專利名稱：室溫磁熱效應演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室溫磁熱效應演示儀，特別是一種能夠明確演示磁熱效應 原理的裝置，尤其是能演示磁熱效應在制冷技術(shù)領(lǐng)域的應用原理的演示儀。
背景技術(shù)：
磁熱效應是磁性材料在磁化和退磁過程中由于內(nèi)部磁熵變化而引起材料吸 放熱的一種性質(zhì)，是材料的一種固有特性，磁制冷就是通過材料的磁熱效應來 實現(xiàn)制冷目的的一種環(huán)保、節(jié)能的新技術(shù)。
目前，尚無對材料這一特性進行演示的完整裝置，簡易搭建的裝置無法通 過直觀、簡易的方式向公眾、中小學生、大學生演示磁熱效應的原理，以及相 關(guān)的磁制冷技術(shù)等應用方向的原理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了彌補磁熱效應原理演示和教學領(lǐng)域的空白，提供一種 室溫磁熱效應演示儀，該演示儀可以通過多種顯示儀表，使公眾、學生在自己 動手操作的過程中實現(xiàn)對磁熱效應，特別是磁制冷技術(shù)原理的理解。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過將現(xiàn)有的磁場設計、制造技術(shù)、機械設 計技術(shù)、測量技術(shù)等通過整體設計和集成應用，設計一種可以清晰演示磁熱效 應原理的裝置。
本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的
本發(fā)明包括殼體、有穩(wěn)定的磁場空間的永磁磁場系統(tǒng)、溫度傳感器、驅(qū)動 桿、驅(qū)動桿驅(qū)動裝置、模擬溫度儀、數(shù)字溫度儀、配電裝置，其特征是驅(qū)動 桿是由絕緣材料制做的直桿，驅(qū)動桿用復位、限位組件垂直懸掛于殼體內(nèi)的頂 端，在驅(qū)動桿上沿軸向設有導線槽，用于埋設溫度傳感器數(shù)據(jù)線，在驅(qū)動桿的 下端設有材料室，用于放置磁制冷材料，材料室的外部包覆有保溫材料，溫度 傳感器置于材料室內(nèi)，其數(shù)據(jù)線分別與模擬溫度儀和數(shù)字溫度儀連接，永磁磁 場系統(tǒng)設置于殼體內(nèi)的下部，其磁場空間與驅(qū)動桿的下端相對，驅(qū)動桿驅(qū)動裝 置包括一套變速機構(gòu)，在變速機構(gòu)的輸入軸上連接有手動搖轉(zhuǎn)手柄，在其輸出 軸上連接有驅(qū)動軸，驅(qū)動軸的軸上有與驅(qū)動桿配合的可以驅(qū)動驅(qū)動桿沿垂直方 向移動的機構(gòu)，在殼體的面板上設有玻璃視窗。
所述永磁磁場系統(tǒng)的磁感應強度為0. 1T到3T (特斯拉)。
本發(fā)明的有益效果是可以在與觀眾的互動中，將磁熱效應的原理清晰展示。設備結(jié)構(gòu)緊湊、運仃、維護費用低廉。主要優(yōu)點為
1. 結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。本發(fā)明采用了永磁體組成的磁場系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu) 簡單，性能穩(wěn)定。采用間接的機械、電路設計，性能穩(wěn)定，操作簡便。便于 各種人群使用。
2. 本發(fā)明運行成本低廉，采用永磁磁場系統(tǒng)減少了主要的能耗。
四

圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是一種磁熱效應演示儀磁場系統(tǒng)的橫剖面構(gòu)造圖。 圖3是磁熱效應演示儀面板的示意圖。
圖中1.永磁磁場系統(tǒng)，2.磁場空間，3.保溫材料，4.磁制冷材料，5. 溫度傳感器，6.磁制冷材料驅(qū)動桿，7.變速機構(gòu)，8.手動搖轉(zhuǎn)手柄，9.驅(qū) 動軸，IO.復位、限位組件，11.殼體，12.配電裝置，13.模擬溫度儀，14. 數(shù)字溫度儀，15.數(shù)據(jù)線、導線，16.軛鐵，17.稀土永磁體，18.玻璃視窗。
五具體實施例方式
如附圖l、 2、 3所示。本發(fā)明包括殼體ll、永磁磁場系統(tǒng)l、磁制冷材料 驅(qū)動桿6、手動搖轉(zhuǎn)手柄8、變速機構(gòu)7、驅(qū)動軸9、復位、限位組件IO、模擬 溫度儀13、數(shù)字溫度儀14、配電裝置12。
磁制冷材料驅(qū)動桿6為直桿包括其下端設有放置磁制冷材料的圓柱形或方 形的材料室，材料驅(qū)動桿由尼龍或者電木等絕緣材料制成。用于放置磁制冷材 料的材料室直徑5-40毫米，深度20-80毫米，加工有螺紋和端蓋。在驅(qū)動桿上 沿軸向設有加工有導線槽，并在驅(qū)動桿上設有用于與驅(qū)動軸配合的部分，導線 槽用于埋設溫度傳感器數(shù)據(jù)導線。如圖1所示，磁制冷材料4和溫度傳感器5 埋藏在材料驅(qū)動桿的下端材料室內(nèi)，材料室的外圍包覆有保溫材料3，溫度傳 感器的數(shù)據(jù)線通過材料驅(qū)動桿上的導線槽引出，與模擬溫度儀13和數(shù)字溫度儀 14連接。
變速機構(gòu)7、手動搖轉(zhuǎn)手柄8和驅(qū)動軸9采用優(yōu)質(zhì)鋼材和各類標準件制造。 驅(qū)動軸9可以采用齒條、曲柄、渦輪-蝸桿、皮帶傳動等方式設計與磁制冷材料 驅(qū)動桿6配合的驅(qū)動機構(gòu)。變速機構(gòu)7是減速器，設計要求手動搖轉(zhuǎn)手柄8轉(zhuǎn) 5-8圈，磁制冷材料驅(qū)動桿6可以實現(xiàn)2-20厘米的行程。驅(qū)動軸9與磁制冷材 料驅(qū)動桿6間最簡單的驅(qū)動機構(gòu)是分別在驅(qū)動軸9的軸上和驅(qū)動桿6上設置相 互嚙合的齒牙。
復位、限位組件10由復位彈簧和調(diào)節(jié)螺絲(例如，如圖1調(diào)節(jié)螺絲位于復 位彈簧的上方)組成，用于實現(xiàn)磁制冷材料驅(qū)動桿初始位置的調(diào)節(jié)和運動后的復位。
配電裝置12是一塊簡單的配電電路板，用于提供模擬溫度儀13、數(shù)字溫 度儀14信號指示和裝置內(nèi)部照明的電力和漏電保護。
如圖2，永磁磁場系統(tǒng)l包括環(huán)形、方形或者其他形狀的軛鐵16、釹鐵硼 永磁稀土磁體17，依照圖2，通過精密組裝可以得到磁感應強度均勻，磁感應 強度達到1. 5T的有用磁場空間2。磁鐵軛板為厚度4-20mm的低碳鋼或者純鐵 的無縫管，或者由低碳鋼板材或純鐵板材組成相應形狀的構(gòu)件。永磁稀土磁體 17可以采用各種不同性能的永磁材料，如釹鐵硼、鐵氧體、釤鈷等永磁材料， 本實施例中采用釹鐵硼永磁材料。永磁稀土磁體17根據(jù)具體磁路設計加工成相 應的形狀，如圖2中的扇形。而后根據(jù)磁路設計與磁軛組裝，形成穩(wěn)定的磁路 系統(tǒng)。根據(jù)實際需求，磁場空間2可以設計成如圓形、方形、三角形或其他幾 何形狀和尺寸。
如圖3，本演示儀的面板上設有透明玻璃視窗18，同時，模擬溫度儀13、 數(shù)字溫度儀14的面板也嵌在演示儀的面板上，觀眾可以通過透明玻璃視窗18 觀察到演示儀內(nèi)部運行情況。通過模擬溫度儀13、數(shù)字溫度儀14觀察到溫度 數(shù)據(jù)的變化。通過驅(qū)動手動搖轉(zhuǎn)手柄8對演示儀進行操作。
如室溫磁熱效應演示儀原理1所示，磁場系統(tǒng)1位于本發(fā)明殼體內(nèi)的 下方，其上方正對于磁場空間2的位置依次是磁制冷材料驅(qū)動桿6、復位、限 位組件10。模擬溫度儀13和數(shù)字溫度儀14銅鼓導線與溫度傳感器5相連。可 以調(diào)節(jié)復位、限位組件使磁制冷材料驅(qū)動桿6位于適當?shù)某跏嘉恢?。當觀眾搖 動手動搖轉(zhuǎn)手柄8時，磁制冷材料驅(qū)動桿6向下運動，直至進入磁場空間2， 磁制冷材料4實現(xiàn)磁化，溫度升高，溫度信號通過導線傳遞給模擬溫度儀13和 數(shù)字溫度儀14，觀眾由這兩個儀表得到磁化升溫的直觀認識；當觀眾反向搖動 手動搖轉(zhuǎn)手柄8或者放開手動搖轉(zhuǎn)手柄8時，磁制冷材料驅(qū)動桿6在觀眾操作 或復位、限位組件10作用下回到初始位置，磁制冷材料4退磁，溫度降低，溫 度信號通過導線傳遞給模擬溫度儀13和數(shù)字溫度儀14，觀眾由這兩個儀表得 到退磁降溫的直觀認識，其中磁制冷材料4可以是Gd、GdSiGe、MnAs、MnFePAs、 LaFeSi、 LaFeCoSiB，等任何一種可用磁制冷的材料。
觀眾通過搖動手柄、放松手柄、玻璃視窗和溫度儀表可以清晰的了解磁熱 效應，即磁制冷技術(shù)的原理。
權(quán)利要求
1、一種室溫磁熱效應演示儀包括殼體、有穩(wěn)定的磁場空間的永磁磁場系統(tǒng)、溫度傳感器、驅(qū)動桿、驅(qū)動桿驅(qū)動裝置、模擬溫度儀、數(shù)字溫度儀、配電裝置，其特征是驅(qū)動桿是由絕緣材料制做的直桿，驅(qū)動桿用復位、限位組件垂直懸掛于殼體內(nèi)的頂端，在驅(qū)動桿上沿軸向設有導線槽，在驅(qū)動桿的下端設有材料室，溫度傳感器置于材料室內(nèi)，其數(shù)據(jù)線分別與模擬溫度儀和數(shù)字溫度儀連接，永磁磁場系統(tǒng)設置于殼體內(nèi)的下部，其磁場空間與驅(qū)動桿的下端相對，驅(qū)動桿驅(qū)動裝置包括一套變速機構(gòu)，在變速機構(gòu)的輸入軸上連接有手動搖轉(zhuǎn)手柄，在其輸出軸上連接有驅(qū)動軸，驅(qū)動軸的軸上有與驅(qū)動桿配合的可以驅(qū)動驅(qū)動桿沿垂直方向移動的機構(gòu)，在殼體的面板上設有玻璃視窗。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫磁熱效應演示儀，其特征是永磁磁場系 統(tǒng)的磁感應強度為0. 1到3特斯拉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫磁熱效應演示儀，其特征是在材料室的 外部包覆有保溫材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的室溫磁熱效應演示儀，其特征是復位、限位 組件由復位彈簧和調(diào)節(jié)螺絲組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種室溫磁熱效應演示儀包括殼體、磁場系統(tǒng)、溫度傳感器、驅(qū)動桿、驅(qū)動桿驅(qū)動裝置、模擬溫度儀、數(shù)字溫度儀、配電裝置，其特征是驅(qū)動桿用復位、限位組件垂直懸掛于殼體內(nèi)的頂端，在驅(qū)動桿上設有導線槽，在驅(qū)動桿的下端設有材料室，溫度傳感器置于材料室內(nèi)，永磁磁場系統(tǒng)設置于殼體內(nèi)的下部，其磁場空間與驅(qū)動桿的下端相對，驅(qū)動桿驅(qū)動裝置包括一套變速機構(gòu)，在殼體的面板上設有玻璃視窗。其優(yōu)點是可以在與觀眾的互動中，將磁熱效應的原理清晰展示。設備結(jié)構(gòu)緊湊、運行、維護費用低廉。
文檔編號G09B23/00GK101458879SQ200810185099
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者劉翠蘭, 娟 程, 沅 鄧, 金培育, 閆宏偉, 黃焦宏 申請人:瑞科稀土冶金及功能材料國家工程研究中心有限公司;包頭稀土研究院