物質(zhì)變溫磁化率的測量方法及其測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，控制真空爐中溫度達(dá)到預(yù)定溫度，利用磁場發(fā)生器調(diào)整磁場梯度積的數(shù)值，在待測樣品和樣品管所處真空爐內(nèi)空間區(qū)域產(chǎn)生特定的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域，使待測樣品和樣品管完全處于磁場發(fā)生器形成的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域中，然后通過電子天平分別測量預(yù)定溫度下不同磁場梯度積時(shí)的待測樣品和樣品管的質(zhì)量，通過計(jì)算得到一定溫度下的待測樣品的質(zhì)量磁化率。本發(fā)明還提供一種物質(zhì)磁化率測量裝置。本發(fā)明解決磁化率的傳統(tǒng)測量方法的局限性和誤差較大的問題，不僅能夠更加準(zhǔn)確的測定未知物質(zhì)的磁化率，而且還可以測定不同溫度下物質(zhì)的磁化率和不同晶向磁化率。
【專利說明】物質(zhì)變溫磁化率的測量方法及其測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種物質(zhì)電磁學(xué)參數(shù)測量方法及其裝置，特別是涉及一種測量物質(zhì)磁化率測量方法及其裝置。用于材料的磁性能檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]磁化率是反應(yīng)物質(zhì)磁性強(qiáng)弱的重要物理量，當(dāng)磁化率為正時(shí)，該物質(zhì)為順磁性物質(zhì)，如果磁化率為很大的正數(shù)時(shí)，則該物質(zhì)為鐵磁性物質(zhì)；當(dāng)磁化率為負(fù)時(shí)，則該物質(zhì)為抗磁性物質(zhì)。物質(zhì)磁性是電子軌道磁矩、電子自旋磁矩和原子磁矩的矢量和，因此，一切物質(zhì)均有磁性。物質(zhì)的磁化率與物質(zhì)的成分、晶向、織構(gòu)、應(yīng)力以及所處溫度密切相關(guān)。對非鐵磁性物質(zhì)而言，其磁化率很小，因此外加磁場對其產(chǎn)生的磁場作用力很微小，而且磁化率受成分和溫度因素影響巨大，因此如何準(zhǔn)確測量非鐵磁性物質(zhì)在不同溫度下的磁化率，一直是具有挑戰(zhàn)性的難題。近年來，隨著超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步，人們可以長時(shí)間獲得較常規(guī)磁場高出數(shù)十倍甚至數(shù)千倍的強(qiáng)磁場，在這種強(qiáng)磁場中，即使非鐵磁性物質(zhì)也會(huì)受到相當(dāng)于重力量級的磁力作用，因此，在強(qiáng)磁場中，物質(zhì)參與物理化學(xué)反應(yīng)過程，與常規(guī)條件下的物理化學(xué)過程呈現(xiàn)很大的差別，如強(qiáng)磁場對凝固過程、擴(kuò)散過程以及化學(xué)反應(yīng)、傳輸過程均產(chǎn)生了顯著的影響，這表明強(qiáng)磁場的施加，將極強(qiáng)的能量場施加到物理化學(xué)反應(yīng)體系中，而為評價(jià)強(qiáng)磁場的影響效果，必須得到各種物質(zhì)在不同溫度下的磁化率，但到目前為止，物質(zhì)的磁化率特別是不同溫度下的磁化率數(shù)據(jù)非常匱乏，究其原因，在于磁化率測試的方法和手段匱乏。
[0003]目前，磁化率的測量方法主要有Gouy法、法拉第法和振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測量法等。法拉第法和振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測量法操作復(fù)雜而且誤差較大，因而應(yīng)用較少。Gouy法由于操作簡單而得到了最廣泛的應(yīng)用，但是Gouy法也存在不足之處。Gouy法對樣品的形狀，樣品管形狀提出了高的要求，待測試樣和標(biāo)準(zhǔn)試樣必須要具有相同的外形和質(zhì)量；如果對粉末而言，則要求具有相同的疏密程度，否則將存在很大的誤差；此外，Gouy法不能測量物質(zhì)在不同溫度下的磁化率。因此，如何準(zhǔn)確測量物質(zhì)的磁化率，以及變溫條件下的物質(zhì)磁化率測量，甚至液相熔體物質(zhì)的磁化率測量，仍然是沒有得到解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決磁化率的傳統(tǒng)測量方法的局限性和誤差較大的問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種物質(zhì)變溫磁化率的測量方法及其測量裝置，不僅能夠更加準(zhǔn)確的測定未知物質(zhì)的磁化率，而且還可以測定不同溫度下物質(zhì)的磁化率和不同晶向
磁化率。
[0005]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用如下發(fā)明構(gòu)思:
根據(jù)磁化原理，任何物質(zhì)在梯度磁場中均受到磁力的作用，其受力公式如(1-1)式:
【權(quán)利要求】
1.一種物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: a.先用電子天平分別稱出待測樣品的和樣品管質(zhì)量，然后將待測樣品放置于樣品管中； b.將經(jīng)過上述步驟a稱重并裝入樣品管中的待測樣品連同樣品管整套放置于真空爐中，排除空氣對待測樣品的測試干擾； c.控制真空爐中溫度達(dá)到預(yù)定溫度，利用磁場發(fā)生器調(diào)整磁場梯度積的數(shù)值，在待測樣品和樣品管所處真空爐內(nèi)空間區(qū)域產(chǎn)生特定的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域，使待測樣品和樣品管完全處于磁場發(fā)生器形成的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域中，然后通過電子天平分別測量預(yù)定溫度下不同磁場梯度積時(shí)的待測樣品和樣品管的質(zhì)量，在磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域內(nèi)，磁場梯度積
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，其特征在于，在上述步驟c中，磁場發(fā)生器采用以下任意一種方式產(chǎn)生具有特定磁場梯度積恒定區(qū)域的磁場: 方式一:磁場發(fā)生器采用主磁體極頭和輔助鍥型導(dǎo)磁極頭組合形成的磁體系統(tǒng)，其中主磁體極頭產(chǎn)生設(shè)定的穩(wěn)恒磁場，其中輔助鍥型導(dǎo)磁極頭產(chǎn)生磁場強(qiáng)度可調(diào)的磁場，將主磁體極頭和輔助鍥型導(dǎo)磁極頭產(chǎn)生的磁場進(jìn)行疊加，并通過調(diào)控輔助鍥型導(dǎo)磁極頭施加的磁場強(qiáng)度，使產(chǎn)生的復(fù)合磁場形成特定空間尺度的磁場梯度積恒定區(qū)域，使處于磁場梯度積恒定區(qū)域的物質(zhì)所受磁力為恒定數(shù)值，所述主磁體極頭和所述輔助鍥型導(dǎo)磁極頭采用軟磁材料制成； 方式二:磁場發(fā)生器采用超導(dǎo)線圈勵(lì)磁，并通過調(diào)整超導(dǎo)線圈形狀和配置，產(chǎn)生具有磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域的磁場，使處于磁場梯度積恒定區(qū)域的物質(zhì)所受磁力為恒定數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，其特征在于:在上述步驟c中，在磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場中，磁場梯度積恒定區(qū)域高度在5-50_之間，區(qū)域的厚度在5-50mm之間，區(qū)域的寬度在5_200mm之間，待測樣品的高度不超過磁場梯度積恒定區(qū)域高度的50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，其特征在于:在上述步驟c中，采用控溫加熱裝置或控溫冷卻裝置，控制在真空爐中的物質(zhì)所處溫度在273-2000K之間或者-273K-273K之間變化，測量物質(zhì)在不同溫度下的磁化率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，其特征在于:在上述步驟c中，磁場梯度積在l-2000T2/m范圍變化，背景磁場強(qiáng)度在0-30T之間選擇控制；樣品管的口徑為5-100mm ;電子天平具有0.0Ol-1OOmg的精度，最大稱量重量達(dá)到50_5000g。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，其特征在于:待測樣品為完整的單晶體，在上述步驟c中，將不同晶向置于磁場梯度的矢量方向，則測量物質(zhì)不同晶向上的磁化率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述物質(zhì)變溫磁化率的測量方法，其特征在于:待測樣品為粉末、塊狀、固體和液體。
8.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述物質(zhì)變溫磁化率的測量方法的物質(zhì)磁化率測量裝置，由帶有掛鉤的電子天平(1)、天平支架(2)、樣品管(4)、磁場發(fā)生器和磁化率分析系統(tǒng)(14)構(gòu)成，所述天平支架支撐所述電子天平(1)，所述樣品管(4)為能裝載被測試樣(5)的有底容器，所述樣品管(4)懸掛在所述電子天平(1)的掛鉤上，將所述樣品管(4)設(shè)置于所述磁場發(fā)生器形成的磁場環(huán)境中，所述電子天平(1)的稱量數(shù)據(jù)信號輸出端與所述磁化率分析系統(tǒng)(14)的輸入端連接，通過所述磁化率分析系統(tǒng)(14)處理并輸出被測試樣的磁化率信息，其特征在于:將所述樣品管(4)懸掛在由豎直設(shè)置的筒形加熱體形成的加熱爐體內(nèi)腔中，或者將所述樣品管(4)懸掛在冷凍爐體內(nèi)腔中，所述筒形加熱體包括加熱爐殼體(3)、加熱爐內(nèi)襯(11)和扁形電阻絲(10)，所述扁形電阻絲(10)設(shè)置于所述加熱爐內(nèi)襯(11)和所述保溫層之間，并透過述加熱爐內(nèi)襯(11)向爐體內(nèi)腔中輸出熱能，使?fàn)t體內(nèi)腔中形成均勻溫度場，在所述加熱爐體外部或所述冷凍爐體外部還設(shè)有控溫儀(15)，所述控溫儀(15)的信號輸入端與熱電偶(8)的信號輸出端連接，所述熱電偶(8)的溫度測試端設(shè)置于靠近所述樣品管(4)的加熱爐體內(nèi)腔區(qū)域中，所述控溫儀(15)的控制模塊通過導(dǎo)線(16)與所述加熱爐體的扁形電阻絲(10)連接，控制所述扁形電阻絲(10)的加熱功率，或者所述控溫儀(15)的控制模塊與所述冷凍爐體的制冷裝置信號連接，控制所述制冷裝置的制冷功率，所述樣品管(4)為坩堝，所述電子天平(1)設(shè)置于所述加熱爐體或所述冷凍爐體的上方，所述樣品管(4)通過吊線(9)懸吊于所述電子天平(1)的下方，所述磁場發(fā)生器在所述樣品管(4)所處區(qū)域產(chǎn)生特定的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域，使裝入所述樣品管(4)中的被測試樣(5)完全處于所述磁場發(fā)生器形成的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域中，使處于磁場梯度積恒定區(qū)域的物質(zhì)所受磁力為恒定數(shù)值，在磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域內(nèi)，磁場梯度積$的數(shù)值為常數(shù)，磁場梯度積屯^1為空間Z軸方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度A與空間Z軸方向上的磁場梯度1的乘積，空間Z軸方向?yàn)榭臻g豎直方向，所述磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域沿著空間Z軸方向?yàn)榭臻g豎直方向的高度大于所述樣品管(4)的高度，由所述筒形加熱體形成的加熱系統(tǒng)或由所述冷凍爐體形成的冷凍系統(tǒng)設(shè)置于真空密封裝置(6)中，所述磁場發(fā)生器、所述樣品管(4)、所述吊線(9)和所述電子天平(1)也皆設(shè)置于所述真空密封裝置(6)中，所述真空密封裝置(6)的密封殼體上還設(shè)有排氣口(12)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述物質(zhì)磁化率測量裝置，其特征在于:所述磁場發(fā)生器采用主磁體極頭(7)和輔助鍥型導(dǎo)磁極頭(13)組合形成的磁體系統(tǒng)，將所述主磁體極頭(7)和所述輔助鍥型導(dǎo)磁極頭(13)產(chǎn)生的磁場進(jìn)行疊加，所述主磁體極頭(7)通過調(diào)整其自帶的主磁極線圈(20)中的輸入電流來產(chǎn)生設(shè)定的穩(wěn)恒磁場，所述輔助鍥型導(dǎo)磁極頭(13)帶有勵(lì)磁線圈(17)，產(chǎn)生磁場強(qiáng)度可調(diào)的磁場，所述主磁體極頭(7)包括S極磁體和N極磁體，所述S極磁體和所述N極磁體相對應(yīng)磁體表面形成對應(yīng)的豎直平行面區(qū)域(18)和向外擴(kuò)張曲面區(qū)域(19)的上下兩個(gè)區(qū)域，磁體的豎直平行面區(qū)域(18)在下，磁體的向外擴(kuò)張曲面區(qū)域(19)在上，使豎直平行面區(qū)域(18)的頂端和向外擴(kuò)張曲面區(qū)域(19)的底端相連接，使S極磁體和N極磁體之間氣隙空間形成自下而上從平直氣隙空間發(fā)展為逐漸擴(kuò)張氣隙空間的組合磁場空間，S極磁體和N極磁體的所述向外擴(kuò)張曲面區(qū)域(19)同時(shí)為梯級面或弧形面，S極磁體和N極磁體之間的逐漸擴(kuò)張氣隙空間，通過設(shè)置梯級面或弧形面的弧度，背景磁場強(qiáng)度.與空間z軸方向距離成第一函數(shù)關(guān)系，磁場梯度
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述物質(zhì)磁化率測量裝置，其特征在于:所述磁場發(fā)生器采用超導(dǎo)線圈勵(lì)磁，并通過調(diào)整超導(dǎo)線圈形狀和配置，產(chǎn)生具有磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域的磁場，使處于磁場梯度積恒定區(qū)域的物質(zhì)所受磁力為恒定數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求8~10中任意一項(xiàng)所述物質(zhì)磁化率測量裝置，其特征在于:被測試樣(5)高度不超過所述磁場發(fā)生器產(chǎn)生的磁場梯度積穩(wěn)恒區(qū)域沿著空間z軸方向?yàn)榭臻g豎直方向的高度的50%。
【文檔編號】G01R33/16GK103744040SQ201410001030
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】鐘云波, 董立城, 王懷, 劉洪玉, 劉春梅, 任維麗, 黃靖文, 任光宇, 任忠鳴 申請人:上海大學(xué), 江蘇瑞博豪泰金屬材料股份有限公司