专利名称：帕尔帖低温微分热分析仪的制作方法
技术领域：
本发明属于热分析测试技术领域，具体涉及一种帕尔帖低温微热分析仪。
背景技术：
帕尔帖(Peltire)效应就是电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或 向外界放出热量。半导体热泵芯片即基于此效应，当一块N型半导体(电子型)和一块P 型半导体(空穴型)连接成电偶对，并接通电源时，就能发生能量转移，导流片接头处N 型和p型半导体分别产生电子、空穴，电流由N型元件流向p型元件的接头吸收热量称为
冷端，电流由P流向N型元件的接头释放热量成为热端。半导体热泵芯片的特点是在适当 条件下允许可逆操作，当电流反向时原来的冷端变成热端来加热，所以只要改变通过元件 的电流方向就能选择加热或制冷。
用于热分析测量的传统方法有液氮或者压縮式制冷，这些方法控制循环长、滞后严重、 不易控制，且设备费用高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种响应快速、便于操作的帕尔贴低温微热分析仪。 本发明提出的帕尔贴低温微热分析仪，由传感器、结晶器2、芯片4、密封装置5、温 度/热流量测量装置6、温度/热流量测量及功率控制装置7、模数转换装置8、计算机9、 打印机10及热泵11组成，其特征在于密封装置5中部空心，传感器、结晶器2和芯片4 位于密封装置5内，芯片4位于密封装置5底部，并通过导热管连接热泵ll，结晶器2通 过导热胶位于芯片4上方，结晶器2顶部开有两个凹槽，槽内分别设有传感器l;结晶器 2—侧设有传感器3，传感器3通过导线连接温度/热流量测量及功率控制装置7，传感器l 通过导线连接温度/热流量测量装置6，温度/热流量测量装置6另一端连接模数转换装置8， 模数转换装置8连接计算机9，计算机9连接打印机10。
本发明中，芯片4与热泵11组合采用热泵芯片。热泵芯片既可制冷也可加热，且响应 快速，接触式的制冷方式便于操作控制。程序控制半导体热泵芯片，可以更准确地获得理 想控温效果，适合用于精确控制温度。
本发明中，传感器采用温度/热流量传感器、热流量传感器之一种。 热分析是研究物质在加热或冷却过程中的物理和化学变化的一种测量技术。热分析方
法分为两种， 一种是分析程序控制温度下试样和参比物的温度差与时间关系的差热分析 法；还有一种则是分析程序控制温度下输入到试样和参比物的能量差和温度(或时间)关 系的差示扫描量热法。固-液相变过程析出晶体时，伴随有热量释放，这种现象被称为"热 效应"。热效应使溶液的步冷曲线形成"拐点"和"平台"，这个"拐点"即为晶体成核点。 晶体的形成分为两个阶段，即先形成晶核，然后再成长为晶体。结晶溶液尚未达到饱 和之前，称其为稳定区，此时没有结晶的可能。溶液达到恰饱和后，即当晶核形成速率> 晶体成长速度时称之为不稳定区。当结晶溶液开始形成晶核和进入不稳区之前这段区间称 之为介稳区。介稳区宽度是结晶过程的基础研究内容之一，所得的数据是结晶操作和结晶 器设计必需的参数，结晶操作必须在介稳区中进行。溶液的介稳区宽度可用最大过冷度
△rmax = r2 - 7;来表示(r2 _饱和温度；7; —成核温度)。
本发明的工作过程为结晶器2表面的热信号通过传感器3转为电信号，该电信号通 过温度/热流量测量及功率控制装置7显示温度，并对热泵芯片4进行程序控制以达到控温 要求；位于结晶器2凹槽内的样品管中内的传感器1将样液和参比液中的热信号转为电信 号，该电信号通过温度/热流量测量装置6显示温度，再通过模数(A/D)转换装置8转化 为温度数字信号，计算机IO编程对此温度数字信号进行记录及处理。
本发明测量精度主要取决于电子传感器及数据采集过程的信噪比， 一般为o.orc或更 高、且成本较低、操作简单、结构紧凑。它可以测定固-液相变过程中晶体成核温度及固-液相平衡温度，研究固-液相平衡中的热力学性质。因而，本发明可以在结晶介稳态研究及 固-液相平衡研究中得到广泛应用。
本发明应用基于帕尔帖效应的半导体热泵芯片制冷；通过控制热泵芯片的工作功率控 制程序升温降温；利用计算机实现对研究对象的温度信号、热流量信号的存储、转化与数 据处理。本发明应用的基于帕尔帖效应的半导体热泵芯片，既可制冷也可加热，且响应快 速，适合用于精确控制温度。本发明具有较高的测量精度和自动化程度，可用于DNA、蛋 白质、高分子聚合物、药物等各种有机物体系的晶体成核机理研究，固-液相平衡研究，和 结晶机理研究。
图l为本发明结构方框图。
图2为本发明实施例1中样液与参比溶液间温差随时间的变化关系。 图中标号1为传感器，2为结晶器，3为传感器，4为芯片，5为密封装置，6为温 度/热流量测量装置，7为温度/热流量测量及功率控制装置，8为模数A/D转换装置，9为
计算机，IO为打印机，ll为热泵。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例l
如图1所示。将下列各部件按图1所示方式连接，该领域技术人员均能顺利实施。本 装置由传感器3、结晶器2、芯片4、热泵ll和温度/热流量测量及功率控制装置7依次连 接构成，传感器l采用PtlOO探头式铂热电阻，结晶器采用35*18*25咖金属结晶器，传 感器3采用Ptl00薄片式铂热电阻，芯片4采用TEC1-12704T125半导体制冷片，密封装 置5采用100*100*102mm金属密封槽，温度/热流量测量装置6采用XMTH-7000智能数显 调节仪，温度/热流量测量及功率控制装置7采用TCA-808程序控制仪，模数A/D转换装 置8采用ADAM-4015模块，计算机9采用P4处理器PC，打印机10采用联想7000打印机， 热泵11采用九洲风神CPU水冷式散热泵。
温度传感器3设于结晶器2表面，结晶器2、半导体热泵芯片4的芯片部分均置于密 封装置5内，芯片4通过导热管连接热泵11;温度传感器l、温度/热流量测量装置6、模 数(A/D)转换装置8、计算机9、打印机10依次连接构成，温度传感器1设于结晶器2 的样品管中。
将上述所得装置用以测定色谱标样级PX (对二甲苯CsHH))的晶体成核温度。其测定 过程如下
1. 结晶器2的清理。将结晶器2用丙酮进行两分钟超声波清洗后，再用去离子水进 行两分钟超声波清洗。清洗完毕后放入烘箱进行干燥。
2. 实验参数的确定。考虑到本实施例中的样液为高纯度PX溶液，其固-液相平衡温度 在13.15。C左右，而介稳区位于平衡温度以下几度的范围内，所以将整个实验温度区间定在 2(TC到5'C之间，降温速度控制在2°C/h。
3. 晶体成核温度的测量。向位于结晶器凹槽内两样品管中分别注入PX和参比溶液(无 水乙醇)，开启整个热分析装置。温度传感器将结晶器表面的热信号转化为电信号，通过 温度/热流量测量及功率控制装置显示温度并对半导体热泵芯片进行程序控制以达到实验 所需的控温要求；设于样品管中的温度传感器将PX溶液和参比溶液中的热信号转为电信 号，温度/热流量测量装置显示温度，信号通过模数(A/D)转换装置转化为温度数字信号， 计算机编程对温度数字信号进行记录及处理，最后得到PX与无水乙醇两溶液的温差随时 间的变化关系。
4. 温差-时间曲线图分析。如图2所示。始点1至折点2间，PX与无水乙醇溶液的温
度差随时间变化恒为零；折点2处，温差突然开始变化且逐渐增大至峰点3;峰点3后温 差逐渐减小至点4，之后又开始恒定。根据之前所述的热力学原理可知，折点2即为我们
所要测量得到的px晶体成核温度点。
权利要求
1、一种帕尔贴低温微热分析仪，由传感器、结晶器(2)、热泵芯片(4)、密封装置(5)、温度/热流量测量装置(6)、温度/热流量测量及功率控制装置(7)、模数转换装置(8)、计算机(9)、打印机(10)及热泵(11)组成，其特征在于密封装置(5)中部空心，传感器、结晶器(2)和芯片(4)位于密封装置(5)内，芯片(4)位于密封装置(5)底部，并通过导热管连接热泵(11)，结晶器(2)通过导热胶位于芯片(4)上方，结晶器(2)顶部开有两个凹槽，槽内分别设有传感器(1)；结晶器(2)一侧设有传感器(3)，传感器(3)通过导线连接温度/热流量测量及功率控制装置(7)，传感器(1)通过导线连接温度/热流量测量装置(6)，温度/热流量测量装置(6)另一端连接模数转换装置(8)，模数转换装置(8)连接计算机(9)，计算机(9)连接打印机(10)。
2、 根据权利要求1所述的帕尔贴低温微热分析仪，其特征在于芯片(4)与热泵(11)组合 采用热泵芯片。
3、 根据权利要求1所述的帕尔贴低温微热分析仪，其特征在于传感器采用温度/热流 量传感器、温度传感器之一种。
全文摘要
本发明属于热分析测试技术领域，具体涉及一种帕尔帖低温微热分析仪。由传感器、结晶器、热泵芯片、密封装置、温度/热流量测量装置、温度/热流量测量及功率控制装置、模数转换装置、数据处理装置组成，密封装置中部空心，传感器、结晶器和芯片位于密封装置内，芯片位于密封装置底部，结晶器位于芯片上方，结晶器顶部开有凹槽，槽内设有传感器；结晶器一侧设有传感器，传感器通过导线连接温度/热流量测量及功率控制装置，传感器通过导线连接温度/热流量测量装置，温度/热流量测量装置另一端连接模数转换装置，模数转换装置连接计算机，计算机连接打印机。本发明具有较高的测量精度和自动化程度，可用于DNA、蛋白质、高分子聚合物、药物等各种有机物体系的晶体成核机理研究，固-液相平衡研究，和结晶机理研究。
文档编号G01N25/00GK101109721SQ20071004472
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月9日 优先权日2007年8月9日
发明者李佟茗, 郭思斯, 郭艳姿, 民 黄 申请人:同济大学