一種基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，包括磁場(chǎng)發(fā)生裝置、測(cè)量容器、磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置和遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)；測(cè)量容器放置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)；磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括上支架、下支架、第一電磁鐵和第二電磁鐵，上支架、下支架之間通過(guò)四根螺桿配合螺母固定，第一電磁鐵放置在上支架的中空處，第二電磁鐵放置在下支架的中空處，且第一電磁鐵、第二電磁鐵的同名磁極相對(duì)；磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置與并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵串聯(lián)；遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)包括攝像設(shè)備和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)器可以有效控制磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，從而獲得更為廣泛的磁化率測(cè)量范圍；測(cè)量過(guò)程中可根據(jù)需要調(diào)節(jié)兩電磁鐵之間的距離，擴(kuò)大了測(cè)量量程，大大增加了裝置的靈活性。
【專利說(shuō)明】一種基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁化率是描述物質(zhì)磁化性質(zhì)的重要物理量。根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子理論,可以證明物質(zhì)的磁化率與其微觀結(jié)構(gòu)有十分密切的關(guān)系。通過(guò)測(cè)定這些物質(zhì)的磁化率，可以獲得有關(guān)它們微觀結(jié)構(gòu)的許多信息。磁化率在判斷物質(zhì)分子中是否存在未成對(duì)電子以及配合物結(jié)構(gòu)類型等方面具有重要應(yīng)用。通過(guò)物質(zhì)磁化率的測(cè)定來(lái)計(jì)算分子中未成對(duì)電子數(shù)是研究分子中成鍵情況的有效方法。在環(huán)境系統(tǒng)中，土壤、巖石、沉積物、大氣塵埃等自然物質(zhì)以及人類活動(dòng)所產(chǎn)生的次生物質(zhì)往往表現(xiàn)出不同的磁性特征,它們與物質(zhì)內(nèi)含礦物的磁性類型、鐵磁晶粒含量、大小構(gòu)成及配比組合有關(guān)，在一定程度上反映了其來(lái)源母質(zhì)、生成環(huán)境、搬運(yùn)過(guò)程和沉積作用等綜合信息。利用環(huán)境系統(tǒng)中的物質(zhì)在磁性特征上的差異和聯(lián)系及其所指示的環(huán)境內(nèi)涵，可研究不同時(shí)空尺度下的環(huán)境過(guò)程、環(huán)境作用和環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)而揭示環(huán)境演變的歷史和機(jī)制。磁化率測(cè)量?jī)x器在物質(zhì)電子結(jié)構(gòu)的測(cè)定，環(huán)境磁學(xué)中土壤、沉積物和巖石等自然物質(zhì)和人類活動(dòng)產(chǎn)生的物質(zhì)在人工磁場(chǎng)中的磁性響應(yīng)的測(cè)量，地質(zhì)、地理環(huán)境信息的提取，以及磁流體的磁性、穩(wěn)定性的測(cè)定和工業(yè)氣體分析等領(lǐng)域的應(yīng)用有著重大意義。因此，磁化率測(cè)量?jī)x器設(shè)備已引起許多科技工作者的高度關(guān)注。
[0003]現(xiàn)階段測(cè)量物質(zhì)磁化率的方法主要有:磁天平法和運(yùn)用電磁原理的交流互感方法。用磁天平法測(cè)量磁化率是一種常規(guī)的物理測(cè)量方法，目前，我國(guó)尚無(wú)定型產(chǎn)品，使用單位大多采用感量為0.1毫克的精密微量分析天平、電磁鐵和直流電源自行組裝而成。根據(jù)待測(cè)物的不同性質(zhì)，磁天平法又分為Gouy法、Quincke法和Faraday法。Gouy法適用于測(cè)量順磁或抗磁物質(zhì)的磁化率，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易等特點(diǎn)，但所需樣品量大、精度欠佳，不適用于測(cè)量磁性和超順磁性樣品。Quincke法不需要單獨(dú)測(cè)量樣品的密度，但它只適用于測(cè)量液體和氣體的磁化率，所需樣品量也很大。以上兩種方法均不便研究樣品的磁化率隨溫度變化的關(guān)系。Faraday法實(shí)驗(yàn)步驟繁瑣，操作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，給科研和工程應(yīng)用帶來(lái)不便。而交流互感測(cè)量法主要適用于金屬磁化率的測(cè)量，針對(duì)性較強(qiáng)，測(cè)量對(duì)象比較單一。近年來(lái)有人相繼提出用激光擺法和NMR雙譜儀法等新方法來(lái)進(jìn)行磁化率測(cè)量，然而這些方法比較適合測(cè)量過(guò)渡元素離子化合物的磁化率，適用范圍比較窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，包括磁場(chǎng)發(fā)生裝置、測(cè)量容器、磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置和遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)；[0007]所述測(cè)量容器放置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)；
[0008]所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括上支架、下支架、第一電磁鐵和第二電磁鐵，上支架、下支架均為中空的支架，上支架、下支架之間通過(guò)四根螺桿配合螺母固定，第一電磁鐵放置在上支架的中空處，第二電磁鐵放置在下支架的中空處，且第一電磁鐵、第二電磁鐵的同名磁極相對(duì)；
[0009]所述磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置與并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵串聯(lián)；
[0010]所述遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)包括攝像設(shè)備和計(jì)算機(jī)，攝像設(shè)備置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置、測(cè)量容器所在的環(huán)境內(nèi)，且與計(jì)算機(jī)連接。
[0011]該裝置置于溫度可調(diào)的環(huán)境內(nèi)。
[0012]所述第一電磁鐵與上支架之間、第二電磁鐵與下支架之間分別通過(guò)兩個(gè)螺栓固定。
[0013]所述第一電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、第二電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度均在0.2?1.0T范圍內(nèi)。
[0014]所述磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置包括滑動(dòng)變阻器和直流電源，滑動(dòng)變阻器的一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵，滑動(dòng)變阻器的另一端連接直流電源的一端，直流電源的另一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵。
[0015]所述磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置包括交流電源和變壓器，變壓器的一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵，變壓器的另一端連接交流電源的一端，交流電源的另一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵。
[0016]所述上支架、下支架、四根螺桿的材質(zhì)均為無(wú)磁合金材料。
[0017]所述四根螺桿用于對(duì)第一電磁鐵和第二電磁鐵的間距在40?80mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
[0018]采用所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置進(jìn)行磁化率測(cè)量的方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1:取一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液注入測(cè)量容器內(nèi)，使溶液液面高度達(dá)到測(cè)量容器總體高度的4/5以上；在待測(cè)物質(zhì)中取直徑在0.2?0.3mm之間的顆粒狀試樣，將顆粒狀試樣完全浸沒(méi)在標(biāo)準(zhǔn)溶液中，并保證試樣表面無(wú)氣泡；
[0020]步驟2:將測(cè)量容器置于第一電磁鐵和第二電磁鐵之間的磁場(chǎng)空間內(nèi)，使測(cè)量容器的中心軸線與第一電磁鐵、第二電磁鐵的豎直方向的軸線盡量重合，待顆粒狀試樣達(dá)到穩(wěn)定懸??；
[0021]步驟3:當(dāng)測(cè)量容器內(nèi)的顆粒狀試樣達(dá)到穩(wěn)定懸浮時(shí)，通過(guò)攝像設(shè)備讀出顆粒狀試樣的懸浮高度h ;若測(cè)量容器內(nèi)的顆粒狀試樣無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定懸浮，則調(diào)節(jié)第一電磁鐵和第二電磁鐵的間距或者調(diào)整滑動(dòng)變阻器的檔位，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，重復(fù)步驟2，直到顆粒狀試樣能夠達(dá)到穩(wěn)定懸浮狀態(tài)，通過(guò)攝像設(shè)備讀出此時(shí)的高度h ；
[0022]步驟4:進(jìn)行懸浮高度h、待測(cè)顆粒狀試樣磁化率X s的數(shù)值轉(zhuǎn)換，得到顆粒狀試樣的磁化率大??；
[0023]步驟4.1:確定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 ；
[0024]步驟4.2:根據(jù)注入的標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)溶液的密度P m和標(biāo)準(zhǔn)溶液的磁化率Xm;
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:包括磁場(chǎng)發(fā)生裝置、測(cè)量容器、磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置和遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)； 所述測(cè)量容器放置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置內(nèi)； 所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括上支架、下支架、第一電磁鐵和第二電磁鐵，上支架、下支架均為中空的支架，上支架、下支架之間通過(guò)四根螺桿配合螺母固定，第一電磁鐵放置在上支架的中空處，第二電磁鐵放置在下支架的中空處，且第一電磁鐵、第二電磁鐵的同名磁極相對(duì)； 所述磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置與并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵串聯(lián)； 所述遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)包括攝像設(shè)備和計(jì)算機(jī)，攝像設(shè)備置于磁場(chǎng)發(fā)生裝置、測(cè)量容器所在的環(huán)境內(nèi)，且與計(jì)算機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:該裝置置于溫度可調(diào)的環(huán)境內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:所述第一電磁鐵與上支架之間、第二電磁鐵與下支架之間分別通過(guò)兩個(gè)螺栓固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:所述第一電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、第二電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度均在0.2~1.0T范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:所述磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置包括滑動(dòng)變阻器和直流電源，滑動(dòng)變阻器的一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵，滑動(dòng)變阻器的另一端連接直流電源的一端，直流電源的另一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:所述磁場(chǎng)調(diào)節(jié)裝置包括交流電源和變壓器，變壓器的一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵，變壓器的另一端連接交流電源的一端，交流電源的另一端連接并聯(lián)后的第一電磁鐵和第二電磁鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:所述上支架、下支架、四根螺桿的材質(zhì)均為無(wú)磁合金材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置，其特征在于:所述四根螺桿用于對(duì)第一電磁鐵和第二電磁鐵的間距在40~80mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
9.采用權(quán)利要求1所述的基于磁阿基米德懸浮的磁化率測(cè)量裝置進(jìn)行磁化率測(cè)量的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:取一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液注入測(cè)量容器內(nèi)，使溶液液面高度達(dá)到測(cè)量容器總體高度的4/5以上；在待測(cè)物質(zhì)中取直徑在0.2~0.3mm之間的顆粒狀試樣，將顆粒狀試樣完全浸沒(méi)在標(biāo)準(zhǔn)溶液中，并保證試樣表面無(wú)氣泡； 步驟2:將測(cè)量容器置于第一電磁鐵和第二電磁鐵之間的磁場(chǎng)空間內(nèi)，使測(cè)量容器的中心軸線與第一電磁鐵、第二電磁鐵的豎直方向的軸線盡量重合，待顆粒狀試樣達(dá)到穩(wěn)定懸??； 步驟3:當(dāng)測(cè)量容器內(nèi)的顆粒狀試樣達(dá)到穩(wěn)定懸浮時(shí)，通過(guò)攝像設(shè)備讀出顆粒狀試樣的懸浮高度h;若測(cè)量容器內(nèi)的顆粒狀試樣無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定懸浮，則調(diào)節(jié)第一電磁鐵和第二電磁鐵的間距或者調(diào)整滑動(dòng)變阻器的檔位，改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，重復(fù)步驟2，直到顆粒狀試樣能夠達(dá)到穩(wěn)定懸浮狀態(tài)，通過(guò)攝像設(shè)備讀出此時(shí)的高度h; 步驟4:進(jìn)行懸浮高度h、待測(cè)顆粒狀試樣磁化率Xs的數(shù)值轉(zhuǎn)換，得到顆粒狀試樣的磁化率大??； 步驟4.1:確定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭 ； 步驟4.2:根據(jù)注入的標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)溶液的密度P m和標(biāo)準(zhǔn)溶液的磁化率X m ;

【文檔編號(hào)】G01R33/16GK104007405SQ201410212361
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】王強(qiáng), 王俊, 廖靜, 馬琳 申請(qǐng)人:東北大學(xué)