[发明专利]热分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有可更换式传感器例如MEMS传感器的热分析装置。

背景技术

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。

根据本发明的传感器优选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。

发明内容

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”。