专利名称：一种材料电磁性质变化的测试方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明属于测量技术领域，特别涉及一种材料电磁性质变化的测试方法及其专用装置。
背景技术：
当前测量物质的磁化率等磁性性质的主要方法有磁力方法(Force Method)和电磁感应方法(Induction Method)。
磁力方法是利用测量样品在磁场中的受力，来计算出样品的磁化率的大小。样品在一个由恒定的磁场H0与带有梯度的磁场组成的混合磁场中，受到一个力Fz，这个力的大小由下式所示，Fω=grad(Mω,Hω)]]>在实际工作中，我们假定磁化均匀，并控制外加磁场的大小和方向，则上式简化为Fz=μ0·χ·m·H0·∂H∂z]]>利用天平精密测量力Fz的大小，进而计算出样品磁化率的大小。如法拉第天平(FaradayBalance)就是法拉第方法在测量中的具体应用。
电磁感应方法是利用电磁感应的基本原理，测量磁场在感应线圈中感生的电流或是电压，进而计算出样品的磁化率的大小。如下式所示，如果线圈两端加的是正弦交流电，测量线圈两端的感生电动势，则计算出通过线圈的磁通的变化，进而计算出样品的磁导率。
v(t)=-iωμ0NsAsdMdHeiωt]]>振动探针式磁强计(vibrating sample magnetometer，VSM)，交流磁强计(AC Susceptometer)，超导量子干涉仪(SQUID magnetometers)等设备是这种方法的应用实例。以上所提到的几种方法及其对应设备，大多用于实验室中的科学实验工作，仪器精密，成本昂贵，使用中限制很多。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种使用方便、成本低廉、适用范围广的材料电磁性质变化的测试方法及其专用装置，尤其适用于液态金属电磁性质变化的测量。
本发明是通过以下方式实现的一种材料电磁性质变化的测试方法，根据当磁路中的样品在其本身的电磁性质变化时，整个磁路的输出信号发生变化的原理，通过测量基准线圈和测量线圈输出信号的差值，进而得知样品本身电磁特性的变化；其特征是包括以下步骤1)样品制备清洗、称量待测样品，在惰性气体的保护下，将待测样品加热至熔化，混合均匀，再冷却至室温；2)磁路组装使用两个都采用C形铁芯，并且材料、匝数、绕向、完全相同的线圈，其中，由初级线圈I、次级线圈I、铁芯I组成线圈I作为测量线圈，由初级线圈II、次级线圈II、铁芯II组成线圈II作为基准线圈，将待测样品置于测量线圈的C形铁芯的缺口中，将基准样品置于基准线圈的C形铁芯的缺口中，使磁路完全通过待测样品；3)线路连接及调试接通电路，把基准样品放入基准线圈，当待测样品放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值I，当待测样品未放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值II，调节信号发生器的输出频率和输出电压，使测量值I与测量值II的差值达到最大，以此确定输入信号的频率和电压；然后，在测量线圈的C形铁芯的缺口中未放入待测样品的情况下，调节基准样品在基准线圈的C形铁芯的缺口中的位置，使毫伏表的测量值达到极小值；4)测量及数据记录清洗，称量待测样品，准备一个耐高温的容器，测量其形状尺寸，将待测样品盛装在耐高温的容器中，然后使用高频感应炉将待测样品加热至完全熔化，再将熔融的待测样品放入测量线圈的C形铁芯的缺口中，容器与铁芯间采用保温及隔热材料隔热，使用信号发生器发生正弦交流信号，输入初级线圈，当信号从次级线圈中输出后，用毫伏表测量其大小；从毫伏表输出的信号经过信号处理装置放大、整流、滤波、AD转换，再接至计算机存储；同时，测量并记录样品温度，处理数据，输出图表。
上述材料电磁性质变化的测试方法的特征还在于，步骤4)中盛装待测样品的容器为石英玻璃试管，隔热的保温材料为氧化铝保温砖或氧化锆保温砖。
一种基于上述材料电磁性质变化的测试方法的专用装置包括信号发生器、毫伏表、信号处理装置、计算机，其特征是它还包括初级线圈I，初级线圈II，次级线圈I，次级线圈II，C形铁芯I，C形铁芯II；初级线圈I、次级线圈I、C形铁芯I组成测量线圈，初级线圈II、次级线圈II、C形铁芯II组成基准线圈；在信号输入端，初级线圈I和初级线圈II串联，信号输出端，次级线圈I和次级线圈II并联；信号输出端接至毫伏表的输入端，毫伏表的输出端口接至信号处理装置的输入端，信号处理装置的输出端接至计算机的信号采集卡。
上述材料电磁性质变化的测试方法的专用装置其特征还在于线圈绕制时，初级线圈在内，次级线圈在外，两线圈绕向相同；次级线圈匝数大于初级线圈的匝数。
本发明由于采用了两个完全一致的差动线圈，和C形的铁芯，从而使本发明成本低廉、使用方便、适用范围广，尤其适用于液态金属电磁性质变化的测量，能得到液态金属的电磁性质随温度变化的曲线。


图1为本发明的原理结构示意图，图2为本发明线圈的绕制示意图。
图中1初级线圈I，2待测样品，3铁芯I，4次级线圈I，5计算机，6信号处理装置，7毫伏表，8电阻，9次级线圈II，10铁芯II，11基准样品，12初级线圈II，13信号发生器。
具体实施例方式下面给出本发明的两个具体实施例实施例1，使用本方法及专用装置对金属铝的测量过程及结果测量装置◆电路及磁路用以下方式组装在信号输入端，初级线圈I和初级线圈II串联，信号输出端，次级线圈I和次级线圈II并联；GFG8255A信号发生器13的信号输出端接至初级线圈I和初级线圈II，次级线圈I和次级线圈II接至HG2170双通道毫伏表7的输入端，HG2170双通道毫伏表7的信号输出端口接至信号处理装置6的输入端，信号处理装置6的输出端再接至计算机5存储；线圈绕制时，初级线圈在内，次级线圈在外，两线圈绕向相同，初级线圈100匝，次级线圈400匝；铁芯内径40mm，外径55mm，厚度为12.5mm，缝隙宽度为22mm。
测量步骤◆样品制备清洗、称量金属铝样品。在氩气的保护下，将金属铝样品加热至熔化，混合均匀，再冷却至室温；◆磁路组装将待测金属铝样品置于测量线圈的C形铁芯的缺口中，将基准样品(非晶合金)置于基准线圈的C形铁芯的缺口中，使磁路完全通过待测金属铝样品；◆线路连接及调试接通电路，把基准样品放入基准线圈，当金属铝样品放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值I，当金属铝样品未放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值II，调节信号发生器的输出频率和输出电压，使测量值I与测量值II的差值达到最大，以此确定输入信号频率为200Hz；然后，在测量线圈的C形铁芯的缺口中未放入样品的情况下，调节基准样品在基准线圈的C形铁芯的缺口中的位置，使毫伏表的测量值达到极小值；◆测量及数据记录清洗，称量金属铝样品，测量石英玻璃试管的直径，将其盛装在耐高温的石英玻璃试管中，然后使用高频感应炉将其加热至完全熔化，再将其放入测量线圈的缺口中，试管与铁芯间使用氧化铝保温砖及石棉板隔热，使用GFG8255A信号发生器发生200Hz的正弦交流信号，输入初级线圈I和初级线圈II，当信号从次级线圈I和次级线圈II输出后，使用HG2170双通道交流毫伏表测量其大小，从毫伏表输出的经过信号处理装置放大、整流、滤波、AD转换，再接至计算机存储；同时，使用Raynger3i便携式红外温度测量仪测量并记录金属铝样品温度；数据处理，输出图表。
实施例2，使用本方法及相应装置对铅锡合金的测量过程及结果测量装置◆电路及磁路用以下方式组装在信号输入端，初级线圈I和初级线圈II串联，信号输出端，次级线圈I和次级线圈II并联；GFG8255A信号发生器13的信号输出端接至初级线圈I和初级线圈II，次级线圈I和次级线圈II接至HG2170双通道毫伏表7，HG2170双通道毫伏表7的信号输出端口接至信号处理装置6的输入端，信号处理装置6的输出端再接至计算机5存储；线圈绕制时，初级线圈在内，次级线圈在外，两线圈绕向相同，初级线圈100匝，次级线圈400匝；铁芯内径40mm，外径55mm，厚度为12.5mm，缝隙宽度为22mm。
测量步骤◆样品制备清洗、称量铅锡合金样品。在氩气的保护下，将铅锡合金样品加热至熔化，混合均匀，再冷却至室温；◆磁路组装将待测铅锡合金样品置于测量线圈的C形铁芯的缺口中，将基准样品(非晶合金)置于基准线圈的C形铁芯的缺口中，使磁路完全通过待测铅锡合金样品；◆线路连接及调试接通电路，把基准样品放入基准线圈，当铅锡合金样品放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值I，当铅锡合金样品未放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值II，调节信号发生器的输出频率和输出电压，使测量值I与测量值II的差值达到最大，以此确定输入信号频率为1000Hz；然后，在测量线圈的C形铁芯的缺口中未放入铅锡合金样品的情况下，调节基准样品在基准线圈的C形铁芯的缺口中的位置，使毫伏表的测量值达到极小值；◆测量及数据记录清洗，称量铅锡合金样品，测量石英玻璃试管的直径，将其盛装在耐高温的石英玻璃试管中，然后使用高频感应炉将其加热至完全熔化，再将其放入测量线圈的缺口中，试管与铁芯间使用氧化铝保温砖及石棉板隔热，使用GFG8255A信号发生器发生1000Hz的正弦交流信号，输入初级线圈I和初级线圈II，当信号从次级线圈I和次级线圈II输出后，使用HG2170双通道交流毫伏表测量其大小，从毫伏表输出的经过信号处理装置放大、整流、滤波、AD转换，再接至计算机存储；同时，使用Raynger3i便携式红外温度测量仪测量并记录铅锡合金样品温度；数据处理，输出图表。
权利要求
1.一种材料电磁性质变化的测试方法，根据当磁路中的样品在其本身的电磁性质变化时，整个磁路的输出信号发生变化的原理，通过测量基准线圈和测量线圈输出信号的差值，进而得知样品本身电磁特性的变化；其特征是包括以下步骤1)样品制备清洗、称量待测样品，在惰性气体的保护下，将待测样品加热至熔化，混合均匀，再冷却至室温；2)磁路组装使用两个都采用C形铁芯，并且材料、匝数、绕向、完全相同的线圈，其中，由初级线圈I、次级线圈I、铁芯I组成线圈I作为测量线圈，由初级线圈II、次级线圈II、铁芯II组成线圈II作为基准线圈，将待测样品置于测量线圈的C形铁芯的缺口中，将基准样品置于基准线圈的C形铁芯的缺口中，使磁路完全通过待测样品；3)线路连接及调试接通电路，把基准样品放入基准线圈，当待测样品放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值I，当待测样品未放入测量线圈时，毫伏表的测量值为测量值II，调节信号发生器的输出频率和输出电压，使测量值I与测量值II的差值达到最大，以此确定输入信号的频率和电压；然后，在测量线圈的C形铁芯的缺口中未放入待测样品的情况下，调节基准样品在基准线圈的C形铁芯的缺口中的位置，使毫伏表的测量值达到极小值；4)测量及数据记录清洗，称量待测样品，准备一个耐高温的容器，测量其形状尺寸，将待测样品盛装在耐高温的容器中，然后使用高频感应炉将待测样品加热至完全熔化，再将熔融的待测样品放入测量线圈的C形铁芯的缺口中，容器与铁芯间采用保温及隔热材料隔热，使用信号发生器发生正弦交流信号，输入初级线圈，当信号从次级线圈中输出后，用毫伏表测量其大小；输出信号经过信号处理装置放大、整流、滤波、AD转换，再接至计算机存储；同时，测量并记录样品温度，处理数据，输出图表。
2.根据权利要求1所述的材料电磁性质变化的测试方法，其特征是，步骤4)中盛装待测样品的容器为石英玻璃试管，隔热的保温材料为氧化铝保温砖或氧化锆保温砖。
3.一种基于权利要求1、2所述的材料电磁性质变化的测试方法的专用装置包括信号发生器、毫伏表、信号处理装置、计算机，其特征是它还包括初级线圈I，初级线圈II，次级线圈I，次级线圈II，C形铁芯I，C形铁芯II；初级线圈I、次级线圈I、C形铁芯I组成测量线圈，初级线圈II、次级线圈II、C形铁芯II组成基准线圈；在信号输入端，初级线圈I和初级线圈II串联，信号输出端，次级线圈I和次级线圈II并联；信号输出端接至毫伏表的输入端，毫伏表的输出端口接至信号处理装置的输入端，信号处理装置的输出端接至计算机的信号采集卡。
4.根据权利要求3所述的材料电磁性质变化的测试方法的专用装置，其特征是线圈绕制时，初级线圈在内，次级线圈在外，两线圈绕向相同；次级线圈匝数大于初级线圈的匝数。
全文摘要
本发明属于测量技术领域，涉及一种材料电磁性质变化的测试方法及其专用装置；其测试方法包括样品制备、磁路组装、线路连接及调试、测量及数据记录等步骤。基于上述材料电磁性质变化的测试方法的专用装置，由两个采用C形铁芯的差动线圈以及相应的测量仪器组成；本发明成本低廉、使用方便、适用范围广，尤其适用于液态金属电磁性质变化的测量，能得到液态金属的电磁性质随温度变化的曲线。
文档编号G01N27/74GK1514240SQ0311247
公开日2004年7月21日 申请日期2003年7月4日 优先权日2003年7月4日
发明者田学雷, 秦敬玉, 李守飞, 侯纪新, 国洪轩 申请人:山东大学