JPH11160261A - 示差走査熱量計 - Google Patents
示差走査熱量計Info
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- JPH11160261A JPH11160261A JP9330650A JP33065097A JPH11160261A JP H11160261 A JPH11160261 A JP H11160261A JP 9330650 A JP9330650 A JP 9330650A JP 33065097 A JP33065097 A JP 33065097A JP H11160261 A JPH11160261 A JP H11160261A
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- JP
- Japan
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- sample
- heat
- detector
- circuit
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
- G01N25/48—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
- G01N25/4806—Details not adapted to a particular type of sample
- G01N25/4826—Details not adapted to a particular type of sample concerning the heating or cooling arrangements
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ドリフトが小さく応答性に優れた示差走査熱
量計を提供すること。 【解決手段】 試料温度はプログラム温度に従い炉温制
御器で粗制御されると同時に、検出器温度制御器により
精密に温度制御される。また、試料と参照に温度差が生
じると、示差熱補償回路により直ちに温度差が零に復帰
するように試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータ
への供給電力が調節され、供給電力の差が示差熱流とし
て出力される。
量計を提供すること。 【解決手段】 試料温度はプログラム温度に従い炉温制
御器で粗制御されると同時に、検出器温度制御器により
精密に温度制御される。また、試料と参照に温度差が生
じると、示差熱補償回路により直ちに温度差が零に復帰
するように試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータ
への供給電力が調節され、供給電力の差が示差熱流とし
て出力される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は試料の物理的または
化学的な性質が温度につれてどのように変化するかを測
定する熱分析装置に関する。特に、温度を定速で変化さ
せたとき、参照物質に比べ試料が余分に発生または吸収
する熱流を測定し分析する示差走査熱量計に関する。
化学的な性質が温度につれてどのように変化するかを測
定する熱分析装置に関する。特に、温度を定速で変化さ
せたとき、参照物質に比べ試料が余分に発生または吸収
する熱流を測定し分析する示差走査熱量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】示差走査熱量計は、試料と参照（熱的に
安定な基準物質で通常、アルミナなどが用いられる）を
対称的に配置し、両者の温度を一定の速度で変化させた
ときに参照物質に比べて試料が余分に発生または吸収す
る熱流を示差的に検出し分析するための装置である。
安定な基準物質で通常、アルミナなどが用いられる）を
対称的に配置し、両者の温度を一定の速度で変化させた
ときに参照物質に比べて試料が余分に発生または吸収す
る熱流を示差的に検出し分析するための装置である。
【０００３】試料の温度を定速で上げる場合、試料の熱
容量が大きくなるに従って試料による熱吸収が増える。
すなわち、示差熱流信号の絶対値は大きくなる。このと
き、示差熱流信号の絶対値は、試料・参照間の熱容量差
と昇温速度とに比例することから、既知の昇温速度、参
照熱容量を元に示差熱流信号から試料の熱容量を知るこ
とができる。
容量が大きくなるに従って試料による熱吸収が増える。
すなわち、示差熱流信号の絶対値は大きくなる。このと
き、示差熱流信号の絶対値は、試料・参照間の熱容量差
と昇温速度とに比例することから、既知の昇温速度、参
照熱容量を元に示差熱流信号から試料の熱容量を知るこ
とができる。
【０００４】一方、試料が融解する際には一時的に試料
による熱吸収が大きくなり、時系列的に記録された、示
差熱流信号をグラフ化すると、示差熱流信号は吸熱ピー
クを描く。また、同様な記録方法に従えば、試料に結晶
化が生じると、示差熱流信号は発熱ピークを描く。単位
時間が一定の長さに対応するように設定された時間軸に
対して描かれたこれら吸発熱ピークの面積は、試料が転
移に際して放出または吸収した熱量（転移熱）に比例す
るため、あらかじめ既知の転移熱を測定し信号値を校正
しておけば、示差熱流信号から容易に試料の転移熱を求
めることができる。
による熱吸収が大きくなり、時系列的に記録された、示
差熱流信号をグラフ化すると、示差熱流信号は吸熱ピー
クを描く。また、同様な記録方法に従えば、試料に結晶
化が生じると、示差熱流信号は発熱ピークを描く。単位
時間が一定の長さに対応するように設定された時間軸に
対して描かれたこれら吸発熱ピークの面積は、試料が転
移に際して放出または吸収した熱量（転移熱）に比例す
るため、あらかじめ既知の転移熱を測定し信号値を校正
しておけば、示差熱流信号から容易に試料の転移熱を求
めることができる。
【０００５】以上のような有用な性質を持つ示差熱流信
号を得るため、示差走査熱量計が様々な材料の分析に広
く用いられている。従来の示差走査熱量計は、以下の２
種類に大別される。一方は入力補償型と呼ばれている。
それは、対称に形成された試料用と参照用の二つの独立
した熱量計が組み合わされて成り、それぞれ、抵抗体温
度センサーと熱流フィードバック用のヒータとを備えて
いる。両温度センサーで検出される温度の平均値は、温
度プログラム器の定速で変化する温度出力と比較され、
両者が一致するように熱流フィードバック用のヒータに
より二つの熱量計が加熱される。また、両温度センサー
の温度出力に差が生じると、差が零に戻るように直ちに
両ヒータの電力が加減される。このとき、両ヒータに毎
秒供給される電力の差は、示差熱流信号として記録され
る。
号を得るため、示差走査熱量計が様々な材料の分析に広
く用いられている。従来の示差走査熱量計は、以下の２
種類に大別される。一方は入力補償型と呼ばれている。
それは、対称に形成された試料用と参照用の二つの独立
した熱量計が組み合わされて成り、それぞれ、抵抗体温
度センサーと熱流フィードバック用のヒータとを備えて
いる。両温度センサーで検出される温度の平均値は、温
度プログラム器の定速で変化する温度出力と比較され、
両者が一致するように熱流フィードバック用のヒータに
より二つの熱量計が加熱される。また、両温度センサー
の温度出力に差が生じると、差が零に戻るように直ちに
両ヒータの電力が加減される。このとき、両ヒータに毎
秒供給される電力の差は、示差熱流信号として記録され
る。
【０００６】他方は熱流束型と呼ばれている。それは、
熱良導体で形成された熱溜の内部に試料用と参照用の温
度センサーが対称な相等しい熱流路を形成するように固
定されている。熱溜の温度は、温度プログラム器の定速
で変化する温度出力と比較され、両者が一致するように
熱溜に巻かれたヒータによりフィードバック制御され
る。試料と参照の間の温度差は示差熱電対により検出さ
れる。このとき、試料・参照間の温度差を熱溜・試料間
の熱抵抗で割ると、電位差を抵抗で割って電流が求めら
れるのと類似の要領で、試料と参照への熱流の差である
示差熱流を求めることができる。すなわち、熱流束型示
差走査熱量計では、試料・参照間の温度差を表す示差熱
電対の出力を適切に増幅し、示差熱流信号として出力お
よび記録する。
熱良導体で形成された熱溜の内部に試料用と参照用の温
度センサーが対称な相等しい熱流路を形成するように固
定されている。熱溜の温度は、温度プログラム器の定速
で変化する温度出力と比較され、両者が一致するように
熱溜に巻かれたヒータによりフィードバック制御され
る。試料と参照の間の温度差は示差熱電対により検出さ
れる。このとき、試料・参照間の温度差を熱溜・試料間
の熱抵抗で割ると、電位差を抵抗で割って電流が求めら
れるのと類似の要領で、試料と参照への熱流の差である
示差熱流を求めることができる。すなわち、熱流束型示
差走査熱量計では、試料・参照間の温度差を表す示差熱
電対の出力を適切に増幅し、示差熱流信号として出力お
よび記録する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】入力補償型の示差走査
熱量計は応答性に優れており、２秒以下の熱補償時定数
を実現できる。しかし、ベースライン性能に関しては、
熱流束型の示差走査熱量計ほどの安定性は得られにくか
った。この最大の理由は、入力補償型センサーが測定中
周囲部材と大きな温度差を生じる結果、絶えずセンサー
から外界へ比較的大量の熱リークを発生しベースライン
におけるドリフト要因となるためである。
熱量計は応答性に優れており、２秒以下の熱補償時定数
を実現できる。しかし、ベースライン性能に関しては、
熱流束型の示差走査熱量計ほどの安定性は得られにくか
った。この最大の理由は、入力補償型センサーが測定中
周囲部材と大きな温度差を生じる結果、絶えずセンサー
から外界へ比較的大量の熱リークを発生しベースライン
におけるドリフト要因となるためである。
【０００８】一方、熱流束型の示差走査熱量計はベース
ライン安定性に優れているが、通常、３秒を越える熱補
償時定数を持つため、熱流信号のピークが鈍る、複数ピ
ークの分離が悪くなるなどの欠点を有していた。
ライン安定性に優れているが、通常、３秒を越える熱補
償時定数を持つため、熱流信号のピークが鈍る、複数ピ
ークの分離が悪くなるなどの欠点を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、熱良導体から成り内部に試料を収納する
ための空間を有する熱溜と、前記熱溜の内部に固定され
金属抵抗体による対称な回路パターンが施された絶縁基
板から成る検出器と、前記検出器内の金属抵抗体の抵抗
値を検出することにより検出器の温度を測定する温度測
定回路と、前記検出器内の対称な一対の金属抵抗体回路
の抵抗値を比較することにより検出器に載置された試料
と参照との温度差を検出する示差熱検出回路と、時間ご
との温度目標値を出力するプログラム温度関数発生器
と、前記プログラム温度関数発生器の出力に応じて前記
熱溜の温度を制御する熱溜温度制御器と、前記プログラ
ム温度発生器の出力と前記温度測定回路の出力との比較
結果に基づき前記検出器内の金属抵抗体回路に流す電流
値を制御することにより前記検出器の温度を制御する検
出器温度制御器と、前記示差熱検出回路の出力が絶えず
零に戻るように前記検出器内の対称な一対の金属抵抗体
の各に適切な電流を流すための示差熱補償回路と、を備
えている。
め、本発明は、熱良導体から成り内部に試料を収納する
ための空間を有する熱溜と、前記熱溜の内部に固定され
金属抵抗体による対称な回路パターンが施された絶縁基
板から成る検出器と、前記検出器内の金属抵抗体の抵抗
値を検出することにより検出器の温度を測定する温度測
定回路と、前記検出器内の対称な一対の金属抵抗体回路
の抵抗値を比較することにより検出器に載置された試料
と参照との温度差を検出する示差熱検出回路と、時間ご
との温度目標値を出力するプログラム温度関数発生器
と、前記プログラム温度関数発生器の出力に応じて前記
熱溜の温度を制御する熱溜温度制御器と、前記プログラ
ム温度発生器の出力と前記温度測定回路の出力との比較
結果に基づき前記検出器内の金属抵抗体回路に流す電流
値を制御することにより前記検出器の温度を制御する検
出器温度制御器と、前記示差熱検出回路の出力が絶えず
零に戻るように前記検出器内の対称な一対の金属抵抗体
の各に適切な電流を流すための示差熱補償回路と、を備
えている。
【００１０】試料と参照は、プログラム温度に応じて温
度制御される熱溜から検出器を介した熱伝導により大ま
かに温度制御される。また、参照温度は検出器温度制御
器によりプログラム温度に一致するように精密に温度制
御される。さらに、試料と参照に温度差が生じると、示
差熱補償回路により直ちに温度差が零に復帰するように
試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータへの供給電
力が調節される。
度制御される熱溜から検出器を介した熱伝導により大ま
かに温度制御される。また、参照温度は検出器温度制御
器によりプログラム温度に一致するように精密に温度制
御される。さらに、試料と参照に温度差が生じると、示
差熱補償回路により直ちに温度差が零に復帰するように
試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータへの供給電
力が調節される。
【００１１】この結果、試料・参照とも、プログラム温
度に従って温度制御され、試料の参照に比べた吸発熱の
差異は、試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータへ
の供給電力の差として検出され、示差走査熱量計の機能
を果たす。
度に従って温度制御され、試料の参照に比べた吸発熱の
差異は、試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータへ
の供給電力の差として検出され、示差走査熱量計の機能
を果たす。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を図面に
示した実施例に基づき説明する。図１中、１は試料入り
の試料容器であり、２は熱的に安定な参照物質を入れた
参照容器である。試料容器１、参照容器２は、白金によ
る回路パターンが施された十文字状のアルミナ平板から
なる検出器３に載置されている。検出器３は、その中心
部をインコネル製のネジにより、円筒状で断面がほぼＨ
字形状をなす銀製の熱溜５の中央部にネジ止めされてい
る。熱溜５の上部には銀製の熱溜蓋４が設けられ、熱溜
５と熱溜蓋４により試料容器１、参照容器２および検出
器３が包まれている。熱溜５の側面には、絶縁被覆を施
された炉温制御ヒータ６が巻かれている。
示した実施例に基づき説明する。図１中、１は試料入り
の試料容器であり、２は熱的に安定な参照物質を入れた
参照容器である。試料容器１、参照容器２は、白金によ
る回路パターンが施された十文字状のアルミナ平板から
なる検出器３に載置されている。検出器３は、その中心
部をインコネル製のネジにより、円筒状で断面がほぼＨ
字形状をなす銀製の熱溜５の中央部にネジ止めされてい
る。熱溜５の上部には銀製の熱溜蓋４が設けられ、熱溜
５と熱溜蓋４により試料容器１、参照容器２および検出
器３が包まれている。熱溜５の側面には、絶縁被覆を施
された炉温制御ヒータ６が巻かれている。
【００１３】熱分析のためのプログラム温度信号を発生
するプログラム温度関数発生器７には炉温制御回路８が
接続されている。そして、炉温制御回路８は、炉温制御
回路８に接続された炉温制御ヒータ６の出力を適切に調
節して熱溜５の温度がプログラム温度関数に対応して変
化するように制御する。一方、検出器３には、試料側測
温抵抗端子３ａと３ｂ、参照側測温抵抗端子３ｃと３
ｄ、試料側補償ヒータ端子３ｅと３ｆ、参照側補償ヒー
タ端子３ｇと３ｈからなる計８個の端子が設けられてい
る。
するプログラム温度関数発生器７には炉温制御回路８が
接続されている。そして、炉温制御回路８は、炉温制御
回路８に接続された炉温制御ヒータ６の出力を適切に調
節して熱溜５の温度がプログラム温度関数に対応して変
化するように制御する。一方、検出器３には、試料側測
温抵抗端子３ａと３ｂ、参照側測温抵抗端子３ｃと３
ｄ、試料側補償ヒータ端子３ｅと３ｆ、参照側補償ヒー
タ端子３ｇと３ｈからなる計８個の端子が設けられてい
る。
【００１４】また、検出器３の詳細は、図２に示すとお
り、各端子３ａ〜３ｈの他に、試料側と参照側に分かれ
て、試料側には試料側測温抵抗パターン３１と試料側補
償ヒータパターン３３、参照側には参照側測温抵抗パタ
ーン３２と参照側補償ヒータパターン３４が施されてい
る。各パターン３１〜３４の表面は釉薬（図示せず）に
よる薄膜状のコーティングが施され、表面の絶縁性が保
たれている。各端子３ａ〜３ｈには小孔が設けられ、銀
製１．６ｍｍのネジとナット（図示せず）により銀製リ
ード線が各端子３ａ〜３ｈに、それぞれ機械的に固定さ
れている。なお、各端子３ａ〜３ｈへのリード線接続に
ついては、耐熱性を考慮し、高温銀ロウであるＢＡｇ−
８などを用いたロウ付け処理に置き換えることもでき
る。
り、各端子３ａ〜３ｈの他に、試料側と参照側に分かれ
て、試料側には試料側測温抵抗パターン３１と試料側補
償ヒータパターン３３、参照側には参照側測温抵抗パタ
ーン３２と参照側補償ヒータパターン３４が施されてい
る。各パターン３１〜３４の表面は釉薬（図示せず）に
よる薄膜状のコーティングが施され、表面の絶縁性が保
たれている。各端子３ａ〜３ｈには小孔が設けられ、銀
製１．６ｍｍのネジとナット（図示せず）により銀製リ
ード線が各端子３ａ〜３ｈに、それぞれ機械的に固定さ
れている。なお、各端子３ａ〜３ｈへのリード線接続に
ついては、耐熱性を考慮し、高温銀ロウであるＢＡｇ−
８などを用いたロウ付け処理に置き換えることもでき
る。
【００１５】図１に示したとおり、参照側測温抵抗端子
３ｃ、３ｄは抵抗検出回路９に接続され、抵抗検出回路
９は抵抗／温度変換器１０に接続されている。プログラ
ム温度関数発生器７と抵抗／温度変換器１０は温度比較
演算回路１１に接続されている。試料側測温抵抗端子３
ａ、３ｂ、参照側測温抵抗端子３ｃ、３ｄはいずれも抵
抗比較回路１２に接続され、抵抗比較回路１２は示差熱
補償演算回路１３に接続されている。
３ｃ、３ｄは抵抗検出回路９に接続され、抵抗検出回路
９は抵抗／温度変換器１０に接続されている。プログラ
ム温度関数発生器７と抵抗／温度変換器１０は温度比較
演算回路１１に接続されている。試料側測温抵抗端子３
ａ、３ｂ、参照側測温抵抗端子３ｃ、３ｄはいずれも抵
抗比較回路１２に接続され、抵抗比較回路１２は示差熱
補償演算回路１３に接続されている。
【００１６】温度比較演算回路１１と示差熱補償回路１
３とは加算器１４および減算器１６に、それぞれ、接続
されている。加算器１４は参照側ヒータ電流制御回路１
５に接続されており、減算器１６は試料側ヒータ電流制
御回路１７に接続されている。各ヒータ電流制御回路１
５、１７の出力は、参照側補償ヒータ端子３ｇと３ｈ、
および、試料側補償ヒータ端子３ｅと３ｆに送られ、そ
れぞれの両端子間に流れる電流を制御している。したが
って、参照側ヒータ電流制御回路１７と試料側ヒータ電
流制御回路１５は、試料の温度が参照に比べて高くなる
と、参照側補償ヒータ端子３ｇ、３ｈ間に流れる電流値
を増加させると同時に、試料側補償ヒータ端子３ｅ、３
ｆ間に流れる電流値を減少させる形で動作する。
３とは加算器１４および減算器１６に、それぞれ、接続
されている。加算器１４は参照側ヒータ電流制御回路１
５に接続されており、減算器１６は試料側ヒータ電流制
御回路１７に接続されている。各ヒータ電流制御回路１
５、１７の出力は、参照側補償ヒータ端子３ｇと３ｈ、
および、試料側補償ヒータ端子３ｅと３ｆに送られ、そ
れぞれの両端子間に流れる電流を制御している。したが
って、参照側ヒータ電流制御回路１７と試料側ヒータ電
流制御回路１５は、試料の温度が参照に比べて高くなる
と、参照側補償ヒータ端子３ｇ、３ｈ間に流れる電流値
を増加させると同時に、試料側補償ヒータ端子３ｅ、３
ｆ間に流れる電流値を減少させる形で動作する。
【００１７】演算器１８は、試料側ヒータ電流制御回路
１５と参照側ヒータ電流制御回路１７に接続され、両回
路１５、１７の出力に基づき、試料側測温抵抗パターン
３１と参照側測温抵抗パターン３２でそれぞれ消費され
る時間当たりの消費電力の差を算出し、示差熱流信号と
して出力する。次に、図１に示す装置の動作について説
明する。
１５と参照側ヒータ電流制御回路１７に接続され、両回
路１５、１７の出力に基づき、試料側測温抵抗パターン
３１と参照側測温抵抗パターン３２でそれぞれ消費され
る時間当たりの消費電力の差を算出し、示差熱流信号と
して出力する。次に、図１に示す装置の動作について説
明する。
【００１８】まず、測定者は、熱溜蓋４をあけ、測定し
たい試料を詰めた試料容器１と、測定しようとする温度
域で熱的な安定性が確認されている参照物質を詰めた参
照容器２とを検出器３の上の所定の場所に置き、熱溜蓋
４を閉じる。次に、測定者の測定開始指示に従い、測定
者により入力されたプログラム温度信号がプログラム温
度関数発生器７から出力される。プログラム温度関数発
生器７から出力されたプログラム温度信号の内、一系統
は炉温制御回路８に送られ、炉温制御回路８の働きによ
り熱溜５の温度がプログラム温度に対し、絶対温度単位
で９２％となるように制御される。従って、熱溜５の温
度は常にプログラム温度よりもやや低めに制御される。
なお、室温以下での測定の際には、適宜、図示しない冷
却用部材を併用するが、その場合でもやはり、熱溜５の
温度はプログラム温度よりも低く制御されることに変わ
りはない。
たい試料を詰めた試料容器１と、測定しようとする温度
域で熱的な安定性が確認されている参照物質を詰めた参
照容器２とを検出器３の上の所定の場所に置き、熱溜蓋
４を閉じる。次に、測定者の測定開始指示に従い、測定
者により入力されたプログラム温度信号がプログラム温
度関数発生器７から出力される。プログラム温度関数発
生器７から出力されたプログラム温度信号の内、一系統
は炉温制御回路８に送られ、炉温制御回路８の働きによ
り熱溜５の温度がプログラム温度に対し、絶対温度単位
で９２％となるように制御される。従って、熱溜５の温
度は常にプログラム温度よりもやや低めに制御される。
なお、室温以下での測定の際には、適宜、図示しない冷
却用部材を併用するが、その場合でもやはり、熱溜５の
温度はプログラム温度よりも低く制御されることに変わ
りはない。
【００１９】熱溜５は熱良導体である銀で作られている
ため、熱溜５の内部に温度勾配が生じると直ちに熱の移
動が起こり温度分布を解消する働きがある。熱溜５の中
央部に固定された検出器３には熱溜５からの熱が伝えら
れ、検出器３を介して試料容器１の内部の試料と参照容
器２の内部の参照物質とにそれぞれ熱が伝搬し、結果的
に、試料と参照物質はそれぞれ、絶対温度単位でプログ
ラム温度の９２％に近づくように制御される。
ため、熱溜５の内部に温度勾配が生じると直ちに熱の移
動が起こり温度分布を解消する働きがある。熱溜５の中
央部に固定された検出器３には熱溜５からの熱が伝えら
れ、検出器３を介して試料容器１の内部の試料と参照容
器２の内部の参照物質とにそれぞれ熱が伝搬し、結果的
に、試料と参照物質はそれぞれ、絶対温度単位でプログ
ラム温度の９２％に近づくように制御される。
【００２０】参照容器２の温度は下部に配置された検出
器３の参照側温度検出抵抗パターン３２（図２参照）の
抵抗値により検出される。すなわち、参照側測温抵抗パ
ターン３２の両端をなす参照側測温抵抗端子３ｃ、３ｄ
は、抵抗検出回路９に接続されており、抵抗検出回路９
で検出された抵抗値は抵抗／温度変換器１０で温度信号
に変換され、参照容器２の温度を表す信号となる。
器３の参照側温度検出抵抗パターン３２（図２参照）の
抵抗値により検出される。すなわち、参照側測温抵抗パ
ターン３２の両端をなす参照側測温抵抗端子３ｃ、３ｄ
は、抵抗検出回路９に接続されており、抵抗検出回路９
で検出された抵抗値は抵抗／温度変換器１０で温度信号
に変換され、参照容器２の温度を表す信号となる。
【００２１】プログラム温度関数発生器７が出力する温
度信号と抵抗／温度変換器１０が出力する温度信号は温
度比較演算回路１１で比較され、さらに、比較結果に対
して所定の演算が施されて出力される。温度比較演算回
路１１の働きをより具体的に述べれば、温度関数発生器
７と抵抗／温度変換器１０の出力差に対して、良く知ら
れたＰＩＤ（比例・積分・微分）演算が施され、演算結
果が出力される。
度信号と抵抗／温度変換器１０が出力する温度信号は温
度比較演算回路１１で比較され、さらに、比較結果に対
して所定の演算が施されて出力される。温度比較演算回
路１１の働きをより具体的に述べれば、温度関数発生器
７と抵抗／温度変換器１０の出力差に対して、良く知ら
れたＰＩＤ（比例・積分・微分）演算が施され、演算結
果が出力される。
【００２２】温度比較演算回路１１の出力は加算器１
４、減算器１６を介して、それぞれ、参照側ヒータ電流
制御回路１５と試料側ヒータ電流制御回路１７に送られ
る。参照側ヒータ電流制御回路１５は、参照側補償ヒー
タ端子３ｇ、３ｈを介して、参照側補償ヒータパターン
３４（図２参照）に電流を流し、試料側ヒータ電流制御
回路１７は、試料側補償ヒータ端子３ｅ、３ｆを介し
て、試料側補償ヒータパターン３３（図２参照）に参照
側と等しい電流を流す。参照側測温抵抗パターン３２、
抵抗検出回路９、抵抗／温度変換器１０、プログラム温
度関数発生器７、温度比較演算回路１１、参照側ヒータ
電流制御回路１５、参照側補償ヒータパターン３４から
なる一連の構成は負帰還ループを形成しており、参照容
器２の温度をプログラム温度に一致させる働きをする。
すなわち、第一の負帰還ループは、プログラム温度と参
照温度の差である絶対温度単位で約８％のずれを解消す
るように動作する。一方、試料容器１と参照容器２の温
度は、それぞれ、試料側測温抵抗パターン３１（図２参
照）と参照側測温抵抗パターン３２との抵抗値によって
検出され、抵抗比較回路１２で比較される。抵抗比較回
路１２はブリッジ回路（図示せず）の構成となってお
り、抵抗比較回路１２の出力信号は試料側測温抵抗パタ
ーン３１と参照側測温抵抗パターン３２の抵抗値の差を
表している。また、抵抗比較回路１２の出力である抵抗
差信号は、試料容器１と参照容器２の温度差を表してい
ることから、抵抗比較回路１２の出力を良く知られた示
差熱（ＤＴＡ）信号として扱うこともできる。
４、減算器１６を介して、それぞれ、参照側ヒータ電流
制御回路１５と試料側ヒータ電流制御回路１７に送られ
る。参照側ヒータ電流制御回路１５は、参照側補償ヒー
タ端子３ｇ、３ｈを介して、参照側補償ヒータパターン
３４（図２参照）に電流を流し、試料側ヒータ電流制御
回路１７は、試料側補償ヒータ端子３ｅ、３ｆを介し
て、試料側補償ヒータパターン３３（図２参照）に参照
側と等しい電流を流す。参照側測温抵抗パターン３２、
抵抗検出回路９、抵抗／温度変換器１０、プログラム温
度関数発生器７、温度比較演算回路１１、参照側ヒータ
電流制御回路１５、参照側補償ヒータパターン３４から
なる一連の構成は負帰還ループを形成しており、参照容
器２の温度をプログラム温度に一致させる働きをする。
すなわち、第一の負帰還ループは、プログラム温度と参
照温度の差である絶対温度単位で約８％のずれを解消す
るように動作する。一方、試料容器１と参照容器２の温
度は、それぞれ、試料側測温抵抗パターン３１（図２参
照）と参照側測温抵抗パターン３２との抵抗値によって
検出され、抵抗比較回路１２で比較される。抵抗比較回
路１２はブリッジ回路（図示せず）の構成となってお
り、抵抗比較回路１２の出力信号は試料側測温抵抗パタ
ーン３１と参照側測温抵抗パターン３２の抵抗値の差を
表している。また、抵抗比較回路１２の出力である抵抗
差信号は、試料容器１と参照容器２の温度差を表してい
ることから、抵抗比較回路１２の出力を良く知られた示
差熱（ＤＴＡ）信号として扱うこともできる。
【００２３】抵抗比較回路１２の出力は示差熱補償演算
回路１３に送られ、ここで比例演算が施（増幅）された
後、加算器１４と減算器１６とに出力される。加算器１
４、減算器１６は、それぞれ、温度比較演算回路１１と
示差熱補償演算回路１３の出力同志の和と差を、おのお
の、参照側ヒータ電流制御回路１５と試料側ヒータ電流
制御回路１７に出力し、試料側補償ヒータパターン３
３、参照側補償ヒータパターン３４への電流が制御され
る。試料側測温抵抗パターン３１、参照側測温抵抗パタ
ーン３２、抵抗比較回路１２、示差熱補償演算回路１
３、参照側ヒータ電流制御回路１５、試料側ヒータ電流
制御回路１７、試料側補償ヒータパターン３３、参照側
補償ヒータパターン３４からなる一連の構成は、全体と
して、第二の負帰還ループを形成しており、試料容器１
と参照容器２の温度を近づける働きを続け、結果的に両
者の温度は常にほぼ一致している。
回路１３に送られ、ここで比例演算が施（増幅）された
後、加算器１４と減算器１６とに出力される。加算器１
４、減算器１６は、それぞれ、温度比較演算回路１１と
示差熱補償演算回路１３の出力同志の和と差を、おのお
の、参照側ヒータ電流制御回路１５と試料側ヒータ電流
制御回路１７に出力し、試料側補償ヒータパターン３
３、参照側補償ヒータパターン３４への電流が制御され
る。試料側測温抵抗パターン３１、参照側測温抵抗パタ
ーン３２、抵抗比較回路１２、示差熱補償演算回路１
３、参照側ヒータ電流制御回路１５、試料側ヒータ電流
制御回路１７、試料側補償ヒータパターン３３、参照側
補償ヒータパターン３４からなる一連の構成は、全体と
して、第二の負帰還ループを形成しており、試料容器１
と参照容器２の温度を近づける働きを続け、結果的に両
者の温度は常にほぼ一致している。
【００２４】一定の速度で試料を昇温する測定の過程
で、試料に熱収支を伴う転移が発生すると、試料の温度
は一時的に上昇または降下が生じようとし、試料容器１
と参照容器２の間に温度差が生じるが、この差は、前記
第二の負帰還ループにより直ちに零に戻されるた。従っ
て、試料側補償ヒータパターン３３と参照側補償ヒータ
パターン３４で消費された電力（抵抗値×電流値の二
乗）の差を求めることで、試料が参照物質に比べどれだ
け余分に熱を吸収または放出したかを知ることができ
る。
で、試料に熱収支を伴う転移が発生すると、試料の温度
は一時的に上昇または降下が生じようとし、試料容器１
と参照容器２の間に温度差が生じるが、この差は、前記
第二の負帰還ループにより直ちに零に戻されるた。従っ
て、試料側補償ヒータパターン３３と参照側補償ヒータ
パターン３４で消費された電力（抵抗値×電流値の二
乗）の差を求めることで、試料が参照物質に比べどれだ
け余分に熱を吸収または放出したかを知ることができ
る。
【００２５】この電力差は演算器１８で算出され、示差
熱流信号として出力され、試料の分析に供され、示差走
査熱量計としての機能が実現される。
熱流信号として出力され、試料の分析に供され、示差走
査熱量計としての機能が実現される。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、試料と
参照の温度は、炉温制御器で粗制御されると同時に、検
出器温度制御器によりプログラム温度に一致するように
精密に温度制御される。また、試料と参照に温度差が生
じると、示差熱補償回路により直ちに温度差が零に復帰
するように試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータ
への供給電力が調節され、供給電力の差が示差熱流とし
て出力される。
参照の温度は、炉温制御器で粗制御されると同時に、検
出器温度制御器によりプログラム温度に一致するように
精密に温度制御される。また、試料と参照に温度差が生
じると、示差熱補償回路により直ちに温度差が零に復帰
するように試料と参照の近傍に個別に設けられたヒータ
への供給電力が調節され、供給電力の差が示差熱流とし
て出力される。
【００２７】この結果、試料や参照とそれらを取り囲む
熱溜との間の温度差が小さいので、試料や参照は外界か
ら断熱され外界との直接の熱交換が抑制され、示差熱流
信号にドリフトが生じにくくなり、入力補償型の示差走
査熱量計の欠点が解消されるという効果が得られる。ま
た、試料に熱収支を伴う転移が生じた場合、示差熱補償
回路により直ちに温度差が零に復帰するように試料と参
照の近傍に個別に設けられたヒータへの供給電力を制御
でき、さらにその際の制御パラメータである比例係数を
最適に調節できるため、応答性の良い示差熱流信号が得
られ、熱流束型の示差走査熱量計の欠点も併せて解消さ
れるという効果が得られる。
熱溜との間の温度差が小さいので、試料や参照は外界か
ら断熱され外界との直接の熱交換が抑制され、示差熱流
信号にドリフトが生じにくくなり、入力補償型の示差走
査熱量計の欠点が解消されるという効果が得られる。ま
た、試料に熱収支を伴う転移が生じた場合、示差熱補償
回路により直ちに温度差が零に復帰するように試料と参
照の近傍に個別に設けられたヒータへの供給電力を制御
でき、さらにその際の制御パラメータである比例係数を
最適に調節できるため、応答性の良い示差熱流信号が得
られ、熱流束型の示差走査熱量計の欠点も併せて解消さ
れるという効果が得られる。
【図１】図１は本発明の一実施例を示す一部断面図入り
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】図２は実施例に用いた検出器のパターン図であ
る。
る。
１ 試料容器 ２ 参照容器 ３ 検出器 ３ａ、３ｂ 試料側測温抵抗端子 ３ｃ、３ｄ 参照側測温抵抗端子 ３ｅ、３ｆ 試料側補償ヒータ端子 ３ｇ、３ｈ 参照側補償ヒータ端子 ４ 熱溜蓋 ５ 熱溜 ６ 炉温制御ヒータ ７ プログラム温度関数発生器 ８ 炉温制御回路 ９ 抵抗検出回路 １０ 抵抗／温度変換器 １１ 温度比較演算回路 １２ 抵抗比較回路 １３ 示差熱補償演算回路 １４ 加算器 １５ 参照側ヒータ電流制御回路 １６ 減算器 １７ 試料側ヒータ電流制御回路 １８ 演算器 ３１ 試料側測温抵抗パターン ３２ 参照側測温抵抗パターン ３３ 試料側補償ヒータパターン ３４ 参照側補償ヒータパターン
Claims (2)
- 【請求項１】 熱良導体から成り内部に試料を収納する
ための空間を有する熱溜と、前記熱溜の内部に固定され
金属抵抗体による対称な回路パターンが施された絶縁基
板から成る検出器と、前記検出器内の金属抵抗体の抵抗
値を検出することにより検出器の温度を測定する温度測
定回路と、前記検出器内の対称な一対の金属抵抗体回路
の抵抗値を比較することにより検出器に載置された試料
と参照との温度差を検出する示差熱検出回路と、時間ご
との温度目標値を出力するプログラム温度関数発生器
と、前記プログラム温度関数発生器の出力に応じて前記
熱溜の温度を制御する熱溜温度制御器と、前記プログラ
ム温度発生器の出力と前記温度測定回路の出力との比較
結果に基づき前記検出器内の金属抵抗体回路に流す電流
値を制御することにより前記検出器の温度を制御する検
出器温度制御器と、前記示差熱検出回路の出力が絶えず
零に戻るように前記検出器内の対称な一対の金属抵抗体
の各に適切な電流を流すための示差熱補償回路とを備
え、熱流束型の低ドリフト性と入力補償型の高応答性を
両立させることを特徴とする示差走査熱量計。 - 【請求項２】 前記検出器の温度は前記プログラム温度
関数発生器の出力であるプログラム温度に一致するよう
に負帰還制御され、前記熱溜の温度は前記プログラム温
度関数発生器の出力であるプログラム温度に対して絶対
温度で８０％と１００％の間になるように負帰還制御さ
れることを特徴とする請求項第１項記載の示差走査熱量
計。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33065097A JP3434694B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 示差走査熱量計 |
| EP98956019A EP0962763A4 (en) | 1997-12-01 | 1998-12-01 | Differential |
| US09/319,624 US6530686B1 (en) | 1997-12-01 | 1998-12-01 | Differential scanning calorimeter having low drift and high response characteristics |
| PCT/JP1998/005412 WO1999028732A1 (fr) | 1997-12-01 | 1998-12-01 | Calorimetre a balayage differentiel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33065097A JP3434694B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 示差走査熱量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11160261A true JPH11160261A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3434694B2 JP3434694B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=18235048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33065097A Expired - Lifetime JP3434694B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 示差走査熱量計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6530686B1 (ja) |
| EP (1) | EP0962763A4 (ja) |
| JP (1) | JP3434694B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999028732A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003042985A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-13 | Seiko Instruments Inc | 示差走査熱量計 |
| US7168851B2 (en) * | 2003-09-01 | 2007-01-30 | Postech Foundation | Apparatus and method for measuring heat dissipation |
| JP2012533067A (ja) * | 2009-07-07 | 2012-12-20 | ダブリュユー，フランク，リュ | 示差補償断熱熱量計及びその操作（実施）方法 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002181751A (ja) * | 2000-12-13 | 2002-06-26 | Seiko Instruments Inc | 示差走査熱量計 |
| US6843595B2 (en) * | 2001-01-26 | 2005-01-18 | Waters Investment Limited | Differential scanning calorimeter accounting for heat leakage |
| DE10227182B4 (de) | 2002-06-18 | 2013-01-31 | Mettler-Toledo Ag | Probenhalter für die Differenz-Thermoanalyse |
| US9039618B2 (en) * | 2003-07-24 | 2015-05-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Medical imaging device and method |
| JP4116526B2 (ja) * | 2003-11-18 | 2008-07-09 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 第二のヒーターを備えた示差走査熱量計 |
| US7371006B2 (en) * | 2004-02-10 | 2008-05-13 | Perkinelmer Las, Inc. | Differential scanning calorimeter (DSC) with temperature controlled furnace |
| JP4611154B2 (ja) * | 2005-09-01 | 2011-01-12 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 熱流束型示差走査熱量計 |
| US20080273572A1 (en) * | 2006-06-02 | 2008-11-06 | James Madison University | Thermal detector for chemical or biological agents |
| US7470057B2 (en) * | 2006-08-24 | 2008-12-30 | Waters Investments Limited | Differential scanning calorimeter sensor and method |
| JP2008089474A (ja) * | 2006-10-03 | 2008-04-17 | Rigaku Corp | 熱分析装置のセンサユニットおよびその製造方法 |
| CN202267663U (zh) * | 2008-06-06 | 2012-06-06 | 魄金莱默保健科学有限公司 | 量热计及其控制系统 |
| DE602008005427D1 (de) * | 2008-06-13 | 2011-04-21 | Mettler Toledo Ag | Wärmeanalyseinstrument mit dynamischer Leistungskompensation |
| CN104502407B (zh) * | 2014-10-28 | 2017-04-26 | 广西大学 | 水泥初始水化放热特性等温测量的试验装置 |
| GB2532746B (en) * | 2014-11-26 | 2017-03-29 | Ibm | Temperature sensing |
| DE102016117754B4 (de) * | 2016-09-21 | 2019-03-21 | Netzsch-Gerätebau GmbH | Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zur thermischen Analyse von Proben |
| EP3396392B1 (en) | 2017-04-26 | 2020-11-04 | ElectDis AB | Apparatus and method for determining a power value of a target |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3033020A (en) * | 1960-02-09 | 1962-05-08 | Jr Jack M Pakulak | Thermistorized apparatus for differential thermal analysis |
| US3263484A (en) * | 1962-04-04 | 1966-08-02 | Perkin Elmer Corp | Differential microcalorimeter |
| DE3529489A1 (de) * | 1985-08-16 | 1987-02-26 | Max Planck Gesellschaft | Verfahren und einrichtung zum bestimmen der waermekapazitaet einer probe |
| JPH0514202Y2 (ja) * | 1986-05-21 | 1993-04-15 | ||
| JPH01165944A (ja) * | 1987-12-22 | 1989-06-29 | Rigaku Keisoku Kk | 熱分析用電熱器 |
| JPH0282145A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-22 | Seiko Instr Inc | 示差走査熱量計 |
| US5098196A (en) * | 1991-01-04 | 1992-03-24 | The Perkin-Elmer Corporation | Circuit for heating and sensing with a single element |
| JP3049852B2 (ja) * | 1991-06-29 | 2000-06-05 | 日本電気株式会社 | 逐次変換型ａｄ変換器 |
| US5288147A (en) * | 1992-11-09 | 1994-02-22 | Ta Instruments, Inc. | Thermopile differential thermal analysis sensor |
| JP3549621B2 (ja) * | 1995-06-09 | 2004-08-04 | 株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース | 温度制限回路 |
| US5672289A (en) * | 1996-01-11 | 1997-09-30 | The Perkin-Elmer Corporation | Heater control circuit |
| US5842788A (en) * | 1996-11-01 | 1998-12-01 | Ta Instruments, Inc. | Differential scanning calorimeter |
| US6079873A (en) * | 1997-10-20 | 2000-06-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Micron-scale differential scanning calorimeter on a chip |
| JPH11160259A (ja) * | 1997-11-27 | 1999-06-18 | Seiko Instruments Inc | 示差熱分析装置 |
-
1997
- 1997-12-01 JP JP33065097A patent/JP3434694B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-12-01 EP EP98956019A patent/EP0962763A4/en not_active Withdrawn
- 1998-12-01 WO PCT/JP1998/005412 patent/WO1999028732A1/ja active Application Filing
- 1998-12-01 US US09/319,624 patent/US6530686B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6530686B1 (en) | 2003-03-11 |
| JP3434694B2 (ja) | 2003-08-11 |
| EP0962763A4 (en) | 2006-06-14 |
| WO1999028732A1 (fr) | 1999-06-10 |
| EP0962763A1 (en) | 1999-12-08 |
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