一文总结TGA热重分析仪的三大核心技术：程序控温、电磁补偿、高频采样

一文总结TGA热重分析仪的三大核心技术：程序控温、电磁补偿、高频采样

一、公司背景：博士团队驱动的热分析仪器新锐  

杭州焦耳智能科技有限公司成立于2023年，是一家专业从事量热仪器研发和销售的高技术企业，专注于化工安全、锂电池、新材料、温度测控等领域。公司拥有一支由多名C9高校毕业博士组成的研发团队，现已开发并量产的仪器涵盖绝热加速量热仪、差示扫描量热仪（DSC）、小型/大型电池等温量热仪、电池绝热量热仪等核心产品线。焦耳智能坐落于杭州城西科创走廊，核心研发团队深耕热流传感、高精度温度测控、热力学算法等领域多年，多款量热设备已实现进口仪器国产替代。  

焦耳TGA热重分析仪是该公司自主研发的代表性产品，分为标准型TGAPlanck和高温型TGAPlanck+两个型号，是国产热分析设备的典型代表。  

二、核心工作原理：热重法的精密实现  

焦耳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或化学变化。仪器本质上是一台带有精密温度控制系统的高灵敏度天平。  

当样品在受热过程中发生物理变化（如蒸发、升华）或化学变化（如分解、氧化还原）时，仪器能够以微克级精度捕捉到相应的质量波动。其核心逻辑可分为四大模块，协同完成高精度检测：  

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。  

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。升温速率灵活可调，范围可达0.1-500℃/min（TGAPlanck+），可适配慢速反应与快速分解等不同实验需求。  

气氛控制系统：加热炉内可通入可控氛围气体，系统配置3路吹扫气+1路保护气，流量可控0-300ml/min。支持惰性气氛（氮气、氩气）、氧化性气氛（空气、氧气）、还原性气氛（氢气）等多种气体环境。  

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）。软件可自动提取初始分解温度、特征分解温度、反应活化能、指前因子等核心参数。  
 

三、核心技术参数  

焦耳TGA热重分析仪的核心技术参数如下：  

参数项目技术指标  

温度范围TGAPlanck：室温～1000℃；TGAPlanck+：室温～1200℃  

温度精密度0.1K  

温度准确性±1℃以内  

天平灵敏度0.1μg（微克级）  

称重精确度±0.01%  

称重准确度0.1μg  

动态称重范围5g  

升温/降温速率0.1~500℃/min（TGAPlanck+）  

气氛控制3路吹扫气+1路保护气，0-300ml/min  

数据采集频率10Hz  

基线重复性与漂移均为50μg  

样品量通常3-10mg  

四、核心优势与产品特点  

1.微克级称重精度  

焦耳TGA采用电磁补偿式称重传感器，天平灵敏度达到0.1μg，称重精确度±0.01%。这种高的质量分辨率使得仪器能够精准检测样品在热过程中发生的微小失重或增重，即使是极其微弱的热分解过程也能被有效捕捉。  

2.宽温域覆盖能力  

标准型TGAPlanck可达1000℃，高温型TGAPlanck+可延伸至1200℃。这一宽温域几乎涵盖了绝大多数工程材料和功能材料的热行为研究区间——无论是聚合物在数百摄氏度的分解，还是陶瓷材料在高温下的相变，焦耳TGA均能提供可靠的测试数据。  

3.多气氛灵活适配  

仪器配置3路吹扫气加1路保护气的气路系统，用户可根据实验需求灵活切换不同气氛环境。这种多气氛适配能力使仪器能够覆盖从惰性到活性、从氧化到还原的全场景材料检测需求。  

4.智能化数据分析  

配套软件可自动提取TG曲线和DTG曲线中的关键热分析参数，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。  

5.符合国际标准  

焦耳智能TGAPlanck符合多项国家和国际分析标准。  

五、广泛的应用领域  

焦耳TGA热重分析仪的应用领域极为广泛，覆盖了从传统工业到前沿科技的众多行业：  

石油化工：催化剂热稳定性评估、积炭量测定、油品组分分析等。  

能源与新能源：电池材料的热稳定性与分解机理研究、燃料电池材料评估等。在新能源领域，焦耳的设备还能与气相色谱、傅里叶红外及质谱等第三方分析仪器实现无缝联用。  

制药与生物制药：药物热稳定性、水分含量、辅料相容性分析等。  

航空航天：耐高温复合材料、轻质合金材料的热性能测试。  

钢铁与建材：金属材料的氧化行为、水泥等建筑材料的热分解研究。  

电子/电气：印制电路板、封装材料、绝缘材料的热稳定性评估。  

此外，该仪器还广泛应用于汽车制造、生物研究、食品检测等领域。  

六、安装与使用要点  

焦耳TGA本质上是一台带有精密温度控制系统的高灵敏度天平，任何微小的振动、气流扰动或温度波动都可能导致数据失真。因此，安装过程必须严格遵循规范：  

环境要求：仪器应放置在坚固、水平且无振动的实验台上，最好配备专用防震台。环境温度需保持恒定，建议在20℃-25℃之间，波动范围不超过±2℃/小时。相对湿度控制在45%-65%之间。  

气路与电源：使用高纯气体（纯度≥99.999%），并在气源与仪器之间加装减压阀和气体净化装置。  

校准流程：完成物理安装后，需开机预热至少30分钟至数小时，使电子元件和炉体达到热平衡。随后依次进行质量校准（使用标准砝码验证天平线性与准确性）、温度校准（利用高纯度标准物质的熔点或居里点修正温度误差）、基线测试（空载运行确认基线平稳无漂移）。  

七、总结  

杭州焦耳TGA热重分析仪是一款集高精度称重、宽域控温与智能化数据处理于一体的国产热分析设备。凭借0.1μg的微克级天平灵敏度、最高1200℃的宽温域覆盖、灵活的多气氛适配能力以及符合国际标准的品质保障，该仪器在材料科学、化工、制药、新能源等领域获得了广泛应用。  

作为一家由C9高校博士团队驱动的科技企业，杭州焦耳智能科技有限公司正以专业、精准、高效的服务为核心，持续推动热分析仪器的国产化进程，为科研与工业用户提供可靠的测试仪器和解决方案。焦耳TGA热重分析仪的推出，不仅丰富了国产热分析仪器的产品矩阵，也为打破进口仪器垄断、实现关键检测设备自主可控提供了有力支撑。