一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置及方法，包括天平支架，天平支架為一箱體，其內(nèi)底部放置一個臺架，臺架上放置均勻梯度場發(fā)生裝置，均勻梯度場發(fā)生裝置與恒流電源連接，高溫爐放置在均勻梯度場發(fā)生裝置上或穿過均勻梯度場發(fā)生裝置放置在臺架上，高溫爐與溫控單元連接；天平支架的頂部放置一個分析天平，分析天平與計算機連接，計算機還與溫控單元連接，分析天平下端固定一條樣品懸掛線，樣品懸掛線穿過天平支架的頂面延伸至高溫爐內(nèi)部，樣品懸掛線末端連接一個樣品套，樣品套內(nèi)放置被測樣品；本發(fā)明有效解決了目前永磁體溫度系數(shù)測量精度和分辨率低的問題，為航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵材料的測量提供方法和手段。
【專利說明】一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁材料溫度系數(shù)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在永磁材料領(lǐng)域，一些有特殊應用的永磁體，如稀土永磁作為飛船、飛行器等關(guān)鍵部件的材料，廣泛應用于航空航天、國防領(lǐng)域，其磁性能直接影響相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)水平。由于準確性、安全性和可靠性的原因，以上領(lǐng)域要求永磁材料的磁性能不隨溫度的變化而波動，飛船、飛行器等必須使用超低溫度系數(shù)的永磁材料。因此，對永磁材料溫度系數(shù)的精準測量變得尤為重要。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)中測量永磁材料溫度系數(shù)的方法有閉磁路掃描法，其測量分辨率為10_4/°c，隨著超低溫度系數(shù)永磁材料的研究和應用向10_5/°c數(shù)量級邁進，現(xiàn)有測量手段不能滿足測量要求，而且有關(guān)超低溫度系數(shù)測量方法方面的研究也沒有公開文獻。國內(nèi)，超低溫度系數(shù)永磁材料的測量方法嚴重落后于材料的進步。隨著永磁材料溫度系數(shù)的進一步降低，測量方法和測量設(shè)備缺乏，而國外對該測量技術(shù)采取絕對保密和禁運的政策，限制了超低溫度系數(shù)永磁材料研究的深入進行，稀土永磁材料在這些領(lǐng)域的應用水平無法獲得持續(xù)提升。
[0004]目前永磁體溫度系數(shù)開路測量方法采用直接測量磁性能的方法，由于受到測量原理和測量儀器的限制，對于超低溫度系數(shù)的永磁材料，其溫度系數(shù)的測量分辨率很難達到要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置及測量方法，大大提高永磁體溫度系數(shù)測量精度和分辨率。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置，包括天平支架、臺架、均勻梯度場發(fā)生裝置、恒流電源、高溫爐、溫控單元、分析天平、計算機、樣品懸掛線、樣品套和被測樣品；
[0007]所述天平支架為一箱體，其內(nèi)底部放置一個臺架，所述臺架上放置均勻梯度場發(fā)生裝置，所述均勻梯度場發(fā)生裝置與恒流電源連接，所述高溫爐放置在均勻梯度場發(fā)生裝置上或穿過均勻梯度場發(fā)生裝置放置在臺架上，所述高溫爐與天平支架外的溫控單元連接;
[0008]所述天平支架的頂部放置一個分析天平，所述分析天平通過導線與計算機連接，所述計算機還與溫控單元連接，所述分析天平下端固定一條樣品懸掛線，所述樣品懸掛線穿過天平支架的頂面延伸至高溫爐內(nèi)部，所述樣品懸掛線末端連接一個樣品套，所述樣品套內(nèi)放置被測樣品。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用均勻梯度發(fā)生裝置產(chǎn)生高穩(wěn)定性的均勻梯度場，而且梯度場為垂直方向，保證樣品只受到垂直方向的力，溫控單元對高溫爐加熱，進而利用分析天平測量被測樣品在不同溫度下的受力情況，進而根據(jù)計算公式計算出溫度系數(shù)，本發(fā)明將磁信號轉(zhuǎn)換為力信號的方式，實現(xiàn)高靈敏度的溫度系數(shù)測量，并且恒流電源的穩(wěn)定性高，從而決定了梯度場的高穩(wěn)定性，本發(fā)明有效解決了目前超低溫度系數(shù)永磁材料溫度系數(shù)測量精度和分辨率低的問題，為航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵材料的測量提供方法和手段，促進稀土永磁材料在這些領(lǐng)域應用水平的提升。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0011]進一步，所述均勻梯度場發(fā)生裝置采用螺線管型發(fā)生裝置或電磁鐵型發(fā)生裝置。
[0012]進一步，所述螺線管型發(fā)生裝置包括包括外筒、下端板、上端板、支撐管、第一線圈、第一水冷層、上墊圈和下墊圈；所述外筒、下端板和上端板固定在一起構(gòu)成一個上下帶蓋的筒狀結(jié)構(gòu)，所述上端板和下端板中心部分各留有一個通孔，所述支撐管固定在外筒中心，所述支撐管外壁由下至上包括若干個臺階，所述第一線圈纏繞在支撐管上，所述第一線圈的外壁構(gòu)成一個平滑的圓筒狀；所述第一水冷層設(shè)置在第一線圈與外筒之間；所述第一線圈頂部與上端板之間設(shè)置有上墊圈，所述第一線圈底部與下端板之間設(shè)有下墊圈。
[0013]進一步，所述電磁鐵型發(fā)生裝置包括包括底板、外套筒、上極頭、下極頭、第二線圈、第二水冷層和墊圈；所述底板為圓形底板，所述外套筒固定在底板板上，上極頭為中心留有通孔的蓋狀結(jié)構(gòu)，固定在外套筒上，所述上極頭內(nèi)壁為具有一定弧度的凸起；所述下極頭為頂端具有一定弧度凸起的圓柱體，下極頭固定在底板上，所述第二線圈套在下極頭上；所述第二水冷層層疊在下極頭和第二線圈組成的層面上；所述墊圈放置在第二水冷層上，頂面與上極頭的下端面接觸。
[0014]進一步，上述技術(shù)方案還包括水冷裝置，所述水冷裝置與均勻梯度場發(fā)生裝置中的水冷層連接。
[0015]進一步，所述高溫爐包括爐體和密封法蘭的爐蓋，所述爐體包括由外至內(nèi)的保護罩層、保溫層、加熱層，所述加熱層由雙股高溫絕緣加熱帶纏繞坩堝構(gòu)成，所述爐體內(nèi)部設(shè)置測溫熱電阻和通氣管，所述測溫熱電阻和通氣管均穿過爐蓋的中心孔延伸至爐體外，并且在通氣管的外部端口設(shè)置一個控制閥；所述爐體的保護罩層外部設(shè)有一對提手。
[0016]采用上述進一步方案的有益效果:高溫爐的加熱層由雙股高溫絕緣加熱帶纏繞坩堝構(gòu)成，雙螺旋線可有效消除電流引起的磁場；保溫層使爐內(nèi)溫度能得到保持；爐內(nèi)設(shè)置測溫熱電阻可實時獲取爐內(nèi)實際溫度，并傳送給溫控單元，及時獲取所需的被測樣品的溫度情況；爐內(nèi)設(shè)置通氣管，通過通氣管向爐內(nèi)通入氮氣，以免因加熱時間太久被測樣品被氧化；保護罩層外部設(shè)置提手，方便搬運。
[0017]進一步，所述保護罩層采用聚四氟乙烯材料，所述加熱層的坩堝采用石英材料。
[0018]采用上述進一步方案的有益效果:采用非金屬，避免金屬對磁場的影響。
[0019]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種永磁體溫度系數(shù)開路測量的方法，包括如下步驟:
[0020]步驟1:將被測樣品放入測量裝置的樣品套中，并通過樣品懸掛線懸掛到分析天平底部；
[0021]步驟2:恒流電源向均勻梯度場發(fā)生裝置發(fā)出勵磁電流信號，均勻梯度場發(fā)生裝置產(chǎn)生梯度值均勻的梯度場，被測樣品處于梯度場中；[0022]步驟3:計算機通過控制溫控單元為高溫爐加熱，并實時獲取高溫爐內(nèi)的實際溫度；
[0023]步驟4:加熱一段時間，當溫控單元獲取的實時溫度達到第一預定溫度Tl時，計算機獲取此時分析天平的讀數(shù)F(Tl)；
[0024]步驟5:計算機通過溫控單元調(diào)整高溫爐內(nèi)內(nèi)的溫度到一個新的測量溫度T2，并記錄該測量溫度下分析天平的讀數(shù)F (T2)；
[0025]步驟6:計算機根據(jù)如下公式計算出永磁體的溫度系數(shù)a (Br)，
【權(quán)利要求】
1.一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置，其特征在于，包括天平支架(1)、臺架(2)、均勻梯度場發(fā)生裝置(3)、恒流電源(4)、高溫爐(5)、溫控單元(6)、分析天平(7)、計算機(8)、樣品懸掛線(9)、樣品套(10)和被測樣品(11)； 所述天平支架(1)為一箱體，其內(nèi)底部放置一個臺架(2)，所述臺架上放置均勻梯度場發(fā)生裝置(3)，所述均勻梯度場發(fā)生裝置(3)與恒流電源(4)連接，所述高溫爐(5)放置在均勻梯度場發(fā)生裝置(3)上或穿過均勻梯度場發(fā)生裝置放置在臺架(2)上，所述高溫爐(5)與天平支架(1)外的溫控單元(6 )連接； 所述天平支架(1)的頂部放置一個分析天平(7)，所述分析天平(7)通過導線與計算機(8)連接，所述計算機(8)還與溫控單元(6)連接，所述分析天平(7)下端固定一條樣品懸掛線(9)，所述樣品懸掛線(9)穿過天平支架(1)的頂面延伸至高溫爐(5)內(nèi)部，所述樣品懸掛線(9 )末端連接一個樣品套(IO )，所述樣品套內(nèi)放置被測樣品(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置，其特征在于，所述均勻梯度場發(fā)生裝置(3)采用螺線管型發(fā)生裝置或電磁鐵型發(fā)生裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置，其特征在于，所述螺線管型發(fā)生裝置包括包括外筒(301)、下端板(302)、上端板(303)、支撐管(304)、第一線圈(305)、第一水冷層(306)、上墊圈(307)和下墊圈(308);所述外筒(301)、下端板(302)和上端板(303 )固定在一起構(gòu)成一個上下帶蓋的筒狀結(jié)構(gòu)，所述上端板(303 )和下端板(302 )中心部分各留有一個通孔，所述支撐管(304)固定在外筒(301)中心，所述支撐管(304)外壁由下至上包括若干個臺階，所述第一線圈(305)纏繞在支撐管(304)上，所述第一線圈(305)的外壁構(gòu)成一個平滑的圓筒狀；所述第一水冷層(306)設(shè)置在第一線圈(305)與外筒(301)之間；所述第一線圈(305)頂部與上端板(303)之間設(shè)置有上墊圈(307)，所述第一線圈(305)底部與下端板(302)之間設(shè)有下墊圈(308)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種永磁`體溫度系數(shù)開路測量裝置，其特征在于，所述電磁鐵型發(fā)生裝置包括包括底板(311)、外套筒(312)、上極頭(313)、下極頭(314)、第二線圈(315)、第二水冷層(316)和墊圈(317);所述底板(311)為圓形底板，所述外套筒(312)固定在底板(311)上，上極頭(313)為中心留有通孔的蓋狀結(jié)構(gòu)，固定在外套筒(312)上，所述上極頭(313)內(nèi)壁為具有一定弧度的凸起；所述下極頭(314)為頂端具有一定弧度凸起的圓柱體，下極頭(314)固定在底板(311)上，所述第二線圈(315)套在下極頭上；所述第二水冷層(316)層疊在下極頭(314)和第二線圈(315)組成的層面上；所述墊圈(317)放置在第二水冷層(316)上，其頂面與上極頭(313)的下端面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置，其特征在于，還包括水冷裝置(12)，所述水冷裝置(12)與均勻梯度場發(fā)生裝置(3)中的水冷層連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置，其特征在于，所述高溫爐(5)包括爐體(5-1)和密閉法蘭的爐蓋(5-2)，所述爐體(5-1)包括由外至內(nèi)的保護罩層(5-1-1)、保溫層(5-1-2)、加熱層(5-1-3)，所述加熱層(5-1-3)由雙股高溫絕緣加熱帶纏繞坩堝構(gòu)成，所述爐體(5-1)內(nèi)部設(shè)置測溫熱電阻(5-3)和通氣管(5-4)，所述測溫熱電阻(5-3)和通氣管(5-4)均穿過爐蓋(5-2)的中心孔延伸至爐體(5-1)外，并且在通氣管(5-4)的外部端口設(shè)置一個控制閥；所述爐體(5-1)的保護罩層(5-1-1)外部設(shè)有一對提手。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置，其特征在于，所述保護罩層(5-1-1)采用聚四氟乙烯材料，所述加熱層(5-1-3)的坩堝采用石英材料。
8.一種利用權(quán)利要求1-7中任一項所述永磁體溫度系數(shù)開路測量裝置實現(xiàn)永磁體溫度系數(shù)測量的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:將被測樣品(11)放入測量裝置的樣品套(10)中，并通過樣品懸掛線(9)懸掛到分析天平(7)底部； 步驟2:恒流電源(4)向均勻梯度場發(fā)生裝置(3)發(fā)出勵磁電流信號，均勻梯度場發(fā)生裝置(3)產(chǎn)生梯度值均勻的梯度場，被測樣品(11)處于均勻梯度場中； 步驟3:計算機(8 )通過控制溫控單元(6 )為高溫爐(5 )加熱，并實時獲取高溫爐(5 )內(nèi)的實際溫度； 步驟4:加熱一段時間，當溫控單元(6)獲取的實時溫度達到第一預定溫度Tl時，計算機(8)獲取此時分析天平(7)的讀數(shù)F(Tl)； 步驟5:計算機(8)通過溫控單元(6)調(diào)整高溫爐內(nèi)(5)內(nèi)的溫度到一個新的測量溫度T2，并記錄該測量溫度下分析天平(7)的讀數(shù)F(T2)； 步驟6:計算機(8)根據(jù)如下公式計算出永磁體的溫度系數(shù)a (Br),
r F(T1)X(T2-T1) 其中，a (Br)為溫度系數(shù)，單位為WUT1為基礎(chǔ)溫度，單位為。C，T2為溫度變化的上限溫度，單位為。C,F(T1)為溫度T1時樣品的受力，單位為g，F(xiàn)(T2)為溫度T2時樣品的受力，單位為g。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種永磁體溫度系數(shù)開路測量方法，其特征在于，步驟3中計算機(8)通過控制溫控單元(6)為高溫爐`(5)加熱，并實時獲取高溫爐(5)內(nèi)的實際溫度的具體實現(xiàn)為:溫控單元(6)對高溫爐(5)的加熱層(5-1-1)的雙股高溫絕緣加熱帶加熱，但要達到預設(shè)測量溫度要經(jīng)過一個過程，所以通過測溫熱電阻(5-3)測量爐內(nèi)的實時溫度，并傳送給溫控單元(6)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種永磁體溫度系數(shù)開路測量方法，其特征在于，在整個測試過程中通過通氣管(5-4)不斷向高溫爐(5)內(nèi)通入氮氣。
【文檔編號】G01R33/12GK103885009SQ201410092802
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】侯瑞芬, 林安利, 張志高, 范雯, 賀建, 王京平 申請人:中國計量科學研究院