一种永磁体温度系数开路测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种永磁体温度系数开路测量装置及方法，包括天平支架，天平支架为一箱体，其内底部放置一个台架，台架上放置均匀梯度场发生装置，均匀梯度场发生装置与恒流电源连接，高温炉放置在均匀梯度场发生装置上或穿过均匀梯度场发生装置放置在台架上，高温炉与温控单元连接；天平支架的顶部放置一个分析天平，分析天平与计算机连接，计算机还与温控单元连接，分析天平下端固定一条样品悬挂线，样品悬挂线穿过天平支架的顶面延伸至高温炉内部，样品悬挂线末端连接一个样品套，样品套内放置被测样品；本发明有效解决了目前永磁体温度系数测量精度和分辨率低的问题，为航空航天领域的关键材料的测量提供方法和手段。
【专利说明】一种永磁体温度系数开路测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及永磁材料温度系数测量【技术领域】，尤其涉及一种永磁体温度系数开路测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]在永磁材料领域，一些有特殊应用的永磁体，如稀土永磁作为飞船、飞行器等关键部件的材料，广泛应用于航空航天、国防领域，其磁性能直接影响相关领域技术水平。由于准确性、安全性和可靠性的原因，以上领域要求永磁材料的磁性能不随温度的变化而波动，飞船、飞行器等必须使用超低温度系数的永磁材料。因此，对永磁材料温度系数的精准测量变得尤为重要。
[0003]目前，现有技术中测量永磁材料温度系数的方法有闭磁路扫描法，其测量分辨率为10_4/°c，随着超低温度系数永磁材料的研究和应用向10_5/°c数量级迈进，现有测量手段不能满足测量要求，而且有关超低温度系数测量方法方面的研究也没有公开文献。国内，超低温度系数永磁材料的测量方法严重落后于材料的进步。随着永磁材料温度系数的进一步降低，测量方法和测量设备缺乏，而国外对该测量技术采取绝对保密和禁运的政策，限制了超低温度系数永磁材料研究的深入进行，稀土永磁材料在这些领域的应用水平无法获得持续提升。
[0004]目前永磁体温度系数开路测量方法采用直接测量磁性能的方法，由于受到测量原理和测量仪器的限制，对于超低温度系数的永磁材料，其温度系数的测量分辨率很难达到要求。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种永磁体温度系数开路测量装置及测量方法，大大提高永磁体温度系数测量精度和分辨率。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种永磁体温度系数开路测量装置，包括天平支架、台架、均匀梯度场发生装置、恒流电源、高温炉、温控单元、分析天平、计算机、样品悬挂线、样品套和被测样品；
[0007]所述天平支架为一箱体，其内底部放置一个台架，所述台架上放置均匀梯度场发生装置，所述均匀梯度场发生装置与恒流电源连接，所述高温炉放置在均匀梯度场发生装置上或穿过均匀梯度场发生装置放置在台架上，所述高温炉与天平支架外的温控单元连接;
[0008]所述天平支架的顶部放置一个分析天平，所述分析天平通过导线与计算机连接，所述计算机还与温控单元连接，所述分析天平下端固定一条样品悬挂线，所述样品悬挂线穿过天平支架的顶面延伸至高温炉内部，所述样品悬挂线末端连接一个样品套，所述样品套内放置被测样品。
[0009]本发明的有益效果是:本发明利用均匀梯度发生装置产生高稳定性的均匀梯度场，而且梯度场为垂直方向，保证样品只受到垂直方向的力，温控单元对高温炉加热，进而利用分析天平测量被测样品在不同温度下的受力情况，进而根据计算公式计算出温度系数，本发明将磁信号转换为力信号的方式，实现高灵敏度的温度系数测量，并且恒流电源的稳定性高，从而决定了梯度场的高稳定性，本发明有效解决了目前超低温度系数永磁材料温度系数测量精度和分辨率低的问题，为航空航天领域的关键材料的测量提供方法和手段，促进稀土永磁材料在这些领域应用水平的提升。
[0010]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0011]进一步，所述均匀梯度场发生装置采用螺线管型发生装置或电磁铁型发生装置。
[0012]进一步，所述螺线管型发生装置包括包括外筒、下端板、上端板、支撑管、第一线圈、第一水冷层、上垫圈和下垫圈；所述外筒、下端板和上端板固定在一起构成一个上下带盖的筒状结构，所述上端板和下端板中心部分各留有一个通孔，所述支撑管固定在外筒中心，所述支撑管外壁由下至上包括若干个台阶，所述第一线圈缠绕在支撑管上，所述第一线圈的外壁构成一个平滑的圆筒状；所述第一水冷层设置在第一线圈与外筒之间；所述第一线圈顶部与上端板之间设置有上垫圈，所述第一线圈底部与下端板之间设有下垫圈。
[0013]进一步，所述电磁铁型发生装置包括包括底板、外套筒、上极头、下极头、第二线圈、第二水冷层和垫圈；所述底板为圆形底板，所述外套筒固定在底板板上，上极头为中心留有通孔的盖状结构，固定在外套筒上，所述上极头内壁为具有一定弧度的凸起；所述下极头为顶端具有一定弧度凸起的圆柱体，下极头固定在底板上，所述第二线圈套在下极头上；所述第二水冷层层叠在下极头和第二线圈组成的层面上；所述垫圈放置在第二水冷层上，顶面与上极头的下端面接触。
[0014]进一步，上述技术方案还包括水冷装置，所述水冷装置与均匀梯度场发生装置中的水冷层连接。
[0015]进一步，所述高温炉包括炉体和密封法兰的炉盖，所述炉体包括由外至内的保护罩层、保温层、加热层，所述加热层由双股高温绝缘加热带缠绕坩埚构成，所述炉体内部设置测温热电阻和通气管，所述测温热电阻和通气管均穿过炉盖的中心孔延伸至炉体外，并且在通气管的外部端口设置一个控制阀；所述炉体的保护罩层外部设有一对提手。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果:高温炉的加热层由双股高温绝缘加热带缠绕坩埚构成，双螺旋线可有效消除电流引起的磁场；保温层使炉内温度能得到保持；炉内设置测温热电阻可实时获取炉内实际温度，并传送给温控单元，及时获取所需的被测样品的温度情况；炉内设置通气管，通过通气管向炉内通入氮气，以免因加热时间太久被测样品被氧化；保护罩层外部设置提手，方便搬运。
[0017]进一步，所述保护罩层采用聚四氟乙烯材料，所述加热层的坩埚采用石英材料。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果:采用非金属，避免金属对磁场的影响。
[0019]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种永磁体温度系数开路测量的方法，包括如下步骤:
[0020]步骤1:将被测样品放入测量装置的样品套中，并通过样品悬挂线悬挂到分析天平底部；
[0021]步骤2:恒流电源向均匀梯度场发生装置发出励磁电流信号，均匀梯度场发生装置产生梯度值均匀的梯度场，被测样品处于梯度场中；[0022]步骤3:计算机通过控制温控单元为高温炉加热，并实时获取高温炉内的实际温度；
[0023]步骤4:加热一段时间，当温控单元获取的实时温度达到第一预定温度Tl时，计算机获取此时分析天平的读数F(Tl)；
[0024]步骤5:计算机通过温控单元调整高温炉内内的温度到一个新的测量温度T2，并记录该测量温度下分析天平的读数F (T2)；
[0025]步骤6:计算机根据如下公式计算出永磁体的温度系数a (Br)，
【权利要求】
1.一种永磁体温度系数开路测量装置，其特征在于，包括天平支架(1)、台架(2)、均匀梯度场发生装置(3)、恒流电源(4)、高温炉(5)、温控单元(6)、分析天平(7)、计算机(8)、样品悬挂线(9)、样品套(10)和被测样品(11)； 所述天平支架(1)为一箱体，其内底部放置一个台架(2)，所述台架上放置均匀梯度场发生装置(3)，所述均匀梯度场发生装置(3)与恒流电源(4)连接，所述高温炉(5)放置在均匀梯度场发生装置(3)上或穿过均匀梯度场发生装置放置在台架(2)上，所述高温炉(5)与天平支架(1)外的温控单元(6 )连接； 所述天平支架(1)的顶部放置一个分析天平(7)，所述分析天平(7)通过导线与计算机(8)连接，所述计算机(8)还与温控单元(6)连接，所述分析天平(7)下端固定一条样品悬挂线(9)，所述样品悬挂线(9)穿过天平支架(1)的顶面延伸至高温炉(5)内部，所述样品悬挂线(9 )末端连接一个样品套(IO )，所述样品套内放置被测样品(11)。
2.根据权利要求1所述一种永磁体温度系数开路测量装置，其特征在于，所述均匀梯度场发生装置(3)采用螺线管型发生装置或电磁铁型发生装置。
3.根据权利要求2所述一种永磁体温度系数开路测量装置，其特征在于，所述螺线管型发生装置包括包括外筒(301)、下端板(302)、上端板(303)、支撑管(304)、第一线圈(305)、第一水冷层(306)、上垫圈(307)和下垫圈(308);所述外筒(301)、下端板(302)和上端板(303 )固定在一起构成一个上下带盖的筒状结构，所述上端板(303 )和下端板(302 )中心部分各留有一个通孔，所述支撑管(304)固定在外筒(301)中心，所述支撑管(304)外壁由下至上包括若干个台阶，所述第一线圈(305)缠绕在支撑管(304)上，所述第一线圈(305)的外壁构成一个平滑的圆筒状；所述第一水冷层(306)设置在第一线圈(305)与外筒(301)之间；所述第一线圈(305)顶部与上端板(303)之间设置有上垫圈(307)，所述第一线圈(305)底部与下端板(302)之间设有下垫圈(308)。
4.根据权利要求2所述一种永磁`体温度系数开路测量装置，其特征在于，所述电磁铁型发生装置包括包括底板(311)、外套筒(312)、上极头(313)、下极头(314)、第二线圈(315)、第二水冷层(316)和垫圈(317);所述底板(311)为圆形底板，所述外套筒(312)固定在底板(311)上，上极头(313)为中心留有通孔的盖状结构，固定在外套筒(312)上，所述上极头(313)内壁为具有一定弧度的凸起；所述下极头(314)为顶端具有一定弧度凸起的圆柱体，下极头(314)固定在底板(311)上，所述第二线圈(315)套在下极头上；所述第二水冷层(316)层叠在下极头(314)和第二线圈(315)组成的层面上；所述垫圈(317)放置在第二水冷层(316)上，其顶面与上极头(313)的下端面接触。
5.根据权利要求3或4所述一种永磁体温度系数开路测量装置，其特征在于，还包括水冷装置(12)，所述水冷装置(12)与均匀梯度场发生装置(3)中的水冷层连接。
6.根据权利要求1所述一种永磁体温度系数开路测量装置，其特征在于，所述高温炉(5)包括炉体(5-1)和密闭法兰的炉盖(5-2)，所述炉体(5-1)包括由外至内的保护罩层(5-1-1)、保温层(5-1-2)、加热层(5-1-3)，所述加热层(5-1-3)由双股高温绝缘加热带缠绕坩埚构成，所述炉体(5-1)内部设置测温热电阻(5-3)和通气管(5-4)，所述测温热电阻(5-3)和通气管(5-4)均穿过炉盖(5-2)的中心孔延伸至炉体(5-1)外，并且在通气管(5-4)的外部端口设置一个控制阀；所述炉体(5-1)的保护罩层(5-1-1)外部设有一对提手。
7.根据权利要求6所述一种永磁体温度系数开路测量装置，其特征在于，所述保护罩层(5-1-1)采用聚四氟乙烯材料，所述加热层(5-1-3)的坩埚采用石英材料。
8.一种利用权利要求1-7中任一项所述永磁体温度系数开路测量装置实现永磁体温度系数测量的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:将被测样品(11)放入测量装置的样品套(10)中，并通过样品悬挂线(9)悬挂到分析天平(7)底部； 步骤2:恒流电源(4)向均匀梯度场发生装置(3)发出励磁电流信号，均匀梯度场发生装置(3)产生梯度值均匀的梯度场，被测样品(11)处于均匀梯度场中； 步骤3:计算机(8 )通过控制温控单元(6 )为高温炉(5 )加热，并实时获取高温炉(5 )内的实际温度； 步骤4:加热一段时间，当温控单元(6)获取的实时温度达到第一预定温度Tl时，计算机(8)获取此时分析天平(7)的读数F(Tl)； 步骤5:计算机(8)通过温控单元(6)调整高温炉内(5)内的温度到一个新的测量温度T2，并记录该测量温度下分析天平(7)的读数F(T2)； 步骤6:计算机(8)根据如下公式计算出永磁体的温度系数a (Br),
r F(T1)X(T2-T1) 其中，a (Br)为温度系数，单位为WUT1为基础温度，单位为。C，T2为温度变化的上限温度，单位为。C,F(T1)为温度T1时样品的受力，单位为g，F(T2)为温度T2时样品的受力，单位为g。
9.根据权利要求8所述一种永磁体温度系数开路测量方法，其特征在于，步骤3中计算机(8)通过控制温控单元(6)为高温炉`(5)加热，并实时获取高温炉(5)内的实际温度的具体实现为:温控单元(6)对高温炉(5)的加热层(5-1-1)的双股高温绝缘加热带加热，但要达到预设测量温度要经过一个过程，所以通过测温热电阻(5-3)测量炉内的实时温度，并传送给温控单元(6)。
10.根据权利要求8所述一种永磁体温度系数开路测量方法，其特征在于，在整个测试过程中通过通气管(5-4)不断向高温炉(5)内通入氮气。
【文档编号】G01R33/12GK103885009SQ201410092802
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】侯瑞芬, 林安利, 张志高, 范雯, 贺建, 王京平 申请人:中国计量科学研究院