一文科普TGA热重分析仪的工作原理、技术参数与核心特点

一文科普TGA热重分析仪的工作原理、技术参数与核心特点  

杭州焦耳智能科技有限公司专注于热分析仪器研发，其自主研发的TGAPlanck/TGAPlanck+热重分析仪，是国产热分析设备的代表。该仪器融合高精度称重技术、宽域控温技术与智能化数据处理能力，可在程序控温条件下精准测量样品质量随温度/时间的变化，广泛应用于材料科学、化工、制药、新能源等领域，为材料热稳定性、组分分析、反应动力学研究提供核心数据支撑。  

一、核心工作原理  

焦耳智能TGA热重分析仪的核心原理基于热重法，即在程序控温（升温、降温、恒温）环境下，连续测量样品质量随温度或时间的动态变化，通过质量变化反推材料的物理/化学变化，核心逻辑可分为四大核心模块，协同完成高精度检测。  

1.1样品承载与精密称重系统  

样品（通常3-10mg粉末、颗粒或剪碎的薄膜）放置于耐高温坩埚（铝、陶瓷、铂坩埚可选）中，坩埚置于高精度电磁补偿式天平的样品托架上。该天平为核心传感部件，采用电磁力平衡原理：当样品因受热发生质量变化时，天平横梁产生微小位移，传感器实时捕捉位移信号，通过电磁力补偿回路精准抵消位移，将质量变化转化为电信号，实现**微克级（0.1μg）**的质量分辨率，可精准检测样品微小失重或增重。  

1.2程序控温加热系统  

称重系统外围集成高温加热炉，TGAPlanck采用电阻加热炉（最高1000℃），TGAPlanck+升级为红外加热炉（最高1200℃），配合高精度PID温控模块，实现宽域、匀速、稳定的温度控制。  

温度控制逻辑：根据设定程序（起始温度、终止温度、升温速率、等温时间），温控模块实时采集炉内温度信号，动态调节加热功率，确保实际温度与设定温度偏差≤1K，温度精密度达0.1K；  

升温速率灵活可调：0.1-500℃/min（TGAPlanck+），可适配慢速反应（如材料低温老化）、快速分解（如聚合物高温裂解）等不同实验需求。  

1.3气氛控制系统  

加热炉内可通入可控氛围气体，避免样品与空气发生非目标反应，同时满足不同反应环境需求：  

惰性气氛（氮气、氩气）：防止样品氧化，用于材料热稳定性、分解温度测试；  

氧化性气氛（空气、氧气）：用于材料氧化动力学、阻燃性能测试；  

还原性气氛（氢气）：用于金属氧化物还原反应研究；  

系统配置3路吹扫气+1路保护气，流量可控（0-300ml/min），确保炉内气氛稳定、均匀，无气流扰动影响称重精度。  

1.4数据采集与分析系统  

仪器内置10Hz高频采样模块，同步采集“温度-时间-质量”三维数据，实时传输至配套软件，生成TG曲线（质量-温度/时间）和DTG曲线（质量变化率-温度/时间）。  

TG曲线：直观展示样品失重台阶、失重百分比、残渣含量，对应脱水、分解、氧化等阶段；  

DTG曲线：精准定位最大失重速率温度（Tmax），区分重叠分解过程；  

软件自动提取核心参数：初始分解温度（失重5%对应的温度）、特征分解温度、反应活化能、指前因子等，支持数据导出、曲线拟合、报告生成，实现“测试-分析-输出”全流程智能化。 

 

二、核心技术参数（TGAPlanck/TGAPlanck+）  

焦耳智能TGA热重分析仪分为标准型（TGAPlanck）和高温型（TGAPlanck+），核心参数如下，兼顾精度、范围与稳定性，满足科研与工业级测试需求。  

2.1称重系统参数  

表格  

参数数值  

称重传感器高精度电磁补偿式天平  

最大样品量5g  

动态称量范围0-5g  

称重灵敏度0.1μg  

质量重复性±0.01%  

质量示值误差±0.01%  

零点漂移≤10μg  

基线漂移≤50μg  

2.2温度控制系统参数  

表格  

参数TGAPlanckTGAPlanck+  

温度范围室温～1000℃室温～1200℃  

加热炉类型电阻加热炉红外加热炉  

升温速率0.1-100℃/min0.1-500℃/min  

温度准确度±1K±1K  

温度精密度0.1K0.1K  

升温速率误差±1%±1%  

2.3气氛与数据系统参数  

表格  

参数数值  

吹扫气路3路（流量0-300ml/min）  

保护气路1路（200ml/min）  

气氛类型氮气、氩气、空气、氧气、氢气等  

采样频率10Hz  

测试模式等温、扫描、高分辨率TGA、调制模式  

选配功能60位自动进样器、DTA差热同步检测  

2.4物理与环境参数  

表格  

参数数值  

电源AC220V/50Hz  

尺寸（长×宽×高）约400mm×500mm×600mm  

工作环境温度5-40℃，湿度＜85%RH，无振动、无强气流  

符合标准JJG1135-2017、GB/T27761-2011、GB/T27762-2011  

三、核心产品特点  

3.1高精度检测，数据精准可靠  

电磁补偿式天平：自研高精度称重传感器，质量分辨率达0.1μg，可精准捕捉微克级质量变化，避免传统机械天平的摩擦误差，数据重复性达±0.01%，满足痕量失重检测需求；  

双级抗干扰设计：称重系统与加热炉物理隔离，配合减震底座、气流屏蔽结构，消除高温辐射、气流扰动、震动对称重的影响，基线漂移≤50μg，长期测试稳定性强；  

精准温控校准：采用铟（156.6℃）、锌（419.5℃）等标准物质校准温度，温度误差≤±1K，确保分解温度、相变温度等特征参数检测精准。  

3.2宽域适配，满足多场景测试  

超宽温度范围：标准型最高1000℃，高温型可达1200℃，覆盖聚合物、陶瓷、金属、新能源材料（如锂电池电极材料）、生物质等绝大多数材料的热分析温度需求；  

灵活升温速率：0.1-500℃/min宽域可调，适配慢速老化（1-5℃/min）、常规分解（10-20℃/min）、快速裂解（50-500℃/min）等不同实验，兼顾测试效率与数据精度；  

多气氛兼容：支持惰性、氧化性、还原性气氛切换，可模拟材料在不同环境下的热行为，适用于热稳定性、氧化老化、还原反应、阻燃性能等多维度测试。  

3.3智能化设计，操作高效便捷  

7英寸高清触控屏：自研智能化操作界面，中文菜单引导，支持程序编辑、参数设置、实时曲线显示、异常报警，无需专业培训即可快速上手，降低操作门槛；  

全自动数据处理软件：配套专业分析软件，自动采集数据、生成TG/DTG曲线，一键提取初始分解温度、失重率、残渣量、活化能等核心参数，支持曲线对比、数据导出（Excel、PDF）、报告模板定制，大幅提升科研与生产检测效率；  

可选自动进样器：适配60位自动进样，支持无人值守连续测试，批量样品检测效率提升5倍以上，适配工业质检、高通量科研场景。  

3.4安全稳定，耐用性强  

多重安全防护：过热保护（超温自动断电）、漏气保护（气氛压力异常报警）、过流保护、炉体隔热防护（表面温度＜50℃），避免高温、气体泄漏等风险，保障操作安全；  

核心部件耐用化设计：加热炉采用耐高温陶瓷内胆，抗腐蚀、抗热冲击，使用寿命长；天平传感器采用防污染涂层设计，减少样品挥发物腐蚀，降低维护频率；  

便捷维护设计：模块化结构，炉盖、样品托架可拆卸，便于清理样品残渣、更换坩埚；气路快插接口设计，气体管路更换、维护无需专业工具，降低维护成本。  

3.5国产自研，高性价比  

作为国产热重分析仪代表，焦耳智能TGAPlanck系列核心部件（称重传感器、温控模块、软件系统）均为自研，打破进口设备垄断，价格仅为同级别进口设备的1/2-2/3，同时提供本地化技术支持（上门安装调试、操作培训、24小时售后响应），解决进口设备售后周期长、维修成本高的痛点，适配国内科研院所、高校、企业的预算与服务需求。  

四、典型应用场景  

4.1材料科学  

聚合物（塑料、橡胶、纤维）：检测热稳定性、分解温度、填料含量、阻燃性能；  

复合材料：分析基体与增强相的热分解差异、界面热稳定性；  

无机材料（陶瓷、玻璃、金属粉末）：检测高温抗氧化性、烧结过程失重、相变温度。  

4.2新能源领域  

锂电池材料（正极、负极、电解液、隔膜）：检测热稳定性、分解温度、产气特性，评估电池热失控风险；  

光伏材料（硅片、光伏胶膜）：分析热老化性能、组分稳定性。  

4.3化工与制药  

化工原料（树脂、助剂、催化剂）：检测纯度、热稳定性、分解产物；  

药物：评估热稳定性、杂质含量、晶型热转变，指导储存条件优化。  

4.4环境与生物质  

生物质（木材、秸秆、生物炭）：分析热解特性、挥发分含量、固定碳含量；  

固废（污泥、废塑料）：检测热分解行为，指导资源化利用。