专利名称：磁致伸缩性能测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁致伸缩性能测量装置，更特别地说，是指一种适用于宽温域巨 磁致伸缩材料在温度77 450K范围内、不同压应力下的磁致伸缩性能进行测量的装置。
背景技术：
铁磁性材料在磁场中磁化时，其形状和尺寸会发生变化，这一现象被称为磁致伸 缩。巨磁致伸缩材料磁致伸缩系数(应变)可以达到1500 2000; pm，其磁致伸 缩应变比Ni基材料大50倍，比压电陶瓷大5 25倍，因此称为巨磁致伸缩材料。 随空天、海洋及低温技术的发展，宽温域巨磁致伸缩材料受到广泛重视，为了使磁致 伸缩材料在不同温度环境中保持巨磁致伸缩性能，在采用该磁致伸缩材料制造器件时 需要对磁致伸缩材料的伸缩特性进行测量。因此，在不同温度、压应力及磁场下对磁 致伸縮材料磁致伸缩特性的测量显得更为重要。
目前用于测量磁致伸缩应变主要通过应变片采取形变法进行测量,被测试样形状 基本采取柱状。电阻应变法是一种将磁致伸缩引起的相对形变，通过应变片转化为电 阻变化的方法，即通过测量电阻的变化，间接计算出磁致伸缩材料的磁致伸缩性能。 发明 内容
本发明的目的是提供一种磁致伸缩性能测量装置，该测量装置包括有温度控制组 件、直流稳压电源、电阻应变仪、压力组件、氮气源、磁场组件、基座；温度控制组 件包括有数字式温度计、陶瓷加热管；温度计的测温端与被测试样接触；陶瓷加热管 与220K， 50/fe电源连接；温度控制组件用于根据不同的测试温度环境要求分别采 用不同附件装置配合使用；本发明的测量装置实现了在不同磁场强度、不同温度环境、 以及不同压力条件下对宽温域巨磁致伸缩材料的磁致伸缩性能进行测量，实现了一台 仪器的多参数测量。 本发明磁致伸缩性能测量装置的优点在于(A)通过同轴磁场组件提供大小连 续变化的磁场强度0 4000Oe; (B)通过温度控制组件提供不同的测试温度环境， 扩大了本发明测量装置的使用范围'，(C)通过简单压力组件的结构设计提供压力(压 力包)，可控能力增强，且制作成本低廉；(D) A励磁线圈211和B励磁线圈212 为本发明人在一骨架上缠绕铜线制得,可以根据在加载电流时产生的磁场强弱增加或 删减铜线的匝数；(E)本发明测量装置可同时对被测试样在不同磁场强度(0 4000Oe)、不同温度环境(77~450《)、不同压力(0 20MP")条件下对宽温 域巨磁致伸缩材料的磁致伸縮性能进行测量，实现了一台仪器的多参数测量。
图1是本发明磁致伸縮性能测量装置的外部结构图。图2是磁场组件的装配图。图3是基座与两个磁芯的装配图。图4是压力组件的爆炸示图。图中 l.基座 101.A安装臂 102.B安装臂104.A安装面 105.凹槽 2.磁场组件 201.A磁芯203.A磁杆段 204.B磁杆段 205.A螺纹段 206.B螺纹段 208.B转盘211.A励磁线圈212.B励磁线圈3.压力组件 302.压力外壳 303.通孔 304.接口 305.左端部4.托盘 5.氮气源具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明是一种磁致伸缩性能测量装置，包括有温度控制组件、直流稳压电源、电 阻应变仪(江苏联能电子技术有限公司，YE2533静态电阻应变仪)、压力组件3、 氮气源5、磁场组件2、基座l;温度控制组件包括有数字式温度计(台湾衡欣科技 股份有限公司，AZ8852双组温度表)、陶瓷加热管(深圳市帕克科技开发有限公司， pk-008内孔式陶瓷加热管，内径^7.5x20mm);温度计的测温端与被测试样接触; 陶瓷加热管与220F， 50他电源连接；温度控制组件用于根据不同的温度要求分别 采用不同附件装置(干冰、液氮等)，可以釆用干冰包埋被测试样提供第一温度环境 195 273夂，也可以采用液氮罐向被测试样吹气方式提供第二温度环境77~103.B安装面 202.B磁芯 207.A转盘 301.压力包 306.右端面 195《，也可以不对被测试样进行加热或冷却处理进行磁致伸缩性能测量的第三温度 环境273 298K (—般指室温环境下进行的磁致伸缩性能测量)，也可以釆用陶瓷 加热管向被测试样加热方式提供第四温度环境298 450/:，在本发明中，所釆用的 附件装置放置在托盘4上；直流稳压电源的输出为0 30K ， 3J，用于提供磁场组 件2的A励磁线圈211、 B励磁线圈212所需加载电流。电阻应变仪输入范围0 ±19999/^，分辩率1〃"数字式温度计的测量范围为一200 1370。C。陶瓷加 热管的使用最高温度为350°C。在本发明中，参见图1、图3所示，基座1的A安装臂101上螺纹连接有A磁 芯201的A螺纹段205，基座1的B安装臂102上螺纹连接有B磁芯202的B 螺纹段206，基座1的中心位置开有用于活动安装托盘4的凹槽105，凹槽105与 A安装臂101之间是用于安装A励磁线圈211的A安装面104，凹槽105与B安 装臂102之间是用于安装B励磁线圈212的B安装面103。在本发明中，参见图1、图2、图3所示，磁场组件2由A励磁线圈211、 B 励磁线圈212、 A磁芯201、 B磁芯202、霍尔传感器(用于测量A励磁线圈211、 B励磁线圈212在加载直流电源时的磁场大小)组成；A磁芯201的A磁杆段203 套装在A励磁线圈211的中心通孔内；B磁芯202的B磁杆段204套装在B励磁 线圈212的中心通孔内；A励磁线圈211与B励磁线圈212结构相同，A磁芯201 与B磁芯202结构相同；A励磁线圈211与B励磁线圈212由在骨架上缠绕直径 为0.8mm的漆包铜线1000~5000匝绕制而成，磁场的强弱可通过改变A励磁线 圏211中的直流电流大小(直流稳压电源提供，在本发明中直流稳压电源输出为 30V, 3A可调)来调节；A磁芯201为一体加工成型件，A磁芯201上顺次设有A 磁杆段203、 A螺纹段205、 A转盘207， A螺纹段205用于将A磁芯201安装在 基座1的A安装臂101的螺纹孔内，通过转动A转盘207使A磁芯201上的A螺 纹段205与A安装臂101的螺纹孔相配合实现A磁芯201转动，同时也使A磁杆 段203的端面顶紧压力包301的左端部305。 B磁芯202为一体加工成型件，B 磁芯202上顺次设有B磁杆段204、 B螺纹段206、 B转盘208， B螺纹段206 用于将B磁芯202安装在基座1的B安装臂102的螺纹孔内,通过转动B转盘208 使B磁芯202上的B螺纹段206与B安装臂102的螺纹孔相配合实现B磁芯202 转动，同时也使B磁杆段204的端面顶紧被测试样。
在本发明中，参见图1、图4所示，压力组件3由压力包301、压力外壳302 组成；压力包301内部设有一空腔(中空结构)，空腔用于充入氮气；设在压力包 301左端部305的接口 304与外部设备氮气源5的气源输出口连接，用于在打开氮 气源5向压力包301充入氮气时，通过氮气源5上的压力表读取压力参数；压力外 売302的中心设有通孔303，通孔303用于放置压力包301。
本发明磁致伸縮性能测量装置在进行测量时，测量的具体步骤是
第一步将被测试样(采用宽温域巨磁致伸缩材料加工成棒材)放置在托盘4 中，被测试样的一端与压力包301的左端部305接触，另一端与A磁芯201的A 磁杆段203的端部接触；电阻应变仪的应变片贴在被测试样上；
第二步通过调节直流稳压电源5输出的电压改变A励磁线圈211、 B励磁线 圈212产生的磁场强度，并记录下磁场强度E，单位C^;调节氮气源5向压力包 301施加的压力(从氮气源ll上的压力表中读取)，并记录下压力户，单位M尸a;
第三步根据被测试样制件的工作环境(是指采用宽温域巨磁致伸缩材料加工成 的器件使用中的工作温度环境)，选取被测试样测试温度环境(即第一温度环境、第 二温度环境、第三温度环境、第四温度环境)选择不同的附件装置提供测试温度(由
数字式温度计釆集)，并记录下测试温度r，单位《；
第四步根据磁场强度五、压力P、测试温度r条件下，由电阻应变仪采集得到
被测试样的磁致伸缩系数义。
实施例 1 : 被测试样在第一温度环境下的磁致伸缩性能测量
第一步将Tbo.4Dyo.6(Feo.9Coo.j2被测试样-7x25wm放置在托盘4中，被测 试样的一端与压力包301的左端部305接触，另一端与A磁芯201的A磁杆段203 的端部接触；电阻应变仪的应变片贴在被测试样上；通过调节A转盘207、 B转盘 208使被测试样托起，并保持与A磁芯201、 B磁芯202同轴；然后用干冰将被测 试样包埋进行降温，数字式温度计测得r-253《，即第一温度环境；
第二步通过调节直流稳压电源5输出的电压3^4,用霍尔传感器测得 磁场组件2的磁场强度五-1050Oe，磁场强度五是由A励磁线圈211、 B励磁线 圈212在加载有电流时产生的；调节氮气源5向压力包301施加的压力户 (从氮气源11上的压力表中读取)；
第三步根据磁场强度￡ = 10500"压力尸-10M尸a、测试温度r-253《条 件下，由电阻应变仪采集得到被测试样的磁致伸缩系数义=1200邵m 。
根据上述测得的相关参数可以将Tb。.4Dya6(Fe。.8Coa2)2运用到航空液压系统中。 实施例2 : 被测试样在第二温度环境下的磁致伸缩性能测量
第一步将Tbo.35Dy,(Feo.8Coo.2)2被测试样07x25/nm放置在托盘4中，被 测试样的一端与压力包301的左端部305接触，另一端与A磁芯201的A磁杆段 203的端部接触；电阻应变仪的应变片贴在被测试样上；通过调节A转盘207、 B 转盘208使被测试样托起，并保持与A磁芯201、 B磁芯202同轴；然后用液氮向 被测试样吹气方式进行降温度，数字式温度计测得测试温度T-183K，即第二温度 环境；
第二步通过调节直流稳压电源5输出的电压12 r， 34，用霍尔传感器测得 磁场组件2的磁场强度E-900Oe，磁场强度五是由A励磁线圈211、 B励磁线圈 212在加载有电流时产生的；调节氮气源5向压力包301施加的15MPa压力户(从 氮气源U上的压力表中读取)；
第三步根据磁场强度五=900<9"压力P-15M尸"、测试温度7 = 183《条 件下，由电阻应变仪釆集得到被测试样的磁致伸缩系数义=1000。
根据上述测得的相关参数可以将Tb。.35Dya65(Fe。.8Coa2)2运用到太空通讯系统。 实施例 3 : 被测试样在第四温度环境下的磁致伸缩性能测量
第一步将Tb。.3Dyo.7(Feo.8Mno.2)2被测试样07x25mm放置在托盘4中，被测 试样的一端与压力包301的左端部305接触，另一端与A磁芯201的A磁杆段203 的端部接触；电阻应变仪的应变片贴在被测试样上；通过调节A转盘207、 B转盘 208使被测试样托起，并保持与A磁芯201、 B磁芯202同轴；然后用陶瓷加热管 对被测试样进行加热，用数字式温度计测得测试温度r-398K，即第四温度环境；
第二步通过调节直流稳压电源5输出的电压16F, 3^4,用霍尔传感器测得 磁场组件2的磁场强度￡ = 1200(^,磁场强度五是由A励磁线圈211、 B励磁线 圈212在加载有电流时产生的；调节氮气源5向压力包301施加的lOMPa压力P (从氮气源11上的压力表中读取)；
第三步根据磁场强度五=12000"压力户-10M尸"、测试温度r-398夂条 件下，由电阻应变仪采集得到被测试样的磁致伸缩系数/1 = 1100 p，。
根据上述测得的相关参数可以将Tb。.3Dy。.7(Fe。.8Mn。.2)2运用到飞机智能结构中。
实施例4 : 被测试样在第三温度环境下的磁致伸缩性能测量
第一步将Tb。.3Dyo.7Fe2被测试样-7x25ww放置在托盘4中，被测试样的一 端与压力包301的左端部305接触，另一端与A磁芯201的A磁杆段203的端部 接触；电阻应变仪的应变片贴在被测试样上；通过调节A转盘207、 B转盘208使 被测试样托起，并保持与A磁芯201、 B磁芯202同轴；数字式温度计测得测试温 度r-295尺，即第三温度环境；
第二步通过调节直流稳压电源5输出的电压30F， 3X，用霍尔传感器测得 磁场组件2的磁场强度E-2250Oe，磁场强度^是由A励磁线圈211、 B励磁线 圈212在加载有电流时产生的；调节氮气源5向压力包301施加的IOM尸"压力尸 (从氮气源11上的压力表中读取)；
第三步根据磁场强度五=2250(9"压力P-10M尸"、测试温度7=295〖条 件下，由电阻应变仪釆集得到被测试样的磁致伸缩系数;i = 1800卯m 。
根据上述测得的相关参数可以将Tb。.3Dy。.7Fe2运用到声纳系统中。
权利要求
1、一种磁致伸缩性能测量装置，包括有温度控制组件、直流稳压电源、电阻应变仪、氮气源(5)；其特征在于还包括有压力组件(3)、磁场组件(2)、基座(1)；所述基座(1)的A安装臂(101)上螺纹连接有A磁芯(201)的A螺纹段(205)，基座(1)的B安装臂(102)上螺纹连接有B磁芯(202)的B螺纹段(206)，基座(1)的中心位置开有用于活动安装托盘(4)的凹槽(105)，凹槽(105)与A安装臂(101)之间是用于安装A励磁线圈(211)的A安装面(104)，凹槽(105)与B安装臂(102)之间是用于安装B励磁线圈(212)的B安装面(103)；所述磁场组件(2)由A励磁线圈(211)、B励磁线圈(212)、A磁芯(201)、B磁芯(202)、霍尔传感器组成；A磁芯(201)的A磁杆段(203)套装在A励磁线圈(211)的中心通孔内；B磁芯(202)的B磁杆段(204)套装在B励磁线圈(212)的中心通孔内；A励磁线圈(211)与B励磁线圈(212)结构相同，A磁芯(201)与B磁芯(202)结构相同；A励磁线圈(211)与B励磁线圈(212)是由在骨架上缠绕直径为0.8mm的漆包铜线1000～5000匝绕制而成；A磁芯(201)为一体加工成型件，A磁芯(201)上顺次设有A磁杆段(203)、A螺纹段(205)、A转盘(207)；B磁芯(202)为一体加工成型件，B磁芯(202)上顺次设有B磁杆段(204)、B螺纹段(206)、B转盘(208)；所述压力组件(3)由压力包(301)、压力外壳(302)组成；压力包(301)内部设有一空腔，空腔用于充入氮气；设在压力包(301)左端部(305)的接口(304)与外部设备氮气源(5)的气源输出口连接，压力外壳(302)的中心设有通孔(303)，通孔(303)用于放置压力包(301)；所述温度控制组件，由数字式温度计、陶瓷加热管、附件装置组成，附件装置有干冰或者液氮；温度计的测温端与被测试样接触，陶瓷加热管与220V，50Hz电源连接；所述直流稳压电源输出为0～30V，3A，用于提供磁场组件(2)的A励磁线圈(211)、B励磁线圈(212)所需加载电流。
2、 根据权利要求l所述的磁致伸缩性能测量装置，其特征在于温度控制组件 用于提供不同的测试温度环境，(A)采用干冰包埋被测试样提供第一温度环境195~ 273K; (B)釆用液氮罐向被测试样吹气方式提供第二温度环境77 195K; (C) 第三温度环境273 298尺；(D)采用陶瓷加热管向被测试样加热方式提供第四温 度环境298 450K。
3、 根据权利要求1所述的磁致伸缩性能测量装置，其特征在于电阻应变仪输 入范围0 ± 19999 ，分辩率1 ^ 。
4、 根据权利要求1所述的磁致伸缩性能测量装置，其特征在于数字式温度计 的测量范围为—200 1370°C。
5、 根据权利要求1所述的磁致伸缩性能测量装置，其特征在于陶瓷加热管的 使用最高温度为35CTC。
6、 根据权利要求1所述的磁致伸缩性能测量装置，其特征在于能够实现0 40000e磁场强度、77~450义温度环境、0 20M尸fl压力条件下对宽温域巨磁致伸缩材料的磁致伸缩性能进行测量，实现了一台仪器的多参数测量。
全文摘要
本发明公开了一种磁致伸缩性能测量装置，包括有温度控制组件、直流稳压电源、电阻应变仪、压力组件、氮气源、磁场组件、基座；温度控制组件包括有数字式温度计、陶瓷加热管；温度计的测温端与被测试样接触；陶瓷加热管与220V，50Hz电源连接；本发明的测量装置实现了在不同磁场强度(0～4000Oe)、不同温度环境(77～450K)、不同压力(0～20MPa)条件下对宽温域巨磁致伸缩材料的磁致伸缩性能进行测量，实现了一台仪器的多参数测量。
文档编号G01B7/16GK101109790SQ20071012049
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月20日 优先权日2007年8月20日
发明者徐惠彬, 徐立红, 蒋成保 申请人:北京航空航天大学