差熱分析儀的構(gòu)造和原理

差熱分析儀的構(gòu)造和原理

在熱分析儀器中，差熱分析儀是使用得最早和最為廣泛的一種熱分析儀器。差熱分析是在程序控制溫度下，測量物質(zhì)和參比物的溫度差和溫度關(guān)系的一種技術(shù)。當試樣發(fā)生任何物理或化學變化時，所釋放或吸收的熱量使樣品溫度高于或低于參比物的溫度，從而相應(yīng)地在差熱曲線上可得到放熱或吸熱峰。差熱曲線是由差熱分析儀所測定而記錄下的△T-T 曲線，曲線的縱坐標為樣品與參比物的溫度差（△T），向上表示放熱反應(yīng)，向下表示吸熱反應(yīng)。差熱分析也可測定樣品的熱容變化，它在差熱曲線上反映出基線的偏離。例如聚合物的典型DTA 曲線顯示出聚合物隨溫度升高所產(chǎn)生的玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、熔融、氧化和分解等過程，如下圖所示。

　　差熱分析儀主要由加熱爐、溫差檢測器、溫度程序控制儀、訊號放大器、量程控制器、記錄儀和氣氛控制設(shè)備等所組成。DTA 儀的示意圖如下圖所示，其測量系統(tǒng)主要是溫差檢測器。處在加熱爐中的試樣和參比物在相同的條件下加熱或冷卻，爐溫的程序控制由控溫熱電偶監(jiān)控。試樣和參比物之間的溫差通常用對接的兩支熱電偶進行測定，熱電偶的兩個接點分別與盛裝試樣和參比物的坩堝底部相接觸（見下圖（a）），或者分別直接插入樣品和參比物中（如下圖（b））�，F(xiàn)在大多數(shù)的DTA 儀采用前一種方法，由于該法的差熱電偶與坩堝底部接觸好，靈敏度較高。而后一種由于差熱電偶和試樣直接接觸，熱電偶易被腐蝕和污染。由于熱電偶的電動勢與試樣和參比物之間的溫差成正比，溫差電動勢經(jīng)微伏放大器和量程控制器放大后由x-y 記錄儀直接把試樣和參比物之間的溫差△T 記錄下來。在此同時，x - y 記錄儀也記錄下試樣的溫度（或時間t ) ，這樣就可獲得差熱分析曲線即△T-T （t）圖。應(yīng)注意，在測定時所采用的參比物應(yīng)是惰性材料即在測定的條件下不產(chǎn)生任何熱效應(yīng)的材料。由于現(xiàn)代差熱分析儀的檢測靈敏度是很高的，所以它能檢測試樣中所發(fā)生的各種物理和化學變化如晶型的變化、比熱、相變和分解反應(yīng)等等。

　　曲線的縱坐標為樣品與參比物的溫度差，向上表示放熱反應(yīng)，向下表示吸熱反應(yīng)。注意：在測定時所使用的參比物應(yīng)該是惰性材料即在測定條件下不產(chǎn)生任何熱效應(yīng)的材料。

　　目前，差熱分析儀的溫度范圍可從－175℃ 到2400℃ ，壓力范圍為0.133MPa （1×10^-6Torr）到幾十MPa（幾百atm）可根據(jù)需要選擇不同類型的儀器。由于差示掃描量熱儀( DSC）的出現(xiàn)，差熱分析儀主要應(yīng)用于高溫（從室溫到1000 、1500 、2400℃ ）和高壓以及腐蝕性材料的研究。