辺部は試料側試料ホルダー
4周辺と対称の形状で熱の流れは第2図に示した流れに
準ずる。
実施例に示したDSCでは試料ホルダー4はヒートシン
ク1の凹状のくぼみ2に埋め込まれ、ヒートシンク1に
囲まれた構造をしているため、露出部がなく高温域にお
いてもヒートシンク1や、加熱炉壁12からの輻射による
熱の流れは低温域と同様ほとんど問題にならない。従っ
て試料への熱の流れは低温域でも高温域でも、熱伝導に
よるヒートシンクからの熱の流れ14,15が主となる。こ
の事は試料及び基準物質への全体の熱の流れの、試料
側、基準物質側での熱流差に対する、実施例での示差熱
電対で検出され換算される熱流差の比率が、低温域でも
高温域でも大きく変わらない事を示す。
つまり、実施例においては検出器の熱量検出感度が高
温域でも低下せず測定が可能となる。
さらに、実施例の構造は単に高温域での熱量検出感度
の低下を防ぐだけでなく、次の様な効果もある。
熱伝導による熱の伝達は、伝達系路における2地点の
間の熱抵抗が定まれば、この2地点間の熱流はこの2地
点間の温度差で一義的に定まる。
一方、輻射による2物体間の熱の伝達量は、各物体の
絶対温度の4乗の差に依存すると共に、各物体の表面状
態(表面積及び表面での輻射係数)に依存する。つまり
輻射による熱の伝達量は、熱の伝達を行う2物体の温度
が変化したり、各物体の形状や表面の色が変化した場
合、大きく変化する。
従来例の様な構造のDSCの場合、高温域での測定にお
いて、試料ホルダーへの輻射による熱の流入量が多くな
るが、この流入量は先に記述した様に、試料ホルダー表
面、ヒートシンク表面、加熱炉壁表面等の温度や表面状
態の変化で大きく変わる。従って、示差熱電対で検出し
換算する熱流差も、輻射による熱の流入量の変化により
影響を受け、大きく変化するため、実質的にこの様な高
温域での熱量の定量は再現性がなく不可能となる。
一方、実施例のDSCでは高温域においても、輻射によ
る熱の流入量自体が低温域と同様小さいため、従来例の
DSCでは熱量定量の不可能な高温域においても熱量の定
量が可能となる。
尚、第2図の実施例の熱の流れ、及び第4図の従来例
の熱の流れにおいて、加熱炉壁12及び62から試料及び試
料容器9,59へ直接輻射により流入する熱の流れは図示し
ていないが、これに対しては良く使われる手法として、
試料及び試料容器に白金等輻射率の小さい材質で作った
輻射遮蔽用のキャップをかぶせる事により防止できるの
は言うまでもない。
又、実施例では試料ホルダーとしては白金と白金−ロ
ジウム13%合金を溶接一体化したものを用いたが、基本
的にヒートシンクの凹状のくぼみにはいりヒートシンク
との熱的接触が定まる構造で熱伝導の良い材質を用いれ
ば同様の効果が得られる。又、温度差を検出する示差型
熱電対等は、試料ホルダー表面からヒートシンク間の定
まった位置に設定されていれば良いのは言うまでもな
い。
ヒートシンクの材質は熱伝導の良い材質であれば、測
定する温度域に合わせ適切なものを選べば良い。又、実
施例ではヒートシンクの温度コントロールする手段とし
てヒーターを巻いた加熱炉を用いたが、ヒートシンクを
温度コントロールできる手段であれば、例えばヒートシ
ンクに直接ヒーターを巻く等でも良く、適切な方法を選
べば良い。
〔発明の効果〕
以上の様に本発明によれば、DSCの熱流検出系の試料
ホルダーをヒートシンクの凹状のくぼみに埋め込む構造
にし、試料ホルダー表面の露出面積を小さくした構成と
したため、高温域(例えば金の融点1063℃付近)でも輻
射による熱の伝達を小さくでき、検出器の熱量検出感度
の低下をおさえ、且つ従来輻射による熱の伝達の変化の
影響を大きく受けるために実質的に熱量の定量のできな
かった高温域(例えば金の融点1063℃を越える温度域)
でも熱量の定量ができる効果もある。これによりDSCの
測定の応用範囲を大きく広げる事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例を示す断面図、第2図
(A),(B)は実施例のDSCで試料を測定した時の熱
の流れを示す断面図、第3図は従来例の断面図、第4図
(a),(b)は従来例のDSCで試料を測定した時の熱
の流れを示す断面図である。 1……ヒートシンク 2……凹状のくぼみ 3……凹状のくぼみ 4……試料側試料ホルダー 5……基準物質側試料ホルダー 6……白金−ロジウム13%線 7……白金−ロジウム13%線 8……白金線 9……試料及び試料容器 10……基準物質及び基準物質用容器 11……加熱炉 12……加熱炉壁 13……ヒーター 14……ヒートシンクからの熱の流れ 15……ヒートシンクからの熱の流れ 20……試料ホルダー内側(白金) 21……試料ホルダー外側(白金−ロジウム13%合金) 51……ヒートシンク 52……熱抵抗体 54……試料側試料ホルダー 55……基準物質側試料ホルダー 56……示差熱電対 59……試料及び試料容器 60……基準物質及び基準物質用容器 61……加熱炉 62……加熱炉壁 64……ヒートシンクからの熱の流れ 65……ヒートシンクからの熱の流れ 66……ヒートシンクからの輻射による熱の流れ 67……加熱炉壁からの輻射による熱の流れ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上面に同一形状でお互いに対称位置に2つ
    の凹状の窪みが設けられ、熱伝導性の良い材料よりなる
    ヒートシンクと、前記ヒートシンクの温度をコントロー
    ルして加熱する加熱炉と、それぞれの前記2つの窪みに
    埋め込まれ、前記試料および基準物質を載置するための
    凹形状の試料ホルダーと、前記試料を載置した試料ホル
    ダーと前記基準物質を載置した試料ホルダーの温度差を
    検出する熱電対とからなる示差走査熱量計において、 前記試料を載置する試料ホルダーと前記基準物質を載置
    する試料ホルダーは、共に内面全体は、前記熱電対の一
    方の材質より構成され、共に外面全体は、前記熱電対の
    他方の材質より構成され、前記それぞれの試料ホルダー
    の内面同士は、前記一方の材質の線にて結線され、前記
    それぞれの試料ホルダーの外面は、前記他方の材質の線
    にて出力される構造の熱電対よりなることを特徴とする
    示差走査熱量計。
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