常規的熱分析儀器主要有熱重分析儀(TGA)，差熱分析儀(DTA)，差示掃描量熱儀(DSC)，熱機械分析儀(TMA)和動態熱機械分析儀(DMA)。

 

熱分析儀器測量各種各樣的物理量需要靠其核心部件來實現。這些部件有電子天平、熱電偶傳感器、位移傳感器等。

 

電子天平

 

電子天平是熱重分析儀(TGA)和同步熱分析儀(STA)的核心部件，是測量試樣質量的關鍵。

 

電子天平采用了現代電子控制技術，利用電磁力平衡原理實現稱重。

 

電壓式微量熱天平.png

 

電壓式微量熱天平

 

天平的秤盤通過支架連桿與線圈連接，線圈置于磁場內，當向秤盤中加入試樣或被測試樣發生質量變化時，天平梁發生傾斜，用光學方法測定天平梁的傾斜度，光傳感器產生信號以調整安裝在天平系統和磁場中線圈的電流，線圈轉動恢復天平梁的傾斜。在稱量范圍內時，磁場中若有電流通過，線圈將產生一個電磁力F，可用下式表示：

 

F=KBLI

 

其中K為常數(與使用單位有關)，B為磁感應強度，L為線圈導線的長度，I為通過線圈導線的電流強度。電磁力F和秤盤上被測物體重力的力矩大小相等、方向相反而達到平衡。即處在磁場中的通電線圈，流經其內部的電流I與被測物體的質量成正比，只要測出電流I即可知道物體的質量m。

 

無論采用何種控制方式和電路結構，其稱量依據都是電磁力平衡原理。

 

 

熱電偶傳感器是所有熱分析儀器均會用到的部件，用于測定不同部位(試樣、爐體)的溫度。

 

熱電偶傳感器是工業中使用最為普遍的接觸式測溫裝置。這是因為熱電偶具有性能穩定、測溫范圍大、信號可以遠距離傳輸等特點，并且結構簡單、使用方便。熱電偶能夠將熱能直接轉換為電信號，并且輸出直流電壓信號，使得顯示、記錄和傳輸都很容易。

 

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(Seebeck effect)，即熱電效應。熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度。

 

熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數;熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關;當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關;若熱電偶冷端的溫度保持一定，熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。將兩種不同材料的導體或半導體A和B連接起來，構成一個閉合回路，當導體A和B的兩個連接點之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一個大小的電流。

 

 

位移傳感器是熱膨脹儀(DIL)、熱機械分析儀(TMA)和動態熱機械分析儀(DMA)中會用到的核心部件。通過測定直接放置于試樣上或覆蓋于試樣的石英片上的探頭的移動，來測定試樣的尺寸變化。

 

LVDT位移傳感器，LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是線性可變差動變壓器縮寫,屬于直線位移傳感器。LVDT的結構由鐵心、銜鐵、初級線圈、次級線圈組成。初級線圈、次級線圈分布在線圈骨架上，線圈內部有一個可自由移動的桿狀銜鐵。當銜鐵處于中間位置時，兩個次級線圈產生的感應電動勢相等，這樣輸出電壓為0;當銜鐵在線圈內部移動并偏離中心位置時，兩個線圈產生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。為了提高傳感器的靈敏度，改善傳感器的線性度、增大傳感器的線性范圍，設計時將兩個線圈反串相接、兩個次級線圈的電壓極性相反，LVDT輸出的電壓是兩個次級線圈的電壓之差，這個輸出的電壓值與鐵心的位移量成線性關系。線圈系統內的鐵磁芯與測量探頭連接，產生與位移成正比的電信號。電磁線性馬達可消除部件的重力，保證探頭傳輸希望的力至試樣。使用的力通常為0~1N。