專(zhuān)利名稱(chēng)：居里點(diǎn)溫度智能化測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于磁性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)量居里點(diǎn)溫度的測(cè)量?jī)x。
居里點(diǎn)溫度的測(cè)量，是磁性測(cè)量及材料研究中不可少的一種則量手段。目前，在現(xiàn)有的磁性測(cè)量中，居里點(diǎn)溫度的測(cè)量方法主要有；測(cè)不同溫度下的飽和磁化強(qiáng)度M，而當(dāng)M＝0時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度就是居里點(diǎn)溫度；第二種是測(cè)出不同溫度下樣品的起始磁導(dǎo)率，而當(dāng)起始磁導(dǎo)率達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度就是居里點(diǎn)溫度；第三種是用感應(yīng)法獲得樣品的磁滯回線(xiàn)，觀察不同溫度下磁滯回線(xiàn)的變化情況，而當(dāng)磁滯回線(xiàn)消失時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度即為居里點(diǎn)溫度。在這三種方法中，前兩種均需專(zhuān)門(mén)磁性測(cè)量?jī)x器，而這些儀器多是進(jìn)口國(guó)外的儀器，價(jià)格較昂貴；而感應(yīng)法則又比較粗糙。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種不僅能夠方便、準(zhǔn)確、自動(dòng)地測(cè)量出居里點(diǎn)溫度，而且同時(shí)還能動(dòng)態(tài)顯示在不同溫度、參數(shù)條件下，測(cè)試樣品(鐵磁性物質(zhì))磁性轉(zhuǎn)變的過(guò)程以及磁滯回線(xiàn)圖形的一種測(cè)量?jī)x。
本實(shí)用新型的主要技術(shù)方案是；將感應(yīng)法中的原、付線(xiàn)圈的電壓信號(hào)分別送入積分電路、相移電路，積分電路輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路后和相移電路的輸出信號(hào)一同送入疊加電路，疊加后的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)積分放大電路、峰值保持電路、放大電路，最后經(jīng)低通濾波電路后輸出一合適的電壓信號(hào)，直接送入微機(jī)的A/D接口。另外，加熱感應(yīng)爐中熱電偶的電壓信號(hào)，通過(guò)一差動(dòng)放大電路后輸出一合適的電壓信號(hào)，直接送入微機(jī)的A/D接口。計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)這兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷處理，測(cè)出居里點(diǎn)溫度。
本測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、測(cè)量過(guò)程大大簡(jiǎn)化，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量，可替代復(fù)雜的昂貴的專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器。它主要用于研究磁性材料的特性及材料的微觀結(jié)構(gòu)。它不僅能自動(dòng)測(cè)量居里點(diǎn)溫度，而且能測(cè)量加熱速率對(duì)居里點(diǎn)溫度的影響，在線(xiàn)觀察磁性參數(shù)隨溫度變化情況，可縮短研究磁性材料的周期，為研究材料的組成等提供了可靠的依據(jù)。另外，可通過(guò)屏幕菜單選擇顯示原理、電路、裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，還可觀察到動(dòng)態(tài)過(guò)程及磁滯現(xiàn)象，直觀性較好?？勺鳛楦叩仍盒＠砉た葡鄳?yīng)專(zhuān)業(yè)的物理教學(xué)儀器。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。


圖1是本實(shí)用新型電路方框圖，其中；電路1是積分電路、電路2是放大電路、電路3是相移電路、電路4是疊加電路、電路5是積分放大電路、電路6是峰值保持電路、電路7是放大電路、電路8是低通濾波電路、電路9是差動(dòng)放大電路。
圖2是本實(shí)用新型的電路1至電路8的具體電路原理圖。
圖3是本實(shí)用新型的電路9的具體電路原理圖。
如
圖1所示；電壓信號(hào)Vi1、Vi2分別輸入到電路1和電路3，將電路1的輸出輸入電路2，將電路2和電路3的輸出的信號(hào)一同輸入到電路4，從電路4輸出的信號(hào)先后經(jīng)電路5、電路6、電路7、電路8，從電路8輸出的信號(hào)V01送入計(jì)算機(jī)A/D接口。電壓信號(hào)Vi3輸入到電路9后輸出的信號(hào)V02送入計(jì)算機(jī)A/D接口。
如圖2所示，說(shuō)明如下；積分電路1中的Vi1，是來(lái)自感應(yīng)法付線(xiàn)圈的電壓信號(hào)，該電路是由RC積分電路構(gòu)成，由于RC積分電路當(dāng)時(shí)間常數(shù)RC＞＞1時(shí)才不失真，所以這里R1＝110KΩ，C1＝47μf，使之能夠進(jìn)行正常的積分運(yùn)算。
為了提高信號(hào)的幅度，積分后用一放大電路2，這里用的是UA741運(yùn)算放大器，它具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，構(gòu)成了一反相放大電路，R3＝300，R4＝110KΩ，其放大倍數(shù)由R3、R4的比值決定。V1′處的電壓信號(hào)(磁感應(yīng)強(qiáng)度B)為0—5伏之間，該電壓信號(hào)輸入到疊加電路4，在需要時(shí)還可直接送入微機(jī)的A/D接口。
相移電路3的Vi2是來(lái)自感應(yīng)法原線(xiàn)圈的電壓信號(hào)(磁場(chǎng)強(qiáng)度H)，由于在測(cè)量中需要H和B(即V1′和V2′處的電壓)有180度的位相差，可通過(guò)調(diào)節(jié)R5來(lái)實(shí)現(xiàn)H與B間有0—180度的相稱(chēng)(相移∮＝2arctg(2πfR5C2)，R5＝100KΩ，C2＝10μf時(shí)，H與B間有180度的相差)。同時(shí)，V2′處的電壓幅值可由R6和R7的比值決定，使其在0—5伏間，該電壓信號(hào)輸入到疊加電路4，在必要時(shí)還可直接送入微機(jī)接口。
因?yàn)閂1′處的電壓正比于-B，V2′處的電壓正比于H．所以用疊加電路4將二者相加，其輸出即正比于M′(M′＝B/μ0-Hcosθ，當(dāng)測(cè)度樣品在居里點(diǎn)溫度時(shí)，cosθ＝0)。為了減少偏置電流漂移的影響，選電阻R8＝R9＝R10＝R11＝10KΩ，這樣除了V3′的電壓等于V1′與V2′處信號(hào)相加外，還滿(mǎn)足偏置電流補(bǔ)償?shù)囊?。將V3′的信號(hào)輸入到積分電路5。
因?yàn)閂3′處合成后的信號(hào)不夠大，故采用了一積分放大電路5(其放大部分如同電路2)，因?yàn)閂1、V2′處的信號(hào)不是完全的正弦信號(hào)，為了減少V3′的信號(hào)由于諧波信號(hào)引起的尖峰致使在后面的峰值保持電路6中對(duì)測(cè)量信號(hào)有所影響，所以在放大前做了積分處理。輸出后的信號(hào)輸入到峰值保持電路6。
在峰值保持電6中，用兩個(gè)二極管和集成運(yùn)放加上電容構(gòu)成，電容器C3不斷被充電到輸入電壓的峰值，在交流電的正負(fù)半周時(shí)，D1、D2兩個(gè)二極管交替導(dǎo)通，可防止只使用D1帶來(lái)的D1反偏的漏電的問(wèn)題。可從電容器C3上取電壓進(jìn)行負(fù)反饋，配合集成運(yùn)放具有高電壓增益，考慮到即能取出信號(hào)的峰值，又能利用電容放電這一性能，通過(guò)合理的選取參數(shù)；R12＝10KΩ，C3＝10μf，使得該電路的峰值減小時(shí)也能正常工作。經(jīng)峰值保持電路6輸出后再輸入放大電路7。
放大電路7是為了將取出的峰值電壓在4伏左右，其中由R13、R14的比值決定電路的放大倍數(shù)，使輸出的V01電壓可以直接送入微機(jī)的A/D接口。放大后輸入到低通濾波電路8。
為了使取出的峰值電壓為一較穩(wěn)定的直流電壓，采用了一低通濾波電路8，它是將一濾波電路接到集成運(yùn)放的同相端，使其具有較高的增益和帶負(fù)載能力。這里R15＝10KΩ，C4＝10μf，截止頻率W0＝1/R15C4。輸出后直接送入微機(jī)的A/D接口。
如圖3所示，高性能的差動(dòng)放大電路9中的Vi3+、Vi3-端，分別是熱電偶的電壓正負(fù)兩個(gè)端。由于測(cè)量中所使用的熱電偶在居里點(diǎn)溫度時(shí)電壓為30mV左右，用一般的運(yùn)算放大電路會(huì)有較大的誤差。所以采用了一個(gè)實(shí)現(xiàn)共模抑制比(CMR)的差動(dòng)放大器。其中電路增益是；A＝2R20R26/R21R24(R20＝R22＝100kΩ，R23＝R24，R25＝R26)，R21是一10KΩ的可調(diào)電阻，用其調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，當(dāng)A≈100時(shí)，輸出電壓V02在0—5伏之間，可直接送入微機(jī)A/D接口。
總之，將感應(yīng)法中的原、付線(xiàn)圈的信號(hào)通過(guò)Vi1、Vi2輸入后，在V1′、V2′處有位相相反幅相等的B/μ0、H信號(hào)，放入測(cè)試樣品后，就在V4′(即V01)處得到一反映樣品準(zhǔn)磁化強(qiáng)度M′＝B′/μ0-H′cosθ＞0隨溫度變化的直流電壓信號(hào)，當(dāng)加熱樣品的溫度到達(dá)居里點(diǎn)溫度時(shí)，有θ＝0、B′/μ0，H′→H，故M′減小到零，但實(shí)際由于電子噪聲和電路中其它的干擾因素，使得在居里點(diǎn)時(shí)M′是一接近零的值，所以通過(guò)判斷M′(即V01)是否達(dá)到最小的某一值來(lái)判斷溫度是否達(dá)到居里點(diǎn)溫度，即通過(guò)測(cè)量V01達(dá)到取小的某一值時(shí)所對(duì)應(yīng)的V02而準(zhǔn)確地測(cè)量出居里點(diǎn)溫度。
權(quán)利要求居里點(diǎn)溫度智能化測(cè)量?jī)x，由積分電路(1)、放大電路(2)、相移電路(3)、疊加電路(4)、積分放大電路(5)、峰值保持電路(6)、放大電路(7)、低通濾波電路(8)及差動(dòng)放大電路(9)組成，其特征在于；電壓信號(hào)分別送入積分電路(1)和相移電路(3)，積分電路(1)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路(2)后和相移電路(3)的輸出信號(hào)一同送入疊加電路(4)，疊加后的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)積分放大電路(5)、峰值保持電路(6)、放大電路(7)和低濾波電路(8)后輸出接微機(jī)的A/D接口；差動(dòng)放大電路(9)的輸入端接加熱感應(yīng)爐中的熱電偶，輸出端接微機(jī)的A/D接口。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型在磁性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域里公開(kāi)了一種居里點(diǎn)溫度智能化測(cè)量?jī)x。它將電壓信號(hào)分別送入積分電路、相移電路，積分電路的信號(hào)經(jīng)放大電路后和相移電路的輸出信號(hào)一同送入疊加電路，疊加后的信號(hào)依次經(jīng)過(guò)積分放大電路、峰值保持電路、放大電路及低濾波電路后輸出一個(gè)合適的電壓信號(hào)，直接送入微機(jī)的A/D接口。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能自動(dòng)測(cè)量居里點(diǎn)的溫度，可替代復(fù)雜昂貴的專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2244199SQ9524541
公開(kāi)日1997年1月1日 申請(qǐng)日期1995年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月20日
發(fā)明者程向明, 黃麗清, 張鵬程, 李錦泉 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)