[發明專利]一種用于高磁環境寬溫區下高分辨率熱流信號測量系統

有效

• 申請號: 201810723663.4
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108680286B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 徐志華;張斌斌;鄭明督;賈建國
• 申請（專利權）人: 杭州盤古自動化系統有限公司
• 主分類號: G01K17/08
• 分類號: G01K17/08
• 代理公司: 33213 杭州浙科專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 吳秉中

本發明公開了一種用于高磁環境寬溫區下高分辨率熱流信號測量系統，由兩路恒流源電路、熱流傳感器、低溫漂低噪聲放大器模塊和信號測量電路組成，兩路恒流源電路可調節帶反饋，恒流源電路給熱流傳感器的兩對對稱的鉑絲測溫熱電阻供電，通過兩組鉑絲測溫熱電阻產生的電壓差計算溫度差，從而產生差熱信號，差熱信號再通過一組低溫漂低噪聲放大器模塊放大，最后由高精度分辨率達24位的Σ?Δ模數轉化器采集測量。本發明與現有技術相比，具有以下特點：1、熱流傳感器具有順磁性，不受強磁環境影響。2：熱流傳感器測溫范圍寬。3：熱流傳感器產生的熱流信號大、重復性好。4：熱流信號的放大模塊帶磁屏蔽、恒溫殼體，消除噪聲、溫漂影響。

技術領域

本發明涉及熱流信號測量領域，具體是一種用于高磁環境寬溫區下高分辨率熱流信號測量系統。

背景技術

磁環境能對材料的物相形成及性能產生影響，在磁通量密度超過1個特斯拉的高磁場環境下，溫度范圍在100K到973K實驗，對材料新現象和機理研究具有重要的科學價值。因此制造用于磁環境下寬溫區范圍使用的的熱分析儀器測量材料的物相形成及性能非常有意義。

差示掃描量熱儀的最核心技術是測量熱流信號，熱流信號是測量樣品溫度與參比物的溫度差產生的。常規的熱流信號是通過兩支同一型號的鎳鉻-康銅熱電偶反向連接測量，熱流信號范圍在-1000uV到1000uV之間，信號的分辨率要求在±0.05uV以內。高磁環境的磁通量范圍是1-15特斯拉，鎳鉻-康銅熱電偶屬于鐵磁性材料，在高磁環境下產生的電勢會產生較大偏差，從而引起熱流信號的偏差。若采用鉑銠10-鉑順磁材料熱電偶，可以消除磁環境的影響，但鉑銠10-鉑熱電偶無法測量200K以下的溫度。因此設計一種用于可用于磁環境寬溫區下的高分辨率測量熱流信號的方法成為磁環境寬溫區的熱分析儀器的關鍵。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是，提供一種能在磁環境寬溫區下高分辨率測量熱流信號的方法，實現熱分析儀在磁環境下分析材料現象和機理。

本發明解決上述問題所采用的技術方案如下：

一種用于高磁環境寬溫區下高分辨率熱流信號測量系統，由兩路恒流源電路、熱流傳感器、低溫漂低噪聲放大器模塊和信號測量電路組成，兩路恒流源電路可調節帶反饋，恒流源電路給熱流傳感器的一對對稱的鉑絲測溫熱電阻供電，通過兩組鉑絲測溫熱電阻產生的電壓差計算溫度差，從而產生差熱信號，差熱信號再通過一組低溫漂低噪聲放大器模塊放大，最后由高精度分辨率達24位的Σ-Δ模數轉化器采集測量。

進一步的，所述恒流源電路由電流輸出電路、電流調節電路和電流采集電路組成，電流采集和電流調節形成負反饋，控制恒流源輸出電流的精度。

進一步的，所述恒流源電路的輸出電流為0.1mA，輸出精度為±0.0001mA，溫漂系數小于20ppm。

進一步的，所述熱流傳感器分三層結構，底層、中間層和頂層，底層由高導熱率的氮化鋁基板組成，中間層由一對完全對稱的鉑絲測溫熱電阻組成，鉑絲測溫熱電阻均勻地纏繞在陶瓷骨架上，每對鉑絲測溫熱電阻引出兩根內引線，從基板過孔引出；其余部分由高絕緣性高導熱率的氧化鎂粉做填充；頂層采用高溫封釉層，實現電隔離。

進一步的，所述氮化鋁基板、鉑絲測溫熱電阻、內引線、氧化鎂粉、高溫封釉層都是順磁性材料。

進一步的，所述低溫漂低噪聲放大器模塊的電路部分由差分輸入電路，初級放大電路和次級放大電路組成，其外殼為恒溫控制金屬磁屏蔽組件。

進一步的，所述恒溫控制金屬磁屏蔽組件由加熱帶、保溫棉、測溫傳感器和外置溫控器組成，恒溫控制組件形成一個溫控回路，控制殼體溫度始終處于恒溫狀態。

進一步的，所述恒溫控制金屬磁屏蔽組件殼體的外表層，采用坡莫合金屏蔽罩。