技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种测试仪，尤其涉及一种磁性材料特性测试仪，属于实验装置领域。
背景技术
[0002]
铁磁物质被磁化后具很强的磁性，但这种强磁性是与
温度有关的，随着铁磁物质温度的升高、金属点阵热运动加剧，会影响
磁畴的有序排列。但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。当温度达到一定时由于分子剧烈的热运动，磁畴便会瓦解，平均磁矩降为零，铁磁物质的磁性消失而转变为顺磁物质，与磁畴相联系的一系列
铁磁性质(如高磁导率、
磁致伸缩等)全部消失，
磁滞回线消失，变成直线，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。与铁磁性消失时所对应的温度即为
居里温度。
[0003] 传统的磁性材料居里点采用
辐射式加热炉设计，即把待测磁性圆环样品绕制好励磁和感应线后放置于辐射式加热炉空气槽中，空气槽的温度用另外放置于待测样品附件的温度
传感器AD590或其它传感器进行测量。由于空气的导热系数低，空气炉中温度均匀性较差，而且由于样品与温度传感器导热系数不一样，实际测量数据准确度和可重复性较差；另外由于空气导热系数较低，
温度控制滞后性较大，某个温度点的平衡
波动时间很长，不能进行点对点的测试。实用新型内容
[0004] 为了解决以上问题，本实用新型的目的是提供一种磁性材料特性测试仪，将平
头管和温度传感器等距设置在加热棒左右两端，温度传感器检测的温度即为平头管内待测样品的温度，以保证样品温度检测的准确性，消除了传统辐射式加热炉温控滞后性问题；同时能够测试不同温度下磁性材料的磁化曲线；以及测试不同温度条件下，磁滞回线随
频率和幅值的变化关系；另外还能够准确测量磁性材料的居里点。
[0005] 为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案：
[0006] 一种磁性材料特性测试仪，包括加热装置、温度
控制器、加热
电流控制器、正弦
信号发生器、交流
电压表和示波器；
[0007] 所述加热装置内设置有励磁线和感应线；所述励磁线一端连接所述正弦信号发生器，另一端连接所述示波器的X轴输入端口；所述感应线一端接地，另一端通过
放大器连接所述示波器的Y轴输入端口；所述放大器的前端通过电容器连接感应线的接地端；
[0008] 所述温度控制器和加热电流控制器均连接所述加热装置内的加热
电路，所述交流电压表连接有交直流转换器，所述交直流转换器连接所述放大器的输出端；
[0009] 所述加热装置内设置有平头管、加热炉芯、加热棒和温度传感器，所述加热棒垂直插入加热炉芯下部；所述平头管和温度传感器均垂直插入所述加热炉芯上部，且分别等距设置在加热棒左右两端。
[0010] 本实用新型中，加热装置用于将待测样品加热，提供测试温度；温度控制器用于控制加热电流的通断进而控制加热温度；加热电流控制器用于控制加热电流大小进而控制加热速率；正弦信号发生器用于提供不同频率和幅值的正弦信号；交流电压表用于测量待测样品的感应电动势，使其在使用示波器观察磁性材料随温度变化的磁滞回线时，准确测量居里点；示波器用于测量励磁信号
波形和感应电动势波形。
[0011] 本实用新型中，平头管和温度传感器等距设置在加热棒左右两端，温度传感器检测的温度即为平头管内待测样品的温度，以保证样品温度检测的准确性，消除了传统辐射式加热炉温控滞后性问题。
[0012] 进一步的是，还包括第一
电阻R1、第二电阻R2和滑动变阻器R3；所述第一电阻R1串连在感应线接地端的相反端；所述第二电阻R2和滑动变阻器R3并联，并联后一端连接所述励磁线，另一端接地；所述滑动变阻器R3的滑动端连接所述示波器的X轴输入端口。
[0013] 本实用新型中，第一电阻R1用于与电容器构成积分电路，感应线上的感应电动势经过积分电路加以放大后送入示波器的Y轴输入端；第二电阻R2为
采样电阻，通过调节滑动变阻器R3，可以改变总体并联采样电阻的大小，改变励磁电流的大小，进而改变样品中的
磁场强度。
[0014] 本实用新型中，可通过两种途径观察样品的铁磁性消失，来准确测试居里点。
[0015] (1)、通过观察样品的磁滞回线是否消失来判断。
[0016] 铁磁物质最大的特点是当它被外磁场磁化时，其磁感应强度B和磁场强度H的关系是非线性的，也不是单值的，而且磁化的情况还与它以前的磁化历史有关，即B-H曲线为—闭合曲线，称之为磁滞回线，如图6所示。当铁磁性消失时，相应的磁滞回线也就消失(变成一条直线)。因此，测出对应于磁滞回线消失时的温度，就是居里温度。
[0017] 为了获得样品的磁滞回线，可在励磁线圈回路中
串联一个采样的第二电阻R2。由于样品中的磁场强度H正比于励磁线圈中通过的电流I，而第二电阻R2两端的电压U也正比于电流I，因此可用U代表磁场强度H，将其送入示波器的X轴。
[0018] 样品上的感应线圈中会产生感应电动势，由法拉第
电磁感应定律知，
[0019] 感应电动势的大小为：
[0020]
[0021] 式中k为比例系数，与线圈的
匝数和截面积有关。将式1积分得：
[0022]
[0023] 可见，样品的磁感应强度B与感应线圈上的感应电动势的积分成正比。因此，将感应线圈上感应电动势经过R1C积分电路积分并加以放大处理后送入示波器的Y轴，这样在示波器上即可观察到样品的磁滞回线(示波器用X—Y工作方式)。
[0024] (2)通过测定磁感应强度随温度变化的曲线来推断
[0025] 一般自发磁化强度MS(任何区域的平均磁矩)称为自发磁化强度，与饱和磁化强度M(不随外磁场变化时的磁化强度)很接近，可用饱和磁化强度近似代替自发磁化强度，并根据饱和磁化强度随温度变化的特性来判断居里温度。用本实验测试仪无法直接测定M，但由
电磁学理论知道，当铁磁性物质的温度达到居里温度时，其M(T)的变化曲线与B(T)曲线很相似，因此在测量
精度要求不高的情况下，可通过测定B(T)曲线来推断居里温度。即测出感应电势随温度T变化的曲线，并在其斜率最大处作切线，切线与横坐标(温度)的交点即为样品的居里温度，如图7所示。
[0026] 进一步的是，所述加热装置包括传感组件和加热组件，所述传感组件安装在所述加热组件上端；传感组件用于传递热量，加热传感组件内的待测样品。
[0027] 所述传感组件包括
隔热套、平头管、样品测试
电缆和样品放置部；所述平头管安装在隔热套下端，平头管内填充有填充剂；所述样品测试电缆穿过隔热套，所述励磁线和感应线缠绕在所述样品放置部内，励磁线和感应线的输出端均连接所述样品测试电缆，所述样品放置部位于平头管底端。
[0028] 本实用新型中，隔热套用于对隔热；平头管用于隔离待测样品与加热装置，与此同时又能进行良好的热传递；样品测试电缆用于连接外部的电器元件；样品放置部用于放置待测样品。平头管内填充有填充剂，用于导热，确保待测样品温度与加热组件内加热炉芯的温度一致。
[0029] 所述加热组件包括上盖、加热炉芯、下盖、加热棒和温度传感器；所述上盖、加热炉芯和下盖从上至下依次设置；所述加热棒穿过下盖垂直插入加热炉芯中；所述平头管和温度传感器均穿过上盖，垂直插入所述加热炉芯中；所述加热棒连接所述加热电流控制器，所述温度传感器连接所述温度控制器。
[0030] 本实用新型中，上盖用于固定整个加热装置，同时用于隔热；加热炉芯用于加热待测样品；下盖用于固定加热棒与加热炉芯；加热棒内有加热电流，用于加热；温度传感器用于检测加热炉芯内的温度。
[0031] 进一步的是，所述传感组件还包括
紧定螺钉，所述隔热套的
侧壁上设有连通内端的螺钉孔，所述紧定螺钉插入螺钉孔内，以便于固定隔热套内的样品测试电缆，防止其上下移动。
[0032] 进一步的是，所述平头管为上端开口下端封闭的结构，填充剂为
氧化镁粉，导热系数良好，确保样品温度与加热炉芯的温度一致；所述加热炉芯和加热棒间涂抹有导热
硅脂，以方便热传导；所述平头管的上端通过耐高温胶
水粘接在隔热套下端。
[0033] 进一步的是，所述加热炉芯外端的侧壁上设有温度
开关，所述温度开关与所述加热电流控制器连接。本实用新型中，温度开关检测加热组件的温度，若温度传感器或者温度控制器损坏时造成温度不可控，加热装置温度过高时，温度开关会直接切断加热电源，起到保护作用。
[0034] 进一步的是，所述隔热套的材料为黑色POM塑料，所述平头管的材料为不锈
钢，所述上盖的材料为聚四氟乙烯，所述加热炉芯的材料为
铜，所述下盖的材料为酚
醛，所述加热棒为镍铬
合金加
热管。
[0035] 进一步的是，所述温度传感器为PT100铂电阻温度传感器，所述温度控制器为PID温度控制器。本实用新型中，由于待测样品和PT100铂电阻温度传感器均与铜
块的加热炉芯导热系数良好，待测样品温度即为PT100铂电阻温度传感器所指示的温度；采用PID温度控制器，控温
分辨率达到0.1℃，确保测温和控温的准确性，可以组建闭环温度控制系统，实现不同温度点待测样品的磁特性测量，即进行了点对点的测试，如30℃或者50℃或者60℃某个温度点的待测样品温度特性。
[0036] 进一步的是，所述加热装置外端设置有
散热风扇。散热风扇通电后会排出加热装置的热空气，从而给加热部件散热，使加热装置具有散热功能，可以连续开展实验，解决自然散热效率低下的问题。
[0037] 进一步的是，还包括操作面板，所述操作面板上设置有操作按键和指示灯。本实用新型中，操作按键包括加热开启控制开关、散热控制开关、加热电流调节按键、
正弦波信号输出频率调节按键、正弦波信号输出幅度调节按键等；指示灯包括加热指示灯、散热指示灯等；通过设置一系列的操作按键和指示灯，以便于实验者操作测试仪。
[0038] 本实用新型的有益效果：
[0039] 本实用新型提供的磁性材料特性测试仪，采用交流电压表测量待测样品的感应电动势，使其在使用示波器观察磁性材料随温度变化的磁滞回线时，准确测量居里点；温度控制器能控制加热装置的温度，使测试仪可以研究不同温度下磁性材料的磁化曲线；正弦信号发生器所输出的频率和幅值连续可调，可以用于研究不同温度条件下，磁性材料磁滞回线随频率和幅值的变化关系。
[0040] 本实用新型提供的磁性材料特性测试仪，测试仪中的加热装置，平头管和温度传感器等距设置在加热棒左右两端，温度传感器检测的温度即为平头管内待测样品的温度，以保证样品温度检测的准确性，消除了传统辐射式加热炉温控滞后性问题，提高了居里点测量准确度。
附图说明
[0041] 图1为本实用新型的示意图；
[0042] 图2为本实用新型加热装置的示意图；
[0043] 图3为本实用新型传感组件的剖视图；
[0044] 图4为本实用新型加热组件的剖视图；
[0045] 图5为本实用新型加热装置的剖视图；
[0046] 图6为磁滞回线示意图；
[0047] 图7为感应电动势-温度关系曲线；
[0048] 图中：1、加热装置；11、励磁线；12、感应线；13、电容器；14、放大器；15、交直流转换器；16、第一电阻R1；17、第二电阻R2；18、滑动变阻器R3；110、传感组件；111、隔热套；112、平头管；113、样品测试电缆；114、样品放置部；115、紧定螺钉；120、加热组件；121、上盖；122、加热炉芯；123、下盖；124、加热棒；125、温度传感器；126、温度开关；2、温度控制器；3、加热电流控制器；4、正弦信号发生器；5、交流电压表；6、示波器。
具体实施方式
[0049] 为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0050] 一种磁性材料特性测试仪，如图1-5所示，包括加热装置1、温度控制器2、加热电流控制器3、正弦信号发生器4、交流电压表5和示波器6；
[0051] 加热装置1内设置有励磁线11和感应线12；励磁线11一端连接正弦信号发生器4，另一端连接示波器6的X轴输入端口；感应线12一端接地，另一端通过放大器14连接示波器6的Y轴输入端口；放大器14的前端通过电容器13连接感应线12的接地端；励磁线11绕制好样品后为励磁线圈，感应线12绕好样品后为感应线圈。
[0052] 温度控制器2和加热电流控制器3均连接加热装置1内的加热电路，交流电压表5连接有交直流转换器15，交直流转换器15连接放大器14的输出端；
[0053] 加热装置1内设置有平头管112、加热炉芯122、加热棒124和温度传感器125，加热棒124垂直插入加热炉芯122下部；平头管112和温度传感器125均垂直插入加热炉芯122上部，且分别等距设置在加热棒124左右两端。
[0054] 本
实施例中，温度控制器2选用XMTF818型号的温度控制器；加热电流控制器3选用OP07和配套电路的加热电流控制器；正弦信号发生器4选用ICL8038CCPD型号的正弦信号发生器；交流电压表5选用三位半2V交流电压表；示波器6选用实验室普通20MHz模拟示波器或数字示波器；放大器14选用TL082型号的放大器；交直流转换器15选用AD637JD型号的交直流转换器；加热电路为常规的加热电路。
[0055] 作为本实用新型的优化方案，还包括第一电阻R116、第二电阻R217和滑动变阻器R318；
[0056] 第一电阻R116串连在感应线12接地端的相反端；第二电阻R217和滑动变阻器R318并联，并联后一端连接励磁线11，另一端接地；滑动变阻器R318的滑动端连接示波器6的X轴输入端口。
[0057] 作为本实用新型的优化方案，加热装置1包括传感组件110和加热组件120，传感组件110安装在加热组件120上端；
[0058] 传感组件110包括隔热套111、平头管112、样品测试电缆113和样品放置部114；平头管112安装在隔热套111下端，平头管112内填充有填充剂；样品测试电缆113穿过隔热套111，励磁线11和感应线12缠绕在样品放置部114内，励磁线11和感应线12的输出端均连接样品测试电缆113，样品放置部114位于平头管112底端；
[0059] 加热组件120包括上盖121、加热炉芯122、下盖123、加热棒124和温度传感器125；上盖121、加热炉芯122和下盖123从上至下依次设置；加热棒124穿过下盖123垂直插入加热炉芯122中；平头管112和温度传感器125均穿过上盖121，垂直插入加热炉芯122中；加热棒
124连接加热电流控制器3，温度传感器125连接温度控制器2。
[0060] 作为本实用新型的优化方案，传感组件110还包括紧定螺钉115，隔热套111的侧壁上设有连通内端的螺钉孔，紧定螺钉115插入螺钉孔内。
[0061] 作为本实用新型的优化方案，平头管112为上端开口下端封闭的结构，填充剂为氧化镁粉；加热炉芯122和加热棒124间涂抹有导热硅脂；平头管112的上端通过耐高温胶水粘接在隔热套111下端。
[0062] 作为本实用新型的优化方案，加热炉芯122外端的侧壁上设有温度开关126，温度开关126与加热电流控制器3连接。本实施例中，温度开关126选用JUC-31F型号的温度开关，115℃，常闭。
[0063] 作为本实用新型的优化方案，隔热套111的材料为黑色POM塑料，平头管112的材料为304
不锈钢，上盖121的材料为聚四氟乙烯，加热炉芯122的材料为铜，下盖123的材料为酚醛，加热棒124为镍铬合金加热管。
[0064] 作为本实用新型的优化方案，温度传感器125为PT100铂电阻温度传感器，温度控制器2为PID温度控制器。
[0065] 作为本实用新型的优化方案，加热装置1外端设置有散热风扇。
[0066] 作为本实用新型的优化方案，还包括操作面板，操作面板上设置有操作按键和指示灯。
[0067] 为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型作一次完整的描述：
[0068] 待测样品的放置：首先将待测的圆环样品绕制好励磁线11和感应线12后放置于填充有氧化镁粉的平头管112内(即图中的样品放置部114)，然后将励磁线11和感应线12的四根输出线的引出端露在平头管112的上端口外面；其次在平头管112的上端口打胶，避免填充的氧化镁粉漏出；接着将四芯电缆(图中的样品测试电缆113)穿入隔热套111，将四芯电缆的四根线分别与励磁和感应线引出端的四根线一对一用电洛铁
焊接，最后用耐高温胶水将平头管112的上端粘接在隔热套111下端，将四芯电缆向外端拔出一部分后再拧紧紧定螺钉115，紧定螺钉115防止了焊接点被扯断。四芯电缆引出加热装置后，连接励磁线11的两根线分别连接正弦信号发生器4和并联电阻(第二电阻R217和滑动变阻器R318)；连接感应线12的两根线，一根连接第一电阻R116，一根接地并连接电容器13。
[0069] 加热时，加热棒124内通入电流，其电流大小通过加热电流控制器3调节，调节加热速率；加热棒124发热，加热加热炉芯122，加热炉芯122将热量传递给平头管112，平头管112内的氧化镁粉再将热量传递给样品放置部114的待测样品，使待测样品受热，其温度上升；与此同时，加热炉芯122另一端的PT100铂电阻温度传感器125也受热，温度上升。由于待测样品和PT100铂电阻温度传感器均与铜块的加热炉芯122导热系数良好，且其到加热炉芯
122的距离相等，待测样品温度即为PT100铂电阻温度传感器125所指示的温度。
[0070] 本实用新型中，PT100铂电阻温度传感器125与温度控制器2连接，用于控制加热装置内的温度，若温度不为所需的温度，温度控制器2通过控制加热电流的通断进而控制加热装置内的温度；加热电流控制器3通过控制加热电流大小进而控制加热速率。加热电流控制器3连接温度开关126，若温度传感器125或者温度控制器2损坏时造成温度不可控，加热装置1温度过高，超过115℃后，温度开关26会直接切断加热电源，起到保护作用。
[0071] 本实用新型中，可通过示波器观察待测样品随温度变化的磁滞回线，准确测量磁性材料的居里点；也可通过交流电压表测量待测样品在不同温度下的感应电动势，测量磁性材料的居里点。
[0072] 本实用新型中，正弦信号发生器所输出的频率和幅值连续可调，可以用于研究不同温度条件下，磁性材料磁滞回线随频率和幅值的变化关系；可通过调节待测样品的温度，使测试仪可以研究不同温度下磁性材料的磁化曲线。
[0073] 具体的，可通过下面两种方法测试材料的居里温度。
[0074] 1、通过测定磁滞回线消失时的温度测定居里温度。
[0075] (1)将待测样品放置在加热装置内并连接测试仪的各种电器实验仪器。
[0076] (2)将正弦信号发生器4的正弦波信号频率调节为10KHz左右，并适当调节信号幅度；将示波器设置为X-Y工作方式，并调节磁场强度，使示波器上出现磁滞回线。
[0077] (3)将温度控制器2温度值设定在85℃，开启温度开关126；调节加热电流控制器3，使温度控制器2显示的温度缓慢上升(根据室温大小合理调节加热电流值，避免加热电流过大造成样品温度上升滞后以及数据记录困难)。
[0078] (4)随着加热装置1温度上升，注意观察示波器6上磁滞回线的变化情况，记下磁滞回线变成近似直线时显示的温度值，即测得了居里点温度(注意感应电动势变化较快所对应的温度范围)，计入表中。
[0079] (5)将加热电流调节为零，将温度控制器控温值设置为低于室温，关闭温度开关，开启散热风扇，使加热装置降温。
[0080] 2.测量感应电动势随温度变化的关系
[0081] (1)根据方法1中所测得的居里温度值来设置温度开关，其设定值应比方法1所测得的TC值高2℃左右。
[0082] (2)关闭散热风扇，开启温度开关，调节合适加热电流大小，加热装置开始升温，记录交流电压表5所测的感应电动势值随加热装置温度的变化关系。(测量时温度从40度开始直至不变为止；感应电动势变化较快时，温度间隔要取小些。反之，则可以取大些。)[0083] (3)、绘出ε～T曲线，并在其斜率最大处作切线，切线与横坐标(温度)的交点即为样品的居里温度Tc。
[0084] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
