用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置及方法，属于水冷磁体强磁场环境下的比热测量技术领域。所述装置包括：样品固定部，用于固定待测的样品；加热器，设置于所述样品固定部上，用于加热样品；温度传感器，设置于样品固定部上，用于测量样品的温度；连接部，连接部的一端与样品固定部连接；信号转接部，与连接部的另一端连接；信号线路，贯穿设置于样品固定部和信号转接部中，且信号线路的一端与加热器、温度传感器连接，另一端用于通过信号转接部连接至外部设备；热沉，连接于样品固定部和连接部之间，热沉上设置有进线口和出线口，用于供信号线路通过热沉进入或引出样品固定部。进入或引出样品固定部。进入或引出样品固定部。

【技术实现步骤摘要】
用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置及方法


[0001]本专利技术涉及水冷磁体强磁场环境下的比热测量
，具体地涉及一种用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置及方法。

技术介绍

[0002]比热是固体材料最重要的热物性参数之一，低温比热测量系统的研究一直是备受关注的话题。稳态水冷磁体强磁场是凝聚态物理领域的重要实验条件，多数凝聚态领域研究的材料在强磁场，高压，低温等极端条件下电子结构会发生改变，在强磁场下的比热测量是研究这些改变的内在机制的重要手段。然而，现有技术中尚缺乏对于水冷磁体强磁场下的材料比热测定的方法和相关装置。

技术实现思路

[0003]本专利技术实施例的目的是提供一种用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置及方法，该装置及方法能够在水冷磁体强磁场环境下进行材料比热测定。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置，包括：
[0005]样品固定部，用于固定待测的样品；
[0006]加热器，设置于所述样品固定部上，用于加热所述样品；
[0007]温度传感器，设置于所述样品固定部上，用于测量所述样品的温度；
[0008]连接部，所述连接部的一端与所述样品固定部连接；
[0009]信号转接部，与所述连接部的另一端连接；
[0010]信号线路，贯穿设置于所述样品固定部和信号转接部中，且所述信号线路的一端与所述加热器、温度传感器连接，另一端用于通过所述信号转接部连接至外部设备；
[0011]热沉，连接于所述样品固定部和连接部之间，所述热沉上设置有进线口和出线口，用于供信号线路通过热沉进入或引出样品固定部。
[0012]可选地，所述样品固定部包括：
[0013]蓝宝石固定台，所述蓝宝石固定台远离所述连接部的端部设置有安装槽，所述安装槽用于固定所述样品，所述加热器和温度传感器通过悬丝固定于所述安装槽的下方；
[0014]金属底座，与所述连接部和蓝宝石固定台连接。
[0015]可选地，所述样品固定部包括：
[0016]金属套筒，套设于所述蓝宝石固定台的外围。
[0017]可选地，所述装置还包括热沉，连接于所述样品固定部和连接部之间，所述热沉上设置有进线口和出线口，用于供所述信号线路通过所述热沉进入或引出样品固定部。
[0018]可选地，所述连接部包括间隔设置的连接杆和辐射片，且所述连接杆为空心杆，与所述辐射片之间的连接为气密性连接。
[0019]可选地，所述信号线路包括至少16根磷铜线、至少2根康铜线以及固定软管，且至
少16根磷铜线中的每两根、至少2根康铜线的每两根双绞形成一对信号线，其中的6对信号线形成所述信号线路中的一组，2对信号线和1对康铜线形成信号线路中的另一组，所述固定软管用于分别固定所述信号线路中的一组和另一组，且所述固定软管上设置有至少4个通气孔。
[0020]可选地，所述信号转接部包括方形主体，所述方形主体的至少三个面上设置有法兰口，以便于外接接头，所述方形主体的至少一个面上设置有球阀。
[0021]另一方面，本专利技术还提供一种用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的方法，所述方法包括：
[0022]将样品固定于如上述任一所述的装置上；
[0023]通过信号转接部对所述装置进行抽真空操作；
[0024]将抽真空操作后的所述装置伸入水冷磁体强磁场中，并对水冷磁体强磁场内样品固定部的位置进行降温；
[0025]通过信号线路启动水冷磁体强磁场中的所述装置的加热器，以一恒定功率对样品进行加热至预定温度，并同时采集样品的温度数据；
[0026]停止加热，并通过温度传感器实时接收所述样品的温度数据；
[0027]根据所述温度数据获得所述样品的样品比热。
[0028]可选地，根据所述温度数据获得所述样品的样品比热，具体包括：
[0029]采用预设的比热测量方法分别测量固定有样品的样品固定部内变温器件的比热以及未固定样品的变温器件的比热；
[0030]将固定有样品的变温器件的比热以及未固定样品的变温器件的比热相减，以得到所述样品比热；
[0031]其中，所述比热测量方法包括：
[0032]提前标定变温器件与恒温器件之间的热导κ
s
，根据公式(1)计算热导，
[0033][0034]给样品施加一恒定功率，样品温度从T0上升到T，功率P除以样品温度变化即得到热导κ
s
；
[0035]改变功率大小，重复上述步骤，即可得到不同温度T下变温器件与恒温器件之间的热导κ
s
；
[0036]根据公式(2)构建系统的热平衡方程，
[0037][0038]其中，C
t
为系统的比热，C为所述样品的比热，C
′
为所述样品固定部的比热，P
′
为加热功率，T为系统的温度，κ
s
为温度T下所述样品固定部内恒温器件和变温器件之间的热导，T0为所述恒温器件的恒温温度；
[0039]根据公式(3)确定样品的指数衰减降温情况，
[0040]T
‑
T0＝ΔTexp(
‑
t/τ1)，
ꢀꢀꢀ
(3)
[0041]其中，τ1为时间常数，ΔT为温度差；
[0042]根据公式(4)确定所述系统的比热，
[0043]C
t
＝κ
s
·
τ1，
ꢀꢀꢀ
(4)。
[0044]可选地，根据所述温度数据获得所述样品的样品比热，具体包括：
[0045]采用预设的比热测量方法分别测量固定有样品的样品固定部内变温器件的比热以及未固定样品的变温器件的比热；
[0046]将固定有样品的变温器件的比热以及未固定样品的变温器件的比热相减，以得到所述样品比热；
[0047]其中，所述比热测量方法包括：
[0048]根据公式(5)至公式(7)获得所述样品比热，
[0049][0050][0051][0052]其中，C(T)为系统的比热，T
h
(T)为温度上升曲线对应的样品的温度，P
h
(T)为加热功率，T
c
(T)为温度下降曲线对应的样品的温度，P
l
(T)为功率损耗，P
p
(T)为寄生功率。
[0053]通过上述技术方案，本专利技术提供的用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置及方法，通过对采用样品固定部固定样品，结合热沉和连接部实现将样品伸入磁场中，最后通过信号线路、加热器和温度传感器实现对样品的加热以及温度测定，从而实现水冷磁体强磁场下低温环境下对样品的比热测量。
[0054]本专利技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的装置，其特征在于，所述装置包括：样品固定部，用于固定待测的样品；加热器，设置于所述样品固定部上，用于加热所述样品；温度传感器，设置于所述样品固定部上，用于测量所述样品的温度；连接部，所述连接部的一端与所述样品固定部连接；信号转接部，与所述连接部的另一端连接；信号线路，贯穿设置于所述样品固定部和信号转接部中，且所述信号线路的一端与所述加热器、温度传感器连接，另一端用于通过所述信号转接部连接至外部设备；热沉，连接于所述样品固定部和连接部之间，所述热沉上设置有进线口和出线口，用于供所述信号线路通过所述热沉进入或引出样品固定部。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品固定部包括：蓝宝石固定台，所述蓝宝石固定台远离所述连接部的端部设置有安装槽，所述安装槽用于固定所述样品，所述加热器和温度传感器通过悬丝固定于所述安装槽的下方；金属底座，与所述连接部和蓝宝石固定台连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述样品固定部包括金属套筒，套设于所述蓝宝石固定台的外围。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热沉为紫铜套管，所述紫铜套管的长度为40mm，内径为8.2mm，外径为10.2mm。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接部包括间隔设置的连接杆和辐射片，且所述连接杆为空心杆，与所述辐射片之间的连接为气密性连接。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号线路包括至少16根磷铜线、至少2根康铜线以及固定软管，且至少16根磷铜线中的每两根、至少2根康铜线的每两根双绞形成一对信号线，其中的6对信号线形成所述信号线路中的一组，2对信号线和1对康铜线形成信号线路中的另一组，所述固定软管用于分别固定所述信号线路中的一组和另一组，且所述固定软管上设置有至少4个通气孔。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号转接部包括方形主体，所述方形主体的至少三个面上设置有法兰口，以便于外接接头，所述方形主体的至少一个面上设置有球阀。8.一种用于水冷磁体强磁场低温环境下的比热测量的方法，其特征在于，所述方法包括：分别设置固定有样品的如权利要求1至7任一所述的装置和未固定有样品的如权利要求1至7任一所述的装置；通过信号转接部对所述装置进行抽真空操作；将抽真空操作后的所述装置伸入水冷磁体强磁场中，并对水冷磁体强磁场内样品固定部的位置进行降温；通过信号线路启动水冷磁体强磁场中的所述装置的加热器，以一恒定功率对样品进行加热至预定温度，并同时采集样品的温度数据；停止加热，并通过温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钊胜，史可，吴嘉挺，张敏杰，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：