一种可变频率的磁热效应测量装置及方法转让专利
申请号 : CN202011239014.0
文献号 : CN112505093B
文献日 : 2022-03-29
发明人 : 郑志刚 , 刘君易 , 林宸 , 吉丽 , 李成峰 , 邱兆国 , 曾德长
申请人 : 华南理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,包括支架台、驱动系统、真空室、磁体系统、温度控制系统和温度记录系统,所述驱动系统包括调速电机和调速器,所述温度控制系统包括热电阻和可调节电源开关,所述调速电机和磁体系统均安装于所述支架台,所述调节电机与调速器连接,所述调速电机与磁体系统连接,所述真空室安装于所述磁体系统的两侧,所述热电阻安装于真空室,所述热电阻与可调节电源开关连接,所述温度记录系统与真空室连接;
所述磁体系统包括第一永磁体、第二永磁体和安装架,所述安装架通过第二支架安装于支架台,所述安装架与驱动系统连接,所述安装架两侧设有凹槽,所述凹槽的宽度大于真空室的第二圆筒外径,所述第一永磁体安装于安装架,所述第二永磁体安装于所述第一永磁体两侧。
2.根据权利要求1所述的一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,所述温度记录系统包括温度传感器、温度记录仪和计算机,所述温度传感器安装于真空室,所述温度传感器通过接线端与温度记录仪连接,所述温度记录仪与计算机连接。
3.根据权利要求1所述的一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,所述真空室包括样品腔体、样品腔盖和样品台,所述样品腔盖安装于支架台,所述样品台通过螺纹安装于样品腔盖,所述样品腔盖与样品腔体连接,所述热电阻通过样品腔盖与可调节电源开关连接,所述温度记录系统与样品腔盖连接。
4.根据权利要求3所述的一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,所述样品腔盖包括连接部、气阀、接线端、安装部,所述连接部通过第一支架与支架台连接,所述气阀和接线端安装于连接部,所述热电阻通过接线端与可调节电源开关连接,所述接线端与所述温度记录系统连接,所述样品台通过安装部与连接部连接。
5.根据权利要求3所述的一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,所述样品腔体包括第一圆筒部和第二圆筒部,所述第一圆筒部的直径大于所述第二圆筒部的直径,第一圆筒部的一端通过螺纹安装于所述样品腔盖,所述第一圆筒部的另一端与第二圆筒部连通。
6.根据权利要求3所述的一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,所述样品台采用隔热材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,所述磁体系统还包括软磁体,所述第一永磁体的两端和第二永磁体的两端均与软磁体连接,所述凹槽的宽度大于真空室的第二圆筒的外直径。
8.根据权利要求1所述的一种可变频率的磁热效应测量装置,其特征在于,所述支架台包括第一支架、第二支架、第三支架和底座,所述真空室通过第一支架安装于磁体系统的两侧,所述磁体系统通过第二支架安装于底座,所述调速电机通过第三支架安装于底座。
说明书 :
一种可变频率的磁热效应测量装置及方法
技术领域
背景技术
的发展与应用取决于磁热材料性能的提高,因此对新型磁制冷材料的研究与探索一直是国
际上的热点研究方向。
磁熵变或绝热温变。在零磁场条件下,磁体内磁矩的取向是无序的,此时磁熵较大,体系绝
热温度较低;施加磁场后,磁矩在磁场的力矩作用下趋于与磁场方向平行,导致磁熵减小,
绝热温度升高,进而通过热量传递向环境中释放热量;当去掉磁场后,由于磁性原子的热运
动,其磁矩又趋于无序,绝热温度降低,进而通过热量交换从环境中吸热。这就是磁制冷循
环的整个过程。
测出材料不同温度下的磁化强度随磁场的变化曲线,然后通过麦克斯韦(Maxwell)关系式
积分算出等温磁熵变。测量绝热温变属于直接测量方法,该方法是在绝热条件下,材料在变
化磁场的作用下,直接测出材料的温度变化。磁化强度测量法测量过程和计算较复杂,而且
成本高;直接测量法简单直观、廉价,特别是在室温磁制冷材料研究领域,具有其特别的优
势。间接测量磁热效应的方法可以采用常规的磁测量方法,但直接测量方法尚无通用的设
备。因此,有必要开发一种磁热效应直接测量装置。
杂,操作繁杂;3、电磁场或脉冲磁场只能通过改变电流大小来调节磁场,磁场会有驰豫时
间,会影响测量结果的精准性。现有技术中另外公开了一种永磁式磁热效应直接测量仪器,
永磁体可以提供1.4~2T的磁场,磁场强度可以在长时间的测量过程中测得较稳定的结果。
但存在不足是:1、测量精度不高(只能精确到0.1K);2、降温速度较慢,测量效率低;3、仪器
的结构复杂,操作繁琐,不利于提高测量效率;4、测量的频率较低,且无法调节。
发明内容
调速电机和调速器,所述温度控制系统包括热电阻和可调节电源开关,所述调速电机和磁
体系统均安装于所述支架台,所述调节电机与调速器连接,所述调速电机与磁体系统连接,
所述真空室安装于所述磁体系统的两侧,所述热电阻安装于真空室,所述热电阻与可调节
电源开关连接,所述温度记录系统与真空室连接。
计算机连接。
通过样品腔盖与可调节电源开关连接,所述温度记录系统与样品腔盖连接。
电源开关连接,所述接线端与所述温度记录系统连接,所述样品台通过安装部与连接部连
接。
一圆筒部的另一端与第二圆筒部连通。
槽的宽度大于真空室的第二圆筒外径,所述第一永磁体安装于安装架,所述第二永磁体安
装于所述第一永磁体两侧。
电机通过第三支架安装于底座。
品在目标温度和目标频率下的绝热温变;
度变化,最大频率达15Hz;两个真空室可以同时测量两个样品,测量效率较高。
附图说明
第二圆筒部;23、样品台;24、气阀;25、接线端;3、磁体系统;31、第一永磁体;32、第二永磁
体;33、软磁体;34、安装架;35、凹槽;4、驱动系统;41、调速电机;42、调速器;5、温度控制系
统;51、热电阻;52、可调节电源开关;6、温度记录系统;61、温度传感器;62、温度记录仪;63、
计算机。
具体实施方式
度控制系统5包括热电阻51和可调节电源开关52,调速电机41通过第三支架14安装于支架
台1的底座11,磁体系统3设有两个转轴,第三支架14的上端安装有两个滚动轴承,两个转轴
分别安装在两个滚动轴承上,第三支架13的另一端安装在底座11上,调节电机与调速器42
连接,调速电机41通过联轴器与磁体系统3的一个转轴连接,两个真空室2分别通过第一支
架12安装于磁体系统3的两侧,热电阻51安装于真空室2的内腔,热电阻51与可调节电源开
关52连接,温度记录系统6包括温度传感器61、温度记录仪62和计算机63,温度传感器61采
用高精度的Cernox传感器,型号为CX‑1050‑SD‑HT‑1.4M,该型号的温度传感器61在磁场中
受磁场的干扰较小,测量精度较高(0.001K),相应速度快,最快的理论采集数据频率为每
1ms采集一次。该温度传感器61安装于真空室2的样品台23的样品表面,温度传感器61通过
双绞线与温度记录仪62连接,温度记录仪62与计算机63连接。
到最大,支架依旧具有较高的稳定性;第三支架14是用于支撑调速电机41,第二支架13是用
于支撑磁体系统3,第一支架12是用于支撑真空室2。驱动系统4的调速电机41是用于为磁体
系统3旋转提供动力,调速电机41为90W\220V,电机的最大转速可达到1350r/min,经过配套
的减速器后的最大输出转速为450r/min,即磁体系统3的最大转动速度为450r/min;调速器
42为旋转调速器42,是用于调整调速电机41的转速,当速度达到最大时,样品的测量频率可
以达到15Hz。温度传感器61是用于收集样品腔体22内的样品温度,温度记录仪62是用于读
取温度传感器61的数据,计算机63可以方便的查看记录的数据、导出数据和处理数据。真空
室2采用铝合金制成,用于放置样品,让产品处于真空环境。热电阻51用于给样品腔体22内
的样品加热;可调节电源开关52可以调节输出电流,进而调节热电阻51的加热功率,从而实
现样品腔体22内的温度调节。
样品腔盖21通过螺纹与样品腔体22连接,样品腔盖21与样品腔体22之间安装有密封圈,保
证了真空室2的密封性。热电阻51安装于样品腔盖21,样品腔体22内的温度传感器61通过样
品腔盖21的接线端25与温度记录仪62连接,样品台23采用隔热材料制成,该隔热材料包括
PVC、PC和玻璃,可以减少样品台23对测量结果的影响。样品腔盖21包括连接部211、气阀24、
接线端25、安装部212,连接部211设有带螺纹的圆形通孔和方形通孔,气阀24通过螺纹安装
在圆形通孔,气阀24的外螺纹上缠上生胶带,增加密封性;接线端25安装在方形通孔,为了
保证方形通孔的气密性,使用环形树脂对接线端25和方形通孔之间进行密封。样品台23通
过安装部212安装在连接部211的中部,连接部211设有外螺纹,连接部211通过螺纹与样品
腔体22的内螺纹连接,热电阻51通过接线端25与温度记录系统6均连接,真空泵通过气阀24
与真空室2的内腔连通。样品腔体22包括第一圆筒部221和第二圆筒部222,第一圆筒部221
的直径大于第二圆筒部222的直径,第一圆筒部221的一端通过螺纹安装于样品腔盖21,第
一圆筒部221的中心轴和第二圆筒部222的中心轴重叠,并第一圆筒部221的另一端与第二
圆筒部222连通,第二圆筒部222可以自由通过安装部34的凹槽35。样品腔体22和样品腔盖
21用于形成真空环境的密闭容器。样品台23用于承托样品,并对样品隔热。气阀24的功能:
一是在测量前通过气管连接真空泵,抽掉样品腔内的空气,为测量创造真空环境;二是在测
量后先通过打开气体阀门,使样品腔内外的压力相等,可以方便的拆掉样品腔。接线端25起
到热电阻和温度传感器与外部设备连通。
通过联轴器与驱动系统4的调速电机41连接,第一永磁体31安装于安装架34的中部,第二永
磁体32对称地安装于第一永磁体31的两侧,第一永磁体31的上下两端和第二永磁体32的上
下两端均与软磁体33连接,相邻的两个第二永磁体32围成凹槽35,凹槽35的磁场强度使用
Lake Shore高斯计进行了测量,测得最大磁场强度为0.57T。凹槽35的直径大于真空室2的
第二圆筒222的外直径,为了样品腔体22的第二圆筒222能顺利经过凹槽35。第一永磁体31
有4块,第二永磁体32也有4块,均采用N50材质,磁体表面进行镀锌防锈处理,永磁体的尺寸
使用有限元软件ANSYS进行了优化,永磁体(包括第一永磁体31和第二永磁体32)组成了两
个磁力线回路。安装架34采用不锈钢制成,用于固定第一永磁体31、第二永磁体32和软磁体
33。软磁体33起到对第一永磁体31和第二永磁体32的导磁作用。
温度传感器61与样品缠绕起来,从而固定温度传感器61;
和频率下的绝热温变;
范围之内。