[發(fā)明專利]一種可變頻率的磁熱效應(yīng)測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011239014.0
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112505093B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭志剛;劉君易;林宸;吉麗;李成峰;邱兆國;曾德長
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01R33/12
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 梁睦宇

本發(fā)明公開了一種可變頻率的磁熱效應(yīng)測量裝置，包括支架臺、驅(qū)動系統(tǒng)、真空室、磁體系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和溫度記錄系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括調(diào)速電機(jī)和調(diào)速器，所述溫度控制系統(tǒng)包括熱電阻和可調(diào)節(jié)電源開關(guān)，所述調(diào)速電機(jī)和磁體系統(tǒng)均安裝于所述支架臺，所述調(diào)節(jié)電機(jī)與調(diào)速器連接，所述調(diào)速電機(jī)與磁體系統(tǒng)連接，所述真空室安裝于所述磁體系統(tǒng)的兩側(cè)，所述熱電阻安裝于真空室，所述熱電阻與可調(diào)節(jié)電源開關(guān)連接，所述溫度記錄系統(tǒng)與真空室連接。本發(fā)明實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于維護(hù)，可以測量磁性材料在不同溫度和不同頻率下的絕熱溫度變化，最大頻率達(dá)15Hz；兩個真空室可以同時測量兩個樣品，測量效率較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁熱效應(yīng)測量裝置，尤其涉及一種可變頻率的磁熱效應(yīng)測量裝置及方法。

背景技術(shù)

自19世紀(jì)80年代沃伯格(Warburg)在金屬鐵中首次發(fā)現(xiàn)了磁熱效應(yīng)以來，基于磁熱效應(yīng)的磁制冷技術(shù)由于其綠色、高效等特點(diǎn)而受到了全球研究人員的關(guān)注。磁制冷技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用取決于磁熱材料性能的提高，因此對新型磁制冷材料的研究與探索一直是國際上的熱點(diǎn)研究方向。

磁熱效應(yīng)是磁性材料的內(nèi)在性質(zhì)，目前對磁熱效應(yīng)的一般定義為磁性材料在磁場增強(qiáng)或減弱時產(chǎn)生的放熱或吸熱現(xiàn)象，具體來說是材料在磁化或退磁過程中所產(chǎn)生的等溫磁熵變或絕熱溫變。在零磁場條件下，磁體內(nèi)磁矩的取向是無序的，此時磁熵較大，體系絕熱溫度較低；施加磁場后，磁矩在磁場的力矩作用下趨于與磁場方向平行，導(dǎo)致磁熵減小，絕熱溫度升高，進(jìn)而通過熱量傳遞向環(huán)境中釋放熱量；當(dāng)去掉磁場后，由于磁性原子的熱運(yùn)動，其磁矩又趨于無序，絕熱溫度降低，進(jìn)而通過熱量交換從環(huán)境中吸熱。這就是磁制冷循環(huán)的整個過程。

當(dāng)前磁性材料的等溫磁熵變(ΔSM)和絕熱溫變(ΔTad)是評價磁熱效應(yīng)的兩個重要參數(shù)。測量等溫磁熵變屬于間接測量方法，該方法又稱為磁化強(qiáng)度測量法，該方法是首先測出材料不同溫度下的磁化強(qiáng)度隨磁場的變化曲線，然后通過麥克斯韋(Maxwell)關(guān)系式積分算出等溫磁熵變。測量絕熱溫變屬于直接測量方法，該方法是在絕熱條件下，材料在變化磁場的作用下，直接測出材料的溫度變化。磁化強(qiáng)度測量法測量過程和計算較復(fù)雜，而且成本高；直接測量法簡單直觀、廉價，特別是在室溫磁制冷材料研究領(lǐng)域，具有其特別的優(yōu)勢。間接測量磁熱效應(yīng)的方法可以采用常規(guī)的磁測量方法，但直接測量方法尚無通用的設(shè)備。因此，有必要開發(fā)一種磁熱效應(yīng)直接測量裝置。

現(xiàn)有技術(shù)中通過電源檔位的調(diào)節(jié)進(jìn)而改變磁場強(qiáng)度，對直接測量磁熱效應(yīng)裝置的磁場源提供了新的設(shè)計思路。但存在以下缺點(diǎn)：1、設(shè)備的造價和使用成本高；2、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁雜；3、電磁場或脈沖磁場只能通過改變電流大小來調(diào)節(jié)磁場，磁場會有馳豫時間，會影響測量結(jié)果的精準(zhǔn)性。現(xiàn)有技術(shù)中另外公開了一種永磁式磁熱效應(yīng)直接測量儀器，永磁體可以提供1.4～2T的磁場，磁場強(qiáng)度可以在長時間的測量過程中測得較穩(wěn)定的結(jié)果。但存在不足是：1、測量精度不高(只能精確到0.1K)；2、降溫速度較慢，測量效率低；3、儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣，不利于提高測量效率；4、測量的頻率較低，且無法調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和頻率無法調(diào)節(jié)等技術(shù)問題，提供了一種可變頻率的磁熱效應(yīng)測量裝置及方法。

本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：一種可變頻率的磁熱效應(yīng)測量裝置，包括支架臺、驅(qū)動系統(tǒng)、真空室、磁體系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和溫度記錄系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括調(diào)速電機(jī)和調(diào)速器，所述溫度控制系統(tǒng)包括熱電阻和可調(diào)節(jié)電源開關(guān)，所述調(diào)速電機(jī)和磁體系統(tǒng)均安裝于所述支架臺，所述調(diào)節(jié)電機(jī)與調(diào)速器連接，所述調(diào)速電機(jī)與磁體系統(tǒng)連接，所述真空室安裝于所述磁體系統(tǒng)的兩側(cè)，所述熱電阻安裝于真空室，所述熱電阻與可調(diào)節(jié)電源開關(guān)連接，所述溫度記錄系統(tǒng)與真空室連接。

更優(yōu)的選擇，所述溫度記錄系統(tǒng)包括溫度傳感器、溫度記錄儀和計算機(jī)，所述溫度傳感器安裝于真空室，所述溫度傳感器通過接線端與溫度記錄儀連接，所述溫度記錄儀與計算機(jī)連接。