CN113899780A - 一种磁热效应高通量表征系统及表征方法 - Google Patents
一种磁热效应高通量表征系统及表征方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113899780A CN113899780A CN202010573046.8A CN202010573046A CN113899780A CN 113899780 A CN113899780 A CN 113899780A CN 202010573046 A CN202010573046 A CN 202010573046A CN 113899780 A CN113899780 A CN 113899780A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- halbach magnet
- magnet array
- annular halbach
- magnetocaloric effect
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims description 6
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 26
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 7
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 38
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
本发明提供了一种磁热效应高通量表征系统及表征方法。该系统包括用于放置若干磁性材料样品的样品容纳装置，双层环形海尔贝克磁铁阵列，红外测温装置和控制装置；样品容纳装置设置在双层环形海尔贝克磁铁阵列的环形中心，通过控制环形海尔贝克磁铁阵列的相对旋转控制磁场大小，环形中心区域具有均匀强度的磁场。该系统具有非接触式、可靠、高效的优点，可同时测量多个磁性样品的绝热温度以及其循环稳定性，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料技术领域，具体涉及一种磁热效应高通量表征系统及表征方法。
背景技术
随着社会发展和生活水平的提高，制冷技术在国民生产和人们的日常生活中发挥着重要作用。基于气体压缩的传统制冷技术目前仍存在效率低下、工作噪声大、体积庞大等缺点。在蒙特利尔协定书和京都协定书签订以后，磁制冷这种高效环保的新型固态制冷技术正得到全世界的广泛关注。磁制冷技术是以磁性材料为固态制冷剂，利用磁工质在绝热加磁和退磁过程中发生温度变化而制冷。
磁热效应主要通过等温熵变和绝热温变这两个关键参数来表征，其中绝热温变直接关系到制冷机的制冷能力和制冷温度范围，是评价磁制冷性能的最重要参数之一。绝热温变可以通过间接测量或直接测量获得。间接测量是通过测量加载磁场过程中比热容的变化计算绝热温变，该方法测量周期长，并且可能引起无法避免的计算误差。直接测量是接触式测量方法，主要是利用连接在样品上的温度传感元件测定绝热温变，但是磁性材料相变过程中往往伴随着体积变化，造成传感元件松动和漏热；此外，信号转换滞后、空间分辨率差、只能单样品测量等因素都会限制接触式测量方法在样品表征中的应用。
具有磁热效应的磁性材料体系和数量庞大，当需要从大量的磁性材料中筛选具有优异磁热效应的材料时，传统测试手段可靠性不足、效率低下，不利于新材料开发。此外，对于磁性材料的实际应用，磁热效应的循环稳定性与磁热效应本身同样重要。关于循环稳定性，传统测定方法耗时长，且无法多样品表征，目前缺少一种高效可行的非接触式表征手段直接测定多样品循环过程中的绝热温变。因此，高通量的磁热效应表征及高效的磁热效应循环稳定性测试是本领域技术人员攻关的技术难题之一。
发明内容
针对上述技术现状，本发明旨在提供一种可靠、高效的磁热效应高通量表征系统。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种磁热效应高通量表征系统，包括样品容纳装置，双层环形海尔贝克磁铁阵列，红外测温装置和控制装置；
双层环形海尔贝克磁铁阵列由两层组成，分别是内层环形海尔贝克磁铁阵列与外层环形海尔贝克磁铁阵列，外层环形海尔贝克磁铁阵列同轴套接在内层环形海尔贝克磁铁阵列外围，并且在驱动装置作用下其中一层环形海尔贝克磁铁阵列相对于另一层环形海尔贝克磁铁阵列可转动，转速称为环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速；
所述样品容纳装置用于放置若干磁性材料样品；
所述样品容纳装置设置在双层环形海尔贝克磁铁阵列的环形中心，通过控制所述转动控制磁场大小，环形中心区域具有匀强磁场；
所述红外测温装置用于非接触式测量磁性样品的温度；
所述控制装置用于控制磁场。
所述驱动装置不限，可以是电机、压缩气体、传动带等。
所述样品容纳装置可容纳的样品数目不限，作为优选，可容纳两个以上样品，作为进一步优选，可容纳十个以上样品，更优选为可容纳五十个以上样品。
所述样品容纳装置结构不限，可以为插槽结构，层状结构等。
所述样品容纳装置的材料不限，优选为低导热材料，例如低导热树脂、陶瓷、塑料等，以减少样品热损失，提高测试准确性。
作为一种实现方式，在驱动装置作用下其中一层环形海尔贝克磁铁阵列转动，另一层环形海尔贝克磁铁阵列静止。
作为另一种实现方式，在驱动装置作用下其中一层环形海尔贝克磁铁阵列以第一转速转动，另一层环形海尔贝克磁铁阵列以第二转速转动，第一转速与第二转速不同。
作为一种实现方式，通过控制环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速控制磁场的变化速率。
作为一种实现方式，所述控制装置通过控制驱动装置的驱动力大小控制环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速，从而控制磁场的变化速率。
所述控制装置可设定控制程序反复加载磁场，从而测量多样品磁热效应的循环稳定性。
利用本发明的表征系统对磁性样品进行磁热效应表针的方法如下：
(1)将若干磁性样品置于样品容纳装置中；
(2)通过控制装置调控驱动装置的驱动力大小，从而控制环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速，使环形中心的磁场发生变化，在此过程中红外测温装置记录样品温度，变化前后的温度差即为该磁场变化过程中的绝热温变。
作为优选，还包括如下步骤(3)：
(3)在控制装置中通过程序设定自动重复步骤(1)与(2)数次，用于测量若干样品磁热效应的循环稳定性。
与现有技术相比，本发明提供的磁热效应表征系统具有如下有益效果：
(1)使用双层环形海尔贝克磁铁阵列，可通过驱动装置使其中一层环形海尔贝克磁铁阵列相对于另一层环形海尔贝克磁铁阵列产生转动，通过控制装置调节转速实现不同的磁场方向与大小；
(2)样品容纳装置可容纳若干样品，在一次测量中可同时对若干磁性样品加载磁场与测量温度，从而可同时表征若干样品的磁热效应，实现高通量表征；
(3)使用红外测温装置实现非接触式测量磁性样品，具有高可靠，高空间分辨率和高响应频率；
(4)通过控制装置的程序设计可实现反复加载磁场，从而测量多样品磁热效应的循环稳定性。
因此，本发明的磁热效应表征系统具有非接触式、可靠、高效的优点，可测量磁性样品的绝热温度以及其循环稳定性，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1中的磁热效应高通量表征系统结构示意图。
图2是本发明实施例1中五个样品在一次磁场循环中的红外测温图像。
图3是本发明实施例1中五个样品在一次磁场循环中测得的绝热温变数据。
图4是发明实施例1中1号样品在十万次磁场循环中的绝热温变随循环次数变化。
图1中的附图标记为：红外测温装置1、双层环形海尔贝克磁铁阵列2、样品容纳装置3、控制装置4。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1：
如图1所示，磁热效应高通量表征系统包括红外测温装置1双层环形海尔贝克磁铁阵列2，样品容纳装置3和控制装置4。
样品容纳装置采用PVC塑料制得，呈圆柱形插槽结构，其插槽呈放射状，由四层组成，自放射中心往外，各层依次可容纳1、8、15、24个样品。
双层环形海尔贝克磁铁阵列由两层组成，分别是内层环形海尔贝克磁铁阵列与外层环形海尔贝克磁铁阵列，外层环形海尔贝克磁铁阵列同轴套接在内层环形海尔贝克磁铁阵列外围，外层环形海尔贝克磁铁阵列静止，在电机驱动装置作用下内层环形海尔贝克磁铁阵列可转动，从而可使磁场大小发生变化。通过控制电机可控制转速，从而调控磁场的变化速率。样品容纳装置置于双层环形海尔贝克磁铁阵列的环形中心，当内层环形海尔贝克磁铁阵列施加磁场时，该环形中心区域具有均匀强度的磁场。
红外测温装置用于非接触式测量磁性样品的温度。
控制装置为计算机，可设置电机转速实现磁场调控，并且设置控制程序反复加载磁场，从而测量多样品磁热效应的循环稳定性。
利用该磁热效应高通量表征系统测量五个成分不同的磁性材料粉末La0.7Ce0.3Fe11.6-xMnxSi1.4H(0<x<0.6)的绝热温变，该五个样品分别编号为1号、2号、3号、4号、5号，具体测量如下：
(1)将该五个成分不同的粉末样品分别放入样品容纳装置插槽中的五个位置，将插槽置于双层环形海尔贝克磁铁阵列的环形中心；
(2)在计算机中通过程序设定电机转速自0Hz增大至1Hz，然后再减小至0Hz，内层环形海尔贝克磁铁阵列相对于外层环形海尔贝克磁铁阵列旋转，对五个成分不同的粉末样品施加的磁场大小自0T增大至1.3T，然后再减小至0T；
在此过程中，红外测温探头对准样品，调节焦距，识别样品位置，进行非接触式测量，获得磁场加载和卸载过程中五个样品的红外测温图像，如图2所示，样品不同的亮度代表其不同的表面温度；
(3)通过程序设定自动重复步骤(1)与(2)十万次，测量多样品磁热效应的循环稳定性；
(4)关闭测试系统电源，通过计算机系统分析数据，得到单次和多次循环中样品的绝热温变，分析不同成分样品的绝热温变大小和循环稳定性。
图3和图4分别是1号样品在一次磁场循环中测得的绝热温变数据，以及在十万次磁场循环中的绝热温变随循环次数变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁热效应高通量表征系统，其特征是：包括样品容纳装置，双层环形海尔贝克磁铁阵列，红外测温装置和控制装置；
双层环形海尔贝克磁铁阵列由两层组成，分别是内层环形海尔贝克磁铁阵列与外层环形海尔贝克磁铁阵列，外层环形海尔贝克磁铁阵列同轴套接在内层环形海尔贝克磁铁阵列外围，并且在驱动装置作用下其中一层环形海尔贝克磁铁阵列相对于另一层环形海尔贝克磁铁阵列可转动，转速称为环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速；
所述样品容纳装置用于放置若干磁性材料样品；
所述样品容纳装置设置在双层环形海尔贝克磁铁阵列的环形中心，通过控制所述转动控制磁场大小，环形中心区域具有匀强磁场；
所述红外测温装置用于非接触式测量磁性样品的温度；
所述控制装置用于控制磁场。
2.如权利要求1所述的磁热效应高通量表征系统，其特征是：所述样品容纳装置可容纳两个以上样品，优选可容纳十个以上样品，更优选可容纳五十个以上样品。
3.如权利要求1所述的磁热效应高通量表征系统，其特征是：所述样品容纳装置为插槽结构或者层状结构。
4.如权利要求1所述的磁热效应高通量表征系统，其特征是：所述样品容纳装置由低导热材料构成；
作为优选，所述低导热材料为低导热树脂、陶瓷或者塑料。
5.如权利要求1所述的磁热效应高通量表征系统，其特征是：在驱动装置作用下其中一层环形海尔贝克磁铁阵列转动，另一层环形海尔贝克磁铁阵列静止；
或者，在驱动装置作用下其中一层环形海尔贝克磁铁阵列以第一转速转动，另一层环形海尔贝克磁铁阵列以第二转速转动，第一转速与第二转速不同。
6.如权利要求1所述的磁热效应高通量表征系统，其特征是：所述驱动装置包括电机、压缩气体、传动带中的一种或者几种。
7.如权利要求1所述的磁热效应高通量表征系统，其特征是：通过控制环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速控制磁场的变化速率；
作为优选，所述控制装置通过控制驱动装置的驱动力大小控制环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速。
8.如权利要求1所述的磁热效应高通量表征系统，其特征是：所述控制装置设定控制程序反复加载磁场，从而测量样品磁热效应的循环稳定性。
9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的磁热效应高通量表征系统的表征方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)将若干磁性样品置于样品容纳装置中；
(2)通过控制装置调控驱动装置的驱动力大小，从而控制环形海尔贝克磁铁阵列的相对转速，使环形中心的磁场发生变化，在此过程中红外测温装置记录样品温度，变化前后的温度差即为该磁场变化过程中的绝热温变。
10.如权利要求9所述的磁热效应高通量表征系统的表征方法，其特征是：包括如下步骤(3)：
(3)在控制装置中通过程序设定自动重复步骤(1)与(2)数次，用于测量若干样品磁热效应的循环稳定性。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010573046.8A CN113899780A (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种磁热效应高通量表征系统及表征方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010573046.8A CN113899780A (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种磁热效应高通量表征系统及表征方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113899780A true CN113899780A (zh) | 2022-01-07 |
Family
ID=79186095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010573046.8A Pending CN113899780A (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种磁热效应高通量表征系统及表征方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113899780A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024063395A1 (ko) * | 2022-09-20 | 2024-03-28 | 한국재료연구원 | 자기열량소재 특성평가장치 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103163177A (zh) * | 2013-03-07 | 2013-06-19 | 包头稀土研究院 | 磁热效应测量系统及方法 |
| CN106148765A (zh) * | 2015-04-07 | 2016-11-23 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | Ni2FeGa类应力制冷材料及其制备方法与应用 |
| CN106373701A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-01 | 南京大学 | 一种复合式室温磁制冷机用双腔永磁磁场系统 |
| CN107586999A (zh) * | 2016-07-08 | 2018-01-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 具有高弹热稳定性的镍基合金及其制备方法与应用 |
| CN108052764A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-18 | 西安交通大学 | 一种环形Halbach永磁阵列的磁场建模方法 |
| CN109416409A (zh) * | 2016-06-01 | 2019-03-01 | 劳伦斯利弗莫尔国家安全有限公司 | 海尔贝克阵列 |
-
2020
- 2020-06-22 CN CN202010573046.8A patent/CN113899780A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103163177A (zh) * | 2013-03-07 | 2013-06-19 | 包头稀土研究院 | 磁热效应测量系统及方法 |
| CN106148765A (zh) * | 2015-04-07 | 2016-11-23 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | Ni2FeGa类应力制冷材料及其制备方法与应用 |
| CN109416409A (zh) * | 2016-06-01 | 2019-03-01 | 劳伦斯利弗莫尔国家安全有限公司 | 海尔贝克阵列 |
| CN107586999A (zh) * | 2016-07-08 | 2018-01-16 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 具有高弹热稳定性的镍基合金及其制备方法与应用 |
| CN106373701A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-01 | 南京大学 | 一种复合式室温磁制冷机用双腔永磁磁场系统 |
| CN108052764A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-18 | 西安交通大学 | 一种环形Halbach永磁阵列的磁场建模方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 瞿玉海: "Ni-Mn基磁形状记忆合金的磁结构相变调控及热效应研究", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》, 31 July 2019 (2019-07-31), pages 15 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024063395A1 (ko) * | 2022-09-20 | 2024-03-28 | 한국재료연구원 | 자기열량소재 특성평가장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aprea et al. | The energy performances of a rotary permanent magnet magnetic refrigerator | |
| Kamran et al. | Review on the developments of active magnetic regenerator refrigerators–evaluated by performance | |
| Gschneidner Jr et al. | Rare earths and magnetic refrigeration | |
| Aprea et al. | A comparison between rare earth and transition metals working as magnetic materials in an AMR refrigerator in the room temperature range | |
| Crossley et al. | Electrocaloric cooling cycles in lead scandium tantalate with true regeneration via field variation | |
| CN103163177A (zh) | 磁热效应测量系统及方法 | |
| Tagliafico et al. | Preliminary experimental results from a linear reciprocating magnetic refrigerator prototype | |
| CN113899780A (zh) | 一种磁热效应高通量表征系统及表征方法 | |
| CN106442619B (zh) | 一种双通道室温磁热效应直接测量仪与方法 | |
| Gao et al. | Experimental investigation on refrigeration performance of a reciprocating active magnetic regenerator of room temperature magnetic refrigeration | |
| He et al. | Design and performance of a room-temperature hybrid magnetic refrigerator combined with Stirling gas refrigeration effect | |
| Li et al. | Influence of timing between magnetic field and fluid flow in a rotary magnetic refrigerator | |
| US11175251B2 (en) | Product performance test method and system | |
| Wang et al. | High-throughput characterization of the adiabatic temperature change for magnetocaloric materials | |
| Ghahremani et al. | Design and instrumentation of an advanced magnetocaloric direct temperature measurement system | |
| Zheng et al. | Dynamical response of Gadolinium in alternating magnetic fields up to 9Hz | |
| CN112577994A (zh) | 磁热效应测量系统及测量方法 | |
| CN109991271B (zh) | 带参比温度的磁热效应测量仪及测量方法 | |
| CN215446948U (zh) | 评价室温磁制冷材料制冷能力的热交换装置 | |
| CN105973924A (zh) | 一种超导材料超导转变温度测量方法 | |
| Shir et al. | Modeling of magnetization and demagnetization in magnetic regenerative refrigeration | |
| Liang et al. | Characterization of freeze-cast micro-channel monoliths as active and passive regenerators | |
| Barbosa Jr et al. | Magnetocaloric refrigeration research at the INCT in Cooling and Thermophysics | |
| CN104535344B (zh) | 测量直线型脉冲管制冷机制冷性能的标准杜瓦及制造方法 | |
| Liu et al. | Dynamical Response of Gadolinium in Alternating Magnetic Fields Up to 9 Hz |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |