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JP3597954B2 - Sample temperature control method - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱分析装置の試料のように所定の温度プログラムに従って試料を昇温したり降温したりする場合の試料温度制御方法に関し、特に冷媒を気化した低温ガスで試料を冷却する場合の試料温度制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
試料を室温より低い温度に冷却する方法として、液体窒素を気化した低温ガスで試料を冷却する方法がある。この場合に、液体窒素容器内に設けたヒータを加熱することにより気化量を調節して低温ガスの流量を調節し、もって試料冷却能力を調節することが可能である。図8はこのような「試料冷却方法における温度変化曲線」(以下、冷却曲線という。)を示す。例えば50℃から試料を冷却する場合に、液体窒素加熱ヒータに大きな電力W3を供給すると試料温度は急激に下がり、それより小さい電力W2を供給すると試料温度はゆるやかに下がり、もっと小さい電力W1にすると試料温度はもっとゆるやかになる。
【0003】
熱分析装置において試料を冷却する場合には、温度プログラム曲線10のように降温速度を一定にして冷却するのが普通であるが、液体窒素からの低温ガスによる冷却では、このような精密な制御は不可能である。したがって、低温ガスによる冷却に加えて、試料加熱ヒータによるフィードバック制御を併用している。
【0004】
ところで、低温ガスと試料加熱ヒータとを併用して、温度プログラム曲線10に沿って試料温度を制御する場合には、液体窒素加熱ヒータへの供給電力をある程度大きくすることによって試料冷却能力を十分確保しなければならない。この点を以下に説明する。図8において、50℃から−100℃まで試料を冷却する場合に、液体窒素加熱ヒータの電力をW1にすると冷却能力不足となる。電力をW2にすると、最初は、温度プログラム曲線10の傾きよりも、電力W2による冷却曲線の傾きの方が大きくて、十分な冷却能力を有する。しかし、温度が下がるにつれて電力W2による冷却曲線の傾きが小さくなっていって、Tc付近まで試料温度が下がると、電力W2による冷却曲線の傾きが温度プログラム曲線10の傾きに等しくなる。そして、Tcよりも試料温度が低くなると冷却能力不足になる。電力をW3にすれば、−100℃に至るまで、電力W3による冷却曲線の傾きが温度プログラム曲線10の傾きよりも大きくなって、十分な試料冷却能力を備えることになる。この場合には、試料加熱ヒータの併用により温度プログラム曲線10に沿った温度制御が可能になる。
【0005】
したがって、液体窒素加熱ヒータに供給する電力は十分大きなものにする必要がある。しかし、この電力をあまり大きくすると、温度プログラム曲線10に沿ってフィードバック制御するために試料加熱ヒータに供給する電力の方も大きくしなければならず、液体窒素加熱ヒータと試料加熱ヒータに供給する電力がどちらも大きくなって、電力が無駄になる。さらに、液体窒素の消費量も無駄になる。
【0006】
そこで、液体窒素加熱ヒータの電力を適切な値にする方法として、特開平2−105046号公報(以下、従来技術文献という。)に開示された温度制御方法が知られている。この従来技術文献では、液体窒素を気化した低温ガスと試料加熱ヒータとを併用して試料を冷却する方法において、液体窒素加熱ヒータに供給する電力を決定するために予備実験を利用している。すなわち、液体窒素加熱ヒータに一定電力を供給して所定時間後の試料到達温度を測定し、電力と試料到達温度との関係を複数の電力についてあらかじめ実験的に求めている。このような予備実験をしておけば、室温より低い目標温度を温度プログラム信号として設定する場合に、この目標温度に対応する供給電力を上記予備実験結果から求めることができ、この電力を液体窒素加熱ヒータに供給すればよい。そうすれば、所定時間後に試料温度は目標温度まで下がることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術文献の試料温度制御方法は、室温より低い目標温度が決まると、これに対応する液体窒素加熱ヒータの供給電力が一つだけ定まり、この供給電力で液体窒素加熱ヒータを加熱して低温ガスを試料室に導入している。しかし、この方法は、次のような欠点がある。
【0008】
図9は従来技術文献に開示されている試料温度制御方法の一例を図示したものである。予備実験において、液体窒素加熱ヒータの供給電力を100Wにして、試料を室温(例えば20℃)から冷却すると、30分後に試料温度が−90℃になる。そのときの冷却曲線12は図示のようになる。そして、電力の値を変えて同様な実験を実施し、電力と到達試料温度との関係を求める。この予備実験では試料加熱ヒータは用いない。次に、実際の熱分析測定において、室温より低い一定値(例えば−90℃)を温度プログラム信号Tpとして設定すると、この目標値(−90℃)に対応する電力(100W)を液体窒素加熱ヒータに供給すれば、30分後に目標の試料温度まで冷却される、と従来技術文献では説明されている。
【0009】
しかしながら、熱分析測定で一般に使われる温度プログラムでは、試料温度を等速昇温または降温させている。例えば室温(20℃)から−90℃までを30分間で冷却するには、毎分約3.7℃だけ温度が下がるような一定の降温速度の温度プログラム曲線14に沿って冷却するのが普通である。この定速降温の温度プログラム曲線14に沿って試料を冷却するには、試料を低温ガスで冷却すると共に、試料加熱ヒータで試料を加熱して、試料温度が温度プログラム曲線14に一致するように試料加熱ヒータの電力をフィードバック制御する必要がある。ところが、従来技術文献に従って液体窒素加熱ヒータに100Wの電力を供給すると、冷却途中で冷却能力不足に陥る。例えば試料温度が−70℃の場合を考えると、液体窒素加熱ヒータに100Wを供給したときの冷却曲線12上のA点での傾き(すなわち降温速度)の絶対値は、温度プログラム曲線14の降温速度の絶対値よりも小さくなる。したがって、温度プログラム曲線14上のB点の位置から液体窒素加熱ヒータ電力が100Wのままで試料を冷却しても、そこからの冷却曲線16は温度プログラム曲線14から離れることになり、冷却能力不足となる。
【0010】
結局、従来技術文献に開示されているような方法、すなわち、液体窒素加熱ヒータの電力と所定時間後の到達試料温度との関係に基づいて一つの電力を決定する方法では、等速降温プログラムに沿った試料温度制御は不可能であることが分かる。
【0011】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、液化冷媒を気化した低温ガスで試料を冷却して試料温度を制御する方法において、液化冷媒を気化させるヒータの電力を最適化して、電力消費と冷媒消費量とを最小にする試料温度制御方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、液化冷媒を気化した低温ガスで試料を冷却する際の降温速度は、冷媒加熱ヒータの電力に依存するだけでなくて、その時点の試料温度にも依存する、という観点から、試料の冷却中に、そのときの試料温度に応じて冷媒加熱ヒータの電力を随時変更することによって、冷媒加熱ヒータの電力の最適化を図ることを見出したものである。この発明では、冷媒加熱ヒータの電力と、試料温度と、その温度変化速度の三者の対応関係をあらかじめ予備段階で求めておいて、これに基づいて、時々刻々の最適な冷媒加熱ヒータの電力を求めている。しかも、冷媒加熱ヒータの電力を求めるにあたっては、温度プログラムの情報を使うことなく、実測した試料温度と実測した温度変化速度のデータだけをもとにして前記対応関係に基づいて冷媒加熱ヒータ電力を時々刻々求めることができるようになっている。すなわち、この発明は、液化冷媒を冷媒加熱ヒータで加熱気化させて低温ガスを発生させ、この低温ガスで試料を冷却するとともに、試料加熱ヒータを用いて試料温度をフィードバック制御する試料温度制御方法において、次の(イ)〜(ハ)の予備段階を経てから、(ニ)と(ホ)の制御段階を実施することを特徴としている。(イ)前記試料加熱ヒータで試料を加熱することなく、前記冷媒加熱ヒータに一定の電力を供給して前記低温ガスで試料を冷却し、そのときの経過時間と試料温度との関係を示す曲線(以下、定電力冷却曲線という。)を測定する段階。(ロ)前記一定の電力の値を変更して、複数の前記定電力冷却曲線を得る段階。(ハ)複数の前記定電力冷却曲線において、電力と試料温度とその温度での温度変化速度との対応関係を求める段階。(ニ)実測した試料温度と実測した温度変化速度とをもとにして、上記対応関係に基づいて、必要な冷媒加熱ヒータ電力を時々刻々求め、この必要電力を冷媒加熱ヒータに供給する段階。(ホ)前記冷媒加熱ヒータに前記必要電力が供給されている状態で、試料温度が所定の温度プログラムに従うように前記試料加熱ヒータに電力を供給して試料温度をフィードバック制御する段階。
【0013】
本発明によれば、温度プログラムに従うように試料温度をフィードバック制御する最中に、そのときの試料温度と温度変化速度の実測値に応じて最適な電力が冷媒加熱ヒータに供給されるので、冷媒加熱ヒータの電力が必要かつ十分なものとなる。これにより、冷媒加熱ヒータと試料加熱ヒータの供給電力が必要最小限で済む。また、液化冷媒の消費量も最小限で済む。
【0014】
ところで、実際の温度制御では、定電力冷却曲線における電力と試料温度と温度変化速度との対応関係から定まる理想的な電力をそのまま冷媒加熱ヒータに供給すると、試料加熱ヒータによるフィードバック制御が機能しないおそれがある。すなわち、理想的な電力では、試料加熱ヒータを使うことなしに試料温度がちょうど温度プログラム曲線に沿って変化するわけであるから、実際の試料温度が温度プログラム曲線よりもわずかに高くなったときには、試料加熱ヒータによるフィードバック制御が効かなくなる。したがって、理想的な電力よりも一定割合(例えば、5〜20%程度)あるいは一定値(例えば20W)だけ大きな電力を冷媒加熱ヒータに供給すれば、低温ガスによる降温速度は温度プログラム曲線の降温速度よりも常にわずかに大きくなり、試料加熱ヒータに常に少しの電力を供給した状態でフィードバック制御が有効に機能することになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の試料温度制御方法を適用する熱分析装置の一例の構成図である。この熱分析装置は示差走査熱量計の例であり、円筒状の試料室20の内部に円筒状の炉体22が配置されている。試料室20の内部空間は円筒状の隔壁24で区切られていて、この隔壁24と試料室20の内壁面との間の環状空間26内に低温ガスが導入されるようになっている。隔壁24の高さ方向中央部の内壁面には炉体22の外周面が密着している。炉体22の内壁に固定された均熱板の上にはサンプル容器とリファレンス容器とが載っている。炉体22には試料加熱ヒータ28が埋め込まれている。試料温度は熱電対30で測定される。熱電対30の出力側は試料温度制御装置32と液体窒素加熱電源39とに接続されている。試料温度制御装置32から試料加熱電源29には加熱指令信号が出力され、これに基づいて試料加熱電源29から試料加熱ヒータ28に電力が供給される。
【0016】
一方、液体窒素容器34の内部には液体窒素36が収容されている。また、この液体窒素容器34の内部には液体窒素加熱ヒータ38が配置されている。この液体窒素加熱ヒータ38に液体窒素加熱電源39から電力が供給されると、ヒータ38が加熱されて液体窒素36の気化が促進され、低温ガスの発生量が増加する。液体窒素容器34の上方には低温ガス配管40が接続されていて、この低温ガス配管40は試料室20の環状空間26につながっている。低温ガス配管40から試料室20の環状空間26に入った低温ガスは、環状空間26を満たして隔壁24及び炉体22を冷却し、出口42から出て行く。
【0017】
試料温度制御装置32の働きを説明すると、この試料温度制御装置32は、所望の温度プログラムを設定する機能と、熱電対30の出力に基づいて試料温度を測定してこの試料温度が温度プログラムに追従するように試料加熱電源29に加熱指令を出力する機能とを備えている。温度プログラムに追従するためのフィードバック制御としては公知のPID制御を利用している。
【0018】
次に、液体窒素加熱電源39の働きを説明すると、この液体窒素加熱電源39は、液体窒素加熱ヒータ38の電力と試料温度とその温度変化速度との三者の対応関係を記憶する機能と、熱電対30の出力に基づいて試料温度と温度変化速度(試料温度を時間微分すればよい)とを測定する機能と、実測した試料温度と温度変化速度とをもとにして上述の対応関係に基づいて液体窒素加熱ヒータの最適電力を求める機能とを備えている。
【0019】
なお、図1の実施形態では、一つの熱電対30の出力を試料温度制御装置32と液体窒素加熱電源39とに接続しているが、試料温度制御装置32用の第1の熱電対と液体窒素加熱電源39用の第2の熱電対とを別個に試料室20の内部に配置してもよい。
【0020】
図2は、液体窒素加熱ヒータに一定の電力を供給したときの試料冷却曲線(以下、定電力冷却曲線という。)を模式的に示すグラフである。横軸が時間、縦軸が試料温度である。この定電力冷却曲線を測定するには試料加熱ヒータは使わない。このグラフでは液体窒素加熱ヒータに3種類の電力W1、W2、W3を供給している。電力の大小関係はW1<W2<W3である。試料の初期温度を室温よりも高い温度THとした場合に、この状態から大きな電力W3を液体窒素加熱ヒータに供給して試料を冷却すると、試料温度は実線で示すように低下し、飽和温度TSに徐々に近づいていく。各試料温度で定電力冷却曲線の傾きを測定すれば、それがその試料温度での降温速度となる。例えば、電力W3の冷却曲線において、試料温度T1のときに定電力冷却曲線の傾き(負の値となり、降温速度となる。)はV1となる。このようにして、「電力W3、試料温度T1、降温速度V1」の対応関係が得られる。そして、試料温度が低くなるほど定電力冷却曲線の傾きの絶対値は小さくなっていく。
【0021】
次に、同じ初期温度THから、W3よりも小さな電力W2で冷却すると、定電力冷却曲線は破線で示すようになり、降温速度の絶対値はW3の場合よりも小さくなる。飽和温度も高くなる。もっと小さな電力W1にすると降温速度の絶対値がさらに小さくなリ、飽和温度もさらに高くなる。
【0022】
次に、試料の初期温度を室温よりもかなり低い温度TL(厳密には、液体窒素加熱ヒータの電力に対応した飽和温度TSよりも低い温度)にして、低温ガスで試料を冷却すると、今度は、試料温度は飽和温度TSに近づくように上昇する。大きな電力W3の場合は、飽和温度TSは比較的低く、低温の初期温度TLからの定電力冷却曲線は実線に示すように昇温速度は小さくなる。例えば、試料温度T2のときには定電力冷却曲線の傾き(正の値となり、昇温速度となる。)はV2となる。そして、試料温度が上昇するにつれて定電力冷却曲線の傾きの絶対値は小さくなっていく。W3よりも小さい電力W2にすると、飽和温度は大きくなり、初期温度TLからの定電力冷却曲線は破線に示すようになり、昇温速度は大きくなる。もっと小さい電力W1にすると、昇温速度はさらに大きくなる。なお、低い初期温度TLからの定電力冷却曲線は、上述のように、試料を低温ガスで冷却しているにもかかわらず周囲温度が初期温度TLよりも高いがゆえに試料温度が上昇していくことになる。このように試料温度が上昇する曲線であっても、低温ガスで試料を冷却しているときの温度曲線の意味で、定電力「冷却」曲線と呼ぶことにする。
【0023】
図3は、図2の定電力冷却曲線において、試料温度とそのときの温度変化速度との関係を、液体窒素加熱ヒータの供給電力をパラメータとして、模式的に示したグラフである。このグラフを得るには、例えば図2の電力W3の定電力冷却曲線で説明すると、温度T1のときに温度変化速度V1が得られ、これを図3の座標軸上にプロットし、また、温度T2のときには温度変化速度V2が得られ、これを同様にプロットし、というように、適当な試料温度間隔で温度変化速度の値をプロットして、これらを結べばよい。なお、温度変化速度が負のときは降温速度になり、正のときは昇温速度になる。電力W2、W1についても同様にして試料温度・温度変化速度の対応関係のグラフが得られる。このグラフから分かるように、低温ガスで試料を冷却するときに、試料の温度変化速度は、液体窒素加熱ヒータの供給電力と試料温度の両者に依存する。なお、図3のグラフは、各電力についてそれぞれ直線となるように描かれているが、原理的に直線になる訳ではない。実験的に、ほぼ直線で近似できただけのことである。この試料温度・温度変化速度の対応関係のグラフは曲線になっても構わない。
【0024】
図4は、試料温度と温度変化速度の対応関係の実測例のグラフである。横軸が定電力冷却曲線上の試料温度であり、縦軸がその試料温度のときの温度変化速度である。パラメータとして液体窒素加熱ヒータの供給電力をとってある。実験で用いた電力は、0W、20W、80W、180W、320W、500Wの6種類である。このグラフから分かるように、試料温度を例えば毎分5℃ずつ低下させるには(すなわち温度変化速度を毎分−5℃にするには)、試料温度が0℃付近では液体窒素加熱ヒータの電力を20Wと80Wの間にし、−50℃付近では80Wと180Wの間に、−100℃付近では180Wと320Wの間にする必要がある。そして、ちょうど毎分−5℃の降温速度となるような理想的な電力を求めるには、各電力のグラフをもとにしてこれを補間演算すればよい。
【0025】
図5は熱分析装置における試料の温度プログラム曲線の一例を示したものである。この例では、最初に、「初期温度(例えば20℃)から1℃だけ試料を昇温してこれを保持する」という始動段階を実施し、それから、毎分−5℃の一定の降温速度で試料を−100℃まで冷却している。その後、毎分+5℃の一定の昇温速度で100℃まで加熱している。
【0026】
まず、始動段階を説明する。図6は始動段階の試料温度変化を拡大して示したグラフである。試料の初期温度は20℃と仮定する。始動段階をスタートすると、自動的に、液体窒素加熱ヒータに20Wの電力が1分30秒だけ供給される。これにより、試料室への低温ガスの導入が開始する。同時に、初期温度よりも1℃だけ高い温度(21℃)を目標値として、毎分+5℃の昇温速度で試料温度のフィードバック制御がスタートする。これにより、試料加熱ヒータへの電力供給が開始して、フィードバック制御が機能した状態になる。始動段階がスタートして十数秒後には試料温度が目標温度に到達してその温度に保持された状態になる。1分30秒後には液体窒素加熱ヒータへの20Wの電力供給は終了し、その後は、そのときの試料温度と温度変化速度とをもとにして液体窒素加熱ヒータの電力が求められる。この始動段階が予定時間(例えば10分間)だけ続いてから、本来の温度プログラム50(毎分−5℃の降温速度で冷却)がスタートする。
【0027】
試料を室温付近から−100℃まで毎分−5℃の一定の降温速度で冷却する段階では、液体窒素加熱ヒータの電力は図7のグラフに示すように変化する。このグラフにおいて、階段状のグラフは、図4に示す6種類の電力のいずれかを選択して試料を冷却する場合の例である。すなわち、各試料温度において、そのときの実測降温速度(ほぼ毎分−5℃に一致する。)が得られるような最低電力を上述の6種類の電力の中から選択したものである。例えば、試料温度が−40℃付近までは80Wの電力を液体窒素加熱ヒータに供給し、−80℃付近までは180Wの電力を供給し、といった具合である。一方、曲線44は、実測降温速度(ほぼ毎分−5℃)が得られるような理想的な電力を補間演算によって求めたグラフである。この曲線44に基づいて、試料温度に応じて液体窒素加熱ヒータ電力を変更していくと、試料温度が下がるにつれて電力が連続的に増加していくことになり、試料温度はほぼ目標の降温速度で低下していくことになる。温度プログラムの降温速度を、上述の毎分−5℃から別の値に変更すれば、図7の電力曲線も、このような別の降温速度に対応したグラフとなる。
【0028】
曲線46は、理想の電力曲線44よりも10%大きい電力曲線である。実際の試料温度制御ではこの補正電力曲線46を用いるのが好ましい。試料を一定の降温速度で冷却するには試料加熱ヒータを併用して試料温度をフィードバック制御する必要があるが、このフィードバック制御を可能にするには、理想的な電力曲線44よりもある程度大きな冷却能力にする必要があるからである。この補正電力は、理想電力の一定割合だけ大きな電力にする代わりに、理想電力に一定値(例えば20W)だけ加算した電力としてもよい。
【0029】
好ましい実施形態では、試料温度と温度変化速度と理想電力との対応関係を、図4のグラフをもとにして補間演算であらかじめ細かく求めておき、さらにこの理想電力を所定割合(例えば10%)だけ増加した補正電力を算出して、これを液体窒素加熱電源に記憶している。したがって、試料温度とその温度変化速度とを実測すれば、それに対応した補正電力が定まり、この補正電力を液体窒素加熱ヒータに供給している。
【0030】
次に、試料を昇温する場合を説明する。低温から室温付近までの昇温段階であって、かつ、ゆるやかな昇温速度であれば、昇温段階であっても、図4のグラフから分かるように、液体窒素加熱ヒータに供給する必要がある。これに対して、もし、図4の「0W」の温度変化速度のグラフよりも大きな昇温速度を必要とする場合には、低温ガスを使わずに、試料加熱ヒータだけを用いて試料を昇温すればよい。図5の温度プログラムでは、−100℃から+100℃まで毎分+5℃の一定の昇温速度で加熱しているので、図4によれば、液体窒素加熱ヒータへの電力供給は必要ない。
【0031】
この発明は上述の実施形態に限定されず、次のような変更が可能である。(1)図1では示差走査熱量計の例を示したが、本発明はこれ以外の熱分析装置における試料温度制御方法にも適用できるし、熱分析以外の試料の温度制御にも適用できる。(2)液化冷媒としては液体窒素が最適であるが、これ以外の液化冷媒を用いても構わない。
【0032】
【発明の効果】
この発明の試料温度制御方法は、実測した試料温度と実測した温度変化速度とをもとにして冷媒加熱ヒータに供給する電力を時々刻々変更していくので、冷媒加熱ヒータの電力が必要かつ十分なものとなリ、冷媒加熱ヒータと試料加熱ヒータの供給電力が必要最小限で済む。また、液化冷媒の消費量も最小限で済む。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の試料温度制御方法を適用する熱分析装置の一例の構成図である。
【図2】液体窒素加熱ヒータに一定の電力を供給したときの定電力冷却曲線を示すグラフである。
【図3】図2の定電力冷却曲線における試料温度と温度変化速度との対応関係を示したグラフである。
【図4】試料温度と温度変化速度との対応関係の実測例のグラフである。
【図5】試料の温度プログラム曲線の一例を示すグラフである。
【図6】始動段階の試料温度変化を拡大して示すグラフである。
【図7】試料温度に応じた液体窒素加熱ヒータ電力のグラフである。
【図8】定電力冷却曲線と温度プログラム曲線とを示すグラフである。
【図9】従来技術文献に開示されている試料温度制御方法の一例を図示したグラフである。
【符号の説明】
20 試料室
22 炉体
24 隔壁
26 環状空間
28 試料加熱ヒータ
29 試料加熱電源
30 熱電対
32 試料温度制御装置
34 液体窒素容器
36 液体窒素
38 液体窒素加熱ヒータ
39 液体窒素加熱電源
40 低温ガス配管
42 出口
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sample temperature control method for raising or lowering the temperature of a sample according to a predetermined temperature program, such as a sample of a thermal analyzer, and more particularly to a sample for cooling a sample with a low-temperature gas obtained by evaporating a refrigerant. It relates to a temperature control method.
[0002]
[Prior art]
As a method of cooling the sample to a temperature lower than room temperature, there is a method of cooling the sample with a low-temperature gas in which liquid nitrogen is vaporized. In this case, it is possible to adjust the amount of vaporization by heating the heater provided in the liquid nitrogen container to adjust the flow rate of the low-temperature gas, and thereby adjust the sample cooling capacity. FIG. 8 shows such a “temperature change curve in the sample cooling method” (hereinafter, referred to as a cooling curve). For example, when cooling the sample from 50 ° C., supplying a large power W3 to the liquid nitrogen heater rapidly lowers the sample temperature, and supplying a smaller power W2 lowers the sample temperature slowly. The sample temperature becomes more moderate.
[0003]
In the case of cooling a sample in a thermal analyzer, it is normal to cool the sample at a constant temperature decreasing rate as shown in a temperature program curve 10, but in the case of cooling with a low-temperature gas from liquid nitrogen, such precise control is performed. Is impossible. Therefore, feedback control by the sample heater is used in addition to cooling by the low-temperature gas.
[0004]
By the way, when the sample temperature is controlled along the temperature program curve 10 by using the low-temperature gas and the sample heater together, the power supply to the liquid nitrogen heater is increased to some extent to ensure sufficient sample cooling capacity. Must. This will be described below. In FIG. 8, when cooling the sample from 50 ° C. to −100 ° C., if the power of the liquid nitrogen heater is set to W1, the cooling capacity becomes insufficient. When the power is set to W2, initially, the slope of the cooling curve based on the power W2 is larger than the slope of the temperature program curve 10, and has a sufficient cooling capacity. However, as the temperature decreases, the slope of the cooling curve due to the power W2 decreases, and when the sample temperature decreases to around Tc, the slope of the cooling curve due to the power W2 becomes equal to the slope of the temperature program curve 10. When the sample temperature is lower than Tc, the cooling capacity becomes insufficient. If the power is set to W3, the slope of the cooling curve due to the power W3 becomes larger than the slope of the temperature program curve 10 up to −100 ° C., so that a sufficient sample cooling capacity is provided. In this case, the temperature control along the temperature program curve 10 can be performed by using the sample heater in combination.
[0005]
Therefore, the electric power supplied to the liquid nitrogen heater needs to be sufficiently large. However, if this power is too large, the power supplied to the sample heater must be increased in order to perform feedback control along the temperature program curve 10, and the power supplied to the liquid nitrogen heater and the sample heater must be increased. Are both large, and power is wasted. Furthermore, the consumption of liquid nitrogen is wasted.
[0006]
Therefore, as a method for setting the electric power of the liquid nitrogen heater to an appropriate value, there is known a temperature control method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-105046 (hereinafter referred to as a prior art document). In this prior art document, in a method of cooling a sample by using a low-temperature gas in which liquid nitrogen is vaporized and a sample heater in combination, a preliminary experiment is used to determine the power to be supplied to the liquid nitrogen heater. That is, a constant power is supplied to the liquid nitrogen heater to measure the temperature attained by the sample after a predetermined time, and the relationship between the power and the temperature attained by the sample is experimentally obtained in advance for a plurality of powers. If such a preliminary experiment is performed, when a target temperature lower than room temperature is set as a temperature program signal, the supply power corresponding to the target temperature can be obtained from the result of the preliminary experiment. What is necessary is just to supply to a heater. Then, after a predetermined time, the sample temperature falls to the target temperature.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the sample temperature control method of the above-mentioned prior art document, when a target temperature lower than room temperature is determined, only one supply power of the liquid nitrogen heater corresponding thereto is determined, and the liquid nitrogen heater is heated by this supply power. Cold gas is being introduced into the sample chamber. However, this method has the following disadvantages.
[0008]
FIG. 9 illustrates an example of a sample temperature control method disclosed in the related art document. In a preliminary experiment, when the supply power of the liquid nitrogen heater is set to 100 W and the sample is cooled from room temperature (for example, 20 ° C.), the sample temperature becomes −90 ° C. after 30 minutes. The cooling curve 12 at that time is as shown in the figure. Then, a similar experiment is performed by changing the value of the electric power, and the relationship between the electric power and the attained sample temperature is obtained. In this preliminary experiment, the sample heater was not used. Next, in the actual thermal analysis measurement, when a constant value (eg, -90 ° C.) lower than room temperature is set as the temperature program signal Tp, the electric power (100 W) corresponding to the target value (−90 ° C.) is supplied to the liquid nitrogen heater. , It is cooled to the target sample temperature after 30 minutes.
[0009]
However, in a temperature program generally used in thermal analysis measurement, the sample temperature is raised or lowered at a constant speed. For example, in order to cool from room temperature (20 ° C.) to −90 ° C. in 30 minutes, it is usual to cool down along a temperature program curve 14 with a constant cooling rate such that the temperature decreases by about 3.7 ° C. per minute. It is. In order to cool the sample along the temperature program curve 14 at a constant rate of cooling, the sample is cooled with a low-temperature gas, and the sample is heated by a sample heater so that the sample temperature matches the temperature program curve 14. It is necessary to feedback-control the power of the sample heater. However, if 100 W of electric power is supplied to the liquid nitrogen heater according to the related art document, the cooling capacity falls short during cooling. For example, when the sample temperature is −70 ° C., the absolute value of the slope at the point A on the cooling curve 12 (that is, the cooling rate) when 100 W is supplied to the liquid nitrogen heater is the cooling rate of the temperature program curve 14. It becomes smaller than the absolute value of the speed. Therefore, even if the sample is cooled from the position of point B on the temperature program curve 14 while the liquid nitrogen heater power is kept at 100 W, the cooling curve 16 therefrom departs from the temperature program curve 14 and the cooling capacity is insufficient. It becomes.
[0010]
After all, in the method as disclosed in the prior art document, that is, in the method of determining one power based on the relationship between the power of the liquid nitrogen heater and the reached sample temperature after a predetermined time, the constant-speed cooling program It turns out that it is impossible to control the sample temperature along.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method of controlling a sample temperature by cooling a sample with a low-temperature gas obtained by evaporating a liquefied refrigerant. An object of the present invention is to provide a sample temperature control method that optimizes electric power and minimizes electric power consumption and refrigerant consumption.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The inventors have found that the cooling rate when cooling the sample with the low-temperature gas that has vaporized the liquefied refrigerant not only depends on the power of the refrigerant heater, but also on the sample temperature at that time, It has been found that during cooling of the sample, the power of the refrigerant heater is optimized by changing the power of the refrigerant heater according to the sample temperature at that time. According to the present invention, the correspondence between the power of the refrigerant heater, the sample temperature, and the temperature change rate is determined in advance in a preliminary stage, and based on this, the optimal power of the refrigerant heater is determined every moment. Seeking. Moreover, in determining the electric power of the refrigerant heater, the electric power of the refrigerant heater is determined based on the above-mentioned correspondence based only on the data of the actually measured sample temperature and the actually measured temperature change rate without using information of the temperature program. It can be requested every moment. That is, the present invention provides a sample temperature control method in which a liquefied refrigerant is heated and vaporized by a refrigerant heater to generate a low-temperature gas, the sample is cooled by the low-temperature gas, and the sample temperature is feedback-controlled using the sample heater. After the following preliminary steps (a) to (c), the control steps (d) and (e) are performed. (A) A curve showing the relationship between the elapsed time and the sample temperature at that time by supplying a constant power to the refrigerant heater and cooling the sample with the low-temperature gas without heating the sample with the sample heater. (Hereinafter, referred to as a constant power cooling curve). (B) changing the value of the constant power to obtain a plurality of the constant power cooling curves; (C) determining a correspondence relationship between the power, the sample temperature, and the temperature change rate at the temperature in the plurality of constant power cooling curves. (D) Based on the actually measured sample temperature and the actually measured temperature change rate, a required refrigerant heater power is obtained from time to time based on the above-described correspondence, and the required power is supplied to the refrigerant heater. (E) feeding the electric power to the sample heater so that the sample temperature follows a predetermined temperature program while the required electric power is supplied to the refrigerant heater, and performing feedback control of the sample temperature.
[0013]
According to the present invention, during the feedback control of the sample temperature so as to follow the temperature program, optimal power is supplied to the refrigerant heater in accordance with the actually measured values of the sample temperature and the temperature change rate at that time. The electric power of the heater becomes necessary and sufficient. As a result, the electric power supplied to the refrigerant heater and the sample heater can be minimized. Also, the consumption of the liquefied refrigerant is minimized.
[0014]
By the way, in the actual temperature control, if the ideal power determined from the correspondence between the power in the constant power cooling curve, the sample temperature, and the temperature change rate is supplied to the refrigerant heater as it is, the feedback control by the sample heater may not function. There is. In other words, at ideal power, the sample temperature changes exactly along the temperature program curve without using the sample heater, so when the actual sample temperature becomes slightly higher than the temperature program curve, Feedback control by the sample heater becomes ineffective. Therefore, if a certain percentage (for example, about 5 to 20%) or a certain value (for example, 20 W) of electric power larger than the ideal electric power is supplied to the refrigerant heater, the temperature decrease rate by the low-temperature gas becomes the temperature decrease rate of the temperature program curve. , And the feedback control functions effectively in a state in which a small amount of power is always supplied to the sample heater.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a thermal analyzer to which the sample temperature control method of the present invention is applied. This thermal analyzer is an example of a differential scanning calorimeter, in which a cylindrical furnace body 22 is disposed inside a cylindrical sample chamber 20. The internal space of the sample chamber 20 is partitioned by a cylindrical partition wall 24, and a low-temperature gas is introduced into an annular space 26 between the partition wall 24 and the inner wall surface of the sample chamber 20. The outer peripheral surface of the furnace body 22 is in close contact with the inner wall surface at the center in the height direction of the partition wall 24. A sample container and a reference container are mounted on a heat equalizing plate fixed to the inner wall of the furnace body 22. A sample heater 28 is embedded in the furnace body 22. The sample temperature is measured by the thermocouple 30. The output side of the thermocouple 30 is connected to a sample temperature controller 32 and a liquid nitrogen heating power supply 39. A heating command signal is output from the sample temperature control device 32 to the sample heating power supply 29, and based on this, power is supplied from the sample heating power supply 29 to the sample heating heater 28.
[0016]
On the other hand, the liquid nitrogen container 34 contains liquid nitrogen 36. A liquid nitrogen heater 38 is disposed inside the liquid nitrogen container 34. When electric power is supplied from the liquid nitrogen heating power supply 39 to the liquid nitrogen heating heater 38, the heater 38 is heated, the vaporization of the liquid nitrogen 36 is promoted, and the amount of low-temperature gas generated increases. A low-temperature gas pipe 40 is connected above the liquid nitrogen container 34, and the low-temperature gas pipe 40 is connected to the annular space 26 of the sample chamber 20. The low-temperature gas that has entered the annular space 26 of the sample chamber 20 from the low-temperature gas pipe 40 fills the annular space 26, cools the partition wall 24 and the furnace body 22, and exits through the outlet 42.
[0017]
The function of the sample temperature control device 32 will be described. The sample temperature control device 32 has a function of setting a desired temperature program, and measures a sample temperature based on the output of the thermocouple 30 to convert the sample temperature into a temperature program. A function of outputting a heating command to the sample heating power supply 29 so as to follow. Known PID control is used as feedback control for following the temperature program.
[0018]
Next, the function of the liquid nitrogen heating power supply 39 will be described. The liquid nitrogen heating power supply 39 has a function of storing the correspondence between the power of the liquid nitrogen heating heater 38, the sample temperature, and the temperature change speed, The function of measuring the sample temperature and the rate of temperature change (the sample temperature may be time-differentiated) based on the output of the thermocouple 30 and the above-described correspondence relationship based on the actually measured sample temperature and the temperature change rate. A function for determining the optimum electric power of the liquid nitrogen heater based on the above.
[0019]
In the embodiment shown in FIG. 1, the output of one thermocouple 30 is connected to the sample temperature control device 32 and the liquid nitrogen heating power supply 39, but the first thermocouple for the sample temperature control device 32 and the liquid A second thermocouple for the nitrogen heating power supply 39 may be arranged inside the sample chamber 20 separately.
[0020]
FIG. 2 is a graph schematically showing a sample cooling curve (hereinafter, referred to as a constant power cooling curve) when a constant power is supplied to the liquid nitrogen heater. The horizontal axis is time, and the vertical axis is the sample temperature. No sample heater is used to measure this constant power cooling curve. In this graph, three types of power W1, W2, and W3 are supplied to the liquid nitrogen heater. The magnitude relationship of the powers is W1 <W2 <W3. When the initial temperature of the sample is set to a temperature TH higher than room temperature, when a large electric power W3 is supplied to the liquid nitrogen heater from this state and the sample is cooled, the sample temperature decreases as shown by a solid line and the saturation temperature TS Gradually approaching. If the slope of the constant power cooling curve is measured at each sample temperature, it is the rate of temperature decrease at that sample temperature. For example, in the cooling curve of the electric power W3, when the sample temperature is T1, the slope of the constant electric power cooling curve (which becomes a negative value and becomes the temperature decreasing rate) is V1. In this way, a correspondence relationship between “power W3, sample temperature T1, and cooling rate V1” is obtained. The lower the sample temperature, the smaller the absolute value of the slope of the constant power cooling curve.
[0021]
Next, when cooling is performed from the same initial temperature TH with power W2 smaller than W3, the constant power cooling curve becomes as shown by a broken line, and the absolute value of the cooling rate becomes smaller than that in the case of W3. The saturation temperature also increases. If the electric power W1 is made smaller, the absolute value of the cooling rate becomes smaller, and the saturation temperature becomes higher.
[0022]
Next, the initial temperature of the sample is set to a temperature TL considerably lower than room temperature (strictly, a temperature lower than the saturation temperature TS corresponding to the electric power of the liquid nitrogen heater), and the sample is cooled with a low-temperature gas. , The sample temperature rises so as to approach the saturation temperature TS. In the case of the large power W3, the saturation temperature TS is relatively low, and the constant power cooling curve from the low initial temperature TL has a low heating rate as shown by the solid line. For example, when the sample temperature is T2, the slope of the constant power cooling curve (which becomes a positive value and becomes the rate of temperature rise) is V2. Then, as the sample temperature increases, the absolute value of the slope of the constant power cooling curve decreases. When the power W2 is smaller than W3, the saturation temperature becomes higher, the constant power cooling curve from the initial temperature TL becomes as shown by the broken line, and the heating rate becomes higher. If the electric power W1 is made smaller, the heating rate becomes even higher. As described above, the constant power cooling curve from the low initial temperature TL indicates that the sample temperature rises because the ambient temperature is higher than the initial temperature TL despite the fact that the sample is cooled with the low-temperature gas. Will be. Even a curve in which the sample temperature rises in this way is referred to as a constant power "cooling" curve in the sense of a temperature curve when the sample is cooled with a low-temperature gas.
[0023]
FIG. 3 is a graph schematically showing the relationship between the sample temperature and the temperature change rate at that time in the constant power cooling curve of FIG. 2, using the power supplied to the liquid nitrogen heater as a parameter. In order to obtain this graph, for example, using a constant power cooling curve of the power W3 in FIG. 2, a temperature change speed V1 is obtained at the temperature T1, which is plotted on the coordinate axis in FIG. In this case, the temperature change rate V2 is obtained, which is plotted in the same manner, and the values of the temperature change rate are plotted at appropriate sample temperature intervals, and these may be connected. When the temperature change rate is negative, the temperature decreases, and when the temperature change rate is positive, the temperature increases. A graph of the correspondence between the sample temperature and the temperature change rate is similarly obtained for the powers W2 and W1. As can be seen from this graph, when the sample is cooled with the low-temperature gas, the temperature change rate of the sample depends on both the power supplied to the liquid nitrogen heater and the sample temperature. In addition, although the graph of FIG. 3 is drawn so that each electric power may become a straight line, it does not necessarily become a straight line in principle. Experimentally, it could only be approximated by a straight line. The graph of the correspondence between the sample temperature and the temperature change rate may be a curve.
[0024]
FIG. 4 is a graph of an actual measurement example of the correspondence between the sample temperature and the temperature change rate. The horizontal axis is the sample temperature on the constant power cooling curve, and the vertical axis is the temperature change rate at that sample temperature. The power supplied to the liquid nitrogen heater is taken as a parameter. The power used in the experiment is six types: 0 W, 20 W, 80 W, 180 W, 320 W, and 500 W. As can be seen from this graph, in order to decrease the sample temperature by, for example, 5 ° C. per minute (that is, to decrease the temperature change rate to −5 ° C. per minute), when the sample temperature is around 0 ° C., the power of the liquid nitrogen heater is reduced. Must be between 20 W and 80 W, between 80 W and 180 W around -50 ° C., and between 180 W and 320 W near -100 ° C. Then, in order to obtain an ideal power at which the temperature falls at a rate of −5 ° C. per minute, an interpolation operation may be performed based on the graph of each power.
[0025]
FIG. 5 shows an example of a temperature program curve of a sample in the thermal analyzer. In this example, first, a start-up phase of “heating and holding the sample by 1 ° C. from the initial temperature (for example, 20 ° C.)” is performed, and then at a constant cooling rate of −5 ° C. per minute. The sample has been cooled to -100C. Thereafter, heating is performed to 100 ° C. at a constant heating rate of + 5 ° C. per minute.
[0026]
First, the starting stage will be described. FIG. 6 is a graph showing, in an enlarged manner, a change in the sample temperature in the starting stage. The initial temperature of the sample is assumed to be 20 ° C. When the start-up phase is started, 20 W of electric power is automatically supplied to the liquid nitrogen heater for 1 minute and 30 seconds. Thus, introduction of the low-temperature gas into the sample chamber is started. At the same time, the feedback control of the sample temperature is started at a temperature increase rate of + 5 ° C./min with a target temperature (21 ° C.) higher by 1 ° C. than the initial temperature. As a result, power supply to the sample heater starts, and the feedback control functions. Tens seconds after the start-up phase starts, the sample temperature reaches the target temperature and is maintained at that temperature. After 1 minute and 30 seconds, the power supply of 20 W to the liquid nitrogen heater ends, and thereafter, the power of the liquid nitrogen heater is obtained based on the sample temperature and the temperature change speed at that time. After this start-up phase has continued for a predetermined time (for example, 10 minutes), the original temperature program 50 (cooling at a temperature decreasing rate of −5 ° C. per minute) starts.
[0027]
At the stage of cooling the sample from near room temperature to −100 ° C. at a constant cooling rate of −5 ° C./min, the power of the liquid nitrogen heater changes as shown in the graph of FIG. In this graph, the step-like graph is an example in the case where one of the six types of power shown in FIG. 4 is selected to cool the sample. That is, at each sample temperature, the lowest power that can obtain the actually measured cooling rate at that time (substantially equal to -5 ° C. per minute) is selected from the above-described six types of power. For example, an electric power of 80 W is supplied to the liquid nitrogen heater until the sample temperature is around −40 ° C., and an electric power of 180 W is supplied until the sample temperature is around −80 ° C., and so on. On the other hand, a curve 44 is a graph in which an ideal electric power for obtaining an actually measured cooling rate (approximately −5 ° C. per minute) is obtained by an interpolation calculation. When the power of the liquid nitrogen heater is changed in accordance with the sample temperature based on the curve 44, the power continuously increases as the sample temperature decreases, and the sample temperature is almost equal to the target temperature decreasing rate. And will decrease. If the cooling rate of the temperature program is changed from the above-mentioned -5 ° C./min to another value, the power curve in FIG. 7 also becomes a graph corresponding to such another cooling rate.
[0028]
Curve 46 is a power curve that is 10% greater than ideal power curve 44. It is preferable to use this correction power curve 46 in actual sample temperature control. In order to cool the sample at a constant temperature lowering rate, it is necessary to perform feedback control of the sample temperature in combination with the sample heater, but in order to enable this feedback control, a cooling that is somewhat larger than the ideal power curve 44 is required. This is because it is necessary to have the ability. The corrected power may be power obtained by adding a fixed value (for example, 20 W) to the ideal power instead of increasing the power by a fixed ratio of the ideal power.
[0029]
In a preferred embodiment, the correspondence between the sample temperature, the temperature change rate, and the ideal power is finely determined in advance by interpolation based on the graph of FIG. 4, and the ideal power is further determined by a predetermined ratio (for example, 10%). The correction power that has been increased only by the calculation is calculated and stored in the liquid nitrogen heating power supply. Therefore, if the sample temperature and the temperature change speed are actually measured, the corresponding correction power is determined, and this correction power is supplied to the liquid nitrogen heater.
[0030]
Next, a case where the temperature of the sample is raised will be described. As shown in the graph of FIG. 4, it is necessary to supply the liquid nitrogen heater to the heating stage from the low temperature to the vicinity of the room temperature and at a gentle heating rate, as can be seen from the graph of FIG. is there. On the other hand, if a higher heating rate is required than the graph of the temperature change rate of “0 W” in FIG. 4, the sample is raised using only the sample heater without using the low-temperature gas. Just warm it. In the temperature program of FIG. 5, since heating is performed at a constant rate of + 5 ° C. per minute from -100 ° C. to + 100 ° C., according to FIG. 4, power supply to the liquid nitrogen heater is not required.
[0031]
The present invention is not limited to the above embodiment, and the following modifications are possible. (1) Although FIG. 1 shows an example of a differential scanning calorimeter, the present invention can be applied to a sample temperature control method in other thermal analyzers and to a temperature control of a sample other than thermal analysis. (2) Liquid nitrogen is optimal as the liquefied refrigerant, but other liquefied refrigerants may be used.
[0032]
【The invention's effect】
According to the sample temperature control method of the present invention, the power supplied to the refrigerant heater is changed every moment based on the actually measured sample temperature and the actually measured temperature change rate. The power supplied to the refrigerant heater and the sample heater can be minimized. Also, the consumption of the liquefied refrigerant is minimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a thermal analyzer to which a sample temperature control method according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing a constant power cooling curve when constant power is supplied to a liquid nitrogen heater.
FIG. 3 is a graph showing a correspondence relationship between a sample temperature and a temperature change rate in the constant power cooling curve of FIG. 2;
FIG. 4 is a graph of an actual measurement example of a correspondence relationship between a sample temperature and a temperature change rate.
FIG. 5 is a graph showing an example of a temperature program curve of a sample.
FIG. 6 is a graph showing, in an enlarged manner, a change in sample temperature in a starting stage.
FIG. 7 is a graph of liquid nitrogen heater power according to sample temperature.
FIG. 8 is a graph showing a constant power cooling curve and a temperature program curve.
FIG. 9 is a graph illustrating an example of a sample temperature control method disclosed in the related art document.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 20 sample chamber 22 furnace body 24 partition wall 26 annular space 28 sample heater 29 sample heating power supply 30 thermocouple 32 sample temperature controller 34 liquid nitrogen container 36 liquid nitrogen 38 liquid nitrogen heater 39 liquid nitrogen heating power supply 40 low temperature gas pipe 42 outlet

Claims (3)

液化冷媒を冷媒加熱ヒータで加熱気化させて低温ガスを発生させ、この低温ガスで試料を冷却するとともに、試料加熱ヒータを用いて試料温度をフィードバック制御する試料温度制御方法において、次の(イ)〜(ハ)の予備段階を経てから、(ニ)と(ホ)の制御段階を実施することを特徴とする試料温度制御方法。
(イ)前記試料加熱ヒータで試料を加熱することなく、前記冷媒加熱ヒータに一定の電力を供給して前記低温ガスで試料を冷却し、そのときの経過時間と試料温度との関係を示す曲線(以下、定電力冷却曲線という。)を測定する段階。
(ロ)前記一定の電力の値を変更して、複数の前記定電力冷却曲線を得る段階。
(ハ)複数の前記定電力冷却曲線において、電力と試料温度とその温度変化速度との対応関係を求める段階。
(ニ)実測した試料温度と実測した温度変化速度とをもとにして、上記対応関係に基づいて、必要な冷媒加熱ヒータ電力を時々刻々求め、この必要電力を冷媒加熱ヒータに供給する段階。
(ホ)前記冷媒加熱ヒータに前記必要電力が供給されている状態で、試料温度が所定の温度プログラムに従うように前記試料加熱ヒータに電力を供給して試料温度をフィードバック制御する段階。
A liquefied refrigerant is heated and vaporized by a refrigerant heater to generate a low-temperature gas, the sample is cooled by the low-temperature gas, and the sample temperature is feedback-controlled using the sample heater. A sample temperature control method characterized by performing the control steps (d) and (e) after the preliminary steps (c) to (c).
(A) A curve showing the relationship between the elapsed time and the sample temperature at that time by supplying a constant power to the refrigerant heater and cooling the sample with the low-temperature gas without heating the sample with the sample heater. (Hereinafter, referred to as a constant power cooling curve).
(B) changing the value of the constant power to obtain a plurality of the constant power cooling curves;
(C) determining a correspondence relationship between the power, the sample temperature, and the temperature change speed in the plurality of constant power cooling curves.
(D) Based on the actually measured sample temperature and the actually measured temperature change rate, a required refrigerant heater power is obtained from time to time based on the above-described correspondence, and the required power is supplied to the refrigerant heater.
(E) feeding the electric power to the sample heater so that the sample temperature follows a predetermined temperature program while the required electric power is supplied to the refrigerant heater, and performing feedback control of the sample temperature.
前記(ニ)の段階において、前記必要電力を、前記対応関係に基づいて定まる電力よりも一定割合または一定値だけ大きくすることを特徴とする請求項1記載の試料温度制御方法。2. The sample temperature control method according to claim 1, wherein, in the step (d), the required power is increased by a fixed rate or a fixed value from a power determined based on the correspondence. 前記(ニ)と(ホ)の段階からなる制御段階を開始する前に、前記冷媒加熱ヒータに所定時間だけ一定の初期電力を供給することによって前記低温ガスが発生している状態を作り出すとともに、初期の試料温度よりも高い温度を目標温度として設定することにより前記試料加熱ヒータに電力を供給してフィードバック制御を機能させておくことを特徴とする請求項1記載の試料温度制御方法。Before starting the control step including the steps (d) and (e), a state in which the low-temperature gas is generated by supplying a constant initial power to the refrigerant heater for a predetermined time, 2. The sample temperature control method according to claim 1, wherein by setting a temperature higher than an initial sample temperature as a target temperature, power is supplied to the sample heater to perform feedback control.
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