УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована для определения температуры магнитного фазового перехода и измерения температурных зависимостей удельной намагниченности магнитных материалов, в частности ферритов.
Влияние включений алюминия на магнитный фазовый переход ферритовой керамики 3СЧ18. Известия Томского политехнического университета. 2005 г. Т. 308. №7. С. 27-29], содержащее печь сопротивления, снабженную механизмом для ее поднятия над станиной, расположенные внутри объема печи сопротивления термопару, свободные концы которой выведены наружу через отверстия в керамическом держателе термопары, имеющем возможность продольного перемещения через отверстие в станине и одновременного взаимодействия с коромыслом весов, размещенных под станиной, тигель, размещенный на поперечной планке, закрепленной на верхней части керамического держателя термопары вблизи измерительного спая термопары, и магнит, расположенный под тиглем на подставке, закрепленной на станине.
Этим устройством можно измерить температурную зависимость удельной намагниченности магнитных материалов в интервале температур, включающем точку Кюри, которая соответствует температуре магнитного фазового перехода.
Недостатки этого устройства:
низкая точность измерения температуры магнитного фазового перехода;
ограниченный температурный диапазон исследования материалов вследствие необходимости выполнения требования превышения температуры Кюри материала магнита над температурой Кюри исследуемого материала на 200-300°C. Это накладывает ограничения на выбор магнитного материала для исследований.
Задачей полезной модели является повышение точности измерения температуры магнитного фазового перехода, расширение температурного диапазона измерений.
Решение указанной задачи достигается тем, что устройство для термомагнитных измерений, также как в прототипе, содержит печь сопротивления, снабженную механизмом для ее поднятия над станиной, расположенные внутри объема печи сопротивления термопару, свободные концы которой выведены наружу через отверстия в керамическом держателе термопары и соединены с измерителем термоэдс, измерительный спай термопары расположен над верхней частью держателя, который выполнен с возможностью продольного перемещения через отверстие в станине и одновременного взаимодействия с коромыслом весов, размещенных под станиной, тигель для испытуемого материала, размещенный на поперечной планке, закрепленной на верхней части керамического держателя термопары, и магнит.
Согласно полезной модели магнит размещен в центральной части термостатирующей ячейки, расположенной в объеме печи сопротивления под тиглем на станине, причем термостатирующая ячейка трубопроводами, проходящими через отверстия в станине, соединена с жидкостным циркуляционным термостатом с охлаждением и заполнена водой.
Предложенное размещение магнита в термостатирующей ячейке позволяет повысить точность измерения температуры магнитного фазового перехода и расширить температурный диапазон измерений за счет поддержания температуры магнита на заданном уровне при температуре значительно меньшей, чем температура Кюри материала магнита. Это позволяет исключить влияние температурной нестабильности магнитных свойств и собственных фазовых переходов магнита на результаты измерений.
На фиг. 1 приведена схема устройства для термомагнитных измерений.
В таблице 1 представлены результаты измерений температур Кюри испытуемых материалов.
Устройство для термомагнитных измерений содержит печь сопротивления 1, которая подключена к источнику тока и соединена с механизмом подъема (на фиг. 1 не показаны). Печь сопротивления 1 размещена на массивной станине 2. Через сквозное отверстие в станине 2 в объем печи сопротивления 1 введена термопара 3, свободные концы которой проходят через отверстия в держателе 4 термопары 3 и подсоединены к измерителю термоэдс (на фиг. 1 не показан). Измерительный спай термопары 3 расположен над верхней частью держателя 4. Держатель 4 выполнен с возможностью продольного перемещения и одновременного взаимодействия с коромыслом весов 5. В верхней части держателя 4 жестко закреплена поперечная планка 6, на которой расположен тигель 7 для испытуемого магнитного материала. Под тиглем 7 на станине 2 расположена термостатирующая ячейка 8, в центральной части которой размещен магнит 9. Термостатирующая ячейка 8 трубопроводами, проходящими через отверстия в станине 2, соединена с жидкостным циркуляционным термостатом с охлаждением Portlab NC-12D (на фиг. 1 не показан) и заполнена водой.
Печь сопротивления 1 выполнена из немагнитных материалов. В качестве нагревательного элемента в ней использована нихромовая спираль. Станина 2 представляет собой массивную стальную плиту. Термопара 3 выполнена из хромелевой и алюмелевой проволоки. В качестве измерителя термоэдс термопары 3 использован электроизмерительный прибор B7-16A. Держатель 4 термопары 3 выполнен из корундовой керамической соломки с двумя продольными отверстиями, через которые проходят свободные концы термопары 3. Использованы весы дериватографа Q-1500D. Поперечная планка 6 и тигель 7 выполнены из корундовой керамики. Корпус термостатирующей ячейки 8 выполнен из немагнитного металла, например, нержавеющей стали. В качестве магнита 9 использован самарий-кобальтовый магнит.
Предложенное устройство работает следующим образом.
В тигле 7 размещают испытуемый магнитный материал. Уравновешивают коромысла весов 5. Проводят по линейному закону нагрев печи сопротивления 1 до температуры большей на 100-200°C, чем температура Кюри испытуемого материала. Температуру нагрева испытуемого магнитного материала контролируют с помощью измерителя термоэдс термопары 3. Изменение веса испытуемого материала во время нагрева контролируют при помощи весов 5. При достижении исследуемым магнитным материалом температуры магнитного фазового перехода его намагниченность становится равной нулю, вследствие чего в результате прекращения взаимодействия между магнитными полями магнита 9 и испытуемого магнитного материала происходит скачкообразное изменение веса испытуемого материала, о чем судят по показаниям измерительной части весов 5. Магнит 9 в термостатирующей ячейке 8 омывается водой. С помощью жидкостного циркуляционного термостата с охлаждением температура магнита 9 поддерживается на заданном значении.
Температуру магнитного фазового перехода для испытуемого материала определяют, используя калибровочную кривую зависимости термоэдс термопары 3 от температуры нагрева [http://temperatures.ru/pdf/Type(K).pdf] по значению термоэдс термопары 3 в момент времени нагрева, когда происходит скачкообразное изменение веса испытуемого магнитного материала.
0.649
1.598
0.5
0.2
0.051
4
Для проверки точности определения температуры магнитного фазового перехода провели измерения температуры магнитного фазового перехода с использованием устройства-прототипа и предлагаемого устройства. В качестве первого испытуемого материала использовали ферритовую керамику 3СЧ18 химического состава LiFe TiZn MnO. Согласно справочным данным от производителя (http://www.rusgates.ru/company/microwave_ferrits/poroperties_of_microwave_ferrits/) температура Кюри для данной марки феррита составляет величину 300°C. В качестве второго испытуемого материала использовали пентаферрит лития, температура Кюри которого равна 667°C (http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-vklyucheniy-oksida-alyuminiya-na-magnitnyy-fazovyy-perehod-v-ferritovoy-keramike-3sch18). Температура Кюри самарий-кобальтового магнита составляет 700-800°C (http://www.periodictable.ru/027Co/Co.html). Для установления доверительного интервала измерения провели 10 раз для каждого испытуемого материала. Из сравнения результатов измерений, представленных в таблице 1, следует, что устройство-прототип обладает значительно меньшей точностью измерения, чем предлагаемое техническое решение.
Таким образом, предлагаемая модель позволяет повысить точность измерений температуры магнитного фазового перехода и расширить температурный диапазон измерений.