RU136143U1

RU136143U1 - DEVICE FOR THERMOSTATING A MAGNET WITH A SAMPLE

Info

Publication number: RU136143U1
Application number: RU2013143081/28U
Authority: RU
Inventors: Рустем Султанхамитович Кашаев; Галиб Нассер Масиаб Ахмед
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2013-12-27

Abstract

1. Устройство термостатирования магнита с образцом, преимущественно релаксометра ядерного магнитного резонанса, содержащее термоблок, имеющий основание, первую и вторую батареи термоэлементов, блок управления, соединенный с источником питания и термодатчиком, отличающееся тем, что в него введены система предварительного охлаждения (нагрева) теплоносителя, циркулирующего в термоблоке, первый и второй радиаторы, тепло(холод)передающий элемент, N третьих батарей термоэлементов, N третьих радиаторов, при этом система предварительного охлаждения (нагрева) теплоносителя содержит первый и второй вентиляторы, установленные на оси электродвигателя, магнит с образцом установлен в термоблоке на основании, выполненном из теплоизолирующего материала, с возможностью образования, между магнитом и стенками термоблока, канала охлаждения (нагревания), в котором установлены второй вентилятор, вторая батарея термоэлементов, второй радиатор, N третьих батарей термоэлементов и N третьих радиаторов, причем первый вентилятор, первый радиатор и тепло(холод)передающий элемент установлены с внешней стороны термоблока, вторая батарея термоэлементов одной поверхностью контактирует со вторым радиатором, а другой поверхностью - с тепло(холод)передающим элементом, первая батарея термоэлементов одной поверхностью контактирует с тепло(холод)передающим элементом, а другой поверхностью - с первым радиатором, магнит с образцом расположен в термоблоке с возможностью охлаждения (нагревания) с помощью N третьих батарей термоэлементов, которые одной поверхностью контактируют с магнитом, а другой поверхностью - с соответствующими N треть1. Thermostatic control device of a magnet with a sample, mainly a nuclear magnetic resonance relaxometer, containing a fuser having a base, first and second batteries of thermocouples, a control unit connected to a power source and a temperature sensor, characterized in that a coolant pre-cooling (heating) system is introduced into it circulating in the fuser, the first and second radiators, heat (cold) transmitting element, N third thermocouple batteries, N third radiators, while the pre-cooling system The heating medium contains the first and second fans mounted on the axis of the electric motor, the magnet with the sample is installed in the fuser on the base made of heat-insulating material, with the possibility of forming, between the magnet and the walls of the fuser, a cooling (heating) channel in which the second a fan, a second battery of thermocouples, a second radiator, N third batteries of thermocouples and N third radiators, the first fan, the first radiator and heat (cold) transmitting element are installed in on the outside of the fuser, the second thermocouple battery contacts the second radiator with one surface and the heat (cold) transmitting element with the other surface, the first thermocouple battery contacts the heat (cold) transmitting element with the other surface and the first radiator with the other surface, magnet with the sample is located in a thermoblock with the possibility of cooling (heating) with the help of N third thermoelement batteries, which are in contact with the magnet on one surface and with the corresponding N third on the other surface

Description

Полезная модель относится к магнитно-резонансной радиоспектроскопии и предназначена для поддержания определенной температуры магнитной системы релаксометра ядерного магнитного резонанса (ЯМР).The utility model relates to magnetic resonance radio spectroscopy and is intended to maintain a certain temperature of the magnetic system of a nuclear magnetic resonance (NMR) relaxometer.

В технике ядерно-магнитной резонансной релаксометрии при работе с регулируемыми по температуре датчиками ЯМР, находящимися в зазоре магнита, существует ряд проблем: наличие градиента температур между образцом и магнитом; температурная зависимость поля магнита; неудобство регулирования температуры образца при нагреве и охлаждении, для чего обычно применяют проточную систему с испаряемым жидким азотом. Все это усложняет и удорожает систему, и что более существенно - снижает точность и оперативность измерений.In the technique of nuclear magnetic resonance relaxation when working with temperature-controlled NMR sensors located in the gap of the magnet, there are a number of problems: the presence of a temperature gradient between the sample and the magnet; temperature dependence of the magnet field; inconvenience of temperature control of the sample during heating and cooling, for which a flow system with evaporated liquid nitrogen is usually used. All this complicates and increases the cost of the system, and more significantly, it reduces the accuracy and efficiency of measurements.

Известно устройство термостатирования образца в спектрометре магнитного резонанса по патенту RU №2119675, МПК G01R 33/20, G01N 24/08, 27.09.1998, которое содержит приемо-передающую катушку и катушку градиента магнитного поля в каркасе, образующие термостатируемый объем, датчик температуры, соединенный с входом блока контроля температуры и нагревательный элемент. Для возможности активного регулирования и поддержания постоянной величины градиента температуры при заданной температуре и при ее изменении устройство дополнительно содержит два датчика температуры, нагревательный элемент, блок контроля градиента температуры и блок коммутации направления потока теплоносителя. В качестве теплоносителя, нагревающего (или охлаждающего) полезный объем датчика ЯМР. используется испаряемый из сосуда Дьюара газообразный азот.A device for temperature control of a sample in a magnetic resonance spectrometer according to patent RU No. 2119675, IPC G01R 33/20, G01N 24/08, 09/27/1998, which contains a transceiver coil and a magnetic field gradient coil in the frame, forming a thermostatic volume, a temperature sensor, connected to the input of the temperature control unit and a heating element. In order to be able to actively regulate and maintain a constant value of the temperature gradient at a given temperature and when it changes, the device further comprises two temperature sensors, a heating element, a temperature gradient control unit and a switching unit for the flow direction of the coolant. As a heat carrier, heating (or cooling) the useful volume of the NMR sensor. nitrogen gas vaporized from the Dewar vessel is used.

Недостатками устройства-аналога являются его сложность и громоздкость, значительный объем потребляемого жидкого азота, градиент температур в образце вдоль потока теплоносителя и между образцом и магнитом. В данном устройстве имеются безвозвратные потери тепла, два датчика температуры требуют дополнительного места в пространстве зазора магнита, что снижает частоту и однородность поля.The disadvantages of the analog device are its complexity and bulkiness, a significant amount of consumed liquid nitrogen, the temperature gradient in the sample along the coolant flow and between the sample and the magnet. This device has irreversible heat loss, two temperature sensors require additional space in the gap of the magnet, which reduces the frequency and uniformity of the field.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемой полезной модели является устройство термостатирования биологических образцов по патенту №2134416, МПК G01N 24/08, F25B 29/00, F25B 21/02, 10.08.1999. Устройство содержит термоблок, в тепловом контакте со стенками которого с двух сторон расположены холодные спаи термобатарей, основной и дополнительный водные теплообменники для охлаждения горячих спаев термобатарей, термостатирующую рубашку с исследуемым образцом, блок установки и поддержания заданной температуры хладоносителя, насос, переключатель потока хладоносителя, теплообменник для хладоносителя, дополнительный водный теплообменник для охлаждения термобатарей, находящийся в тепловом контакте с теплообменником для хладоносителя и последовательно соединенный с основным водным теплообменником, сильфон и нагреватель, связанный с блоком установки и поддержания температуры, причем один из выходов переключателя потока хладотеплоносителя подключен к одному из концов канала термоблока, в тепловом контакте со стенками которого расположены холодные спаи электрических термобатарей, другой выход переключателя потока соединен с входом теплообменника для хладоносителя, а его вход - с выходом насоса, вход которого соединен с одним из штуцеров термостатирующей рубашки, при этом другой конец канала термоблока соединен с выходом теплообменника для хладоносителя и через сильфон и нагреватель - с другим штуцером термостатирующей рубашки. Термобатареи построены по каскадной схеме и расположены попарно с двух сторон канала термоблока.The closest technical solution (prototype) to the proposed utility model is a thermostating device for biological samples according to patent No. 2134416, IPC G01N 24/08, F25B 29/00, F25B 21/02, 08/10/1999. The device contains a thermal block, in thermal contact with the walls of which cold junctions of thermopiles are located on both sides, a main and additional water heat exchangers for cooling hot junctions of thermopiles, a thermostatic jacket with a test sample, a unit for setting and maintaining a given coolant temperature, a pump, a coolant flow switch, a heat exchanger for a coolant, an additional water heat exchanger for cooling thermopiles, which is in thermal contact with a heat exchanger for refrigerant an amplifier and connected in series with the main water heat exchanger, a bellows and a heater connected to the unit for setting and maintaining temperature, moreover, one of the outputs of the coolant flow switch is connected to one of the ends of the fuser channel, in the thermal contact with the walls of which are cold junctions of electric thermal batteries, the other output the flow switch is connected to the input of the heat exchanger for the coolant, and its input is connected to the output of the pump, the input of which is connected to one of the fittings of the thermostatic pipe ki, wherein the other end of the channel thermoblock connected with the output of the heat exchanger for refrigerant and through the bellows and the heater - to another fitting thermostatting jacket. Thermobatteries are built according to a cascade scheme and are arranged in pairs on both sides of the fuser channel.

Площадь теплопроводяших поверхностей термоблока не превышает площади холодных спаев электрических термобатарей. Канал термоблока выполнен из меди или алюминия. В опытном образце в объеме 16 см³обеспечивается термостатирование в диапазоне -20°C ÷+80°C при расходе 0.8 л/мин воды с температурой 10°С. Точность поддержания температуры в термостатирующей рубашке с контактным термометром в качестве управляющего элемента - 0.2°C. Время выхода на температуру -10°C с комнатной температуры 20°C составляет 30 минут.The area of heat-conducting surfaces of the thermoblock does not exceed the area of cold junctions of electric thermopiles. The fuser channel is made of copper or aluminum. In the prototype in the volume of 16 cm ³ thermostating is provided in the range of -20 ° C ÷ + 80 ° C at a flow rate of 0.8 l / min of water with a temperature of 10 ° C. The accuracy of maintaining the temperature in a thermostatic jacket with a contact thermometer as a control element is 0.2 ° C. The time to reach a temperature of -10 ° C from room temperature 20 ° C is 30 minutes.

Основными недостатками устройства-прототипа являются невозможность устранения градиента температур между образцом и магнитом, а также сложность технологической схемы из-за необходимости подключения потребляемой воды и наличия насоса, переключателя потока хладоносителя, теплообменника для хладоносителя, дополнительного водного теплообменника, сильфона и нагревателя.The main disadvantages of the prototype device are the inability to eliminate the temperature gradient between the sample and the magnet, as well as the complexity of the technological scheme due to the need to connect the consumed water and the presence of a pump, a coolant flow switch, a heat exchanger for a coolant, an additional water heat exchanger, a bellows and a heater.

По данным наших исследований существует зависимость поля магнита H_o от температуры t(°C). Так, для постоянных магнитов из сплавов NdFeB она описывается уравнением:According to our research, there is a dependence of the magnet field H _o on temperature t (° C). So, for permanent magnets from NdFeB alloys, it is described by the equation:

При отдельном от магнита охлаждении (нагреве) образца это вносит погрешность в измерения времен релаксации, поскольку резонансная частота ν_o и поле H_o через гиромагнитное отношение у связаны соотношением:When the sample is cooled (heated) separately from the magnet, this introduces an error in the measurement of relaxation times, since the resonance frequency ν _o and the field H _o are connected through the gyromagnetic ratio y by the relation:

«Расстройка» резонансной частоты достигает ±22,5 кГц при перепадах температуры на каждые ±5°C в окружающей среде, что соответствует дополнительной погрешности γ_д=±0,24%.The “detuning” of the resonant frequency reaches ± 22.5 kHz at temperature differences of every ± 5 ° C in the environment, which corresponds to an additional error of γ _d = ± 0.24%.

Погрешность от нестабильности поля, связанная в значительной степени с градиентом температуры на резонансной катушке датчика ЯМР, составляет ±0,3%.The error from field instability, associated to a large extent with the temperature gradient on the resonance coil of the NMR sensor, is ± 0.3%.

Поэтому желательно, чтобы и образец, и магнит имели близкие температуры и, во всяком случае, следует термостатировать магнит. Такое невозможно для больших электромагнитов и постоянных магнитов, но для магнитов, разработанных для портативного релаксомегра ЯМР по патенту на полезную модель RU №67719, МПК G01N 24/08, это вполне разрешимая задача.Therefore, it is desirable that the sample and magnet have similar temperatures and, in any case, the magnet should be thermostated. This is not possible for large electromagnets and permanent magnets, but for magnets designed for portable NMR relaxomega according to the patent for utility model RU No. 67719, IPC G01N 24/08, this is a completely solvable task.

Задачей полезной модели является минимизация градиента температур между образцом и магнитом, а также упрощение устройства.The objective of the utility model is to minimize the temperature gradient between the sample and the magnet, as well as simplify the device.

Технический результат достигается тем, что в устройство термостатирования магнита с образцом, преимущественно релаксометра ядерного магнитного резонанса, содержащее термоблок, имеющий основание, первую и вторую батареи термоэлементов, блок управления, соединенный с источником питания и термодатчиком, согласно настоящей полезной модели, введены система предварительного охлаждения (нагревания) теплоносителя, циркулирующего в термоблоке, первый и второй радиаторы, тепло(холод)передающий элемент, N третьих батарей термоэлементов, N третьих радиаторов, при этом система предварительного охлаждения (нагревания) теплоносителя содержит первый и второй вентиляторы, установленные на оси электродвигателя, магнит с образцом установлен в термоблоке на основании, выполненном из теплоизолирующего материала, с возможностью образования, между магнитом и стенками термоблока, канала охлаждения (нагревания), в котором установлены второй вентилятор, вторая батарея термоэлементов, второй радиатор, N третьих батарей термоэлементов и N третьих радиаторов, причем первый вентилятор, первый радиатор и тепло(холод)передающий элемент установлены с внешней стороны термоблока, вторая батарея термоэлементов одной поверхностью контактирует со вторым радиатором, а другой поверхностью -с тепло(холод)передающим элементом, первая батарея термоэлементов одной поверхностью контактирует с тепло(холод)передающим элементом, а другой поверхностью - с первым радиатором, магнит с образцом расположен в термоблоке с возможностью охлаждения (нагревания) с помощью N третьих батарей термоэлементов, которые одной поверхностью контактируют с магнитом, а другой поверхностью - с соответствующими N третьими радиаторами, при помощи второго вентилятора теплоноситель продувают по каналу охлаждения (нагревания) сквозь второй радиатор и N третьих радиаторов, при этом блок управления выполнен с возможностью переключения направления тока, питающего все батареи термоэлементов, по сигналу с термодатчика, источник питания соединен с первым и вторым вентиляторами, а также, через блок управления, с первой, второй, N третьими батареями термоэлементов. В качестве теплоносителя используют воздух или инертный газ, а в качестве теплопередающего текучего материала используют теплопроводящую пасту или жидкость.The technical result is achieved by the fact that in the temperature control device of a magnet with a sample, mainly a nuclear magnetic resonance relaxometer, containing a fuser having a base, a first and second battery of thermocouples, a control unit connected to a power source and a temperature sensor, according to this utility model, a pre-cooling system is introduced (heating) of the heat carrier circulating in the thermal block, the first and second radiators, heat (cold) transmitting element, N third thermoelement batteries, N t their radiators, while the pre-cooling (heating) system of the coolant contains the first and second fans mounted on the axis of the electric motor, a magnet with a sample is installed in the fuser on a base made of heat-insulating material, with the possibility of forming, between the magnet and the walls of the fuser, a cooling channel ( heating), in which a second fan, a second thermocouple battery, a second radiator, N third thermocouple batteries and N third radiators are installed, wherein the first fan, the first the radiator and heat (cold) transmitting element are installed on the outside of the fuser, the second thermocouple battery contacts the second radiator with one surface and the heat (cold) transmitting element with the other surface, the first thermocouple battery contacts the heat (cold) transmitting element with one surface, and on the other surface - with the first radiator, the magnet with the sample is located in the fuser with the possibility of cooling (heating) with the help of N third thermoelement batteries, which are in contact with one surface with m gnit, and on the other surface with the corresponding N third radiators, using the second fan, the coolant is blown through the cooling (heating) channel through the second radiator and N third radiators, while the control unit is configured to switch the direction of the current supplying all the thermoelement batteries according to the signal from the temperature sensor, the power source is connected to the first and second fans, and also, through the control unit, to the first, second, N third thermocouple batteries. Air or an inert gas is used as a heat carrier, and a heat-conducting paste or liquid is used as a heat transfer fluid material.

Таким образом, технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве магнит с образцом целиком охлаждается (нагревается) с помощью N третьих радиаторов и N третьих батарей термоэлементов, одними поверхностями (спаями) контактирующих с магнитом. В качестве теплоносителя используется воздух, продуваемый по каналу охлаждения (нагревания) сквозь второй радиатор и N третьих радиаторов, которые контактируют с другими поверхностями (спаями) N третьих батарей термоэлементов и передают тепло (холод) от магнита теплоносителю. Теплоноситель предварительно охлаждается первой и второй батареями термоэлементов, последовательно передающими тепло (холод) в окружающее термоблок пространство. Смена охлаждения (нагревания) при термостатировании осуществляется по сигналу с термодатчика сменой направления тока, питающего все батареи термоэлементов. В качестве теплоносителя может быть использован инертный газ.Thus, the technical result is achieved by the fact that in the proposed device, the magnet with the sample is completely cooled (heated) with the help of N third radiators and N third batteries of thermocouples, some surfaces (junctions) in contact with the magnet. The heat medium is air blown through the cooling (heating) channel through the second radiator and N third radiators, which contact other surfaces (junctions) of N third thermoelement batteries and transfer heat (cold) from the magnet to the heat carrier. The coolant is pre-cooled by the first and second thermoelement batteries, which sequentially transfer heat (cold) to the space surrounding the fuser. The change of cooling (heating) during thermostating is carried out by a signal from the temperature sensor by changing the direction of the current supplying all the batteries of thermocouples. An inert gas may be used as a heat carrier.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство термостатирования магнита с образцом; на фиг. 2 показан вид А на фиг. 1; на фиг. 3 показаны первая и вторая батареи термоэлементов, тепло(холод)передающий элемент, первый и второй радиаторы; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 5 - функциональная электрическая блок-схема устройства.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the proposed device thermostatic magnet with a sample; in FIG. 2 shows a view A in FIG. one; in FIG. 3 shows the first and second thermocouple batteries, heat (cold) transmitting element, first and second radiators; in FIG. 4 is a view B in FIG. one; in FIG. 5 is a functional electrical block diagram of a device.

На чертежах цифрами обозначены:In the drawings, the numbers indicate:

1 - магнит,1 - magnet

2 - термоблок,2 - fuser,

3 - основание,3 - base

4 - первая батарея термоэлементов,4 - the first battery of thermocouples,

5 - вторая батарея термоэлементов,5 - the second battery of thermocouples,

6 - термодатчик,6 - temperature sensor,

7 - первый радиатор,7 - the first radiator,

8 - второй радиатор,8 - second radiator,

9 - тепло(холод)передающий элемент,9 - heat (cold) transmitting element,

10 - третья батарея термоэлементов,10 - the third battery of thermocouples,

11 - третий радиатор,11 - the third radiator,

12 - первый вентилятор,12 - the first fan,

13 - второй вентилятор,13 - second fan,

14 -электродвигатель,14-electric motor

15 - канал охлаждения (нагревания),15 - cooling channel (heating),

16 - поверхность (нижний спай) второй батареи термоэлементов,16 - surface (lower junction) of the second battery of thermocouples,

17 - поверхность (верхний спай) второй батареи термоэлементов,17 - surface (upper junction) of the second battery of thermocouples,

18 - поверхность (нижний спай) первой батареи термоэлементов,18 - surface (lower junction) of the first battery of thermocouples,

19 - поверхность (верхний спай) первой батареи термоэлементов,19 - surface (upper junction) of the first battery of thermocouples,

20 - поверхность третьей батареи термоэлементов,20 - the surface of the third battery of thermocouples,

21 - поверхность третьей батареи термоэлементов.21 - the surface of the third battery of thermocouples.

Буквенные обозначения: БУ - блок управления; ИП - источник питания.Letter designations: BU - control unit; IP is a power source.

Устройство термостатирования магнита 1 с образцом, преимущественно релаксометра ядерного магнитного резонанса (образец с датчиком ЯМР на чертеже условно не показан), содержит термоблок 2, имеющий основание 3, первую 4 и вторую 5 батареи термоэлементов, блок управления (БУ), соединенный с источником питания (ИП) и терм о датчиком 6.The thermostatic control device for magnet 1 with a sample, mainly a nuclear magnetic resonance relaxometer (a sample with an NMR sensor is not shown conventionally in the drawing), contains a thermoblock 2 having a base 3, a first 4 and a second 5 thermoelement batteries, a control unit (BU) connected to a power source (IP) and term about the sensor 6.

Отличием предлагаемого устройства является то, что в него введены система предварительного охлаждения (нагревания) теплоносителя, циркулирующего в термоблоке 2, первый 7 и второй 8 радиаторы, тепло(холод)передающий элемент 9, N третьих батарей] 0 термоэлементов, N третьих радиаторов 11.The difference of the proposed device is that it introduced a pre-cooling (heating) system of the coolant circulating in the thermal block 2, the first 7 and second 8 radiators, heat (cold) transmitting element 9, N third batteries] 0 thermocouples, N third radiators 11.

Система предварительного охлаждения (нагревания) теплоносителя содержит первый 12 и второй 13 вентиляторы, установленные на оси электродвигателя 14.The pre-cooling system (heating) of the coolant contains the first 12 and second 13 fans mounted on the axis of the motor 14.

Магнит 1 с образцом установлен в термоблоке 2 на основании 3, выполненном из теплоизолирующего материала, с возможностью образования, между магнитом 1 и стенками термоблока 2, канала 15 охлаждения (нагревания).A magnet 1 with a sample is installed in the fuser 2 on the base 3, made of a heat-insulating material, with the possibility of formation, between the magnet 1 and the walls of the fuser 2, of a cooling (heating) channel 15.

В канале 15 охлаждения (нагревания) установлены второй вентилятор 13, вторая батарея 5 термоэлементов, второй радиатор 8, N третьих батарей 10 термоэлементов и N третьих радиаторов 11.In the cooling (heating) channel 15, a second fan 13, a second thermoelement battery 5, a second radiator 8, N third thermoelement batteries 10 and N third radiators 11 are installed.

Первый вентилятор 12 предназначен для обдува первого радиатора 7 во внешней среде. Второй вентилятор 13 предназначен для обдува второго радиатора 8 в канале 15 (канале обдува магнита 1).The first fan 12 is designed to blow the first radiator 7 in the external environment. The second fan 13 is designed to blow the second radiator 8 in the channel 15 (channel blowing magnet 1).

Первый вентилятор 12, первый радиатор 7 и тепло(холод)передающий элемент 9 установлены с внешней стороны термоблока 2 и закрыты крышкой, имеющей входное и выходное отверстия (на чертеже условно не показаны), сообщающиеся с окружающей средой.The first fan 12, the first radiator 7 and the heat (cold) transmitting element 9 are installed on the outside of the fuser 2 and are closed by a cover having an inlet and an outlet (not shown conventionally in the drawing) in communication with the environment.

Вторая батарея 5 термоэлементов одной поверхностью 16 (нижним спаем) контактирует со вторым радиатором 8, а другой поверхностью 17 (верхним спаем) - с тепло(холод)передающим элементом 9.The second battery 5 thermocouples one surface 16 (lower junction) is in contact with the second radiator 8, and the other surface 17 (upper junction) is in contact with heat (cold) transmitting element 9.

Первая батарея 4 термоэлементов одной поверхностью 18 (нижним спаем) контактирует с тепло(холод)передающим элементом 9, а другой поверхностью 19 (верхним спаем) - с первым радиатором 7.The first battery 4 thermocouples one surface 18 (bottom junction) is in contact with heat (cold) transferring element 9, and the other surface 19 (top junction) is in contact with the first radiator 7.

Магнит 1 с образцом расположен в термоблоке 2 с возможностью охлаждения (нагревания) с помощью N третьих батарей 11 термоэлементов, которые одной поверхностью 20 контактируют с магнитом 1, а другой поверхностью 21 - с соответствующими N третьими радиаторами 11.The magnet 1 with the sample is located in the thermoblock 2 with the possibility of cooling (heating) with the help of N third thermoelement batteries 11, which contact the magnet 1 with one surface 20 and the corresponding third radiators 11 with the other surface 21.

При помощи второго вентилятора 13 теплоноситель продувают по каналу 15 охлаждения (нагревания) сквозь второй радиатор 8 и N третьих радиаторов 11.Using the second fan 13, the coolant is blown through the cooling (heating) channel 15 through the second radiator 8 and N of the third radiators 11.

В предлагаемом устройстве (фиг. 5) источник питания (ИП) соединен с первым 12 и вторым 13 вентиляторами, а также, через блок управления (БУ), с первой 4, второй 5, третьими 10 батареями.In the proposed device (Fig. 5), the power supply (IP) is connected to the first 12 and second 13 fans, and also, through the control unit (BU), with the first 4, second 5, third 10 batteries.

Блок управления (БУ) выполнен с возможностью переключения направления тока, питающего все батареи термоэлементов, по сигналу с термодатчика 6, т.е. смену охлаждения (нагревания) осуществляют по сигналу с термодатчика 6 сменой направления тока, питающего первую 4, вторую 5, третьи 10 батареи.The control unit (CU) is configured to switch the direction of the current supplying all the batteries of the thermocouples, according to the signal from the temperature sensor 6, i.e. change of cooling (heating) is carried out by a signal from the temperature sensor 6 by changing the direction of the current supplying the first 4, second 5, third 10 batteries.

В качестве теплоносителя используют воздух или инертный газ.As a heat carrier, air or an inert gas is used.

В батареях 4, 5 и 10 термоэлементов использованы термоэлементы модели TEC 127-06, имеющие (по ТУ 6349-001-79789858-2007) следующие параметры: R=1.5 Ом; перепад температур до ΔT=73°C, ток до I=6 А, напряжение до U=12 В, площади спаев 40×40 мм². Могут быть использованы также термоэлементы модели ТЭС 1-127-1.4/1.1, имеющие следующие параметры: R=1.1 Ом, ΔT=73°C, ток до I=8 А, напряжение до U=17.2 В, мощность 78.6 ВА, площадь спаев 55×55 мм². Температура в термоблоке 2 контролируется термодатчиком 6, например, контактным ртутным термометром, по показаниям которого переключается направление тока (с охлаждения на нагрев и наоборот).In batteries 4, 5 and 10 of thermocouples, thermocouples of the TEC 127-06 model are used, having (according to TU 6349-001-79789858-2007) the following parameters: R = 1.5 Ohms; temperature difference up to ΔT = 73 ° C, current up to I = 6 A, voltage up to U = 12 V, area of junctions 40 × 40 mm ² . Thermocouples of the TPP model 1-127-1.4 / 1.1 can also be used, having the following parameters: R = 1.1 Ohm, ΔT = 73 ° C, current up to I = 8 A, voltage up to U = 17.2 V, power 78.6 VA, joint area 55 × 55 mm ² . The temperature in the fuser 2 is controlled by a temperature sensor 6, for example, a contact mercury thermometer, according to the readings of which the current direction is switched (from cooling to heating and vice versa).

Рассмотрим работу устройства при термостатировании магнита объемом V≈3000 см в режиме охлаждения (нагрева).Consider the operation of the device during thermostating of a magnet with a volume of V≈3000 cm in the cooling (heating) mode.

Воздух вторым вентилятором 13 по каналу 15 передается сквозь второй радиатор 8, охлаждаемый (нагреваемый) поверхностью 16 (нижним спаем) второй батареи 5 термоэлементов. Тепло (холод) через поверхность 17 (верхний спай) второй батареи 5 термоэлементов через тепло(холод) передающий элемент 9 передается на поверхность 18 (нижний спай) первой батареи термоэлементов, к поверхности 19 (верхний спай) которого присоединен первый радиатор 7, установленный с внешней стороны термоблока 2 (находящийся в окружающей среде) и обдуваемый первым вентилятором 12. Тем самым тепло (холод) из термоблока 2 передается в окружающее пространство. Третьи батареи 10 термоэлементов поверхностями 20 прикреплены к поверхности магнита 1, а на их поверхностях 21 расположены соответствующие третьи радиаторы 11, сквозь которые по каналу 15 охлаждения (нагревания) циркулирует воздух.Air by the second fan 13 is transmitted through channel 15 through the second radiator 8, cooled (heated) by the surface 16 (lower junction) of the second thermoelement battery 5. Heat (cold) through the surface 17 (upper junction) of the second thermoelement battery 5 through heat (cold) the transmitting element 9 is transferred to the surface 18 (lower junction) of the first thermoelement battery, to the surface 19 (upper junction) of which the first radiator 7 is connected, installed with the outer side of the fuser 2 (located in the environment) and blown by the first fan 12. Thereby, heat (cold) from the fuser 2 is transferred to the surrounding space. Third batteries 10 of thermocouples with surfaces 20 are attached to the surface of magnet 1, and on their surfaces 21 there are corresponding third radiators 11, through which air circulates through the cooling (heating) channel 15.

Оребрение третьих радиаторов 11 ориентировано вдоль воздушного потока, который уносит тепло (холод) от третьих радиаторов 11 и передает его второму радиатору 8 и далее через вторую батарею 5 термоэлементов, тепло(холод)передающий элемент 9, первую батарею 4 термоэлементов передает на первый радиатор 7. Таким образом, благодаря наличию трех групп батарей термоэлементов (батареи 4, 5 и 10) осуществляется трехкаскадная передача тепла (холода) от магнита 1 в окружающую среду циркуляцией постоянно охлаждаемого (нагреваемого) воздуха внутри термоблока 2.The fins of the third radiators 11 are oriented along the air stream, which carries heat (cold) from the third radiators 11 and transfers them to the second radiator 8 and then through the second thermoelement battery 5, heat (cold) transmitting element 9, the first thermoelement battery 4 transfers to the first radiator 7 Thus, due to the presence of three groups of thermoelement batteries (batteries 4, 5 and 10), three-stage heat (cold) transfer from magnet 1 to the environment is carried out by the circulation of constantly cooled (heated) air inside the fuser 2.

Все остальное пространство термоблока 2 (за исключением канала 15 для передачи воздушного потока), заполнено теплоизолирующим материалом, например пенопластом, из которого выполнено основание 3. Это обеспечивает минимизацию потерь холода (тепла).The rest of the space of the fuser 2 (with the exception of channel 15 for transmitting the air flow) is filled with heat-insulating material, for example, foam, from which the base 3 is made. This minimizes the loss of cold (heat).

Термоэлектрические (ТЭ) устройства охлаждения (нагревания) имеют ряд преимуществ перед другими устройствами такого же назначения: бесшумность работы; отсутствие движущихся и изнашивающихся деталей и следовательно, высокая надежность; отсутствие корродирующих хладоагентов; практически неограниченный срок службы. В режиме охлаждения однокаскадные батареи при температуре горячего спая 300°К обеспечивают снижение температуры на 60-65°, трехкаскадные - свыше 100°.Thermoelectric (TE) cooling (heating) devices have several advantages over other devices of the same purpose: silent operation; lack of moving and wearing parts and, therefore, high reliability; lack of corrosive refrigerants; almost unlimited service life. In cooling mode, single-stage batteries at a hot junction temperature of 300 ° K provide a temperature drop of 60-65 °, and three-stage batteries exceed 100 °.

Изготовление устройства термостатирования магнита с образцом в соответствие с настоящей полезной моделью позволит, по сравнению с прототипом, минимизировать поперечный градиент температур между образцом и магнитом и, тем самым, повысить точность измерений (погрешность снижается на 0,4%). Термостатирование возможно с точностью ±0,5°C в гораздо большем объеме. Эти меры повышают достоверность и точность контроля температуры, исключают помехи, повышая качество эксперимента и надежность. Достаточно хорошая изоляция обеспечивает низкую потребляемую мощность. Отсутствует расход воды и привязка к водоснабжению. Конструкция устройства упрощена за счет исключения насоса, переключателя потока хладоносителя, теплообменника для хладоносителя, дополнительного водяного теплообменника, сильфона и нагревателя.The manufacture of a thermostatic control device for a magnet with a sample in accordance with this utility model will allow, in comparison with the prototype, to minimize the transverse temperature gradient between the sample and the magnet and, thereby, increase the accuracy of measurements (the error decreases by 0.4%). Thermostating is possible with an accuracy of ± 0.5 ° C in a much larger volume. These measures increase the reliability and accuracy of temperature control, eliminate interference, improving the quality of the experiment and reliability. Good enough insulation provides low power consumption. There is no water consumption and no link to water supply. The design of the device is simplified by eliminating the pump, coolant flow switch, coolant heat exchanger, additional water heat exchanger, bellows and heater.

Claims

1. Thermostatic control device of a magnet with a sample, mainly a nuclear magnetic resonance relaxometer, containing a fuser having a base, first and second batteries of thermocouples, a control unit connected to a power source and a temperature sensor, characterized in that a coolant pre-cooling (heating) system is introduced into it circulating in the fuser, the first and second radiators, heat (cold) transmitting element, N third thermocouple batteries, N third radiators, while the pre-cooling system The heating medium contains the first and second fans mounted on the axis of the electric motor, the magnet with the sample is installed in the fuser on the base made of heat-insulating material, with the possibility of forming, between the magnet and the walls of the fuser, a cooling (heating) channel in which the second a fan, a second battery of thermocouples, a second radiator, N third batteries of thermocouples and N third radiators, the first fan, the first radiator and heat (cold) transmitting element are installed in on the outside of the fuser, the second thermocouple battery contacts the second radiator with one surface and the heat (cold) transmitting element with the other surface, the first thermocouple battery contacts the heat (cold) transmitting element with the other surface and the first radiator with the other surface, magnet with the sample is located in a thermoblock with the possibility of cooling (heating) with the help of N third thermoelement batteries, which are in contact with the magnet on one surface and with the corresponding N third on the other surface them radiators, using the second fan, the coolant is blown through the cooling (heating) channel through the second radiator and N third radiators, while the control unit is configured to switch the direction of the current supplying all the batteries of the thermocouples, by a signal from the temperature sensor, the power source is connected to the first and second fans, and also, through the control unit, with the first, second, N third thermocouple batteries.

2. Thermostat magnet with a sample according to claim 1, characterized in that air or an inert gas is used as a heat carrier.