專利名稱：室溫磁熱效應演示儀的制作方法
技術領域：
本發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領域的應用原理的演示儀。
背景技術：
磁熱效應是磁性材料在磁化和退磁過程中由于內部磁熵變化而引起材料吸 放熱的一種性質，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 實現制冷目的的一種環保、節能的新技術。
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 關的磁制冷技術等應用方向的原理。
發明內容
本發明的目的是為了彌補磁熱效應原理演示和教學領域的空白，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對磁熱效應，特別是磁制冷技術原理的理解。
本發明要解決的技術問題是通過將現有的磁場設計、制造技術、機械設 計技術、測量技術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。
本發明的目的是通過以下方式實現的
本發明包括殼體、有穩定的磁場空間的永磁磁場系統、溫度傳感器、驅動 桿、驅動桿驅動裝置、模擬溫度儀、數字溫度儀、配電裝置，其特征是驅動 桿是由絕緣材料制做的直桿，驅動桿用復位、限位組件垂直懸掛于殼體內的頂 端，在驅動桿上沿軸向設有導線槽，用于埋設溫度傳感器數據線，在驅動桿的 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，其數據線分別與模擬溫度儀和數字溫度儀連接，永磁磁 場系統設置于殼體內的下部，其磁場空間與驅動桿的下端相對，驅動桿驅動裝 置包括一套變速機構，在變速機構的輸入軸上連接有手動搖轉手柄，在其輸出 軸上連接有驅動軸，驅動軸的軸上有與驅動桿配合的可以驅動驅動桿沿垂直方 向移動的機構，在殼體的面板上設有玻璃視窗。
所述永磁磁場系統的磁感應強度為0. 1T到3T (特斯拉)。
本發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。設備結構緊湊、運仃、維護費用低廉。主要優點為
1. 結構簡單，操作簡便。本發明采用了永磁體組成的磁場系統，其結構 簡單，性能穩定。采用間接的機械、電路設計，性能穩定，操作簡便。便于 各種人群使用。
2. 本發明運行成本低廉，采用永磁磁場系統減少了主要的能耗。
四
圖l是本發明的結構原理圖。
圖2是一種磁熱效應演示儀磁場系統的橫剖面構造圖。 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，2.磁場空間，3.保溫材料，4.磁制冷材料，5. 溫度傳感器，6.磁制冷材料驅動桿，7.變速機構，8.手動搖轉手柄，9.驅 動軸，IO.復位、限位組件，11.殼體，12.配電裝置，13.模擬溫度儀，14. 數字溫度儀，15.數據線、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。本發明包括殼體ll、永磁磁場系統l、磁制冷材料 驅動桿6、手動搖轉手柄8、變速機構7、驅動軸9、復位、限位組件IO、模擬 溫度儀13、數字溫度儀14、配電裝置12。
磁制冷材料驅動桿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。在驅動桿上 沿軸向設有加工有導線槽，并在驅動桿上設有用于與驅動軸配合的部分，導線 槽用于埋設溫度傳感器數據導線。如圖1所示，磁制冷材料4和溫度傳感器5 埋藏在材料驅動桿的下端材料室內，材料室的外圍包覆有保溫材料3，溫度傳 感器的數據線通過材料驅動桿上的導線槽引出，與模擬溫度儀13和數字溫度儀 14連接。
變速機構7、手動搖轉手柄8和驅動軸9采用優質鋼材和各類標準件制造。 驅動軸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 驅動桿6配合的驅動機構。變速機構7是減速器，設計要求手動搖轉手柄8轉 5-8圈，磁制冷材料驅動桿6可以實現2-20厘米的行程。驅動軸9與磁制冷材 料驅動桿6間最簡單的驅動機構是分別在驅動軸9的軸上和驅動桿6上設置相 互嚙合的齒牙。
復位、限位組件10由復位彈簧和調節螺絲(例如，如圖1調節螺絲位于復 位彈簧的上方)組成，用于實現磁制冷材料驅動桿初始位置的調節和運動后的復位。
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、數字溫 度儀14信號指示和裝置內部照明的電力和漏電保護。
如圖2，永磁磁場系統l包括環形、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。而后根據磁路設計與磁軛組裝，形成穩定的磁路 系統。根據實際需求，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 觀察到演示儀內部運行情況。通過模擬溫度儀13、數字溫度儀14觀察到溫度 數據的變化。通過驅動手動搖轉手柄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1位于本發明殼體內的 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動桿6、復位、限 位組件10。模擬溫度儀13和數字溫度儀14銅鼓導線與溫度傳感器5相連。可 以調節復位、限位組件使磁制冷材料驅動桿6位于適當的初始位置。當觀眾搖 動手動搖轉手柄8時，磁制冷材料驅動桿6向下運動，直至進入磁場空間2， 磁制冷材料4實現磁化，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 手動搖轉手柄8或者放開手動搖轉手柄8時，磁制冷材料驅動桿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，即磁制冷技術的原理。
權利要求
1、一種室溫磁熱效應演示儀包括殼體、有穩定的磁場空間的永磁磁場系統、溫度傳感器、驅動桿、驅動桿驅動裝置、模擬溫度儀、數字溫度儀、配電裝置，其特征是驅動桿是由絕緣材料制做的直桿，驅動桿用復位、限位組件垂直懸掛于殼體內的頂端，在驅動桿上沿軸向設有導線槽，在驅動桿的下端設有材料室，溫度傳感器置于材料室內，其數據線分別與模擬溫度儀和數字溫度儀連接，永磁磁場系統設置于殼體內的下部，其磁場空間與驅動桿的下端相對，驅動桿驅動裝置包括一套變速機構，在變速機構的輸入軸上連接有手動搖轉手柄，在其輸出軸上連接有驅動軸，驅動軸的軸上有與驅動桿配合的可以驅動驅動桿沿垂直方向移動的機構，在殼體的面板上設有玻璃視窗。
2、 根據權利要求1所述的室溫磁熱效應演示儀，其特征是永磁磁場系 統的磁感應強度為0. 1到3特斯拉。
3、 根據權利要求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、 根據權利要求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節螺絲組成。
全文摘要
本發明涉及一種室溫磁熱效應演示儀包括殼體、磁場系統、溫度傳感器、驅動桿、驅動桿驅動裝置、模擬溫度儀、數字溫度儀、配電裝置，其特征是驅動桿用復位、限位組件垂直懸掛于殼體內的頂端，在驅動桿上設有導線槽，在驅動桿的下端設有材料室，溫度傳感器置于材料室內，永磁磁場系統設置于殼體內的下部，其磁場空間與驅動桿的下端相對，驅動桿驅動裝置包括一套變速機構，在殼體的面板上設有玻璃視窗。其優點是可以在與觀眾的互動中，將磁熱效應的原理清晰展示。設備結構緊湊、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 優先權日2008年12月23日
發明者劉翠蘭, 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