KR100738321B1

KR100738321B1 - 자기 모멘트 측정 장치

Info

Publication number: KR100738321B1
Application number: KR1020060052032A
Authority: KR
Inventors: 박포규; 김영균; 김완섭; 원성호
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-07-12

Abstract

본 발명은 자기 모멘트 측정 장치에 관한 것으로, 특정 코일 상수를 가지는 코일 속에 자성체의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체를 삽입할 때와 상기 자성체가 코일의 축방향과 수평으로 회전할 때 상기 코일의 중심부에서 발생하는 자속의 변화를 측정하여 상기 자성체의 자기 모멘트를 측정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 자성체의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 자성체 전체의 자기 모멘트를 측정할 수 있으므로, 자성체의 일부를 절단하여 구비한 시편을 이용하는 종래의 자기 모멘트 측정 장치나 방법과 비교해 볼 때 그 정밀성을 월등하게 향상시킬 수 있다.

자기 모멘트, 자성체, 시편, 자속, 자속 밀도

Description

자기 모멘트 측정 장치{Apparatus for measuring the magnetic moment}

도 1은 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치의 구성도.

도 2는 코일 상수 측정 과정을 설명하기 위한 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치의 구성도.

도 3은 자속 및 자기 모멘트 측정 과정을 설명하기 위한 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 코일 20: 자성체

30: 전압계 40: 자속밀도 센서

50: 자속 밀도 측정기 60: 이송 장치

61: 회전 로드 62: 고정장치

70: 자속계 I: 전류

Vs: 전원 R: 저항

본 발명은 자기 모멘트 측정 장치에 관한 것이며, 더욱 상세히는 자성체의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체의 자기 모멘트를 측정할 수 있는 자기 모멘트 측정 장치에 관한 것이다.

종래에는 진동 시편 자력계(VSM; Vibrating Sample Magnetometer) 혹은 스퀴드(SQUID) 자력계 등을 이용하여 자성체의 자기 모멘트를 측정하거나, 나침반을 사용하는 사인(sine)법, 거리에 따른 자속 밀도를 측정하는 방법 등을 이용하여 자성체의 자기 모멘트를 측정한다.

상기한 진동 시편 자력계 혹은 스퀴드 자력계 등과 같은 종래의 자기 모멘트 측정 장치는 주로 2cm 이내의 크기가 작은 자성체 시편, 즉 자성체의 일부를 절단하여 구비한 시편을 이용하여 구한 자기 모멘트를 상기 자성체 전체의 자기 모멘트로 취급하므로 그 정밀성이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 상기한 사인(sine)법, 자속 밀도 측정법 등은 본 발명의 장치와 비슷하게 대형이고 복잡한 구조체의 변형 가공 없이 자기모멘트를 측정할 수 있으나, 주변 자기장의 영향을 배제할 수 없기 때문에 측정 오차가 상당히 크다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적 은 특정 코일 상수를 가지는 코일 속에 자성체의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체를 삽입할 때와 상기 자성체가 코일의 축방향과 수평으로 회전할 때 상기 코일의 중심부에서 발생하는 자속의 변화를 측정하여 상기 자성체의 자기 모멘트를 측정할 수 있는 자기 모멘트 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치는, 중심부에 자성체의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체를 삽입하고, 회전시킬 수 있는 공간을 구비한 코일과; 상기 코일에 전류를 흘려보내고 상기 코일과 분리 가능한 전원; 상기 코일에 연결된 전원과 상기 코일 사이에 설치된 저항; 상기 저항에 유기되는 전압을 측정하는 전압계; 상기 코일의 중심부에 설치되어 상기 코일의 중심부의 자속 밀도를 감지하고 상기 코일의 중심부와 분리 가능한 자속밀도 센서; 상기 코일의 외부에 설치되어 상기 자속밀도 센서와 연결된 상태에서 상기 자속밀도 센서에 의해 감지되는 상기 코일의 중심부의 자속 밀도를 측정하는 자속 밀도 측정기; 비 자성체로 된 회전 로드의 선단에 형성된 자성체 고정 장치에 상기 자성체가 고정되고, 상기 코일로부터 상기 전원과 자속밀도 센서가 분리된 상태에서 상기 회전 로드를 상기 코일의 중심부로 이동시켜 상기 자성체를 삽입하고, 상기 자성체를 회전 로드의 선단에서 축방향과 수평하게 특정 각도로 회전시키는 이송 장치; 및 상기 코일로부터 상기 전원과 자속밀도 센서가 분리된 상태에서 상기 코일과 연결되어 상기 코일의 중심부에 삽입되는 상기 자성체에 기인하거나 상기 코일의 중심부에 삽입된 후 특정 각도로 회전하는 상기 자성체에 기인하여 발생하는 자속을 측정하는 자속계;로 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1과 도 2 및 도 3을 참조하면, 코일(10)은 중심부에 자성체(20)의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체(20)를 삽입하고, 회전시킬 수 있는 공간을 구비한다.

상기 코일(10)은 중심부에 균일한 자기장 생성이 가능하고, 상기 자성체(20)의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체(20)를 삽입하고, 회전시킬 수 있는 공간을 구비한 솔레노이드, 헬름홀츠 코일 등이며, 도 1 내지 도 3에서는 솔레노이드를 예시하고 있다.

상기 코일(10)은 다양한 형태의 지지수단(도시하지 않음)으로 고정 지지하는 것이 바람직하다.

전원(Vs)은 상기 코일(10)에 전류(I)를 흘려보내고 상기 코일(10)과 분리 가능하다.

저항(R)은 상기 코일(10)에 연결된 전원(Vs)과 상기 코일(10) 사이에 설치된다.

전압계(30)는 상기 저항(R)에 유기되는 전압(Vr)을 측정한다.

상기 전압계(30)로는 디지털 전압계(DVM; Digital Voltage Meter)를 사용하는 것이 바람직하다.

자속밀도 센서(40)는 상기 코일(10)의 중심부에 설치되어 상기 코일(10)의 중심부의 자속 밀도(B)를 감지하고 상기 코일(10)의 중심부와 분리 가능하다.

자속 밀도 측정기(50)는 상기 코일(10)의 외부에 설치되어 상기 자속밀도 센서(40)와 연결된 상태에서 상기 자속밀도 센서(40)에 의해 감지되는 상기 코일(10)의 중심부의 자속 밀도(B)를 측정한다.

이송 장치(60)는 비 자성체로 된 회전 로드(61)의 선단에 형성된 자성체 고정 장치에 상기 자성체(20)가 고정되고, 상기 코일(10)로부터 상기 전원(Vs)과 자속밀도 센서(40)가 분리된 상태에서 상기 회전 로드(61)를 상기 코일(10)의 중심부로 이동시켜 상기 자성체(20)를 삽입하고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 자성체(20)를 회전 로드(61)의 선단에서 축방향과 수평하게 특정 각도로 회전시킨다.

상기 이송 장치(60)의 자성체 고정 장치(62)는 자성체의 형상에 따라서 다양하게 채택할 수 있다.

자속계(70)는 상기 코일(10)로부터 상기 전원(Vs)과 자속밀도 센서(40)가 분리된 상태에서 상기 코일(10)과 연결되어 상기 코일(10)의 중심부에 삽입되는 상기 자성체(20)에 기인하거나, 상기 코일(10)의 중심부에 삽입된 후 회전 로드(61)의 선단에서 축방향과 수평하게 특정 각도(예컨대, 180°)로 회전하는 상기 자성체(20)에 기인하여 발생하는 자속(M_F)을 측정한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치를 이용하여 자 성체의 자기 모멘트를 측정하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치를 이용하여 자성체의 자기 모멘트를 측정하는 과정은 코일 상수 측정 과정과 자속 및 자기 모멘트를 측정하는 과정으로 구분된다.

1. 코일 상수 측정 과정

도 2는 코일 상수 측정 과정을 설명하기 위한 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 상기 코일(10)의 중심부에 상기 자속밀도 센서(40)를 설치하고, 상기 전원(Vs)을 상기 코일(10)에 연결한 다음, 상기 코일(10)에 연결된 전원(Vs)과 상기 코일(10) 사이에 상기 저항 R을 설치한다.

이때, 상기 자속밀도 센서(40)를 상기 코일(10)의 외부에 설치되어 있는 자속 밀도 측정기(50)와 연결한다.

이어서, 상기 전원(Vs)을 온 시켜 상기 코일(10)에 전류 I를 흘려보내면 상기 자속밀도 센서(40)에 의해 감지되는 상기 코일(10)의 중심부의 자속 밀도 B가 상기 자속 밀도 측정기(50)에 의해 측정된다.

또한, 상기 코일(10)에 전류 I가 흐르는 동안 상기 저항 R의 양단에 전압계(30)를 연결하여 상기 저항 R에 유기되는 전압 Vr을 측정하여, 상기 코일(10)에 흐르는 전류 I의 값, 즉 'I=Vr/R(A)'을 계산한다.

상기와 같이 상기 코일(10)에 흐르는 전류 I의 값과 상기 코일(10)의 중심부 의 자속 밀도 B가 구해지면, 이들 값을 이용하는 다음의 수학식 1에 의해 상기 코일(10)의 코일 상수(K_B)를 측정할 수 있다.

K_B=B/I

상기 수학식 1에 의해 측정되는 코일 상수(K_B)는 상기 코일(10)에 흐르는 전류 I에 따른 자기장의 크기를 나타내고, 단위는 T/A이다.

또한, 상기와 같이 코일 상수(K_B)가 구해지면, 상기 코일(10)의 중심부에 설치되어 있는 상기 자속밀도 센서(40)와, 상기 코일(10)에 연결되어 있는 전원(Vs), 및 상기 코일(10)에 연결된 전원(Vs)과 상기 코일(10) 사이에 설치되는 저항 R을 모두 상기 코일(10)로부터 분리하며, 이에 따라서 코일 상수 측정 과정이 완료된다.

2. 자속 및 자기 모멘트 측정 과정

도 3은 자속 및 자기 모멘트 측정 과정을 설명하기 위한 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 상기 코일(10)에 상기 자속계(70)를 연결한 후, 상기 이송 장치(60)를 이용하여 자기 모멘트를 측정하고자하는 자성체(20)를 상기 코일(10)의 중심부에 삽입한다.

이때, 상기 자성체(20)가 코일(10)의 중심부까지 이동하였으므로 상기 코 일(10)에 전압이 유도되고, 이 유도전압에 기인하는 자속이 상기 자속계(70)에 나타난다.

이에 따라서, 상기 자성체(20)를 회전시키지 않고 코일(10) 속에 자성체(20)를 넣었을 때 유도되는 자속을 측정할 수 있으며, 이때 측정되는 자속(M_F)을 이용하여 다음의 수학식 2에 의해 상기 자성체(20)의 자기 모멘트(Mm)를 측정할 수 있다.

또한, 상기와 같이 자성체(20)를 코일(10)의 중심부에 삽입한 상태에서 상기 자속계(70)에 특정 자속이 나타나면, 영점 조정을 위하여 상기 자속계(70)의 리셋 스위치를 이용하여 상기 자속계(70)를 영점(zero point) 상태로 맞춘다.

상기 자성체(20)를 코일(10)의 중심부에 삽입한 후 상기 자속계(70)의 영점 조정이 완료되고 나면, 다음으로 상기 이송 장치(60)의 회전 로드(61)의 선단에 있는 자성체(20)를 축방향과 수평하게 180°로 회전시킨다.

이때, 상기 자성체(20)가 코일(10)의 중심부에서 회전하므로 상기 코일(10)에 전압이 유도되고, 이 유도전압에 기인하는 자속(M_F)이 상기 자속계(70)에 나타난다.

상기와 같이 상기 코일(10)의 중심부에서 회전하는 자성체(20)의 자속(M_F)이 구해지면, 상기 수학식 1에 의해 측정한 상기 코일(10)의 코일 상수(K_B)와 상기 코일(10)의 중심부에서 회전하는 자성체(20)의 자속(M_F)을 이용하여 다음의 수학식 2 에 의해 구한 값을 2로 나누어 상기 자성체(20)의 자기 모멘트(Mm)를 측정할 수 있다.

Mm=M_F/K_B

상기 수학식 2에 의해 측정되는 자기 모멘트(Mm)는 자성체(20)에 의해 상기 코일(10)에 유도되는 전압(자속)에 비례한다. 즉, 자속은 자기 모멘트에 비례하고, 그 비례상수는 코일상수가 된다. 자기 모멘트의 단위는 A·m²이다.

예컨대, 상기 코일 상수 측정 과정에서 측정한 상기 코일(10)의 코일 상수(K_B)가 0.01T/A이고, 상기 자속계(70)에 의해 측정한 상기 코일(10)의 중심부에서 180°로 회전한 자성체(20)의 자속(M_F)이 0.1Wb이면, 상기 자성체(20)의 자기 모멘트(Mm)는 0.1Wb/0.01(T/A)×(1/2)=5A·m²이다.

또한, 상기와 같이 자성체(20)의 자기 모멘트(Mm)가 구해지면, 상기 코일(10)의 중심부에 삽입되어 있는 자성체(20)와 상기 코일(10)에 연결되어 있는 자속계(70)를 모두 상기 코일(10)로부터 분리하며, 이에 따라서 자속 및 자기 모멘트 측정 과정이 완료된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없 이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 그 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 자기 모멘트 측정 장치에 의하면, 자성체의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 자성체 전체의 자기 모멘트를 측정할 수 있으므로, 자성체의 일부를 절단하여 구비한 시편을 이용하는 종래의 자기 모멘트 측정 장치나 방법과 비교해 볼 때 그 정밀성을 월등하게 향상시킬 수 있다.

Claims

중심부에 자성체(20)의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체(20)를 삽입하고, 회전시킬 수 있는 공간을 구비한 코일(10)과;

상기 코일(10)에 전류(I)를 흘려보내고 상기 코일(10)과 분리 가능한 전원(Vs);

상기 코일(10)에 연결된 전원(Vs)과 상기 코일(10) 사이에 설치된 저항(R);

상기 저항(R)에 유기되는 전압(Vr)을 측정하는 전압계(30);

상기 코일(10)의 중심부에 설치되어 상기 코일(10)의 중심부의 자속 밀도(B)를 감지하고 상기 코일(10)의 중심부와 분리 가능한 자속밀도 센서(40);

상기 코일(10)의 외부에 설치되어 상기 자속밀도 센서(40)와 연결된 상태에서 상기 자속밀도 센서(40)에 의해 감지되는 상기 코일(10)의 중심부의 자속 밀도(B)를 측정하는 자속 밀도 측정기(50);

비 자성체로 된 회전 로드(61)의 선단에 형성된 자성체 고정 장치(62)에 상기 자성체(20)가 고정되고, 상기 코일(10)로부터 상기 전원(Vs)과 자속밀도 센서(40)가 분리된 상태에서 상기 회전 로드(61)를 상기 코일(10)의 중심부로 이동시켜 상기 자성체(20)를 삽입하고, 상기 자성체(20)를 회전 로드(61)의 선단에서 축방향과 수평하게 특정 각도로 회전시키는 이송 장치(60); 및

상기 코일(10)로부터 상기 전원(Vs)과 자속밀도 센서(40)가 분리된 상태에서 상기 코일(10)과 연결되어 상기 코일(10)의 중심부에 삽입되는 상기 자성체(20)에 기인하거나 상기 코일(10)의 중심부에 삽입된 후 특정 각도로 회전하는 상기 자성체(20)에 기인하여 발생하는 자속(M_F)을 측정하는 자속계(70);

로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 모멘트 측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 코일(10)은 중심부에 균일한 자기장 생성이 가능하고, 상기 자성체(20)의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체(20)를 삽입하고, 회전시킬 수 있는 공간을 구비한 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 자기 모멘트 측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 코일(10)은 중심부에 균일한 자기장 생성이 가능하고, 상기 자성체(20)의 형상과 크기를 온전하게 유지한 상태로 상기 자성체(20)를 삽입하고, 회전시킬 수 있는 공간을 구비한 헬름홀츠 코일인 것을 특징으로 하는 자기 모멘트 측정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일(10)은 지지수단에 의해 고정 지지되는 것을 특징으로 하는 자기 모멘트 측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전압계(30)는 디지털 전압계인 것을 특징으로 하는 자기 모멘트 측정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 이송 장치(60)는 상기 코일(10)의 중심부에 삽입된 상기 자성체(20)를 축방향과 수평으로 180°회전시키는 것을 특징으로 하는 자기 모멘트 측정 장치.