RU2444743C2 - Vibration magnetometer - Google Patents
Vibration magnetometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444743C2 RU2444743C2 RU2010111642/28A RU2010111642A RU2444743C2 RU 2444743 C2 RU2444743 C2 RU 2444743C2 RU 2010111642/28 A RU2010111642/28 A RU 2010111642/28A RU 2010111642 A RU2010111642 A RU 2010111642A RU 2444743 C2 RU2444743 C2 RU 2444743C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microreactor
- gas
- chamber
- sample
- magnetometer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области измерительных приборов для научных исследований. Предлагаемый к патентованию прибор представляет собой вибрационный магнитометр, предназначенный для измерения намагниченности исследуемых веществ непосредственно в процессе их химических превращений, что позволяет проводить непрерывное измерение намагниченности при контролируемом составе газовой среды и в диапазоне температур от 70 К до 1200 К.The invention relates to the field of measuring instruments for scientific research. The device proposed for patenting is a vibrating magnetometer designed to measure the magnetization of the studied substances directly in the process of their chemical transformations, which allows continuous measurement of the magnetization at a controlled composition of the gas medium and in the temperature range from 70 K to 1200 K.
Стандартные приборы, предлагаемые различными приборостроительными фирмами (например, магнитометр фирмы Lake Shor Cryotronics Inc), не позволяют исследовать вещества в процессе их химических превращений в контролируемой газовой среде в широком интервале температур. Аналог представляет собой экстракционный магнитометр Вейса, который, однако, не позволяет проводить измерения в условиях in situ. В магнитометрах такого типа исследуемый образец проходит предварительную обработку в отсутствие магнитного поля и только затем помещается в магнитное поле, где и производится измерение намагниченности в диапазоне температур от комнатной до температуры жидкого азота. Такой прибор не позволяет проводить измерения непосредственно в процессе реакции при повышенных температурах. Е. Boellaard, A.M. van der Kraan, J.W.Geus // Appl, Catal. v.147, (1996), p.207.Standard instruments offered by various instrument-making companies (for example, a magnetometer from Lake Shor Cryotronics Inc) do not allow the study of substances during their chemical transformations in a controlled gas environment over a wide temperature range. The analogue is an Weiss extraction magnetometer, which, however, does not allow measurements in situ. In magnetometers of this type, the test sample undergoes preliminary processing in the absence of a magnetic field and only then is placed in a magnetic field, where magnetization is measured in the temperature range from room temperature to the temperature of liquid nitrogen. Such a device does not allow measurements directly in the reaction process at elevated temperatures. E. Boellaard, A.M. van der Kraan, J.W. Geus // Appl, Catal. v. 147, (1996), p. 207.
Постановка задачиFormulation of the problem
Основная трудность в конструировании приборов такого назначения состоит в совмещении проточного химического реактора (с контролируемыми параметрами по температуре и потоку газа) с измерительной системой магнитометра. Реактор с исследуемым образцом, а также нагревательный элемент и система охлаждения должны быть расположены в зазоре магнита. Это условие требует максимально возможной миниатюризации всех компонентов реактора, поскольку увеличение зазора между полюсами магнита приводит к квадратичному уменьшению напряженности магнитного поля. Исследуемый образец должен быть неподвижно закреплен между газопроницаемыми и термостойкими мембранами в рабочей зоне реактора. Генератор механических колебаний должен обладать достаточной мощностью, для того чтобы придать реактору с исследуемым образцом возвратно-поступательные синусоидальные колебания с регулируемой частотой от 10 до 100 Гц и регулируемой амплитудой от 0,5 до 3 мм. Система нагрева реактора должна быть неподвижна, а электрические помехи от протекающего по нагревателю тока должны быть минимизированы (на порядок меньше, чем минимальный регистрируемый сигнал от магнитометра).The main difficulty in the design of devices for this purpose is the combination of a flowing chemical reactor (with controlled parameters for temperature and gas flow) with the measuring system of the magnetometer. The reactor with the test sample, as well as the heating element and the cooling system should be located in the gap of the magnet. This condition requires the maximum possible miniaturization of all reactor components, since an increase in the gap between the poles of the magnet leads to a quadratic decrease in the magnetic field strength. The test sample should be fixedly fixed between gas-permeable and heat-resistant membranes in the working zone of the reactor. The generator of mechanical vibrations must have sufficient power in order to give reciprocating sinusoidal oscillations with a controlled frequency from 10 to 100 Hz and an adjustable amplitude from 0.5 to 3 mm to the reactor with the test sample. The reactor heating system should be stationary, and the electrical noise from the current flowing through the heater should be minimized (an order of magnitude smaller than the minimum recorded signal from the magnetometer).
Данная задача была решена в настоящем изобретении.This problem was solved in the present invention.
В вибрационном магнитометре, содержащем источник магнитного поля, генератор механических колебаний, систему детектирования сигнала, узел фиксации исследуемого образца, согласно изобретению узел фиксации исследуемого образца выполнен в виде проточного микрореактора, магнитометр содержит устройство для нагрева и охлаждения микрореактора, расположенное около реактора в зазоре между полюсами источника магнитного поля, а микрореактор содержит камеру для размещения исследуемого образца, выполненную с возможностью прохода через нее газа, при этом между внутренними стенками микрореактора и внешней стенкой камеры для размещения образца имеется зазор для прохода через него газа.In a vibrating magnetometer containing a magnetic field source, a mechanical oscillation generator, a signal detection system, a test sample fixation unit, according to the invention, a test sample fixation unit is made in the form of a flow microreactor, the magnetometer contains a device for heating and cooling the microreactor, located near the reactor in the gap between the poles a magnetic field source, and the microreactor contains a chamber for placement of the test sample, configured to pass gas through it While a gap for the passage therethrough of gas between the inner walls of the microreactor and the outer wall of the chamber to accommodate the sample.
Предпочтительно камера для размещения образца содержит газопроницаемые мембраны, служащие для неподвижного закрепления образца в камере микрореактора.Preferably, the sample containment chamber comprises gas permeable membranes used to immobilize the sample in the microreactor chamber.
Предпочтительно камера для размещения образца содержит термопару.Preferably, the sample holding chamber comprises a thermocouple.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. На Фиг.1 изображена принципиальная схема магнитометра. На Фиг.2 изображен кварцево-керамический микрореактор.The invention is illustrated by the following drawings. Figure 1 shows a schematic diagram of a magnetometer. Figure 2 shows a quartz-ceramic microreactor.
Предлагаемый вибрационный магнитометр состоит из следующих элементов:The proposed vibration magnetometer consists of the following elements:
1 - электромагнит с максимальной напряженностью поля 2 Т при зазоре между полюсами 10 мм;1 - an electromagnet with a maximum field strength of 2 T with a gap between the poles of 10 mm;
2 - блок управления магнитом, состоящий из источников питания постоянного тока и цифроаналогового преобразователя (АЦП) для связи с управляющим компьютером;2 - magnet control unit, consisting of DC power supplies and a digital-to-analog converter (ADC) for communication with a control computer;
3 - датчик Холла с источником питания и аналого-цифровым преобразователем для связи с управляющим компьютером;3 - Hall sensor with a power source and an analog-to-digital converter for communication with a control computer;
4 - генератор механических колебаний (ГМК), состоящий из сервопривода, связанного через АЦП с компьютером и механического преобразователя вращательного движения в возвратно-поступательное;4 - a generator of mechanical vibrations (GMK), consisting of a servo drive connected through an ADC to a computer and a mechanical transducer of rotational motion to reciprocating;
5 - реактор из кварцевых и керамических деталей (отдельно описан ниже);5 - a reactor made of quartz and ceramic parts (separately described below);
6 - устройство крепления реактора к ГМК;6 - device for fastening the reactor to the MMC;
7 - нагреватель с охлаждаемым водой радиатором. Нагревательный элемент помещен в латунный блок, в который по внутренним каналам поступает ток холодной воды для охлаждения наружной части нагревателя. Такая конструкция позволяет отсекать тепловой поток от нагревателя к катушкам Гельмгольца;7 - heater with a water-cooled radiator. The heating element is placed in a brass block, into which cold water flows through the internal channels to cool the outside of the heater. This design allows you to cut off the heat flux from the heater to the Helmholtz coils;
8 - криостат, связанный с устройством подачи хладагента. Криостат представляет собой трубку из теплоизолирующего материала с встроенной термопарой медь-константан. Хладогент в виде потока холодного азота подается в нижнюю часть трубки из сосуда Дьюара, в котором расположен нагреватель, управляемый программатором температур и термопарой криостата;8 is a cryostat associated with a refrigerant supply device. The cryostat is a tube made of insulating material with an integrated copper-constantan thermocouple. Refrigerant in the form of a stream of cold nitrogen is supplied to the lower part of the tube from a Dewar vessel, in which a heater is located, controlled by a temperature programmer and a cryostat thermocouple;
9 - манипулятор представляет собой устройство, позволяющее подводить к реактору снизу либо нагреватель, либо криостат;9 - the manipulator is a device that allows you to bring to the reactor from below either a heater or a cryostat;
10 - система управления нагревом и охлаждением, включающая в себя программатор температур, позволяющий нагревать или охлаждать исследуемый образец с заданной скоростью до заданной температуры;10 - control system for heating and cooling, which includes a temperature programmer that allows you to heat or cool the test sample at a given speed to a given temperature;
11 - двухканальный усилитель с фазовым детектором и АЦП, предназначенный для обработки и усиления сигнала с катушек Гельмгольца и передачи сигнала в цифровой форме на компьютер;11 - two-channel amplifier with a phase detector and ADC, designed to process and amplify the signal from the Helmholtz coils and transmit the signal in digital form to a computer;
12 - система подготовки газов включает в себя регуляторы расхода-давления и систему кранов, позволяющую заменять один газ на другой.12 - the gas preparation system includes flow-pressure regulators and a valve system that allows replacing one gas with another.
Микрореактор состоит из следующих элементов:The microreactor consists of the following elements:
13 - Керамический корпус;13 - Ceramic body;
14 - газовый радиатор-распределитель предназначен для равномерного распределения поступающего газового потока на нижней газопроницаемой мембране и представляет собой втулку с 4-мя боковыми сквозными каналами для входа газового потока;14 - gas radiator-distributor is designed for uniform distribution of the incoming gas stream on the lower gas-permeable membrane and is a sleeve with 4 lateral through channels for the entrance of the gas stream;
15 - газопроницаемые мембраны из пористого термостойкого и химически инертного материала;15 - gas-permeable membranes of porous heat-resistant and chemically inert material;
16 - исследуемое вещество массой от 1 до 50 мг;16 - test substance weighing from 1 to 50 mg;
17 - Pt-PtRh термопара;17 - Pt-PtRh thermocouple;
18 - кварцевая трубка;18 - quartz tube;
19 - межтрубное пространство, в котором происходит предварительный разогрев газа;19 - annular space in which the gas is preheated;
20 - вход газового потока по межтрубному пространству;20 - gas flow in the annulus;
21 - выход газового потока через кварцевую трубку.21 - exit of the gas stream through a quartz tube.
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
1) исследуемое твердое вещество массой от 5·10-3 до 0,1 г помещают в реактор 5 и закрепляют неподвижно между двумя газопроницаемыми мембранами 15;1) the investigated solid substance weighing from 5 · 10 -3 to 0.1 g is placed in the reactor 5 and fixed motionless between two gas-
2) реактор 5 устанавливают в держателе ГМК 6;2) the reactor 5 is installed in the holder GMK 6;
3) при помощи устройства подготовки газа 12 задают необходимый поток газа через реактор;3) using the gas preparation device 12 set the required gas flow through the reactor;
4) включают ГМК 4 и устанавливают при помощи блока 2 необходимое для эксперимента значение магнитного поля, при исследовании магнитных характеристик задают развертку поля с заданной скоростью;4) turn on the GMK 4 and set the value of the magnetic field necessary for the experiment using block 2; when examining the magnetic characteristics, the field sweep is set at a given speed;
5) при исследовании изотермических процессов через реактор пропускают инертный газ и при помощи программатора температур 10 задают необходимую температуру эксперимента и скорость нагрева до заданной температуры. После выхода температуры на заданное значение заменяют ток инертного газа на реакционный газ или смесь реакционных газов, после чего регистрируют изменение намагниченности с заданной частотой. При необходимости останавливают процесс путем замены реакционного газа на инертный газ и производят измерение магнитных характеристик (намагниченность насыщения, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила) при температуре процесса или любой другой температуре;5) in the study of isothermal processes, an inert gas is passed through the reactor, and using the temperature programmer 10, the required experimental temperature and the heating rate to a given temperature are set. After the temperature reaches a predetermined value, the inert gas current is replaced by a reaction gas or a mixture of reaction gases, after which a change in the magnetization with a given frequency is recorded. If necessary, stop the process by replacing the reaction gas with an inert gas and measure the magnetic characteristics (saturation magnetization, residual magnetization, coercive force) at the process temperature or any other temperature;
6) при исследовании реакции в режиме программированного нагрева на реактор 5 с исследуемым веществом подают поток реакционного газа и затем включают программированный нагрев, в процессе которого непрерывно регистрируют изменение намагниченности.6) when studying the reaction in the programmed heating mode, a reaction gas stream is fed to the reactor 5 with the test substance and then the programmed heating is switched on, during which the change in magnetization is continuously recorded.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010111642/28A RU2444743C2 (en) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | Vibration magnetometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010111642/28A RU2444743C2 (en) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | Vibration magnetometer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010111642A RU2010111642A (en) | 2011-10-10 |
RU2444743C2 true RU2444743C2 (en) | 2012-03-10 |
Family
ID=44804514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010111642/28A RU2444743C2 (en) | 2010-03-29 | 2010-03-29 | Vibration magnetometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444743C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022189504A1 (en) | 2021-03-09 | 2022-09-15 | Danmarks Tekniske Universitet | Vibrating sample magnetometer (vsm) with a sample holder |
RU2799103C1 (en) * | 2023-02-06 | 2023-07-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт "Международный томографический центр" Сибирского отделения Российской академии наук (МТЦ СО РАН) | Magnetic field controller |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU581444A1 (en) * | 1976-04-17 | 1977-11-25 | Предприятие П/Я М-5225 | Vibration magnetometer |
SU983601A1 (en) * | 1979-04-23 | 1982-12-23 | Харьковский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького | Vibration magnetometer |
RU19174U1 (en) * | 2001-04-23 | 2001-08-10 | Научно-исследовательский институт "Домен" | VIBRATION MAGNETOMETER |
RU2279689C2 (en) * | 2004-07-28 | 2006-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Магнитные и криоэлектронные системы" (ООО "МаКриЭл системс") | Vibrating magnetometer |
RU2339965C1 (en) * | 2007-06-09 | 2008-11-27 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Vibrating magnetometer |
RU2341810C1 (en) * | 2007-06-09 | 2008-12-20 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Vibration magnetic meter |
-
2010
- 2010-03-29 RU RU2010111642/28A patent/RU2444743C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU581444A1 (en) * | 1976-04-17 | 1977-11-25 | Предприятие П/Я М-5225 | Vibration magnetometer |
SU983601A1 (en) * | 1979-04-23 | 1982-12-23 | Харьковский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.А.М.Горького | Vibration magnetometer |
RU19174U1 (en) * | 2001-04-23 | 2001-08-10 | Научно-исследовательский институт "Домен" | VIBRATION MAGNETOMETER |
RU2279689C2 (en) * | 2004-07-28 | 2006-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Магнитные и криоэлектронные системы" (ООО "МаКриЭл системс") | Vibrating magnetometer |
RU2339965C1 (en) * | 2007-06-09 | 2008-11-27 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Vibrating magnetometer |
RU2341810C1 (en) * | 2007-06-09 | 2008-12-20 | Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН | Vibration magnetic meter |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022189504A1 (en) | 2021-03-09 | 2022-09-15 | Danmarks Tekniske Universitet | Vibrating sample magnetometer (vsm) with a sample holder |
RU2799103C1 (en) * | 2023-02-06 | 2023-07-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт "Международный томографический центр" Сибирского отделения Российской академии наук (МТЦ СО РАН) | Magnetic field controller |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010111642A (en) | 2011-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wu et al. | Thermopower measurement of cation distribution in magnetite | |
US5285677A (en) | Selective gas detection by field separation and velocity of sound determination, especially O2 detection | |
JP2008023339A (en) | Method and apparatus for measuring characteristics of variation in magnetic induction of magnetic material with respect to temperature | |
JP4317646B2 (en) | Nuclear magnetic resonance apparatus | |
Chernavskii et al. | Experimental setup for investigating topochemical transformations of ferromagnetic nanoparticles | |
Richardson et al. | Quantification of hyperpolarisation efficiency in SABRE and SABRE-Relay enhanced NMR spectroscopy | |
US7750636B2 (en) | NMR system | |
JP5586599B2 (en) | Magnetometer | |
US6825663B2 (en) | Magnetic resonance apparatus and operating method therefor for actively regulating heating in the apparatus | |
RU2444743C2 (en) | Vibration magnetometer | |
Isbester et al. | NMR probe for heterogeneous catalysis with isolated reagent flow and magic-angle spinning | |
Bui et al. | AC magnetometry with active stabilization and harmonic suppression for magnetic nanoparticle spectroscopy and thermometry | |
Weller | Characterization of high purity bcc metals by mechanical spectroscopy | |
JP3601881B2 (en) | Mixing device for fluid mixing of high pressure NMR measurement device | |
Gerritsma et al. | Proton-spin-lattice relaxation and self-diffusion in methanes: I. Spin-echo spectrometer and preparation of the methane samples | |
CN103885009A (en) | Permanent magnet temperature coefficient open-circuit measuring device and method | |
US10139292B2 (en) | Calorimeter with stabilized temperature | |
WO2004010160A1 (en) | Frequency feedback for nmr magnet temperature control | |
WO2022189504A1 (en) | Vibrating sample magnetometer (vsm) with a sample holder | |
Sato et al. | Observation of an extrinsic critical velocity using matter wave interferometry | |
Bezdushnyi et al. | Apparatus for magnetization measurements in gaseous atmosphere under pressure | |
CN210071709U (en) | Temperature control device for nuclear magnetic resonance fluid analyzer probe | |
US3665297A (en) | Apparatus for determining magnetic susceptibility in a controlled chemical and thermal environment | |
WO2005022183A1 (en) | Nmr probe for measuring high temperature | |
Lamarche | Simple top‐loading cryostat insert for a SQUID magnetometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130330 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160510 |