[发明专利]热分析传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热量测量的热分析传感器。

背景技术

热量测量(calorimetric measurement)用于确定化学或物理过程中转换的热量值以及物质的比热。为了实施这种测量，物质，特别是物质试样，在受控的条件下在量热器中被加热，并且借助于热分析传感器(thermoanalytical sensor)观测物质试样和恒温装置(即用于加热和/或冷却的装置)之间的热流。热流通常通过沿着试样和恒温装置之间的热流路径的温差来确定。

量热器通常包括至少一个测量室，其具有热分析传感器，在热分析传感器上布置着至少一个测量位置。传感器一方面热耦合至恒温装置，另一方面热耦合至接触传感器的试样和/或参照物(reference)。恒温装置和/或传感器通过适宜的方式连接到至少一个控制单元。

量热器可被用于，例如，热分析领域，以测量大部分物质。一般而言，物质试样安放于形成在传感器上的试样位置上，并且借助于恒温装置被加热，在大多数情况下试样被保持在专用杯中，杯可被封闭。恒温装置和试样之间出现的热流被测量和评估。这可以提供关于物质结构和成分的信息，例如其热容量、相变和氧化稳定性。还可以观察动态反应和/或确定纯度。

在需要以高精度和大温度范围进行的热量测量中，一般程序是测量相对于参照物热流的试样热流。热量测量可以实施于量热器中，量热器具有彼此分开的测量室，以及用于至少一个试样和至少一个参照物的公共测量室。

为了以高可再现性进行精确测量，重要的是传感器具有高机械、化学以及热稳定性。本领域中当前公知的传感器经常包括盘形载具，其具有至少一个热电偶装置和形成在传感器上的至少一个测量位置。热电偶装置以及测量位置可以例如借助于薄膜技术或厚膜技术制成。

具有通过薄膜技术产生的、构成热电偶装置的热电偶的一部分的传感器描述于例如F.X.Eder的Arbeitsmethoden derThermodynamik(热动力学领域的工作方法)，卷2，施普林格出版社1983年，第240页。借助于薄膜技术产生的传感器的缺点是生产工艺昂贵，可以获得的最大厚度很小，在很多情况下具有低机械和/或化学耐受性。

借助于厚膜技术可以产生更多的电阻传感器。其上形成有一个试样位置和一个参照物位置、并且具有至少两个热电偶装置的传感器公开于DE3916311C2。

利用厚膜技术产生的传感器可以具有形成在载体基板上的若干厚膜涂层。涂层的最大整体厚度为大约100μm，各层的典型厚度在5和20μm之间。各个涂层可以包括电路例如热电偶装置，并且通过绝缘层彼此分隔。各个层通过软膏和丝网印刷技术沉积，并且通常每个印刷步骤之后需要跟着一个焙烧过程。结果，生产过程，特别是对于若干涂层来说，是非常耗时的。多个烧结步骤可以对结构和所涉及的涂覆材料和/或对载体基板产生有害作用。

为了产生热电偶，至少两种不同的导热膏(thermo-pastes)沉积在载体基板上，在大多数情况下载体基板由陶瓷材料形成。在彼此之间相隔一段距离布置的两个热电偶之间可能具有电压差，通过该电压差，温差可被确定。热电偶可以在为沉积相应的厚膜涂层而预先规定的特定图案中布置。

利用薄膜技术以及利用厚膜技术，可以实现大致二维热电偶装置，其测量包含热电偶的各传感器层中的温度差。热电偶通常沉积在大致水平的传感器层中，既可以在传感器表面本身上也可以靠近其沉积。

然而，传感器中的热流并非限定在一层中，而是在整个传感器中三维传播。因此，利用由薄膜或厚膜技术产生的大致二维热电偶装置，只有一部分的热流可被测量，因而测量结果携带着相应的不稳定性。

发明内容

基于上述背景，本发明的目的是提供一种用于热量测量的热分析传感器，其同传统传感器相比，可以提供更高级别的灵敏度，更重要的是，具有更大的结构灵活性。

上述目的可通过权利要求1中限定的传感器实现。

用于热量测量的热分析传感器与恒温装置协作，并且包括形成在传感器上的至少一个测量位置，和温度测量元件。热流路径本身建立在测量位置和恒温装置之间。传感器主要包括由陶瓷元件形成的多个层，所述陶瓷元件通过一起经历烧结过程而彼此牢固粘合在对方上。陶瓷元件主要由陶瓷形成，陶瓷在其生料状态下可以被提供为某种结构。用于形成传感器的陶瓷元件中的至少一部分被结构化(structured)。