TMA7000热机械分析仪是一种在程序温度下和非震动载荷作用下，测量物质的形变与温度时间等函数关系的技术，主要测量物质的膨胀系数和相转变温度等参数。其工作原理主要基于测量样品的温度变化和由此产生的力学变化。加热系统通常由一个加热炉和一个恒温控制装置组成，样品被放置在加热炉中，加热炉的温度可以通过控制装置进行调节和维持。测量系统则包括力传感器和温度传感器，力传感器用来测量由于温度变化而引起的样品力学变化，而温度传感器则可以感知样品加热或冷却过程中的温度变化。
一、加热系统
炉体
炉体是提供温度环境的部件，它能够在一定范围内精确地控制温度。炉体通常采用耐高温的材料制成，以保证在高温测试过程中的稳定性。例如，在一些高温TMA中，炉体可以承受高达1000℃甚至更高的温度。
炉体的结构设计要保证温度的均匀性，使得样品在加热或冷却过程中各个部分所处的温度环境尽可能一致。这通常通过合理的加热元件布局和通风系统来实现。
加热元件
常见的加热元件有电阻丝和电热偶等。电阻丝加热是通过电流流经电阻丝产生焦耳热来升高温度。它的优点是加热速度相对较快，温度控制精度较高。电热偶则是利用热电效应来加热，其温度测量和加热功能可以在一定程度上结合，能够较为准确地控制温度。
加热元件的功率和分布会根据TMA的型号和测试温度范围有所不同。例如，对于低温测试为主的TMA，加热元件的功率可能较小；而对于能够进行高温测试的TMA，则需要功率较大的加热元件来快速提升温度。
温度控制器
温度控制器是整个加热系统的核心控制单元。它可以精确地设定和调节温度，并且能够按照预设的程序进行升温、降温或恒温操作。
温度控制器通常采用PID（比例-积分-微分）控制算法，通过比较设定温度和实际测量温度之间的差值，动态地调整加热元件的功率，从而将温度控制在设定值附近。例如，当实际温度低于设定温度时，温度控制器会增加加热元件的功率，使温度上升；当实际温度高于设定温度时，会减少加热元件的功率，使温度下降。
二、冷却系统
液氮冷却装置（可选）
对于需要进行低温测试的TMA，液氮冷却装置是重要的组成部分。液氮是一种沸点很低（-196℃）的制冷剂，通过将液氮引入冷却腔体，可以快速降低样品周围的温度。
液氮冷却系统通常包括液氮储罐、输送管道和流量控制装置。流量控制装置可以根据需要精确地调节液氮的流量，从而实现对温度的准确控制。例如，在研究聚合物的低温性能时，可以利用液氮冷却装置将样品冷却到极低的温度，观察其在低温下的尺寸变化和力学性能。
风冷系统
除了液氮冷却，许多TMA还配备风冷系统。风冷系统通过风扇将空气吹过加热炉体或样品周围，实现降温。这种冷却方式相对简单，适用于温度降幅不是特别大的情况。
风冷系统的冷却速度取决于风扇的转速和炉体的设计。一些TMA可以通过调节风扇转速来控制冷却速率，以满足不同测试的要求。
三、加载系统
探头和传感器
TMA的探头用于接触样品并施加一定的载荷。探头的类型有多种，如针入式探头、膨胀式探头等，具体选择取决于样品的性质和测试目的。例如，对于软质材料，可能会使用较细的针入式探头，以免对样品造成过大的破坏；对于硬质材料，膨胀式探头可能更合适。
与探头相连的是传感器，用于测量探头所受到的力或位移。力传感器可以精确测量探头施加在样品上的力，位移传感器则可以测量样品在受力或温度变化过程中的尺寸变化。这些传感器将物理量转换为电信号，传输给数据采集系统。
载荷施加装置
载荷施加装置用于对样品施加一定的静态载荷或动态载荷。静态载荷可以使样品在测试过程中保持一定的压缩或拉伸状态，模拟材料在实际使用中的受力情况。动态载荷则可以用于研究材料在周期性受力情况下的性能，如疲劳特性等。
载荷施加装置通常包括砝码、弹簧或电动推杆等部件。砝码加载方式简单直观，通过在探头上放置不同质量的砝码来改变载荷大小；弹簧可以根据胡克定律提供一定的弹性力；电动推杆则可以实现更精确的载荷控制，通过程序控制可以施加复杂的载荷谱。
四、样品支撑系统
样品台
样品台是放置样品的平台，它需要具备良好的热传导性和稳定性。样品台通常采用金属材料制成，如不锈钢或铝合金，以确保在温度变化过程中不会发生变形而影响测试结果。
样品台的尺寸和形状会根据不同的TMA型号和样品类型有所不同。有些样品台可以容纳较大尺寸的样品，用于测试大型构件或复合材料；有些则适用于小尺寸的样品，如微小的芯片或纤维。
夹具
夹具用于固定样品，保证样品在测试过程中不会发生位移或旋转。夹具的设计要根据样品的形状和测试要求而定。例如，对于棒状样品，可能会使用V型夹具来固定；对于平板状样品，可以使用平口夹具。
夹具的材料也需要考虑，既要有一定的强度来固定样品，又不能对样品产生过大的应力集中，以免影响测试结果。在一些高精度测试中，夹具的表面平整度和粗糙度也有很高的要求。
五、数据采集与处理系统
数据采集器
数据采集器负责收集来自传感器的信号，如温度信号、位移信号和力信号等。它可以将这些模拟信号转换为数字信号，以便进行后续的处理和分析。
数据采集器通常具有较高的采样频率，能够准确地记录样品在温度变化过程中的快速响应。例如，在研究材料的热膨胀过程时，数据采集器可以每秒采集多次数据，以捕捉膨胀曲线的细微变化。
计算机软件
计算机软件是数据处理和分析的核心工具。它可以对采集到的数据进行实时显示、存储和分析。软件功能包括绘制温度-位移曲线、计算热膨胀系数、玻璃化转变温度等参数。
一些先进的TMA软件还具有数据处理模板和自动化分析功能。例如，用户可以根据不同的材料类型和测试标准选择合适的模板，软件会自动按照模板要求对数据进行处理和分析，大大提高了工作效率。同时，软件还可以对多个测试周期的数据进行比较和统计分析，为用户提供更全面的材料性能评估。
