CN101363904A - 多功能软磁材料测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多功能软磁材料测量装置，包括有：形成有中空通路的仪器主体框架；设置于仪器主体框架上面的仪器主面板，所述的仪器主面板中部形成有与仪器主体框架的中空通路对应的通孔；穿过仪器主面板的通孔插入到仪器主体框架的中空通路内的中心装置，所述的中心装置中放置被测样品；其中，所述的仪器主面板用于固定中心装置和中心装置中的被测样品。本发明结构简单，操作简便，测量快速，结果精确。而且实现了使用一台仪器测量同一带状软磁材料样品的四个磁性参数：初始磁导率，饱和磁感应强度，磁各向异性常数和磁致伸缩系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种。特别是涉及一种使用一台测量仪器可以实现同一带状软磁材料样品的四个磁性参数的测量的多功能软磁材料测量装置。
背景技术
为了适应纳米晶合金材料的发展，相关的磁测量设备也应不断更新。对于非晶与纳米晶软磁材料主要的磁性指标包括：磁化强度、磁导率、磁各向异性及磁致伸缩等。为了对这种材料的软磁特性做出综合的评估，需要对初始磁导率，饱和磁感应强度，磁各向异性常数和磁致伸缩系数进行同时测量。目前测量初始磁导率一般采用电感间接测量；测量饱和磁感应强度的方法有很多：冲击电流法、磁秤(磁天平)法、振动样品(线圈)磁强计法、微波法等；测量各向异性的方法主要包括：用扭矩磁强计研究单晶和薄膜的各向异性；通过铁磁共振和定量上通过
谱测定各向异性。磁致伸缩系数的测量主要包括：光学法测量位移，形变法测量位移，三端电容法测量位移。
目前的测量装置一般仅能测量其中的一种性能、而且需要不同形状的试样。这样有可能由于不同试样之间的差异，不能很好地反映这些磁性能之间的内在联系。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种使用一台测量仪器可以实现同一带状软磁材料样品的四个磁性参数的测量的多功能软磁材料测量装置。
本发明所采用的技术方案是：一种多功能软磁材料测量装置，包括有：形成有中空通路的仪器主体框架；设置于仪器主体框架上面的仪器主面板，所述的仪器主面板中部形成有与仪器主体框架的中空通路对应的通孔；穿过仪器主面板的通孔插入到仪器主体框架的中空通路内的中心装置，所述的中心装置中放置被测样品；其中，所述的仪器主面板用于固定中心装置和中心装置中的被测样品。
所述的仪器主体框架，包括有：通过丝杠由上至下依次固定设置的上面板、托板和底盘；在上面板与托板之间设置有磁化线圈，在上面板和托板的中心分别开有与磁化线圈内径相同的通孔，并与磁化线圈共同形成中空通路；在底盘上设置有圆水准器。
所述的磁化线圈的外径为18～22cm，内径为7～10cm。
所述的中心装置包括有中心开有设置被测样品的通孔的样品盒，所述的样品盒为中部凹进的I形结构，其凹进的中部分别绕有纵向磁场线圈及引出端头、感应线圈及引出端头、补偿感应线圈及引出端头、微分磁化线圈及引出端头和电感测量线圈及引出端头，在样品盒的底端还设置有与被测样品相连用来夹紧被测样品及挂砝码托盘的砝码夹钩。
所述的纵向磁场线圈的两个端头从中间分开穿套在样品盒上。
所述的中心装置上还设置有样品盒固定板，所述的样品盒固定板)的中心开有与样品盒的上端部大小相同的开口，所述的样品盒的上端部固定镶嵌在样品盒固定板的开口中，而所述的样品盒固定板通过开口两侧的固定孔固定在位于仪器主体框架上面的仪器主面板上。
所述的仪器主面板包括有：中间形成有通孔的面板；通过支撑杆被支撑在面板上方的支撑梁；设置在支撑梁上用于固定被测样品的样品夹；设置在面板一侧的测量接线柱；还设置有用于固定中心装置的中心装置固定螺栓。
所述的测量接线柱包括有纵向磁场线圈、感应线圈、补偿感应线圈、微分磁化线圈和电感测量线圈的接线柱。
本发明的测量的多功能软磁材料测量装置，结构简单，操作简便，测量快速，结果精确。而且实现了使用一台仪器测量同一带状软磁材料样品的四个磁性参数：初始磁导率，饱和磁感应强度，磁各向异性常数和磁致伸缩系数。
附图说明
图1是仪器主体框架的结构示意图；
图2是中心装置的结构示意图；
图3是样品盒与样品盒固定板结合的局部结构示意图；
图4是仪器主面板的结构示意图；
图5是纵向磁场线圈示意图；
图6是本发明的整体结构示意图。
其中：
1：仪器主体框架 2：中心装置
3：仪器主面板 4：被测样品
11：中空通路 12：上面板
13：托板 14：底盘
15：丝杠 16：磁化线圈
17：圆水准器 18：脚螺旋
21：样品盒 22：纵向磁场线圈
23：感应线圈 24：补偿感应线圈
25：微分磁化线圈 26：电感测量线圈
27：砝码夹钩 28：样品盒固定板
29：固定孔 31：面板
32：支撑梁 33：样品夹
34：中心装置固定螺栓 35：测量接线柱
具体实施方式
下面结合实施例附图对本发明的多功能软磁材料测量装置做出详细说明。
如图1、图2、图3、图6所示，本发明的多功能软磁材料测量装置，包括有：形成有中空通路11的仪器主体框架1；设置于仪器主体框架1上面的仪器主面板3，所述的仪器主面板3中部形成有与仪器主体框架1的中空通路11对应的通孔；穿过仪器主面板3的通孔插入到仪器主体框架1的中空通路11内的中心装置2，所述的中心装置2中放置被测样品4；其中，所述的仪器主面板3用于固定中心装置2和中心装置2中的被测样品4。
如图1所示，所述的仪器主体框架1，包括有：通过丝杠15由上至下依次固定设置的上面板12、托板13和底盘14；在上面板12与托板13之间设置有磁化线圈16，在上面板12和托板13的中心分别开有与磁化线圈16内径相同的通孔，并与磁化线圈16共同形成中空通路11；在底盘14上设置有圆水准器17。
上面板12、托板13和底盘14由螺母和丝杠固定而构成仪器主体框架。磁化线圈16由额定电流为10A以上的粗漆包线绕制而成，外径为18～22cm，内径为7～10cm，依靠托板13支撑固定在上面板12与托板13之间。
如图2所示，所述的中心装置2包括有中心开有设置被测样品4的通孔的样品盒21，所述的样品盒21为中部凹进的I形结构，其凹进的中部分别绕有纵向磁场线圈22及引出端头、感应线圈23及引出端头、补偿感应线圈24及引出端头、微分磁化线圈25及引出端头和电感测量线圈26及引出端头，在样品盒21的底端还设置有与被测样品4相连用来夹紧被测样品4及挂砝码托盘的砝码夹钩27。
所述的纵向磁场线圈22的两个端头从中间分开穿套在样品盒21上。如图5所示，纵向磁场线圈22为一根漆包线制作的两个串联线圈，为了保证两个预绕制线圈电流、磁场方向一致，所以纵向磁场线圈22的两个端头从中间分开穿套在样品盒21上。两个端头从中间分开保证两个串联线圈中电流方向一致。
首先在样品盒21上多层均匀密绕感应线圈23，感应线圈23的引脚分别由样品盒21的上部分和下部分接出；然后再穿套纵向磁场线圈22，纵向磁场线圈22的引脚由样品盒21上端部接出；单层密绕电感测量线圈26，电感测量线圈26的引脚由样品盒21中部接出；均匀正反双绕补偿感应线圈24，补偿感应线圈24的脚分别由样品盒21的上部分和下部分接出；最后单层密绕微分磁化线圈25，微分磁化线圈25的引脚分别由样品盒21的上部分和下部分接出。感应线圈23由直径为0.1mm的漆包线绕制而成；纵向磁场线圈22、电感测量线圈26和微分磁化线圈25由直径为0.4mm的漆包线绕制而成；补偿感应线圈24由直径为0.1mm的漆包线绕制而成。其中纵向磁场线圈22预先绕制好，为了保证纵向磁场线圈22在样品盒21内产生的磁场不被抵消，须将纵向磁场线圈22两头从中间分开穿套在样品盒21上。这样就保证了在样品盒21同侧线圈电流方向相同，样品盒21内磁场不被抵消。补偿感应线圈24采用正反双绕结构，先从样品盒21上部顺时针方向绕然后在逆时针绕相同匝数，以保证补偿法的实现。
如图4所示，所述的中心装置2上还设置有样品盒固定板28，所述的样品盒固定板28的中心开有与样品盒21的上端部大小相同的开口，所述的样品盒21的上端部固定镶嵌在样品盒固定板28的开口中，而所述的样品盒固定板28通过开口两侧的固定孔29固定在位于仪器主体框架1上面的仪器主面板3上，以保证中心装置2的稳定性。
如图3所示，所述的仪器主面板3包括有：中间形成有通孔的面板31；通过支撑杆36被支撑在面板31上方的支撑梁32；设置在支撑梁32上用于固定被测样品4的样品夹33；设置在面板31一侧的不同测量功能的测量接线柱35；还设置有用于固定中心装置的中心装置固定螺栓34。
所述的测量接线柱35包括有纵向磁场线圈22、感应线圈23、补偿感应线圈24、微分磁化线圈25和电感测量线圈26的接线柱。
如图6所示，本发明的多功能软磁材料测量装置的组装是：将仪器主体框架1放到水平试验台上；将中心装置2放入仪器主体框架1的中空通路内，再将仪器主面板3放置在主体框架1的上面板12上，中心装置2的样品盒上端露在仪器主面板3的面板31上；用中心装置固定螺栓34将样品盒固定板28固定在仪器主面板3的面板31的下面，使中心装置2整体位于上面板12和托板13之间；将被测样品4固定在仪器主面板3的样品夹33上；将纵向磁场线圈22、感应线圈23、补偿感应线圈24、微分磁化线圈25和电感测量线圈26的端头分别接到测量接线柱35上。
测量中所需的其他辅助仪器：锁相放大器、LCR自动测量仪、直流电源、数字直流电流表、数字交流电流表、数字交流电压表、滑动变阻器、交流变压器、电源稳压器、导线若干、托盘和砝码；LCR自动测量仪串接50K电阻后连接电感测量线圈26接线柱上测量样品初始磁导率；电源稳压器、交流变压器、滑动变阻器、数字交流电流表磁化线圈16组成串联电路，数字交流电压表连接补偿感应线圈24接线柱上测量饱和磁感应强度；直流电源、数字直流电流表、滑动变阻器、导线若干、磁化线圈16组成串联电路，锁相放大器的信号输出端、数字交流电流表串联后分别接到纵向磁场线圈22和微分磁化线圈25接线柱上，感应线圈23接到锁相放大器的输入端，测量磁各向异性常数和饱和磁致伸缩系数。
本发明的测量原理：
初始磁导率是利用电感进行间接测量，由于被测样品会引起电感测量线圈电感值得变化，利用LCR自动测量仪测量空载时电感测量线圈的电感值和插入被测样品后的电感值，进行对比就能得到要测样品的初始磁导率。
饱和磁感应强度的测定是根据电磁感应的原理，由于补偿法所用补偿感应线圈绕制特别(正反双向绕制)，上部线圈顺时针方向绕制，下部线圈逆时针方向绕制。因此测量时被测样品只插入一半处于顺时针方向感应线圈中。测量中逆时针方向感应线圈抵消掉顺时针方向感应线圈中的由于变压器原理产生的电压。就可以用数字交流电压表测得有被测样品引起的感应电压。进而得到所测被测样品的饱和磁感应强度。
磁致伸缩的测定是依据小角度偏转原理，即将被测样品通过磁化线圈纵向磁化到饱和，同时由锁相放大器的输出端给横向磁化线圈提供一交流信号，横向磁化线圈将在被测样品处产生一横向微弱的交变磁场，从而使磁化到饱和的被测样品的饱和磁矩发生一小角度偏转。在被测样品下端连接加有砝码的托盘给其一个应力，由于磁致伸缩效应将会使饱和磁矩的偏转角度发生变动，通过锁相放大器探测的感应电压，采用减小或增加饱和磁化场办法来补偿应力造成的感应电压的变化，进而可测得材料的饱和磁致伸缩系数。
磁各向异性的测定是根据趋近饱和定律来设定的。也是将被测样品通过磁化线圈纵向磁化到趋近饱和，同时由锁相放大器的输出端给微分磁化线圈提供一交流信号，使微分磁化线圈产生一微弱的丛向交变磁场，交变电场作用在被测样品上，使被测样品的磁矩发生一微弱变化进而造成感应电压的变化。通过锁相放大器的输入端测量感应电压随趋近饱和磁化场的变化，可以获得磁化率随趋近饱和场的变化关系，进而得出和各向异性常数有关的常数。
在测量过程中，测量饱和磁感应强度所需的饱和磁场由磁化线圈连接交流变压器和电源稳压器来提供，调节交流变压器的输出改变磁化场的强弱；测量饱和磁致伸缩系数以及趋近饱和定律测定各向异性所需的饱和磁场均由磁化线圈连接直流电源来提供。通过调节直流电源的输出改变磁化场的强弱。用锁相放大器的输出端分别给纵向磁化线圈和微分磁化线圈提供一微弱的交变信号。
Claims (8)
1.一种多功能软磁材料测量装置，其特征在于，包括有：形成有中空通路(11)的仪器主体框架(1)；设置于仪器主体框架(1)上面的仪器主面板(3)，所述的仪器主面板(3)中部形成有与仪器主体框架(1)的中空通路(11)对应的通孔；穿过仪器主面板(3)的通孔插入到仪器主体框架(1)的中空通路(11)内的中心装置(2)，所述的中心装置(2)中放置被测样品(4)；其中，所述的仪器主面板(3)用于固定中心装置(2)和中心装置(2)中的被测样品(4)。
2.根据权利要求1所述的多功能软磁材料测量装置，其特征在于，所述的仪器主体框架(1)，包括有：通过丝杠(15)由上至下依次固定设置的上面板(12)、托板(13)和底盘(14)；在上面板(12)与托板(13)之间设置有磁化线圈(16)，在上面板(12)和托板(13)的中心分别开有与磁化线圈(16)内径相同的通孔，并与磁化线圈(16)共同形成中空通路(11)；在底盘(14)上设置有圆水准器(17)。
3.根据权利要求2所述的多功能软磁材料测量装置，其特征在于，所述的磁化线圈(16)的外径为18～22cm，内径为7～10cm。
4.根据权利要求1所述的多功能软磁材料测量装置，其特征在于，所述的中心装置(2)包括有中心开有设置被测样品(4)的通孔的样品盒(21)，所述的样品盒(21)为中部凹进的I形结构，其凹进的中部分别绕有纵向磁场线圈(22)及引出端头、感应线圈(23)及引出端头、补偿感应线圈(24)及引出端头、微分磁化线圈(25)及引出端头和电感测量线圈(26)及引出端头，在样品盒(21)的底端还设置有与被测样品(4)相连用来夹紧被测样品(4)及挂砝码托盘的砝码夹钩(27)。
5.根据权利要求4所述的多功能软磁材料测量装置，其特征在于，所述的纵向磁场线圈(22)的两个端头从中间分开穿套在样品盒(21)上。
6.根据权利要求1或4所述的多功能软磁材料测量装置，其特征在于，所述的中心装置(2)上还设置有样品盒固定板(28)，所述的样品盒固定板(28)的中心开有与样品盒(21)的上端部大小相同的开口，所述的样品盒(21)的上端部固定镶嵌在样品盒固定板(28)的开口中，而所述的样品盒固定板(28)通过开口两侧的固定孔(29)固定在位于仪器主体框架(1)上面的仪器主面板(3)上。
7.根据权利要求1所述的多功能软磁材料测量装置，其特征在于，所述的仪器主面板(3)包括有：中间形成有通孔的面板(31)；通过支撑杆(36)被支撑在面板(31)上方的支撑梁(32)；设置在支撑梁(32)上用于固定被测样品(4)的样品夹(33)；设置在面板(31)一侧的测量接线柱(35)；还设置有用于固定中心装置的中心装置固定螺栓(34)。
8.根据权利要求7所述的多功能软磁材料测量装置，其特征在于，所述的测量接线柱(35)包括有纵向磁场线圈(22)、感应线圈(23)、补偿感应线圈(24)、微分磁化线圈(25)和电感测量线圈(26)的接线柱。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090211 |