一种模块化结构超快扫描量热仪制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化结构超快扫描量热仪，包括多功能样品室、样品环境控制模块、快速控制电子元件以及通信终端；通信终端、快速控制电子元件、多功能样品室依次信号连接；环境控制模块分别与通信终端、快速控制电子元件以及多功能样品室连接；多功能样品室内设有用于承载样品的芯片传感器。本发明专利技术模块结构化超快扫描量热仪能够根据不同实验要求更改各组件并进行多方组合，具有更高的灵活性、移动性和实验针对性：可切换使用模拟信号控制器或数字化微控制器进行温度控制；能够针对性更改样品室体积、外观设计及环境控制方式可满足空间有限的苛刻、寒冷、高压或低压环境中的实验测试；同时，能够与其它辅助表征设备连用，原位测定样品的量热信息和光学信息等。

A modular ultra fast scanning calorimeter

【技术实现步骤摘要】
一种模块化结构超快扫描量热仪
本专利技术属于检测设备领域，具体是一种模块化结构超快扫描量热仪。
技术介绍
传统扫描量热仪多为一体化结构设计，以便于批量生产及客户普适性，但同时也降低了量热仪的多样化和功能化。当需要不同测试温度范围、不同样品室、不同技术联用时，通常需要生产(厂商)或购买(客户)一款新的机型，耗费大量的财力物力。相对于传统扫描量热仪，针对高新技术产业的超高速扫描量热仪，其更倾向于科研用设备，需要更多的针对性功能，且其价格也更昂贵，是普通传统量热仪的数倍。目前市场上已商业化的快速扫描量热仪仅有Metter-Toledo公司出品的FlashDSC，其产品外观结构继承了传统DSC的一体化设计，这种集成于一个整体的箱式设计很大程度地限制了超快扫描量热技术的应用。一体化设计使得各部件位置相对固定，无法根据具体实验需求进行调整，灵活性较差，大幅降低了与其它技术联用的可能性，同时因为仪器整体结构设计的限制，样品实验环境比较单一。另外，仪器技术提升的空间较小，每一项更改对生产商和客户而言均过于昂贵。因此推出模块结构化的量热仪，特别是模块化超高速扫描量热仪，对科研领域及热分析设备生产领域均具有重要意义。将设备模块化，可极大的提高设备的灵活可变性，扩大技术使用范围，降低设备升级和改造的成本，具有极大的市场潜力，并对基础科研领域及新材料的设计和应用等产生重大影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可根据不同实验要求更改各组件并进行多方组合的模块结构化超快扫描量热仪FSC，使其更加多元化，灵活性更高，以满足空间有限的苛刻、寒冷、高压或低压环境等极限测试要求，同时降低设备改造升级的难度和成本。为了达到上述的专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种模块化结构超快扫描量热仪，包括：多功能样品室，用于承载纳微米样品；样品环境控制模块，用于控制多功能样品室中测试环境；快速控制电子元件，用于超高速信号采集及温度控制；通信终端，用于实验设定和数据储存分析；其中，所述通信终端、快速控制电子元件、多功能样品室依次信号连接；所述样品环境控制模块分别与通信终端、快速控制电子元件和多功能样品室连接；所述多功能样品室内设有用于承载样品的芯片传感器。具体地，所述快速控制电子元件包括超快PID控制器和高速数据采集卡；所述超快PID控制器为模拟信号控制器或数字化控制器，可以是常规微控制器或包含FPGA模块的微控制器，控制速率>1MHz.；超快PID控制器一端与通信终端连接，另一端与芯片传感器加热元件连接，接收传感器热电堆的温度信号并向传感器加热元件发送加热电压，控制样品的加热功率；所述高速数据采集卡含有8个快速数据采集通道，采集速率>1MS/s；高速数据采集卡一端与通信终端连接，另一端与芯片传感器的热电堆连接，用于反馈样品实时温度值，保存并发送至通信终端，为下一步调整加热功率提供信息。进一步地，所述多功能样品室中部设有一作为光路通道的透视窗口，所述透视窗口上设有光学表征仪器，其作用于样品上，并得到样品的光学信息；所述光学表征仪器与通信终端连接，将得到的样品光学信息发送至通信终端内保存。光学表征仪器包括但不限于红外相机、拉曼光谱仪、偏光显微镜、XRD等。具体地，所述加热元件为芯片传感器内部自带的热电偶。进一步地，所述加热元件为设置在样品室外部的激光加热器，相比传统的传感器内加热，能够提供最直接的能量输入，避免传感器加热器和样品之间的热滞后。具体地，所述样品室为密封的腔体，通过样品环境控制模块控制样品室内的气氛以及温度，样品环境控制模块包括独立的气氛控制模块和温度控制模块。具体地，所述气氛控制模块包括气缸、电子气泵和真空泵，所述电子气泵和真空泵的驱动电路与通信终端连接，通过通信终端发出的信号控制电子气泵和真空泵的开闭，为样品室提高实验所需的环境气氛，比如干燥的氮气、氩氢混合物及氦气等。干燥的氮气可用于测量对湿度敏感的样品，氩氢混合物气氛可用于金属样品抗氧化，氦气可提高额外一个数量级的降温速率。更换气氛时，首先通过真空泵将样品室内抽到约0.1mba的真空，再通过电子气泵向样品室内填充所需的气体，重复至少三次。具体地，所述温度控制模块包括环境温度控制器、加热电阻丝、温度传感器以及供冷装置；所述温度传感器位于样品室内，用于将样品室内环境温度信号发送至环境温度控制器中；所述加热电阻丝环绕芯片传感器支架布置，其与环境温度控制器连接，通电后加热，以提高样品室内环境温度；所述供冷装置用于提供冷源，以降低样品室内环境温度；所述环境温度控制器位于样品室外部，其与通信终端信号和快速控制电子元件信号连接。所述环境温度控制器由快速控制电子元件控制，对样品室进行程序化温度控制并保存相关温度数据发送给通信终端。具体地，所述供冷装置为冷媒流动平台、冷媒储存罐或者冷媒滴加装置(参考CN201711077303)；当使用冷媒储存罐时，冷媒储存罐内可装有液氮，样品室置于液氮液面上方，使得样品室环境温度最低可达液氮的沸腾温度。有益效果：本专利技术模块结构化超快扫描量热仪能够根据不同实验要求和更改各组件并进行多方组合，具有更高的灵活性、移动性和实验针对性：可根据经费及控制速率要求切换使用模拟信号控制器或数字化微控制器进行温度控制；能够针对性更改样品室体积、外观设计及环境控制方式可满足空间有限的苛刻、寒冷、高压或低压环境中的实验测试；同时，能够与其它辅助表征设备连用，原位测定样品的量热信息和光学信息等。。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1为本专利技术模块化结构超快扫描量热仪的模块示意图。图2为实施例1激光加热超快量热仪的模块示意图。图3为实施例1激光加热超快量热仪的样品室模块图。图4A为常规超快扫描量热仪观测的Al7075颗粒熔融和固化过程图。图4B为实施例1激光加热超快量热仪观测的Al7075颗粒熔融和固化过程图。图5A为实施例1激光加热快速扫描量热仪与传感器内置加热器实测温度vs时间曲线。图5B为实施例1激光加热快速扫描量热仪与传感器内置加热器加热启动过程曲线。图6为实施例2冷热台型超快量热仪的模块示意图。图7为实施例3冷却增强型超快扫描量热仪的模块示意图。图8为实施例3冷却增强型超快扫描量热仪的样品室的结构示意图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化结构超快扫描量热仪，其特征在于，包括：/n多功能样品室，用于承载纳微米样品；/n样品环境控制模块，用于控制多功能样品室中测试环境；/n快速控制电子元件，用于超高速信号采集及温度控制；/n通信终端，用于实验设定和数据储存分析；/n其中，所述通信终端、快速控制电子元件、多功能样品室依次信号连接；所述样品环境控制模块分别与通信终端、快速控制电子元件和多功能样品室连接；/n所述多功能样品室内设有用于承载样品的芯片传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化结构超快扫描量热仪，其特征在于，包括：
多功能样品室，用于承载纳微米样品；
样品环境控制模块，用于控制多功能样品室中测试环境；
快速控制电子元件，用于超高速信号采集及温度控制；
通信终端，用于实验设定和数据储存分析；
其中，所述通信终端、快速控制电子元件、多功能样品室依次信号连接；所述样品环境控制模块分别与通信终端、快速控制电子元件和多功能样品室连接；
所述多功能样品室内设有用于承载样品的芯片传感器。


2.根据权利要求1所述的模块化结构超快扫描量热仪，其特征在于，所述快速控制电子元件包括超快PID控制器和高速数据采集卡；
所述超快PID控制器为模拟信号控制器或数字化控制器，控制速率>1MHz.；超快PID控制器一端与通信终端连接，另一端与芯片传感器加热元件连接，接收传感器热电堆的温度信号并向传感器加热元件发送加热电压，控制样品的加热功率；
所述高速数据采集卡含有8个快速数据采集通道，采集速率>1MS/s；高速数据采集卡一端与通信终端连接，另一端与芯片传感器的热电堆连接，用于反馈样品实时温度值，保存并发送至通信终端。


3.根据权利要求2所述的模块化结构超快扫描量热仪，其特征在于，所述多功能样品室中部设有一作为光路通道的透视窗口，所述透视窗口上设有光学表征仪器，其作用于样品上，并得到样品的光学信息；所述光学表征仪器与通信终端连接，将得到的样品光学信息发送至通信终端内保存。


4.根据权利要求2或3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周东山，朱逸夫，姜菁，薛奇，罗少川，王晓亮，江伟，季青，
申请(专利权)人：南京大学射阳高新技术研究院，南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32