CN1657968A

CN1657968A - 永磁式磁热效应直接测量仪器

Info

Publication number: CN1657968A
Application number: CN 200510054046
Authority: CN
Inventors: 黄焦宏; 徐来自; 金培育; 刘金荣; 杨保荣; 杨文志; 邱巨峰
Original assignee: Baotou Rare Earth Research Institute
Current assignee: Baotou Rare Earth Research Institute
Priority date: 2005-03-05
Filing date: 2005-03-05
Publication date: 2005-08-24

Abstract

本发明涉及一种永磁式磁热效应直接测量仪器，其特征是：它包括恒温系统、永磁磁场系统、样品测试杆、样品测试杆移动系统、温度测量系统，恒温系统包括封闭的金属外壳，在金属外壳中设有压缩机制冷装置和半导体制冷制热装置，在恒温系统的有效温度控制区域内设有测试杆移动室，永磁磁场系统套在测试杆移动室外；样品测试杆用绝缘材料制成，其顶端设有带端盖的样品室；温度测量系统由测温传感器和计算机组成，测温传感器设在样品室内，其引线通过导线沿测试杆侧边的凹形导线通道引出测试杆，与计算机相连；在对着测试杆移动室一端的金属外壳上开有一个孔；样品测试杆移动系统由轨道、电机和设在轨道上的卡子构成，轨道与金属外壳上的孔相对应设置。其优点是结构简单，操作简便，运行成本低，测量数据真实可靠，精度高、运行稳定、重复性好。

Description

永磁式磁热效应直接测量仪器

一、技术领域：本发明涉及一种永磁式磁热效应直接测量仪器。

二、背景技术：磁制冷是以磁性材料为工作物质的制冷技术，是由材料自身的磁热效应来实现制冷的。磁热效应是磁性材料的一种固有特性，它是由外磁场的变化引起材料内部磁熵的改变，并伴随着材料吸热、放热，以此达到制冷目的。在居里温度附近，材料的磁热效应参数达到最大。一般用等温磁熵变|ΔS_M|或绝热磁化温变ΔT_ad两个参数来表征材料的磁热效应。等温磁熵变|ΔS_M|是材料的内禀性质，而绝热磁化温变ΔT_ad是材料的表观性质，能直观反映材料的制冷能力，更具有实际意义。

目前测量材料磁热效应的方法有直接测量法和间接测量法两种。间接测量是先测得材料不同温度的磁场强度和比热，然后通过麦克斯威方程计算得出其等温磁熵变ΔS_M和绝热磁化温变ΔT_ad。直接测量是利用温度传感器直接测量磁致冷材料绝热磁化前后的温度值，从而得出材料的绝热磁化温变ΔT的方法。对于直接测量方法中采用的装置，已有报道用电磁磁场和脉冲磁场提供磁场的仪器等，但此仪器具有以下缺点：1、设备的成本和运行费用高；2、装置结构复杂，操作繁琐；3、采用电磁场或脉冲磁场只能通过改变电流的大小来实现磁场变化，存在驰豫时间，影响材料磁热效应参数的测量。

三、发明内容：本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种结构简单，操作简便，运行成本低，测量数据真实可靠，精度高、运行稳定、重复性好的永磁式磁热效应直接测量仪器。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发明包括恒温系统、永磁磁场系统、样品测试杆、样品测试杆移动系统、温度测量系统，恒温系统包括封闭的金属外壳，在金属外壳中设有压缩机制冷装置和半导体制冷制热装置，在恒温系统的有效温度控制区域内设有测试杆移动室，永磁磁场系统套在测试杆移动室外，其磁场为均匀的永磁磁场；样品测试杆用绝缘材料制成，其顶端设有带端盖的样品室；温度测量系统由测温传感器和计算机组成，测温传感器设在样品室内，其引线通过导线沿测试杆侧边的凹形导线通道引出测试杆，与计算机相连；在对着测试杆移动室一端的金属外壳上开有一个供样品测试杆出入的孔；样品测试杆移动系统由轨道、电机和设在轨道上可以沿轨道运动的卡子构成，轨道与样品测试杆出入孔相对应设置。

上述永磁磁场系统是采用聚磁半闭合磁路设计，用永磁材料(可以为NdFeB、SmCo系、SmFeN系等永磁材料)组装而成的永磁体磁场系统(永磁体可以做成扇形、方形、多边形。磁场工作空间的形状可以做成圆形、椭圆形、方形、多边形等多种形状)，其目的是为测量仪器提供稳定的、均匀的永磁磁场；测试杆移动室由金属管制成，与永磁磁场系统之间添有隔热材料，既可减少热量损失又可避免过高温度对永磁材料磁性能的影响；样品室内壁附有隔热材料，或将样品室内部设计成双层抽真空，以保证样品良好的绝热条件。

本发明的优点是：

1、结构简单，操作简便。本发明采用永磁体设计组装磁场系统，与脉冲磁场、超导磁场相比永磁体磁场系统结构简单，操作简便。

2、运行成本低，经济实用。本发明所设计的永磁体磁场系统，其磁场强度为1.4-2.0T，可以达到脉冲磁场所能提供的磁场强度，但在测试运行过程中不再需要电能，节省了大量的电能，同时也省去了脉冲磁场中冷却线圈所用的液氮。

3、测量数据真实可靠，精度高。一方面本发明在样品室内壁附有热绝缘材料，避免了样品在磁化过程中的热交换，因而使所测的绝热温度变化数据准确。另一方面，本发明的测温传感器紧贴于样品表面，并随样品一起移动，因而能准确测得样品磁化前后的温度值，从而得到材料的绝热磁化温度变化。

4、运行稳定、重复性好。本发明设计的钕铁硼永磁体磁场系统，一、其磁场强度值稳定不变，因而可以保证测量数据的重复性，二、本实用发明采用聚磁半闭合磁路设计，不同地方所用钕铁硼磁体的性能不同减少了退磁场的影响，有效地提高磁场的均匀性，从另一方面保证了测试数据的稳定性与重复性。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为永磁磁场系统的结构示意图；

图3为样品测试杆的结构示意图。

五、具体实施方式：参照附图，给出本发明的实施例。

本发明包括恒温系统、永磁磁场系统3、样品测试杆4、样品测试杆移动系统、温度测量系统。恒温系统包括封闭的金属外壳18，在金属外壳18中设有压缩机制冷装置和半导体制冷制热装置，在恒温系统的有效温度控制区域内设有测试杆移动室7，永磁磁场系统3套在测试杆移动室7外，其磁场为均匀的永磁磁场；样品测试杆7用绝缘材料制成，其顶端设有带端盖9的样品室5；温度测量系统由测温传感器11和计算机26组成，测温传感器11设在样品室19内，其引线通过导线12沿测试杆侧边的凹形导线通道引出测试杆4，与计算机26相连；在对着测试杆移动室7一端的金属外壳18上开有一个供样品测试杆4出入的孔；样品测试杆移动系统由轨道21、电机23和设在轨道21上可以沿轨道运动的卡子22构成，轨道21与样品测试杆出入孔相对应设置，金属外壳18可以是铁皮盒。

永磁磁场系统3包括磁铁轭板13、永磁材料14。磁铁轭板为厚度为4-20mm的低碳钢或纯铁的无缝管或由低碳钢板或纯铁板组成所需的形状，永磁材料为几种不同磁性能的高性能永磁材料，例如：钕铁硼永磁材料，永磁材料按照设计的磁路加工成设计需要的形状的磁体组，每组磁体紧贴磁轭内壁能组成一个完整的闭合形状的磁闭合环，且不同位置所采用的磁体的磁性能不同，1-15组闭合环组成永磁磁场系统，其工作空间19根据所设计的磁路可大可小。

恒温系统中的半导体制冷制热装置由L型金属(紫铜、黄铜、不锈钢、银、金等金属)板1竖直面的一面粘有半导体制冷制热片2构成；L型金属板1竖直面的另一面的中心位置焊接着由外径略小于磁场工作空间19的紫铜(黄铜、不锈钢、银、金等金属)管制成的测试杆移动室7，永磁磁场系统3套在测试杆移动室7外，并靠于L型金属板1，使测试杆移动室7处于磁场工作空间19中，且永磁磁场系统3与L型金属板1及测试杆移动室7之间均添有热绝缘材料，如聚氨酯泡沫材料，以防止高温影响永磁材料的磁性能。在L型金属板1水平面的下面紧贴着一个金属(紫铜、黄铜、不锈钢、银、金等金属)盒15，盒内设有由薄皮的金属(紫铜、黄铜、不锈钢、银、金等金属)管16制成的冷凝器，管16内通有氟氯烃，靠压缩机17压缩循环制冷。上述结构(除气体压缩机外)安装在铁皮盒18内，其间的所有缝隙用热绝缘材料密实填充，铁皮盒18的正面留有与测试杆移动室7外径大小相同的圆孔，以便样品测试杆4进出测试杆移动室7。这样组成了测量仪器的恒温系统，由压缩机和半导体制冷制热片两级制冷(制热)达到测试所要求的温度范围。(温度范围：-40——60℃)

样品测试杆4用尼龙或电木等绝缘材料制成，其顶端加工成内径为设计所要求的形状和大小的样品室5，端头内壁带有螺纹，端盖9沿螺纹旋进压紧样品。样品室5内壁附有热绝缘材料6，样品室5内远离开口端头的一面开有一Φ1mm的小孔20，以便导出连接测温传感器11引线的导线12，测温传感器11位于样品室5内，其引线通过导线12由孔20导出，沿测试杆4侧边的凹形导线通道引出测试杆4，与计算机26相连；

样品测试杆4通过不锈钢卡子22固定在轨道21上，卡子22在电机23带动下，可以沿轨道运动，卡子22带动样品测试杆4沿轨道运动，进出磁场实现磁场变化。样品进出磁场的位置由限位开关24控制，限位开关24粘于轨道21两端的相应位置。

温度测量系统的测温传感器11位于样品室5内，并用粘接剂粘于被测样品10表面的小块光滑平面处，并随被测样品10一起移动，综合考虑体积、响应时间及测量精度，本发明选用德国森西康公司的GW/GR2141型铂电阻测温元件。测温传感器11的引线通过导线12与计算机系统26相连，由计算机系统26采集处理测试数据。

测量时，首先将测温传感器11用粘接剂粘于被测样品10的光滑平面处，并一同放置于样品室5内，被测样品10四周再添加一层热绝缘材料8，旋紧样品室5顶端盖9压紧被测样品10，将样品测试杆4安放在不锈钢卡子22上夹紧，手动控制启动电机23，带动卡子22沿轨道21移动，将样品10送进永磁磁场系统3的合适位置。第二步，接通电源启动压缩机17及半导体制冷制热片2，同时开启计算机自动测试系统。第三步，设置测试参数，包括：样品编号、测试温度范围、测试温度步长(测试的温度间隔)，第四步，样品温度接近所设置的温度下限时，关闭压缩机制冷装置，温度由于惯性会下降得低于设定温度下限，然后开始逐渐升温，第五步，样品温度在升温的过程中达到所设定温度的下限时，计算机自动记录此温度值T1，同时自动控制启动电机23，带动卡子22沿轨道21移动，卡子22移动带动样品测试杆4一起移动，即可将被测样品带动移出永磁磁场系统3，移动的最终位置由限位开关24控制，被测样品10移出磁场，若被测样品10具有磁热效应，被测样品10开始降温，计算机自动测量系统按照测试软件程序的设计找到样品所降到的最低温度点，记录此温度值T2，第六步，计算机自动控制启动电机23，带动卡子22沿轨道21移动，卡子22移动带动样品测试杆4一起移动，即可将被测样品带动移进永磁磁场系统3，进入的具体位置由限位开关25控制。等待下个测量温度点，第七步，被测样品10温度继续升高，达到下一个测试温度点，重复第四步、第五步、第六步操作。就这样测量出一系列被测样品磁化前后的温度值T1、T2，温度数据经计算机处理，可绘出在一定磁场作用下，磁制冷材料温度T1与材料绝热磁化温度变化ΔT的关系曲线，即ΔT-T曲线。

Claims

1.一种永磁式磁热效应直接测量仪器，其特征是：它包括恒温系统、永磁磁场系统、样品测试杆、样品测试杆移动系统、温度测量系统，恒温系统包括封闭的金属外壳，在金属外壳中设有压缩机制冷装置和半导体制冷制热装置，在恒温系统的有效温度控制区域内设有测试杆移动室，永磁磁场系统套在测试杆移动室外，其磁场为均匀的永磁磁场；样品测试杆用绝缘材料制成，其顶端设有带端盖的样品室；温度测量系统由测温传感器和计算机组成，测温传感器设在样品室内，其引线通过导线沿测试杆侧边的凹形导线通道引出测试杆，与计算机相连；在对着测试杆移动室一端的金属外壳上开有一个供样品测试杆出入的孔；样品测试杆移动系统由轨道、电机和设在轨道上可以沿轨道运动的卡子构成，轨道与样品测试杆出入孔相对应设置。