本發(fā)明涉及磁熱效應(yīng)測量裝置，尤其涉及一種雙通道室溫磁熱效應(yīng)直接測量儀與方法。

背景技術(shù)：

自1881年發(fā)現(xiàn)磁熱效應(yīng)以來，磁制冷作為一種高效，可靠的綠色制冷技術(shù)引起了國內(nèi)外的廣泛重視。磁性物質(zhì)是由原子或具有磁矩的磁離子組成的結(jié)晶體，它有一定的熱運動或熱振動。順磁性材料的離子或原子磁矩在無外磁場時是雜亂無章的，加外磁場后，原子的磁矩沿外磁場取向排列，使磁矩有序化，有序度增加，從而減少材料的磁熵，因而會向外界放出熱量；而一旦去掉外磁場，材料內(nèi)部的磁有序度減小，磁熵增大，在磁熵增加和等溫條件下，工質(zhì)會從外界吸收熱量，就能達(dá)到制冷的目的。這種磁性系統(tǒng)在磁場的施加與去除過程中所呈現(xiàn)的熱現(xiàn)象稱為磁熱效應(yīng)(MCE)。磁制冷就是利用磁性材料的磁熱效應(yīng)來實現(xiàn)制冷的，這是磁制冷的基本原理。

磁制冷技術(shù)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)氣體壓縮制冷和半導(dǎo)體制冷。與傳統(tǒng)的氣體壓縮式制冷相比，具有以下明顯的特點：1、單位體積的制冷功率大，易小型化；2、穩(wěn)定可靠，便于維修；3、有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢，磁制冷的效率可達(dá)到卡諾循環(huán)的30％～60％，是氣體壓縮式制冷效率的6倍，因此對節(jié)能十分有利；4、由于制冷工質(zhì)為固體材料以及在循環(huán)回路中可用水作為傳熱介質(zhì)，這消除了因使用氟利昂、氨及碳?xì)浠衔锏戎评鋭┧鶐淼钠茐拇髿獬粞鯇?、易泄露、易燃及地球溫室效?yīng)等環(huán)境問題，對生態(tài)環(huán)境起到了保護作用。

目前磁制冷技術(shù)中衡量磁工質(zhì)的磁熱效應(yīng)的大小最常用的是絕熱磁熵變ΔS_M，該方法是屬于間接測量法，測試過程方便簡單，已被廣泛認(rèn)可。但是對于磁制冷材料在磁制冷樣機中應(yīng)用來講，ΔS_M的大小還不能簡單地直接等同于磁制冷效率的大小。而熱溫變ΔT_ad測量參數(shù)是通過直接測量法得到的最能直接反映材料本身磁熱效應(yīng)大小的一個表征參數(shù)。由于磁制冷技術(shù)是一項新型的制冷技術(shù)，截止目前市場上尚缺乏有效、精確的磁熱效應(yīng)直接測量絕熱溫變的設(shè)備。間接測量絕熱溫變可以采用傳統(tǒng)的磁測量方法，而直接測量法尚無通用設(shè)備。因此開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的磁熱效應(yīng)直接測量設(shè)備是十分必要的。

專利公開號CN02276759提出由脈沖磁場提供磁場的磁熱效應(yīng)測量儀器，實現(xiàn)了絕熱溫變的直接測量，對之后的研究和設(shè)計新的磁熱效應(yīng)儀器有啟發(fā)作用。但是測量儀器尚存在以下缺點：1、設(shè)備的成本和運行費用高；2、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣；3、采用電磁場或脈沖磁場只能通過改變電流的大小來實現(xiàn)磁場變化，存在弛豫時間，影響材料磁熱效應(yīng)參數(shù)測量的準(zhǔn)確性。

專利公開號CN200520008166提出使用永磁磁場作為磁場源的磁熱效應(yīng)直接測量儀；永磁體可以提供1.4～2特斯拉的磁場，磁場強度相對長時間能夠穩(wěn)定在一個準(zhǔn)確的值，但存在不足是：1、永磁體提供的磁場是一個固定值，滿足不了測量不同磁場下的絕熱溫變，測量范圍非常受限；同時永磁磁場的均勻程度不夠高，對測量結(jié)果有一定的影響；2、儀器的結(jié)構(gòu)和操作相對復(fù)雜。不利于實驗測量的效率提升。

專利公開號201310072922提出了由多個永磁體按不同形式排列可以得到不同磁場強度的磁場源，實現(xiàn)不同磁場下隨溫度變化的絕熱溫變，測量裝置較以往得到了大的改進(jìn)，但是儀器依然沒能避免：1、永磁場帶來的局限性，包括磁路的設(shè)計，磁場強度的均勻穩(wěn)定性，以及磁場大小這些因素的困擾；2、系統(tǒng)溫度的大小范圍較?。煌瑫r儀器的結(jié)構(gòu)更加的復(fù)雜，操作更加的繁瑣，裝置維修困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種雙通道室溫磁熱效應(yīng)直接測量儀與方法；其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠快速精確的在不同磁場和溫度變化的實驗條件下測量磁性材料的絕熱溫變。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種雙通道室溫磁熱效應(yīng)直接測量儀，包括杜瓦罐、置于杜瓦罐內(nèi)部的真空腔管2、安裝在真空腔管2下端部的磁場及溫度發(fā)生器1；

所述真空腔管2內(nèi)部還安插有一導(dǎo)向管13，導(dǎo)向管13的外周設(shè)有導(dǎo)向支架9，該導(dǎo)向支架9與真空腔管2的內(nèi)壁滑動配合；該導(dǎo)向管13內(nèi)安插有一樣品桿10，樣品桿10的下端部安裝有用于搭載待測樣品的雙通道樣品臺5，樣品桿10的上端部通過連接件11與設(shè)置在真空腔管2上端部的樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4連接；樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4驅(qū)動樣品桿10在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，并帶動搭載有待測樣品15的雙通道樣品臺5在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，進(jìn)而改變待測樣品15相對于磁場及溫度發(fā)生器1之間的距離。

所述雙通道室溫磁熱效應(yīng)直接測量儀還包括溫度顯示記錄儀7、控制終端6、直線導(dǎo)軌控制器8；

所述雙通道樣品臺5內(nèi)還設(shè)有用于測量雙通道樣品臺5本身溫度以及測量待測樣品15本身溫度的熱電偶3，熱電偶3通過導(dǎo)線連接溫度顯示記錄儀7，由溫度顯示記錄儀7實時顯示待測樣品15的溫度數(shù)據(jù)；

所述磁場及溫度發(fā)生器1通過導(dǎo)線連接控制終端6，通過控制終端6控制磁場及溫度發(fā)生器1的磁場強度、加熱溫度以及杜瓦罐內(nèi)真空腔管2的真空度；

所述樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4通過導(dǎo)線連接直線導(dǎo)軌控制器8，通過直線導(dǎo)軌控制器8驅(qū)動其伺服電機運行，進(jìn)而帶動樣品桿10在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，以改變待測樣品15相對于磁場及溫度發(fā)生器1之間的距離，進(jìn)而獲得待測樣品15的勵磁退磁數(shù)據(jù)。

所述雙通道樣品臺5的兩側(cè)分別各開設(shè)有一凹槽16，待測樣品15分為兩組，并分別通過絕熱膠帶17貼附在對應(yīng)的凹槽16內(nèi)；

所述熱電偶3分為三個，其中一個設(shè)置在雙通道樣品臺5上，用于測量雙通道樣品臺5本身的溫度；另外兩個分別設(shè)置在各組待測樣品15的中部，以測量待測樣品15本身的溫度。

所述樣品桿10的桿體上套設(shè)有帶透氣孔23的導(dǎo)向環(huán)14，導(dǎo)向環(huán)14的外壁與導(dǎo)向管13的內(nèi)壁滑動配合，作用在于為樣品桿10升降過程中提供導(dǎo)向，防止樣品桿10晃動。

所述熱電偶3的導(dǎo)線通過連接件11的密封接線口12連接外部的溫度顯示記錄儀7。

所述樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4設(shè)置在杜瓦罐的密封蓋22上。

所述待測樣品15為磁性材料樣品。

一種磁性材料磁熱效應(yīng)的測試方法，其包括如下步驟：

步驟一：打開杜瓦罐的密封蓋22，并一并取出樣品桿10；先將磁性材料樣品貼附在雙通道樣品臺5兩側(cè)的凹槽16內(nèi)；具體是先在凹槽16的槽底貼一層絕熱膠帶17作為襯底，然后將其中第一塊磁性材料樣品粘貼在其表面，接著在第一塊磁性材料樣品的表面放置熱電偶，再將第二塊磁性材料樣品貼附在第一塊磁性材料樣品表面，最后在第二塊磁性材料樣品的表面粘貼一層絕熱膠帶；熱電偶夾持在第一塊磁性材料樣品和第二塊磁性材料樣品之間；

然后將樣品桿10置于杜瓦罐內(nèi)，蓋上密封蓋22；接著初始化杜瓦罐內(nèi)部磁場、溫度和真空環(huán)境；

步驟二：通過直線導(dǎo)軌控制器8，將磁性材料樣品提升到杜瓦罐內(nèi)部的最高點，并通過直線導(dǎo)軌控制器8預(yù)先設(shè)定測設(shè)條件，測設(shè)包括：樣品桿10在真空腔管2內(nèi)作直線上下往復(fù)的次數(shù)、速度、磁性材料樣品相對于磁場及溫度發(fā)生器1之間的距離及停留的時間，為接下來測試做準(zhǔn)備；

步驟三：通過控制終端6設(shè)定磁場及溫度發(fā)生器1的磁場強度、加熱溫度以及杜瓦罐內(nèi)真空腔管2的真空度；

步驟四：待真空腔管2內(nèi)的溫度穩(wěn)定后，記錄此時磁性材料樣品的溫度T1，啟動直線導(dǎo)軌控制器8，開始實驗，磁性材料樣品進(jìn)入磁場范圍，隨著磁性材料樣品與磁場及溫度發(fā)生器1的距離不斷減小，磁性材料樣品由于磁熱效應(yīng)溫度不斷升高，當(dāng)溫度到達(dá)最高時記錄為T2；

步驟五：等待下一個溫度測量點，重復(fù)步驟三、步驟四，根據(jù)ΔT_ad＝T2-T1得到當(dāng)前溫度T1時的絕熱溫變，實驗不斷循環(huán)，依次測量不同溫度下的絕熱溫變值，完成ΔT_ad-T曲線，進(jìn)而可測得磁性材料的絕熱溫變數(shù)據(jù)，實驗完畢。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果：

本發(fā)明真空腔管2內(nèi)部設(shè)有樣品桿10，樣品桿10的下端部安裝有用于搭載待測樣品的雙通道樣品臺5，樣品桿10的上端部通過連接件11與設(shè)置在真空腔管2上端部的樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4連接；樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4驅(qū)動樣品桿10在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，并帶動搭載有待測樣品15的雙通道樣品臺5在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，進(jìn)而改變待測樣品15相對于磁場及溫度發(fā)生器1之間的距離；樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4采用直線導(dǎo)軌配合步進(jìn)電機使得行程精準(zhǔn)快速的控制，以此來完成待測樣品快速的勵磁退磁過程；溫度記錄儀器為彩色無紙記錄儀，可以快速準(zhǔn)確的實時采集并存儲溫度探頭的數(shù)據(jù)，方便后續(xù)對數(shù)據(jù)的處理。

本發(fā)明雙通道樣品臺5的兩側(cè)分別各開設(shè)有一凹槽16，待測樣品15分為兩組，并分別通過絕熱膠帶17貼附在對應(yīng)的凹槽16內(nèi)；熱電偶3分為三個，其中一個設(shè)置在雙通道樣品臺5上，用于測量雙通道樣品臺5本身的溫度；另外兩個分別設(shè)置在各組待測樣品15的中部，以測量待測樣品15本身的溫度。這種布局結(jié)構(gòu)更加緊湊，樣品安裝拆卸方便，提供了更加精準(zhǔn)的實驗數(shù)據(jù)。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，維護方便，避免以往繁瑣的裝配過程，提高了測試效率；通過控制終端(電腦)和直線導(dǎo)軌控制器的控制，可根據(jù)實驗的要求隨時編輯和切換實驗所需參數(shù)，較以往通過電腦編程來完成這一動作更加的簡單快速，降低了操作難度；溫度顯示記錄儀為彩色無紙記錄儀，該記錄儀會從時間間隔0.2-1秒鐘采集數(shù)據(jù)并完成實時的記錄和顯示，更直觀的展示了實驗過程數(shù)據(jù)的實時動態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為樣品桿、雙通道樣品臺和導(dǎo)向環(huán)等局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為雙通道樣品臺的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為導(dǎo)向管及其外周的導(dǎo)向支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為導(dǎo)向環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

實施例

如圖1至5所示。本發(fā)明公開了一種雙通道室溫磁熱效應(yīng)直接測量儀，包括杜瓦罐、置于杜瓦罐內(nèi)部的真空腔管2、安裝在真空腔管2下端部的磁場及溫度發(fā)生器1；

所述真空腔管2內(nèi)部還安插有一導(dǎo)向管13，導(dǎo)向管13的外周設(shè)有導(dǎo)向支架9，該導(dǎo)向支架9與真空腔管2的內(nèi)壁滑動配合；該導(dǎo)向管13內(nèi)安插有一樣品桿10，樣品桿10的下端部安裝有用于搭載待測樣品的雙通道樣品臺5，樣品桿10的上端部通過連接件11與設(shè)置在真空腔管2上端部的樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4連接；樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4驅(qū)動樣品桿10在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，并帶動搭載有待測樣品15的雙通道樣品臺5在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，進(jìn)而改變待測樣品15相對于磁場及溫度發(fā)生器1之間的距離。雙通道樣品臺5材料為銅。樣品桿10材料為不銹鋼。

所述雙通道室溫磁熱效應(yīng)直接測量儀還包括溫度顯示記錄儀7、控制終端6、直線導(dǎo)軌控制器8；

所述雙通道樣品臺5內(nèi)還設(shè)有用于測量雙通道樣品臺5本身溫度以及測量待測樣品15本身溫度的熱電偶3(K型熱電偶)，熱電偶3通過導(dǎo)線連接溫度顯示記錄儀7，由溫度顯示記錄儀7實時顯示待測樣品15的溫度數(shù)據(jù)；

所述磁場及溫度發(fā)生器1通過導(dǎo)線連接控制終端6，通過控制終端6控制磁場及溫度發(fā)生器1的磁場強度、加熱溫度以及杜瓦罐內(nèi)真空腔管2的真空度；

所述樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4通過導(dǎo)線連接直線導(dǎo)軌控制器8，通過直線導(dǎo)軌控制器8驅(qū)動其伺服電機運行，進(jìn)而帶動樣品桿10在真空腔管2內(nèi)作直線上下運動，以改變待測樣品15相對于磁場及溫度發(fā)生器1之間的距離，進(jìn)而獲得待測樣品15的勵磁退磁數(shù)據(jù)。

所述雙通道樣品臺5的兩側(cè)分別各開設(shè)有一凹槽16，待測樣品15分為兩組，并分別通過絕熱膠帶17貼附在對應(yīng)的凹槽16內(nèi)；

所述熱電偶3分為三個，其中一個設(shè)置在雙通道樣品臺5上，用于測量雙通道樣品臺5本身的溫度；另外兩個分別設(shè)置在各組待測樣品15的中部，以測量待測樣品15本身的溫度。測量雙通道樣品臺5的溫度作為待測樣品15的環(huán)境溫度，起到一個比對作用。

所述樣品桿10的桿體上套設(shè)有帶透氣孔23的導(dǎo)向環(huán)14，導(dǎo)向環(huán)14的外壁與導(dǎo)向管13的內(nèi)壁滑動配合，作用在于方便抽真空以及為樣品桿10升降過程中提供導(dǎo)向，防止樣品桿10晃動。

所述熱電偶3的導(dǎo)線通過連接件11的密封接線口12連接外部的溫度顯示記錄儀7。所述樣品桿直線導(dǎo)軌升降系統(tǒng)4設(shè)置在杜瓦罐的密封蓋22上。

密封蓋22上部的密封圈20與樣品桿10之間密封配合，便于樣品桿10上下往復(fù)運動。

所述待測樣品15為磁性材料樣品。

本發(fā)明磁性材料磁熱效應(yīng)的測試方法，可通過如下步驟實現(xiàn)：

步驟一：打開杜瓦罐的密封蓋22，并一并取出樣品桿10；先將磁性材料樣品貼附在雙通道樣品臺5兩側(cè)的凹槽16內(nèi)；具體是先在凹槽16的槽底貼一層絕熱膠帶17作為襯底，然后將其中第一塊磁性材料樣品粘貼在其表面，接著在第一塊磁性材料樣品的表面放置熱電偶，再將第二塊磁性材料樣品貼附在第一塊磁性材料樣品表面，最后在第二塊磁性材料樣品的表面粘貼一層絕熱膠帶；熱電偶夾持在第一塊磁性材料樣品和第二塊磁性材料樣品之間；

然后將樣品桿10置于杜瓦罐內(nèi)，蓋上密封蓋22；接著初始化杜瓦罐內(nèi)部磁場、溫度和真空環(huán)境；

步驟二：通過直線導(dǎo)軌控制器8，將磁性材料樣品提升到杜瓦罐內(nèi)部的最高點，并通過直線導(dǎo)軌控制器8預(yù)先設(shè)定測設(shè)條件，測設(shè)包括：樣品桿10在真空腔管2內(nèi)作直線上下往復(fù)的次數(shù)、速度、磁性材料樣品相對于磁場及溫度發(fā)生器1之間的距離及停留的時間，為接下來測試做準(zhǔn)備；

步驟三：通過控制終端6設(shè)定磁場及溫度發(fā)生器1的磁場強度、加熱溫度以及杜瓦罐內(nèi)真空腔管2的真空度；

步驟四：待真空腔管2內(nèi)的溫度穩(wěn)定后，記錄此時磁性材料樣品的溫度T1，啟動直線導(dǎo)軌控制器8，開始實驗，磁性材料樣品進(jìn)入磁場范圍，隨著磁性材料樣品與磁場及溫度發(fā)生器1的距離不斷減小，磁性材料樣品由于磁熱效應(yīng)溫度不斷升高，當(dāng)溫度到達(dá)最高時記錄為T2；

步驟五：等待下一個溫度測量點，重復(fù)步驟三、步驟四，根據(jù)ΔT_ad＝T2-T1得到當(dāng)前溫度T1時的絕熱溫變，實驗不斷循環(huán)，依次測量不同溫度下的絕熱溫變值，完成ΔT_ad-T曲線，進(jìn)而可測得磁性材料的絕熱溫變數(shù)據(jù)，實驗完畢。

如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。