專(zhuān)利名稱(chēng)：永磁式磁熱效應(yīng)直接測(cè)量?jī)x器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁式磁熱效應(yīng)直接測(cè)量?jī)x器。
背景技術(shù)：
磁制冷是以磁性材料為工作物質(zhì)的制冷技術(shù)，是由材料自身的磁熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷的。磁熱效應(yīng)是磁性材料的一種固有特性，它是由外磁場(chǎng)的變化引起材料內(nèi)部磁熵的改變，并伴隨著材料吸熱、放熱，以此達(dá)到制冷目的。在居里溫度附近，材料的磁熱效應(yīng)參數(shù)達(dá)到最大。一般用等溫磁熵變|ΔSM|或絕熱磁化溫變?chǔ)ad兩個(gè)參數(shù)來(lái)表征材料的磁熱效應(yīng)。等溫磁熵變|ΔSM|是材料的內(nèi)稟性質(zhì)，而絕熱磁化溫變?chǔ)ad是材料的表觀性質(zhì)，能直觀反映材料的制冷能力，更具有實(shí)際意義。
目前測(cè)量材料磁熱效應(yīng)的方法有直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩種。間接測(cè)量是先測(cè)得材料不同溫度的磁場(chǎng)強(qiáng)度和比熱，然后通過(guò)麥克斯威方程計(jì)算得出其等溫磁熵變?chǔ)M和絕熱磁化溫變?chǔ)ad。直接測(cè)量是利用溫度傳感器直接測(cè)量磁致冷材料絕熱磁化前后的溫度值，從而得出材料的絕熱磁化溫變?chǔ)的方法。對(duì)于直接測(cè)量方法中采用的裝置，已有報(bào)道用電磁磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)提供磁場(chǎng)的儀器等，但此儀器具有以下缺點(diǎn)1、設(shè)備的成本和運(yùn)行費(fèi)用高；2、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣；3、采用電磁場(chǎng)或脈沖磁場(chǎng)只能通過(guò)改變電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)變化，存在馳豫時(shí)間，影響材料磁熱效應(yīng)參數(shù)的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行成本低，測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、重復(fù)性好的永磁式磁熱效應(yīng)直接測(cè)量?jī)x器。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括恒溫系統(tǒng)、永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)、樣品測(cè)試桿、樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)，恒溫系統(tǒng)包括封閉的金屬外殼，在金屬外殼中設(shè)有壓縮機(jī)制冷裝置和半導(dǎo)體制冷制熱裝置，在恒溫系統(tǒng)的有效溫度控制區(qū)域內(nèi)設(shè)有測(cè)試桿移動(dòng)室，永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)套在測(cè)試桿移動(dòng)室外，其磁場(chǎng)為均勻的永磁磁場(chǎng)；樣品測(cè)試桿用絕緣材料制成，其頂端設(shè)有帶端蓋的樣品室；溫度測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)溫傳感器和計(jì)算機(jī)組成，測(cè)溫傳感器設(shè)在樣品室內(nèi)，其引線通過(guò)導(dǎo)線沿測(cè)試桿側(cè)邊的凹形導(dǎo)線通道引出測(cè)試桿，與計(jì)算機(jī)相連；在對(duì)著測(cè)試桿移動(dòng)室一端的金屬外殼上開(kāi)有一個(gè)供樣品測(cè)試桿出入的孔；樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)由軌道、電機(jī)和設(shè)在軌道上可以沿軌道運(yùn)動(dòng)的卡子構(gòu)成，軌道與樣品測(cè)試桿出入孔相對(duì)應(yīng)設(shè)置。
上述永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)是采用聚磁半閉合磁路設(shè)計(jì)，用永磁材料(可以為NdFeB、SmCo系、SmFeN系等永磁材料)組裝而成的永磁體磁場(chǎng)系統(tǒng)(永磁體可以做成扇形、方形、多邊形。磁場(chǎng)工作空間的形狀可以做成圓形、橢圓形、方形、多邊形等多種形狀)，其目的是為測(cè)量?jī)x器提供穩(wěn)定的、均勻的永磁磁場(chǎng)；測(cè)試桿移動(dòng)室由金屬管制成，與永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)之間添有隔熱材料，既可減少熱量損失又可避免過(guò)高溫度對(duì)永磁材料磁性能的影響；樣品室內(nèi)壁附有隔熱材料，或?qū)悠肥覂?nèi)部設(shè)計(jì)成雙層抽真空，以保證樣品良好的絕熱條件。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。本發(fā)明采用永磁體設(shè)計(jì)組裝磁場(chǎng)系統(tǒng)，與脈沖磁場(chǎng)、超導(dǎo)磁場(chǎng)相比永磁體磁場(chǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。
2、運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的永磁體磁場(chǎng)系統(tǒng)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.4-2.0T，可以達(dá)到脈沖磁場(chǎng)所能提供的磁場(chǎng)強(qiáng)度，但在測(cè)試運(yùn)行過(guò)程中不再需要電能，節(jié)省了大量的電能，同時(shí)也省去了脈沖磁場(chǎng)中冷卻線圈所用的液氮。
3、測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，精度高。一方面本發(fā)明在樣品室內(nèi)壁附有熱絕緣材料，避免了樣品在磁化過(guò)程中的熱交換，因而使所測(cè)的絕熱溫度變化數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。另一方面，本發(fā)明的測(cè)溫傳感器緊貼于樣品表面，并隨樣品一起移動(dòng)，因而能準(zhǔn)確測(cè)得樣品磁化前后的溫度值，從而得到材料的絕熱磁化溫度變化。
4、運(yùn)行穩(wěn)定、重復(fù)性好。本發(fā)明設(shè)計(jì)的釹鐵硼永磁體磁場(chǎng)系統(tǒng)，一、其磁場(chǎng)強(qiáng)度值穩(wěn)定不變，因而可以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的重復(fù)性，二、本實(shí)用發(fā)明采用聚磁半閉合磁路設(shè)計(jì)，不同地方所用釹鐵硼磁體的性能不同減少了退磁場(chǎng)的影響，有效地提高磁場(chǎng)的均勻性，從另一方面保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與重復(fù)性。
四

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為樣品測(cè)試桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式參照附圖，給出本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明包括恒溫系統(tǒng)、永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3、樣品測(cè)試桿4、樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)。恒溫系統(tǒng)包括封閉的金屬外殼18，在金屬外殼18中設(shè)有壓縮機(jī)制冷裝置和半導(dǎo)體制冷制熱裝置，在恒溫系統(tǒng)的有效溫度控制區(qū)域內(nèi)設(shè)有測(cè)試桿移動(dòng)室7，永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3套在測(cè)試桿移動(dòng)室7外，其磁場(chǎng)為均勻的永磁磁場(chǎng)；樣品測(cè)試桿7用絕緣材料制成，其頂端設(shè)有帶端蓋9的樣品室5；溫度測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)溫傳感器11和計(jì)算機(jī)26組成，測(cè)溫傳感器11設(shè)在樣品室19內(nèi)，其引線通過(guò)導(dǎo)線12沿測(cè)試桿側(cè)邊的凹形導(dǎo)線通道引出測(cè)試桿4，與計(jì)算機(jī)26相連；在對(duì)著測(cè)試桿移動(dòng)室7一端的金屬外殼18上開(kāi)有一個(gè)供樣品測(cè)試桿4出入的孔；樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)由軌道21、電機(jī)23和設(shè)在軌道21上可以沿軌道運(yùn)動(dòng)的卡子22構(gòu)成，軌道21與樣品測(cè)試桿出入孔相對(duì)應(yīng)設(shè)置，金屬外殼18可以是鐵皮盒。
永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3包括磁鐵軛板13、永磁材料14。磁鐵軛板為厚度為4-20mm的低碳鋼或純鐵的無(wú)縫管或由低碳鋼板或純鐵板組成所需的形狀，永磁材料為幾種不同磁性能的高性能永磁材料，例如釹鐵硼永磁材料，永磁材料按照設(shè)計(jì)的磁路加工成設(shè)計(jì)需要的形狀的磁體組，每組磁體緊貼磁軛內(nèi)壁能組成一個(gè)完整的閉合形狀的磁閉合環(huán)，且不同位置所采用的磁體的磁性能不同，1-15組閉合環(huán)組成永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)，其工作空間19根據(jù)所設(shè)計(jì)的磁路可大可小。
恒溫系統(tǒng)中的半導(dǎo)體制冷制熱裝置由L型金屬(紫銅、黃銅、不銹鋼、銀、金等金屬)板1豎直面的一面粘有半導(dǎo)體制冷制熱片2構(gòu)成；L型金屬板1豎直面的另一面的中心位置焊接著由外徑略小于磁場(chǎng)工作空間19的紫銅(黃銅、不銹鋼、銀、金等金屬)管制成的測(cè)試桿移動(dòng)室7，永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3套在測(cè)試桿移動(dòng)室7外，并靠于L型金屬板1，使測(cè)試桿移動(dòng)室7處于磁場(chǎng)工作空間19中，且永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3與L型金屬板1及測(cè)試桿移動(dòng)室7之間均添有熱絕緣材料，如聚氨酯泡沫材料，以防止高溫影響永磁材料的磁性能。在L型金屬板1水平面的下面緊貼著一個(gè)金屬(紫銅、黃銅、不銹鋼、銀、金等金屬)盒15，盒內(nèi)設(shè)有由薄皮的金屬(紫銅、黃銅、不銹鋼、銀、金等金屬)管16制成的冷凝器，管16內(nèi)通有氟氯烴，靠壓縮機(jī)17壓縮循環(huán)制冷。上述結(jié)構(gòu)(除氣體壓縮機(jī)外)安裝在鐵皮盒18內(nèi)，其間的所有縫隙用熱絕緣材料密實(shí)填充，鐵皮盒18的正面留有與測(cè)試桿移動(dòng)室7外徑大小相同的圓孔，以便樣品測(cè)試桿4進(jìn)出測(cè)試桿移動(dòng)室7。這樣組成了測(cè)量?jī)x器的恒溫系統(tǒng)，由壓縮機(jī)和半導(dǎo)體制冷制熱片兩級(jí)制冷(制熱)達(dá)到測(cè)試所要求的溫度范圍。(溫度范圍-40——60℃)樣品測(cè)試桿4用尼龍或電木等絕緣材料制成，其頂端加工成內(nèi)徑為設(shè)計(jì)所要求的形狀和大小的樣品室5，端頭內(nèi)壁帶有螺紋，端蓋9沿螺紋旋進(jìn)壓緊樣品。樣品室5內(nèi)壁附有熱絕緣材料6，樣品室5內(nèi)遠(yuǎn)離開(kāi)口端頭的一面開(kāi)有一Φ1mm的小孔20，以便導(dǎo)出連接測(cè)溫傳感器11引線的導(dǎo)線12，測(cè)溫傳感器11位于樣品室5內(nèi)，其引線通過(guò)導(dǎo)線12由孔20導(dǎo)出，沿測(cè)試桿4側(cè)邊的凹形導(dǎo)線通道引出測(cè)試桿4，與計(jì)算機(jī)26相連；樣品測(cè)試桿4通過(guò)不銹鋼卡子22固定在軌道21上，卡子22在電機(jī)23帶動(dòng)下，可以沿軌道運(yùn)動(dòng)，卡子22帶動(dòng)樣品測(cè)試桿4沿軌道運(yùn)動(dòng)，進(jìn)出磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)變化。樣品進(jìn)出磁場(chǎng)的位置由限位開(kāi)關(guān)24控制，限位開(kāi)關(guān)24粘于軌道21兩端的相應(yīng)位置。
溫度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)溫傳感器11位于樣品室5內(nèi)，并用粘接劑粘于被測(cè)樣品10表面的小塊光滑平面處，并隨被測(cè)樣品10一起移動(dòng)，綜合考慮體積、響應(yīng)時(shí)間及測(cè)量精度，本發(fā)明選用德國(guó)森西康公司的GW/GR2141型鉑電阻測(cè)溫元件。測(cè)溫傳感器11的引線通過(guò)導(dǎo)線12與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)26相連，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)26采集處理測(cè)試數(shù)據(jù)。
測(cè)量時(shí)，首先將測(cè)溫傳感器11用粘接劑粘于被測(cè)樣品10的光滑平面處，并一同放置于樣品室5內(nèi)，被測(cè)樣品10四周再添加一層熱絕緣材料8，旋緊樣品室5頂端蓋9壓緊被測(cè)樣品10，將樣品測(cè)試桿4安放在不銹鋼卡子22上夾緊，手動(dòng)控制啟動(dòng)電機(jī)23，帶動(dòng)卡子22沿軌道21移動(dòng)，將樣品10送進(jìn)永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3的合適位置。第二步，接通電源啟動(dòng)壓縮機(jī)17及半導(dǎo)體制冷制熱片2，同時(shí)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。第三步，設(shè)置測(cè)試參數(shù)，包括樣品編號(hào)、測(cè)試溫度范圍、測(cè)試溫度步長(zhǎng)(測(cè)試的溫度間隔)，第四步，樣品溫度接近所設(shè)置的溫度下限時(shí)，關(guān)閉壓縮機(jī)制冷裝置，溫度由于慣性會(huì)下降得低于設(shè)定溫度下限，然后開(kāi)始逐漸升溫，第五步，樣品溫度在升溫的過(guò)程中達(dá)到所設(shè)定溫度的下限時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄此溫度值T1，同時(shí)自動(dòng)控制啟動(dòng)電機(jī)23，帶動(dòng)卡子22沿軌道21移動(dòng)，卡子22移動(dòng)帶動(dòng)樣品測(cè)試桿4一起移動(dòng)，即可將被測(cè)樣品帶動(dòng)移出永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3，移動(dòng)的最終位置由限位開(kāi)關(guān)24控制，被測(cè)樣品10移出磁場(chǎng)，若被測(cè)樣品10具有磁熱效應(yīng)，被測(cè)樣品10開(kāi)始降溫，計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)按照測(cè)試軟件程序的設(shè)計(jì)找到樣品所降到的最低溫度點(diǎn)，記錄此溫度值T2，第六步，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制啟動(dòng)電機(jī)23，帶動(dòng)卡子22沿軌道21移動(dòng)，卡子22移動(dòng)帶動(dòng)樣品測(cè)試桿4一起移動(dòng)，即可將被測(cè)樣品帶動(dòng)移進(jìn)永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)3，進(jìn)入的具體位置由限位開(kāi)關(guān)25控制。等待下個(gè)測(cè)量溫度點(diǎn)，第七步，被測(cè)樣品10溫度繼續(xù)升高，達(dá)到下一個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)，重復(fù)第四步、第五步、第六步操作。就這樣測(cè)量出一系列被測(cè)樣品磁化前后的溫度值T1、T2，溫度數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，可繪出在一定磁場(chǎng)作用下，磁制冷材料溫度T1與材料絕熱磁化溫度變化ΔT的關(guān)系曲線，即ΔT-T曲線。
權(quán)利要求
1.一種永磁式磁熱效應(yīng)直接測(cè)量?jī)x器，其特征是它包括恒溫系統(tǒng)、永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)、樣品測(cè)試桿、樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)，恒溫系統(tǒng)包括封閉的金屬外殼，在金屬外殼中設(shè)有壓縮機(jī)制冷裝置和半導(dǎo)體制冷制熱裝置，在恒溫系統(tǒng)的有效溫度控制區(qū)域內(nèi)設(shè)有測(cè)試桿移動(dòng)室，永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)套在測(cè)試桿移動(dòng)室外，其磁場(chǎng)為均勻的永磁磁場(chǎng)；樣品測(cè)試桿用絕緣材料制成，其頂端設(shè)有帶端蓋的樣品室；溫度測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)溫傳感器和計(jì)算機(jī)組成，測(cè)溫傳感器設(shè)在樣品室內(nèi)，其引線通過(guò)導(dǎo)線沿測(cè)試桿側(cè)邊的凹形導(dǎo)線通道引出測(cè)試桿，與計(jì)算機(jī)相連；在對(duì)著測(cè)試桿移動(dòng)室一端的金屬外殼上開(kāi)有一個(gè)供樣品測(cè)試桿出入的孔；樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)由軌道、電機(jī)和設(shè)在軌道上可以沿軌道運(yùn)動(dòng)的卡子構(gòu)成，軌道與樣品測(cè)試桿出入孔相對(duì)應(yīng)設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種永磁式磁熱效應(yīng)直接測(cè)量?jī)x器，其特征是它包括恒溫系統(tǒng)、永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)、樣品測(cè)試桿、樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)、溫度測(cè)量系統(tǒng)，恒溫系統(tǒng)包括封閉的金屬外殼，在金屬外殼中設(shè)有壓縮機(jī)制冷裝置和半導(dǎo)體制冷制熱裝置，在恒溫系統(tǒng)的有效溫度控制區(qū)域內(nèi)設(shè)有測(cè)試桿移動(dòng)室，永磁磁場(chǎng)系統(tǒng)套在測(cè)試桿移動(dòng)室外；樣品測(cè)試桿用絕緣材料制成，其頂端設(shè)有帶端蓋的樣品室；溫度測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)溫傳感器和計(jì)算機(jī)組成，測(cè)溫傳感器設(shè)在樣品室內(nèi)，其引線通過(guò)導(dǎo)線沿測(cè)試桿側(cè)邊的凹形導(dǎo)線通道引出測(cè)試桿，與計(jì)算機(jī)相連；在對(duì)著測(cè)試桿移動(dòng)室一端的金屬外殼上開(kāi)有一個(gè)孔；樣品測(cè)試桿移動(dòng)系統(tǒng)由軌道、電機(jī)和設(shè)在軌道上的卡子構(gòu)成，軌道與金屬外殼上的孔相對(duì)應(yīng)設(shè)置。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行成本低，測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、重復(fù)性好。
文檔編號(hào)G01R33/12GK1657968SQ20051005404
公開(kāi)日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月5日
發(fā)明者黃焦宏, 徐來(lái)自, 金培育, 劉金榮, 楊保榮, 楊文志, 邱巨峰 申請(qǐng)人:包頭稀土研究院