專利名稱：一種材料電磁性質(zhì)變化的測試方法及其專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種材料電磁性質(zhì)變化的測試方法及其專用裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前測量物質(zhì)的磁化率等磁性性質(zhì)的主要方法有磁力方法(Force Method)和電磁感應(yīng)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。樣品在一個由恒定的磁場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(xiàn)ω=grad(Mω,Hω)]]>在實際工作中，我們假定磁化均勻，并控制外加磁場的大小和方向，則上式簡化為Fz=μ0·χ·m·H0·∂H∂z]]>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(yīng)用。
電磁感應(yīng)方法是利用電磁感應(yīng)的基本原理，測量磁場在感應(yīng)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(dǎo)率。
v(t)=-iωμ0NsAsdMdHeiωt]]>振動探針式磁強計(vibrating sample magnetometer，VSM)，交流磁強計(AC Susceptometer)，超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID magnetometers)等設(shè)備是這種方法的應(yīng)用實例。以上所提到的幾種方法及其對應(yīng)設(shè)備，大多用于實驗室中的科學(xué)實驗工作，儀器精密，成本昂貴，使用中限制很多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種使用方便、成本低廉、適用范圍廣的材料電磁性質(zhì)變化的測試方法及其專用裝置，尤其適用于液態(tài)金屬電磁性質(zhì)變化的測量。
本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的一種材料電磁性質(zhì)變化的測試方法，根據(jù)當(dāng)磁路中的樣品在其本身的電磁性質(zhì)變化時，整個磁路的輸出信號發(fā)生變化的原理，通過測量基準(zhǔn)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；其特征是包括以下步驟1)樣品制備清洗、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采用C形鐵芯，并且材料、匝數(shù)、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(zhǔn)線圈，將待測樣品置于測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準(zhǔn)樣品置于基準(zhǔn)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(diào)試接通電路，把基準(zhǔn)樣品放入基準(zhǔn)線圈，當(dāng)待測樣品放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值I，當(dāng)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(diào)節(jié)信號發(fā)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；然后，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(diào)節(jié)基準(zhǔn)樣品在基準(zhǔn)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(shù)據(jù)記錄清洗，稱量待測樣品，準(zhǔn)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，然后使用高頻感應(yīng)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，容器與鐵芯間采用保溫及隔熱材料隔熱，使用信號發(fā)生器發(fā)生正弦交流信號，輸入初級線圈，當(dāng)信號從次級線圈中輸出后，用毫伏表測量其大小；從毫伏表輸出的信號經(jīng)過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉(zhuǎn)換，再接至計算機存儲；同時，測量并記錄樣品溫度，處理數(shù)據(jù)，輸出圖表。
上述材料電磁性質(zhì)變化的測試方法的特征還在于，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。
一種基于上述材料電磁性質(zhì)變化的測試方法的專用裝置包括信號發(fā)生器、毫伏表、信號處理裝置、計算機，其特征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(zhǔn)線圈；在信號輸入端，初級線圈I和初級線圈II串聯(lián)，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II并聯(lián)；信號輸出端接至毫伏表的輸入端，毫伏表的輸出端口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采集卡。
上述材料電磁性質(zhì)變化的測試方法的專用裝置其特征還在于線圈繞制時，初級線圈在內(nèi)，次級線圈在外，兩線圈繞向相同；次級線圈匝數(shù)大于初級線圈的匝數(shù)。
本發(fā)明由于采用了兩個完全一致的差動線圈，和C形的鐵芯，從而使本發(fā)明成本低廉、使用方便、適用范圍廣，尤其適用于液態(tài)金屬電磁性質(zhì)變化的測量，能得到液態(tài)金屬的電磁性質(zhì)隨溫度變化的曲線。


圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)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(zhǔn)樣品，12初級線圈II，13信號發(fā)生器。
具體實施例方式下面給出本發(fā)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(jié)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(lián)，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II并聯(lián)；GFG8255A信號發(fā)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的信號輸出端口接至信號處理裝置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(nèi)，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(nèi)徑40mm，外徑55mm，厚度為12.5mm，縫隙寬度為22mm。
測量步驟◆樣品制備清洗、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于測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準(zhǔn)樣品(非晶合金)置于基準(zhǔn)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(diào)試接通電路，把基準(zhǔn)樣品放入基準(zhǔn)線圈，當(dāng)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(dāng)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(diào)節(jié)信號發(fā)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；然后，在測量線圈的C形鐵芯的缺口中未放入樣品的情況下，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)樣品在基準(zhǔn)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(shù)據(jù)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，然后使用高頻感應(yīng)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(fā)生器發(fā)生200Hz的正弦交流信號，輸入初級線圈I和初級線圈II，當(dāng)信號從次級線圈I和次級線圈II輸出后，使用HG2170雙通道交流毫伏表測量其大小，從毫伏表輸出的經(jīng)過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉(zhuǎn)換，再接至計算機存儲；同時，使用Raynger3i便攜式紅外溫度測量儀測量并記錄金屬鋁樣品溫度；數(shù)據(jù)處理，輸出圖表。
實施例2，使用本方法及相應(yīng)裝置對鉛錫合金的測量過程及結(jié)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(lián)，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II并聯(lián)；GFG8255A信號發(fā)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的信號輸出端口接至信號處理裝置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(nèi)，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(nèi)徑40mm，外徑55mm，厚度為12.5mm，縫隙寬度為22mm。
測量步驟◆樣品制備清洗、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于測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準(zhǔn)樣品(非晶合金)置于基準(zhǔn)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(diào)試接通電路，把基準(zhǔn)樣品放入基準(zhǔn)線圈，當(dāng)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(dāng)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(diào)節(jié)信號發(fā)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；然后，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(diào)節(jié)基準(zhǔn)樣品在基準(zhǔn)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(shù)據(jù)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，然后使用高頻感應(yīng)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(fā)生器發(fā)生1000Hz的正弦交流信號，輸入初級線圈I和初級線圈II，當(dāng)信號從次級線圈I和次級線圈II輸出后，使用HG2170雙通道交流毫伏表測量其大小，從毫伏表輸出的經(jīng)過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉(zhuǎn)換，再接至計算機存儲；同時，使用Raynger3i便攜式紅外溫度測量儀測量并記錄鉛錫合金樣品溫度；數(shù)據(jù)處理，輸出圖表。
權(quán)利要求
1.一種材料電磁性質(zhì)變化的測試方法，根據(jù)當(dāng)磁路中的樣品在其本身的電磁性質(zhì)變化時，整個磁路的輸出信號發(fā)生變化的原理，通過測量基準(zhǔn)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；其特征是包括以下步驟1)樣品制備清洗、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采用C形鐵芯，并且材料、匝數(shù)、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(zhǔn)線圈，將待測樣品置于測量線圈的C形鐵芯的缺口中，將基準(zhǔn)樣品置于基準(zhǔn)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(diào)試接通電路，把基準(zhǔn)樣品放入基準(zhǔn)線圈，當(dāng)待測樣品放入測量線圈時，毫伏表的測量值為測量值I，當(dāng)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(diào)節(jié)信號發(fā)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；然后，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(diào)節(jié)基準(zhǔn)樣品在基準(zhǔn)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(shù)據(jù)記錄清洗，稱量待測樣品，準(zhǔn)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，然后使用高頻感應(yīng)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，容器與鐵芯間采用保溫及隔熱材料隔熱，使用信號發(fā)生器發(fā)生正弦交流信號，輸入初級線圈，當(dāng)信號從次級線圈中輸出后，用毫伏表測量其大??；輸出信號經(jīng)過信號處理裝置放大、整流、濾波、AD轉(zhuǎn)換，再接至計算機存儲；同時，測量并記錄樣品溫度，處理數(shù)據(jù)，輸出圖表。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料電磁性質(zhì)變化的測試方法，其特征是，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。
3.一種基于權(quán)利要求1、2所述的材料電磁性質(zhì)變化的測試方法的專用裝置包括信號發(fā)生器、毫伏表、信號處理裝置、計算機，其特征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(zhǔn)線圈；在信號輸入端，初級線圈I和初級線圈II串聯(lián)，信號輸出端，次級線圈I和次級線圈II并聯(lián)；信號輸出端接至毫伏表的輸入端，毫伏表的輸出端口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采集卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的材料電磁性質(zhì)變化的測試方法的專用裝置，其特征是線圈繞制時，初級線圈在內(nèi)，次級線圈在外，兩線圈繞向相同；次級線圈匝數(shù)大于初級線圈的匝數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種材料電磁性質(zhì)變化的測試方法及其專用裝置；其測試方法包括樣品制備、磁路組裝、線路連接及調(diào)試、測量及數(shù)據(jù)記錄等步驟?；谏鲜霾牧想姶判再|(zhì)變化的測試方法的專用裝置，由兩個采用C形鐵芯的差動線圈以及相應(yīng)的測量儀器組成；本發(fā)明成本低廉、使用方便、適用范圍廣，尤其適用于液態(tài)金屬電磁性質(zhì)變化的測量，能得到液態(tài)金屬的電磁性質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2003年7月4日
發(fā)明者田學(xué)雷, 秦敬玉, 李守飛, 侯紀(jì)新, 國洪軒 申請人:山東大學(xué)