热分析装置制造方法及图纸

一种包括可更换式传感器、加热元件(14)以及冷却元件(20)的热分析装置，可更换式传感器可以通过电接触装置的接触元件(23)而被接触，其中，接触元件(23)与加热元件(14)热耦合，并且可以大致上独立于冷却元件(20)的工作状态甚至在可更换式传感器(19)没有安装时而被加热。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有可更换式传感器例如MEMS传感器的热分析装置。
技术介绍
术语热分析可以包含各种测量方法，其中包括量热法、DSC(差示扫描量热法)、 TGA(热重分析法)、介电常数测定法等等方法以及这些方法的组合。对于小样品或极热过程分析来说，利用或借助于适合的传感器，特别是基于MEMS 的传感器(MEMS:微机电系统)，实施这些方法是特别具有优势地。此处小样品应理解为尺 寸在亚毫米范围内并且质量在微克和毫微克范围内的样品。根据本专利技术的传感器优选MEMS传感器，其包括集成电路并且被配置为利用此传 感器对样品进行热分析测量或对此传感器上的样品进行热分析测量的方式。优选地，这是 DSC或TGA-MEMS传感器、用以测定介电常数的MEMS传感器或它们的组合，通过使用该传感 器，可以测定布置于传感器上的样品的或与传感器相关的至少一种热分析特性。可以区分 有源和无源传感器，有源传感器具有有源部件，例如热电阻器，而无源传感器例如借助于外 部温度控制单元执行温度程序。这些传感器包括至少一个样品测量位置，之外可以还包括 至少一种样品以及至少一种参照物的多个测量位置。迄今为止，MEMS传感器主要应用于研 究实验室。这个用途可以表明这种MEMS传感器用于热分析过程和方法的适宜性，并且能够 在传感器设计中进行改进。基于MEMS的传感器，此处也被称为MEMS传感器，由于其尺寸和热特性，适 于分析很小的样品的随温度变化的现象，并且与当前商业可得到的装置相比，还能够 具有非常快的加热和/或冷却速度，因为部件是温度控制而且样品具有很小的热质 量° 例 如，A. W. van Herwaarden 在"Overviewof Calorimeter Chips for Various Applications” (Thermochimica Acta, 432 (2005), 192-201)中给出了使用不同 MEMS 传感 器作为分析非常薄的膜和质量在毫克或甚至微毫克范围内的样品的热量计的概述。使用MEMS传感器的研究装置不适于商业用途，其中，用户希望测量结果具有高重 复性和可靠性、每次测量花费较短的时间而且还要用户处理的友善性。在研究实验室里，多 数使用部分开放的系统，其允许实验人员在任意时间介入实验设置，以最优化实验设置或 使实验设置适应计划的实验。在研究中，已经证明，用于研究或测量的样品直接应用到传感器上是有益的。样品 温度现象的研究可能还会引起样品与传感器一起熔化。因此，改变样品可能与置换传感器 相关联。对于商业装置来说，通常不准或者至少严格限制通过用户直接介入实验设置，以 提高装置的用户友善性。还需要简单且迅速的改变样品，而这对研究装置来说既不希望也 不必要。特别地，当传感器在较低的温度范围内工作时，可能出现各种问题，例如由于反复 加热/冷却循环引起的单个部件或整个装置的凝结水形成或结冰。特别地，对于商业装置，希望防止凝结水的形成、凝结水渗透到装置内(最重要的是进入电子设备)，特别是结冰， 以最大可能程度地消除假象的出现。另外，希望两次测量之间的停工时间或除冰时间尽可 能短，并因此可以保持较高的样品处理量。因此，希望供应可提供稳定且可重复测量行为的可商业使用的热分析装置。优选 地，此装置具有紧凑结构，允许简单操作，特别是当置换和更换传感器时，每次测量只需要 花费很短的时间。
技术实现思路
上述目的通过具有可更换式传感器的热分析装置特别是MEMS传感器得以实现。 优选地，本装置还包括具有用于可更换式传感器的插座的传感器保持器、用于接触传感器 的电接触装置、用于冷却热分析装置的冷却元件以及加热元件。电接触装置包括至少一个 接触元件，其与被安装的传感器接触。接触元件与加热元件热耦合，并且因而可以大致上独 立于冷却元件的工作状态甚至在传感器被拆下时而被加热。用这种方式，传感器在更换之前，可以独立于热分析装置的其余部分而被加热到 需要的或适当的温度。接触元件可以，独立于冷却元件的工作状态，特别是当冷却元件正在 运行或接通电源(激活)时，并且独立于热分析装置的其余部分的温度，而被加热。传感器当位于热分析装置内时被称为“被安装”，并且当没有位于热分析装置内时 被称为“被拆下”。本专利技术的热分析装置可以被配置用于无源或有源传感器，其中优选有源传感器。 有源传感器包括用于设定温度/时间设定点数值的预定温度程序的集成装置。无源传感 器与外部温度控制单元热耦合，外部温度控制单元没有集成于传感器内，并且，利用该温度 控制单元可以控制传感器的温度。在置换传感器的实例中，可以完全更换有源传感器。如 果使用的是无源传感器，则只能更换传感器而不能更换温度单元。外部温度控制单元优选 是热分析装置的一部分。另外，热分析装置可以用于控制布置于热分析装置内的传感器， 通过该装置可以测定与传感器连接的样品的热分析特性。另外，热分析装置可以用于测定 MEMS传感器自身的热学或热分析特性，以获得不同温度下与其热稳定性或其功能性有关的 信息。传感器可以包括至少一个样品的测量位置或者至少一种样品以及至少一种参照物的 多个测量位置。对于热分析装置来说具有优势的是，特别地可以控制和调节传感器的插座附近的 部件的温度以及被安装的传感器的温度，以可以快速且简单地置换或更换传感器，同时在 热分析装置内部保持非常低的温度。简单且快速更换传感器是可能的，因为接触元件的温 度可以独立于冷却元件的工作状态而改变或设置。因此，接触元件可以当冷却元件正在运 行时，并且独立于热分析装置其余部分的温度，进行加热。除了简单且快速地更换传感器之 外，用这种方式，在置换传感器之后还提高了测量结果的可重复性，可以以非常快的方式和 较高的冷却速度再次将传感器冷却下来，以使热分析测量可以在低温温度或低温初始温度 下完整地或某种程度上进行。此处“低温温度(cryogenic temperatures) ”应理解为明显 低于0°C的温度，优选在约-20°C至热力学零点区域的范围内，特别地低至约-200°C。加热元件和/或冷却元件可以用于控制热分析装置的温度，更确切地，与其热耦 合的部件以及热分析装置内部的温度，以使这些部件和热分析装置的内部可以被调节至预定温度或执行包括预定的温度/时间数值的温度程序。可以在不必须切断冷却元件和/或不必须加热整个热分析装置的情况下更换传 感器，因为接触元件可以独立于冷却元件的工作状态甚至在冷却元件接通电源(激活)或 正在运行时而被加热。因此能够快速更换传感器以及在安装传感器后快速冷却到希望的初 始温度。选择加热热分析装置的某些部件特别是接触元件是特别具有优势地，因为大致上 可以预防热分析装置在工作过程中结冰。这改进并且正面影响结果的可重复性并延长接触 元件以及热分析装置的电和电子部件的寿命。接触元件的一端与接触装置的承座连接。另一端是用于接触传感器的自由端。在 优选配置中，接触元件包括与其自由端相邻的挡块。当传感器被安装和拆下时，接触元件与 加热元件热耦合，以便在拆除或置换过程中，接触元件的温度可以独立于热分析装置的其 余部分和传感器而被调节。在传感器被拆下时，通过接触元件自由端的挡块在加热元件和接触元件之间建立 热接触，而在传感器被安装时，通过自由端与传感器的接触建立热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可更换式传感器（１９）特别是ＭＥＭＳ传感器的热分析装置，包括：传感器保持器（１），其具有用于所述可更换式传感器（１９）的插座（３６），用于接触所述可更换式传感器（１９）的电接触装置，用于冷却所述热分析装置的冷却元件（２０），以及加热元件（１４），其特征在于，所述电接触装置包括至少一个接触元件（２３），其当安装所述传感器（１９）时与所述传感器（１９）接触，其中，所述接触元件（２３）与所述加热元件（１４）热耦合，以当所述可更换式传感器（１９）没有安装时，所述接触元件（２３）可以大致上独立于所述冷却元件（２０）的工作状态而被加热。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C·沙雷尔，U·埃塞尔，T·许特尔，
申请(专利权)人：梅特勒托利多公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH