[发明专利]量热计

说明书

一种用于测量样品的热通量的量热计包括容器(100)、第一散热器(101)和第二散热器(102)，由此所述样品被布置在所述容器(100)中。所述第一散热器(101)和所述第二散热器(102)被布置在所述容器(100)上相距彼此一定距离处。所述第一散热器(101)包含第一热换能器元件(111)，并且所述第二散热器(102)包含第二热换能器元件(121)。所述第一和第二热换能器元件(111、121)中的每一个包含热接收表面(114、124)和热吸收表面(115、125)，所述热接收表面(114、124)和热吸收表面(115、125)用于产生相当于到或来自相应散热器(101、102)的热通量的电动力以被发送给检测单元(130)，以便获得表示离开或穿过所述容器(100)的电势。

技术领域

本发明涉及一种量热计。这种量热计能够被用于吸收或产生热的化学或生理过程的分析。热能够是用于化学反应、新陈代谢活动或细胞功能(例如微生物中的细胞功能)的指标。在最一般的意义上，量热计是测量由正被用作样品的接受器的容器内部的这种样品产生的热的装置。等温量热计是当保持容器的内部与外部散热器之间的差最小(理想地接近零)时不断移除并且同时测量这种样品中产生的热的量热计。所产生的热对应于能够被传感器(诸如接触式温度传感器(例如温度计、热电传感器、热敏电阻、晶体管、电阻式温度检测器(RTD)、铂电阻温度计、热机械传感器)或非接触式传感器(诸如红外光学传感器、二极管))测量的热流。

背景技术

生物过程能够产生在小于每毫升样品体积1微瓦的范围内的热，这需要所使用的传感器具有高热灵敏性，因此涉及微量热法，具体地，允许检测在毫微瓦范围内的热能的等温微量热法。要被检测的热通量能够是在1毫微瓦直到并且包括1毫瓦的范围内。优选地，热通量能够是在0.1微瓦直到并且包括1080微瓦的范围内。

热敏电阻是能够在微量热法中使用的一种类型的传感器。热敏电阻是对热敏感的电阻器。具体地，负温度系数热敏电阻(NTC)能够被使用，其特征在于热敏电阻的电阻与由热敏电阻感测的温度成反比。热敏电阻以高增益为特征，这使得它们能够解决给定温度范围内的非常小的温度。然而，热敏电阻在测量之间需要彻底的清洁和灭菌，因此如果对大量样品的测量必须在有限的时间段内被执行，则此类热敏电阻会是不适合的。

热电元件是利用热电性将电流转换成热流或将热流转换成电流的装置。为双金属传感器的热电偶通过产生与两个表面之间的温度差成比例的电势差来利用这种原理。热电性描述了温度与电之间的关联。热电元件能够被用于将电流转换成热流或将热流转换成电流。电流成为热流的转换被称为珀尔帖效应，其应用于珀尔帖元件中。珀尔帖元件由彼此不同并且在每端中的一端处彼此连接的两个导电材料组成。如果导电材料是半导体，珀尔帖效应能够被最佳地观察到。一种导电材料是p-型半导体，而另一种导电材料是n-型半导体。包括电池的电路被连接到p-型半导体和n-型半导体的自由端。如果电路被闭合，则来自电池的负极的电子流入p-型半导体的方向，并且通过填充该材料中的正“孔”而沿着该p-型半导体内部移动直至它们到达p-型半导体与n-型半导体之间的边界。由于在n-型半导体中晶体结构中的所有可用“孔”都具有负极性的事实，电子的移动至少暂时被边界阻挡并且需要克服该阻挡。如果边界被附接到桥接热交换表面，当需要能量输入来解阻电子并且“推动”它们通过n-型半导体以支持如被具有电池的电路应用的势差时，这种桥接热交换表面冷却。在它们到电池的正极的途中，所输送的能量以及电子在p-型半导体和n-型半导体的相应端处消散，由此热通量被产生。如果热交换表面被提供在p-型半导体和n-型半导体的源侧端，该热交换表面的温度上升，使得它变成热表面。

如果两种不同材料在其端处被连接在一起，它们能够形成环/回路，由此两种材料的接触表面被带到不同温度，热电性导致电路电流的产生。假如p-型半导体和n-型半导体的相同布置被使用，则当p和n-型半导体的热端包括朝向冷端移动的更多更高能量电子并且冷端包括移动到热端的更多低能量电子时，向连接两个半导体的表面的边界供应的热导致热扩散。这种热扩散也由于不同材料的使用而导致电流差。假如电流被中断，则势差产生，其能够被测量为电压，即赛贝克电压。赛贝克电压理想地大约平行于温度差。热电偶能够被用作温度传感器，假设它被相应地校准。