RU2444743C2 - Vibration magnetometer - Google Patents

Vibration magnetometer Download PDF

Info

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
Application number
RU2010111642/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010111642A (en
Inventor
Петр Александрович Чернавский (RU)
Петр Александрович Чернавский
Галина Викторовна Панкина (RU)
Галина Викторовна Панкина
Борис Петрович Чеботарев (RU)
Борис Петрович Чеботарев
Виктор Васильевич Киселев (RU)
Виктор Васильевич Киселев
Валерий Васильевич Лунин (RU)
Валерий Васильевич Лунин
Original Assignee
Государственное Учебно-Научное Учреждение Химический Факультет Московского Государственного Университета Имени М.В. Ломоносова
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 Государственное Учебно-Научное Учреждение Химический Факультет Московского Государственного Университета Имени М.В. Ломоносова filed Critical Государственное Учебно-Научное Учреждение Химический Факультет Московского Государственного Университета Имени М.В. Ломоносова
Priority to RU2010111642/28A priority Critical patent/RU2444743C2/en
Publication of RU2010111642A publication Critical patent/RU2010111642A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2444743C2 publication Critical patent/RU2444743C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device is a vibration magnetometer which is designed to measure magnetisation of analysed substances directly during their chemical transformation. The magnetometer has a magnetic field source, a mechanical vibration generator, a signal detection system and a unit for holding the analysed sample. The unit for holding the analysed sample is in form of a flow-type microreactor. The magnetometer also has a device for heating and cooling the microreactor lying opposite the reactor in a gap between poles of the magnetic field source, and the microreactor has a chamber where the analysed sample is placed. Gas can pass through said chamber. There is a gap through which gas passes between the inner walls of the microreactor and the outer wall of the chamber where the sample is put.
EFFECT: possibility of continuous measurement of magnetisation with controlled composition of a gas medium and temperature range from 70 K to 1200 K.
3 cl, 2 dwg

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-permeable membranes 15;

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)

1. Вибрационный магнитометр, содержащий источник магнитного поля, генератор механических колебаний, систему детектирования сигнала, узел фиксации исследуемого образца, отличающийся тем, что 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.1. A vibrating magnetometer containing a magnetic field source, a mechanical oscillation generator, a signal detection system, a test sample fixation unit, characterized in that the 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 of the magnetic field source, and the microreactor contains a chamber for accommodating the test sample, made with the possibility of passage of gas through it, while between the inner walls of the microreactor and the outer wall of the chamber for placing the sample there is a gap for the passage of gas through it. 2. Устройство, описанное в п.1, отличающееся тем, что камера для размещения образца содержит газопроницаемые мембраны, служащие для неподвижного закрепления образца в камере микрореактора.2. The device described in claim 1, characterized in that the chamber for accommodating the sample contains gas-permeable membranes, which serve to immobilize the sample in the chamber of the microreactor. 3. Устройство, описанное в п.1, отличающееся тем, что камера для размещения образца содержит термопару. 3. The device described in claim 1, characterized in that the chamber for accommodating the sample contains a thermocouple.
RU2010111642/28A 2010-03-29 2010-03-29 Vibration magnetometer RU2444743C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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