[發明專利]熱分析傳感器

有效

• 申請號: 200680013812.3
• 申請日: 2006-04-21
• 公開（公告）號: CN101163950A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發明（設計）人: T·許特爾;M·祖姆巴赫
• 申請（專利權）人: 梅特勒-托利多公開股份有限公司
• 主分類號: G01K17/00
• 分類號: G01K17/00;G01N25/48
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明涉及一種用于熱量測量的熱分析傳感器。

背景技術

熱量測量(calorimetric?measurement)用于確定化學或物理過程中轉換的熱量值以及物質的比熱。為了實施這種測量，物質，特別是物質試樣，在受控的條件下在量熱器中被加熱，并且借助于熱分析傳感器(thermoanalytical?sensor)觀測物質試樣和恒溫裝置(即用于加熱和/或冷卻的裝置)之間的熱流。熱流通常通過沿著試樣和恒溫裝置之間的熱流路徑的溫差來確定。

量熱器通常包括至少一個測量室，其具有熱分析傳感器，在熱分析傳感器上布置著至少一個測量位置。傳感器一方面熱耦合至恒溫裝置，另一方面熱耦合至接觸傳感器的試樣和/或參照物(reference)。恒溫裝置和/或傳感器通過適宜的方式連接到至少一個控制單元。

量熱器可被用于，例如，熱分析領域，以測量大部分物質。一般而言，物質試樣安放于形成在傳感器上的試樣位置上，并且借助于恒溫裝置被加熱，在大多數情況下試樣被保持在專用杯中，杯可被封閉。恒溫裝置和試樣之間出現的熱流被測量和評估。這可以提供關于物質結構和成分的信息，例如其熱容量、相變和氧化穩定性。還可以觀察動態反應和/或確定純度。

在需要以高精度和大溫度范圍進行的熱量測量中，一般程序是測量相對于參照物熱流的試樣熱流。熱量測量可以實施于量熱器中，量熱器具有彼此分開的測量室，以及用于至少一個試樣和至少一個參照物的公共測量室。

為了以高可再現性進行精確測量，重要的是傳感器具有高機械、化學以及熱穩定性。本領域中當前公知的傳感器經常包括盤形載具，其具有至少一個熱電偶裝置和形成在傳感器上的至少一個測量位置。熱電偶裝置以及測量位置可以例如借助于薄膜技術或厚膜技術制成。

具有通過薄膜技術產生的、構成熱電偶裝置的熱電偶的一部分的傳感器描述于例如F.X.Eder的Arbeitsmethoden?derThermodynamik(熱動力學領域的工作方法)，卷2，施普林格出版社1983年，第240頁。借助于薄膜技術產生的傳感器的缺點是生產工藝昂貴，可以獲得的最大厚度很小，在很多情況下具有低機械和/或化學耐受性。

借助于厚膜技術可以產生更多的電阻傳感器。其上形成有一個試樣位置和一個參照物位置、并且具有至少兩個熱電偶裝置的傳感器公開于DE3916311C2。

利用厚膜技術產生的傳感器可以具有形成在載體基板上的若干厚膜涂層。涂層的最大整體厚度為大約100μm，各層的典型厚度在5和20μm之間。各個涂層可以包括電路例如熱電偶裝置，并且通過絕緣層彼此分隔。各個層通過軟膏和絲網印刷技術沉積，并且通常每個印刷步驟之后需要跟著一個焙燒過程。結果，生產過程，特別是對于若干涂層來說，是非常耗時的。多個燒結步驟可以對結構和所涉及的涂覆材料和/或對載體基板產生有害作用。

為了產生熱電偶，至少兩種不同的導熱膏(thermo-pastes)沉積在載體基板上，在大多數情況下載體基板由陶瓷材料形成。在彼此之間相隔一段距離布置的兩個熱電偶之間可能具有電壓差，通過該電壓差，溫差可被確定。熱電偶可以在為沉積相應的厚膜涂層而預先規定的特定圖案中布置。

利用薄膜技術以及利用厚膜技術，可以實現大致二維熱電偶裝置，其測量包含熱電偶的各傳感器層中的溫度差。熱電偶通常沉積在大致水平的傳感器層中，既可以在傳感器表面本身上也可以靠近其沉積。

然而，傳感器中的熱流并非限定在一層中，而是在整個傳感器中三維傳播。因此，利用由薄膜或厚膜技術產生的大致二維熱電偶裝置，只有一部分的熱流可被測量，因而測量結果攜帶著相應的不穩定性。

發明內容

基于上述背景，本發明的目的是提供一種用于熱量測量的熱分析傳感器，其同傳統傳感器相比，可以提供更高級別的靈敏度，更重要的是，具有更大的結構靈活性。

上述目的可通過權利要求1中限定的傳感器實現。

用于熱量測量的熱分析傳感器與恒溫裝置協作，并且包括形成在傳感器上的至少一個測量位置，和溫度測量元件。熱流路徑本身建立在測量位置和恒溫裝置之間。傳感器主要包括由陶瓷元件形成的多個層，所述陶瓷元件通過一起經歷燒結過程而彼此牢固粘合在對方上。陶瓷元件主要由陶瓷形成，陶瓷在其生料狀態下可以被提供為某種結構。用于形成傳感器的陶瓷元件中的至少一部分被結構化(structured)。