CN110146830A - 低温磁热效应测量仪用均温导热装置及控温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温磁热效应测量仪用均温导热装置，包括：通过导线相连接的加热部件和功率调节器，以及液氮罐、导热板、导热管，液氮罐在底部设置有内凹筒，在顶部设置有开口，内凹筒的内壁上设置有内螺纹；导热管在中部设置有环台，在环台上部的外壁上固定有连接螺纹套；导热板在中心处开有通孔，导热板利用通孔套装在环台上部的导热管上，导热板位于连接螺纹套的下部；导热管的上端伸入内凹筒，通过连接螺纹套连接在内凹筒的内螺纹上；导热管在侧壁上设置有卡口，加热部件嵌装在卡口内。本发明还公开了一种低温磁热效应测量仪控温方法。本发明能够实现恒温和缓慢升温/降温的控制要求。

Description

低温磁热效应测量仪用均温导热装置及控温方法

技术领域

本发明涉及一种低温磁热效应测量仪，具体是，涉及一种低温磁热效应测量仪用均温导热装置及控温方法。

背景技术

室温磁制冷是一种固态制冷技术，是有望取代传统的气体压缩式制冷技术的新型制冷技术。随着新材料新技术的发展，最近十几年，室温磁制冷技术开发受到各国普遍重视，并且取得长足进展，该项技术符合当今可持续发展的时代要求。

室温及中低温磁制冷机所用的制冷介质是固体材料，衡量材料磁热性能的参数为等温磁熵变和绝热温变，通常测量方法分为直接测量法和间接测量法，间接测量法通常耗时而且测量成本较高，直接测量法快速方便，测量成本低。名称：永磁式磁热效应直接测量仪器，专利号200520008166.4的应用充分说明这一点。但该产品只能测量室温附近的磁热材料性能，中低温磁热效应直接测量装置尚未出现，不利于中低温磁热材料的研究开发。

根据磁热效应原理，磁热材料在变化的磁场作用下，会产生升温或降温的现象。采用固定式磁场系统磁热效应测量仪，由样品进出磁场产生磁场变化，因此需要样品移动进出磁场。样品杆前端有样品室，其内放置样品。样品随样品杆移动进出磁场，样品上粘贴的温度传感器采集温度变化信号。测量时需要采集不同温度点下的磁热效应，因此需要在不同温度点下反复进出磁场。

测量样品时往往由于导热管内温度不均匀会引入测量误差。通常导热管热量从一端传递到另一端，极易从一端到另一端形成温度梯度。当测量样品时需要样品从磁场区移动到非磁场区，即从一端移到另一端，样品环境温度的差别极易传递给样品，与样品自身的磁热效应温变值叠加，引入测量误差。尤其在升温/降温速度较大时，误差会更大。通常测量时采用缓慢升温/降温方式，以减少导热管内的温度梯度，降低引入的误差值，但很难消除这方面的误差。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种低温磁热效应测量仪用均温导热装置及控温方法，能够实现恒温和缓慢升温/降温的控制要求。

技术方案如下：

一种低温磁热效应测量仪用均温导热装置，包括：通过导线相连接的加热部件和功率调节器，还包括：液氮罐、导热板、导热管，液氮罐在底部设置有内凹筒，在顶部设置有开口，内凹筒的内壁上设置有内螺纹；导热管在中部设置有环台，在环台上部的外壁上固定有连接螺纹套；导热板在中心处开有通孔，导热板利用通孔套装在环台上部的导热管上，导热板位于连接螺纹套的下部；导热管的上端伸入内凹筒，通过连接螺纹套连接在内凹筒的内螺纹上；导热管在侧壁上设置有卡口，加热部件嵌装在卡口内。

进一步，导热板、导热管、连接螺纹套的材质为铜。

进一步，开口处设置有法兰，开口处设置有法兰板，法兰板利用螺栓和法兰相连接。

进一步，开口设置螺纹旋塞。

进一步，环台将导热板压紧在液氮罐的底部，导热管通过导热板、连接螺纹套与上部的液氮罐紧密接触。

进一步，功率调节器通过导线连接上位机，功率调节器通过调节输出功率控制加热部件的温度高低。

一种低温磁热效应测量仪控温方法，包括：

当使用低温磁热效应测量仪测量材料磁热效应时，将装有样品的样品杆在导热管内上下移动；

当需要调节导热管的内部温度时，上位机发出指令给功率调节器，功率调节器调节输出功率，加热部件改变输出温度；

液氮的温度通过导热板以及连接螺纹套的接触面从导热管中部向导热管两端部传递，保持导热管的上下端的温度环境相同。

优选的，当需要实现缓慢升温、降温或恒温测量时，由上位机发出控制指令，通过调节功率调节器输出功率给加热部件。

优选的，当测量样品磁热效应时，样品在导热管内上下移动，通过改变功率调节器的输出功率实现改变样品环境温度。

本发明技术效果包括：

1、当带样品的样品杆在管中上下移动时，样品的环境温度基本相同，有利于提高测量精度。

导热管由中部的与导热板接触部位以及螺纹接触部位形成由中部向两端传热的方式，在导热管两端内形成基本相同的温度环境。

从低温磁热效应测量仪整机角度看，导热管均分为上下两部分，上半部分插入液氮罐的内凹筒内，下半部分处于磁场中，这种设计不仅使整机结构紧凑，而且这种从中部向两端传热方式更有利于导热管两端温度基本相同。另外这种内凹插入式设计，使整机结构紧凑，当样品在导热管内上下移动时具有基本相同的环境温度，减少误差引入，有利于提高测量精度。

2、材料磁热效应测量通常要求样品在恒定温度或缓慢升温/降温过程中进行，以减少环境温度变化引起测量误差增大的影响。本发明能够实现恒温和缓慢升温/降温的控制要求。制冷采用液氮实现，加热采用加热部件实现。

3、根据磁热效应原理，样品要经历磁化或退磁过程来产生磁热效应。对于这种固定磁场式磁热效应测量仪，可以通过移动样品进入磁场或从磁场中拉出产生磁化或退磁过程。因此要求样品从导热管一端移动到另一端。为了提高测量精度，要求样品环境温度基本相同。当测量材料磁热效应时，装有样品的样品杆在导热管内上下移动，这样样品周围环境温度保持基本相同。本发明配套在真空状态下时，与其他用液氮冷却的装置相比，液氮消耗较小，有利于降低测量成本。

附图说明

图1是是本发明中低温磁热效应测量仪用均温导热装置的结构示意图；

图2是本发明中低温磁热效应测量仪用均温导热装置的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。

如图1所示，是本发明中低温磁热效应测量仪用均温导热装置的结构示意图；如图2所示，是本发明中低温磁热效应测量仪用均温导热装置的剖面结构示意图。

低温磁热效应测量仪通常需要借助于液氮来达到较低的温度，本发明适用于液氮制冷的低温磁热效应测量仪的导热装置。低温磁热效应测量仪用均温导热装置的结构包括：液氮罐1、导热板2、导热管3、加热部件4、功率调节器5。

液氮罐1在底部设置有内凹筒11，在顶部设置有开口12，内凹筒11设置有内螺纹。液氮罐1用于存储液氮，导热管3与液氮罐1采用螺纹连接。开口12处设置有法兰13，开口12处设置有法兰板，利用螺栓和法兰13相连接。也可以采用在开口12设置螺纹旋塞。

导热板2的材质为铜，在中心处开有通孔。

导热管3的材质为铜，在中部设置有环台32，在环台32上部的导热管3的外壁上固定有连接螺纹套31，连接螺纹套31的材质为铜。导热板2利用通孔套装在环台32上部的导热管3上，导热板2位于连接螺纹套31的下部。导热管3的上端伸入内凹筒11，通过连接螺纹套31连接在内凹筒11的内螺纹上。环台32将导热板2压紧在液氮罐1的底部。导热管3通过导热板2、连接螺纹套31与上部的液氮罐1紧密接触，用于将液氮的温度传递到导热管3上，导热板2和连接螺纹套31从导热管3中部向导热管3两端传递热量，在导热管3内上下端形成基本相同的温度环境。当测量样品磁热效应时，样品在导热管3内移动，样品周围的环境温度保持基本相同，有利于提高测量精度。

导热管3在侧壁上设置有卡口，加热部件4嵌装在卡口内。本发明的温度控制部分由加热部件4及功率调节器5实现，与液氮制冷配合共同实现调温和控温目的。加热部件4通过导线与功率调节器5相连接，功率调节器5通过导线连接上位机(计算机)。功率调节器5通过调节输出功率控制加热部件4的温度高低。

本发明使用时，制冷采用液氮，制热采用加热部件4，当导热管3需要恒温或缓慢升温/降温时，通过调节功率调节器5输出适当功率即可实现。液氮的温度通过导热板2以及连接螺纹套31接触面从导热管3中部向导热管3两端部传递，在导热管3内上下端形成基本相同的温度环境。为了提高测量精度，有时要求样品环境温度恒定或在缓慢升温/降温过程中进行，通过功率调节器5输出适当的功率来调节加热功率，实现调温和控温的目的。

低温磁热效应测量仪控温方法，具体包括以下步骤：

步骤1：当使用低温磁热效应测量仪测量材料磁热效应时，将装有样品的样品杆在导热管3内上下移动；

步骤2：当需要调节导热管3的内部温度时，上位机发出指令给功率调节器5，功率调节器5调节输出功率，加热部件4改变输出温度；

步骤3：液氮的温度通过导热板2以及连接螺纹套31的接触面从导热管3中部向导热管3两端部传递，保持导热管3的上下端的温度环境相同。

当需要实现缓慢升温、降温或恒温测量时，由上位机发出控制指令，通过调节功率调节器5输出适当的功率给加热部件4。当测量样品磁热效应时，样品在导热管内上下移动，通过改变功率调节器5的输出功率实现改变样品环境温度。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种低温磁热效应测量仪用均温导热装置，包括：通过导线相连接的加热部件和功率调节器，其特征在于，还包括：液氮罐、导热板、导热管，液氮罐在底部设置有内凹筒，在顶部设置有开口，内凹筒的内壁上设置有内螺纹；导热管在中部设置有环台，在环台上部的外壁上固定有连接螺纹套；导热板在中心处开有通孔，导热板利用通孔套装在环台上部的导热管上，导热板位于连接螺纹套的下部；导热管的上端伸入内凹筒，通过连接螺纹套连接在内凹筒的内螺纹上；导热管在侧壁上设置有卡口，加热部件嵌装在卡口内。

2.如权利要求1所述低温磁热效应测量仪用均温导热装置，其特征在于，导热板、导热管、连接螺纹套的材质为铜。

3.如权利要求1所述低温磁热效应测量仪用均温导热装置，其特征在于，开口处设置有法兰，开口处设置有法兰板，法兰板利用螺栓和法兰相连接。

4.如权利要求1所述低温磁热效应测量仪用均温导热装置，其特征在于，开口设置螺纹旋塞。

5.如权利要求1所述低温磁热效应测量仪用均温导热装置，其特征在于，环台将导热板压紧在液氮罐的底部，导热管通过导热板、连接螺纹套与上部的液氮罐紧密接触。

6.如权利要求1所述低温磁热效应测量仪用均温导热装置，其特征在于，功率调节器通过导线连接上位机，功率调节器通过调节输出功率控制加热部件的温度高低。

7.一种低温磁热效应测量仪控温方法，包括：

当使用低温磁热效应测量仪测量材料磁热效应时，将装有样品的样品杆在导热管内上下移动；

当需要调节导热管的内部温度时，上位机发出指令给功率调节器，功率调节器调节输出功率，加热部件改变输出温度；

液氮的温度通过导热板以及连接螺纹套的接触面从导热管中部向导热管两端部传递，保持导热管的上下端的温度环境相同。

8.如权利要求7所述低温磁热效应测量仪控温方法，其特征在于，当需要实现缓慢升温、降温或恒温测量时，由上位机发出控制指令，通过调节功率调节器输出功率给加热部件。

9.如权利要求7所述低温磁热效应测量仪控温方法，其特征在于，当测量样品磁热效应时，样品在导热管内上下移动，通过改变功率调节器的输出功率实现改变样品环境温度。