CN202735500U - 在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于永磁材料特性测量技术领域，其公开了一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，包括样品盒(2)、温度检测与处理单元(3)、感应电压产生单元(4)、感应电压检测和处理单元(5)、样品提拉控制单元(6)、温度实现单元(7)、计算机控制和处理单元(8)。本实用新型同时提供了一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的方法。本实用新型的有益效果是：待测样品形状没有限制，适用范围宽；能够自动测量，测量重复性好；测量准确度高，特别适合于测量温度系数较小的永磁材料。

Description

在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置

技术领域

本发明涉及永磁材料特性测量技术领域，尤其涉及一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置。

背景技术

温度特性是永磁材料的重要特性参数，包括可逆温度系数和不可损失，在永磁材料的应用中尤为关注，因此温度特性的测量变得更为重要。目前，永磁材料的温度特性测量方法有三类：⑴ 第一类，如国家标准GB/T24270-2009“永磁材料磁性能温度系数测量方法”所要求的方法：在闭合磁路下测量不同温度下永磁材料的磁滞回线或退磁曲线，由此得到不同温度下的永磁材料的特性参数顽磁 B _r 、磁通密度矫顽力 H _cB 以及磁极化强度矫顽力 H _cJ 和 BH 能积的最大值 (BH) _max ，然后计算对应参数的温度系数。实现该方法的现有装置的不足之处是只能测量室温以上的情况，而且实现负温或250℃以上温度较为困难；控温精度和测量精度较低。⑵ 第二类，在开磁路下用振动样品磁强计测量不同温度下测试样品的磁矩；或用磁强计测量不同温度下测试样品的磁通密度；或利用电磁感应原理采用探测线圈测量样品的磁通，然后计算温度特性。第一种振动或提拉样品磁强计测量磁矩法是现有技术常用的测量方法，该方法的缺点是要求测试样品的尺寸小，样品定位困难，测量重复性较差,且设备复杂昂贵。CN2114169U是改进型的提拉样品磁强计，该方法增加了一个无场探测线圈测量开路磁通。第二种在开磁路下用磁强计（特斯拉计）测量磁通密度法。CN1036835A测量的是磁路中的气隙磁通密度，而不是永磁材料本身的参数，且控温精度低；CN2352958Y的缺点是测量霍尔探头离样品距离远，感应信号较弱，即使采用了磁屏蔽特殊装置也难解决信号较弱、灵敏度不足的问题；CN1797023A的缺点是测量霍尔探头本身的控温困难，测量重复性差，样品形状限定为环形，且尺寸较大。第三种采用探测线圈测量温度特性有许多不足，CN2352958Y专利对第三种方法的不足之处进行了说明；CN2384229Y对此方法进行了改进，并实现了多样品测量，不足之处是所样品之间互相干扰；CN101587175也是对第三种的改进，克服了已有方法的许多不足，但探测线圈的耐温问题受限制。⑶ 第三类，在开磁路下采用核磁共振法测量磁感强度。CN101109720B就是采用该方法；CN101109720B要求提供核磁共振所需的磁场非常均匀，且不能受环境温度的影响，因此实现较为困难。在磁测量方法中，核磁共振磁强计的准确度最高，电磁感应法磁通计其次，霍尔效应法的磁强计第三。上述三类测量温度特性方法中，第一类早期测量磁场强度 H 采用霍尔效应法的霍尔探头，测量磁通密度 B 或磁极化强度 J 采用电磁感应法的线圈，目前主流采用电磁感应法的双线圈测量磁场强度 H 和磁通密度 B 或磁极化强度 J ；第二类也分别采用了电磁感应法和霍尔效应法；第三类采用的是核磁共振法。它们各有优缺点，其测量装置存在各种不足。在永磁材料温度特性的测量实践中，尤其测量温度系数较小（温度系数小于0.01%/℃）的永磁材料，现有方法存在分辨率不足、重复性差的问题，需要一种更好的测量装置。

发明内容

为了克服现有的永磁材料温度特性测量方法的不足，本发明提出了一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，解决现有技术中存在分辨率不足、重复性差的问题。

本发明提供了一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，包括样品盒、温度检测与处理单元、感应电压产生单元、感应电压检测和处理单元、样品提拉控制单元、温度实现单元、计算机控制和处理单元。所述的样品盒用于放置待测样品，并对待测样品保温；所述样品盒为底部是平面的柱体。

作为本发明的进一步改进：所述的样品盒包括：样品盒体，由非导磁材料而成；样品盒上盖，由非导磁材料而成，中部有通孔；样品盒保温层；以及样品盒内腔，用于放置待测样品。

作为本发明的进一步改进：所述的温度检测与处理单元用于检测待测样品的温度，并对温度进行显示、处理，所述温度检测与处理单元包括：温度传感器和温度测量仪；所述温度传感器用于测量温度信号，并安装在所述的样品盒上盖的通孔中，与待测样品接触；所述温度测量仪用于接受温度传感器的信号，实时显示温度值，并将温度信号传送到所述的计算机控制和处理单元。

作为本发明的进一步改进：所述的感应电压产生单元用于获取待测样品产生的感应电压信号，所述感应电压产生单元包括：亥姆霍兹线圈，用于感应由待测样品产生的感应电压信号；以及亥姆霍兹线圈的基座，基座端面的上下面互相平行以保证亥姆霍兹线圈的轴线与基座端面的平面垂直，基座上有一个定位槽。

作为本发明的进一步改进：所述的感应电压检测和处理单元，用于检测和处理感应电压信号，将感应电压信号转换成磁通数据，所述感应电压检测和处理单元包括：数字电压积分器，其输入端与所述亥姆霍兹线圈的输出端连接，用于接收该亥姆霍兹线圈的感应电压与时间信号；以及信号放大器，其输入端与上述数字电压积分器的输出端连接，将信号放大后由其输出端与所述的计算机控制和处理单元连接。

作为本发明的进一步改进：所述的感应电压检测和处理单元，用于检测和处理感应电压信号，将感应电压信号转换成磁通数据；所述感应电压检测和处理单元是数字磁通计，数字磁通计输入端与上述亥姆霍兹线圈的输出端连接，其输出端与所述的计算机控制和处理单元连接。

作为本发明的进一步改进：所述的样品提拉控制单元，用于控制和提拉样品盒，将样品盒提拉到规定的位置，所述的样品提拉控制单元包括：样品夹具，用于放置样品盒，并被样品提拉控制单元提拉；样品夹具滑轨，通过样品夹具的三个通孔与样品夹具相连接，用于保证样品夹具沿与亥姆霍兹线圈轴线平行的轴线移动；电机，用于驱动样品夹具沿与亥姆霍兹线圈轴线平行的轴线移动；以及样品夹具限位装置，用于限定样品夹具的位置；样品夹具和样品夹具滑轨为非导磁材料而成。

作为本发明的进一步改进：所述的温度实现单元，使待测样品的温度控制到预定的温度，并保持温度稳定；其包括：工作室，用于放置含有待测样品和安装温度传感器的样品盒；加热装置，用于将所述工作室加热升温，该加热装置受控于所述的计算机控制和处理单元；冷却装置，用于将所述工作室冷却降温，该冷却装置受控于所述的计算机控制和处理单元；以及温度检测与显示装置，用于检测上述工作室的温度，并实时显示温度值。

作为本发明的进一步改进：所述的温度实现单元，使待测样品的温度控制到预定的温度，并保持温度稳定；其是带温度检测与显示装置的高低温度试验箱。

作为本发明的进一步改进：所述的感应电压产生单元、样品提拉控制单元与温度实现单元是分离的，感应电压产生单元和样品提拉控制单元没有放置于温度实现单元中。

作为本发明的进一步改进：所述的待测样品为具有单一磁化方向的永磁体。

本发明同时提供了一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置的方法，根据电磁感应原理，采用提拉法利用样品提拉控制单元使待测样品在感应电压产生单元的亥姆霍兹线圈中产生感应电动势，由感应电压检测和处理单元的数字电压积分器或磁通计检测并获取感应电动势的，经信号放大后，将信号转送到计算机控制和处理单元，计算机控制和处理单元获取不同温度下参数的温度系数;所述参数包括待测样品的磁矩 m 、工作点的磁化强度 M _d 、工作点的磁通密度 B _d ，以及所用永磁材料的顽磁 B _r 、磁通密度矫顽力 H _cB 以及 BH 能积的最大值 (BH) _max ，所述温度特性包括在测量温度范围的平均温度系数、不可逆损失以及任意点的温度系数。

本发明的有益效果是：待测样品形状没有限制，只要求为单一磁化方向，适用范围宽；能够实现自动测量，测量重复性好；该方法的测量准确度高，特别适合于测量温度系数较小（如温度系数小于0.01%/℃）的永磁材料。

【附图说明】

图1  为本发明实施例1的装置示意图；

图2  为本发明感应电压产生单元示意图；

图3  为本发明样品盒示意图；

图4  为本发明样品提拉控制单元示意图；

图5  为本发明样品提拉控制单元的样品夹具底部俯视图；

图6  为本发明实施例2的装置示意图；

图7  为本发明实施例3的装置示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明提供了一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，包括样品盒2、温度检测与处理单元3、感应电压产生单元4、感应电压检测和处理单元5、样品提拉控制单元6、温度实现单元7、计算机控制和处理单元8。所述的样品盒2用于放置待测样品1，并对待测样品1保温；所述样品盒2为底部是平面的柱体，为任意形状的柱体，优选设计之一是圆柱体。

所述的样品盒2 包括：样品盒体21，由非导磁材料而成，优选方案之一为聚四氟乙烯；样品盒上盖22，由非导磁材料而成，中部有通孔；样品盒保温层23；以及样品盒内腔24，用于放置待测样品1。一实施例中，样品盒上盖22，采用样品盒体21相同的方案，中部有可以安装温度传感器31的通孔；样品盒保温层23；填充保温材料，优选方案之一为石棉；以及样品盒内腔24，用于放置待测样品1，内腔形状根据待测样品1的形状设计，优选方案之一为圆柱形。

所述的温度检测与处理单元3用于检测待测样品1的温度，并对温度进行显示、处理，所述温度检测与处理单元3包括：温度传感器31和温度测量仪32；所述温度传感器31用于测量温度信号，并安装在所述的样品盒上盖22 的通孔中，与待测样品1接触；所述温度测量仪32用于接受温度传感器31的信号，实时显示温度值，并将温度信号传送到所述的计算机控制和处理单元8。

温度传感器31优选方案之一为铂电阻，可以用于-60℃到260℃的温度测量；优选方案之二为热电偶，可以用于-210℃到1300℃的温度测量。

所述的感应电压产生单元4用于获取待测样品1产生的感应电压信号，所述感应电压产生单元4包括：亥姆霍兹线圈41，用于感应由待测样品1产生的感应电压信号；以及亥姆霍兹线圈41的基座42，基座42端面的上下面互相平行以保证亥姆霍兹线圈41的轴线与基座42端面的平面垂直，基座42上有一个定位槽。

所述的感应电压检测和处理单元5，用于检测和处理感应电压信号，将感应电压信号转换成磁通数据，所述感应电压检测和处理单元5包括：数字电压积分器51，其输入端与所述亥姆霍兹线圈41的输出端连接，用于接收该亥姆霍兹线圈41的感应电压与时间信号；以及信号放大器52，其输入端与上述数字电压积分器51 的输出端连接，将信号放大后由其输出端与所述的计算机控制和处理单元8连接。

所述的感应电压检测和处理单元5，用于检测和处理感应电压信号，将感应电压信号转换成磁通数据；所述感应电压检测和处理单元5是数字磁通计，数字磁通计输入端与上述亥姆霍兹线圈41的输出端连接，其输出端与所述的计算机控制和处理单元8连接。

所述的样品提拉控制单元6，用于控制和提拉样品盒，将样品盒提拉到规定的位置，所述的样品提拉控制单元6包括：样品夹具61，用于放置样品盒2，并被样品提拉控制单元6提拉；样品夹具滑轨62，通过样品夹具61的三个通孔611与样品夹具61相连接，用于保证样品夹具61沿与亥姆霍兹线圈41轴线平行的轴线移动；电机63，用于驱动样品夹具61沿与亥姆霍兹线圈41轴线平行的轴线移动；以及样品夹具限位装置64，用于限定样品夹具61的位置；样品夹具61和样品夹具滑轨62为非导磁材料而成。

所述的温度实现单元7，使待测样品1的温度控制到预定的温度，并保持温度稳定；其包括：工作室71，用于放置含有待测样品1和安装温度传感器31的样品盒2；加热装置72，用于将所述工作室71加热升温，该加热装置72受控于所述的计算机控制和处理单元8；冷却装置73，用于将所述工作室71冷却降温，该冷却装置73受控于所述的计算机控制和处理单元8；以及温度检测与显示装置74，用于检测上述工作室71的温度，并实时显示温度值。

所述的温度实现单元7，使待测样品1的温度控制到预定的温度，并保持温度稳定；其是带温度检测与显示装置74的高低温度试验箱。

所述的感应电压产生单元4、样品提拉控制单元6与温度实现单元7是分离的，感应电压产生单元4和样品提拉控制单元6没有放置于温度实现单元7中，从而消除了温度对感应电压产生单元4的不利影响。

所述的待测样品1为具有单一磁化方向的永磁体。

本发明同时提供了一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置的方法，根据电磁感应原理，采用提拉法利用样品提拉控制单元6使待测样品1在感应电压产生单元4的亥姆霍兹线圈41中产生感应电动势，由感应电压检测和处理单元5的数字电压积分器51或磁通计检测并获取感应电动势的，经信号放大后，将信号转送到计算机控制和处理单元8，计算机控制和处理单元8获取不同温度下参数的温度系数;所述参数包括待测样品1的磁矩 m 、工作点的磁化强度 M _d 、工作点的磁通密度> B _d ，以及所用永磁材料的顽磁 B _r 、磁通密度矫顽力 H _cB 以及 BH 能积的最大值 (BH) _max ，所述温度特性包括在测量温度范围的平均温度系数、不可逆损失以及任意点的温度系数。

以下通过几个实施例来进一步说明。

实施例1：参考图1所示，本实施例为一个自动化实施例，用于在开磁路中永磁体和永磁材料温度特性的测量。 

本实施例由样品盒2、温度检测与处理单元3、感应电压产生单元4、感应电压检测和处理单元5、样品提拉控制单元6、温度实现单元7、计算机实现和处理单元8组成。

样品盒2用于放置待测样品1和对待测样品1保温，如图3所示，样品盒2由盒体21、上盖22、保温层23和内腔24组成，待测样品1放置在内腔中。

温度检测与处理单元3用于测量待测样品1温度，并将温度信号输送到计算机控制和处理单元8，由温度传感器31和温度测量仪32组成。温度传感器31为铂电阻或热电偶，与温度测量仪32连接。

感应电压产生单元4用于感应由待测样品1产生的感应电压信号，如图2所示，由亥姆霍兹线圈41和带有一个定位槽、用于样品夹具61的定位的基座42组成。提拉控制单元6将样品盒2从亥姆霍兹线圈41中提拉出去，使亥姆霍兹线圈41产生感应电压信号。

感应电压检测和处理单元5，用于亥姆霍兹线圈41感应的电压与时间信号采集、放大并输送，由数字电压积分器51和信号放大器52组成，数字电压积分器51的输入端与亥姆霍兹线圈41的输出端连接，用于采集亥姆霍兹线圈41感应的电压与时间信号，输出端与信号放大器52的输入端连接，信号放大器52的输出端与计算机实现和处理单元8连接。

样品提拉控制单元6用于将样品盒2从亥姆霍兹线圈41中提拉出去，如图4、图5所示，由样品夹具61、滑轨62、电机63和样品夹具限位装置64组成；样品提拉控制单元6的输出端与计算机实现和处理单元8连接，并由计算机实现和处理单元8控制提拉位置。

温度实现单元7由工作室71、加热装置72、冷却装置73和温度检测与显示装置74组成，并与计算机实现和处理单元8连接和控制。

加热装置72，用于将放置在工作室 71中的样品盒2内腔24中的待测样品1加热升温，具体可由电阻丝、鼓风机等组成，电阻丝主要用来加热提高工作室71中的样品盒2内腔24中的待测样品1的温度；当待测样品1的温度大于预先要求温度时，依靠鼓风机对工作室71的鼓风冷却来散热，直到到达预先要求温度。

冷却装置73，用于将放置在工作室71中的样品盒2内腔24中待测样品1冷却降温，具体可由压缩机和制冷剂组成，或者采用液氮装置；当待测样品1的温度低于预先要求温度时，依靠加热装置72对工作室71的加热来提高温度，直到到达预先要求温度。

计算机控制和处理单元8向温度实现单元7发出温度控制指令，控制加热装置72、冷却装置73进行工作；记录并存储温度检测与处理单元3输送的温度信号；接收感应电压检测和处理单元5输送的信号，并转换成相应磁通值。

实施例2，参考图6所示，本实施例中感应电压检测和处理单元5是数字磁通计，数字磁通计输入端与亥姆霍兹线圈41的输出端连接，其输出端与计算机控制和处理单元8连接。温度实现单元7是带温度检测与显示装置的高低温度试验箱。其它结构与实施例1相同。

实施例3，参考图7所示，本实施例所有工作由人工操作。本实施例中感应电压检测和处理单元5是数字磁通计。温度实现单元7是带温度检测与显示装置的高低温度试验箱，不由计算机控制和处理单元8向温度实现单元7发出温度控制指令，控制加热装置72、冷却装置73进行工作。人工操作将样品盒2从亥姆霍兹线圈41中提拉出去，其它结构与实施例1相同。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，其特征在于:包括样品盒(2)、温度检测与处理单元(3)、感应电压产生单元(4)、感应电压检测和处理单元(5)、样品提拉控制单元(6)、温度实现单元(7)、计算机控制和处理单元(8)；所述的样品盒(2)用于放置待测样品(1)，并对待测样品(1)保温；所述样品盒（2）为底部是平面的柱体；所述的样品盒(2) 包括：样品盒体(21)，由非导磁材料而成；样品盒上盖(22)，由非导磁材料而成，中部有通孔；样品盒保温层(23)；以及样品盒内腔(24)，用于放置待测样品(1)；所述的温度检测与处理单元(3)用于检测待测样品(1)的温度，并对温度进行显示、处理，所述温度检测与处理单元(3)包括：温度传感器(31)和温度测量仪（32）；所述温度传感器(31)用于测量温度信号，并安装在所述的样品盒上盖(22) 的通孔中，与待测样品(1)接触；所述温度测量仪(32)用于接受温度传感器(31)的信号，实时显示温度值，并将温度信号传送到所述的计算机控制和处理单元(8)；所述的样品提拉控制单元(6)，用于控制和提拉样品盒，将样品盒提拉到规定的位置，所述的样品提拉控制单元(6)包括：样品夹具(61)，用于放置样品盒(2)，并被样品提拉控制单元(6)提拉；样品夹具滑轨(62)，通过样品夹具(61)的三个通孔(611)与样品夹具(61)相连接，用于保证样品夹具(61)沿与亥姆霍兹线圈(41)轴线平行的轴线移动；电机(63)，用于驱动样品夹具(61)沿与亥姆霍兹线圈(41)轴线平行的轴线移动；以及样品夹具限位装置(64)，用于限定样品夹具(61)的位置；样品夹具(61)和样品夹具滑轨(62)为非导磁材料而成；所述的温度实现单元(7)，使待测样品(1)的温度控制到预定的温度，并保持温度稳定；其包括：工作室(71)，用于放置含有待测样品(1)和安装温度传感器(31)的样品盒(2)；加热装置(72)，用于将所述工作室(71)加热升温，该加热装置(72)受控于所述的计算机控制和处理单元(8)；冷却装置(73)，用于将所述工作室(71)冷却降温，该冷却装置 (73)受控于所述的计算机控制和处理单元(8)；以及温度检测与显示装置(74)，用于检测上述工作室(71)的温度，并实时显示温度值；所述的感应电压产生单元(4)用于获取待测样品(1)产生的感应电压信号，所述感应电压产生单元(4)包括：亥姆霍兹线圈(41)，用于感应由待测样品(1)产生的感应电压信号；以及亥姆霍兹线圈(41)的基座(42)，基座(42) 端面的上下面互相平行以保证亥姆霍兹线圈(41)的轴线与基座(42)端面的平面垂直，基座(42)上有一个定位槽。

2.根据权利要求1所述的在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，其特征在于：所述的感应电压检测和处理单元(5)，用于检测和处理感应电压信号，将感应电压信号转换成磁通数据，所述感应电压检测和处理单元（5）包括：数字电压积分器(51)，其输入端与所述亥姆霍兹线圈(41)的输出端连接，用于接收该亥姆霍兹线圈(41)的感应电压与时间信号；以及信号放大器(52)，其输入端与上述数字电压积分器(51) 的输出端连接，将信号放大后由其输出端与所述的计算机控制和处理单元(8)连接。

3.根据权利要求1所述的在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，其特征在于：所述的感应电压检测和处理单元(5)，用于检测和处理感应电压信号，将感应电压信号转换成磁通数据；所述感应电压检测和处理单元（5）是数字磁通计，数字磁通计输入端与上述亥姆霍兹线圈(41)的输出端连接，其输出端与所述的计算机控制和处理单元(8) 连接。

4.根据权利要求1所述的在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，其特征在于：所述的温度实现单元(7)，使待测样品(1)的温度控制到预定的温度，并保持温度稳定；其是带温度检测与显示装置(74) 的高低温度试验箱。

5.根据权利要求1、2、3或4任一所述的在开路中测量永磁体和永磁材料温度特性的装置，其特征在于：所述的感应电压产生单元(4)、样品提拉控制单元(6)与温度实现单元(7)是分离的，感应电压产生单元(4)和样品提拉控制单元(6)没有放置于温度实现单元(7)中。

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