高低温动静态软磁特性测量系统

摘要

本发明提供一种本发明提供的高低温动静态软磁特性测量系统包括软磁直流测量装置、软磁交流测量装置、功能转换器、高温炉和低温炉；标准环悬挂在高温炉或低温炉内，在标准环上绕制有磁化线圈和测量线圈，磁化线圈的两端和测量线圈的两端分别接入软磁直流测量装置和软磁交流测量装置；在高温炉内设置有绕制成中空的加热线圈，加热线圈通过导线与高温炉控制柜电性连接；在低温炉内设置有低温灌，在低温灌内充入有液氮，在低温灌的外壁上绕制有电阻丝，电阻丝通过导线与低温炉控制柜电性连接；功能转换器用于切换高温炉与低温炉、直流励磁电源与交流励磁电源。本发明能够实现对标准环的低温、高温、动态、静态软磁性能测量。

说明书

技术领域

本发明涉及软磁材料测量技术领域，更为具体地，涉及一种高低温动静态软磁特性测量系统。

背景技术

随着我国航天航空事业的飞速发展，对材料的性能要求越来越高，尤其是对使用在航天航空精密控制系统中的磁性材料的要求也越来越严格，特别是要预先确切知道在一定温度环境下应用的软磁材料的磁特性指标随温度变化的规律尤为重要，便于设计者考虑环境温度对软磁的磁性能的影响因素，才能确保航天航空器的精密控制，从而确保航天航空器的可靠运行。要求采用的测量方法满足国标软磁材料：国标GBT13012-2008_软磁材料直流磁性能的测量方法标准和国标GBT 3658-2008软磁材料交流磁性能环形试样的测量方法标准的同时，实现对软磁材料的磁性能特性参数常温精确测量的同时，还要求对应用在低温和高温环境中的软磁材料，进行高温和低温下的准确测量。

目前对软磁材料的测量一般有两种，冲击测量方法和振动磁强计测量方法。冲击测量法：现一般采用“MATS-2010SD软磁直流测量装置(含有直流励磁电源)和“MATS-2010SA软磁交流测量装置”(含有交流励磁电源)，这两种测量装置需要将软磁材料做成标准环，此装置价格便宜，能反应软磁材料的整体性能，测试准确，但是目前只能独立进行常温测量，不能进行低温和高温测量。振动样品测量法：国际上美国量子Quantum Design公司和英国Cryogenic公司均采用振动磁强计测量方法，仪器包括美国量子公司生产的综合物性测量系统和磁性测量系统，还有国内的一些仪器，虽然能进行高温和低温测量，但这类仪器测试的试样质量少至微克计量，只能对材料破坏性取样，表征的是材料某个微区域的材料磁性能，不能反应材料整体的磁性能，适合进行材料研究，不宜于材料生产的磁性测量，同时仪器价格昂贵，操作复杂，测量时对操作人员要求高，需专人操作，需液氦冷却，耗材昂贵。因此，目前对于在高温和低温环境中使用的软磁材料，测量其高温和低温磁性能，急需寻找一种价格便宜，操作简单，能表征整体软磁材料高温磁性能、低温磁性能的测量系统。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高低温动静态软磁特性测量系统，以解决现有的测试装置价格昂贵且破坏取样，或者无法对软磁材料进行高低温测试的问题。

本发明提供的高低温动静态软磁特性测量系统，用于对由软磁材料制成的标准环进行磁性能测量，高低温动静态软磁特性测量系统包括：软磁直流测量装置和软磁交流测量装置，软磁直流测量装置和软磁交流测量装置分别包括磁化线圈接口和测量线圈接口，软磁直流测量装置还包括直流励磁电源，软磁交流测量装置还包括交流励磁电源，高低温动静态软磁特性测量系统还包括功能转换器、高温炉和低温炉；其中，标准环悬挂在高温炉或低温炉内，在标准环上绕制有磁化线圈和测量线圈，磁化线圈的两端分别接入软磁直流测量装置的磁化线圈接口和软磁交流测量装置的磁化线圈接口，测量线圈的两端分别接入软磁直流测量装置的测量线圈接口和软磁交流测量装置的测量线圈接口；在高温炉内开设有收容槽，在收容槽内设置有绕制成中空的加热线圈，加热线圈通过导线与高温炉控制柜电性连接；在低温炉内开设有容纳槽，在容纳槽内设置有低温灌，在低温灌内充入有液氮，在低温灌的外壁上绕制有电阻丝，电阻丝通过导线与低温炉控制柜电性连接；功能转换器包括第一选择继电器和第二选择继电器，第一选择继电器包括第一静触头、第二静触头以及与第一静触头或第二静触头搭接的第一动触头，第二选择继电器包括第三静触头、第四静触头以及与第三静触头或第四静触头搭接的第二动触头；其中，第一静触头与低温炉控制柜的电源连接，第二静触头与高温炉控制柜的电源连接，第三静触头与软磁直流测量装置连接，第四静触头与软磁交流测量装置连接；以及，当第一动触头与第一静触头搭接，且第二动触头与第三静触头搭接时，接通低温炉控制柜，测量线圈接入软磁直流测量装置，磁化线圈接入直流励磁电源；当第一动触头与第一静触头搭接，且第二动触头与第四静触头搭接时，接通低温炉控制柜，测量线圈接入软磁交流测量装置，磁化线圈接入交流励磁电源；当第一动触头与第二静触头搭接，且第二动触头与第三静触头搭接时，接通高温炉控制柜，测量线圈接入软磁直流测量装置，磁化线圈接入直流励磁电源；当第一动触头与第二静触头搭接，且第二动触头与第四静触头搭接时，接通高温炉控制柜，测量线圈接入软磁交流测量装置，磁化线圈接入交流励磁电源；以及，当测量线圈接入软磁直流测量装置时，标准环的外径与内径之比≤1.4；当测量线圈接入软磁交流测量装置时，标准环的外径与内径之比≤1.1。

与现有技术相比，本发明提供的高低温动静态软磁特性测量系统，能够取得一下技术效果：

1、通过高温炉与低温炉搭建高低温测试环境，实现软磁材料的高低温测试；

2、通过功能转换器自由切换高温炉与低温炉、直流电与交流电，满足对软磁材料的低温、高温、动态、静态的软磁性能测量；

3、该测量系统成本低、操作简单，非磁性材料专业人员方便使用。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的高低温动静态软磁特性测量系统的逻辑结构示意图；

图2为根据本发明实施例的低温炉的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的高温炉的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的功能转换器的结构示意图。

图中的附图标记包括：低温炉1、低温灌11、电阻丝12、标准环13、测温管14、低温炉控制柜15、高温炉2、加热线圈21、高温炉控制柜22、标准环23、测温管24、进气阀25、出气阀26、储气罐27、真空泵28、功能转换器3、第一选择继电器31、第二选择继电器32、软磁交流测量装置4、软磁直流测量装置5、计算机6、打印机7。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

本发明提供的高低温动静态软磁特性测量系统，用于对由软磁材料制成的标准环进行磁性能测量，标准环符合国标GB/T3657-1983要求，磁性能测量包括高温、低温、交流和直流测量，高温测量是指温度为25℃-500℃中任意温度的标准环的磁化曲线、磁滞回线、损耗、磁导率、饱和磁感应强度、矫顽力等磁特性参数的测量；低温测量是指-196℃-25℃中任意温度的标准环的磁化曲线、磁滞回线、损耗、磁导率、饱、磁感应强度、矫顽力等磁特性参数的测量；交流测量是指标准环的动态测量；直流测量是指标准环的静态测量。

图1示出了根据本发明实施例的高低温动静态软磁特性测量系统的逻辑结构。

如图1所示，高低温动静态软磁特性测量系统包括：低温炉1、高温炉2、功能转换器3、软磁交流测量装置4和软磁直流测量装置5，软磁交流测量装置4为MATS-2010SA软磁交流测量装置，用于对标准环进行动态测量，软磁直流测量装置5为MATS-2010SD软磁直流测量装置，用于对标准环进行静态测量，MATS-2010SD软磁直流测量装置和MATS-2010SA软磁交流测量装置均包括磁化线圈接口和测量线圈接口，MATS-2010SD软磁直流测量装置还包括直流励磁电源，MATS-2010SA软磁交流测量装置还包括交流励磁电源，直流励磁电源用于向MATS-2010SD软磁直流测量装置提供直流电，交流励磁电源用于向MATS-2010SA软磁交流测量装置提供交流电。MATS-2010SD软磁直流测量装置和MATS-2010SA软磁交流测量装置为现有技术，装置的其它结构在本发明中不再赘述。

高低温动静态软磁特性测量系统还包括计算机6和打印机7，打印机7与计算机6连接，计算机6用于对标准环的测试结果进行数据处理，打印机7用于打印标准环的测试结果。

在标准环上绕制有磁化线圈和测量线圈，磁化线圈的两端分别接入MATS-2010SD软磁直流测量装置的磁化线圈接口或MATS-2010SA软磁交流测量装置的磁化线圈接口，磁化线圈在接入直流励磁电源后对标准环进行磁化，测量线圈的两端分别接入软磁直流测量装置5的测量线圈接口或软磁交流测量装置4的测量线圈接口，测量标准环对应的磁性能。

功能转换器3用于切换直流励磁电源或交流励磁电源，使低温炉1和高温炉2内的磁化线圈能够接入直流励磁电源或交流励磁电源，在磁化线圈接入直流励磁电源时，测量线圈对标准环进行直流测量，在磁化线圈接入交流励磁电源时，测量线圈对标准环进行交流测量。

对标准环进行交流测量时，标准环的外径与内径之比应满足如下公式：

D≤1.4d(1)

式(1)中，D表示标准环的外径，单位为米，d表示标准环的内径，单位为米。

为了方便表述，将进行交流测量的标准环称之为动态环，优选地，动态环的外径与内径之比小于1.25。

对标准环进行直流测量时，标准环的外径与内径之比应满足如下公式：

D≤1.1d(2)

式(2)中，D表示标准环的外径，单位为米，d表示标准环的内径，单位为米。

上述式(1)与式(2)即为标准环的国标GB/T3657-1983要求。

为了方便表述，将进行直流测量的标准环称之为静态环。

标准环悬挂在低温炉1或高温炉2内，不能同时在高温炉2和低温炉1内悬挂标准环的原因是MATS-2010SD软磁直流测量装置和MATS-2010SA软磁交流测量装置各自只具有一个磁化线圈接口和一个测量线圈接口，因此，MATS-2010SD软磁直流测量装置或MATS-2010SA软磁交流测量装置只能对一个标准环进行测量，本发明只能按照先测低温后测高温或者先测高温后测低温的顺序对标准环进行测量，具体地，以先测低温后测高温为例，先将标准环(动态环或静态环)放入低温炉中进行低温直流测量或低温交流测量，再将标准环(动态环或静态环)从低温炉内取出放入高温炉内，对标准环进行高温直流测量或高温交流测量。

图2为根据本发明实施例的低温炉的结构。

如图2所示，在低温炉1内开设有容纳槽，在容纳槽内设置有低温灌11，在低温灌11内充入有液氮，液氮能够降低低温灌11内的温度，为低温灌11提供低温环境，在低温灌11的外壁上绕制有电阻丝12，电阻丝12通过导线与低温炉控制柜15电性连接，在低温灌11内悬挂有标准环13；在低温炉控制柜15向电阻丝12通电后，电阻丝12对低温灌11进行加热，从而调节低温灌11内的温度，改变标准环13的测量温度。

为了便于测量低温灌11内的温度，本发明通过一根测温管14测量低温灌11内的温度，测温管14的一端伸入低温灌11内，另一端与低温炉控制柜15连接，通过低温炉控制柜15显示测温管14测得的温度。

图3示出了根据本发明实施例的高温炉的结构。

如图3所示，在高温炉2内开设有收容槽，在收容槽内设置有绕制成中空的加热线圈21，加热线圈21通过导线与高温炉控制柜22电性连接；在加热线圈21的中空位置悬挂有标准环23，当高温炉控制柜22向加热线圈21通电后，加热线圈21对标准环23进行加热。

为了便于测量高温炉2内的温度，本发明通过一根测温管24测量高温炉2内的温度，测温管24的一端伸入高温炉2内，另一端与高温炉控制柜22连接，通过高温炉控制柜22显示测温管24测得的温度。

为了防止标准环23在高温炉2内氧化，高温炉2需要抽真空或充入惰性气体，因此，在高温炉2上设置有进气阀25和出气阀26，进气阀25通过气管连通有储气罐27，储气罐27内装有惰性气体，出气阀26通过连接管道连通有真空泵28，本发明先打开出气阀26，通过真空泵28将高温炉2内的空气抽走，然后再打开进气阀，由于高温炉2内的压强高于外部的大气压，在打开进气阀25时，储气罐27内的惰性气体被抽进高温炉2内。由于真空泵28不能完全将高温炉2内的空气抽出，因此，才向高温炉2内充入惰性气体，惰性气体能够防止标准环23在高温的条件下被氧化。

图4示出了根据本发明实施例的功能转换器的结构。

如图4所示，功能转换器包括第一选择继电器31和第二选择继电器32，第一选择继电器31包括第一静触头、第二静触头和第一动触头，第一动触头与第一静触头或第二静触头搭接，第一静触头与低温炉控制柜15的电源连接，第二静触头与高温炉控制柜22的电源连接；第二选择继电器32包括第三静触头、第四静触头和第二动触头，第二动触头与第三静触头或第四静触头搭接，第三静触头与软磁直流测量装置5连接，第四静触头与软磁交流测量装置4连接。

当第一动触头与第一静触头搭接，且第二动触头与第三静触头搭接时，接通低温炉控制柜15的电源，测量线圈接入软磁直流测量装置5，磁化线圈接入直流励磁电源，从而通过测量线圈对标准环进行低温静态测量。

当第一动触头与第一静触头搭接，且第二动触头与第四静触头搭接时，接通低温炉控制柜15的电源，测量线圈接入软磁交流测量装置4，磁化线圈接入交流励磁电源，从而通过测量线圈对标准环进行低温动态测量。

当第一动触头与第二静触头搭接，且第二动触头与第三静触头搭接时，接通高温炉控制柜22的电源，测量线圈接入软磁直流测量装置5，磁化线圈接入直流励磁电源，从而通过测量线圈对标准环进行高温静态测量。

当第一动触头与第二静触头搭接，且第二动触头与第四静触头搭接时，接通高温炉控制柜22的电源，测量线圈接入软磁交流测量装置4，磁化线圈接入交流励磁电源，从而通过测量线圈对标准环进行高温动态测量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。