一文科普TGA熱重分析儀的工作原理、技術(shù)參數(shù)與核心特點(diǎn)  

杭州焦耳智能科技有限公司專(zhuān)注于熱分析儀器研發(fā)，其自主研發(fā)的TGAPlanck/TGAPlanck+熱重分析儀，是國(guó)產(chǎn)熱分析設(shè)備的代表。該儀器融合高精度稱(chēng)重技術(shù)、寬域控溫技術(shù)與智能化數(shù)據(jù)處理能力，可在程序控溫條件下精準(zhǔn)測(cè)量樣品質(zhì)量隨溫度/時(shí)間的變化，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化工、制藥、新能源等領(lǐng)域，為材料熱穩(wěn)定性、組分分析、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究提供核心數(shù)據(jù)支撐。  

一、核心工作原理  

焦耳智能TGA熱重分析儀的核心原理基于熱重法，即在程序控溫（升溫、降溫、恒溫）環(huán)境下，連續(xù)測(cè)量樣品質(zhì)量隨溫度或時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，通過(guò)質(zhì)量變化反推材料的物理/化學(xué)變化，核心邏輯可分為四大核心模塊，協(xié)同完成高精度檢測(cè)。  

1.1樣品承載與精密稱(chēng)重系統(tǒng)  

樣品（通常3-10mg粉末、顆粒或剪碎的薄膜）放置于耐高溫坩堝（鋁、陶瓷、鉑坩堝可選）中，坩堝置于高精度電磁補(bǔ)償式天平的樣品托架上。該天平為核心傳感部件，采用電磁力平衡原理：當(dāng)樣品因受熱發(fā)生質(zhì)量變化時(shí)，天平橫梁產(chǎn)生微小位移，傳感器實(shí)時(shí)捕捉位移信號(hào)，通過(guò)電磁力補(bǔ)償回路精準(zhǔn)抵消位移，將質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)**微克級(jí)（0.1μg）**的質(zhì)量分辨率，可精準(zhǔn)檢測(cè)樣品微小失重或增重。  

1.2程序控溫加熱系統(tǒng)  

稱(chēng)重系統(tǒng)外圍集成高溫加熱爐，TGAPlanck采用電阻加熱爐（最高1000℃），TGAPlanck+升級(jí)為紅外加熱爐（最高1200℃），配合高精度PID溫控模塊，實(shí)現(xiàn)寬域、勻速、穩(wěn)定的溫度控制。  

溫度控制邏輯：根據(jù)設(shè)定程序（起始溫度、終止溫度、升溫速率、等溫時(shí)間），溫控模塊實(shí)時(shí)采集爐內(nèi)溫度信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)加熱功率，確保實(shí)際溫度與設(shè)定溫度偏差≤1K，溫度精密度達(dá)0.1K；  

升溫速率靈活可調(diào)：0.1-500℃/min（TGAPlanck+），可適配慢速反應(yīng)（如材料低溫老化）、快速分解（如聚合物高溫裂解）等不同實(shí)驗(yàn)需求。  

1.3氣氛控制系統(tǒng)  

加熱爐內(nèi)可通入可控氛圍氣體，避免樣品與空氣發(fā)生非目標(biāo)反應(yīng)，同時(shí)滿(mǎn)足不同反應(yīng)環(huán)境需求：  

惰性氣氛（氮?dú)狻鍤猓悍乐箻悠费趸糜诓牧蠠岱€(wěn)定性、分解溫度測(cè)試；  

氧化性氣氛（空氣、氧氣）：用于材料氧化動(dòng)力學(xué)、阻燃性能測(cè)試；  

還原性氣氛（氫氣）：用于金屬氧化物還原反應(yīng)研究；  

系統(tǒng)配置3路吹掃氣+1路保護(hù)氣，流量可控（0-300ml/min），確保爐內(nèi)氣氛穩(wěn)定、均勻，無(wú)氣流擾動(dòng)影響稱(chēng)重精度。  

1.4數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)  

儀器內(nèi)置10Hz高頻采樣模塊，同步采集“溫度-時(shí)間-質(zhì)量”三維數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸至配套軟件，生成TG曲線(xiàn)（質(zhì)量-溫度/時(shí)間）和DTG曲線(xiàn)（質(zhì)量變化率-溫度/時(shí)間）。  

TG曲線(xiàn)：直觀(guān)展示樣品失重臺(tái)階、失重百分比、殘?jiān)浚瑢?duì)應(yīng)脫水、分解、氧化等階段；  

DTG曲線(xiàn)：精準(zhǔn)定位最大失重速率溫度（Tmax），區(qū)分重疊分解過(guò)程；  

軟件自動(dòng)提取核心參數(shù)：初始分解溫度（失重5%對(duì)應(yīng)的溫度）、特征分解溫度、反應(yīng)活化能、指前因子等，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出、曲線(xiàn)擬合、報(bào)告生成，實(shí)現(xiàn)“測(cè)試-分析-輸出”全流程智能化。 

 

二、核心技術(shù)參數(shù)（TGAPlanck/TGAPlanck+）  

焦耳智能TGA熱重分析儀分為標(biāo)準(zhǔn)型（TGAPlanck）和高溫型（TGAPlanck+），核心參數(shù)如下，兼顧精度、范圍與穩(wěn)定性，滿(mǎn)足科研與工業(yè)級(jí)測(cè)試需求。  

2.1稱(chēng)重系統(tǒng)參數(shù)  

表格  

參數(shù)數(shù)值  

稱(chēng)重傳感器高精度電磁補(bǔ)償式天平  

最大樣品量5g  

動(dòng)態(tài)稱(chēng)量范圍0-5g  

稱(chēng)重靈敏度0.1μg  

質(zhì)量重復(fù)性±0.01%  

質(zhì)量示值誤差±0.01%  

零點(diǎn)漂移≤10μg  

基線(xiàn)漂移≤50μg  

2.2溫度控制系統(tǒng)參數(shù)  

表格  

參數(shù)TGAPlanckTGAPlanck+  

溫度范圍室溫～1000℃室溫～1200℃  

加熱爐類(lèi)型電阻加熱爐紅外加熱爐  

升溫速率0.1-100℃/min0.1-500℃/min  

溫度準(zhǔn)確度±1K±1K  

溫度精密度0.1K0.1K  

升溫速率誤差±1%±1%  

2.3氣氛與數(shù)據(jù)系統(tǒng)參數(shù)  

表格  

參數(shù)數(shù)值  

吹掃氣路3路（流量0-300ml/min）  

保護(hù)氣路1路（200ml/min）  

氣氛類(lèi)型氮?dú)狻鍤狻⒖諝狻⒀鯕狻錃獾?nbsp; 

采樣頻率10Hz  

測(cè)試模式等溫、掃描、高分辨率TGA、調(diào)制模式  

選配功能60位自動(dòng)進(jìn)樣器、DTA差熱同步檢測(cè)  

2.4物理與環(huán)境參數(shù)  

表格  

參數(shù)數(shù)值  

電源AC220V/50Hz  

尺寸（長(zhǎng)×寬×高）約400mm×500mm×600mm  

工作環(huán)境溫度5-40℃，濕度＜85%RH，無(wú)振動(dòng)、無(wú)強(qiáng)氣流  

符合標(biāo)準(zhǔn)JJG1135-2017、GB/T27761-2011、GB/T27762-2011  

三、核心產(chǎn)品特點(diǎn)  

3.1高精度檢測(cè)，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠  

電磁補(bǔ)償式天平：自研高精度稱(chēng)重傳感器，質(zhì)量分辨率達(dá)0.1μg，可精準(zhǔn)捕捉微克級(jí)質(zhì)量變化，避免傳統(tǒng)機(jī)械天平的摩擦誤差，數(shù)據(jù)重復(fù)性達(dá)±0.01%，滿(mǎn)足痕量失重檢測(cè)需求；  

雙級(jí)抗干擾設(shè)計(jì)：稱(chēng)重系統(tǒng)與加熱爐物理隔離，配合減震底座、氣流屏蔽結(jié)構(gòu)，消除高溫輻射、氣流擾動(dòng)、震動(dòng)對(duì)稱(chēng)重的影響，基線(xiàn)漂移≤50μg，長(zhǎng)期測(cè)試穩(wěn)定性強(qiáng)；  

精準(zhǔn)溫控校準(zhǔn)：采用銦（156.6℃）、鋅（419.5℃）等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)溫度，溫度誤差≤±1K，確保分解溫度、相變溫度等特征參數(shù)檢測(cè)精準(zhǔn)。  

3.2寬域適配，滿(mǎn)足多場(chǎng)景測(cè)試  

超寬溫度范圍：標(biāo)準(zhǔn)型最高1000℃，高溫型可達(dá)1200℃，覆蓋聚合物、陶瓷、金屬、新能源材料（如鋰電池電極材料）、生物質(zhì)等絕大多數(shù)材料的熱分析溫度需求；  

靈活升溫速率：0.1-500℃/min寬域可調(diào)，適配慢速老化（1-5℃/min）、常規(guī)分解（10-20℃/min）、快速裂解（50-500℃/min）等不同實(shí)驗(yàn)，兼顧測(cè)試效率與數(shù)據(jù)精度；  

多氣氛兼容：支持惰性、氧化性、還原性氣氛切換，可模擬材料在不同環(huán)境下的熱行為，適用于熱穩(wěn)定性、氧化老化、還原反應(yīng)、阻燃性能等多維度測(cè)試。  

3.3智能化設(shè)計(jì)，操作高效便捷  

7英寸高清觸控屏：自研智能化操作界面，中文菜單引導(dǎo)，支持程序編輯、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示、異常報(bào)警，無(wú)需專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)即可快速上手，降低操作門(mén)檻；  

全自動(dòng)數(shù)據(jù)處理軟件：配套專(zhuān)業(yè)分析軟件，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、生成TG/DTG曲線(xiàn)，一鍵提取初始分解溫度、失重率、殘?jiān)俊⒒罨艿群诵膮?shù)，支持曲線(xiàn)對(duì)比、數(shù)據(jù)導(dǎo)出（Excel、PDF）、報(bào)告模板定制，大幅提升科研與生產(chǎn)檢測(cè)效率；  

可選自動(dòng)進(jìn)樣器：適配60位自動(dòng)進(jìn)樣，支持無(wú)人值守連續(xù)測(cè)試，批量樣品檢測(cè)效率提升5倍以上，適配工業(yè)質(zhì)檢、高通量科研場(chǎng)景。  

3.4安全穩(wěn)定，耐用性強(qiáng)  

多重安全防護(hù)：過(guò)熱保護(hù)（超溫自動(dòng)斷電）、漏氣保護(hù)（氣氛壓力異常報(bào)警）、過(guò)流保護(hù)、爐體隔熱防護(hù)（表面溫度＜50℃），避免高溫、氣體泄漏等風(fēng)險(xiǎn)，保障操作安全；  

核心部件耐用化設(shè)計(jì)：加熱爐采用耐高溫陶瓷內(nèi)膽，抗腐蝕、抗熱沖擊，使用壽命長(zhǎng)；天平傳感器采用防污染涂層設(shè)計(jì)，減少樣品揮發(fā)物腐蝕，降低維護(hù)頻率；  

便捷維護(hù)設(shè)計(jì)：模塊化結(jié)構(gòu)，爐蓋、樣品托架可拆卸，便于清理樣品殘?jiān)⒏鼡Q坩堝；氣路快插接口設(shè)計(jì)，氣體管路更換、維護(hù)無(wú)需專(zhuān)業(yè)工具，降低維護(hù)成本。  

3.5國(guó)產(chǎn)自研，高性?xún)r(jià)比  

作為國(guó)產(chǎn)熱重分析儀代表，焦耳智能TGAPlanck系列核心部件（稱(chēng)重傳感器、溫控模塊、軟件系統(tǒng)）均為自研，打破進(jìn)口設(shè)備壟斷，價(jià)格僅為同級(jí)別進(jìn)口設(shè)備的1/2-2/3，同時(shí)提供本地化技術(shù)支持（上門(mén)安裝調(diào)試、操作培訓(xùn)、24小時(shí)售后響應(yīng)），解決進(jìn)口設(shè)備售后周期長(zhǎng)、維修成本高的痛點(diǎn)，適配國(guó)內(nèi)科研院所、高校、企業(yè)的預(yù)算與服務(wù)需求。  

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景  

4.1材料科學(xué)  

聚合物（塑料、橡膠、纖維）：檢測(cè)熱穩(wěn)定性、分解溫度、填料含量、阻燃性能；  

復(fù)合材料：分析基體與增強(qiáng)相的熱分解差異、界面熱穩(wěn)定性；  

無(wú)機(jī)材料（陶瓷、玻璃、金屬粉末）：檢測(cè)高溫抗氧化性、燒結(jié)過(guò)程失重、相變溫度。  

4.2新能源領(lǐng)域  

鋰電池材料（正極、負(fù)極、電解液、隔膜）：檢測(cè)熱穩(wěn)定性、分解溫度、產(chǎn)氣特性，評(píng)估電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)；  

光伏材料（硅片、光伏膠膜）：分析熱老化性能、組分穩(wěn)定性。  

4.3化工與制藥  

化工原料（樹(shù)脂、助劑、催化劑）：檢測(cè)純度、熱穩(wěn)定性、分解產(chǎn)物；  

藥物：評(píng)估熱穩(wěn)定性、雜質(zhì)含量、晶型熱轉(zhuǎn)變，指導(dǎo)儲(chǔ)存條件優(yōu)化。  

4.4環(huán)境與生物質(zhì)  

生物質(zhì)（木材、秸稈、生物炭）：分析熱解特性、揮發(fā)分含量、固定碳含量；  

固廢（污泥、廢塑料）：檢測(cè)熱分解行為，指導(dǎo)資源化利用。