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差示掃描量熱法的基本原理

日期:2021-01-19瀏覽:2632次

差示掃描量熱法(DSC)20世紀(jì)60年代以后研制出的一種熱分析方法,它是在程序控制溫度下,測(cè)量輸入到物質(zhì)和參比物的功率差與溫度的關(guān)系的一種技術(shù)。根據(jù)測(cè)量方法的不同,又分為兩種類型:功率補(bǔ)償型DSC和熱流型DSC。其主要特點(diǎn)是使用的溫度范圍比較寬、分辨能力高和靈敏度高。由于它們能定量地測(cè)定各種熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù),所以在材料科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

差示掃描量熱法的基本原理

1)功率補(bǔ)償型DSC  功率補(bǔ)償型DSC的主要特點(diǎn)是試樣和參比物分別具有的加熱器和傳感器,其結(jié)構(gòu)如圖4.1-9所示。整個(gè)儀器由兩個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,見(jiàn)圖4.1-10

 

 

圖4.1-9 功能補(bǔ)償型DSC示意圖

圖4.1-10功能補(bǔ)償型DSC的控制線路圖

 

其中一個(gè)控制溫度,使試樣和參比物在預(yù)定的速率下升溫或降溫;另一個(gè)用于補(bǔ)償試樣和參比物之間所產(chǎn)生的溫差。這個(gè)溫差是由試樣的放熱或吸熱效應(yīng)產(chǎn)生的。通過(guò)功率補(bǔ)償使試樣和參比物的溫度保持相同,這樣就可從補(bǔ)償?shù)墓β手苯忧笏銦崃髀剩?/font>

 

 

    式中,△W為所補(bǔ)償?shù)墓β剩?/font>Qs為試樣的熱量;QR為參比物的熱量;dH/dt為單位時(shí)間內(nèi)的焓變,即熱流率(mJ/s)。

該儀器試樣和參比物的加熱器電阻相等,Rs=RR,當(dāng)試樣沒(méi)有任何熱效應(yīng)時(shí),

I2SRS=I2RRR               (4.1-34)

 

如果試樣產(chǎn)生熱效應(yīng),立即進(jìn)行功率補(bǔ)償。所補(bǔ)償?shù)墓β蕿椋?/font>

     △W=I2SRS-I2RRR               (4.1-35)

 

RS=RR=R,:                 W=R(IS+IR)(IS-IR)               (4.1-36)

因?yàn)?/font>IS+IR=IT,所以   △W=IT(ISR-IRR)                   (4.1-37)

W=IT(VS-VR)=IT V              (4.1-38)

式中,IT為總電流;V 為電壓差。

  如果IT為常數(shù),則△W△V成正比,因此△V直接表示dH/dt。

差示掃描量熱法(DSC)20世紀(jì)60年代以后研制出的一種熱分析方法,它是在程序控制溫度下,測(cè)量輸入到物質(zhì)和參比物的功率差與溫度的關(guān)系的一種技術(shù)。根據(jù)測(cè)量方法的不同,又分為兩種類型:功率補(bǔ)償型DSC和熱流型DSC。其主要特點(diǎn)是使用的溫度范圍比較寬、分辨能力高和靈敏度高。由于它們能定量地測(cè)定各種熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù),所以在材料科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

差示掃描量熱法的基本原理

1)功率補(bǔ)償型DSC  功率補(bǔ)償型DSC的主要特點(diǎn)是試樣和參比物分別具有的加熱器和傳感器,其結(jié)構(gòu)如圖4.1-9所示。整個(gè)儀器由兩個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控,見(jiàn)圖4.1-10。

 

 

圖4.1-9 功能補(bǔ)償型DSC示意圖

圖4.1-10功能補(bǔ)償型DSC的控制線路圖

 

其中一個(gè)控制溫度,使試樣和參比物在預(yù)定的速率下升溫或降溫;另一個(gè)用于補(bǔ)償試樣和參比物之間所產(chǎn)生的溫差。這個(gè)溫差是由試樣的放熱或吸熱效應(yīng)產(chǎn)生的。通過(guò)功率補(bǔ)償使試樣和參比物的溫度保持相同,這樣就可從補(bǔ)償?shù)墓β手苯忧笏銦崃髀?,?/font>

 

 

    式中,△W為所補(bǔ)償?shù)墓β剩?/font>Qs為試樣的熱量;QR為參比物的熱量;dH/dt為單位時(shí)間內(nèi)的焓變,即熱流率(mJ/s)。

該儀器試樣和參比物的加熱器電阻相等,Rs=RR,當(dāng)試樣沒(méi)有任何熱效應(yīng)時(shí),

I2SRS=I2RRR               (4.1-34)

 

如果試樣產(chǎn)生熱效應(yīng),立即進(jìn)行功率補(bǔ)償。所補(bǔ)償?shù)墓β蕿椋?/font>

     △W=I2SRS-I2RRR               (4.1-35)

 

RS=RR=R,:                 W=R(IS+IR)(IS-IR)               (4.1-36)

因?yàn)?/font>IS+IR=IT,所以   △W=IT(ISR-IRR)                   (4.1-37)

W=IT(VS-VR)=IT V              (4.1-38)

式中,IT為總電流;V 為電壓差。

  如果IT為常數(shù),則△W△V成正比,因此△V直接表示dH/dt

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