JPH0627060A - 熱測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一に試料ホルダーと試料等を加熱でき、小
さな電力で一定の昇温速度が得られて外乱の少ない正確
な熱測定を行なえる装置を提供すること 【構成】 熱測定装置の電気炉内に設ける複数の試料ホ
ルダーを該電気炉の壁面に沿った軸線方向に上下に配置
する。また、該電気炉内に１つの試料ホルダーを設けて
その周囲を熱測定で使用する基準物質で製作した熱浴で
覆い、該試料ホルダーと該熱浴に夫々の温度と示差温度
を測定する温度センサーを取付ける。 【効果】 電気炉の内径を小さくできて昇温のための電
力が少なくなってノイズが少なくなり、また、均一に試
料ホルダーを加熱できるので正確な測定を行なえ、電力
消費が少ないから経済的である

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、示差熱分析（Differen
tial thermal analysis ：ＤＴＡ）や示差走査熱量測定
（Differential scanning calorimetry ：ＤＳＣ）に使
用される熱測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記示差熱分析や示差走査熱量測
定には、図１に示すような、筒形の昇温速度が制御され
た電気炉ａ内に、通常、２つの同一形状の試料ホルダー
ｂ，ｃを軸対称の位置に配置し、一方の試料ホルダーｂ
にはα−アルミナ等の基準物質を収めると共にもう一方
の試料ホルダーｃには測定対象試料を収め、各試料ホル
ダーｂ，ｃに熱電対等の温度センサーｄ，ｅを取付けた
装置が使用されている。この装置で測定対象試料の示差
熱分析を行なう場合、まず電気炉ａを一定速度で昇温さ
せる。試料ホルダーｂ，ｃ内の基準物質と試料は、これ
らの熱容量及び伝熱抵抗のために電気炉ａの温度に少し
遅れて昇温し、試料に転移、融解、反応などが起り熱の
出入りがあると、それに応じて試料温度が変化する。該
基準物質と試料の温度差即ち示差温度を温度差熱電対等
の温度センサーｅで測定し、該試料の温度変化を熱電対
等の温度センサーｄで測定すれば、試料に吸熱が起こっ
ている場合、図２のような示差曲線が求まる。この場合
のＡ点は見かけの転移開始点、Ｂ点はピーク温度、Ｃ点
は見かけの終了点である。基準物質に対して低い温度状
態あるいは高い温度状態をこのようにして観察し、その
ピークの数、その位置する温度、形などを検討すれば、
試料の同定や反応特性などを知ることが可能となる。そ
して、或る条件の下では、図１の装置を使用して熱量測
定を行なえる。また、この装置で示差走査熱量測定を行
なう場合には、試料ホルダーｂ，ｃに補償ヒーターを取
付けておき、電気炉ａを一定速度で昇温させ、基準物質
と試料の温度差が生じたとき、補償ヒーターを作動させ
てその温度差を埋め、この温度差を埋めるに要したエネ
ルギーを知って試料の熱量を測定する。尚、試料ホルダ
ーの周囲をセラミック製等の熱浴ｆで図１の鎖線示のよ
うに覆い、試料ホルダーへの熱の入射を均一化しようと
する構成の装置も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように試料ホル
ダーｂ，ｃを並列に軸対象に配置すると、電気炉ａから
入射する熱が隣の試料ホルダーに邪魔され、均一に試料
ホルダーが加熱されない不都合があり、基準物質、試料
が均一に加熱できず測定値に多少の差異を生じて好まし
くない。また、電気炉ａ内に並列に試料ホルダーを配置
するためには電気炉ａの内径を大きく設計する必要があ
り、そのため、比較的大きな電力を流さないと一定の昇
温速度が得られず、電力が大きくなることに伴なって温
度センサーの出力値にノイズ等の外乱の影響が現れ、正
確な測定を妨げることがあった。

【０００４】本発明は、均一に試料ホルダーと試料等を
加熱でき、小さな電力で一定の昇温速度が得られて外乱
の少ない正確な熱測定を行なえる装置を提供することを
目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、電気炉内に
複数の同一形状の試料ホルダーを設け、該電気炉を加熱
昇温しながら各試料ホルダーの温度を検出して該試料の
熱測定をする装置に於いて、該複数の試料ホルダーを該
電気炉の壁面に沿った軸線方向に上下に配置することに
より、上記の目的を達成するようにした。また、本発明
の上記目的は、電気炉内に１つの試料ホルダーを設け、
該試料ホルダーの周囲を熱測定で使用する基準物質で製
作した熱浴で覆い、該試料ホルダーと該熱浴に夫々の温
度と示差温度を測定する温度センサーを取付けることに
よっても達成できる。

【０００６】

【作用】電気炉内に各試料ホルダーを上下に配置するこ
とにより、電気炉の放射熱が各試料ホルダーに直接入射
し、他の試料ホルダーにより遮られることがなくなり、
各試料ホルダーの全周を均一に加熱することができ、そ
の内部の基準物質と測定対象試料を均一に加熱できる。
また、試料ホルダーを上下に配置すると、電気炉の内径
を小さく構成でき、加熱のための電力が少なくて済むよ
うになるから温度センサーの出力値の該電力を原因とす
る外乱の影響が少なくなる。従って、温度ムラが発生せ
ず、出力値の誤差が少なくなって正確な測定を行なえ
る。

【０００７】また、試料ホルダーの周囲を基準物質で製
作した熱浴で覆い、この熱浴の温度及び該熱浴と試料ホ
ルダーの示差温度を測定すれば、示差熱分析を行なえ、
基準物質を入れる試料ホルダーが不要になるので、電気
炉の炉内容積を更に小さく形成でき、この場合も温度ム
ラが発生せず、電気炉の電力を少なくできてノイズが小
さくなり出力値の誤差が少なくなって正確な測定を行な
える。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明すると、
図３はＤＴＡに適用した実施例を示し、同図に於いて、
符号１は投入電力の制御により昇温速度を制御でき、内
部に略円筒形の空間を有する電気炉である。該電気炉１
の内部には、その壁面に沿った軸線方向に上下に２つの
試料ホルダー２ａ、２ｂを設けた。各試料ホルダー２は
従来の示差熱分析装置に使用されている試料ホルダーと
同様の材料で形成され、金属、ガラス、セラミックなど
で製作される。

【０００９】各試料ホルダー２ａ、２ｂは、ガラス、金
属等で筒状に形成した等温壁３内にガラス、セラミック
等の電気絶縁壁４を介して取付けるものとし、各試料ホ
ルダー２ａ、２ｂの底面に熱電対等の温度センサー５、
５を取付けした。これらの温度センサー５、５は、各試
料ホルダー２自体の温度を測定する温度測定回路６と、
両試料ホルダー２ａ、２ｂ間の温度差（示差温度）を検
出するＤＴＡ回路７とに接続される。８は等温壁３及び
電気絶縁壁４に開孔した温度センサー５の導線引出し口
である。

【００１０】一方の試料ホルダー２ａには測定対象試料
９を収め、他方の試料ホルダー２ｂには基準物質１０を
収めて該試料９のＤＴＡの熱測定を行なうが、その測定
の手法は従来の場合と同様で、電気炉１の電力制御で一
定の昇温速度で試料ホルダー２ａ、２ｂを加熱し、各試
料ホルダー２の温度と温度差を記録し、基準物質に対す
る試料の温度状態を知ることにより該試料９の同定や反
応特性が分かる。該試料ホルダー２ａ、２ｂを電気炉１
の軸線方向に上下に設けることにより、電気炉１の内径
が小さくなり、少ない電力で従来と同様の昇温速度で加
熱を行なえ、電力が小さいために回路６、７のノイズが
少なくなって測定値が正確になる。また、各試料ホルダ
ー２には電気炉１からの熱が遮られることなく到達する
ので、全周に亘り均一に加熱され、試料ホルダー２の温
度ムラがなくなって正確な測定を行なえる。従来の平行
に試料ホルダーを設けた場合には電気炉の内径は１０cm
程度であり、本発明のように上下に試料ホルダー２を配
置すると電気炉１の内径は５cm程度となり、同一の昇温
速度を得るための電力は１／５程度で済む。

【００１１】図４はＤＳＣに適用した実施例を示し、こ
の実施例は各試料ホルダー２に微少ヒーター１１が取付
けられ、差動増幅回路１２及び差動熱量補償回路１３が
設けられた点が図３の実施例と異なっている。この図４
の装置を使用して試料９のＤＳＣ測定を行なう手法は従
来の場合と同様である。

【００１２】図５は、試料ホルダー２を１つだけ電気炉
１内に設け、例えばα−アルミナの基準物質で製作した
熱浴１４で該試料ホルダー２の周囲を覆い、該試料ホル
ダー２と熱浴１４に熱電対等の温度センサー５、５を夫
々取付けた構成を示し、これでＤＴＡ測定を行なう場合
には、電気炉１を一定速度で昇温させ、試料ホルダー２
と熱浴１４の温度およびこれらの示差温度とを検出す
る。この場合には、熱浴１４が基準物質の温度変化を示
すと共に試料ホルダー２に対する等温壁としての役割を
果たすので、基準物質を入れる試料ホルダーが不要でそ
の分だけ電気炉１の上下方向を短く構成することが可能
になる。従って、この場合も少ない電力で従来と同様の
昇温速度で加熱を行なえ、電力が小さいためにノイズが
少なくなって測定値が正確になり、各試料ホルダー２を
電気炉１からの熱で全周に亘り均一に加熱でき、試料ホ
ルダー２の温度ムラがなくなって正確な測定を行なえ
る。

【００１３】該熱浴１４は上方が開口された容器状に形
成され、該熱浴１４の内面にはこれと試料ホルダー２の
下面の金属製感熱板１５とに設けられた温度センサー
５、５を互いに絶縁するための電気絶縁壁４を設け、断
熱スペクター１６を介して試料ホルダー２を載せるよう
にした。

【００１４】該試料ホルダー２にシュウ酸カルシウムを
試料として入れ、熱浴１４を基準物質のα−アルミナで
作成し、昇温速度を３０℃／minでＤＴＡを測定したと
ころ、図６に示す測定結果が得られた。この結果は従来
の２つの試料ホルダーを並列に設けた装置で測定した結
果と殆ど変わりがなく、該電気炉１の電力は従来の装置
の１／５程度の電力で足り、測定値にノイズも殆ど現れ
なかった。

【００１５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、熱測定装
置の電気炉内に複数の試料ホルダーを該電気炉の壁面に
沿った軸線方向に上下に配置したので、電気炉の内径を
小さくできて昇温のための電力が少なくなってノイズが
少なくなり、また、均一に試料ホルダーを加熱できるの
で正確な測定を行なえ、電力消費が少ないから経済的で
ある等の効果を奏し、更に、電気炉内に１つの試料ホル
ダーを設け、その周囲を熱測定で使用する基準物質で製
作した熱浴で覆い、該試料ホルダーと該熱浴に夫々の温
度と示差温度を測定する温度センサーを取付ける構成に
よっても、前記と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来例の截断側面図

【図２】 図１の装置による示差熱分析の測定線図

【図３】 本発明の実施例の截断側面図

【図４】 本発明の他の実施例の截断側面図

【図５】 本発明の実施例の截断側面図

【図６】 図５の装置による示差熱分析の測定線図

【符号の説明】 １ 電気炉 ２、２ａ、２ｂ 試料ホルダー ５ 温度センサー ９ 測定対象試料 １０ 基準物質 １１ 微少ヒーター １４ 熱浴

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気炉内に複数の同一形状の試料ホルダー
   を設け、該電気炉を加熱昇温しながら各試料ホルダーの
   温度を検出して該試料の熱測定をする装置に於いて、該
   複数の試料ホルダーを該電気炉の壁面に沿った軸線方向
   に上下に配置したことを特徴とする熱測定装置。
2. 【請求項２】上記上下に配置した試料ホルダーの周囲を
   等温壁で覆ったことを特徴とする請求項１に記載の熱測
   定装置。
3. 【請求項３】上記試料ホルダーには夫々ヒーターが設け
   られていることを特徴とする請求項１に記載の熱測定装
   置。
4. 【請求項４】電気炉内に１つの試料ホルダーを設け、該
   試料ホルダーの周囲を熱測定で使用する基準物質で製作
   した熱浴で覆い、該試料ホルダーと該熱浴に夫々の温度
   と示差温度を測定する温度センサーを取付けたことを特
   徴とする熱測定装置。