对传统差示热分析仪(DSC)的改进方法

　　差示扫描量热仪(DSC)是一种常见的热分析仪器,其功能是在程序控制温度下,测量输入到物质和参比物的功率差与温度的关系,根据测量方法的不同,又分为两种类型:功率补偿型DSC和热流型DSC,具有十分广泛的应用。

　　现代科学技术的发展,使得这种仪器在使用范围不断扩大的同时,也对这种仪器的功能提出了更高的要求。原有的热分析仪具有精度不高,反应速度较慢,机箱体积较大,操作界面不友好等不利的方面。这里提出了使用单片机技术对原有功率补偿型DSC进行改进和使用虚拟仪器技术对采集的数据进行处理的方法。由于该种仪器需要采集大量的数据并能实时显示和处理,因此采用上位微机和下位单片机构成的分布式控制系统结构,下位单片机负责实时控制和数据采集,上位微机负责下位机的参数设置和控制,并对采集的数据进行处理,最后形成图像输出,以供分析研究。

　　1系统设计

　　DSC热分析仪在工作过程中要不断采集温度信号并转换成电压信号,采集到的信号要传输到上位机存储并使用软件对数据进行处理。所以其整个工作就是不断的重复数据采集→数据处理这个过程。这里把该仪器设计成一个数据处理站。数据处理站由数据接口单元、PC机、12位A/D转换卡和一台打印机组成。接口单元将DSC信号和T温度信号放大,变换成与A/D转换卡相匹配的模拟信号,然后经A/D转换成数字信号,计算机采样DSC信号和T温度信号,并显示在屏幕上,通过热分析数据处理软件可进行数据处理,并打印出DSC信号和T温度曲线,列出数据表,还可以进行曲线和数据的存储。如图1所示。

　　由图可知,数据系统由采样单元和分析单元组成,采样单元与数据转换接口配合,通过与仪器联机而取得原始测试数据,并保存到数据库或数据文件中;分析单元则对数据进行分析处理,包括对曲线的各部分作必要的标记,然后再把图谱输出到打印机或制作成图片文件。

　　2数据采集

　　2.1数据采集单元硬件设计

　　差示扫描量热仪DSC的工作原理是将试样和参比物处在以一定速率加热或冷却的相同温度状态环境中,记录下试样和参比物之间建立零温差时所需要的能量。系统的硬件电路按信号的传输方向可分为输入通道和输出通道两部分。输入通道由热电偶、热电势放大电路、A/D转换电路组成。3路信号共用一个A/D转换器,由模拟多路开关切换。输出电路主要由I/O接口和激励电路组成。仪器中的测温元件是两个铂铑合金热电偶,通过它们来采集温度模拟信号,用来检测坩锅的加热温度并把温度信号转换成电压信号以供系统采集。得到的电压信号通过OP07集成运算放大器进行两级放大来完成电流—电压转换和电压的调整(调整到适合A/D转换器的输入电压范围(0~2. 4V)),滤波后的模拟信号送入A/D转换器进行A/D转换[1]。