一種材料電磁性質變化的測試方法及其專用裝置的製作方法
2023-10-17 00:52:54 1
專利名稱：一種材料電磁性質變化的測試方法及其專用裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於測量技術領域，特別涉及一種材料電磁性質變化的測試方法及其專用裝置。
背景技術：
當前測量物質的磁化率等磁性性質的主要方法有磁力方法(Force Method)和電磁感應方法(Induction Method)。
磁力方法是利用測量樣品在磁場中的受力，來計算出樣品的磁化率的大小。樣品在一個由恆定的磁場H0與帶有梯度的磁場組成的混合磁場中，受到一個力Fz，這個力的大小由下式所示，F=grad(M,H)]]>在實際工作中，我們假定磁化均勻，並控制外加磁場的大小和方向，則上式簡化為Fz=0mH0Hz]]>利用天平精密測量力Fz的大小，進而計算出樣品磁化率的大小。如法拉第天平(FaradayBalance)就是法拉第方法在測量中的具體應用。
電磁感應方法是利用電磁感應的基本原理，測量磁場在感應線圈中感生的電流或是電壓，進而計算出樣品的磁化率的大小。如下式所示，如果線圈兩端加的是正弦交流電，測量線圈兩端的感生電動勢，則計算出通過線圈的磁通的變化，進而計算出樣品的磁導率。
v(t)=-i0NsAsdMdHeit]]>振動探針式磁強計(vibrating sample magnetometer，VSM)，交流磁強計(AC Susceptometer)，超導量子幹涉儀(SQUID magnetometers)等設備是這種方法的應用實例。以上所提到的幾種方法及其對應設備，大多用於實驗室中的科學實驗工作，儀器精密，成本昂貴，使用中限制很多。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種使用方便、成本低廉、適用範圍廣的材料電磁性質變化的測試方法及其專用裝置，尤其適用於液態金屬電磁性質變化的測量。
本發明是通過以下方式實現的一種材料電磁性質變化的測試方法，根據當磁路中的樣品在其本身的電磁性質變化時，整個磁路的輸出信號發生變化的原理，通過測量基準線圈和測量線圈輸出信號的差值，進而得知樣品本身電磁特性的變化；其特徵是包括以下步驟1)樣品製備清洗、稱量待測樣品，在惰性氣體的保護下，將待測樣品加熱至熔化，混合均勻，再冷卻至室溫；2)磁路組裝使用兩個都採用C形鐵芯，並且材料、匝數、繞向、完全相同的線圈，其中，由初級線圈I、次級線圈I、鐵芯I組成線圈I作為測量線圈，由初級線圈II、次級線圈II、鐵芯II組成線圈II作為基準線圈，將待測樣品置於測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準樣品置於基準線圈的C形鐵芯的缺口中，使磁路完全通過待測樣品；3)線路連接及調試接通電路，把基準樣品放入基準線圈，當待測樣品放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值I，當待測樣品未放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值II，調節信號發生器的輸出頻率和輸出電壓，使測量值I與測量值II的差值達到最大，以此確定輸入信號的頻率和電壓；然後，在測量線圈的C形鐵芯的缺口中未放入待測樣品的情況下，調節基準樣品在基準線圈的C形鐵芯的缺口中的位置，使毫伏表的測量值達到極小值；4)測量及數據記錄清洗，稱量待測樣品，準備一個耐高溫的容器，測量其形狀尺寸，將待測樣品盛裝在耐高溫的容器中，然後使用高頻感應爐將待測樣品加熱至完全熔化，再將熔融的待測樣品放入測量線圈的C形鐵芯的缺口中，容器與鐵芯間採用保溫及隔熱材料隔熱，使用信號發生器發生正弦交流信號，輸入初級線圈，當信號從次級線圈中輸出後，用毫伏表測量其大小；從毫伏表輸出的信號經過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉換，再接至計算機存儲；同時，測量並記錄樣品溫度，處理數據，輸出圖表。
上述材料電磁性質變化的測試方法的特徵還在於，步驟4)中盛裝待測樣品的容器為石英玻璃試管，隔熱的保溫材料為氧化鋁保溫磚或氧化鋯保溫磚。
一種基於上述材料電磁性質變化的測試方法的專用裝置包括信號發生器、毫伏表、信號處理裝置、計算機，其特徵是它還包括初級線圈I，初級線圈II，次級線圈I，次級線圈II，C形鐵芯I，C形鐵芯II；初級線圈I、次級線圈I、C形鐵芯I組成測量線圈，初級線圈II、次級線圈II、C形鐵芯II組成基準線圈；在信號輸入端，初級線圈I和初級線圈II串聯，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II並聯；信號輸出端接至毫伏表的輸入端，毫伏表的輸出埠接至信號處理裝置的輸入端，信號處理裝置的輸出端接至計算機的信號採集卡。
上述材料電磁性質變化的測試方法的專用裝置其特徵還在於線圈繞制時，初級線圈在內，次級線圈在外，兩線圈繞向相同；次級線圈匝數大於初級線圈的匝數。
本發明由於採用了兩個完全一致的差動線圈，和C形的鐵芯，從而使本發明成本低廉、使用方便、適用範圍廣，尤其適用於液態金屬電磁性質變化的測量，能得到液態金屬的電磁性質隨溫度變化的曲線。
圖1為本發明的原理結構示意圖，圖2為本發明線圈的繞制示意圖。
圖中1初級線圈I，2待測樣品，3鐵芯I，4次級線圈I，5計算機，6信號處理裝置，7毫伏表，8電阻，9次級線圈II，10鐵芯II，11基準樣品，12初級線圈II，13信號發生器。
具體實施例方式下面給出本發明的兩個具體實施例實施例1，使用本方法及專用裝置對金屬鋁的測量過程及結果測量裝置◆電路及磁路用以下方式組裝在信號輸入端，初級線圈I和初級線圈II串聯，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II並聯；GFG8255A信號發生器13的信號輸出端接至初級線圈I和初級線圈II，次級線圈I和次級線圈II接至HG2170雙通道毫伏表7的輸入端，HG2170雙通道毫伏表7的信號輸出埠接至信號處理裝置6的輸入端，信號處理裝置6的輸出端再接至計算機5存儲；線圈繞制時，初級線圈在內，次級線圈在外，兩線圈繞向相同，初級線圈100匝，次級線圈400匝；鐵芯內徑40mm，外徑55mm，厚度為12.5mm，縫隙寬度為22mm。
測量步驟◆樣品製備清洗、稱量金屬鋁樣品。在氬氣的保護下，將金屬鋁樣品加熱至熔化，混合均勻，再冷卻至室溫；◆磁路組裝將待測金屬鋁樣品置於測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準樣品(非晶合金)置於基準線圈的C形鐵芯的缺口中，使磁路完全通過待測金屬鋁樣品；◆線路連接及調試接通電路，把基準樣品放入基準線圈，當金屬鋁樣品放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值I，當金屬鋁樣品未放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值II，調節信號發生器的輸出頻率和輸出電壓，使測量值I與測量值II的差值達到最大，以此確定輸入信號頻率為200Hz；然後，在測量線圈的C形鐵芯的缺口中未放入樣品的情況下，調節基準樣品在基準線圈的C形鐵芯的缺口中的位置，使毫伏表的測量值達到極小值；◆測量及數據記錄清洗，稱量金屬鋁樣品，測量石英玻璃試管的直徑，將其盛裝在耐高溫的石英玻璃試管中，然後使用高頻感應爐將其加熱至完全熔化，再將其放入測量線圈的缺口中，試管與鐵芯間使用氧化鋁保溫磚及石棉板隔熱，使用GFG8255A信號發生器發生200Hz的正弦交流信號，輸入初級線圈I和初級線圈II，當信號從次級線圈I和次級線圈II輸出後，使用HG2170雙通道交流毫伏表測量其大小，從毫伏表輸出的經過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉換，再接至計算機存儲；同時，使用Raynger3i可攜式紅外溫度測量儀測量並記錄金屬鋁樣品溫度；數據處理，輸出圖表。
實施例2，使用本方法及相應裝置對鉛錫合金的測量過程及結果測量裝置◆電路及磁路用以下方式組裝在信號輸入端，初級線圈I和初級線圈II串聯，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II並聯；GFG8255A信號發生器13的信號輸出端接至初級線圈I和初級線圈II，次級線圈I和次級線圈II接至HG2170雙通道毫伏表7，HG2170雙通道毫伏表7的信號輸出埠接至信號處理裝置6的輸入端，信號處理裝置6的輸出端再接至計算機5存儲；線圈繞制時，初級線圈在內，次級線圈在外，兩線圈繞向相同，初級線圈100匝，次級線圈400匝；鐵芯內徑40mm，外徑55mm，厚度為12.5mm，縫隙寬度為22mm。
測量步驟◆樣品製備清洗、稱量鉛錫合金樣品。在氬氣的保護下，將鉛錫合金樣品加熱至熔化，混合均勻，再冷卻至室溫；◆磁路組裝將待測鉛錫合金樣品置於測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準樣品(非晶合金)置於基準線圈的C形鐵芯的缺口中，使磁路完全通過待測鉛錫合金樣品；◆線路連接及調試接通電路，把基準樣品放入基準線圈，當鉛錫合金樣品放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值I，當鉛錫合金樣品未放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值II，調節信號發生器的輸出頻率和輸出電壓，使測量值I與測量值II的差值達到最大，以此確定輸入信號頻率為1000Hz；然後，在測量線圈的C形鐵芯的缺口中未放入鉛錫合金樣品的情況下，調節基準樣品在基準線圈的C形鐵芯的缺口中的位置，使毫伏表的測量值達到極小值；◆測量及數據記錄清洗，稱量鉛錫合金樣品，測量石英玻璃試管的直徑，將其盛裝在耐高溫的石英玻璃試管中，然後使用高頻感應爐將其加熱至完全熔化，再將其放入測量線圈的缺口中，試管與鐵芯間使用氧化鋁保溫磚及石棉板隔熱，使用GFG8255A信號發生器發生1000Hz的正弦交流信號，輸入初級線圈I和初級線圈II，當信號從次級線圈I和次級線圈II輸出後，使用HG2170雙通道交流毫伏表測量其大小，從毫伏表輸出的經過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉換，再接至計算機存儲；同時，使用Raynger3i可攜式紅外溫度測量儀測量並記錄鉛錫合金樣品溫度；數據處理，輸出圖表。
權利要求
1.一種材料電磁性質變化的測試方法，根據當磁路中的樣品在其本身的電磁性質變化時，整個磁路的輸出信號發生變化的原理，通過測量基準線圈和測量線圈輸出信號的差值，進而得知樣品本身電磁特性的變化；其特徵是包括以下步驟1)樣品製備清洗、稱量待測樣品，在惰性氣體的保護下，將待測樣品加熱至熔化，混合均勻，再冷卻至室溫；2)磁路組裝使用兩個都採用C形鐵芯，並且材料、匝數、繞向、完全相同的線圈，其中，由初級線圈I、次級線圈I、鐵芯I組成線圈I作為測量線圈，由初級線圈II、次級線圈II、鐵芯II組成線圈II作為基準線圈，將待測樣品置於測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準樣品置於基準線圈的C形鐵芯的缺口中，使磁路完全通過待測樣品；3)線路連接及調試接通電路，把基準樣品放入基準線圈，當待測樣品放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值I，當待測樣品未放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值II，調節信號發生器的輸出頻率和輸出電壓，使測量值I與測量值II的差值達到最大，以此確定輸入信號的頻率和電壓；然後，在測量線圈的C形鐵芯的缺口中未放入待測樣品的情況下，調節基準樣品在基準線圈的C形鐵芯的缺口中的位置，使毫伏表的測量值達到極小值；4)測量及數據記錄清洗，稱量待測樣品，準備一個耐高溫的容器，測量其形狀尺寸，將待測樣品盛裝在耐高溫的容器中，然後使用高頻感應爐將待測樣品加熱至完全熔化，再將熔融的待測樣品放入測量線圈的C形鐵芯的缺口中，容器與鐵芯間採用保溫及隔熱材料隔熱，使用信號發生器發生正弦交流信號，輸入初級線圈，當信號從次級線圈中輸出後，用毫伏表測量其大小；輸出信號經過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉換，再接至計算機存儲；同時，測量並記錄樣品溫度，處理數據，輸出圖表。
2.根據權利要求1所述的材料電磁性質變化的測試方法，其特徵是，步驟4)中盛裝待測樣品的容器為石英玻璃試管，隔熱的保溫材料為氧化鋁保溫磚或氧化鋯保溫磚。
3.一種基於權利要求1、2所述的材料電磁性質變化的測試方法的專用裝置包括信號發生器、毫伏表、信號處理裝置、計算機，其特徵是它還包括初級線圈I，初級線圈II，次級線圈I，次級線圈II，C形鐵芯I，C形鐵芯II；初級線圈I、次級線圈I、C形鐵芯I組成測量線圈，初級線圈II、次級線圈II、C形鐵芯II組成基準線圈；在信號輸入端，初級線圈I和初級線圈II串聯，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II並聯；信號輸出端接至毫伏表的輸入端，毫伏表的輸出埠接至信號處理裝置的輸入端，信號處理裝置的輸出端接至計算機的信號採集卡。
4.根據權利要求3所述的材料電磁性質變化的測試方法的專用裝置，其特徵是線圈繞制時，初級線圈在內，次級線圈在外，兩線圈繞向相同；次級線圈匝數大於初級線圈的匝數。
全文摘要
本發明屬於測量技術領域，涉及一種材料電磁性質變化的測試方法及其專用裝置；其測試方法包括樣品製備、磁路組裝、線路連接及調試、測量及數據記錄等步驟。基於上述材料電磁性質變化的測試方法的專用裝置，由兩個採用C形鐵芯的差動線圈以及相應的測量儀器組成；本發明成本低廉、使用方便、適用範圍廣，尤其適用於液態金屬電磁性質變化的測量，能得到液態金屬的電磁性質隨溫度變化的曲線。
文檔編號G01N27/74GK1514240SQ0311247
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月4日 優先權日2003年7月4日
發明者田學雷, 秦敬玉, 李守飛, 侯紀新, 國洪軒 申請人:山東大學