CN200959028Y - 用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，包括：一直流磁性测量仪、一螺线管、一测量线圈和一补偿线圈；该直流磁性测量仪，用于显示磁化电流的变化；该螺线管与所述直流磁性测量仪电连接，其内部设一腔体；该测量线圈与补偿线圈反向串联后，分别与所述直流磁性测量仪电连接，并置于所述螺线管的腔体内。本实用新型的检测装置，可以检测弱磁及低磁材料的磁性能，具有结构简单、操作方便、稳定性好的优点。

Description

用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置

技术领域

本实用新型涉及金属材料的弱磁性和低磁性测量的冲击法检测装置，尤其涉及弱磁和低磁材料的磁导率和剩余磁化强度测量的冲击法检测装置。

背景技术

在现有的金属材料磁特性的测量领域中，本领域技术人员常用的CD4型直流磁性测量仪，是由测量仪配上直流稳压电源、冲击检流计及试样磁中性化装置组成。采用冲击法测量原理，CD4型直流磁性测量仪能够测量铁镍合金、铁铝合金、硅钢、电工纯铁等低矫顽力软磁材料和高导磁率材料的磁参数，但是不能够测量弱磁和低磁材料的磁导率和剩余磁化强度。

随着弱磁和低磁材料产品的开发，现有的CD4型直流磁性测量仪已经无法满足弱磁和低磁产品的检验需求。

因此，如何提供一种能够检测弱磁和低磁材料产品磁特性的设备是本领域技术人员所关注的课题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，可以检测弱磁及低磁材料产品的磁特性，具有结构简单、操作方便、灵敏度高、稳定性好的优点。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，包括：一直流磁性测量仪，用于显示磁化电流的变化；该检测装置还包括一螺线管、一测量线圈和一补偿线圈；所述螺线管与所述直流磁性测量仪电连接，其内部设一腔体；所述测量线圈与补偿线圈反向串联后，分别与所述直流磁性测量仪电连接，并置于所述螺线管的腔体内。

上述测量线圈和补偿线圈包括胶木芯棒层、包绕在胶木芯棒层外面的漆包线层以及包绕在漆包线层外面的绝缘胶布层；上述直流磁性测量仪为CD4型直流磁性测量仪；上述螺线管为CJS1型磁化螺线管。

上述测量线圈和补偿线圈的长度均为50mm～150mm，匝数均为5000匝～5300匝；上述测量线圈和补偿线圈的长度均优选为100mm，匝数均优选为5120匝。

本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，其有益效果在于：该检测装置可以检测弱磁及低磁材料产品的磁特性，具有结构简单、操作方便、灵敏度高、稳定性好的优点。

附图说明

图1是本实用新型用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置的示意图。

图2是本实用新型用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置中的测量线圈的剖面图。

附图标记说明：

1直流磁性测量仪

2螺线管                    21腔体

3测量线圈                  31漆包线层

32胶木芯棒                 33绝缘胶布层

4补偿线圈

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案加以详细阐述：

参见图1，其为本实用新型用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置的示意图。该检测装置包括直流磁性测量仪1、螺线管2、测量线圈3和补偿线圈4。其中，螺线管2与直流磁性测量仪1电连接，其内部设一腔体21；测量线圈3和补偿线圈4都置于腔体21内，且测量线圈3和补偿线圈4反向串联连接之后，再分别与直流磁性测量仪1电连接。

通常情况下，直流磁性测量仪1选用CD4型直流磁性测量仪；螺线管2选用市售的CJS1型磁化螺线管；测量线圈3和补偿线圈4均采用如下一种方式制成：即用Φ0.21mm的QZ型高强度漆包线包绕在内径为Φ10.5mm的胶木圆筒上，并在漆包线外面包绕一层绝缘胶布。如图2所示，其为本实用新型的测量线圈和补偿线圈的剖面图，其中，测量线圈3和补偿线圈4就是采用上述方式制成的，两个线圈均由三层组成，即胶木芯棒层32、包绕在胶木芯棒层32外面的漆包线层31以及包绕在漆包线层31外面的绝缘胶布层33。

本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，其测量弱磁样品磁导率μ和剩余磁化强度I_r的原理为：

首先，将该检测装置与直流稳压电源连接；在样品放入测量线圈3中之前，先要消除测量线圈3中的空气磁通，即，在螺线管2中先通以测量时的最大磁化电流，并调节低值可调互感器，然后改变磁化电流的方向，观察直流检流计的偏转，直到检流计偏转等于零为止，此时，空气磁通得到了完全补偿，即达到了精确平衡。

其次，将预先退磁的样品放入测量线圈3中，使样品轴向中点与测量线圈3的轴向中点重合；同时，根据待测样品的可进行磁导率测量的标准磁场范围及标准磁化电流，在螺线管2中通以该标准磁化电流，并建立该标准磁场范围内的磁场，然后稳磁5次。

然后，调整螺线管2中的磁化电流，按照所需要的测量磁场，改变磁化电流的方向，观察检流计的变化，并记下偏格α，再根据下列计算公式即可计算出样品的磁导率μ：

$\mathrm{\μ}=1+\frac{C_{\mathrm{\Φ}}}{W_1\×S\×H}\×\mathrm{\α}$

$C_{\mathrm{\Φ}}=\frac{M_i}{\mathrm{\α}}\×{10}^8$

式中：C_Φ——冲击常数，α—检流计的格数，S——样品的截面积(cm²)，W1——测量线圈匝数，H——螺线管中的磁场强度。

最后，调整螺线管2中的磁化电流，使螺线管2中建立所需要的磁场H_m，改变磁化电流的方向，观察检流计的变化，记下偏格α_m，然后，使样品回复到用H_m磁化的状态，切断磁化电流，观察检流计的变化，记下偏转Δα，再根据下列计算公式即可计算出样品的剩余磁化强度I_r：

$I_r=\frac{C_{\mathrm{\Φ}}}{4\mathrm{\π}\×W_1\×S}({\mathrm{\α}}_m-2\mathrm{\Δ\α})$

根据上述测量原理，本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，其实施例选用的测量线圈3和补偿线圈4的长度为50mm～150mm，匝数为5000匝～5300匝。

对于一个化学成分均匀一致，磁化均匀的样品来说，在样品与测量线圈、补偿线圈紧密配合的理想条件下，所测得的磁导率数值应该～致。但是，在实际测量中，理想状态是达不到的，即样品与测量线圈、补偿线圈很难达到紧密配合，这就难免在空气隙中产生自行闭合磁通，从而影响测量结果。对于待测样品来说，其成分是固定的，该样品的磁导率也会有一个标准的范围。

由于待测样品的化学成分和磁化状态往往是不均匀的，因此，把样品放在测量线圈3的不同部位(左端部、中端部和右端部)进行测量，得到的磁导率μ的数值是不同的，但都应该在该待测样品磁导率μ的标准范围内。

本实用新型实施例选用的1～8号待测样品磁导率μ的标准范围如表1：

                       表1

样品编号	磁导率μ的标准范围	磁导率μ平均值
			1	1.00501～1.00572	1.00537
2	1.00200～1.00276	1.00238
			3	1.00071～1.00275	1.00173
4	1.00355～1.00466	1.00411
			5	1.00257～1.00339	1.00298
6	1.00180～1.00274	1.00227
			7	1.00152～1.00254	1.00203
8	1.00251～1.00354	1.00303

实施例一，测量线圈3和补偿线圈4的长度固定为100mm，匝数选用5000匝、5120匝和5300匝，分别进行如下三组实验：

(1)测量线圈3和补偿线圈4的匝数为5000匝时，测量数据见表2：

                                    表2

样品编号	μ值(Gs/Oe)			μ平均值(Gs/Oe)
					左端部	中端部	右端部
	1	1.00570	1.00555					1.00535	1.00553
2				1.00275	1.00260	1.00240	1.00258
	3	1.00210	1.00270					1.00107	1.00196
4				1.00433	1.00459	1.00395	1.00429
	5	1.00339	1.00325					1.00301	1.00322
6				1.00267	1.00250	1.00235	1.00251
	7	1.00199	1.00245					1.00221	1.00222
8				1.00350	1.00340	1.00289	1.00326

(2)测量线圈3和补偿线圈4的匝数为5120匝时，测量数据见表3：

                                         表3

样品编号	μ值(Gs/Oe)			μ平均值(Gs/Oe)
					左端部	中端部	右端部
	1	1.00531	1.00535					1.00532	1.00533
2				1.00235	1.00239	1.00237	1.00237
	3	1.00180	1.00186					1.00183	1.00183
4				1.00417	1.00422	1.00425	1.00421
	5	1.00303	1.00307					1.00308	1.00306
6				1.00227	1.00231	1.00233	1.00230
	7	1.00209	1.00211					1.00215	1.00212
8				1.00298	1.00303	1.00306	1.00302

(3)测量线圈3和补偿线圈4的匝数为5300匝时，测量数据见表4：

                                    表4

样品编号	μ值(Gs/Oe)			μ平均值(Gs/Oe)
					左端部	中端部	右端部
	1	1.00525	1.00510					1.00501	1.00512
2				1.00230	1.00217	1.00200	1.00216
	3	1.00176	1.00239					1.00083	1.00166
4				1.00390	1.00423	1.00355	1.00289
	5	1.00306	1.00285					1.00257	1.00283
6				1.00180	1.00223	1.00196	1.00200
	7	1.00157	1.00195					1.00209	1.00187
8				1.00277	1.00306	1.00259	1.00281

从上述三组实验的数据可知，应用本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，在测量线圈3和补偿线圈4的长度为100mm，匝数为5000匝～5300匝时，所测得的1～8号待测样品磁导率μ的数值，均在对应待测样品磁导率μ值的标准范围(见表1)内，因此，本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置所测得的磁导率μ值是准确的；同时，对于在待测样品的化学成分和磁化状态不能达到理想状态的条件下，选用长度为100mm，匝数为5120匝的测量线圈和补偿线圈，所测得的磁导率μ值更加接近待测样品的平均值(见表1)，更加准确。

实施例二，测量线圈3和补偿线圈4的匝数固定为5120匝，长度选用50mm、100mm、和150mm，分别进行如下三组实验：

(1)测量线圈3和补偿线圈4的长度为50mm时，测量数据见表5：

                                    表5

样品编号	μ值(Gs/Oe)			μ平均值(Gs/Oe)
					左端部	中端部	右端部
	1	1.00572	1.00547					1.00530	1.00550
2				1.00276	1.00264	1.00248	1.00263
	3	1.00213	1.00275					1.00112	1.00200
4				1.00435	1.00466	1.00402	1.00442
	5	1.00348	1.00320					1.00310	1.00326
6				1.00274	1.00254	1.00232	1.00253
	7	1.00193	1.00240					1.00254	1.00230
8				1.00354	1.00337	1.00294	1.00328

(2)测量线圈3和补偿线圈4的长度为100mm时，测量数据见表6：

                                    表6

样品编号	μ值(Gs/Oe)			μ平均值(Gs/Oe)
					左端部	中端部	右端部
	1	1.00531	1.00535					1.00532	1.00533
2				1.00235	1.00239	1.00237	1.00237
	3	1.00180	1.00186					1.00183	1.00183
4				1.00417	1.00422	1.00425	1.00421
	5	1.00303	1.00307					1.00308	1.00306
6				1.00227	1.10231	1.00233	1.00230
	7	1.00209	1.00211					1.00215	1.00212
8				1.00298	1.00303	1.00306	1.00302

(3)测量线圈3和补偿线圈4的长度为150mm时，测量数据见表7：

                                表7

样品编号	μ值(Gs/Oe)			μ平均值(Gs/Oe)
					左端部	中端部	右端部
	1	1.00530	1.00502					1.00521	1.00518
2				1.00235	1.00221	1.00207	1.00221
	3	1.00170	1.00233					1.00071	1.00158
4				1.00396	1.00425	1.00363	1.00395
	5	1.00307	1.00280					1.00271	1.00286
6				1.00187	1.00216	1.00202	1.00202
	7	1.00152	1.00201					1.00213	1.00189
8				1.00283	1.00297	1.00251	1.00277

从上述三组实验的数据可知，应用本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，在测量线圈3和补偿线圈4的匝数为5120匝，长度为50mm～150mm时，所测得的1～8号待测样品磁导率μ的数值，均在对应待测样品磁导率μ值的标准范围(见表1)内，因此，本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置所测得的磁导率μ值是准确的；同时，对于在待测样品的化学成分和磁化状态不能达到理想状态的条件下，选用匝数为5120匝、长度为100mm的测量线圈和补偿线圈进行测量时，将1～8号的样品放在测量线圈的不同部位(左端部、中端部和右端部)进行测量，每一样品在不同部位测得的磁导率μ的数值全部接近于磁导率μ的平均值。因此，本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，在进行测量时，测量线圈和补偿线圈的长度最佳值为100mm，匝数最佳值为5120匝。

为了证明本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，在选用一定长度和匝数的测量线圈和补偿线圈的情况下，所测得的磁导率μ数值的稳定性良好，我们做了如下实验：

选用长度为100mm、匝数为5120匝的测量线圈和补偿线圈以及上述的1～8号样品，在一年半的时间内，三次所测得的八个样品的磁导率μ的数值见表8：

                 表8                    μ值单位：Gs/Oe

由表5可知，经过一年半时间的考察，对于长度为100mm、匝数为5120匝的测量线圈，其所测量的数据进行比较，所测得的样品磁导率μ值基本不变，说明本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，在选用一定长度和匝数测量线圈的情况下，所测得的磁导率μ数值的稳定性良好；同时，根据电磁感应定律，按照常规的测量偏差分析方法，经过实际的测量计算与分析，本实用新型的用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，在待测样品的标准磁场范围为4000A/m～24000A/m内所测得的待测样品磁导率μ值，其最大测量偏差不超过±1.8％，符合国家标准中对弱磁材料磁导率测量精度的要求。

Claims (6)

1、一种用于弱磁测量的单螺线管补偿冲击法检测装置，包括：一直流磁性测量仪，其特征在于，

该检测装置还包括一螺线管、一测量线圈和一补偿线圈；

所述螺线管与所述直流磁性测量仪电连接，其内部设一腔体；

所述测量线圈与补偿线圈反向串联后，分别与所述直流磁性测量仪电连接，并置于所述螺线管的腔体内。

2、如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述测量线圈和补偿线圈包括胶木芯棒层、包绕在胶木芯棒层外面的漆包线层以及包绕在漆包线层外面的绝缘胶布层。

3、如权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述测量线圈和补偿线圈的长度均为50mm～150mm，匝数均为5000匝～5300匝。

4、如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述测量线圈和补偿线圈的长度均为100mm，匝数均为5120匝。

5、如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述直流磁性测量仪为CD4型直流磁性测量仪。

6、如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述螺线管为CJS1型磁化螺线管。

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