CN203299362U - 饱和磁化强度的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种饱和磁化强度的测量装置，包括磁场发生装置和磁力测量装置，磁力测量装置为测力计，测力计的测力端和待测铁磁性材料样品之间通过悬线连接，磁场发生装置由两匝麦克斯韦线圈和两匝亥姆霍兹线圈组成双对磁场线圈，任意两匝线圈之间彼此平行且共轴设置，产生均匀梯度的磁场，将待测铁磁性材料样品放置于磁场发生装置的双对磁场线圈的中心区域。本实用新型借助麦克斯韦—亥姆霍兹双对线圈提供均匀梯度磁场，对铁磁性材料的物质饱和磁化强度进行精确测量，其装置简单，操作方便，且制造成本低廉，可以满足不同铁磁性物质饱和磁化强度的测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种材料物性测量装置，特别是涉及一种磁性物质的磁性能测量装置，属于材料物性检测技术领域。
背景技术
饱和磁化强度是铁磁性物质的一个特性。铁磁性物质在外磁场作用下，内部的磁场强度会随着外磁场强度的增加而增加；当外磁场强度增加到一定程度时，铁磁性物质内部的磁化强度便保持在一个稳定的数值上，这时铁磁性物质便达到了饱和磁化状态。这个稳定的磁化强度数值称为此物质的饱和磁化强度。
饱和磁化强度MS是铁磁性物质一个重要物性参量，它是研究材料内部结构及其物理、化学特性的重要量值。测量物质饱和磁化强度MS的方法有很多种，常见的有电磁感应法和受力分析法。电磁感应法是通过测量样品内部或样品周围的磁通量来确定MS值；受力分析法是通过被测样品在梯度磁场中受力的大小来测量MS值，如常用的天平法、环称法。此种测量方法容易受到外部环境影响，误差因素较多，因此，所测量的饱和磁化强度值与实际都有一定的偏差。准确的测量装置一般采用振动样品磁强计，它可以自动画出曲线，又准确可靠，但仪器价格十分昂贵，一般不易得到。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种饱和磁化强度的测量装置，借助麦克斯韦—亥姆霍兹双对线圈提供均匀梯度磁场，对铁磁性材料的物质饱和磁化强度进行精确测量，其装置简单，操作方便，且制造成本低廉，可以满足不同铁磁性物质饱和磁化强度的测量。
为达到上述发明创造目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种饱和磁化强度的测量装置，包括磁场发生装置和磁力测量装置，磁力测量装置为测力计，测力计的测力端和待测铁磁性材料样品之间通过悬线连接，磁场发生装置由两匝麦克斯韦线圈和两匝亥姆霍兹线圈组成双对磁场线圈，任意两匝线圈之间彼此平行且共轴设置，产生均匀梯度的磁场，将待测铁磁性材料样品放置于磁场发生装置的双对磁场线圈的中心区域。
作为本实用新型优选的一种技术方案，两匝亥姆霍兹线圈为两个直径相同的载流圆线圈，两匝麦克斯韦线圈也为两个直径相同的载流圆线圈，两匝麦克斯韦线圈位于同一柱面的不同高度处，并分别与两匝亥姆霍兹线圈的高度位置相对应，亥姆霍兹线圈的直径大于麦克斯韦线圈，即麦克斯韦线圈非接触地套在亥姆霍兹线圈内部。
作为本实用新型优选的另一种技术方案，两匝亥姆霍兹线圈为两个直径相同的载流圆线圈，两匝麦克斯韦线圈也为两个直径相同的载流圆线圈，两匝麦克斯韦线圈位于同一柱面的不同高度处，并分别与两匝亥姆霍兹线圈的高度位置相对应，亥姆霍兹线圈的直径小于麦克斯韦线圈，即麦克斯韦线圈非接触地套在亥姆霍兹线圈外部。
在上下两匝麦克斯韦线圈中分别通以大小相同、方向相反的电流，在线圈中心区域产生10-2T/m—1T/m的均匀磁场梯度；在上下两匝亥姆霍兹线圈中分别通以大小、方向都相同的电流，在线圈中心区域产生200Gs—1000Gs的均匀磁场强度。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：
1. 本实用新型通过均匀梯度磁场装置通过麦克斯韦—亥姆霍兹双对线圈产生的均匀梯度磁场，使铁磁性物质达到饱和磁化状态，此时调节电流使磁化力抵消其重力，进而结合各项物性参数计算其饱和磁化强度MS，操作简单，易于实现，能够满足不同铁磁性物质的饱和磁化强度测量。
2.本实用新型饱和磁化强度的测量装置结构简化，制造成本较低，使用方便。
附图说明
图1是本实用新型实施例一饱和磁化强度的测量装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例二饱和磁化强度的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种饱和磁化强度的测量装置，包括磁场发生装置和磁力测量装置，磁力测量装置为测力计1，测力计1的测力端和待测铁磁性材料样品3之间通过悬线2连接，磁场发生装置由两匝麦克斯韦线圈4和两匝亥姆霍兹线圈5组成双对磁场线圈，任意两匝线圈之间彼此平行且共轴设置，产生均匀梯度的磁场，将待测铁磁性材料样品3放置于磁场发生装置的双对磁场线圈的中心区域。在本实施例中，参见图1，两匝亥姆霍兹线圈5为两个直径相同的载流圆线圈，两匝麦克斯韦线圈4也为两个直径相同的载流圆线圈，两匝麦克斯韦线圈4位于同一柱面的不同高度处，并分别与两匝亥姆霍兹线圈5的高度位置相对应。在本实施例中，参见图1，亥姆霍兹线圈5的直径大于麦克斯韦线圈4，即麦克斯韦线圈4非接触地套在亥姆霍兹线圈5内部。
本实施例饱和磁化强度的测量装置实现饱和磁化强度的测量原理如下：
亥姆霍兹线圈5在其线圈中心区域产生足够大的磁场使待测铁磁性材料样品3达到饱和磁化状态，麦克斯韦线圈4在同样位置产生均匀磁场梯度，则待测铁磁性材料样品3在双对线圈的中心区域会受到一个与其重力相反的磁体积力：
其中，FM为单位体积待测铁磁性材料样品3所受到的磁化力，Ms为待测铁磁性材料样品3的饱和磁化强度，dB/dh为麦克斯韦线圈4提供的磁场梯度。
调节麦克斯韦线圈4的电流，当测力计1所测量出的值最小时，即待测铁磁性材料样品3所受磁化力大小与其重力相等时，此时饱和磁化强度满足：
其中，ρ为待测铁磁性材料样品3的密度，g为重力加速度，dB/dh为此时麦克斯韦线圈4提供的磁场梯度。
结合上述公式，即可计算出待测铁磁性材料样品3的饱和磁化强度。
本实施例饱和磁化强度的测量装置尤其适合对铁磁性物质为铁质材料、磁流体等磁化率远大于1的物质的饱和磁化强度的测量。
在本实施例中，铁磁性物质3采用水基磁流体，其密度ρ为1.18×103kg/m3；在亥姆霍兹线圈5通入80A电流，在线圈的中心区域可以产生567Gs的均匀磁场强度，以使磁流体达到饱和磁化状态；然后，调节麦克斯韦线圈4中的电流，当其产生的磁场梯度达到0.73T/m时，测力计1上的读数最小，最接近于0，此时磁流体受到磁化力完全抵消其重力，满足公式
，结合上述参数即可求出水基磁流体的饱和磁化强度约为200Gs。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图2，亥姆霍兹线圈5的直径小于麦克斯韦线圈4，即麦克斯韦线圈4非接触地套在亥姆霍兹线圈5外部，采用本实施例饱和磁化强度的测量装置同样可能达到实施例一对铁磁性物质3的饱和磁化强度的精确测量。
上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合用于本实用新型饱和磁化强度的测量装置的结构和构造原理，都属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1. 一种饱和磁化强度的测量装置，包括磁场发生装置和磁力测量装置，所述磁力测量装置为测力计（1），所述测力计（1）的测力端和待测铁磁性材料样品（3）之间通过悬线（2）连接，其特征在于：所述磁场发生装置由两匝麦克斯韦线圈（4）和两匝亥姆霍兹线圈（5）组成双对磁场线圈，任意两匝线圈之间彼此平行且共轴设置，产生均匀梯度的磁场，将待测铁磁性材料样品（3）放置于所述磁场发生装置的双对磁场线圈的中心区域。
2.根据权利要求1所述的饱和磁化强度的测量装置，其特征在于：两匝亥姆霍兹线圈（5）为两个直径相同的载流圆线圈，两匝所述麦克斯韦线圈（4）也为两个直径相同的载流圆线圈，两匝所述麦克斯韦线圈（4）位于同一柱面的不同高度处，并分别与两匝亥姆霍兹线圈（5）的高度位置相对应。
3.根据权利要求2所述的饱和磁化强度的测量装置，其特征在于：所述亥姆霍兹线圈（5）的直径大于所述麦克斯韦线圈（4），即所述麦克斯韦线圈（4）非接触地套在所述亥姆霍兹线圈（5）内部。
4.根据权利要求2所述的饱和磁化强度的测量装置，其特征在于：所述亥姆霍兹线圈（5）的直径小于所述麦克斯韦线圈（4），即所述麦克斯韦线圈（4）非接触地套在所述亥姆霍兹线圈（5）外部。
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