物質變溫磁化率的測量方法及其測量裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種物質變溫磁化率的測量方法，控制真空爐中溫度達到預定溫度，利用磁場發生器調整磁場梯度積的數值，在待測樣品和樣品管所處真空爐內空間區域產生特定的磁場梯度積穩恒區域，使待測樣品和樣品管完全處于磁場發生器形成的磁場梯度積穩恒區域中，然后通過電子天平分別測量預定溫度下不同磁場梯度積時的待測樣品和樣品管的質量，通過計算得到一定溫度下的待測樣品的質量磁化率。本發明還提供一種物質磁化率測量裝置。本發明解決磁化率的傳統測量方法的局限性和誤差較大的問題，不僅能夠更加準確的測定未知物質的磁化率，而且還可以測定不同溫度下物質的磁化率和不同晶向磁化率。
【專利說明】物質變溫磁化率的測量方法及其測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種物質電磁學參數測量方法及其裝置，特別是涉及一種測量物質磁化率測量方法及其裝置。用于材料的磁性能檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]磁化率是反應物質磁性強弱的重要物理量，當磁化率為正時，該物質為順磁性物質，如果磁化率為很大的正數時，則該物質為鐵磁性物質；當磁化率為負時，則該物質為抗磁性物質。物質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，一切物質均有磁性。物質的磁化率與物質的成分、晶向、織構、應力以及所處溫度密切相關。對非鐵磁性物質而言，其磁化率很小，因此外加磁場對其產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，因此如何準確測量非鐵磁性物質在不同溫度下的磁化率，一直是具有挑戰性的難題。近年來，隨著超導技術的進步，人們可以長時間獲得較常規磁場高出數十倍甚至數千倍的強磁場，在這種強磁場中，即使非鐵磁性物質也會受到相當于重力量級的磁力作用，因此，在強磁場中，物質參與物理化學反應過程，與常規條件下的物理化學過程呈現很大的差別，如強磁場對凝固過程、擴散過程以及化學反應、傳輸過程均產生了顯著的影響，這表明強磁場的施加，將極強的能量場施加到物理化學反應體系中，而為評價強磁場的影響效果，必須得到各種物質在不同溫度下的磁化率，但到目前為止，物質的磁化率特別是不同溫度下的磁化率數據非常匱乏，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、法拉第法和振動樣品磁強計測量法等。法拉第法和振動樣品磁強計測量法操作復雜而且誤差較大，因而應用較少。Gouy法由于操作簡單而得到了最廣泛的應用，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，待測試樣和標準試樣必須要具有相同的外形和質量；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法不能測量物質在不同溫度下的磁化率。因此，如何準確測量物質的磁化率，以及變溫條件下的物質磁化率測量，甚至液相熔體物質的磁化率測量，仍然是沒有得到解決的技術難題。
【發明內容】
[0004]為了解決磁化率的傳統測量方法的局限性和誤差較大的問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種物質變溫磁化率的測量方法及其測量裝置，不僅能夠更加準確的測定未知物質的磁化率，而且還可以測定不同溫度下物質的磁化率和不同晶向
磁化率。
[0005]為達到上述發明創造目的，本發明采用如下發明構思:
根據磁化原理，任何物質在梯度磁場中均受到磁力的作用，其受力公式如(1-1)式:
【權利要求】
1.一種物質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量，然后將待測樣品放置于樣品管中； b.將經過上述步驟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到預定溫度，利用磁場發生器調整磁場梯度積的數值，在待測樣品和樣品管所處真空爐內空間區域產生特定的磁場梯度積穩恒區域，使待測樣品和樣品管完全處于磁場發生器形成的磁場梯度積穩恒區域中，然后通過電子天平分別測量預定溫度下不同磁場梯度積時的待測樣品和樣品管的質量，在磁場梯度積穩恒區域內，磁場梯度積
2.根據權利要求1所述物質變溫磁化率的測量方法，其特征在于，在上述步驟c中，磁場發生器采用以下任意一種方式產生具有特定磁場梯度積恒定區域的磁場: 方式一:磁場發生器采用主磁體極頭和輔助鍥型導磁極頭組合形成的磁體系統，其中主磁體極頭產生設定的穩恒磁場，其中輔助鍥型導磁極頭產生磁場強度可調的磁場，將主磁體極頭和輔助鍥型導磁極頭產生的磁場進行疊加，并通過調控輔助鍥型導磁極頭施加的磁場強度，使產生的復合磁場形成特定空間尺度的磁場梯度積恒定區域，使處于磁場梯度積恒定區域的物質所受磁力為恒定數值，所述主磁體極頭和所述輔助鍥型導磁極頭采用軟磁材料制成； 方式二:磁場發生器采用超導線圈勵磁，并通過調整超導線圈形狀和配置，產生具有磁場梯度積穩恒區域的磁場，使處于磁場梯度積恒定區域的物質所受磁力為恒定數值。
3.根據權利要求1或2所述物質變溫磁化率的測量方法，其特征在于:在上述步驟c中，在磁場發生器產生的磁場中，磁場梯度積恒定區域高度在5-50_之間，區域的厚度在5-50mm之間，區域的寬度在5_200mm之間，待測樣品的高度不超過磁場梯度積恒定區域高度的50%。
4.根據權利要求1或2所述物質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所處溫度在273-2000K之間或者-273K-273K之間變化，測量物質在不同溫度下的磁化率。
5.根據權利要求1或2所述物質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，最大稱量重量達到50_5000g。
6.根據權利要求1或2所述物質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，則測量物質不同晶向上的磁化率。
7.根據權利要求1或2所述物質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。
8.一種實施權利要求1所述物質變溫磁化率的測量方法的物質磁化率測量裝置，由帶有掛鉤的電子天平(1)、天平支架(2)、樣品管(4)、磁場發生器和磁化率分析系統(14)構成，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)設置于所述磁場發生器形成的磁場環境中，所述電子天平(1)的稱量數據信號輸出端與所述磁化率分析系統(14)的輸入端連接，通過所述磁化率分析系統(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)懸掛在由豎直設置的筒形加熱體形成的加熱爐體內腔中，或者將所述樣品管(4)懸掛在冷凍爐體內腔中，所述筒形加熱體包括加熱爐殼體(3)、加熱爐內襯(11)和扁形電阻絲(10)，所述扁形電阻絲(10)設置于所述加熱爐內襯(11)和所述保溫層之間，并透過述加熱爐內襯(11)向爐體內腔中輸出熱能，使爐體內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)的溫度測試端設置于靠近所述樣品管(4)的加熱爐體內腔區域中，所述控溫儀(15)的控制模塊通過導線(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，所述磁場發生器在所述樣品管(4)所處區域產生特定的磁場梯度積穩恒區域，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生器形成的磁場梯度積穩恒區域中，使處于磁場梯度積恒定區域的物質所受磁力為恒定數值，在磁場梯度積穩恒區域內，磁場梯度積$的數值為常數，磁場梯度積屯^1為空間Z軸方向上的磁感應強度A與空間Z軸方向上的磁場梯度1的乘積，空間Z軸方向為空間豎直方向，所述磁場發生器產生的磁場梯度積穩恒區域沿著空間Z軸方向為空間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或由所述冷凍爐體形成的冷凍系統設置于真空密封裝置(6)中，所述磁場發生器、所述樣品管(4)、所述吊線(9)和所述電子天平(1)也皆設置于所述真空密封裝置(6)中，所述真空密封裝置(6)的密封殼體上還設有排氣口(12)。
9.根據權利要求8所述物質磁化率測量裝置，其特征在于:所述磁場發生器采用主磁體極頭(7)和輔助鍥型導磁極頭(13)組合形成的磁體系統，將所述主磁體極頭(7)和所述輔助鍥型導磁極頭(13)產生的磁場進行疊加，所述主磁體極頭(7)通過調整其自帶的主磁極線圈(20)中的輸入電流來產生設定的穩恒磁場，所述輔助鍥型導磁極頭(13)帶有勵磁線圈(17)，產生磁場強度可調的磁場，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極磁體相對應磁體表面形成對應的豎直平行面區域(18)和向外擴張曲面區域(19)的上下兩個區域，磁體的豎直平行面區域(18)在下，磁體的向外擴張曲面區域(19)在上，使豎直平行面區域(18)的頂端和向外擴張曲面區域(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展為逐漸擴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張曲面區域(19)同時為梯級面或弧形面，S極磁體和N極磁體之間的逐漸擴張氣隙空間，通過設置梯級面或弧形面的弧度，背景磁場強度.與空間z軸方向距離成第一函數關系，磁場梯度
10.根據權利要求8所述物質磁化率測量裝置，其特征在于:所述磁場發生器采用超導線圈勵磁，并通過調整超導線圈形狀和配置，產生具有磁場梯度積穩恒區域的磁場，使處于磁場梯度積恒定區域的物質所受磁力為恒定數值。
11.根據權利要求8~10中任意一項所述物質磁化率測量裝置，其特征在于:被測試樣(5)高度不超過所述磁場發生器產生的磁場梯度積穩恒區域沿著空間z軸方向為空間豎直方向的高度的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 優先權日:2014年1月2日
【發明者】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, 江蘇瑞博豪泰金屬材料股份有限公司