RU2319138C1 - Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor - Google Patents

Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2319138C1
RU2319138C1 RU2006116723/28A RU2006116723A RU2319138C1 RU 2319138 C1 RU2319138 C1 RU 2319138C1 RU 2006116723/28 A RU2006116723/28 A RU 2006116723/28A RU 2006116723 A RU2006116723 A RU 2006116723A RU 2319138 C1 RU2319138 C1 RU 2319138C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heating element
sample
heat
heating
temperature
Prior art date
Application number
RU2006116723/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006116723A (en
Inventor
Замил Шукатович Идиятуллин
Рустем Султанхамитович Кашаев
Алексей Николаевич Темников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Идея-Резонанс"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Идея-Резонанс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Идея-Резонанс"
Priority to RU2006116723/28A priority Critical patent/RU2319138C1/en
Publication of RU2006116723A publication Critical patent/RU2006116723A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2319138C1 publication Critical patent/RU2319138C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: resonance radio-spectroscopy, possible use for managing and maintaining given temperature in volume of sample being examined, in particular in experiment of measurement of magnetic relaxation using nuclear magnetic resonance method.
SUBSTANCE: device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor contains receiving-transmitting coil, which forms the thermostatted volume, temperature sensor, connected to input of temperature control block, to output of which heating element is connected, where receiving-transmitting coil is wound on heat-isolating frame, inside which heating element is positioned, and temperature sensor is positioned directly on heating element. As heating element, hollow metallic cylinder is used with through longitudinal cut, or heat-emitting cover of thermo-resist, applied onto internal surface of heat-isolating frame and having longitudinal track 2 mm wide without cover for removing vortex current, or a coil of bifilar wire. Hollow metallic cylinder has cuts for creation of heating current channels, starting alternately at upper and lower ends of cylinder and not reaching the opposite end for distance, which approximately equals the distance between opposite cuts. Metallic cylinder may protrude beyond the limits of polar tips of magnets.
EFFECT: reduced gradient of temperatures in volumetric sample, reduced time of reaching the thermostatting mode and decreased level of electromagnetic interferences.
11 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к резонансной радиоспектроскопии и предназначено для контроля и поддержания заданной температуры в объеме исследуемого образца, в частности в экспериментах по измерениям методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), квадрупольного резонанса (ЯКР) и др.The invention relates to resonance radiospectroscopy and is intended to control and maintain a given temperature in the volume of the test sample, in particular in experiments on measurements by nuclear magnetic resonance (NMR), electron paramagnetic resonance (EPR), quadrupole resonance (NQR), etc.

Известна конструкция датчика ЯМР, содержащая приемно-передающую катушку, внутри которой расположен исследуемый образец, датчик температуры, представляющий собой медь-константановую термопару, расположенную в непосредственной близости от образца. Заданная температура образца поддерживается посредством потока теплоносителя, подаваемого под давлением через нагревательный элемент в термостатируемый объем. Возможно также жидкостное термостатирование прокачиванием теплоносителя через рубашку, окружающую термостатируемый объект. Известно также устройство термостатирования с использованием проходного сосуда Дьюара, в котором приемно-передающая катушка с образцом располагается непосредственно в потоке теплоносителя. Положительным качеством устройств газового и жидкостного термостатирования является широкий температурный диапазон.Known design of the NMR sensor, containing the transmitting and receiving coil, inside which is the studied sample, a temperature sensor, which is a copper-constantan thermocouple located in the immediate vicinity of the sample. The set temperature of the sample is maintained by means of a coolant flow supplied under pressure through a heating element to a thermostatically controlled volume. It is also possible liquid thermostating by pumping the coolant through the jacket surrounding the thermostatically controlled object. A thermostating device using a Dewar passage vessel is also known, in which the transmitter-receiver coil with the sample is located directly in the coolant stream. The positive quality of gas and liquid thermostats is a wide temperature range.

Вместе с тем эти устройства имеют существенные недостатки. Существенным недостатком устройств такого типа является наличие градиента температуры в направлении потока теплоносителя, возрастающего с увеличением температуры, что ухудшает их термостатирующие качества и искажает результаты эксперимента вследствие возникновения конвекционных потоков. Даже термостатирование в сосуде Дьюара не позволяет свести до минимума продольные градиенты температур в образце. Громоздкость устройства, привязка к криогенной станции, необходимость периодической доливки азота или теплоносителя, при которых, как правило, происходит уход температуры, безвозвратная потеря хладотеплоносителя и, как следствие, рост стоимости экспериментов. Все это в значительной степени ограничивает возможность использования газового и жидкостного термостатирования. Применительно к технике исследований методами магнитного резонанса, когда исследуемый образец находится в датчике между полюсами магнита, громоздкость устройства термостатирования становится ограничивающим фактором. За счет протяженных каналов подвода хладотеплоносителя увеличивается время выхода на режим термостатирования, снижается прочность регулирования температуры, растет потребляемая мощность. Длительный выход на режим термостатирования вызывает потерю экспрессности - одного из важных достоинств импульсных методов ЯМР. С развитием микроэлектроники, появлением новых магнитных материалов целые классы ранее массивных, объемных установок магнитного резонанса сократились в размерах до настольных, переносных вариантов. Примером могут служить малогабаритные, экономичные ЯМР-релаксометры. Комплектация таких приборов известными устройствами термостатирования сводит на нет их преимущества по малогабаритности, экспрессности, экономичности. По тем же причинам приходится из термостатирующей системы датчика исключать сосуд Дьюара.However, these devices have significant disadvantages. A significant drawback of devices of this type is the presence of a temperature gradient in the direction of the coolant flow, increasing with increasing temperature, which worsens their thermostatic qualities and distorts the experimental results due to the occurrence of convection flows. Even thermostating in a Dewar vessel does not allow minimizing the longitudinal temperature gradients in the sample. The bulkiness of the device, the attachment to a cryogenic station, the need for periodic topping up of nitrogen or coolant, in which, as a rule, the temperature goes away, the irrevocable loss of coolant and, as a result, the cost of experiments increase. All this greatly limits the possibility of using gas and liquid thermostating. As applied to the research technique using magnetic resonance methods, when the test sample is located in the sensor between the poles of the magnet, the bulkiness of the thermostating device becomes a limiting factor. Due to the extended channels of the coolant supply, the time for reaching the thermostating mode increases, the strength of temperature control decreases, and the power consumption increases. A long exit to the thermostating mode causes a loss of expressness - one of the important advantages of pulsed NMR methods. With the development of microelectronics, the advent of new magnetic materials, entire classes of previously massive, volumetric magnetic resonance installations have been reduced in size to desktop, portable versions. An example is small-sized, economical NMR relaxometers. A complete set of such devices with known thermostatic control devices negates their advantages in terms of compact size, expressness, and economy. For the same reasons, it is necessary to exclude the Dewar vessel from the thermostatic sensor system.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому (прототипом) является техническое решение - устройство термостатирования образца, позволяющее исключать температурный градиент вдоль образца. В нем дополнительно введены два датчика температуры, нагревательный элемент, блок контроля градиента температуры и блок коммутации направления потока теплоносителя, причем дополнительные датчики температуры расположены по разные стороны приемно-передающей катушки вдоль потока теплоносителя и соединены с первым и вторым входами блока контроля градиента температуры, третий вход которого соединен с выходом блока контроля температуры, а выход - с нагревательными элементами, расположенными по разные стороны термостатируемого объема, соединенные с блоком коммутации направления потока теплоносителя, обеспечивающим попеременную подачу теплоносителя через нагревательные элементы. Предложенное техническое решение позволяет привести к нулю или к заданному значению ЭДС рассогласования обоих датчиков температуры, минимизируя тем самым градиент температуры вдоль образца. Попеременная подача потока теплоносителя в противоположных направлениях вдоль образца позволяет независимо контролировать и поддерживать температуру потока в каждом направлении, а также обеспечивает симметрию теплопередачи объекту термостатирования.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed (prototype) is a technical solution - a device for temperature control of the sample, which allows to exclude the temperature gradient along the sample. It additionally introduces two temperature sensors, a heating element, a temperature gradient control unit and a coolant flow direction switching unit, with additional temperature sensors located on opposite sides of the transmitter-receiver coil along the coolant flow and connected to the first and second inputs of the temperature gradient control unit, the third the input of which is connected to the output of the temperature control unit, and the output - with heating elements located on opposite sides of the thermostatically controlled volume, with Switching of the connections to the coolant flow direction unit, alternately providing coolant flow through the heating elements. The proposed technical solution allows to bring to zero or to a given value of the EMF of the mismatch of both temperature sensors, thereby minimizing the temperature gradient along the sample. The alternate flow of the coolant flow in opposite directions along the sample allows you to independently control and maintain the flow temperature in each direction, and also provides symmetry of heat transfer to the thermostated object.

Недостатками известного устройства являются: использование газообразного теплохладоносителя, сохранение градиента температур вдоль образца большого объема, длительное время выхода на режим термостатирования, повышенное энергопотребление, громоздкость и сложность конструкции, невысокая надежность, электромагнитные помехи.The disadvantages of the known device are: the use of gaseous coolant, maintaining a temperature gradient along a large volume sample, a long time to enter the temperature control mode, increased power consumption, bulkiness and complexity of the design, low reliability, electromagnetic interference.

Указанные недостатки обусловлены тем, что поток теплоносителя, пусть даже переменный по направлению, всегда создает продольный градиент температур в образце большого (до 20 см3) объема. Система является энергоемкой вследствие безвозвратных потерь тепла при выбросе теплоносителя в окружающее пространство. Время выхода на режим термостатирования является весьма длительным вследствие инерционности системы и потерь тепла в подводящих каналах, что в условиях экспресс-анализа малогабаритными ЯМР-релаксометрами недопустимо. Два датчика температуры и каналы для потока теплоносителя требуют дополнительного места в ограниченном пространстве межполюсного зазора магнита малогабаритного ЯМР-релаксометра, что снижает частоту и однородность поля магнита. Дополнительный блок сравнения, насосы и турбины для создания потока теплоносителя усложняют аппаратуру, создают электромагнитные помехи и, следовательно, снижают надежность системы и точность измерений.These drawbacks are due to the fact that the coolant flow, even if it is variable in direction, always creates a longitudinal temperature gradient in a large sample (up to 20 cm 3 ). The system is energy-intensive due to irrevocable heat loss when the coolant is released into the surrounding space. The time to reach the temperature control mode is very long due to the inertia of the system and heat losses in the supply channels, which is not permissible under conditions of express analysis by small-sized NMR relaxometers. Two temperature sensors and channels for the flow of coolant require additional space in the limited space of the pole gap of the magnet of a small-sized NMR relaxometer, which reduces the frequency and uniformity of the magnet field. An additional comparison unit, pumps and turbines to create a coolant flow complicate the equipment, create electromagnetic interference and, therefore, reduce the reliability of the system and the accuracy of measurements.

Целью настоящего изобретения, является: создание безградиентного (по температуре), малоинерционного (с быстрым выходом на режим термостатирования), экономичного, компактного, более надежного, с низким уровнем электромагнитных потерь устройства. Устройство по сравнению с прототипом исключает потоки теплоносителя и, следовательно, устраняет градиент температур в объемном образце, исключает насосы и турбины для создания потока теплоносителя, дополнительные датчики, блоки сравнения температур датчиков и контроля температурного градиента.The aim of the present invention is: the creation of a gradientless (temperature), low inertia (with quick access to the temperature control mode), economical, compact, more reliable, with a low level of electromagnetic losses of the device. Compared with the prototype, the device eliminates heat carrier flows and, therefore, eliminates the temperature gradient in a bulk sample, excludes pumps and turbines to create a heat carrier flow, additional sensors, sensor temperature comparison units and temperature gradient control units.

Указанная цель достигается в предлагаемом устройстве. Устройство термостатирования образца в датчике магнитного резонанса содержит приемно-передающую катушку, образующую термостатируемый объем, датчик температуры, соединенный со входом блока контроля температуры, к выходу которого присоединен нагревательный элемент. Для уменьшения градиента температур в объемном образце, упрощения конструкции и уменьшения ее габаритов, сокращения времени выхода на режим термостатирования, повышения надежности и экономичности системы термостатирования и снижения уровня электромагнитных помех в портативных релаксометрах, приемо-передающая катушка намотана на теплоизолирующем каркасе, внутри которого располагается нагревательный элемент, а датчик температуры расположен непосредственно на нагревательном элементе. В качестве нагревательного элемента используется полый металлический цилиндр с продольным разрезом для устранения токов Фуко, либо теплоизлучающее покрытие из терморезиста, нанесенное на внутреннюю поверхность теплоизолирующего каркаса и имеющее продольную дорожку шириной в 2 мм без покрытия, либо нагревательную намотку из бифилярного провода, служащую той же цели устранения вихревых токов. Полый металлический цилиндр имеет разрезы для создания каналов для токов нагрева, начинающиеся попеременно то с верхнего, то с нижнего торца цилиндра и не доходящие до противоположного торца на расстояние приблизительно равное расстоянию между соседними разрезами.The specified goal is achieved in the proposed device. The device for temperature control of the sample in the magnetic resonance sensor contains a transmitter-receiver coil forming a thermostatically controlled volume, a temperature sensor connected to the input of the temperature control unit, to the output of which a heating element is connected. To reduce the temperature gradient in the bulk sample, simplify the design and reduce its dimensions, reduce the time it takes to enter the temperature control mode, increase the reliability and efficiency of the temperature control system and reduce the level of electromagnetic interference in portable relaxometers, the transmitter-receiver coil is wound on a heat-insulating frame inside which there is a heating element, and the temperature sensor is located directly on the heating element. As a heating element, a hollow metal cylinder with a longitudinal section is used to eliminate Foucault currents, or a heat-radiating coating of a thermoresist applied to the inner surface of the insulating frame and having a longitudinal track 2 mm wide without coating, or a heating coil made of bifilar wire, serving the same purpose eliminate eddy currents. A hollow metal cylinder has cuts to create channels for heating currents, starting alternately from the top or from the bottom of the cylinder and not reaching the opposite end by a distance approximately equal to the distance between adjacent cuts.

Металлический цилиндр может выступать за пределы полюсных наконечников магнита. Тогда при измерениях при отрицательных температурах для охлаждения цилиндра и термостатируемого объема на выступающих концах цилиндра установлены термоэлементы типа ТЭМО, основанные на эффекте Пельтье, которые в зависимости от направления тока своими спаями охлаждают или нагревают цилиндр и образец. Для дополнительного нагрева для измерений при повышенных температурах на выступающих концах намотаны обмотки нагрева бифилярным (для устранения влияния токов нагрева на приемно-передающую катушку) проводом или установлены транзисторы, обеспечивающие нагрев своими радиаторами. Для сокращения времени выхода на термостатирование, нагрев и охлаждение осуществляются в форсированном режиме большими токами. Нагревательные элементы могут отключаться от источников питания на время сбора информации от сигналов ядерного магнитного резонанса.The metal cylinder may protrude beyond the pole tips of the magnet. Then, at measurements at negative temperatures, for cooling the cylinder and thermostatically controlled volume, thermoelements of the TEMO type based on the Peltier effect are installed on the protruding ends of the cylinder, which, depending on the direction of the current, cool or heat the cylinder and the sample with their junctions. For additional heating for measurements at elevated temperatures, bifilar heating windings are wound on the protruding ends (to eliminate the influence of heating currents on the transmitter-receiver coil) or transistors are installed that provide heating with their own radiators. To reduce the time for reaching thermostatting, heating and cooling are carried out in forced mode with high currents. Heating elements can be disconnected from power sources for the duration of the collection of information from nuclear magnetic resonance signals.

Исключение из нагрева потока теплоносителя устраняет градиент температур в образце значительных объемов (до 20 см3). Объемность образца обусловлена требованиями представительности пробоотбора, согласно которым, чем больше объем образца, тем представительней пробоотбор. Кроме того, вязкие вещества (битумы, смолы и др.) практически невозможно поместить в ампулу малого диаметра. При исключении потока теплоносителя отпадает необходимость в устройствах для создания потока (насосах, турбинах и т.п.) и, следовательно, устраняются источники электромагнитных помех, снижается энергопотребление и повышается надежность системы. Предложенное устройство не требует создания каналов потока теплоносителей, что упрощает и уменьшает конструкцию, а также сокращает время выхода на термостатируемый режим.The exclusion from heating of the coolant flow eliminates the temperature gradient in the sample of significant volumes (up to 20 cm 3 ). The volume of the sample is due to the requirements of representative sampling, according to which, the larger the volume of the sample, the more representative the sampling. In addition, viscous substances (bitumen, resins, etc.) are almost impossible to place in an ampoule of small diameter. With the exclusion of coolant flow, there is no need for devices for creating a flow (pumps, turbines, etc.) and, therefore, sources of electromagnetic interference are eliminated, energy consumption is reduced and system reliability is increased. The proposed device does not require the creation of channels for the flow of coolant, which simplifies and reduces the design, and also reduces the time to reach the thermostatically controlled mode.

Использование цилиндра в качестве нагревателя создает условия равномерного нагрева всего объема образца и, следовательно, устраняет градиент температур в образце, упрощает конструкцию. Продольные разрезы цилиндра, начинающиеся попеременно то с верхнего, то с нижнего торца и не доходящие до противоположного конца на расстояние приблизительно равное расстоянию между соседними разрезами, устраняют влияние токов нагрева на сигналы ЯМР при измерении и распределяют токи нагрева равномерно по образцу. Пружинящее действие цилиндра с разрезами создает хороший контакт между стенками цилиндра и ампулой с образцом и уменьшает до минимума расстояние между ними. Использование в качестве нагревательного элемента теплоизлучающего покрытия из терморезиста, нанесенного на внутреннюю поверхность теплоизолирующего каркаса с продольной дорожкой для устранения токов Фуко, служит той же цели. Для создания высоких температур нагрева, а также отрицательных температур, металлический цилиндр может выступать за пределы полюсных наконечников магнита. Это позволяет размещать за пределами ограниченного пространства зазора магнита дополнительные элементы для создания отрицательных температур и более высоких температур нагрева. В первом случае для исследования образца при низких температурах на выступающих концах цилиндра установлены термоэлементы, которые охлаждают или нагревают цилиндр и термостатируемый объем в зависимости от направления тока. Во втором случае на выступающих концах цилиндра бифилярным проводом (для исключения влияния токов нагрева на приемно-передающую катушку) намотана дополнительная обмотка нагрева или установлены транзисторы, осуществляющие нагрев своими радиаторами. Для уменьшение времени выхода на режим термостатирования может применяться на начальном этапе нагрева форсированный режим в виде увеличенных токов нагрева и охлаждения. В качестве датчиков температуры могут применяться термопары, терморезисторы или p-n переходы полупроводниковых приборов. При необходимости нагревательные элементы отключаются от источников питания на время сбора информации от спиновой системы.Using a cylinder as a heater creates the conditions for uniform heating of the entire volume of the sample and, therefore, eliminates the temperature gradient in the sample, simplifies the design. Longitudinal sections of the cylinder, beginning alternately from the upper or from the lower end and not reaching the opposite end by a distance approximately equal to the distance between adjacent sections, eliminate the influence of heating currents on the NMR signals during measurement and distribute the heating currents evenly across the sample. The spring action of the cylinder with cuts creates good contact between the cylinder walls and the ampoule with the sample and minimizes the distance between them. The use of a heat-radiating coating of a thermoresist applied to the inner surface of a heat-insulating frame with a longitudinal track as a heating element to eliminate Foucault currents serves the same purpose. To create high heating temperatures, as well as negative temperatures, the metal cylinder can protrude beyond the pole tips of the magnet. This allows you to place additional elements outside the limited space of the magnet gap to create negative temperatures and higher heating temperatures. In the first case, to study the sample at low temperatures, thermocouples are installed on the protruding ends of the cylinder, which cool or heat the cylinder and thermostatic volume, depending on the direction of the current. In the second case, at the protruding ends of the cylinder with a bifilar wire (to exclude the influence of heating currents on the transmitter-receiver coil), an additional heating winding is wound or transistors are installed that carry out heating with their own radiators. To reduce the time it takes to enter the temperature control mode, the forced mode in the form of increased heating and cooling currents can be used at the initial stage of heating. Thermocouples, thermistors, or pn junctions of semiconductor devices can be used as temperature sensors. If necessary, the heating elements are disconnected from the power sources during the collection of information from the spin system.

Заявляемое устройство изображено на фиг.1. Устройство содержит приемно-передающую катушку 1, намотанную на теплоизолирующую трубку 2, внутри которой размещается полый металлический цилиндр 3 с продольными разрезами, в который помещен исследуемый образец 4. Каркас 3 образует термостатируемый объем. Датчик температуры 5, выполненный в виде медь-константановой термопары, либо терморезистора, либо p-n перехода, соединен со входом блока терморегулирования 6, выход которого соединен со входом нагревателя (цилиндрического каркаса, бифилярной намотки, теплоизлучающего покрытия).The inventive device is shown in Fig.1. The device comprises a transmitting-receiving coil 1, wound on a heat-insulating tube 2, inside which a hollow metal cylinder 3 with longitudinal cuts is placed, into which the test sample 4 is placed. The frame 3 forms a thermostatically controlled volume. The temperature sensor 5, made in the form of a copper-constantan thermocouple, or a thermistor, or a pn junction, is connected to the input of the temperature control unit 6, the output of which is connected to the heater input (cylindrical frame, bifilar winding, heat-radiating coating).

Устройство работает следующим образом. Исследуемый образец 4 помещают в цилиндр 3, который за счет своих пружинящих свойств обеспечивает хороший контакт с нагреваемым объемом. Заданную температуру образца обеспечивают за счет пропускания тока через цилиндр 3, либо через теплоизлучающее покрытие, либо через бифилярную нагревательную обмотку. На фиг.2 представлена конструкция устройства с выступающими за пределы полюсных наконечников концами 7 цилиндра. Температуру охлаждения обеспечивают термоэлементы 8 типа ТЭМО-7, на горячем спае которых расположены радиаторы с вентиляторами (типа «кулеров» процессоров ЭВМ). На фиг.3 представлена зависимость от времени температуры образца объемом 20 см3 при обычном нефорсированном (кривая 1) и форсированном (кривая 2) нагревах от 24 до 31°С. Видно, что время нагрева сокращается с 1 часа до 15 минут.The device operates as follows. The test sample 4 is placed in the cylinder 3, which due to its spring properties provides good contact with the heated volume. The set temperature of the sample is ensured by passing current through the cylinder 3, either through a heat-radiating coating or through a bifilar heating coil. Figure 2 presents the design of the device with protruding beyond the pole tips of the ends 7 of the cylinder. The cooling temperature is provided by thermocouples 8 of the TEMO-7 type, on the hot junction of which there are radiators with fans (such as "coolers" of computer processors). Figure 3 shows the time dependence of the temperature of a sample with a volume of 20 cm 3 under ordinary unforced (curve 1) and forced (curve 2) heating from 24 to 31 ° C. It can be seen that the heating time is reduced from 1 hour to 15 minutes.

Итак, в отличие от известных технических решений в предлагаемом изобретении, во-первых, устраняется градиент температур во всем объеме термостатирования, причем градиент температуры в образце не превышает 0,2 град/см в диапазоне температур от -15 до +200°С, что повышает достоверность и точность контроля температуры образца, повышая тем самым качество эксперимента; во-вторых, отпадает необходимость в теплоносителе; в-третьих, размеры датчика сводятся к минимуму, не ухудшая термостатирующие качества устройства; в-четвертых, упрощается конструкция самого устройства; в-пятых, в 4 раза сокращается время нагрева образца; в-шестых, уменьшается энергопотребление на нагрев и термостатирование образца, в-седьмых, повышается надежность и исключаются источники электромагнитных помех за счет отказа от устройств создания потока теплоносителя с движущимися и искрящими деталями.So, in contrast to the known technical solutions in the present invention, firstly, the temperature gradient is eliminated in the entire volume of temperature control, and the temperature gradient in the sample does not exceed 0.2 deg / cm in the temperature range from -15 to + 200 ° C, which increases the reliability and accuracy of control of the temperature of the sample, thereby increasing the quality of the experiment; secondly, there is no need for a coolant; thirdly, the size of the sensor is minimized without compromising the thermostatic quality of the device; fourthly, the design of the device itself is simplified; fifthly, the heating time of the sample is reduced 4 times; sixth, the energy consumption for heating and temperature control of the sample is reduced; seventh, the reliability is increased and sources of electromagnetic interference are eliminated due to the rejection of devices for creating a coolant flow with moving and sparking parts.

Claims (11)

1. Устройство термостатирования образца в датчике магнитного резонанса, содержащее приемно-передающую катушку, образующую термостатируемый объем, датчик температуры, соединенный со входом блока контроля температуры, к выходу которого присоединен нагревательный элемент, отличающееся тем, что приемно-передающая катушка намотана на теплоизолирующем каркасе, внутри которого располагается нагревательный элемент, а датчик температуры расположен на нагревательном элементе.1. The device for temperature control of a sample in a magnetic resonance sensor, containing a transmitting and receiving coil forming a thermostatically controlled volume, a temperature sensor connected to the input of the temperature control unit, to the output of which a heating element is connected, characterized in that the transmitting and receiving coil is wound on a heat-insulating frame, inside of which there is a heating element, and a temperature sensor is located on the heating element. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве нагревательного элемента используется полый металлический цилиндр с продольным разрезом.2. The device according to claim 1, characterized in that a hollow metal cylinder with a longitudinal section is used as a heating element. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полый металлический цилиндр имеет разрезы, начинающиеся попеременно то с верхнего, то с нижнего торца цилиндра и не доходящие до противоположного торца на расстояние, приблизительно равное расстоянию между соседними разрезами.3. The device according to claim 2, characterized in that the hollow metal cylinder has cuts that begin alternately from the top, then from the bottom of the cylinder and do not reach the opposite end by a distance approximately equal to the distance between adjacent cuts. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полый металлический цилиндр выступает за пределы полюсных наконечников магнита.4. The device according to claim 2, characterized in that the hollow metal cylinder protrudes beyond the pole tips of the magnet. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на выступающих концах установлены термоэлементы.5. The device according to claim 4, characterized in that thermocouples are installed on the protruding ends. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на выступающих концах намотана обмотка нагрева бифилярным проводом.6. The device according to claim 4, characterized in that at the protruding ends a winding of heating is wound with a bifilar wire. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на выступающих концах установлены транзисторы.7. The device according to claim 4, characterized in that transistors are installed at the protruding ends. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве нагревательного элемента используется теплоизлучающее покрытие из терморезиста, нанесенное на внутреннюю поверхность теплоизолирующего каркаса и имеющее продольную дорожку шириной в 2 мм без покрытия.8. The device according to claim 1, characterized in that a heat-radiating coating of a thermoresist applied to the inner surface of the insulating frame and having a longitudinal track of 2 mm wide without coating is used as a heating element. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве нагревательного элемента используется намотка бифилярным проводом.9. The device according to claim 1, characterized in that the bifilar wire is used as a heating element. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчика температуры могут применяться терморезисторы или p-n переходы полупроводников.10. The device according to claim 1, characterized in that thermistors or pn junctions of semiconductors can be used as a temperature sensor. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревательный элемент отключается от источника питания на время сбора информации от сигналов ядерного магнитного резонанса.11. The device according to claim 1, characterized in that the heating element is disconnected from the power source during the collection of information from the signals of nuclear magnetic resonance.
RU2006116723/28A 2006-05-04 2006-05-04 Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor RU2319138C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116723/28A RU2319138C1 (en) 2006-05-04 2006-05-04 Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116723/28A RU2319138C1 (en) 2006-05-04 2006-05-04 Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006116723A RU2006116723A (en) 2007-12-10
RU2319138C1 true RU2319138C1 (en) 2008-03-10

Family

ID=38903228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006116723/28A RU2319138C1 (en) 2006-05-04 2006-05-04 Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2319138C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754002C1 (en) * 2020-11-03 2021-08-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Apparatus for determining the parameters of exothermic processes at a pressure above atmospheric pressure
RU2802341C1 (en) * 2023-01-24 2023-08-25 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for simultaneous generation of a magnetic field and thermal stabilization of a quantum rotation sensor and a device for its implementation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2754002C1 (en) * 2020-11-03 2021-08-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Apparatus for determining the parameters of exothermic processes at a pressure above atmospheric pressure
RU2802341C1 (en) * 2023-01-24 2023-08-25 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for simultaneous generation of a magnetic field and thermal stabilization of a quantum rotation sensor and a device for its implementation
RU2818882C1 (en) * 2023-12-21 2024-05-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт "Международный томографический центр" Сибирского отделения Российской академии наук Large internal volume thermostat for a magnet of an nmr spectrometer

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006116723A (en) 2007-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6373971B2 (en) Polarization of spin populations using thermally insulating cavities
Porcari et al. Direct magnetocaloric characterization and simulation of thermomagnetic cycles
JP5986050B2 (en) NMR measuring device with temperature control element for sample vial
Xue et al. Detection of water–ice phase transition based on Raman spectrum
WO2003079034B1 (en) Flow-through cryogenic nmr probe
US20050018193A1 (en) Apparatus and method for maintaining uniform and stable temperature for cavity enhanced optical spectroscopy
EP2795355B1 (en) Rapid cycle dynamic nuclear polarization magnetic resonance apparatus
US3412320A (en) Cryostat having an effective heat exchanger for cooling its input leads and other leak paths
Jafari et al. High-accuracy calibration-free calorimeter for the measurement of low power losses
Naphon Effect of magnetic fields on the boiling heat transfer characteristics of nanofluids
RU2319138C1 (en) Device for thermostatting a sample in magnetic resonance sensor
Davydov et al. On the possibility of studying ferrofluids by a nuclear magnetic magnetometer with a flowing sample
US20040014236A1 (en) Frequency feedback for NMR magnet temperature control
US20030206020A1 (en) Systems and methods for a temperature controlled NMR probe
Hartnett et al. Optimum design of a high-Q room-temperature whispering-gallery-mode X-band sapphire resonator
Lucas et al. Thermal diffusion ratio of a3He/4He mixture near its λ transition: The onset of heat flush
JP2022537843A (en) TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR MR APPARATUS WITH PERMANENT MAGNET STRUCTURES
Jones et al. Induced nuclear-spin-symmetry species conversion in solid hexamethylbenzene using level crossing
Lu et al. Miniature nuclear magnetic resonance spectrometer using a partially enclosed permanent magnet
Anisimov et al. An air thermostatic system with a thermoelectric cooling within a temperature range from− 10 to+ 90° C for NMR spectrometer probes
RU137355U1 (en) MAGNET THERMOSTAT DEVICE WITH SAMPLE
US11692921B2 (en) Rheometer having resistance heater and cooling device
RU2134416C1 (en) Biologic sample thermostatic control device
Imre et al. Loss modeling and thermal measurement in planar inductors-a case study
Pfau et al. Experimental Techniques for Transport Measurements

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080505